Diesen aiMOOC als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, M-Niveau

NWT9 - Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe

Ein technisches System wirkt oft kompliziert: Ein Roboter erkennt ein Hindernis, ein automatisches Gewächshaus startet eine Pumpe, eine Einparkhilfe warnt vor einer Wand oder eine automatische Tür öffnet sich im richtigen Moment. Hinter all diesen Anwendungen steckt ein gemeinsames Denkmodell: Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe, kurz EVA-Prinzip. Mit diesem Modell kannst Du technische Systeme in überschaubare Teilsysteme zerlegen, Signalwege verfolgen, Funktionen erklären, Fehler finden und eigene Lösungen planen.

Im NwT-Unterricht ist das EVA-Prinzip besonders nützlich, weil Du damit Veränderungen in technischen Systemen als Prozesse beschreiben kannst. Dabei wird nicht nur gefragt, welches Bauteil vorhanden ist, sondern vor allem welche Funktion es im System erfüllt. Ein Sensor übernimmt typischerweise die Eingabe, ein Mikrocontroller verarbeitet Signale nach einem Algorithmus, und ein Aktor setzt das Ergebnis als Bewegung, Licht, Schall oder eine andere Wirkung um.

Das Bild zeigt ein Robotiksystem mit Kameras zur technischen Inspektion. Es eignet sich besonders gut für eine EVA-Analyse: Die Kamera liefert Bilddaten als Eingabe, eine Steuerung verarbeitet die Bildinformationen, und der Roboter beziehungsweise eine Anzeige oder Sortiereinrichtung reagiert als Ausgabe.

Leitfrage

Wie lässt sich ein technisches System so analysieren, dass Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe eindeutig erkannt werden und das Modell auf neue Anwendungen übertragen werden kann?

Du lernst deshalb nicht nur Definitionen. Du untersuchst reale Bauteile, vergleichst Systeme, beschreibst Signalwege, entwickelst eigene EVA-Modelle und prüfst, wie Sensoren, Mikrocontroller und Aktoren zusammenarbeiten.

Lernziele und Differenzierung G/M/E

Niveau	Du kannst ...	Typische Leistung
G – grundlegendes Niveau	Eingaben, Verarbeitung und Ausgaben in überschaubaren technischen Systemen erkennen und passenden Bauteilen zuordnen.	Du benennst zum Beispiel Ultraschallsensor, Mikrocontroller und Motor korrekt und beschreibst die Signalfolge in einfachen Sätzen.
M – mittleres Niveau	Signalwege erklären, Bedingungen und Algorithmen beschreiben, mehrere Anwendungen vergleichen und das EVA-Modell auf neue technische Systeme übertragen.	Du erklärst zum Beispiel, wie ein Messwert mit einem Grenzwert verglichen wird und warum daraus eine bestimmte Aktorreaktion entsteht.
E – erweitertes Niveau	komplexere technische Systeme in Teilprozesse zerlegen, Rückkopplungen erkennen, Fehler systematisch analysieren und eigene Lösungen begründet optimieren.	Du untersuchst zum Beispiel einen Linienfolger als wiederholte EVA-Kette und erklärst, warum Sensorwerte fortlaufend auf die Motorsteuerung zurückwirken.

Das EVA-Prinzip als Grundmodell

Das EVA-Prinzip beschreibt die Reihenfolge Eingabe → Verarbeitung → Ausgabe. Entscheidend ist die Perspektive des betrachteten Systems. Eine Eingabe ist eine Information oder ein Signal, das in das System gelangt. Bei der Verarbeitung wird dieses Signal nach festgelegten Regeln ausgewertet. Die Ausgabe ist das Ergebnis, das das System nach außen abgibt.

EINGABE	→	VERARBEITUNG	→	AUSGABE
Sensor, Taster, Mikrofon, Kamera, Tastatur	→	Mikrocontroller, Prozessor, Programm, Vergleich, Berechnung	→	Motor, Servo, LED, Display, Lautsprecher, Ventil
Signal aufnehmen	→	Signal auswerten	→	Wirkung erzeugen

Ein einfaches Beispiel ist eine automatische Lampe:

Ein Helligkeitssensor misst das Umgebungslicht.
Der Mikrocontroller vergleicht den Messwert mit einem gespeicherten Grenzwert.
Ist es zu dunkel, wird eine LED oder Lampe eingeschaltet.

