Wie funktionieren die Sensormodule in meinem Smart Hydroponics Kit?

Das Smart Hydroponics Kit ist ein micro:bit-gesteuertes Anbausystem: Deine Schüler:innen programmieren das micro:bit, um Lichtzyklen, Wasserstände, die Wasserzirkulation sowie pH- und Temperaturmessungen für echte Pflanzen zu steuern (Forward Education). Die Sensoren und Geräte sind es, die aus einem Plastiktank ein smartes Anbausystem machen.

Hier ist der kurze Überblick, damit du weißt, was jedes Teil macht, bevor du es einer Klasse in die Hand gibst.

Die Kurzfassung

Jeder Sensor und jedes Gerät im Kit wird an das Breakout-Board angeschlossen – die kleine Leiterplatte, die als Hub des Projekts dient. Das micro:bit steckt im Breakout-Board, und das Board leitet jede Sensormessung an deinen Code weiter. Es muss nichts verkabelt oder gelötet werden, und es ist auch kein Schraubenzieher nötig: Die Module sind Plug-and-Play, und die Kabel sind umkehrbar, sodass Schüler:innen sie nicht "verkehrt herum" anschließen können.

Anschließend liest du diese Sensoren aus (und schaltest die Pumpe und das Licht ein) mit den Forward-Education-Blöcken in MakeCode. Falls du die Schubladen Sensors und Motors in MakeCode nicht siehst, füge zuerst die Erweiterung hinzu – siehe How to add the Forward Extension in MakeCode in dieser Wissensdatenbank.

Wie die Module mit dem Breakout-Board verbunden werden

Das Layout des Breakout-Boards ist im gesamten Forward-Education-Hardware-Ökosystem gleich, es funktioniert also genauso wie beim Climate Action Kit:

• Die oberen vier Anschlüsse nehmen jedes der weißen Sensor- oder Komponentenmodule auf.
• Die unteren drei Anschlüsse sind für Servomotoren.
• Die Wasserpumpe hat einen eigenen, dedizierten Anschlusspunkt, direkt rechts neben dem micro:bit.
• Das Board hat einen eingebauten wiederaufladbaren Akku, sodass ein Projekt auch abseits eines Schreibtisches laufen kann. Für einen Hydroponik-Aufbau, der mehrere Tage am Stück läuft, solltest du das Board über ein Micro-USB-Kabel an die Stromversorgung angeschlossen lassen – das ist der Rat auf den Forward-Education-Projektseiten, und er erspart dir einen leeren Akku mitten im Experiment.

Mehr Details zum Board selbst findest du in An in-depth look into the Climate Action Kit Sensors and Components.

Laut Angaben von Wiederverkäufern zum Inhalt des Kits wird das Smart Hydroponics Kit mit einem eigenen Breakout-Board (mit micro:bit-Edge-Connector und wiederaufladbarem Akku) geliefert, und ein V2 micro:bit ist erforderlich und wird separat verkauft (Pakronics).

TODO: Anhand der offiziellen Forward-Education-Packliste prüfen, ob das Breakout-Board in jeder regionalen Version des Kits enthalten ist, ob ein V2 micro:bit erforderlich ist, und ob der Temperatursensor mit Sonde im Kit enthalten ist oder separat gekauft wird (die Inhaltsliste des Wiederverkäufers zeigt pH-, Schwimmer- und Lichtsteuerungsmodule sowie die Pumpe, aber keinen Temperatursensor).

Was jedes Modul macht

Schwimmersensor (Wasserstand)

Der Schwimmersensor ist die Art, wie dein Projekt "weiß", wie viel Wasser im Tank ist. Er befindet sich im Reservoir und meldet, ob das Wasser über oder unter dem Schwimmpunkt liegt, sodass Schüler:innen etwas auslösen können, wenn der Pegel sinkt – zum Beispiel einen Alarm auf dem micro:bit-Display, oder das Nachfüllen des Reservoirs durch die Pumpe. Die Projekte Low-Water Alarm for Hydroponics und das Auffüllen des Reservoirs auf learn.forwardedu.com sind der schnellste Weg, das in Aktion zu sehen.

Tipp für den Unterricht: Lass Schüler:innen den Schwimmer von Hand anheben und absenken, während sie das micro:bit beobachten. Zu sehen, wie der Messwert umschlägt, ist der Moment, in dem das Konzept eines Schwellenwerts verständlich wird.

pH-Sensor

Der pH-Sensor misst, wie sauer oder alkalisch das Nährstoffwasser ist, und meldet dies an das micro:bit zurück, sodass Schüler:innen es protokollieren, anzeigen oder über einen Wachstumszyklus hinweg vergleichen können (Forward Education). pH ist eine der "echtesten" Datenarten im Kit – sie verändert sich, während die Pflanzen sich ernähren, und eignet sich daher ideal für eine langfristige Datensammlungsaufgabe.

Du benötigst pH-Up/Down-Puffer, um das Wasser einzustellen, zusammen mit Hydroponik-Nährstoffen. Beide sind Verbrauchsmaterialien und nicht endlos wiederverwendbar – siehe Where can I purchase consumables for the Smart Hydroponics Kit? in dieser Wissensdatenbank.

