low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW...

10
low cost-biologie Ein preiswerter Drucksensor zur Verwendung in Fotosyntheseexperimenten Richard M ¨ uller 1 * 1 ¨ oko-sorpe, Am Sorpesee 7, 59846 Sundern ZUSAMMENFASSUNG Es wird ein Drucksensor f¨ ur unter 70 C vorgestellt, der in Fotosyn- theseexperimenten in geschlossenen Systemen eingesetzt werden kann. Dieser Sensor kann auch ohne Computer verwendet wer- den. ¨ Uber USB und mit Hilfe zus¨ atzlicher kostenloser Software ist aber auch der Betrieb am PC m¨ oglich, um beispielsweise l¨ angere Messreihen aufzunehmen. Die hier vorgestellte L ¨ osung erlaubt im Gegensatz zu den meisten f ¨ ur die Schule konzipierten Ger ¨ aten den gleichzeitigen Einsatz von z.B. Dunkelkontrolle und eigentlichem Versuchsansatz, da mit einem Differenz-Sensor die Druckdifferenz zwischen einem dunkel gehaltenen und einem belichteten Ansatz ge- messen wird. Eine mitlaufende Uhr erlaubt Zeitreihen aufzunehmen. EIGENBAU DES SENSORS Es existieren kommerzielle Drucksensoren und Versuchsvorschrif- ten des Lehrmittelhandels (z.B. Phywe (o.J.)) f¨ ur Versuche zur Fotosynthese. Im Gegensatz zu diesen meist relativ kostspieli- gen L¨ osungen wird hier ein wahres LowCost-System vorgestellt. Ben¨ otigt werden neben einigen Kleinteilen der eigentliche Sen- sor, preiswerte Teile aus der Medizintechnik, ein kosteng¨ unstiger Arduino-kompatibler Mikrocontroller, ein billiges LCD-Display und kostenlose Software. Die Teile aus der Medizintechnik, die auch aus den Kappenberg-Systemen bekannt sind (Kappenberg, o.J.), onnen evtl. kosteng¨ unstig ¨ uber einen Arzt oder ein Krankenhaus besorgt werden. Feinere L¨ otarbeiten sowie einfache mechanische Arbeiten sollte man sich schon zutrauen, SMD-L¨ oten wird aber nicht ben ¨ otigt. Der Sensor Herzst¨ uck des Ger¨ ates ist ein auf einem Chip aufgebauter Diffe- renzdrucksensor, der mit verschiedenen Messbereichen erh¨ altlich ist. Wir verwenden den Sensor AMSYS5812-0015-BD, ein hoch- pr¨ azises und bereits kalibriertes Bauteil. Er kann eine Druckdiffe- renz von 1,5 PSI (entsprechend etwa 103 hPa) aushalten. Neben einer analogen Ausgabe des Signals, die hier nicht verwendet wird, werden die Messwerte ¨ uber einen I2C-Bus als digitale Werte zur Verf¨ ugung gestellt. Dieser sehr robust gebaute Sensor besitzt als Druckanschl¨ usse zwei Metallr¨ ohrchen mit 3,2 mm Durchmesser, auf die die Schl¨ auche zum Ger¨ ateanschluss gesteckt werden. * [email protected] Der Mikrocontroller Die Mikrocontroller der Arduino-Reihe sind ein gutes Beispiel daf¨ ur, dass Open Source nicht nur bei