{"id":719,"date":"2021-12-30T11:39:28","date_gmt":"2021-12-30T11:39:28","guid":{"rendered":"https:\/\/gigers.com\/blog\/?p=719"},"modified":"2024-06-24T17:33:33","modified_gmt":"2024-06-24T17:33:33","slug":"co2-messung-mit-microblocks","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/gigers.com\/blog\/co2-messung-mit-microblocks\/","title":{"rendered":"CO2-Messung mit MicroBlocks"},"content":{"rendered":"<p>CO2-Messungen in Schulen haben im Verlauf der Covid-19-Pandemie an Bedeutung gewonnen, weshalb nebst kommerziellen Ger\u00e4ten unterdessen verschiedene Bauanleitungen zu Verf\u00fcgung stehen. Der hier vorgestellte L\u00f6sungsansatz unterscheidet sich von anderen Ger\u00e4ten dadurch, dass er folgende Anforderungen erf\u00fcllt:<\/p>\n<ul>\n<li>Das Ger\u00e4t soll die tats\u00e4chliche CO2-Konzentration einigermassen genau messen und diese nicht aus anderen Werten (z.B. dem Vorhandensein von Wasserstoff) ableiten.<\/li>\n<li>Die Messdaten sollen auf unterschiedliche Weise ausgewertet werden k\u00f6nnen: direkte Anzeige, grafischer Verlauf, weitere Auswertung am Computer.<\/li>\n<li>Das Ger\u00e4t soll in einer blockbasierten Sprache von Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fclern der Sekundarstufe I selbst programmiert werden k\u00f6nnen.<\/li>\n<li>Teile des Ger\u00e4tes sollen im MINT-Unterricht auch f\u00fcr andere Zwecke verwendet werden k\u00f6nnen.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Um diese Anforderungen zu erf\u00fcllen, wird eine Kombination aus dem Mikrocomputer Adafruit CLUE, der mit MicroBlocks programmiert wird und dem CO2-Sensor SCD-30 verwendet. Dies ist dank der von Markus G\u00e4lli freigegebenen Bibliothek f\u00fcr den CO2-Sensor seit Dezember 2021 m\u00f6glich: <a href=\"https:\/\/github.com\/MarkusGaelli\/MicroBlocks-SCD30\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/github.com\/MarkusGaelli\/MicroBlocks-SCD30<\/a>, wobei die Bibliothek voraussichtlich in der n\u00e4chsten Version von MicroBlocks offiziell aufgenommen wird.<\/p>\n<h2>Das CO2-Messger\u00e4t und seine Funktionen<\/h2>\n<p>In der hier beschriebenen Version k\u00f6nnen die Messdaten auf dem Bildschirm des Adafruit CLUEs als Zahlenwerte und grafisch ausgegeben werden.<\/p>\n<figure id=\"attachment_721\" aria-describedby=\"caption-attachment-721\" style=\"width: 700px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-721\" src=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/mintware_clue_scd30.png\" alt=\"\" width=\"700\" height=\"478\" srcset=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/mintware_clue_scd30.png 700w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/mintware_clue_scd30-300x205.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 700px) 100vw, 700px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-721\" class=\"wp-caption-text\">Der CO2-Sensor SCD30 wird mit dem Adafruit CLUE \u00fcber ein STEMMA-to-Groove-Kabel verbunden und ist damit \u00fcber die I2C-Schnittstelle ansprechbar.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Die Daten k\u00f6nnen via die MicroBlocks-Umgebung direkt an den Computer \u00fcbergeben werden, an den der Adafruit CLUE mittels USB-micro-Kabel angeschlossen wird und von dort aus als CSV-Datei f\u00fcr die weitere Datenauswertung abgespeichert werden.\u00a0Ausserdem verf\u00fcgt die vorgestellte Variante \u00fcber eine einfache Men\u00fcf\u00fchrung, welche flexibel ausgebaut werden kann.<\/p>\n<h2>MicroBlocks<\/h2>\n<p>Microblocks (<a href=\"https:\/\/microblocks.fun\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/microblocks.fun<\/a>) ist eine blockbasierte Programmierumgebung f\u00fcr Mikrocomputer wie den micro:bit, Calliope und andere \u00e4hnliche Ger\u00e4te, bei der Programme sofort ausgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen und die recht performant ist. Unterdessen stellt die Webseite auch diverse Anleitungen f\u00fcr den Unterricht (teilweise in deutscher Sprache) zu Verf\u00fcgung. Wie der Mikrocomputer von MicroBlocks aus angesprochen wird, ist beispielsweise hier beschrieben: <a href=\"https:\/\/microblocks.fun\/assets\/pdf\/cards\/QuickStart_DE.