Temperatursensor und Sonde

Das Temperaturmodul wird zusammen mit einer Sonde verwendet, um die Temperatur von Wasser, Erde oder einem anderen Medium zu messen (Forward Education). Bei einem Hydroponik-Aufbau lassen Schüler:innen die Sonde normalerweise in das Reservoir hängen, um die Wassertemperatur zusammen mit dem pH-Wert zu erfassen – warmes Wasser und Pflanzengesundheit ergeben eine naheliegende Untersuchungsfrage.

Wie die anderen Module hat es zwei umkehrbare Kabelanschlüsse und funktioniert mit jedem Forward-Education-Kit, sodass du es dir auch für andere Projekte ausleihen kannst.

LED-Wachstumslicht

Das Wachstumslicht ist ein Ausgabegerät, kein Sensor. Schüler:innen können sowohl den Ein-/Aus-Lichtzyklus als auch die Helligkeit programmieren, wodurch sie die Tageslänge für verschiedene Pflanzen simulieren und das Wachstum vergleichen können (Forward Education).

Falls das Licht nicht angeht, gibt es dazu einen eigenen Artikel: My Hydroponics Light isn't working.

Wasserpumpe

Die Pumpe bewegt Wasser – entweder zirkuliert sie es durch den Tank, um die Nährstoffe gleichmäßig zu verteilen, oder sie führt neues Wasser zu, wenn der Schwimmersensor meldet, dass der Pegel niedrig ist. Sie wird an ihrem eigenen Anschluss am Breakout-Board angeschlossen, nicht an einem Standard-Sensoranschluss.

Zwei Gewohnheiten, die Pumpen länger halten lassen:

1. Verwende immer einen Filter am Schlauch, wenn du Wasser aus einem Reservoir pumpst, um Schmutz von Pumpe und Schlauch fernzuhalten (empfohlen auf der Projektseite Water Recirculation for Hydroponics).
2. Lagere sie am Ende einer Unterrichtseinheit ordnungsgemäß – siehe Walkthrough - How to store the water pump.

Falls sie überhaupt nicht läuft, beginne mit The Water Pump is not working.

Die Anbau-Hardware

Nicht alles in der Box ist elektronisch. Die Haupt-Hydroponik-Einheit umfasst den Tank (7 l Fassungsvermögen), die Abdeckung, Stützpfosten und Pflanzenstützstäbe (Forward Education). Der Zusammenbau wird in Smart Hydroponics Kit Assembly Guide behandelt – folge zuerst diesem Artikel und komm dann zu den Sensoren zurück.

Module vor dem Unterricht testen

Du brauchst kein Wasser im Tank, um zu prüfen, ob ein Modul funktioniert. Mit hinzugefügter Forward-Education-Erweiterung zeigt MakeCode eine virtuelle Version jedes angeschlossenen Sensors:

1. Schalte das Breakout-Board ein.
2. Verbinde dein micro:bit und stecke es in das Breakout-Board.
3. Stecke einen Sensor in einen der oberen vier Anschlüsse.
4. Beobachte den Simulatorbereich links im MakeCode-Arbeitsbereich – der Sensor erscheint unterhalb des micro:bit-Simulators und aktualisiert sich live, während du Module ein- oder aussteckst.

Das gibt dir eine 30-Sekunden-Prüfung vor dem Unterricht: jedes Modul einstecken, sehen, dass es erscheint, weitermachen. Mehr Details findest du in Introduction to MakeCode Simulators.

Wenn ein Modul nicht ausgelesen wird

Gehe diese Schritte der Reihe nach durch – die Lösung liegt meist in den ersten beiden:

1. Anschluss prüfen. Sensoren kommen in die oberen vier Anschlüsse; die Wasserpumpe kommt in ihren eigenen Anschluss neben dem micro:bit.
2. Stromversorgung prüfen. Stelle sicher, dass das Breakout-Board eingeschaltet und aufgeladen oder für einen langfristigen Aufbau an die USB-Stromversorgung angeschlossen ist.
3. Verbindung prüfen. Wenn das micro:bit keinen Code herunterladen kann oder sich nicht verbindet, siehe Pairing your micro:bit in MakeCode und My micro:bit is having trouble connecting. Hinweis für die Planung: Schüler:innen müssen ihr micro:bit auf einem neuen Computer oder nach einem Browserwechsel erneut koppeln.
4. Version deiner Erweiterung prüfen. Älteren Projekten können neuere Blöcke fehlen – siehe Do I have the latest version of the Forward Education Coding blocks?
5. Modul tauschen, indem du es in einen anderen Anschluss steckst, oder ein bekanntermaßen funktionierendes Modul ausprobierst, um herauszufinden, ob es am Teil oder am Anschluss liegt.

Kommst du trotzdem nicht weiter? How do I contact support? bietet den schnellsten Weg zu einem Menschen, und A piece is missing from my kit – how do I get a replacement? behandelt Ersatzteile.