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Die smarte Alarmanlage

Worum geht’s?

Hättest du gerne eine smarte Alarmanlage, die anzeigt, ob jemand unerlaubt dein Zimmer betreten hat? Oder die dich über Funk warnt, sobald jemand deine Zimmertüre öffnet? Eine solche Alarmanlage kannst du mit dem Microcontroller Calliope Mini ganz leicht bauen.

So kann’s gehen…

  1. Überlege dir zuerst, worauf die Alarmanlage reagieren soll: Das Calliope kann die Helligkeit messen und ob es gekippt oder geschüttelt wird. Es merkt auch, wenn ein Stromkreis geschlossen oder unterbrochen wird.
  2. Überlege dir dann, wie das Calliope reagieren soll. Es kann Töne oder Lichtsignale von sich geben. Es kann zählen, wie oft es reagiert hat oder sogar eine Nachricht funken.
  3. Suche dir einen Ort, wo du die Alarmanlage installieren kannst.
  4. Öffne dann die Website https://makecode.calliope.cc/ und programmiere das Calliope so, dass die Alarmanlage funktioniert.

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Diese Programmierbausteine kannst du für die Alarmanlage gut gebrauchen.

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Weitertüfteln

  • Mach deine Alarmanlage smart. Sie könnte zum Beispiel zählen, wie oft sie ausgelöst hat.
  • Entwickle eine Alarmanlage, die nur auf Erwachsene reagiert und auf Kinder nicht.
  • Konstruiere eine alarmgesicherte Schatztruhe, in der du Süssigkeiten aufbewahrst.

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Tipps und Tricks

EIne Alarmanlage mit unterbrochenem Stromkreis programmieren (Schatztruhe)

Du musst zuerst deine Schatztruhe vorbereiten. Du brauchst einen geschlossenen Stromkreis, der unterbrochen wird, sobald jemand die Truhe öffnet. Du kannst mit Kupferband oder Alufolie oder Alu-Folie arbeiten.

EIne ganz einfaches Programm würde so aussehen. Wenn der Stromkreis geschlossen ist (PIN 0 gedrückt), dann leuchtet die LED grün. Wenn nicht, also wenn der Deckel geöffnet wird, dann geht der Alarm los und die LED leuchtet rot.

Eine helligkeitsgesteuerte Alarmanlage programmieren (Schatztruhe)

Dieses Programm lässt das Calliope aufheulen, sobald das Licht heller ist als 60. Es eignet sich zum Beispiel zum Schutz einer geschlossenen Schatzkiste. Sobald man sie öffnet, geht der Alarm los.

Eine Türklinken-Alarmanlage programmieren (Winkelmessung)

Diese Alarmanlage eignet sich gut für Türklinken. Sie arbeitet mit dem Winkelmesser. Wenn das Calliope schräger als 35° gekippt wird, gibt es Alarm und die LED leuchtet rot. Vielleicht musst du mit der Gradzahl experimentieren. Je nachdem, wie stark sich deine Klinke neigt.

Eine smarte Alarmanlage, die zählt, wie oft sie ausgelöst hat.

Dieses Programm zählt, wie oft die Alarmanlage ausgelöst wurde. Am Anfang («beim Start») wird der Zähler auf Null gestellt. Wenn der Pin P0 losgelassen wird, dann ändert sich der Zählwert um 1, die LED leuchtet rot und der Alarm läuft an. Wenn der Pin P0 gedrückt wird, ist der Stromkreis geschlossen und die LED leuchtet grün. Du kannst eine Zählfunktion auch in eine helligkeitsgesteuerte Alarmanlage einbauen.

Dieses Erklärvideo hilft dir weiter.

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Hinweise für Lehrpersonen

Der gesamte Content von makestars.pingag.ch/ ist creative commons lizenziert.

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Didaktische Hintergrundinformationen zu dieser Challenge können Sie einsehen und downloaden, wenn Sie sich hier kostenlos anmelden.

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Didaktische Hinweise

Die Challenge im Überblick
ChallengeZeitAufgabentypSchwierigkeitsgradKreativität und Tüfteln
Mit Computer60+ Minuten; es handelt sich hierbei um eine Mindestzeitangabe!Auftragsorientierte Umsetzungeinfach bis mitteltechnisches Problemlösen; verschiedene Soft- und Hardwarelösungen möglich

Das Entwickeln (technisches Problemlösen) steht hier im Vordergrund. Eine Alarmanlage ist ein Standardsystem, das nicht erst erfunden oder besonders gestaltet werden muss. Es geht darum, Grundkonzepte der Elektronik (geschlossener / offener Stromkreis) und der Informatik (z.B. Helligkeitsschwellenwert, Neigungswinkel, Variablen, Funktionen) anzuwenden und zu einem funktionierenden Prototyp zu verarbeiten.