Hier ist der Helligkeitswert die Eingabe, der Vergleich mit dem Grenzwert die Verarbeitung und das Einschalten der Lampe die Ausgabe.

Vom Umweltreiz zur technischen Reaktion

In realen technischen Systemen ist der Weg oft genauer so zu beschreiben:

Physikalische Größe	→	Sensor	→	elektrisches/digitales Signal	→	Mikrocontroller + Programm	→	Ausgangssignal	→	Aktor	→	physische Wirkung
Abstand	→	Ultraschallsensor	→	Laufzeitinformation	→	Abstand berechnen und Grenzwert prüfen	→	Steuersignal	→	Summer	→	Warnton

Diese Darstellung zeigt: Ein Sensor ist nicht einfach „die Eingabe“, sondern ein Bauteil, das eine physikalische Größe in ein technisch auswertbares Signal umwandelt. Der Mikrocontroller verarbeitet dieses Signal. Ein Aktor wandelt das Ausgangssignal anschließend in eine Wirkung um.

Eingabe: Sensoren und Bedienelemente

Technische Systeme müssen Informationen aus ihrer Umgebung oder von Menschen aufnehmen. Diese Aufgabe übernehmen Sensoren und Bedienelemente. Ein Sensor reagiert auf eine physikalische, chemische oder andere messbare Größe und liefert daraus ein Signal.

Typische Eingaben sind Licht, Temperatur, Abstand, Druck, Bewegung, Schall, Feuchtigkeit oder eine manuelle Betätigung.

Beispiel: Lichtsensor

Ein LDR verändert seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Beleuchtung. In einer geeigneten Schaltung kann daraus eine messbare Spannung entstehen. Ein Mikrocontroller kann diesen Wert einlesen und als Information über die Helligkeit verwenden.

EVA-Beispiel Nachtlicht: LDR misst Helligkeit → Mikrocontroller vergleicht Messwert mit Grenzwert → LED wird bei Dunkelheit eingeschaltet.

Beispiel: Ultraschallsensor

Ein Ultraschallsensor wie der HC-SR04 kann Entfernungen bestimmen. Dazu wird ein kurzer Ultraschallimpuls ausgesendet. Trifft die Schallwelle auf ein Hindernis, wird sie reflektiert. Aus der Zeit zwischen Senden und Empfangen kann der Abstand berechnet werden. Weil der Schall den Weg zum Objekt und zurück zurücklegt, muss die gesamte Laufstrecke bei der Entfernungsberechnung halbiert werden.

EVA-Beispiel Einparkhilfe: Ultraschallsensor liefert eine Laufzeit → Mikrocontroller berechnet den Abstand und ordnet ihn einem Bereich zu → Summer oder Anzeige warnt abhängig von der Entfernung.

Analoge und digitale Eingaben

Ein Eingangssignal kann unterschiedliche Formen besitzen. Ein digitales Signal unterscheidet typischerweise klar getrennte Zustände, zum Beispiel Taster gedrückt oder nicht gedrückt. Ein analoges Signal kann innerhalb eines Bereichs viele Zwischenwerte annehmen, zum Beispiel eine Sensorspannung, die mit der Helligkeit variiert.

Für die Systemanalyse ist wichtig: Nicht jeder Sensor liefert direkt die physikalische Einheit, die Dich interessiert. Häufig entsteht zunächst ein elektrischer Messwert, der durch Kalibrierung oder Berechnung in eine sinnvolle Größe übersetzt wird.

Verarbeitung: Mikrocontroller und Algorithmus

Die Verarbeitung ist der Teil des EVA-Prinzips, in dem die Eingabe nach Regeln ausgewertet wird. In technischen Systemen übernimmt diese Aufgabe häufig ein Mikrocontroller. Ein Mikrocontroller ist ein kompakter Rechnerbaustein, der Programme ausführen, Eingänge einlesen und Ausgänge ansteuern kann.

Ein Arduino Uno ist eine verbreitete Mikrocontroller-Plattform. Für den Unterricht ist er geeignet, weil sich Sensoren, Taster, LEDs, Motorsteuerungen und viele weitere Komponenten anschließen und programmieren lassen.

Auch der BBC micro:bit verbindet einen Mikrocontroller mit eingebauten Ein- und Ausgabekomponenten. Dadurch kannst Du EVA-Ketten direkt untersuchen: Tasten, Beschleunigungs- und weitere Sensorfunktionen liefern Eingaben; das Programm verarbeitet sie; LEDs, Töne oder angeschlossene Aktoren erzeugen Ausgaben.

