Ziel des Workshops ist der Bau eines automatisierten Zimmergewächshauses. Mithilfe von Sensoren und Aktoren sowie einem ESP-32 Mikrocontroller wird eine Steuerung für ein voll automatisiertes Gewächshaus realisiert. Das Projekt wird in dem Themenumfeld Technik/Biologie durchgeführt und erlaubt Langzeituntersuchungen des Pflanzenwachstums in Anhängigkeit von Licht verschiedener Wellenlängen, CO2-Konzentration in der Umgebungsluft, Bodenfeuchtigkeit, bzw. Luftfeuchtigkeit.

Die Sensorik besteht aus: Temperatursensor, Luftfeuchtigkeitssensor, Bodenfeuchtigkeitssensor CO2-Sensor.Die Aktorik, bestehend aus:  Servomotor für Dachfenstersteuerung (passive Be-bzw. Entlüftung), Lüfter für aktive Be,- bzw. Entlüftung, Pumpe für Bewässerung und Pflanzenbeleuchtung.

Jede Gruppe führt sukzessiv die Inbetriebnahme aller Komponenten durch. Hierzu folgen parallel Erklärungen zur Funktionsweise und Ansteuerung der Komponenten.

Das Konzept der Steuerung eines automatisierten Gewächshauses entsteht. Jetzt werden alle verbauten Komponenten an den Mikrocontroller angeschlossen und die Parametrisierung beginnt:

• stimmt die Bodenfeuchte?
• muss bewässert werden?
• wie lange soll die Pumpe laufen?
• wie ist die aktuelle CO2-Konzentration in dem Gewächshaus?
• muss Belüftet, bzw. Entlüftet werden?
• soll zu normalem Tageslicht ein bestimmtes Lichtspektrum hinzugeschaltet werden?
• von wann bis wann soll die künstliche Pflanzenbeleuchtung eingeschaltet sein?
• Parameter können optisch durch LEDs oder über ein Web-Interface ausgegeben werden.

Im Vorfeld dieses Workshops werden die benötigten Komponenten konfektioniert, getestet und an die Schule ausgeliefert. Die jeweiligen Sets waren so vorbereitet, dass keine speziellen Werkzeuge zur Montage benötigt werden.

Die Funktionsweise der Ampeln ist relativ einfach: Ein kalibrierter Kohlendioxid-empfindlicher Sensor erfasst die CO2-Konzentration, die Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur und übergibt die Werte an einen Microcontroller. Grundlage hierzu ist die Programmierung, wofür entsprechende Kenntnisse vermittelt werden müssen. Um junge Schülerinnen und Schüler an das Thema heranzuführen, entwickelte das Team eigene Blocks (Bausteine), mit denen der Microcontroller grafisch programmiert werden kann. Diese nicht-textbasierte Programmierung ist Teil der schulischen Ausbildung und gehört zum Repertoire der Schülerinnen und Schüler.

Ebenfalls wurde die Hardware für die CO2-Ampel neu entwickelt, sie trägt jetzt eine professionelle Handschrift „Made in Germany“. Die Anzeige der CO2-Konzentration in der Umgebungsluft wird als weithin sichtbare Pegelanzeige dargestellt, zusätzlich werden die aktuellen Werte der CO2-Konzentration, Luftfeuchtigkeit und Temperatur auf einem OLED-Display angezeigt. Erfasst werden diese Werte mit einem professionellen, kalibrierten Sensor (SCD30), der auch in der Industrie und Medizin eingesetzt wird.

Untergebracht werden alle Komponenten auf einem Board, welches ebenfalls im MakerSpace entwickelt wurde. Im Auftrag des zdi-Zentrum KReMINTec und MGconnect zdi-Zentrum Mönchengladbach werden diese Boards bei Andreas Müller Electronic GmbH in Wassenberg gefertigt. Der MakerSpace testet alle Komponenten vor der Auslieferung und veredelt die CO2-Ampel durch Montage auf einem gelaserten und gravierten Plexiglashalter

Bau einer  Uhr, welche die Zeit mit Worten anzeigt.

In diesem Workshop bauen Jugendliche im Makerspace der HS Niederrhein  eine spezielle Digitaluhr, die Wordclock. Das Besondere an dieser Uhr ist, dass die Uhrzeit in Form von Worten angezeigt wird.

