Unterschiede
Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.
Beide Seiten der vorigen Revision Vorhergehende Überarbeitung Nächste Überarbeitung | Vorhergehende Überarbeitung Nächste Überarbeitung Beide Seiten der Revision | ||
mexle2020:start [2020/11/16 01:45] tfischer |
mexle2020:start [2021/05/09 11:14] 127.0.0.1 Externe Bearbeitung |
||
---|---|---|---|
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
+ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
<WRAP 70% right> | <WRAP 70% right> | ||
Zeile 4: | Zeile 5: | ||
====== MEXLE? ====== | ====== MEXLE? ====== | ||
- | MEXLE steht für **M**ultimodale **EX**perimentier- und **LE**rnumgebung. \\ MEXLE soll alle MINT-Interessierte im Lernen unterstützen. \\ Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige Lernen angeregt werden. \\ Ein Teil davon ist dieses Wiki. | + | MEXLE steht für **M**ultimodale **EX**perimentier- und **LE**rnumgebung. \\ MEXLE soll alle MINT-Interessierte im Lernen unterstützen. \\ Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige |
- | <btn type=" | + | <btn type=" |
- | <btn type=" | + | <btn type=" |
- | <btn type=" | + | <btn type=" |
- | <btn type=" | + | <btn type=" |
- | <btn type=" | + | <btn type=" |
</ | </ | ||
Zeile 16: | Zeile 17: | ||
{{:: | {{:: | ||
- | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ |
====== In Kürze ====== | ====== In Kürze ====== | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
< | < | ||
<WRAP right> - frei nach [[https:// | <WRAP right> - frei nach [[https:// | ||
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
\\ Wir sind überzeugt davon, dass die Zukunft eigenständige und kreative Denker und Gestalter braucht. Dafür ist MI(N)Treißende Bildung ein wichtiger Baustein. | \\ Wir sind überzeugt davon, dass die Zukunft eigenständige und kreative Denker und Gestalter braucht. Dafür ist MI(N)Treißende Bildung ein wichtiger Baustein. | ||
Unsere Vision für ein MINT-Bildung 2030 wird durch drei Bausteine getragen: | Unsere Vision für ein MINT-Bildung 2030 wird durch drei Bausteine getragen: | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
<panel title=" | <panel title=" | ||
< | < | ||
Zeile 37: | Zeile 38: | ||
</ | </ | ||
- | < | + | < |
</ | </ | ||
</ | </ | ||
Zeile 46: | Zeile 47: | ||
* {{fa> | * {{fa> | ||
</ | </ | ||
- | < | + | < |
</ | </ | ||
- | </ | + | </ |
<panel title=" | <panel title=" | ||
< | < | ||
Zeile 56: | Zeile 57: | ||
* {{fa> | * {{fa> | ||
</ | </ | ||
- | < | + | < |
</ | </ | ||
</ | </ | ||
Zeile 63: | Zeile 64: | ||
</ | </ | ||
+ | <WRAP group>< | ||
+ | \\ Die Zielgruppe für MEXLE 2020 sind | ||
+ | * MINT-Lernende | ||
+ | * Schüler der Sekundarstufe II (Gymnasien, Berufsfach- und -oberschulen, | ||
+ | * Studenten in MINT-Fächern | ||
+ | * Multiplikatoren | ||
+ | * Lehrer und Professoren der obengenannten Bereiche | ||
+ | * Schülerlabore | ||
+ | * Makerspaces | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | <WRAP pagebreak></ | ||
~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
+ | |||
====== etwas mehr Details ====== | ====== etwas mehr Details ====== | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
+ | Ob ein (Weiter)bildungssystem im Jahr 2050 angesichts der Digitalisierung für alle Elemente des Lernens noch Lehrer, Professoren und Gebäude benötigt, ist angesichts der Digitalisierung nicht abzusehen. Lernen durch ein Be" | ||
- | \\ Der MEXLE Ansatz soll den lernenden und den begleitenden Partner zur schöpferischen Mitarbeit aktivieren. Ein Baukasten aus Code, elektronischen und mechanischen Module, sowie Lern- und Basteleinheiten soll Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begreifbar machen. | + | Der MEXLE Ansatz |
