T9 G - Eine einfache Steuerung planen

Einleitung

Du planst eine einfache Steuerung Schritt für Schritt. Das Ziel ist nicht zuerst das Bauen, sondern das Verstehen, Darstellen, Simulieren, Prüfen und Verbessern.

Zentrale Aufgabe: Ein Taster soll ein Signal auslösen. Eine Steuerung verarbeitet das Eingangssignal. Eine LED zeigt das Ergebnis.

Gewünschtes Verhalten	Planungsweg	Ergebnis
Taster drücken → Signal auslösen	Verhalten beschreiben → EVA zuordnen → Blockdiagramm zeichnen → Ablauf festlegen → simulieren → Fehler suchen	geprüfte Steuerung

Sicherheitsregel: Praxis nur nach schulischer Unterweisung, mit Aufsicht und erforderlicher Schutzausrüstung. Keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen oder Netzspannung. Elektrische Versuche nur mit freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung. Im Zweifel wird ausschließlich simuliert.

Lehrplanbezug: Technik Klasse 9, G-Niveau, Baden-Württemberg: einfache gesteuerte Systeme untersuchen, Simulation nutzen, Aktoren ansteuern, Steuerungen mit Sensoren und Aktoren beschreiben und Blockdiagramme verwenden.

Lernziele

Nach dem aiMOOC kannst Du ...

Steuerung: gewünschtes Verhalten in kurze technische Anforderungen übersetzen.
EVA-Schema: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe sicher zuordnen.
Blockdiagramm: Signalwege mit Blöcken und Pfeilen darstellen.
Sensor und Aktor: ihre Aufgaben unterscheiden.
Simulation: einen geplanten Ablauf prüfen, bevor etwas aufgebaut wird.
Fehlersuche: Fehler systematisch von der Eingabe bis zur Ausgabe eingrenzen.

Vom Wunsch zur Steuerungsaufgabe

Ausgangssituation: An einem ungefährlichen Schulmodell soll ein Lichtsignal ausgelöst werden.

Gewünschtes Verhalten: Wenn der Taster gedrückt wird, soll die LED für eine festgelegte Zeit leuchten und danach wieder ausgehen.

Schritt	Leitfrage	Beispiel
Wunsch	Was soll passieren?	Ein Lichtsignal soll kurz leuchten.
Eingabe	Wodurch startet der Vorgang?	Ein Taster wird gedrückt.
Verarbeitung	Welche Regel gilt?	Tastendruck erkennen, Zeit starten, danach zurücksetzen.
Ausgabe	Was wird sichtbar?	LED leuchtet und geht wieder aus.
Prüfung	Woran erkennst Du die richtige Funktion?	Mehrere Testfälle liefern das erwartete Ergebnis.

Merksatz: Erst Verhalten festlegen, dann Technik auswählen.

Fachbegriffe kurz erklärt

Fachbegriff	Kurzerklärung	Beispiel
Eingabe	Information kommt in das System.	Taster wird gedrückt.
Sensor	Erfasst einen Zustand oder eine Größe und liefert ein Signal.	Taster, Mikrotaster, Lichtsensor
Verarbeitung	Eine Steuerung entscheidet nach einer festgelegten Regel.	Wenn Taster gedrückt, dann Ausgang einschalten.
Aktor	Setzt ein Ausgangssignal in eine Wirkung um.	LED oder freigegebener Kleinspannungsantrieb
Ausgabe	Wirkung des Systems.	LED leuchtet.
Steuerung	Beeinflusst einen Ablauf nach Vorgaben.	Taster startet Lichtsignal.
Blockdiagramm	Zeigt Funktionsblöcke und den Informationsfluss.	Eingabe → Verarbeitung → Ausgabe
Simulation	Prüft ein geplantes Verhalten ohne gefährlichen Aufbau.	Taster und LED werden virtuell getestet.

EVA-Schema

EVA bedeutet Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe.

EINGABE Taster	→	VERARBEITUNG Steuerlogik mit Zeit	→	AUSGABE LED

Signalfluss:

Mensch drückt	→	Taster liefert Signal	→	Steuerung wertet Signal aus	→	Ausgang wird geschaltet	→	LED leuchtet

Medium untersuchen: Eingabe

Bildauftrag: Beobachte den Taster. Markiere auf einer Skizze den beweglichen Teil. Erkläre in einem Satz, warum der Taster zur Eingabe gehört.