Software, sondern mittler- weile auch bei Hardware ein sich immer weiter verbreitendes Prin- zip ist. Arduinos werden h¨ aufig in Kunst- oder Roboter-Projekten eingesetzt, aber auch bei Mess- und Steuerungsaufgaben. Wir ver- wenden ein mit dem Arduino nano v.3 kompatibles Board, das den Vorteil bietet, dass bereits eine USB-Schnittstelle eingebaut ist und dass I2C-Ger¨ ate, wie unser Sensor, direkt angeschlossen werden k¨ onnen. Er ist eigentlich nichts anderes als ein normaler Atmel-Mikrocontroller (ATmega 328) mit zus¨ atzlicher Hardware. Arduinos k¨ onnen mit Hilfe der Arduino-Entwicklungsumgebung mit einer C-¨ ahnlichen Sprache programmiert werden. Das klingt schwieriger als es ist, f¨ ur unser Projekt k¨ onnen wir außerdem auf fertige Programme zur¨ uckgreifen. Im Arduino-Slang werden Programme als Sketches“ bezeichnet. Das Display Arduinos k¨ onnen HD-44780-kompatible LCD-Displays direkt an- steuern. Displays mit diesem Controller gibt es in unz¨ ahligen Gr¨ oßen (von 1 Zeile mit 8 Zeichen bis zu 4 Zeilen mit 40 Zeichen) und in verschiedenen Farben. Wir verwenden hier eine zweizeilige Anzeige mit jeweils 16 Zeichen in blauer Ausf¨ uhrung. In der Re- gel ist dem Display eine 16-polige Anschlussleiste beigelegt, auf die man aber verzichten kann, wenn man keine Steckverbindung ben¨ otigt, sondern den Anschluss durch direkte Verl¨ otung herstellt. Aufbau Der Schaltplan (Abb. 1) des Ger¨ ats zeigt nur wenige externe Bauelemente um den Arduino bzw. Display oder Sensor. Das Trimmpotentiometer R1 dient zur Kontrasteinstellung des Displays. R2 und R3 sind Schutzwiderst¨ ande, die den Sensor vor zu ho- hen Str¨ omen im Kurzschlussfall bewahren. Diese Widerst¨ ande sind nicht unbedingt n¨ otig. R4 und R5 sind die Pullup-Widerst¨ ande an den Digitaleing¨ angen. Mit Hilfe von R6 und R7 lassen sich die Potentiale an den digitalen Tasteneing¨ angen bei Druck auf S1 bzw. S2 auf Low legen. R8 ist der Schutzwiderstand f¨ ur die LCD-Hintergrundbeleuchtung. Es gibt Displays, bei denen dieser Widerstand bereits integriert ist, hier kann er dann fehlen. Auskunft dar¨ uber gibt das jeweilige Datenblatt. Wenn man sich nicht sicher ist, baut man ihn ein, so ist man auf der sicheren Seite. S1 und S2 sind Taster, mit denen die Stoppuhr bedient wird. Die fertigen Platinen sind auf Abb. 2 zu erkennen. F¨ ur die Plati- ne gibt es eine ganze Reihe von M¨ oglichkeiten: Lochrasterplatine, Lochstreifenplatine, mit Edding die Leiterbahnen auf eine kup- ferkaschierte Platine aufmalen und selbst ¨ atzen oder die Platine © ¨ Okolog. Station JH Sorpesee CC-BY-NC-ND 3.0 (2015) 1