<WRAP right> {{youtube> | <WRAP right> {{youtube> | ||
- | |||
Die Module sind leicht über einen **Modulträger** miteinander verknüpfbar. Dieser ermöglicht Energieversorgung und Datenaustausch. | Die Module sind leicht über einen **Modulträger** miteinander verknüpfbar. Dieser ermöglicht Energieversorgung und Datenaustausch. | ||
Module können direkt auf den Modulträger gesteckt werden oder als **Hook-up** auf andere Module. Module können verschiedene Funktionen beinhalten (Sensor, Aktor, Verarbeitung in einem Microcontroller). | Module können direkt auf den Modulträger gesteckt werden oder als **Hook-up** auf andere Module. Module können verschiedene Funktionen beinhalten (Sensor, Aktor, Verarbeitung in einem Microcontroller). | ||
- | </ | + | </WRAP></ |
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
\\ In den letzten 5 Semestern wurde mit den Studierenden des Studiengangs " | \\ In den letzten 5 Semestern wurde mit den Studierenden des Studiengangs " | ||
Zeile 85: | Zeile 101: | ||
{{mexle2020: | {{mexle2020: | ||
{{mexle2020: | {{mexle2020: | ||
- | </ | + | </ |
Dadurch wurden diverse Konzepte und Komponenten entwickelt: | Dadurch wurden diverse Konzepte und Komponenten entwickelt: | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
Zeile 106: | Zeile 122: | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
{{mexle2020: | {{mexle2020: | ||
- | </ | + | </ |
Der verwendete Microcontrollertyp, | Der verwendete Microcontrollertyp, | ||
Zeile 113: | Zeile 129: | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
{{mexle2020: | {{mexle2020: | ||
- | </ | + | </ |
Im Gegensatz zu den bisherigen Plattformen deckt MEXLE den Bereich von einfachen Widerständen bis zu komplexen Sensormodulen als steckbare Module ab. Das vereinfacht die Konzeptionierung, | Im Gegensatz zu den bisherigen Plattformen deckt MEXLE den Bereich von einfachen Widerständen bis zu komplexen Sensormodulen als steckbare Module ab. Das vereinfacht die Konzeptionierung, | ||
</ | </ | ||
- | + | \\ | |
- | + | <WRAP pagebreak></ | |
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
\\ Sehr viel! | \\ Sehr viel! | ||
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
- | + | \\ \\ \\ | |
- | <WRAP group>< | + | <WRAP 30% right> |
< | < | ||
- | </ | + | </ |
</ | </ | ||
- | <WRAP column | + | <WRAP column |
- | \\ | + | |
Aus den vorhandenen Modulen muss ein sinnvolles und getestetes Set erstellt werden. Dieses soll erschwinglich und kompakt sein. Außerdem soll es bereits verschiedene Experimente ermöglichen. Zusätzlich werden verschiedene Messgeräte benötigt. Aktuell ist ein Hand-" | Aus den vorhandenen Modulen muss ein sinnvolles und getestetes Set erstellt werden. Dieses soll erschwinglich und kompakt sein. Außerdem soll es bereits verschiedene Experimente ermöglichen. Zusätzlich werden verschiedene Messgeräte benötigt. Aktuell ist ein Hand-" | ||
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
- | + | \\ \\ \\ | |
- | <WRAP group>< | + | <WRAP 30% right> |
< | < | ||
- | </ | + | </ |
</ | </ | ||
- | <WRAP column | + | <WRAP column |
- | \\ Aktuell sind auf diesem Wiki alle Skripte der Kurse " | + | Aktuell sind auf diesem Wiki [[:start|alle Skripte]] der Kurse "[[elektrotechnik_1: |
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
- | + | \\ \\ | |
- | <WRAP group>< | + | <WRAP 30% right> |
< | < | ||
- | </ | + | </ |
</ | </ | ||
