Abschnitt: LS7.2: Raumklima temperaturgeführt regeln | LF07 - Cyber-physische Systeme ergänzen - FI/ITSE - Raspberry Pi

In dieser Lernsituation wird Ihrem cyber-physischen System ein Aktor zur Kühlung des Serverraumes hinzugefügt. Mit Hilfe einer elektronischen Ansteuerschaltung und eines Regelungsalgorithmus stellen sie eine gewünschte Raumtemperatur ein. Allein im Titel der Lernsituation verbergen sich Fragen.

Was heißt eigentlich regeln? Was ist eine Führungsgröße? Was ist ein Regelkreis? Wie kann man ein cyber-physisches System als Temperaturregler einsetzen?

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Informieren bzw. Analysieren

Allein im Titel der Lernsituation verbergen sich Fragen:

Was heißt eigentlich regeln? Was ist ein Führungsgröße? Was ist ein Regelkreis? Und nicht zuletzt: wie kann man ein cyber-physisches System als Temperaturregler einsetzen?

In diesem Teil verschaffen Sie sich einen Überblick über die Möglichkeiten, einen geschlossenen Regelkreis aufzubauen.

Schauen Sie sich zunächst die drei folgenden Videos zur Regelungstechnik an.
Aktivität A2.1: Video zum Regelkreis auswählen

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Aktivität A2.2: Video zum Zweipunktregler auswählen

A2.2: Video zum Zweipunktregler Link/URL
Aktivität A2.3: Video zur Struktogrammerstellung eines Zweipunktreglers auswählen

A2.3: Video zur Struktogrammerstellung eines Zweipunktreglers Link/URL
Aktivität A2.4: Informationen zur Regelstrecke sichten (90min) auswählen

A2.4: Informationen zur Regelstrecke sichten (90min) Textseite
Aktivität --- Informationen zur Aktoransteuerung sichten --- auswählen

--- Informationen zur Aktoransteuerung sichten ---
Aktivität M2.4a: Elektronikkomponenten des Aktors (RGB-LED oder Lüfter) und deren Ansteuerung vom RPi auswählen

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--- Informationen zum Auslesen des Regelwertes beschaffen ---
Aktivität M2.4b: Software/ Algorithmus zum Auslesen des Regelwertes (Istwertes) aus der adafruit Cloud auswählen

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Aktivität M2.4c: Software/ Algorithmus zum Auslesen des Regelwertes (Istwertes) aus einem MQTT Broker auswählen

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Aktivität M2.4d: Software/ Algorithmus zum Auslesen des Regelwertes (Istwertes) aus dem eigenen Webserver auswählen

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Planen/ Entscheiden

Sie haben sich bisher grundlegende Informationen beschafft, die Sie in die Lage versetzen, verschiedene Lösungsmöglichkeiten für Ihre Aufgabenstellung zu skizzieren. An dieser Stelle wägen Sie die verschiedenen Lösungswege gegeneinander ab und entscheiden sich begründet für einen davon.

In diesem Projekt sind einige planerische Aktivitäten notwendig. Zum Einen muss die Ansteuerschaltung für den Lüftermotor entwickelt werden und zum Anderen muss die Software für einen geeigneten Regler erstellt werden.
Aktivität A2.5: Lüftermotoransteuerung planen (90min) auswählen

A2.5: Lüftermotoransteuerung planen (90min) Aufgabe

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Aktivität A2.5a: Lüftermotoransteuerung planen - Stromstärke ermitteln (15min von 90min) auswählen

A2.5a: Lüftermotoransteuerung planen - Stromstärke ermitteln (15min von 90min) Test

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Aktivität A2.5: Lüftermotoransteuerung planen - Lösung auswählen

A2.5: Lüftermotoransteuerung planen - Lösung Datei

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Aktivität A2.6: Software/ Algorithmus zur Implementierung eines Zweipunktreglers (30min) auswählen

A2.6: Software/ Algorithmus zur Implementierung eines Zweipunktreglers (30min) Aufgabe

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Aktivität A2.6: Software/ Algorithmus zur Implementierung eines Zweipunktreglers - Lösung auswählen

A2.6: Software/ Algorithmus zur Implementierung eines Zweipunktreglers - Lösung Datei

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Aktivität A2.7: Klassendiagramm für Lüfter erstellen (30min) auswählen

A2.7: Klassendiagramm für Lüfter erstellen (30min) Aufgabe

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Aktivität A2.7: Klassendiagramm für Lüfter erstellen - Lösung auswählen