Transcript of low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW...

Page 1: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

low cost-biologieEin preiswerter Drucksensor zur Verwendung inFotosyntheseexperimentenRichard Muller 1 ∗

1oko-sorpe, Am Sorpesee 7, 59846 Sundern

ZUSAMMENFASSUNGEs wird ein Drucksensor fur unter 70 C vorgestellt, der in Fotosyn-

theseexperimenten in geschlossenen Systemen eingesetzt werdenkann. Dieser Sensor kann auch ohne Computer verwendet wer-den. Uber USB und mit Hilfe zusatzlicher kostenloser Software istaber auch der Betrieb am PC moglich, um beispielsweise langereMessreihen aufzunehmen. Die hier vorgestellte Losung erlaubt imGegensatz zu den meisten fur die Schule konzipierten Geratenden gleichzeitigen Einsatz von z.B. Dunkelkontrolle und eigentlichemVersuchsansatz, da mit einem Differenz-Sensor die Druckdifferenzzwischen einem dunkel gehaltenen und einem belichteten Ansatz ge-messen wird. Eine mitlaufende Uhr erlaubt Zeitreihen aufzunehmen.

EIGENBAU DES SENSORSEs existieren kommerzielle Drucksensoren und Versuchsvorschrif-ten des Lehrmittelhandels (z.B. Phywe (o.J.)) fur Versuche zurFotosynthese. Im Gegensatz zu diesen meist relativ kostspieli-gen Losungen wird hier ein wahres LowCost-System vorgestellt.Benotigt werden neben einigen Kleinteilen der eigentliche Sen-sor, preiswerte Teile aus der Medizintechnik, ein kostengunstigerArduino-kompatibler Mikrocontroller, ein billiges LCD-Displayund kostenlose Software. Die Teile aus der Medizintechnik, die auchaus den Kappenberg-Systemen bekannt sind (Kappenberg, o.J.),konnen evtl. kostengunstig uber einen Arzt oder ein Krankenhausbesorgt werden. Feinere Lotarbeiten sowie einfache mechanischeArbeiten sollte man sich schon zutrauen, SMD-Loten wird abernicht benotigt.

Der SensorHerzstuck des Gerates ist ein auf einem Chip aufgebauter Diffe-renzdrucksensor, der mit verschiedenen Messbereichen erhaltlichist. Wir verwenden den Sensor AMSYS5812-0015-BD, ein hoch-prazises und bereits kalibriertes Bauteil. Er kann eine Druckdiffe-renz von 1,5 PSI (entsprechend etwa 103 hPa) aushalten. Nebeneiner analogen Ausgabe des Signals, die hier nicht verwendet wird,werden die Messwerte uber einen I2C-Bus als digitale Werte zurVerfugung gestellt. Dieser sehr robust gebaute Sensor besitzt alsDruckanschlusse zwei Metallrohrchen mit 3,2 mm Durchmesser,auf die die Schlauche zum Gerateanschluss gesteckt werden.

[email protected]

Der MikrocontrollerDie Mikrocontroller der Arduino-Reihe sind ein gutes Beispieldafur, dass Open Source nicht nur bei Software, sondern mittler-weile auch bei Hardware ein sich immer weiter verbreitendes Prin-zip ist. Arduinos werden haufig in Kunst- oder Roboter-Projekteneingesetzt, aber auch bei Mess- und Steuerungsaufgaben. Wir ver-wenden ein mit dem Arduino nano v.3 kompatibles Board, dasden Vorteil bietet, dass bereits eine USB-Schnittstelle eingebautist und dass I2C-Gerate, wie unser Sensor, direkt angeschlossenwerden konnen. Er ist eigentlich nichts anderes als ein normalerAtmel-Mikrocontroller (ATmega 328) mit zusatzlicher Hardware.Arduinos konnen mit Hilfe der Arduino-Entwicklungsumgebungmit einer C-ahnlichen Sprache programmiert werden. Das klingtschwieriger als es ist, fur unser Projekt konnen wir außerdemauf fertige Programme zuruckgreifen. Im Arduino-Slang werdenProgramme als ”Sketches“ bezeichnet.

Das DisplayArduinos konnen HD-44780-kompatible LCD-Displays direkt an-steuern. Displays mit diesem Controller gibt es in unzahligenGroßen (von 1 Zeile mit 8 Zeichen bis zu 4 Zeilen mit 40 Zeichen)und in verschiedenen Farben. Wir verwenden hier eine zweizeiligeAnzeige mit jeweils 16 Zeichen in blauer Ausfuhrung. In der Re-gel ist dem Display eine 16-polige Anschlussleiste beigelegt, aufdie man aber verzichten kann, wenn man keine Steckverbindungbenotigt, sondern den Anschluss durch direkte Verlotung herstellt.

AufbauDer Schaltplan (Abb. 1) des Gerats zeigt nur wenige externeBauelemente um den Arduino bzw. Display oder Sensor. DasTrimmpotentiometer R1 dient zur Kontrasteinstellung des Displays.R2 und R3 sind Schutzwiderstande, die den Sensor vor zu ho-hen Stromen im Kurzschlussfall bewahren. Diese Widerstande sindnicht unbedingt notig. R4 und R5 sind die Pullup-Widerstandean den Digitaleingangen. Mit Hilfe von R6 und R7 lassen sichdie Potentiale an den digitalen Tasteneingangen bei Druck aufS1 bzw. S2 auf Low legen. R8 ist der Schutzwiderstand fur dieLCD-Hintergrundbeleuchtung. Es gibt Displays, bei denen dieserWiderstand bereits integriert ist, hier kann er dann fehlen. Auskunftdaruber gibt das jeweilige Datenblatt. Wenn man sich nicht sicherist, baut man ihn ein, so ist man auf der sicheren Seite. S1 und S2sind Taster, mit denen die Stoppuhr bedient wird.