Der Schwerpunkt dieses Workshops liegt im Bauen der Uhr. Tätigkeiten wie Montieren, Kleben und Löten liegen hier im Vordergrund. Für das Gehäuse werden 3mm dicke Platten aus MDF vorgefertigt (ausgelasert). In der Front dieser Uhr werden alle für die Darstellung der Uhrzeit benötigen Buchstaben/Worte mittels eines Lasercutters ausgeschnitten. Jeder Buchstabe in der Front wird im Hintergrund per einzeln adressierbare LED angestrahlt. Diese Buchstaben werden dann zu Worten.   Der Schwerpunkt der Lötarbeiten liegt in der Sorgfalt der anzufertigenden Lötstellen. Die Steuerung der Uhr übernimmt ein nodeMCU 2866 -Controller. Dieser wird mit einem vorbereiteten Code programmiert. Die SuS erhalten Erklärung zur Funktionsweise der Software. Damit die Uhr bei Ausfall der Spannungsversorgung die Uhrzeit nicht vergisst, wird an dem Controller ein Batteriegepuffertes RTC-Modul (RealTimeClock) angekoppelt, welches dann auch im Fall der fehlenden Versorgungsspannung die Uhrzeit weiter ermittelt. Gestellt wird die Uhr über ein per WLAN verbundenes Smartphone. Hierüber können die LED´s einer jeden Uhr individuell farblich gestaltet werden.

Das Projekt hat das Ziel, Schülerinnen und Schüler schon frühzeitig für Technik zu begeistern und interessante Alltagsfragestellungen im Rahmen der Elektronik durch Experimentieren mit eigenen Bauteilen kennenzulernen.

In diesem Projekt kommen folgende Komponenten zum Einsatz: Bausatz Mikrocontroller-Platine, Platine zur Ein- und Ausgabe digitaler und analoger Signale, Software zur Programmierung des Mikrocontrollers (Arduino IDE), USB-Datenkabel.

Im ersten Teil des Workshops erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Sicherheits- Unterweisung für das Arbeiten in technischen Laboren und werden im Umgang mit dem Lötkolben unterwiesen wurden. Danach folgen Informationen über die Arbeitsweise eines Mikrocontrollers. Sie bestücken dann eine Platine mit diversen elektronischen Komponenten, welche für die Funktion der Platine benötigt werden und testen diese. Im zweiten Teil des Workshops liegt der Schwerpunkt auf der Programmierung des Mikrocontrollers. Die Themen hier beinhalten Grundlagen der textbasierten Programmierung wie:  Programmiersprache, Datentypen, Schleifen, Bedingungen … etc.

Hierfür wird eine zweite Platine, die verschiedene Möglichkeiten der Ein- und Ausgabe von digitalen und analogen Signale auf die Controllerplatine aufgesetzt.

Professioneller Umgang mit einem 3D-Drucker incl. 3D-CAD-Konstruktion

In diesem Workshop wird (derzeit) der Creality 3D Drucker „Ender 3“ eingesetzt. Im ersten Abschnitt des Workshops wird dieser 3D Drucker zusammengebaut, in Betrieb genommen und kalibriert.
Alle wichtigen Parameter für den 3D-Druck werden besprochen. Im nächsten Schritt wird den Schüler*innen die zum Slicen benötigte Software erklärt. Der erste 3D-Probedruck wird gestartet.

Danach folgen Lehreinheiten zu 3D CAD-Konstruktion. Hierfür wird die professionelle Software Fusion 360 von Autodesk® eingesetzt. Diese Software wird für Schüler*innen, Lehrende aber auch Privatpersonen kostenfrei vom Softwarehersteller zur Verfügung gestellt.

Lehreinheit 01 (Einführung)

• Fusion 360 Einrichten
• Navigation und Oberfläche Fusion 360
• Skizze
• Extrusion

Lehreinheit 02 (Konstruktion)

• Fasen und Abrundungen
• Schrift
• Bohrungstool
• Anordnungen
• Konstruktionslinien

Lehreinheit 03 (Konstruktion)

• Additive Manufacturing
• Konstruktionsrichtlinien für 3D Druck (FDM)
• Sweeping
• Spline
• Konstruktionsebene

Lehreinheit 04 (Konstruktion)

• Schalentool
• Abhängigkeiten
• Drehen
• Erhebung

Lehreinheit 05 (Konstruktion)

• Baugruppe
• Gelenke
• Bauteilbibliotheken

Lehreinheit 06 (Visualisierung)

• Rendern(Foto)/Baugruppenanimation (Video)
• 3D-Druck des finalen 3D-Objektes

Zwischen den einzelnen Lehreinheiten erfolgen weitere Drucke von 3D-Objekten.
Am Ende des Workshops sind alle Schüler*innen in der Lage eigene 3D-Objekte zu kreieren.

Bau eines Pulsmessers mit dem Arduino Nano

In dem Projekt sollen Schülerinnen und Schüler (SuS) ein Projekt in dem Themenumfeld Medizintechnik/Medizininformatik durchführen. Konkret geht es dabei um die Anwendung eines Sensors zur Pulsmessung und das Auslesen und die Anzeige des eigenen Pulses mit einem Mikrocontroller, dem Arduino Nano. Der Puls verrät, wie schnell das Herz-Blut durch unseren Körper gepumpt wird. Ruhe, Aufregung, äußere Einwirkungen und Krankheiten können den Puls beeinflussen und sogar dauerhaft verändern.