A2.7: Klassendiagramm für Lüfter erstellen - Lösung Verzeichnis

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Aktivität A2.8: Software/ Algorithmus zur Implementierung der Lüfterklasse vervollständigen (20min) auswählen

A2.8: Software/ Algorithmus zur Implementierung der Lüfterklasse vervollständigen (20min) Aufgabe

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Aktivität A2.8: Software/ Algorithmus zur Implementierung der Lüfterklasse vervollständigen - Lösung auswählen

A2.8: Software/ Algorithmus zur Implementierung der Lüfterklasse vervollständigen - Lösung Datei

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Aktivität Entscheiden Sie abhängig von Ihren Eingangsvorauss... auswählen

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Entscheiden Sie abhängig von Ihren Eingangsvoraussetzungen, ob Sie Aufgabe 2.9a oder 2.9b bearbeiten möchten. Beides führt zum selben Ergebnis. Bei 2.9b ist mehr Eigenleistung erforderlich.
Aktivität A2.9a: Klasse für den Cloudservice ergänzen-Basisniveau (45min) auswählen

A2.9a: Klasse für den Cloudservice ergänzen-Basisniveau (45min) Aufgabe

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Aktivität A2.9b: Klasse für den Cloudservice erstellen-Expertenniveau (45min) auswählen

A2.9b: Klasse für den Cloudservice erstellen-Expertenniveau (45min) Aufgabe

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Aktivität A2.9: Klasse für den Cloudservice - Lösung auswählen
A2.9: Klasse für den Cloudservice - Lösung Datei
Nicht verfügbar, außer mindestens eine Bedingung ist erfüllt: Die Aktivität A2.9a: Klasse für den Cloudservice ergänzen-Basisniveau (45min) ist als abgeschlossen markiert ...

Nicht verfügbar, außer mindestens eine Bedingung ist erfüllt:

Die Aktivität A2.9a: Klasse für den Cloudservice ergänzen-Basisniveau (45min) ist als abgeschlossen markiert

Die Aktivität A2.9b: Klasse für den Cloudservice erstellen-Expertenniveau (45min) ist als abgeschlossen markiert
Aktivität A2.10: Struktogramm des Hauptprogramms erklären (45min) auswählen

A2.10: Struktogramm des Hauptprogramms erklären (45min) Aufgabe

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Aktivität A2.10: Struktogramm des Hauptprogramms erklären - Lösung auswählen

A2.10: Struktogramm des Hauptprogramms erklären - Lösung Verzeichnis

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Aktivität A2.11a*: Software/ Agorithmus zur Implementierung eines Proportionalreglers auswählen

A2.11a*: Software/ Agorithmus zur Implementierung eines Proportionalreglers Textseite
Aktivität A2.11b*: Quellcode für einen PID-Regler erstellen auswählen

A2.11b*: Quellcode für einen PID-Regler erstellen Textseite

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Aktivität Durchführen Sie haben nun alle Vorarbeiten zur P... auswählen

Durchführen

Sie haben nun alle Vorarbeiten zur Planung und Strukturierung erledigt. Sie fügen nun die einzelnen Codeschnipsel zu einem Gesamtprogramm zusammen. Es muss auf den Raspberry Pis installiert und getestet werden. Vorab ist ein Aufbau der Hardware notwendig.
Aktivität A2.12: Lüfteransteuerung und Temperaturerfassung aufbauen (45min) auswählen

A2.12: Lüfteransteuerung und Temperaturerfassung aufbauen (45min) Aufgabe

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Aktivität A2.13: Gesamtanwendung erstellen (45min) auswählen

A2.13: Gesamtanwendung erstellen (45min) Aufgabe

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Aktivität A2.13: Gesamtanwendung erstellen - Lösung auswählen

A2.13: Gesamtanwendung erstellen - Lösung Datei
Aktivität Kontrollieren/ Bewerten Vergleichen Sie Ihre Lös... auswählen

Kontrollieren/ Bewerten

Vergleichen Sie Ihre Lösung mit denen Anderer und diskutieren Sie die Ergebnisse.
Aktivität A2.14: Herausforderungen während der Installation nennen und Lösungen diskutieren (20min) auswählen

A2.14: Herausforderungen während der Installation nennen und Lösungen diskutieren (20min) Chat

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Aktivität A2.15: Vorstellung der Arbeitsergebnisse (20 min) auswählen

A2.15: Vorstellung der Arbeitsergebnisse (20 min) Textseite
Aktivität A2.16: Energiebedarf ungeregeltes Kühlsystem mit geregeltem vergleichen (45 min) auswählen