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">QuickStart<\/a>.<\/p>\n<h2>Die Programmierung<\/h2>\n<p>Das komplette Programm f\u00fcr das vorgestellte CO2-Messger\u00e4t findet sich hier: <a href=\"https:\/\/github.com\/mattgig\/CO2-Messung\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/github.com\/mattgig\/CO2-Messung<\/a>.<\/p>\n<p>Das Hauptprogramm nebst bereits vorhandenen einige zus\u00e4tzliche Bibliotheken:<\/p>\n<ul>\n<li>SCD30.ubl von Markus G\u00e4lli<br \/>\nStellt die Bl\u00f6cke zum Ansprechen und Auslesen des SCD30 zu Verf\u00fcgung.<\/li>\n<li>digits.ubl<br \/>\nErlaubt die Anzeige der Ziffern 0-9 in beliebiger Gr\u00f6sse als Digitalzahlen.<\/li>\n<li>drawGraph.ubl<br \/>\nStellt eine in der H\u00f6he anpassbare Grafik f\u00fcr den Adafruit CLUE zu Verf\u00fcgung.<\/li>\n<li>menuOptions.ubl<br \/>\nErlaubt die Programmierung eines einfachen Men\u00fcsystems f\u00fcr den Adafruit CLUE.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Die eigentliche Messung wird in einem Block mit verschiedenen Unterbefehlen durchgef\u00fchrt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_723\" aria-describedby=\"caption-attachment-723\" style=\"width: 480px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-large wp-image-723\" src=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Bild_2021-12-30_121214-480x1024.png\" alt=\"\" width=\"480\" height=\"1024\" srcset=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Bild_2021-12-30_121214-480x1024.png 480w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Bild_2021-12-30_121214-140x300.png 140w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Bild_2021-12-30_121214.png 502w\" sizes=\"auto, (max-width: 480px) 100vw, 480px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-723\" class=\"wp-caption-text\">Das Hauptprogramm zeigt die gemessenen Werte als Zahl und Grafik an und kann die Messwerte auch zur weiteren Bearbeitung an einen Computer \u00fcbergeben.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Zuerst werden diverse Parameter gesetzt und dann die Messwerte innerhalb einer repeat-until-Schleife ausgelesen, wobei jeweils die letzten 240 Werte in einer Liste gespeichert werden. Dabei stehen folgende Darstellungsm\u00f6glichkeiten der Messwerte zu Verf\u00fcgung:<\/p>\n<ul>\n<li>Anzeige als Text auf dem Bildschirm des Adafruit CLUE mittels displayIniformation;<\/li>\n<li>direkte Ausgabe auf dem Bildschirm des Computers, falls der CLUE damit verbunden ist \u00fcber say;<\/li>\n<li>Weitergabe der Messwerte an das Graphmodul von Microblocks;<\/li>\n<li>Ausgabe des aktuellen Messwertes als Farbinformation via NeoPixel-LED;<\/li>\n<li>grafische Ausgabe der letzten 240 Messwerte auf dem Bildschirm des Adafruit CLUE.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das Zeitintervall f\u00fcr die Messungen kann schrittweise von 5 &#8211; 120 Sekunden festgelegt werden, wodurch die grafische Ausgabe einen Zeitraum von 20 Minuten bis 8 Stunden abdeckt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_726\" aria-describedby=\"caption-attachment-726\" style=\"width: 969px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-726\" src=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/CLUE_menu.png\" alt=\"\" width=\"969\" height=\"727\" srcset=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/CLUE_menu.png 969w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/CLUE_menu-300x225.png 300w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/CLUE_menu-768x576.png 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 767px) 89vw, (max-width: 1000px) 54vw, (max-width: 1071px) 543px, 580px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-726\" class=\"wp-caption-text\">In der vorliegenden Version kann der Adafruit CLUE mit den Tasten A und B \u00fcber ein einfaches Men\u00fc gesteuert werden.