- | <WRAP column | + | <WRAP column |
- | \\ Bisher besteht MEXLE2020 aus vielen Einzelteilen, | + | Bisher besteht MEXLE2020 aus vielen Einzelteilen, |
</ | </ | ||
- | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ |
- | + | ||
- | + | ||
====== Hardwarekonzept ====== | ====== Hardwarekonzept ====== | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
- | <TEXT align=" | + | <WRAP right>< |
<WRAP right> | <WRAP right> | ||
- | </ | + | </ |
- | Die Konzeption der Hardware trägt der Flexibilität des Einsatzortes Rechnung. Aus diesem Grund wird | + | \\ Die Konzeption der Hardware trägt der Flexibilität des Einsatzortes Rechnung. Aus diesem Grund wird |
ein kleiner handlicher Koffer verwendet, der ganzflächig mit einem Modulträger bestückt ist. Der Modulträger dient dabei sowohl als mechanischer Träger, wie auch zur elektrischen Verbindung der Module untereinander. Im Bild ist ein großer Modulträger für bis zu 4x8 Module zu sehen. Stromversorgung und Steuerbus werden durch die 6-poligen Stecker verteilt, welche jeweils unten auf den Modulpositionen zu sehen sind. Ein weiterer Signalpfad steht mit den Buchsen an den Ecken der Modulpositionen zur Verfügung | ein kleiner handlicher Koffer verwendet, der ganzflächig mit einem Modulträger bestückt ist. Der Modulträger dient dabei sowohl als mechanischer Träger, wie auch zur elektrischen Verbindung der Module untereinander. Im Bild ist ein großer Modulträger für bis zu 4x8 Module zu sehen. Stromversorgung und Steuerbus werden durch die 6-poligen Stecker verteilt, welche jeweils unten auf den Modulpositionen zu sehen sind. Ein weiterer Signalpfad steht mit den Buchsen an den Ecken der Modulpositionen zur Verfügung | ||
Zeile 186: | Zeile 198: | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
- | <TEXT align=" | + | <WRAP right>< |
- | <WRAP right> | + | <WRAP right> |
+ | </ | ||
- | </ | + | </ |
Für die einzelnen Modulplatinen sind verschiedene Formate definiert. Im Bild links ist auf einem kleineren Modulträger eine 1x1 Platine in Modulposition 3 eingesetzt; diese hat die Abmaße 1,0 Zoll Breite und 1,0 Zoll Höhe. Die auf der 1x1 Platine angebrachten schwarzen Buchsen (links und rechts) ermöglichen es weitere Hook-up-Platinen darauf zu setzen. Weiterhin ist die Platine mit dem Modulträger über den 6-poligen Anschluss für Stromversorgung und Steuerbus verbunden; unten auf der Platine sind die Lötpunkte der 6 Stecker zu sehen. | Für die einzelnen Modulplatinen sind verschiedene Formate definiert. Im Bild links ist auf einem kleineren Modulträger eine 1x1 Platine in Modulposition 3 eingesetzt; diese hat die Abmaße 1,0 Zoll Breite und 1,0 Zoll Höhe. Die auf der 1x1 Platine angebrachten schwarzen Buchsen (links und rechts) ermöglichen es weitere Hook-up-Platinen darauf zu setzen. Weiterhin ist die Platine mit dem Modulträger über den 6-poligen Anschluss für Stromversorgung und Steuerbus verbunden; unten auf der Platine sind die Lötpunkte der 6 Stecker zu sehen. | ||
Eine einfachere 1x1 Platine ohne Hook-up Buchsen und ohne Anschluss an Stromversorgung und Steuerbus des Modulträgers ist rechts im Bild zu sehen. | Eine einfachere 1x1 Platine ohne Hook-up Buchsen und ohne Anschluss an Stromversorgung und Steuerbus des Modulträgers ist rechts im Bild zu sehen. | ||
Zeile 199: | Zeile 212: | ||
~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
- | <TEXT align=" | + | <WRAP right>< |
<WRAP right> | <WRAP right> | ||
</ | </ | ||
- | </ | + | </ |