Was bedeutet Verarbeitung konkret?

Verarbeitung kann sehr unterschiedlich aussehen:

Ein Messwert wird mit einem Grenzwert verglichen.
Zwei oder mehrere Messwerte werden miteinander verrechnet.
Ein Zustand wird gespeichert und später wieder verwendet.
Eine Bedingung entscheidet zwischen zwei Reaktionen.
Ein Algorithmus führt mehrere Verarbeitungsschritte in einer festgelegten Reihenfolge aus.
Ein Sensorwert wird wiederholt gemessen, damit das System laufend auf Veränderungen reagieren kann.

Ein typisches Verarbeitungsschema lautet:

Sensorwert	Verarbeitung	Entscheidung	Ausgabe
Abstand größer als 50 cm	Abstand mit Grenzwert vergleichen	Gefahr gering	kein Warnton
Abstand zwischen 20 cm und 50 cm	Abstand mit Grenzwerten vergleichen	Gefahr erhöht	langsames Piepen
Abstand kleiner als 20 cm	Abstand mit Grenzwert vergleichen	Gefahr hoch	schnelles Piepen oder Dauerton

Die Zahlen sind hier ein Modellbeispiel. In einem realen System müssen Grenzwerte technisch begründet, getestet und sicher gewählt werden.

Algorithmus als Verarbeitungsregel

Ein Algorithmus ist eine eindeutige Abfolge von Verarbeitungsschritten. Für eine automatische Bewässerung könnte ein vereinfachter Algorithmus so aussehen:

Bodenfeuchte messen.
Messwert mit dem Sollbereich vergleichen.
Wenn der Boden zu trocken ist, Pumpe einschalten.
Wenn der Boden ausreichend feucht ist, Pumpe ausschalten.
Nach einer festgelegten Zeit erneut messen.

Damit wird sichtbar: Ein Algorithmus verbindet Eingabe und Ausgabe. Ohne Verarbeitungsregel weiß das System nicht, wie es auf einen Sensorwert reagieren soll.

Ausgabe: Aktoren und Anzeigen

Ein Aktor setzt ein elektrisches oder digitales Steuersignal in eine physische Wirkung um. Typische Wirkungen sind Bewegung, Licht, Schall, Wärme oder das Öffnen und Schließen eines Ventils.

Ein Servomotor kann eine bestimmte Position anfahren. Er eignet sich zum Beispiel zum Bewegen eines Greifers, einer Schranke oder eines kleinen Roboterarms.

Eine LED ist ebenfalls eine Ausgabe. Sie erzeugt Licht und kann Zustände anzeigen, zum Beispiel „bereit“, „Warnung“ oder „Fehler“.

Datei:Gleichstrommotor.webm

Ein Gleichstrommotor erzeugt eine Drehbewegung. In einem Fahrroboter treibt er Räder an; in einer Pumpe kann er eine Förderbewegung ermöglichen.

Warum ein Mikrocontroller einen Motor oft nicht direkt antreibt

Ein Mikrocontroller gibt Steuersignale aus, kann aber größere Ströme für Motoren normalerweise nicht direkt bereitstellen. Deshalb wird zwischen Mikrocontroller und Motor häufig eine geeignete Treiberstufe eingesetzt. Das ist für die EVA-Analyse wichtig: Die logische Ausgabe des Mikrocontrollers kann über ein weiteres Teilsystem in die physische Ausgabe des Motors überführt werden.

So entsteht eine genauere Kette:

Mikrocontroller-Ausgang	→	Motortreiber	→	Elektromotor	→	Bewegung

Technische Systeme analysieren

Beim Analysieren eines Systems gehst Du am besten nicht sofort von einzelnen Bauteilen aus. Beginne mit der Funktion des Gesamtsystems und frage anschließend systematisch nach dem Informationsfluss.

Analyseverfahren in fünf Schritten

Systemgrenze festlegen: Was gehört zum betrachteten System und was gehört zur Umgebung?
Eingaben bestimmen: Welche Informationen oder Signale gelangen in das System?
Verarbeitung beschreiben: Welche Regeln, Berechnungen, Vergleiche oder Entscheidungen finden statt?
Ausgaben bestimmen: Welche Information oder physische Wirkung verlässt das System?
Signalweg prüfen: Lassen sich Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe lückenlos miteinander verbinden?

