Digitales Messen im Physikunterricht mit dem Raspberry Pi

Das durch die Baden-Württemberg Stiftung geförderte Projekt hat das Hauptziel, neue Lehr-Lern-Unterrichtseinheiten zu entwickeln, um physikalische Experimente mit Low-Cost-High-Tech-Messwerterfassungssystem durchzuführen.

Weitere Ziele des Projektes sind:

• Einführung von Schülern in die grundlegenden Konzepte der Digitaltechnik und des digitalen Messens;
• Realisierung von elektronischen Schaltungen mit verschiedenen Sensoren sowie mit Komponenten zur Steuerung und Regelung (Analog-Digital-Wandler, Drehgeber, Leuchtdioden;
• Einsatz des Software-Paketes PhyPiDAQ unter openSource-Lizenz https://github.com/GuenterQuast/PhyPiDAQ  zur Messdatenerfassung, Visualisierung und Auswertung von Daten in verschiedenen Versuchen;
• Programmieren mit Python, denn viele Programme im openSource-Bereich liefern neben einer grafischen Oberflache auch eine pyhton – Schnittstelle;
• Auslesen von analogen und digitalen Sensoren;
  

Inhalte

Eine Sammlung von Demonstrations- und Schülerversuchen auf der Basis vom Einplatinencomputer Rasperry Pi wird in Kooperation mit dem Herrn Prof. Quast vom Karlsruhern Institut von Technology KIT entwickelt. Dank der zur Verfügung gestellten Software PhyPiDAQ können verschiedene Sensoren konfiguriert, Messdaten visualisiert und zur späteren genauen Auswertung auch digital protokolliert werden. Diese Software bietet viele Vorteile, wie eine einheitliche Schnittstelle für eine Vielzahl von Sensoren, verschiedene graphische Anzeigen, Datenaufzeichnung im CSV-Format, Kalibration von Sensoren, sowie die Anwendung von Formeln auf Messwerte an.

Eine Liste mit den bisherigen Schülerprojekten beinhaltet:

• Temperaturmessung mit dem 1-Wire Temperatursensor DS1820 (digital)
• Distanzmessung mit IR-Triangulations-Distanzsensor SHARP GP2Y0A02YK0F
• Messung der magnetischen Flussdichte mit dem Hallsensor TO-92 (±67mT)
• Kennlinie einer Leuchtdiode LED
• Kennlinie eines Fotowiderstands LDR
• Kennlinie eines temperaturabhängigen Widerstands NTC
• Gleichzeitige Aufnahme der Kennlinien dreier Leuchtdioden LED
• Kondensatorladung/-entladung
• Kraftsensor

Exemplarisch wird der Schaltungsaufbau auf den Breadboard, sowie die PhyPiDAQ-Konfiguration des Versuchs zu einem digitalen Thermometer mit einem NTC-Widerstand.