Selbstkontrolle: Der Taster liefert der Steuerung eine Information: gedrückt oder nicht gedrückt.

Medium untersuchen: Verarbeitung

Bildauftrag: Suche die Bereiche für Anschlüsse. Die Platine kann Eingangssignale einlesen, nach einem Programm verarbeiten und Ausgangssignale erzeugen.

Wichtig: Das Bild zeigt nur ein mögliches Steuergerät. Im Unterricht wird ausschließlich die von der Lehrkraft freigegebene Hardware oder eine Simulation verwendet.

Medium untersuchen: Ausgabe

Bildauftrag: Verfolge gedanklich den Informationsweg vom Taster zur LED. Zeichne drei Kästen und verbinde sie mit Pfeilen.

Lösungskern: Taster → Verarbeitung → LED.

Blockdiagramme lesen und ergänzen

Ein Block beschreibt eine Funktion. Ein Pfeil zeigt die Richtung des Informationsflusses.

Eingabe		Verarbeitung		Ausgabe
Taster	→	Steuerung	→	LED

Prüfungsregel: Lies zuerst die Beschreibung. Suche dann nacheinander Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe.

Prüfungsnahe Aufgabe: Blockdiagramm ergänzen

Beschreibung: „Wird der Taster gedrückt, erkennt die Steuerung das Signal. Sie schaltet eine LED ein. Nach einer festgelegten Zeit schaltet sie die LED wieder aus.“

Ergänze gedanklich:

?	→	?	→	?

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Position im Blockdiagramm
Taster	Eingabe
Steuerlogik mit Zeitfunktion	Verarbeitung
LED	Ausgabe

Hilfe: Frage bei jedem Begriff: Liefert er Information, entscheidet er oder wirkt er nach außen?

Lösungsweg: Taster → Steuerlogik mit Zeitfunktion → LED.

Vom Blockdiagramm zum Ablauf

Ein Blockdiagramm zeigt was zusammenarbeitet. Ein Ablauf zeigt in welcher Reihenfolge etwas geschieht.

START	→	Taster prüfen	→	gedrückt?	→	LED einschalten	→	Zeit abwarten	→	LED ausschalten	→	zurück zum Start

Entscheidung:

Frage	Nein	Ja
Ist der Taster gedrückt?	weiter warten	Signalablauf starten
Ist die festgelegte Zeit vorbei?	LED bleibt an	LED ausschalten

Simulation 1: Ablauf im Kopf prüfen

Selbstkontrolle: Prüfe alle vier Zustände. Wenn ein Zustand nicht eindeutig ist, muss die Ablaufbeschreibung verbessert werden.

Steuerung oder Regelung?

Für diesen aiMOOC reicht die einfache Unterscheidung:

Steuerung	Regelung
Vorgabe wirkt auf den Ablauf.	Ergebnis wird zusätzlich zurückgemeldet und verglichen.
Taster → Steuerung → LED	Sollwert → Regler → System → Messung → Rückmeldung

Hier planst Du eine Steuerung. Ob die LED tatsächlich hell genug leuchtet, wird nicht automatisch gemessen und nachgeregelt.

Medienvergleich: Aufbau und Schaltbild

Beobachten: Finde Taster, LED, Widerstand und Energiequelle.

Vergleichen: Das zweite Bild zeigt dieselbe Grundidee als Schaltbild.

Vergleichen: Welche Darstellung hilft Dir schneller beim Erkennen der Bauteile?
Markieren: Markiere auf einer Kopie Taster und LED.
Erklären: Erkläre, warum ein Schaltbild noch kein Ablaufplan ist.

Sicherheit: Bilder dienen der Analyse. Ein realer Aufbau erfolgt nur nach schulischer Unterweisung und nur mit freigegebenen Kleinspannungskomponenten.

Steuerung mit einem Steuergerät

Untersuche: Suche im Bild die Eingabe, das Steuergerät und die Ausgabe. Übertrage die drei Teile in ein EVA-Schema.

Taster	→	Steuergerät	→	LED
Eingabe	→	Verarbeitung	→	Ausgabe

Video untersuchen: Taster und LED

Videoauftrag: Beobachte nur den Informationsweg. Notiere drei Begriffe: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe. Übernimm keine Verdrahtung ungeprüft. Für die Praxis gelten ausschließlich die Vorgaben der Lehrkraft und die freigegebenen Schulkomponenten.