Diese Vorgehensweise hilft, auch unbekannte technische Systeme als Black Box zu untersuchen. Du musst nicht jede elektronische Einzelheit kennen, um die äußere Funktion eines Teilsystems sinnvoll zu beschreiben.

Systemdiagramm 1: automatische Tür

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
Bewegungs- oder Anwesenheitssensor erkennt eine Person	Steuerung prüft Sensorsignal und Sicherheitsbedingungen	Motor öffnet die Tür
Sicherheitssensor erkennt ein Hindernis	Steuerung verhindert oder stoppt das Schließen	Motor stoppt oder fährt die Tür wieder auf

Das Beispiel zeigt, dass ein technisches System mehrere EVA-Ketten besitzen kann. Ein Sicherheitssensor bildet eine zusätzliche Eingabe, die die Verarbeitung beeinflusst.

Systemdiagramm 2: Einparkhilfe

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
Ultraschallsensor erfasst die Laufzeit des Echos	Steuergerät berechnet Abstand und ordnet ihn einer Warnstufe zu	Summer piept; Anzeige kann Abstand oder Warnbereich darstellen

Hier wird eine Messgröße nicht einfach ausgegeben. Sie wird zuerst berechnet und bewertet. Genau diese Trennung zwischen Messen, Verarbeiten und Reagieren ist für das EVA-Modell zentral.

Systemdiagramm 3: Linienfolger-Roboter

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
optischer Sensor erkennt hellen oder dunklen Untergrund	Mikrocontroller bestimmt Abweichung von der Linie	Motoren werden unterschiedlich angesteuert
neue Sensorwerte nach der Bewegung	Abweichung wird erneut bewertet	Fahrtrichtung wird erneut angepasst

Der Linienfolger ist ein gutes Beispiel für eine wiederholte EVA-Kette. Die Ausgabe verändert die Position des Roboters. Dadurch ändern sich anschließend die Sensordaten. Das System verarbeitet also fortlaufend neue Eingaben.

Systemdiagramm 4: Gewächshaus-Bewässerung

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
Bodenfeuchtesensor liefert Messwert	Mikrocontroller vergleicht Messwert mit Sollbereich	Pumpe oder Ventil wird ein- oder ausgeschaltet
optional: Wasserstandssensor meldet leeren Tank	Steuerung sperrt die Pumpe zum Schutz	Warn-LED oder Displaymeldung

Dieses Beispiel zeigt, dass mehrere Sensoren verschiedene Funktionen erfüllen können. Ein Sensor steuert den eigentlichen Prozess, ein anderer schützt das System.

Systemdiagramm 5: industrielles Robotiksystem

Ein Industrieroboter kann je nach Aufgabe sehr unterschiedliche Eingaben erhalten: Positionssensoren, Kamerabilder, Taster, Kraftsensoren oder Daten aus einer Produktionssteuerung. Die Verarbeitung legt Bewegungsbahnen, Geschwindigkeiten und Reaktionen fest. Aktoren in den Achsen erzeugen die Bewegung.

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
Kamerabild oder Positionsinformation	Bild- oder Positionsdaten auswerten, Zielposition bestimmen	Roboterarm bewegt Werkzeug oder Greifer
Kraft- oder Sicherheitssignal	Grenzwert prüfen und Sicherheitslogik ausführen	Bewegung begrenzen, stoppen oder anpassen

EVA übertragen: unterschiedliche Anwendungen

Das EVA-Modell funktioniert nicht nur bei Robotern. Entscheidend ist, dass Du nach Informationsfluss und Funktion fragst.

Anwendung	Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
Smartphone	Touchscreen, Mikrofon, Kamera, Bewegungssensor	Prozessor führt App- und Betriebssystemlogik aus	Display, Lautsprecher, Vibration
automatische Beleuchtung	Helligkeits- oder Bewegungssensor	Grenzwert und Zeitbedingung auswerten	Lampe einschalten oder dimmen
Einparkhilfe	Ultraschall- oder andere Abstandssensorik	Abstand berechnen und Warnstufe bestimmen	Ton oder Anzeige
Fahrroboter	Linien-, Abstand- oder Berührungssensor	Fahrentscheidung berechnen	Motoren ansteuern
Aufzug	Taster, Türsensor, Positionssensor	Fahrziel und Sicherheitsbedingungen auswerten	Motor, Türantrieb, Anzeige
Waschmaschine	Tasten, Türkontakt, Sensoren für Prozessgrößen	Waschprogramm und Zustände steuern	Motor, Ventile, Pumpe, Anzeige
Gewächshaus	Temperatur-, Feuchte- oder Lichtsensor	Sollwerte und Zeitbedingungen prüfen	Lüfter, Pumpe, Ventil, Beleuchtung
Robotergreifer	Kamera, Kraft- oder Positionssensor	Objektlage und Greifbewegung bestimmen	Servo- oder Elektromotoren bewegen Greifer