Die fertigen Platinen sind auf Abb. 2 zu erkennen. Fur die Plati-ne gibt es eine ganze Reihe von Moglichkeiten: Lochrasterplatine,Lochstreifenplatine, mit Edding die Leiterbahnen auf eine kup-ferkaschierte Platine aufmalen und selbst atzen oder die Platine

© Okolog. Station JH Sorpesee CC-BY-NC-ND 3.0 (2015) 1

Page 2: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

R. Muller

Abb. 1 – Der Schaltplan des Drucksensors

Abb. 2 – Entwicklung des Gerats. Oben Aufbau auf Steck-brett, unten die fertige Hauptplatine (hier mit Steckan-schlussen). 1: Drucksensor, 2: Arduino mit Mini-USB-Anschluss, 3: Tastenplatine, 4: Display (die Platinen entspre-chen nicht genau den auf Abb. 3 dargestellten)

bei einem Platinenservice professionell herstellen lassen. Hier solldie Verwendung einer Lochstreifenplatine beschrieben werden. FurEinzelstucke ist die professionelle Herstellung zu aufwendig. Miteiner Lochstreifenplatine lassen sich gute Prototypen anfertigen.

Bei dieser Art von Platinen sind leitende Kupferstreifen nebenein-ander auf eine Hartpapierunterlage kaschiert und im Rastermaß 2,54mm gebohrt. Die Bauteile werden durch die Locher gesteckt undauf der Ruckseite verlotet. Die Kupferstreifen konnen durch Draht-brucken verbunden werden. Die Leiterbahnen lassen sich durcheinen in der Hand gehaltenen 4 mm-Bohrer unterbrechen (Abb. 3).

Große der Platine und Lage der Bohrlocher zur Befestigung sinddem verwendeten Gehause anzupassen. Am besten legt man sichGehause und Display zurecht und uberlegt vor dem Bohren undSagen, wie die Teile angeordnet und befestigt werden sollen.

Mit Laubsage und Feile wird der Ausschnitt fur das Display indie Oberseite des Gehauses geschnitten. Das Display wird hinein-gelegt und die Bohrlocher fur die Befestigung werden angezeichnet.Hier werden meist relativ kleine Schrauben (M2) verwendet. Ab-standshalter verwenden, damit das Display (und nachher auch diePlatinen) nicht direkt dem Gehause anliegen! Unter dem Displaysollte noch Platz fur die beiden Taster gelassen werden. Die Bau-teile werden entsprechend der Tabelle durch die Locher gestecktund festgelotet. Beim Loten darauf achten, dass die Lotstelle nicht

2

Page 3: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

Drucksensor

R1 Poti 10 kWR2 330 WR3 330 WR4 4,7 kWR5 4,7 kWR6 330 WIC1 ArduinoIC2 AMSYS5812

Table 1. Bestuckung Hauptplatine

R1 10 kWR2 10 kWS1 TasterS1 Taster

Table 2. Bestuckung Tastenplatine

Hauptplatine Farbe TastenplatineT1 (q26) orange c4T2 (r26) rot a4T3 (s26) braun c14T4 (t26) schwarz d4

Table 3. Verbindung Haupt-/Tastenplatine

uberhitzt wird! Es sollte dunnes Elektronik-Lotzinn und ein kleinerElektronik-Lotkolben verwendet werden.

