Undervisningsopplegg for Microbit og temperatursensor

Microbit har en rekke sensorer som går an å bruke til logge diverse data. Lysmåler, akselerator, kompass og termometer er plassert rundt på mikrokontrolleren og kan tas enkelt i bruk. Versjon 2 og har også en mikrofon som registrerer lyden.

I tillegg er det mulig å koble til en rekke eksterne sensorer fra flere ulike leverandører som gir enda flere muligheter. Blant annet finnes en temperatursensor som kalles TMP36 som er lett å koble til og bruke.

Om du er ny med microbit og datalogging, foreslår jeg å lese gjennom denne oversikten over ulike måter å logge data på med microbit. Datalogging på 4 ulike måter med micro:bit

Her en noen forslag til oppgaver som går på logging og beregning av temperatur.

Forslag 1 – Finne avviket
Den som kanskje er enklest å ta i bruk er temperatursensoren som ligger tilgjengelig på microbiten. Data fra denne sensoren kan vises enkelt ved hjelp av en egen temperatur-blokk, men en vil kanskje raskt oppdage at denne ikke er nøyaktig. Den er plassert for nærmere prosessoren på microbiten, og får en del varme fra denne.

En fin oppgave kan være å finne avviket mellom temperaturen microbiten måler og den reelle temperaturen. Gjerne i flere situasjoner; i klasserommet, ute, i et kjøleskap.

Målested	Microbit	Termometer	Avvik
Klasserom
Kjøleskap
Ute

Dette avviket kan brukes i senere arbeid.

Forslag 2 – Finne max og min verdier
Et typisk oppdrag er å foreta målinger over tid, og samtidig finne minimums og maksimumsverdiene underveis. For eksempel kan vi foreta måling hvert 5 sekund og en lengre tid, og til slutt finne minimums og maksimumsverdiene som er gjort i perioden.

Forslag 3 – Regne om
I Norge benytter vi Celcius til å måle temperaturen. Vann fryser ved 0° og koker ved 100°C. Men slik er det ikke overalt, og det har ikke alltid vært slik. Av de mer kjente skalaene finner vi Fahrenheit og Kelvin. Fahrenheit brukes blant annet i USA, mens Kelvin er av mer vitenskapelig bruk. La oss regne om målingene våre til Fahrenheit og Kelvin.

Sammenhengen mellom Kelvin og Celsius er enkel. Kelvin tar utgangspunkt i at det absolutte nullpunkt er -273°C og det tilsvarer 0° Kelvin. Endringen i skalaen er lik som for celcius. Altså er 273° Kelvin lik 0°C.

Fahrenheit er litt mer komplisert. Vannets frysepunkt er 32° F og kokepunktet er ved 212°F ifølge skalaen, dermed kan vi utlede følgende formel: temperatur i C *1.8 + 32.

Det kan gi følgende program:

Og hvorfor stoppe der? La elevene få prøve seg på omregninger med Reaumur skala eller Randkine skala?

Det er selvfølgelig også en mulighet å ta med avviket fra forslag 1.

Forslag 4 – bruke en TMP36 sensor
TMP36 er en temperatursensor som enkelt kan kobles til en microbit og gi en mer nøyaktig temperatur enn den interne temperatursensoren. TMP36 finnes i flere varianter, der noen kan kobles direkte til microbiten ved hjelp av krokodillekabler, mens andre gjerne må kobles via et koblingsbrett som vist under.

Det finnes flere måter å kode denne på, og jeg presenterer her en enkel og en litt mer komplisert. Den enkle bruker blokker fra Elecfreaks sitt SmartHome sett, som gjør utregningen for deg. Legg til SmartHome utvidelsen, og bruk temperaturblokken derfra.

Den andre metoden, bruker spenningen som sensoren returnerer til å beregne temperaturen utfra et sett med regler. Det finnes flere varianter av koden, og variasjonen ligger stort sett i hvor mye en forventer at microbiten kan levere av mV.
En kort forklaring av koden: i første linje konverteres verdien som kommer fra sensoren til mV og lagres i variabelen spenning. Verdien som kommer er mellom 0 og 1023 og dette regnes om til en verdi mellom 0 og 3000. NB! Verdien her varierer veldig. Jeg har funnet alt fra 2700 til 3300 mv. Har brukt 3000, da denne gir likt resultat som koden over. I andre linje fjernes 500 mv som er spenningen sensoren bruker og deretter dele på 10 for å få temperaturen i Celsius.

TMP36 er tilgjengelig i Elecfreaks sitt Starter Kit, men kan også kjøpes separat på Ebay og Ali Express for en billig penge.

Forslag 5 – DS18B20
En annen sensor, som egentlig er laget for Arduino, er DS18B20. Denne er tilgjengelig fra en rekke utenlandske nettsteder for en billig penge, mens i Norge selges den hos blant annet Kjell & Co for 150kr. Den er vanntett og tåler både ekstrem kulde (-55°C) og kokende vann (+125°). Har tidligere slitt litt med å få den til å virke, men fant etter hvert en oppdatert utvidelse som gjorde susen.

For å få denne til å virke, må du legge til en utvidelse til MakeCode. I søkefeltet for utvidelser skriv inn *https://github.com/bsiever/microbit-dstemp* og velg å legge til den utvidelsen som kommer opp.

Da får du tilgang til en kategori som heter DS Temp. Avrundingen har jeg lagt til for å unngå alle desimalene som den inneholder.

Forslag 6 – minidrivhus
En fin måte å arbeide med å forstå drivhuseffekten er å bygge minidrivhus hvor en kan måle hvordan temperaturen endres ved tilføring av bare litt lys. Drivhus kan bygges av noe så enkelt som glassplater, som stilles på høykant mot sollyset. Under plasserer man microbiten eller sensoren som registrerer temperaturendringene.

Tips til videre arbeid:
– Foreta målinger over tid og loggfør dem.
– Lag et ordentlig minidrivhus og så frø til ulike planter
– Installer en fuktighetsmåler som måler fuktigheten i jorden
– Vann plantene automatisk ved behov ved hjelp av en vannpumpe

Forslag 7 – solfangere
En solfanger er en enkel teknologisk innretning som fanger energi fra sollyset og omdanner energien til varme. Denne transporteres videre til et varmelager, gjerne vann eller til oppvarming. Prinsippet et gammelt og velutprøvd.

Et godt og kreativt undervisningsopplegg rundt solfangere lar elevene selv designe og bygge sine egne solfangere. Deretter måler en virkningsgraden i solfangeren. Virkningsgraden kan måles i for eksempel temperaturendring i sentrum av solfangeren eller i vann som varmes opp solfangeren.

En trenger ikke så mye utstyr heller: papp, aluminiumsfolie, teip og lim. Se for eksempel dette forsøket fra Mailand VGS

Forslag 8 – smarthus
Mange bygger Smarthus i det virkelige liv, og hvem har ikke ledd av Rema reklamen med han som stemmestyrer alt i Smarthuset litt med varierende hell. Et enkelt Smarthus kan bygges av en skoeske eller en liten kartong. Huset kan ha mange funksjoner, for eksempel kan vi si at dersom temperaturen overstiger en viss grense skal systemet starte en vifte og/eller åpne et vindu for å få ned temperaturen.