Steuerung und Regelung

Für das G-Niveau genügt zunächst die sichere Anwendung des EVA-Modells. Auf M- und E-Niveau lohnt sich die Unterscheidung zwischen Steuerung und Regelung.

Bei einer Steuerung wird eine Ausgabe aufgrund einer Eingabe und eines Programms erzeugt, ohne dass die tatsächliche Wirkung zwingend als neue Information zurückgeführt wird. Beispiel: Ein Zeitprogramm schaltet eine Lampe um 20 Uhr ein.

Bei einer Regelung wird die Wirkung beobachtet und zurückgeführt. Das System vergleicht fortlaufend einen Istwert mit einem Sollwert. Beispiel: Eine Temperaturregelung misst die Raumtemperatur, vergleicht sie mit dem Sollwert und verändert die Heizleistung so lange, bis die Abweichung ausreichend klein ist.

Sollwert	→	Verarbeitung/Vergleich	→	Aktor	→	Strecke/System	→	Sensor misst Istwert
gewünschte Temperatur	→	Soll-Ist-Vergleich	→	Heizung	→	Raum wird wärmer	→	Temperatursensor liefert neuen Messwert

Die Rückführung des Istwerts erzeugt einen Regelkreis. Damit wird aus einer einzelnen EVA-Kette ein wiederholt gekoppelter Prozess.

Verschachtelte EVA-Systeme

Komplexe technische Systeme enthalten oft mehrere EVA-Strukturen. Ein Smartphone ist dafür ein gutes Beispiel: Eine App verarbeitet Touch-Eingaben und erzeugt eine Bildschirmausgabe. Gleichzeitig überwacht das Betriebssystem Sensoren, Funkverbindungen, Energiezustand und Benachrichtigungen. Aus Sicht einer App kann ein Ergebnis eine Ausgabe sein; aus Sicht eines anderen Teilsystems kann dieselbe Information wieder zur Eingabe werden.

Daraus folgt eine wichtige Regel:

Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe hängen von der gewählten Systemgrenze ab.

Ein Motorcontroller kann zum Beispiel aus Sicht des Hauptcontrollers ein Ausgabeteilsystem sein. Innerhalb des Motorcontrollers existiert aber erneut eine Verarbeitung mit eigenen Ein- und Ausgaben.

Fehleranalyse mit dem EVA-Modell

Das EVA-Prinzip ist nicht nur ein Erklärmodell, sondern auch ein Werkzeug zur Fehlersuche.

Beobachtung	Mögliche EVA-Frage	Beispielhafte Ursache
System reagiert gar nicht	Kommt eine Eingabe an?	Sensor nicht angeschlossen oder Taster defekt
Messwerte wirken unplausibel	Ist die Eingabe korrekt erfasst oder umgerechnet?	falsche Kalibrierung, Störung, ungeeignete Messbedingung
Eingang ist korrekt, Reaktion aber falsch	Stimmt die Verarbeitung?	falscher Grenzwert oder Fehler im Algorithmus
Verarbeitung scheint korrekt, Aktor bewegt sich nicht	Erreicht das Ausgangssignal den Aktor?	Treiberstufe, Spannungsversorgung oder Verkabelung fehlerhaft
System reagiert instabil	Werden Rückkopplung und Messrate sinnvoll verarbeitet?	zu häufige Umschaltung am Grenzwert oder ungeeignete Regelparameter

Auf E-Niveau kannst Du zusätzlich untersuchen, ob eine Hysterese sinnvoll ist. Dabei werden für Ein- und Ausschalten unterschiedliche Grenzwerte verwendet. So verhindert man, dass ein System bei Messwerten direkt am Grenzwert ständig hin- und herschaltet.

