Modell 3: Tormodell

Zugang gestattet?

Klassenstufe
11 – 13
Zeitaufwand
2 Doppelstunden (erweiterbar bis zu 8 DS)
Schwierigkeitsgrad
Modell: mittel, Programmierung: mittel
Modellart
Tormodell zur Zugangssteuerung
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren ein Tormodell zur sensorgestützten Zugangskontrolle eines fiktiven Lagerraums. Ausgehend von einer einfachen, über einen Not-Aus-Schalter gesteuerten Öffnung und Schließung des Tormodells werden in einem zweiten Schritt Endtaster zum Schutz der Mechanik und in einem dritten Schritt Warn-LEDs zur Visualisierung der Aktivität des Torantriebs verwendet. Dabei soll eine einfache grafische Anzeige der Buttons „Open“, „Close“ und „Emergency Stop“ auf dem Display des TXT 4.0 Controllers programmiert und in Betrieb genommen werden. 

ALLTAGSBEZUG

Insbesondere die Einbettung in einen realitätsnahen Anwendungskontext weist eine hohe Motivationalität auf. Eine Integration der Thematik in die vorberufliche Orientierung könnte im Hinblick auf mechatronische oder informationstechnische Berufsfelder erfolgen. Hier wird das automatisierte Öffnen und Schließen in vielen Bereichen genutzt. In besonderer Weise wird die automatisierte Öffnung von Türen oder auch Rollläden nicht nur in der Industrie, sondern auch im häuslichen Umfeld verstärkt genutzt.

 

Leitfragen

  • Wie kann man mithilfe der Sensoren Endanschläge, Unterbrechungen und Abstände messen? (Kommunikation und Information)
  • Mit welchen Sensoren lässt sich die Torsteuerung sinnvoll überwachen und steuern? (Kollaboration)
  • Unter welchen Bedingungen soll das System den Anwenderschutz vor die Funktion stellen? (kritisches Denken)
  • Was ist zu berücksichtigen, damit die Sensorik für verschiedene Anwendungsszenarien genutzt werden kann und das System möglichst robust funktioniert? (Kreativität)
    ​

Fächerbezug
​

Informatik
Fortgeschrittene Programmierung, Bedingungsschleifen, Funktionen, Codierung, grafische Anzeigen
Mathematik
Berechnung von Termen
Technik
Stabiles Bauen, Steuerung von Aktoren, Auslesen von Sensoren, Konstruktionstechnik
Physik
Lichtschranke, Messung von Strecken mit dem Ultraschallsensor 

Unterrichtsverlauf
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Einführungsphase
Planungsphase
Konstruktionsphase
Programmierphase
Experimentier- und Testphase
Abschlussphase

 

Informationen und Hinweise
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Methodisch-didaktische Hinweise
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Differenzierungsmöglichkeiten

Je nach Dauer der Unterrichtsreihe und der Stärke der SuS können/kann

  • das einleitende Szenario der nicht Endtaster gestützten und manuell überprüften 
  • Öffnung und Schließung des Tormodells entfallen.
  • der Versuchsaufbau verändert und Sensoren an anderen Stellen eingebaut/verwendet werden.
  • das Codeschloss verbessert werden.
  • sich ein Wettbewerb „Wer knackt den Code?“ zur besten Programmierung eines Codeschlosses anschließen (Umbau des Tormodells zu einem Safe, den es entweder zu knacken oder zu schützen gilt).
  • weitere Anwendungsszenarien seitens der SuS formuliert und samt Aufbau und Programmierung realisiert werden.

Motivationale Aspekte

Das Thema automatische Steuerung von Bewegung ist allen SuS aus dem Alltag bekannt. In vielen Haushalten gehören automatisiert öffnende Rolläden, Markisen oder Garagentore neben vielen weiteren smarten Anwendungen längst zum Alltag. Elektronische, Code basierte Türschlösser finden immer häufiger Anwendung bei der Zugangssteuerung von Gebäuden

Zusatzmaterialien

  • Falls vorhanden, könnte für die Einführungsphase in das Thema ein Video genutzt werden.
  • Falls vorhanden, können Materialien zum Programmieren von Codeschlössern verwendet werden.
  • Zeichenmedien (Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche) einsetzen.

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
​


Funktion der Sensoren/Aktoren


Technische Lösung

 

Lichtsignale rote LEDs 

 

Ansteuern der LEDs bei einer Torbewegung

 

 

Unterbrechung der Lichtschranke

 

 

Unterbinden der Torbewegung

 

Ultraschallsensor

 

 
Annäherungsdetektion

 

Differenzierung
 

 

Entwurf von verschieden komplexen Torsicherungen oder Torsteuerungen (Codeschloss, Kombination von Sensoreingaben)

Materialliste
​

 

Sensoren

 

Funktion

1 On/Off-Taster am TXT 4.0 Controller

1. Einschalten der Schrankensteuerung
2. Not-Stopp der Schranke

 

1 Ultraschallsensor

 

Annäherungserkennung

 

1 USB-Kamera

 Farberkennung
1 Fototransistor Unterbrechungserkennung Lichtschranke, Empfänger
2 Mini-Taster Endabschalter zur Torsteuerung

 

 

Aktoren

 

Funktion

1 Display des TXT 4.0 Controllers

 

Anzeige

 

2 LEDs (2 × rot) 

 

Warnung

 
1 Encodermotor Bewegung des Tores
1 LED (weiß) Bewegung des Tores

 

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