Prinzipiell sind verschiedene Größen für Module vorgesehen. Kleine Module (0,25x1) können für einfache diskrete Elemente genutzt werden, z.B. Widerstände oder Dioden. Standard Module für Microcontroller-Platinen nehmen die Größe 1x1 ein. Für breitere Komponenten und Systeme, wie z.B. Displays oder Filterstufen können größere Module entwickelt werden. | Prinzipiell sind verschiedene Größen für Module vorgesehen. Kleine Module (0,25x1) können für einfache diskrete Elemente genutzt werden, z.B. Widerstände oder Dioden. Standard Module für Microcontroller-Platinen nehmen die Größe 1x1 ein. Für breitere Komponenten und Systeme, wie z.B. Displays oder Filterstufen können größere Module entwickelt werden. | ||
Zeile 213: | Zeile 226: | ||
</ | </ | ||
- | </ | + | </ |
- | Links sind verschiedene Platinen im Multi-Nutzen zu sehen, welche in einem Semester entwickelt worden sind.< | + | Links sind verschiedene Platinen im Multi-Nutzen zu sehen, welche in einem Semester entwickelt worden sind.< |
</ | </ | ||
+ | |||
+ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
+ | <WRAP group>< | ||
+ | <WRAP right>< | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | Im Gegensatz zu anderen Produkten wie Arduino, Calliope mini, Raspberry Pi, Bricks' | ||
+ | * **Skalierbarkeit - von klassischen Elektrobaukasten bis zum Multi-Prozessor-System**: | ||
+ | * **Flexibilität und Kompatibilität - auf unterschiedliche Microprozessoren ausgelegt**: | ||
+ | * **Kompakt und steckbar - Etwas Großes ist die Summe von vielen Kleinen **: \\ Einfache MEXLE Module sind 1 Zoll mal 1 Zoll groß, also etwa 25 x 25 mm². Damit sind die Module etwa halb so groß wie ein Arduino Nano. Im Gegensatz zu Arduino wird bewusst auf das klassische Steckbrett für das Microcontrollerboard verzichtet. Warum? Wer länger mit Microcontrollerboards und dem Steckbrett gearbeitet hat, weiß, dass nach einigem Umstecken der Steckkontakt wackelt und nicht mehr zuverlässig verbindet. Bei MEXLE 2020 ermöglicht der eigene Modulträger das Stecken und Verbinden von Modulen - im Gegensatz zu anderen Produkten (z.b. MikroElektronika) ist dieser Aufbau sehr günstig und flexibel. Durch den Modulträger wird auch einem Kabel-Wirrwarr vorgebeugt. Daneben sind die vorhandenen Modulträger so angepasst, dass diese bündig in verfügbare Gehäuse und Koffer passen. | ||
+ | * ** Schnittstellen und Optionen - Module neben- und übereinander **: \\ Wie die anderen Produkte auch werden die seriellen Schnittstellen I2C und SPI unterstützt. I2C ist dabei auch die Schnittstelle zwischen den einzelnen Modulen. Damit werden komplexere Systeme mit mehreren Microcontrollern (z.B. je einen für Eingabe, für Verarbeitung, | ||
+ | * ** Offenheit und Preiswertigkeit **: \\ Dem MEXLE 2020 fehlen bewusst die Modulgehäuse. Damit bleibt für den Nutzer der Kontakt zu der Elektronik bestehen und die Kosten sinken. Dem lötinteressierten Sparfuchs wird zudem auch eine Variante zum Selbstlöten angeboten. | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
+ | |||
+ | {{anchor: | ||
+ | <WRAP right> {{youtube> | ||
~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
Zeile 262: | Zeile 294: | ||
</ | </ | ||
</ | </ | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | {{mexle2020: | ||
+ | < | ||
+ | erster Prototyp eines Demonstratorsystems " | ||
+ | </ | ||
+ | </ | ||
+ | |||
< | < | ||
Zeile 288: | Zeile 328: | ||
</ | </ | ||
- | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ |
====== Softwarekonzept ====== | ====== Softwarekonzept ====== | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