Challengecards – Download

Die Challengecard «Die smarte Alarmanlage» kann hier als pdf-Vorlage heruntergeladen werden. Der QR-Code auf der Challengecard leitet die Schülerinnen und Schüler direkt auf das betreffende Onlineangebot.

Lehrplanbezug (Lehrplan 21)
FachKompetenzKompetenzzieleKonkret in der Challenge
Natur, Mensch, Gesellschaft (NMG)NMG.5.2.1fDie SuS können untersuchen und darstellen, wie sich Veränderungen in Stromkreisen auswirken (z. B. schwächere Batterie, zwei statt ein Lämpchen, in Serie statt parallel).Die SuS unterbrechen einen Stromkreis und lösen softwaregestützt den Alarm aus.
NMG.5.1.1eDie SuS können mithilfe eines einfachen Stromkreises experimentell zeigen, welche Materialien elektrisch leiten und welche nicht. (​elektrische Leitfähigkeit)Die SuS nutzen Kupferband oder Alufolie und installieren damit einen Stromkreis, der an das Calliope angeschlossen wird.
Medien und Informatik (MI)MI.2.2.fDie SuS können Programme mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern schreiben und testen.Die SuS verwenden Programmierbefehle wie «dauerhaft» (Schleife) und definieren Sensor-Schwellenwerte, die den Alarm auslösen.
MI.2.3.lDie SuS kennen die wesentlichen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeelemente von Informatiksystemen und können diese mit den entsprechenden Funktionen von Lebewesen vergleichen (Sensor, Prozessor, Aktor und Speicher).Die SuS arbeiten gezielt mit Sensoren (z.B. Helligkeit, Lage) um Aktoren (LEDs, Lautsprecher) anzusteuern.
Technisches und textiles Gestalten (TTG)TTG.2.B.1.5cDie SuS setzen sich mit Eigenschaften von Stromkreisen auseinander (Leuchtdioden, Serie- und Parallelschaltung) und können diese in eigenen Produkten einsetzen.Die SuS integrieren einen Stromkreis in ihrer Alarmanlage. Insbesondere bei der Süssigkeitenbox.
Nötige Vorkenntnisse

Die Schülerinnen und Schüler müssen bereits wissen, dass elektrischer Strom fliesst, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Ausserdem sollten sie mit der Stromleitfähigkeit von Materialien vertraut sein (z.B. Kupferband, Alufolie). Erfahrungen mit dem Microcontroller Calliope Mini sind von Vorteil – insbesondere auch mit der Programmierung auf der Onlineprogrammierplattform «MakeCode».

Hinweise zur pädagogischen Begleitung
Alarmanlage mit geschlossenem Stromkreis

Diese Alarmanlage ist für Einsteiger*innen gut geeignet. Die Bilddarstellung im Bereich Tipps und Tricks ist im Prinzip selbsterklärend.

Alarmanlage mit Helligkeitssensor (Süssigkeitenbox)

Eine einfache Alarmanlage kann beispielsweise durch den Helligkeitssensor ausgelöst werden. Hier muss ein geeigneter Schwellenwert (zwischen 0 und 255) gefunden werden. Entsprechend der Lichtverhältnisse in der Umgebung kann dies eine Herausforderung sein. Der Alarm soll ja nicht ständig losgehen, sondern nur, wenn beispielsweise jemand die Schatztruhe öffnet. Erfahrungsgemäss ist der Wert 50 geeignet. Wenn der Wert grösser als 50 wird, löst die Alarmanlage aus. In einem schwach beleuchteten Raum könnte der Wert 50 allerdings noch zu hoch sein.

Türgriff-Alarmanlage (mit Neigungssensor)

Eine besonders einfache Konstruktion ist die Türgriffalarmanlage. Hier wird das Calliope einfach an der Türklinge befestigt und der Neigungswinkel so programmiert, dass die Alarmanlage auslöst, sobald das Calliope durch Drücken der Klinke in Schräglage kommt. Achtung: Das Calliope muss mit der LED-Seite nach oben auf der Klinke montiert werden. Nur dann arbeitet der Befehl «Rotation (°) Winkel» zuverlässig.

Eine Alarmanlage für Erwachsene

Hierbei handelt es sich um eine reine Tüftelaufgabe. Die Schülerinnen und Schüler müssen sich überlegen, welche Eigenschaften speziell Erwachsene haben und wie diese Eigenschaften von dem Alarmsystem erfasst werden können. Eine Eigenschaft, die zumindest auf viele Eltern von Primarschülerinnen und Schülern zutrifft, ist die Grösse. Hier könnte das Calliope mit dem Helligkeitssensor so an einer Türe platziert werden, dass es die Helligkeit auf Augenhöhe von Erwachsenen misst. Kommt eine gross gewachsene Person der Türe nah, geht der Alarm los. Falls vorhanden kann auch mit einem externen Ultaschall-Abstandmess-Sensor gearbeitet werden.

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