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Dabei kann jeweils \u00fcber die Taste A der n\u00e4chste Wert angesteuert und dieser \u00fcber die Taste B ausgew\u00e4hlt werden. Das Dr\u00fccken beider Tasten gleichzeitig f\u00fchrt zur\u00fcck ins Hauptmen\u00fc.<\/p>\n<p>Die M\u00f6glichkeiten, Messdaten \u00fcber Funk an einen anderen Mikrocomputer zu senden, ist aktuell noch nicht implementiert, kann aber mit wenigen Befehlen (unter allf\u00e4lliger Anpassung des Men\u00fcs) durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n<h2>Verwendung im Unterricht<\/h2>\n<p>Erst einmal kann das Ger\u00e4t f\u00fcr die CO2-Messung im Schulzimmer verwendet werden, um die Luftqualit\u00e4t zu \u00fcberpr\u00fcfen. Ob dabei die genaue Anzeige der aktuellen Messwerte, die Grafik (Zeitreihe von Messwerten) oder die NeoPixel-LED als Anhaltspunkt dient, h\u00e4ngt vom genauen Einsatzzweck ab.<\/p>\n<figure id=\"attachment_724\" aria-describedby=\"caption-attachment-724\" style=\"width: 960px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-724\" src=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Stage-2021-12-30T122742.372.png\" alt=\"\" width=\"960\" height=\"720\" srcset=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Stage-2021-12-30T122742.372.png 960w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Stage-2021-12-30T122742.372-300x225.png 300w, https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Stage-2021-12-30T122742.372-768x576.png 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 767px) 89vw, (max-width: 1000px) 54vw, (max-width: 1071px) 543px, 580px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-724\" class=\"wp-caption-text\">Auswertung der Daten in Snap!, wobei die gleichen Algorithmen wie bei der grafischen Anzeige auf dem Adafruit CLUE verwendet werden.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Dann k\u00f6nnen die Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler das Ger\u00e4t aber auch verwenden, um mittels gezielter CO2-Messungen eigenen Fragestellungen nachzugehen. Die relativ einfach anpassbare Programmierung erleichtert dabei auch die Untersuchung etwas speziellerer Fragestellungen. Allerdings eignet sich der SCD30-Sensor nicht f\u00fcr schnelle Messungen, da die Messintervalle ca. 2 Sekunden betragen. Da die Messwerte als CSV-Datei gespeichert werden k\u00f6nnen, steht einer weiteren Auswertung nichts mehr im Wege.<\/p>\n<p>Letztlich kann das Ger\u00e4t auch als Beispiel f\u00fcr die Programmierung von Mikrocomputern im Informatikunterricht eingesetzt werden, wobei auf Fragestellungen wie Timing, Anzeige von Messwerten, Daten\u00fcbermittlung usw. fokussiert werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>CO2-Messungen in Schulen haben im Verlauf der Covid-19-Pandemie an Bedeutung gewonnen, weshalb nebst kommerziellen Ger\u00e4ten unterdessen verschiedene Bauanleitungen zu Verf\u00fcgung stehen. Der hier vorgestellte L\u00f6sungsansatz unterscheidet sich von anderen Ger\u00e4ten dadurch, dass er folgende Anforderungen erf\u00fcllt: Das Ger\u00e4t soll die tats\u00e4chliche CO2-Konzentration einigermassen genau messen und diese nicht aus anderen Werten (z.B. dem Vorhandensein von &hellip; <\/p>\n<p class=\"link-more\"><a href=\"https:\/\/gigers.com\/blog\/co2-messung-mit-microblocks\/\" class=\"more-link\"><span class=\"screen-reader-text\">\u201eCO2-Messung mit MicroBlocks\u201c <\/span>weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-719","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/719","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=719"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/719\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":728,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/719\/revisions\/728"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=719"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=719"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/gigers.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=719"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}