Technisches Denken: Black Box und Teilsysteme

Beim Black-Box-Denken betrachtest Du zunächst nur die äußere Funktion eines Systems. Du fragst: Welche Eingabe erhält die Box? Welche Ausgabe erzeugt sie? Erst danach öffnest Du die Black Box gedanklich und untersuchst die Verarbeitung oder weitere Teilsysteme.

Eingabe	→	BLACK BOX	→	Ausgabe
Abstand zum Hindernis	→	Einparkhilfe	→	Warnsignal

Im nächsten Schritt wird die Black Box zerlegt:

Abstand	→	Ultraschallsensor	→	Laufzeitmessung und Abstandsberechnung	→	Warnlogik	→	Summer/Anzeige

Dieses Vorgehen reduziert Komplexität und hilft Dir, technische Systeme schrittweise zu verstehen.

Praxisprojekt: Mini-Einparkhilfe

Eine einfache Mini-Einparkhilfe verbindet Sensorik, Verarbeitung und Ausgabe in einem überschaubaren Projekt. Ein Ultraschallsensor misst den Abstand zu einem Hindernis. Der Mikrocontroller verarbeitet die Messung. Eine LED, ein Summer oder ein Servozeiger zeigt die Warnstufe an.

Funktionsanforderungen

Das System soll den Abstand regelmäßig erfassen.
Bei großem Abstand soll keine Warnung erfolgen.
Bei mittlerem Abstand soll eine sichtbare oder langsame akustische Warnung erfolgen.
Bei kleinem Abstand soll die Warnung deutlich stärker werden.
Fehlmessungen sollen erkannt oder durch mehrere Messungen reduziert werden.

G/M/E-Varianten des Projekts

Niveau	Projektauftrag	Schwerpunkt
G	Ordne Sensor, Mikrocontroller und LED/Summer den EVA-Bereichen zu. Nutze zwei Warnzustände.	sichere Zuordnung und einfache Bedingung
M	Verwende mehrere Abstandsbereiche und begründe die Grenzwerte. Dokumentiere den Signalweg.	Algorithmus, Vergleich, Transfer
E	Ergänze Messwertfilterung, Hysterese oder einen Servozeiger. Analysiere Messfehler und optimiere das Verhalten.	Systemoptimierung und vertiefte Verarbeitung

Mediengalerie: Bauteile im EVA-System

Eingabe	Verarbeitung	Ausgabe
	Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:
Ultraschallsensor	Arduino-Mikrocontrollerboard	Servomotor
Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:	Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:
Lichtsensor	micro:bit	LED

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Reihenfolge beschreibt das EVA-Prinzip? (Eingabe Verarbeitung Ausgabe) (!Ausgabe Eingabe Verarbeitung) (!Verarbeitung Ausgabe Eingabe) (!Eingabe Ausgabe Verarbeitung)

Welche Komponente gehört typischerweise zur Eingabe eines technischen Systems? (Sensor) (!Servomotor) (!LED) (!Lautsprecher)

Welche Aufgabe übernimmt ein Mikrocontroller im EVA-Modell hauptsächlich? (Eingaben nach einem Programm verarbeiten) (!nur mechanische Bewegung erzeugen) (!nur elektrische Energie speichern) (!nur Schall in die Umgebung senden)

Was ist ein typischer Aktor? (Servomotor) (!Ultraschallsensor) (!Lichtsensor) (!Taster)

Was wird bei einer Einparkhilfe typischerweise verarbeitet? (Ein Abstand oder ein daraus abgeleiteter Messwert) (!nur die Farbe des Fahrzeugs) (!nur die Batteriespannung des Radios) (!nur der Name des Fahrers)

Warum ist ein Linienfolger eine wiederholte EVA-Kette? (Die Bewegung verändert die nächsten Sensordaten) (!Der Roboter besitzt immer genau einen Sensor) (!Der Motor ersetzt den Mikrocontroller) (!Die Ausgabe erfolgt nur einmal beim Start)

Was kennzeichnet eine Regelung gegenüber einer einfachen Steuerung? (Der Istwert wird zurückgeführt und erneut verarbeitet) (!Es gibt grundsätzlich keinen Sensor) (!Es gibt keine Verarbeitung) (!Die Ausgabe darf kein Aktor sein)

Welche Aussage zu einem Ultraschallsensor ist richtig? (Er kann Entfernungen über die Laufzeit eines Schallsignals bestimmen) (!Er misst ausschließlich die Farbe eines Objekts) (!Er ersetzt jeden Mikrocontroller) (!Er ist immer selbst der Aktor)