Moglicherweise mussen beim Arduino noch (beiliegende) Stift-leisten angelotet werden. Der Anschluss, der in Abb. 3 bei IC1(Arduino) mit einem zusatzlichen Punkt markiert ist (a13), ist beimArduino mit D13 bezeichnet. Darauf achten, dass die Platine so imGehause platziert wird, dass ein USB-Stecker eingesteckt werdenkann! Auch der Drucksensor (IC2) muss richtig gepolt werden. An-schluss 1 ist sowohl auf der Zeichnung (s13) als auch beim Sensorselbst mit einem Punkt versehen.

Die Taster entsprechen leider nicht dem Rastermaß. Hier mussendie Beinchen ein bisschen zurecht gebogen werden, bis sie in dieBohrlocher passen. Mit einem Multimeter sollte vor dem Einbauder Taster gepruft werden, wie die Kontakte angeordnet sind! ImRuhezustand darf keine Verbindung zwischen den Kupferbahnen cund d bestehen, bei Druck auf den Taster mussen sie verbunden sein.

Die Verbindungen zwischen der Haupt- und der Tastenplatinebzw. dem Display erfolgen durch kurze Stucke Flachbandkabel oderkurze dunne, am besten farbige Litzen.

Nach jedem Arbeitsschritt muss die Platine mit der Lu-pe kontrolliert werden! Es durfen keine ungewunschtenLotverbindungen da sein, es darf sich kein Kupferspan zwi-schen den Leiterbahnen befinden! Auch mussen alle Bauteilerichtig eingelotet sein! Falsche Anschlusse oder Verpolungen desSensors, des Arduinos oder des Displays konnen zur Zerstorungder Teile fuhren!

Jetzt fehlen noch die Sensoranschlusse. Dazu werden zweiLocher mit 5 mm � in das Gehause gebohrt. Hier werden die Luer-Lock-Tullen eingeschraubt. Mit kurzen Schlauchstucken werdendie Sensoranschlusse mit den Tullen verbunden (Abb. 4). Plas-tikschlauche konnen mit einem Fohn oder mit kochendem Wasser

Hauptplatine Farbe DisplayL1 (o12) schwarz 1L2 (m12) rot 2L3 (n12) grun 3L4 (a20) orange 4L5 (t12) schwarz 5L6 (b20) braun 6

L11 (h26) orange 11L12 (i26) braun 12L13 (j26) grun 13L14 (k26) blau 14L15 (l26) rot 15L16 (l22) schwarz 16

Table 4. Verbindung Hauptplatine/Display

Abb. 4 – Luer-Lock-Tulle im Gehause

weich gemacht werden, damit sie sich uber die Anschlusse bzw.Tullen ziehen lassen.

Die Frontplatte kann nach eigenem Geschmack gestaltet wer-den. Beschriftungen mit Edding sind genauso moglich wie einebedruckte Klebefolie. Das fertige Gerat zeigt Abb. 5.

Jetzt kann das Gerat uber ein USB-Kabel mit dem PC verbundenwerden. Falls auf dem Display nichts zu sehen ist, muss das Po-ti R1 verstellt werden, bis die einzelnen Zeichenfelder im Displayaufleuchten (R1 dient zur Kontrasteinstellung). Ist auch jetzt nochnichts zu sehen, ist irgendwo ein Fehler aufgetreten.

PROGRAMMIERUNGDer Mikrocontroller muss noch programmiert werden, sonstweiß er nicht, was er tun soll und zeigt nichts an. Als ers-tes wird die Arduino-Entwicklungsumgebung (Arduino-IDE) aufdem PC installiert. Sie kann kostenlos unter https://www.arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/Software herun-tergeladen werden. Es gibt sie fur Windows, OSX und Linux. DasProgramm (”Sketch“) kann unter http://phytoplankton.