A2.16: Energiebedarf ungeregeltes Kühlsystem mit geregeltem vergleichen (45 min) Aufgabe

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Aktivität M2.5: Soviel Energie benötigt das Internet auswählen

M2.5: Soviel Energie benötigt das Internet Link/URL

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Aktivität Reflektieren Nach Durchführung der Arbeiten re... auswählen

Reflektieren

Nach Durchführung der Arbeiten reflektieren Sie hier Ihr Handeln und die Vorgehensweise. Was war gut, welche Schritte würden Sie beim nächsten Durchlauf anders bearbeiten?
Aktivität Wie sind Sie in den letzten Unterrichtsstunden zurecht gekommen? Geben Sie ein Feedback. auswählen

Wie sind Sie in den letzten Unterrichtsstunden zurecht gekommen? Geben Sie ein Feedback.

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Aktivität Didaktische Reserve Hier finden Sie auch wichtig... auswählen

Didaktische Reserve

Hier finden Sie auch wichtige Lerninhalte, die nur mittelbar zur Lernsituation gehören und nicht unbedingt notwendig zu wissen waren, um eine Lösung zu finden. Sie runden aber Ihre Kompetenzen ab, wenn Sie sich damit auseinandersetzen. Darüber hinaus finden Sie zusätzliches Übungsmaterial und Hinweise auf weiterführende Literatur.
Aktivität --- Transfer --- auswählen

--- Transfer ---
Aktivität --- Übungen --- auswählen

--- Übungen ---
Aktivität A2.17 - Cyberphysisches System mit dem Packettracer erstellen auswählen

A2.17 - Cyberphysisches System mit dem Packettracer erstellen Aufgabe

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Aktivität M2.6.1 - Simulation eines IoT-Systems: Getting Started with Cisco "Packet Tracer" auswählen

M2.6.1 - Simulation eines IoT-Systems: Getting Started with Cisco "Packet Tracer" Textseite
Aktivität M2.6.2 - Hello World: erste Python Code-Snippets für den "Packet Tracer" auswählen

M2.6.2 - Hello World: erste Python Code-Snippets für den "Packet Tracer" Textseite
Aktivität M2.6.3 - Python-Befehlsreferenz für den "Packet Tracer" auswählen

M2.6.3 - Python-Befehlsreferenz für den "Packet Tracer" Textseite
Aktivität zu A2.17: Lösungsvorschlag - Cyberphysisches System mit dem Packettracer erstellen auswählen

zu A2.17: Lösungsvorschlag - Cyberphysisches System mit dem Packettracer erstellen Datei

Nicht verfügbar, außer: Die Aktivität A2.17 - Cyberphysisches System mit dem Packettracer ... ...

Nicht verfügbar, außer: Die Aktivität A2.17 - Cyberphysisches System mit dem Packettracer erstellen ist als abgeschlossen markiert
Aktivität Speichern der Projektdateien in github.com auswählen

Speichern der Projektdateien in github.com Textseite

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Aktivität --- Zusätzliche Materialen und Links --- auswählen

--- Zusätzliche Materialen und Links ---
Aktivität   ------------------------ Leistungsüberprüfu... (Kopie) auswählen

------------------------ Leistungsüberprüfung ---------------------
Aktivität Vorbereitung auf die Klassenarbeit LF07, Lernsituation 2 auswählen

Vorbereitung auf die Klassenarbeit LF07, Lernsituation 2 Test
Aktivität Versicherung der eigenständigen Bearbeitung der Leistungsüberprüfung LS7.2 auswählen

Versicherung der eigenständigen Bearbeitung der Leistungsüberprüfung LS7.2 Test

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Aktivität Klassenarbeit Lernfeld 7, Lernsituation 2 auswählen

Klassenarbeit Lernfeld 7, Lernsituation 2 Test

Nicht verfügbar, außer: Die Aktivität Versicherung der eigenständigen Bearbeitung der ... ...

Nicht verfügbar, außer: Die Aktivität Versicherung der eigenständigen Bearbeitung der Leistungsüberprüfung LS7.2 ist als abgeschlossen markiert

Abschnittsübersicht

--- Überblick verschaffen ---

Informieren bzw. Analysieren

--- Informationen zur Aktoransteuerung sichten ---

--- Informationen zum Auslesen des Regelwertes beschaffen ---

Planen/ Entscheiden

Durchführen

Kontrollieren/ Bewerten

Reflektieren

Didaktische Reserve

--- Transfer ---

--- Übungen ---

--- Zusätzliche Materialen und Links ---

------------------------ Leistungsüberprüfung ---------------------