Warum kann ein Motor eine Treiberstufe benötigen? (Der Mikrocontroller kann den benötigten Motorstrom oft nicht direkt liefern) (!Ein Motor kann grundsätzlich keine elektrische Energie nutzen) (!Ein Sensor darf nie mit einem Motor kombiniert werden) (!Ein Mikrocontroller besitzt immer nur Ausgänge)

Welche Aussage hilft beim Übertragen des EVA-Modells auf neue Systeme? (Zuerst Systemgrenze und Signalfluss bestimmen) (!Nur nach der Gehäuseform der Bauteile urteilen) (!Jedes System muss genau einen Sensor besitzen) (!Jede Ausgabe muss eine LED sein)

Memory

Sensor	erfasst eine Größe aus der Umgebung
Mikrocontroller	führt ein Programm zur Verarbeitung aus
Aktor	setzt ein Steuersignal in eine Wirkung um
Algorithmus	beschreibt eindeutige Verarbeitungsschritte
Grenzwert	dient als Vergleichswert für eine Entscheidung
Servomotor	fährt gezielt eine Position an
Ultraschall	ermöglicht eine berührungslose Abstandsmessung
Regelkreis	führt einen gemessenen Istwert zurück

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion im EVA-System
Ultraschallsensor	Eingabe
Mikrocontroller	Verarbeitung
Servomotor	Ausgabe
Taster	Eingabe
LED	Ausgabe

Interaktives Systemdiagramm

Bauteil oder Prozess	Richtige Rolle im Systemdiagramm
Bodenfeuchtesensor	Messwert aufnehmen
Sollwertvergleich	Information verarbeiten
Wasserpumpe	physische Wirkung erzeugen
Abstandssensor	Umgebung erfassen
Motorsteuerung	Ausgangssignal verstärken und anpassen

Kreuzworträtsel

Sensor	Welches Bauteil erfasst eine physikalische Größe für die Eingabe?
Aktor	Welches Bauteil setzt ein Steuersignal in eine physische Wirkung um?
Algorithmus	Wie heißt eine eindeutige Abfolge von Verarbeitungsschritten?
Mikrocontroller	Welcher kompakte Rechnerbaustein verarbeitet Sensorsignale und steuert Ausgänge?
Servomotor	Welcher Motor kann gezielt bestimmte Positionen anfahren?
Regelkreis	Wie heißt ein System mit Rückführung des gemessenen Istwerts?

LearningApps

Lückentext

Das EVA-Prinzip beginnt mit der

.

Ein Sensor wandelt eine Größe aus der Umwelt in ein technisch nutzbares

um.

Die Verarbeitung übernimmt in vielen schulischen Systemen ein

.

Die eindeutige Folge von Verarbeitungsschritten heißt

.

Ein Bauteil, das eine technische Wirkung erzeugt, heißt

.

Ein Servomotor ist deshalb typischerweise der

zugeordnet.

Beim Ultraschallsensor kann aus der Laufzeit des Echos der

bestimmt werden.

Ein Vergleichswert für eine Entscheidung wird als

bezeichnet.

Bei einer Regelung wird der gemessene

zum System zurückgeführt.

Für eine saubere Analyse muss zuerst die

festgelegt werden.

Offene Aufgaben

Leicht – G-Niveau

EVA-Fotosafari: Fotografiere oder skizziere vier technische Systeme aus Schule oder Alltag. Markiere bei jedem System mindestens eine Eingabe, eine Verarbeitung und eine Ausgabe.
Bauteile sortieren: Erstelle drei Kartenstapel für Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe und ordne mindestens zwölf Bauteile oder Geräte zu. Begründe drei Zuordnungen schriftlich.
Black-Box-Beschreibung: Wähle eine automatische Tür, einen Föhn oder eine Lampe mit Sensor. Beschreibe nur die äußere Funktion als Eingabe-Black-Box-Ausgabe-Modell.
Sensor beobachten: Untersuche einen verfügbaren Sensor, zum Beispiel Taster, LDR oder Abstandssensor. Dokumentiere, welche Größe er erfasst und welches Signal für die Weiterverarbeitung entsteht.

