Konzeption und Entwicklung eines Mikrocontroller-Anwendungsbaukastens in Verbindung mit 3-D-gedruckten Komponenten für Schülerinnen und Schüler

Autor: Alexander Gossen
Studiengang: Business and Systems Engineering
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel & Prof. Dr.-Ing Petra Rolfes Gehrmann
Kategorie: Masterarbeit
Projektlaufzeit: SoSe 21 - WiSe 21

Einleitung

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Mikrocontroller-Baukasten für Schülerinnen und Schüler ab der Sekundarstufe entworfen, damit diese einen Eindruck dafür bekommen, wie einfach spannende Projekte umgesetzt werden können. Die Entwicklungsarbeit richtet sich nach dem typischen Ablauf des V-Modells. Zu den Aufgaben zählen die Auswahl einer geeigneten Mikrocontroller-Platine sowie die Auswahl von elektronischen Bauteilen und Komponenten wie Sensoren und Aktoren. Darüber hinaus werden Potentiale der zur Verfügung stehenden Technik analysiert und in die Entwicklung eingebunden. Die Konzeption von interessanten Projekten ist ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Arbeit. Dafür sollen Projekte entwickelt werden, die einen Einblick in unterschiedliche Bereiche geben. Die Entwicklung der Projekte wird durch 3D-gedruckte Komponenten erweitert.

Entwicklung

Abb. 1: Klassische Vorgehensweise bei Produktentwicklung nach dem V-Modell.

In diesem Abschnitt wird die Entwicklungsarbeit bei der Konzeption des Mikrocontroller-Anwenderbaukastens
erläutert. Das Rahmenwerk für die Arbeit stellt das V-Modell dar.

Anforderungen

Im ersten Schritt werden die Anforderungen definiert. Die Anforderungen werden in zwingend erforderliche und wünschenswerte Anforderungen aufgeteilt. Eine Liste aller Anforderungen findet sich in der nachfolgenden Tabelle.

Tabelle 1: Anforderungsliste

ID	Kategorie	Bezeichnung	Definition	Kommentar	Genehmigung
1	muss	Sicherheit	Es darf keine Verletzungsgefahr von der Hardware ausgehen	""	genehmigt
2	soll	Verfügbarkeit	Hardware muss bei mehreren Händlern zur Verfügung stehen	""	genehmigt

Funktionaler/technischer Systementwurf

Im nächsten Schritt wird ein Entwurf des Systems ausgelegt. Der Baukasten zielt darauf ab, eine breite Palette von jungen Menschen für das Thema Mikrocontrolling zu begeistern. Im ersten des Entwurfs werden daher unterschiedliche Fachbereiche ausgesucht, in den Mikrocontroller eingesetzt werden. Diese Bereiche unterscheiden sich stark vom fachlichen Standpunkt, vereinen jedoch allesamt das Thema Mikrocontrolling und geben den jungen Menschen somit einen Einblick in die Allgegenwärtigkeit von hardwarenaher Programmierung und Elektronik.

Ausgehend von der Literaturrecherche werden folgende Fachbereiche definiert um ein breites Spektrum von jugendlichen abzudecken:

1. Gaming / Gesellschaft
   • Video/Computerspiele, Gesellschaftsspiele
2. Medizin
3. Musik
4. Robotik
5. Umwelt

Ergebnisse

In diesem Abschnitt wird das Ergebnis der Entwicklungsarbeit präsentiert.

Zusammenfassung und Ausblick

Was ist das Ergbnis? Das Ergebnis dieses Artikels ist eine Vorlage, mit der Nutzer des Wikis schnell und leicht eigene Artikel verwirklichen können. Diese Vorlage ist Bestandteil der Anleitungen aus den How-To's.

Inhalt (wird entfernt)

Dieser Artikel ist aus der Kategorie "How-To". Die Gliederung des Inhalts hängt stark von Ihrem individuellen Projekt ab. Benutzen Sie einen leicht nachvollziehbaren roten Faden und gliedern Sie nach gesundem Menschenverstand!

Unterabschnitt (wird entfernt)

1. Nutzen Sie Aufzählungen
   • mit verschiedenen Schachtelungen
   • und so weiter
2. zweite Ebene
   • mit erneuter Unterebene

Bilder (wird entfernt)

Bauen Sie Bilder ein, am Besten mit darin gekennzeichneten Stellen, die Sie dann im Text erklären. Referenzieren Sie Bilder und Tabellen konsequent im Text. Zitieren Sie ggf. die Bildurheber.

Abb 1: Beispielbild mit Quelle

(wird entfernt)Bilder in den Text einbetten

Wenn Sie Bilder anzeigen möchten, ohne dass der Artikel links oder rechts weiter läuft, können Sie den Textfluss mit dem Befehl <br clear=all> stoppen (vgl. Abb. 2).

Abb 2: Beispiel <br clear=all>

Alternativ können Sie das Bild in einer "wikitable" anzeigen lassen. Dadurch wird das Bild auch auf Bildschirmen mit einer anderen Auflösung in der richtigen Darstellungsart angezeigt (vgl. Abb. 3).

Abb 3: Beispiel wikitable

Hier geht es weiter mit dem Text.

Tabellen (wird entfernt)

Tabelle 1 zeigt ein schönes Beispiel.

Tabelle 1: Beispieltabelle

Spalte 1	Spalte 2	Spalte 3
blabla	sowieso	sowieso
test	sowieso	test1

Formeln (wird entfernt)

Für Formeln nutzen Sie die <math>-Umgebung.

Dieser Quelltext

<math> y = \int\limits_0^2 {\sin \frac{x}{2}dx}</math>

wird dann so dargestellt $y = \int\limits_0^2 {\sin \frac{x}{2}dx}$.

Eine Übersicht über die Befehle findet sich z. B. hier: Gleichungen in math.

Sonderzeichen (wird entfernt)

Sonderzeichen setzen Sie einfach über [Alt]+ANSI Code z.B. [Alt]+0177: ±

Übersicht der ANSI-Code Sonderzeichen

Alternativ kann der Unicode eingegeben werden z.B. ❶ für ❶.

Formatierung (wird entfernt)

Nutzen Sie zur Formatierung Beispiele, z. B. aus dem weltbekannten Wikipedia selbst (das ist die gleiche Syntax!) oder anderer Hilfeseiten wie z. B. .

Quelltext (wird entfernt)

Anleitung und Beispiele zum Einbinden von Quelltext finden Sie hier: Quelltext_einbinden.

Zitieren (wird entfernt)

Fremdquellen sollten Sie auf jeden Fall zitieren. Internetquellen können Sie einfach verlinken. Literatur zitieren Sie bitte nach DIN ISO 690:2013-10.