Die notwendige Software für die Microcontroller-Module wurde und wird in Bibliotheken entwickelt. Damit fällt „Lab-in-a-Box“ Nutzern die ersten Schritte in Informatik und Technik leicht. Eine Anbindung an PCs oder Mobiltelefonen ist per USB oder WLAN möglich. | Die notwendige Software für die Microcontroller-Module wurde und wird in Bibliotheken entwickelt. Damit fällt „Lab-in-a-Box“ Nutzern die ersten Schritte in Informatik und Technik leicht. Eine Anbindung an PCs oder Mobiltelefonen ist per USB oder WLAN möglich. | ||
Zeile 301: | Zeile 340: | ||
<WRAP right> {{youtube> | <WRAP right> {{youtube> | ||
+ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ \\ \\ | ||
+ | <WRAP group>< | ||
- | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | Neben der Simulation von Microcontrollern, |
+ | Im Online-Skript zu den Vorlesungen ist eine Schaltungssimulation eingebaut. Diese soll es dem Studierenden ermöglichen verschiedene logische, elektrotechnische und elektronische Situationen leicht zu erfassen und zu verändern. Das Skript soll die praktische Übung mit den Lab-in-a-Box ergänzen. | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | <WRAP right 70%> | ||
+ | |||
+ | <button collapse=" | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | |||
+ | <panel type=" | ||
+ | |||
+ | Die <imgref BildNr85> | ||
+ | |||
+ | Teil des Stromkreises ist eine Batterie. Außerdem befinden sich zwei Schalter $S_1$ und $S_2$, sowie ein Last-Widerstand $R_L$ im Stromkreis. Zusätzlich wird die Spannung $U$ an der Batterie und der fließende Strom $I$ mit Farben visualisiert und als Zahlenwert dargestellt. | ||
+ | |||
+ | Im unteren Teil der Simulation ist eine Diagramm zu sehen, welches die aktuelle Batteriespannung $U$ auf der x-Achse und den Strom $I$ auf der y-Achse darstellt. \\ Dieses Diagramm ist die Strom-Spannungs-Kennlinie. Der aktuelle Punkt $(U,I)$ heißt Arbeitspunkt. | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | < | ||
+ | </ | ||
+ | {{url> | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Aufgaben: | ||
+ | - Verändern Sie den Arbeitspunkt durch Schalten der Schalter (Doppelklick). Welcher maximale Strom $I_{max}$ und welche maximale Spannung $U_{max}$ lässt sich ablesen? \\ \\ | ||
+ | - Der Wert des Last-Widerstand $R_L$ lässt sich doch Doppelklick auf den Widerstand ändern. Außerdem befindet sich rechts neben der Simulation ein Schieberegler (Slider) '' | ||
+ | - Die Ausgangsspannung der Batterie ändert sich also, abhängig vom äußeren Widerstand. Dies lässt sich durch einen Spannungsabfall am einem gedachten Innenwiderstand $R_i$ der Batterie beschreiben. \\ Nun sollen Sie versuchen die Größe dieses Innenwiderstands anhand der Kenntnisse des Kapitels [[: | ||
+ | - Betrachten Sie die Ergebnisse aus den Aufgaben 1. und 3. . Wie lässt sich aus dem maximaler Strom $I_{max}$ und der maximalen Spannung $U_{max}$ der Wert des Innenwiderstands $R_i$ bestimmen? | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
====== MEXLE Historie ====== | ====== MEXLE Historie ====== | ||
<WRAP 70% right> | <WRAP 70% right> | ||
Zeile 318: | Zeile 395: | ||
</ | </ | ||
- | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ |
====== Förderungen ====== | ====== Förderungen ====== | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
- | \\ [[https:// | + | \\ |
+ | [[https:// | ||
+ | ([[https:// | ||
+ | ({{:: | ||
+ | {{: | ||
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
- | \\ [[https:// | + | \\ |
+ | [[https:// | ||
+ | ([[https:// | ||
+ | ( | ||
+ | {{mexle2020: | ||
+ | {{: | ||
</ | </ | ||
- | <WRAP group>< | + | <WRAP group>< |
\\ [[https:// | \\ [[https:// | ||
</ | </ |