Standard – M-Niveau

Einparkhilfe analysieren: Zeichne ein vollständiges EVA-Systemdiagramm für eine Einparkhilfe und erkläre, wie aus dem Sensorsignal verschiedene Warnstufen entstehen.
Systeme vergleichen: Vergleiche Linienfolger und automatische Bewässerung. Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unterschiede ihrer Eingaben, Verarbeitungen und Ausgaben.
Algorithmus entwickeln: Formuliere einen Algorithmus für eine automatische Beleuchtung mit Helligkeitssensor und Taster. Ergänze mindestens zwei Bedingungen.
Fehlerdiagnose: Entwickle für ein Robotiksystem fünf Fehlerfälle. Ordne jeden Fehler der Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe oder Energieversorgung zu und beschreibe einen sinnvollen Test.

Schwer – E-Niveau

Regelkreis entwerfen: Entwickle ein Modell für eine Temperaturregelung. Zeichne Sollwert, Vergleich, Aktor, Strecke, Sensor und Rückführung und erkläre das Zusammenspiel.
Verschachteltes EVA-System: Analysiere ein Smartphone, einen Roboterarm oder einen Aufzug als Gesamtsystem und zerlege es anschließend in mindestens drei EVA-Teilsysteme.
Messdaten optimieren: Führe mit einem Sensor eine Messreihe durch. Untersuche Streuung oder Störungen und entwickle eine Verarbeitungsstrategie, zum Beispiel Mittelwertbildung, Plausibilitätsprüfung oder Hysterese.
Eigenes Robotiksystem: Plane ein technisches System, das selbstständig auf seine Umwelt reagiert. Erstelle Lastenheft, EVA-Diagramm, Sensor-Aktor-Liste, Algorithmus und eine begründete Sicherheitsanalyse.

Lernkontrolle

Transfer auf unbekannte Systeme: Du erhältst die Beschreibung eines automatischen Handtrockners. Leite ohne vorgegebene Bauteilliste sinnvolle Eingaben, Verarbeitungsschritte und Ausgaben ab und begründe Deine Systemgrenze.
Signalweg erklären: Erkläre für einen Linienfolger, warum die Motorbewegung die nächste Eingabe verändert. Stelle den Vorgang als wiederholte EVA-Kette dar.
Fehler systematisch eingrenzen: Ein Gewächshaus meldet „zu trocken“, aber die Pumpe läuft nicht. Entwickle eine Prüfstrategie, die Eingabe, Verarbeitung, Ausgangssignal, Treiber und Aktor nacheinander untersucht.
Steuerung oder Regelung: Vergleiche eine zeitgesteuerte Heizung mit einer temperaturgeregelten Heizung. Erkläre, welches System auf Veränderungen der Raumtemperatur reagieren kann und warum.
Optimierung begründen: Eine Warnleuchte flackert ständig, weil ein Sensorwert um einen Grenzwert schwankt. Entwickle mindestens zwei technische oder algorithmische Lösungen und bewerte ihre Vor- und Nachteile.
Systemdesign: Entwirf ein Sicherheitssystem für einen kleinen Roboterarm. Lege mindestens zwei Eingaben, eine Verarbeitung mit Prioritäten und zwei mögliche Ausgaben fest. Begründe, wie das System im Fehlerfall reagieren soll.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du nicht nur Begriffe auswendig kennst, sondern technische Systeme begründet analysieren und das EVA-Modell übertragen kannst.

Du kannst die Begriffe Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe fachlich korrekt erklären.
Du kannst Sensoren, Mikrocontroller und Aktoren ihren Funktionen zuordnen.
Du kannst einen vollständigen Signalweg vom Umweltreiz bis zur technischen Wirkung beschreiben.
Du kannst ein technisches System mit einer sinnvoll gewählten Systemgrenze als EVA-Diagramm darstellen.
Du kannst einen einfachen Algorithmus mit Bedingungen und Grenzwerten erklären.
Du kannst das EVA-Modell auf neue Anwendungen wie Einparkhilfe, Gewächshaus, Aufzug oder Robotik übertragen.
Du kannst bei komplexeren Systemen Teilsysteme und wiederholte EVA-Ketten erkennen.
Du kannst Steuerung und Regelung unterscheiden und die Bedeutung der Rückführung erklären.
Du kannst Fehler mithilfe der Bereiche Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe systematisch eingrenzen.
Du kannst eine technische Lösung hinsichtlich Funktion, Sicherheit und Verbesserungsmöglichkeiten begründet bewerten.

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