Simulation vor Praxis

Warum zuerst simulieren? Du kannst Abläufe prüfen, Fehler finden und Änderungen testen, ohne eine reale Schaltung zu gefährden.

Testfall	Eingabe	Erwartete Ausgabe	Ergebnis der Simulation
Ruhe	Taster nicht gedrückt	LED aus	prüfen
Start	Taster gedrückt	LED an	prüfen
Zeit läuft	keine neue Eingabe	LED an	prüfen
Zeit beendet	Zeitbedingung erfüllt	LED aus	prüfen

Arbeitsweise:

Planen: Erwartetes Verhalten vor dem Start notieren.
Testen: Einen Zustand nach dem anderen auslösen.
Vergleichen: Erwartung und Simulation vergleichen.
Verbessern: Nur eine Änderung gleichzeitig durchführen.

Simulation 2: Fehler finden

Fehlerbild: Die LED leuchtet sofort nach dem Start, obwohl der Taster nicht gedrückt wurde.

Start	→	Eingabe prüfen	→	Verarbeitung prüfen	→	Ausgabe prüfen

Entscheidung: Beginne bei der Eingabe. Prüfe danach die Verarbeitungsregel. Prüfe zuletzt die Ausgabe.

Systematische Fehlersuche

Beobachtung	Mögliche Ursache	Prüfschritt
Taster reagiert nicht	Eingangssignal fehlt	Eingabe in der Simulation beobachten
LED reagiert falsch	Verarbeitungsregel falsch	Bedingung und Ablauf vergleichen
Ablauf endet nicht	Zeitbedingung fehlt oder ist falsch	Ablaufpfeile kontrollieren
Simulation stimmt, Modell nicht	Aufbau oder Bauteilproblem	nur unter Aufsicht prüfen lassen

Merksatz: Fehler immer vom Eingang über die Verarbeitung zum Ausgang eingrenzen.

Transfer: Von einer LED zur Modellampel

Beobachten: Eine Ampel besitzt mehrere Ausgaben. Das Grundprinzip bleibt gleich.

Taster	→	Steuerung mit Ablauf	→	Rot / Gelb / Grün

Neue Planungsfrage: Welche Reihenfolge sollen die Ausgaben haben?

Start	→	Rot	→	Rot-Gelb	→	Grün	→	Gelb	→	Rot

Hinweis: Die Zeitwerte sind Teil der Planung. Sie werden in einer schulischen Simulation festgelegt und getestet.

Reales Vorbild beobachten

Bildauftrag: Beobachte die drei Signalfarben. Erkläre, warum eine Ampelsteuerung eine klare Reihenfolge benötigt.

Video untersuchen: kleine Ampel

Videoauftrag: Stoppe gedanklich nach jedem Zustandswechsel. Zeichne den Ablauf nur als Kästen und Pfeile. Beurteile nicht die Verdrahtung, sondern die Reihenfolge der Ausgaben.

Prüfungsstrategie

Typische Aufgabenform: „Lies die Beschreibung und ergänze das Blockdiagramm.“

Schritt	Was Du tust	Kontrollfrage
Beschreibung lesen	Tätigkeitswörter markieren	Was soll passieren?
Eingabe finden	Auslöser markieren	Was liefert die Information?
Verarbeitung finden	Entscheidungsregel markieren	Wo wird entschieden?
Ausgabe finden	Wirkung markieren	Was passiert sichtbar?
Pfeile prüfen	Signalrichtung kontrollieren	Zeigen alle Pfeile in die richtige Richtung?

Mini-Prüfung:

„Wenn es dunkel wird, soll ein Lichtsignal eingeschaltet werden. Ein Sensor meldet den Helligkeitszustand an eine Steuerung. Die Steuerung schaltet die LED.“

Lichtsensor	→	Steuerung	→	LED

Prüfe Dich: Eingabe = Lichtsensor, Verarbeitung = Steuerung, Ausgabe = LED.