Das Projekt hat das Ziel, Schülerinnen und Schüler schon frühzeitig für Technik zu begeistern und interessante Alltagsfragestellungen im Rahmen der (Bio-)Sensorik durch Experimentieren mit eigenen Bauteilen und mit den eigenen Biosignalen kennenzulernen. Außer dem Mikrocontroller kommen in diesem Projekt folgende Komponenten zum Einsatz: optischer Pulssensor mit einem analogen Ausgang, OLED- Anzeige, Lipo-Akku, USB-Laderegler, Mini-Schiebeschalter und mittels 3D-Druck hergestelltes Gehäuse.

Die einzelnen Komponenten werden in dem 3D-Druck Gehäuse verbaut und elektrisch mit einander verbunden. Die gebauten Pulsmesser können sofort getestet werden.

Gestalten und Bauen eines smarten Plexiglas- Leuchtbildes

In diesem Workshop werden Jugendliche im Makerspace der HS Niederrhein ein zuvor selbst gestaltetes Leuchtbild bauen. Am Ende kann das Bild über vielseitige Lichteffekte vom Smartphone aus, gesteuert werden.

Der Schwerpunkt des Workshops liegt dabei in der Fotobearbeitung und Grafikerstellung. Hier können eigene Fotos und Motive mitgebracht werden, welche dann mit fachlicher Unterstützung aufgearbeitet werden, um sie mit einem Lasercutter auf eine transparente Kunststoffplatte gravieren zu können. Das Bild wird danach aus der transparenten Platte mit dem Lasercutter ausgeschnitten. Zur Bearbeitung der Motive wird die professionelle Software Affinity Photo & Designer verwendet.

Das ausgeschnittene Bild wird in einem selbst gebauten Sockel befestigt, der die zur Beleuchtung notwendige Elektronik beherbergt. Mit Hilfe dieser Elektronik hat man die Möglichkeit über WLAN per Smartphone eigene Lichteffekte zu kreieren.

Im Projekt Robocar bauen Schülerinnen und Schüler ein Roboterfahrzeug mit Linienverfolgung aufbauen. Dabei geht es um die Anwendung eines optischen Sensors zur Linienverfolgung, dessen Sensordaten zunächst digitalisiert und danach verwendet werden, um die gemessene Lichtstärke in Fahrbefehle umzuwandeln. Hierzu wird ein Arduino-kompatibler Microcontroller benutzt. Der folgende Ablauf ist dazu vorgesehen: Die Schüler/innen verlöten die notwendigen elektronischen Bauteile, speziell auch den verwendeten Microcontroller selber und montieren das Roboterfahrzeug, absolvieren Programmierübungen und  testen und justieren die aufgebaute Schaltung. Die Schüler/innen optimieren ihren Linienverfolger und fahren zum Schluss einen Testparcours ab. Das fertige Robocar kann von den Schülerinnen und Schülern mitgenommen werden, so dass eine Weiterführung/Optimierung des Projektes im Rahmen des normalen Unterrichtes ermöglicht wird.

Bau einer eigenen Bluetooth- Lautsprecherbox.

Im ersten Teil des 2-tägigen Workshops erhalten die Teilnehmer nach einer Sicherheitsunterweisung eine Einführung in das Löten elektrischer Schaltungen. Ein Vortrag gibt einen Überblick über die Einzelheiten des Workshops.

Vorgestellt wird der Funkstandard Bluetooth und die dazugehörigen Bauteile, Grundzüge einer elektronischen Class-A und Class-D Verstärkerschaltung und ein kurzer Exkurs in die Akustik mit Theorie und Praxis des Lautsprecherbaus. Danach kennt jeder nicht nur den Begriff “Bass- Reflex- Box”, sondern weiß auch wie es funktioniert.

Im Praktischen Teil werden die elektrischen Bauteile verlötet, die Lautsprecher in das Gehäuse gesetzt und der Akku angeschlossen. Der erste Test folgt. Die Betreuer sorgen dafür, dass evtl. Fehler gefunden und behoben werden. Beim Gehäusefinish ist dann die eigene Kreativität gefragt.  Da kann auch Zuhause noch nachgearbeitet werden um etwas Einzigartiges fertigzustellen.

 ***   Auszug aus unserem Workshop-Portfolio   ***

bereits seit dem Sommersemester 2021 im Programm:

• "Cosplay" in Kooperation mit
    MONONO-CREATIVE-ARTS & Lenora Gewandungen

NEU  im online-Programm:

• "Grundlagen der 3D-CAD-Konstruktion"

 ab Herbst  2022  im Programm:

• "pimpe dein t-Shirt auf"   
   ... gestalte eine eigene Farbgrafik und veredle mit ihr dein t-Shirt
• „PCR- Maschine zur DNA- Vervielfältigung"
  ...  in Kooperation mit dem Fachbereich Gesundheitswesen

derzeit in Ausarbeitung und bald NEU im Programm:

• "Bau eine eigene smarte Tischlampe"