Über SchulNavi
Schüler Experimentieren 2009
ein Projekt von Andreas Erhard,
Florian Martin und Andreas Vogl
Inhalt
1.Kurzfassung
2.Idee
3.Recherchen und Versuche
3.1 Versuch zur Funknavigation
3.2 Recherche nach Mikrocontrollern
3.3 Versuch zur Stabilität des Gehäuses
4.Werdegang unseres Navigationsgerätes
5.Weiterentwicklung
1. Kurzfassung
Da wir den neuen Schülerinnen und Schülern unseres Gymnasiums Irrwege ersparen wollten, haben wir uns entschlossen, ein Schul-Navigationssystem zu bauen. Weil Funkwellen wie W-LAN und Bluetooth die Stahlbeton-Wände unserer Schule nicht durchdringen können, mussten wir Funknavigation ausschließen. Daher mussten wir uns eine ortungsunabhängige Navigation ausdenken. Wir kamen zu dem Entschluss, einen Microcontroller und ein LCD-Display zu verwenden. Zum Programmieren des Navigationsgerätes verwendeten wir „Visual RVK“, sowie „Ponyprog“, um die Daten auf den Microcontroller zu übertragen.
Nachdem wir keine maßstabsgetreuen Pläne hatten, mussten wir das Schulhaus vermessen, anschließend konnten wir die Daten in den Microcontroller ein. Als der Versuchsaufbau unseres Navigationsgerätes funktionierte, bauten wir den Controller und das Display in das vorbereitete Gehäuse ein. Für die Zukunft haben wir geplant, unser SchulNavi mit einigen Extras auszustatten.
2. Idee
Im letzten Schuljahr fragte uns unser Physiklehrer, ob wir nächstes Jahr nicht bei Jugend forscht mitmachen wollten. Im nächsten Jahr trafen wir uns dann zur ersten Besprechung und überlegten, was wir denn für ein Projekt machen könnten. Da erinnerten wir uns an unser erstes Schuljahr, in dem wir in den ersten Wochen nicht in der Schule zurechtfinden konnten und deshalb immer zu spät zum Unterricht kamen. Darum überlegten wir, wie man die neuen Schüler ziel führend lotsen und somit Verspätungen und Frust ersparen könnte. Da Wegweiser wahrscheinlich unfreiwillig „demontiert“ werden würden, kamen wir auf die Idee ein günstiges Navigationsgerät für das Schulgebäude zu entwickeln, das sich Schüler leisten können. Den Schülern wird somit eine angenehme Möglichkeit gegeben sich im Schulgebäude zurechtzufinden.
3. Recherchen und Versuche
3.1 Versuch zur Funknavigation
Da man mithilfe von drei Sendern und einem Empfänger eine sehr genaue Ortung durchführen kann, testeten wir die Möglichkeit einer Errichtung eines solchen Systems in unserer Schule. Dazu nahmen wir zwei Handys mit Bluetooth und versuchten diese, die während des Versuches durch eine Wand (Stahlbeton, in unserer Schule überwiegend verbaut) getrennt waren, miteinander zu verbinden. Da mit Bluetooth keine Verbindung möglich war, probierten wir es daraufhin mit W-LAN aus. Dabei fanden wir heraus, dass die Stahlbetonwände der Schule keine Funkwellen durchlassen und somit eine Einrichtung einer Funknavigation nicht möglich ist.
3.2 Recherche nach Mikrocontrollern
Wir begannen unsere Suche erst einmal im Reichelt Katalog, als wir dann aber feststellten, dass ein breites Spektrum an Microcontrollern gibt und keine Ahnung hatten, welchen wir nehmen sollten, fragten wir unseren Physiklehrer, der ja auch schon ein bisschen Erfahrung auf diesem Gebiet hat, nach einem passenden Microcontroller für unser Projekt. Er empfahl uns den ATMega16 von Atmel.
4. Werdegang unseres Navigationsgerätes
Nach einigen Vorüberlegungen stand fest, dass wir als Mikrocontroller den „Atmel AT-Mega16“ verwenden werden. Dieser zeichnete sich durch den niedrigen Preis und die große Zahl an Möglichkeiten aus. Zur Programmierung und Datenübertragung an den Controller fanden wir die Programme „Visual RVK“ zum Programmieren und „Ponyprog“ um die Daten mit Hilfe eines Controllers zu übertragen. Nachdem wir alle nötigen Teile hatten, bauten wir den Controller zunächst auf einer Versuchsplatine auf, auf der man nicht Löten muss. Wir verbanden ihn mit Strom und bauten einen Quarz-Intervallgeber, damit der Mikrocontroller weiß, wie schnell er arbeiten muss, ein. Um uns mit der Programmiersprache vertraut zu machen programmierten wir den Atmel zunächst so, dass er eine LED zum Leuchten brachte. Dazu mussten wir das „Beinchen“ (Port) definieren, an dem die LED angeschlossen wird und Daten auf diesem Port ausgeben. Nachdem wir das ganz gut hinbekommen hatten, kamen wir zum ersten großen Schritt. Dem Anschließen eines Displays an den Atmel ATMega16 und die Programmierung, sodass auf dem Display Zeichen erschienen. Dabei half uns unser Projektbetreuer, denn das Programm dafür ist viel zu kompliziert, dass es wir programmieren konnten. Doch dann gab unser Display schon die ersten Zeichen Aus: „Navi gestartet...“ und die wichtigste Meldung: „Critical error, contact Support“. Parallel dazu vermaßen wir das Schulhaus, denn wir hatten keine maßstabsgetreuen Pläne. Dann programmierten wir eine Folge von verschiedenen Meldungen hintereinander. Die Abfolge sah folgendermaßen aus: Navi gestartet; Position angeben, Ziel angeben. Schließlich hatten wir alle Meldungen programmiert. Nun gingen wir an die Programmierung der Tasten und der Weiterschaltung der Buchstaben in Raumbuchstaben und der Menüpunkte. Dann ging es an die Eingabe der Wege zu den Räumen. Nachdem dies abgeschlossen war, bauten wir alle Teile in das Gehäuse ein.
5.Weiterentwicklung
Für die Zukunft haben wir geplant das SchulNavi mit Schrittzähler, Uhr, Piezo-Summer, Sprachausgabe, Farbdisplay mit Kartenansicht auszustatten. Des weiteren wird es regelmäßige Karten, wie auch Software Updates geben. Außerdem muss noch ein Benutzerhandbuch geschrieben werden. Auch ist geplant, Kartenmaterial für SchulNavi von anderen Schulen und größere Einrichtungen zu erstellen.