Sicher arbeiten

Situation	Richtige Entscheidung
Netzspannung wäre nötig	Nicht durchführen. Andere Aufgabe oder Simulation wählen.
Bauteil ist nicht freigegeben	Nicht verwenden.
Verdrahtung ist unklar	Versorgung aus lassen und Lehrkraft fragen.
Simulation ist verfügbar	Zuerst simulieren und dokumentieren.
Praxisaufbau ist freigegeben	Nur nach Unterweisung, unter Aufsicht und mit geforderter Schutzausrüstung arbeiten.

Grundsatz: Eine gute technische Planung berücksichtigt Funktion und Sicherheit.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Diesen aiMOOC als Battle spielen

Was bedeutet EVA? (Eingabe Verarbeitung Ausgabe) (!Energie Verbindung Anschluss) (!Einschalten Vergleichen Abschalten) (!Erkennen Verbinden Anzeigen)

Welcher Teil ist beim Taster-Signallicht die Eingabe? (Taster) (!LED) (!Zeitablauf) (!Gehäuse)

Welcher Teil verarbeitet die Information? (Steuerung) (!LED) (!Tasterkappe) (!Versorgungskabel)

Was ist bei der Aufgabe die Ausgabe? (LED leuchtet) (!Taster wird gedrückt) (!Steuerung liest das Signal) (!Plan wird gezeichnet)

Was zeigt ein Pfeil im Blockdiagramm hauptsächlich? (Richtung des Informationsflusses) (!Farbe des Gehäuses) (!Preis eines Bauteils) (!Länge einer Leitung)

Warum wird eine Steuerung zuerst simuliert? (Geplantes Verhalten kann sicher geprüft werden) (!Netzspannung kann dadurch benutzt werden) (!Bauteile werden dadurch größer) (!Ein Blockdiagramm wird unnötig)

Was ist ein Aktor? (Ein Bauteil das eine Wirkung ausführt) (!Ein Plan mit Pfeilen) (!Eine Fehlerliste) (!Eine reine Eingabebeschreibung)

Welche Reihenfolge ist für die Fehlersuche sinnvoll? (Eingabe Verarbeitung Ausgabe) (!Ausgabe Gehäuse Farbe) (!Verarbeitung Preis Eingabe) (!Aktor Werkzeug Sensor)

Welche Aussage passt zu einer einfachen Steuerung? (Ein Eingangssignal beeinflusst nach einer Regel die Ausgabe) (!Die Ausgabe wird immer mit Netzspannung betrieben) (!Ein Blockdiagramm besteht nur aus Bildern) (!Eine Simulation ersetzt jede Sicherheitsregel)

Was ist bei einer schulischen Praxisaufgabe richtig? (Nur freigegebene Kleinspannungskomponenten unter Aufsicht verwenden) (!Netzspannung selbstständig testen) (!Unbekannte Bauteile ausprobieren) (!Sicherheitsregeln nach dem Aufbau lesen)

Memory

EVA	Eingabe Verarbeitung Ausgabe
Sensor	erfasst einen Zustand
Aktor	setzt ein Signal in Wirkung um
Blockdiagramm	zeigt Funktionen und Signalfluss
Simulation	prüft ein Modell virtuell
Steuerung	beeinflusst einen Ablauf nach Vorgaben

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Taster	Eingabe
Steuerlogik	Verarbeitung
LED	Ausgabe
Blockdiagramm	Funktionsdarstellung
Simulation	virtuelle Prüfung

...

Kreuzworträtsel

Sensor	Welcher Fachbegriff bezeichnet ein Element, das einen Zustand erfasst?
Aktor	Welcher Fachbegriff bezeichnet ein Element, das eine Wirkung ausführt?
Eingabe	Wie heißt der erste Teil des EVA-Prinzips?
Ausgabe	Wie heißt der letzte Teil des EVA-Prinzips?
Steuerung	Wie heißt die gezielte Beeinflussung eines technischen Ablaufs?
Simulation	Wie heißt das virtuelle Prüfen eines geplanten Systems?

LearningApps

Lückentext

Eine technische Steuerungsaufgabe beginnt mit dem gewünschten

.

Der Auslöser eines Systems gehört zur

.

Die Entscheidung nach einer festgelegten Regel ist die

.

Eine sichtbare oder technische Wirkung gehört zur

.

Ein Element zur Erfassung eines Zustands heißt

.

Ein Element zur Ausführung einer Wirkung heißt

.

Ein Plan aus Funktionsblöcken und Pfeilen heißt

.

Vor einem realen Aufbau kann der Ablauf mit einer

geprüft werden.

Bei der Fehlersuche beginnt man sinnvollerweise bei der

.

Elektrische Schulversuche erfolgen nur mit freigegebener sicherer

.

Offene Aufgaben

Leicht

EVA-Karte: Zeichne drei Kästen für Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe und ordne Taster, Steuerung und LED zu.
Pfeilplan: Ergänze zu einem vorgegebenen Blockdiagramm die fehlenden Pfeile und erkläre ihre Richtung.
Medienmarkierung: Markiere auf einem ausgedruckten Bild Taster, Steuergerät und LED mit drei unterschiedlichen Symbolen.
Testtabelle: Formuliere drei Testfälle für das tastergesteuerte Signallicht.

Standard

Ablauf entwickeln: Erstelle einen Ablauf mit Start, Entscheidung, LED an, Zeitbedingung und LED aus.
Simulieren: Übertrage Deinen Ablauf in eine von der Schule freigegebene Simulationsumgebung und dokumentiere erwartetes und tatsächliches Ergebnis.
Fehler finden: Verändere in einer Simulation genau eine Bedingung so, dass ein Fehler entsteht. Tausche mit einer Partnerperson und lasse den Fehler systematisch suchen.
Variante vergleichen: Vergleiche Tastersteuerung und Lichtsensorsteuerung. Begründe, welche Eingabe für zwei unterschiedliche Alltagssituationen sinnvoller ist.

Schwer

Transfer Ampel: Erweitere das Signallicht zu einer Modellampel und stelle die Zustände als Ablaufpfeile dar.
Anforderungen: Formuliere eine kurze Anforderungsliste für eine sichere Schulsteuerung mit mindestens einem Funktions-, einem Prüf- und einem Sicherheitskriterium.
Diagnoseplan: Entwickle einen Diagnoseplan für die Fehlerbilder „keine Reaktion“, „LED immer an“ und „Ablauf endet nicht“.
Begründete Entscheidung: Entscheide zwischen realem Kleinspannungsmodell und reiner Simulation für eine Unterrichtssituation. Begründe Deine Wahl mit Sicherheit, Lernziel, Zeit und Prüfbarkeit.

Lernkontrolle

Transfer aus Beschreibung: Eine Tür soll in einer Simulation nach Tastendruck ein Lichtsignal auslösen. Ergänze ein EVA-Blockdiagramm und begründe jeden Block.
Zusammenhang erkennen: Eine LED bleibt ständig an. Beschreibe einen systematischen Prüfweg vom Eingang bis zum Ausgang und erkläre, warum diese Reihenfolge sinnvoll ist.
Planung prüfen: Erkläre, welche drei Testfälle Du vor einem realen Kleinspannungsaufbau simulieren würdest und welches Ergebnis Du jeweils erwartest.
Technische Entscheidung: Ein Signal kann mit Taster oder Lichtsensor ausgelöst werden. Wähle für zwei unterschiedliche Situationen jeweils eine Eingabe und begründe fachlich.
Ablauf verbessern: In einem Plan fehlt die Rückkehr zum Startzustand. Erkläre die Folge und zeichne den korrigierten Ablauf.
Sicherheitsentscheidung: Begründe, warum eine funktionierende Simulation nicht automatisch bedeutet, dass ein beliebiger realer Aufbau sicher durchgeführt werden darf.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig:

Fachbegriffe: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe, Sensor, Aktor, Steuerung, Blockdiagramm und Simulation korrekt verwenden.
EVA-Zuordnung: aus einer Beschreibung die drei EVA-Bereiche sicher bestimmen.
Darstellung: Blöcke sinnvoll beschriften und Pfeile in korrekter Signalrichtung eintragen.
Ablauf: eine einfache Reihenfolge mit mindestens einer Entscheidung darstellen.
Prüfung: erwartete Ergebnisse für verschiedene Eingaben angeben.
Diagnose: Fehler systematisch von der Eingabe über die Verarbeitung bis zur Ausgabe untersuchen.
Sicherheit: Simulation bevorzugen, wenn eine sichere schulische Praxis nicht gewährleistet ist, und nur freigegebene Kleinspannungskomponenten unter Aufsicht einsetzen.
Transfer: das Prinzip auf eine zweite Steuerungsaufgabe übertragen.

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