3

Page 4: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

R. Muller

Abb. 5 – Das fertige Gerat

info/download/drucksensor heruntergeladen werden. Aufdem PC musste jetzt der Ordner drucksensor liegen, in demsich die Datei drucksensor.ino befindet. Beim Aufruf dieserDatei musste das Programm in die Entwicklungsumgebung gela-den werden (Abb. 6). Beim Klick auf das Hakchen links wird dasProgramm kompiliert, d.h. in die Form gebracht, die der Mikro-controller verstehen kann. Mit Klick auf den Pfeil wird dann dieseskompilierte Programm in den angschlossenen Arduino ubertragenund dort gespeichert. Nach kurzer Zeit musste im Display ”Druck-sensor“ erscheinen, darauf der gemessene Druck und zwei Striche.Beim Druck auf die Taste ”Start/Stop“ muss dort eine fortlaufendeSekundenanzeige zu sehen sein.

Ein Klick auf die Lupe im rechten Teil der IDE lasst den seriellenMonitor auf dem Bildschirm erscheinen. Hier werden (nur wahrenddie Uhr im Display lauft) Zeit in Sekunden und der Druck in hPa,getrennt durch ein Semikolon, angezeigt (Abb. 7).

Nachdem das Programm im Arduino gespeichert ist, brauchtdas Gerat keine Verbindung mit einem PC mehr. Es kann jetztzur Stromversorgung auch mit einem Steckernetzteil mit USB-Anschluss verwendet werden. Falls die gemessenen Daten aufge-zeichnet werden sollen, muss naturlich wieder eine PC-Verbindunghergestellt werden.

ZUBEHORDie Fotosynthese-Versuche konnen in Glasflaschen stattfinden. Umdiese Flaschen an den Drucksensor anschließen zu konnen, wirdin den Kunststoffdeckel ein Loch mit 5 mm gebohrt. Hierhin-ein wird der Luer-Lock-Adapter ohne Tulle geschraubt. Durch denKunststoff des Deckels wird in der Regel eine gute Dichtigkeit er-reicht, so dass keine zusatzlichen Dichtungen benotigt werden. ZurVerbindung mit dem Sensor dienen kurze Infusionsschlauchstucke,die mit Luer-Lock-Nippeln versehen werden (Abb. 8). Wichtig ist,dass bei der Durchfuhrung der Experimente kein Tropfen Wasserin die Anschlusse kommt. Der Sensor ist nicht gegen Feuchtigkeitresistent!

Abb. 6 – Die Arduino-IDE (mittlerweile gibt es neuere Ver-sionen)

Abb. 7 – Der serielle Monitor der IDE

DATENAUFNAHMEZur computergestutzten Datenverarbeitung lassen sich die Messrei-hen mit dem PC aufnehmen. Hier kann naturlich auch wieder derserielle Monitor der Entwicklungsumgebung genutzt werden, aberempfehlenswerter ist ein separates Programm. Hierfur bieten sichzum Beispiel Putty (fur Windows, http://the.earth.li/˜sgtatham/putty/latest/x86/putty.exe) oder Gtk-Term (fur Linux, http://gtkterm.feige.net/) an, beidesind kostenlos. Die einzustellende Baud-Rate betragt 9600. UnterWindows muss noch der entsprechende Treiber fur den seriell-USB-Wandler installiert werden, sonst wird das Gerat vom Computer

4

Page 5: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

Drucksensor

Abb. 8 – Flasche fur Fotosyntheseversuche mit Luer-Lock-Anschluss

nicht erkannt. Leider werden zwei verschiedene Wandler-Typenverbaut, was die Sache nicht einfacher macht. Tipps zur Identifizie-rung und zur Auswahl sowie Installation der Windowstreiber gibtSengotta (2013).

EXPERIMENTEAlle Versuche, bei denen die Fotosynthese- oder Respirationsrateals Druckanderung darstellbar ist, konnen mit diesem Gerat durch-gefuhrt werden. Da bei der Fotosynthese der Verbrauch des CO2

und die Produktion von O2 sich stochiometrisch die Waage hal-ten, bieten sich Experimente im wassrigen Milieu an, bei denendie CO2-Quelle sich aus dem gelosten Hydrogencarbonat bzw. derKohlensaure speist, die nicht in die Druckparameter eingehen. BeiVersuchen zur Respiration musste das gebildete CO2 aus dem glei-chen Grund aus dem System entfernt werden, z. B. duch Kalilauge.Bei Versuchen mit dem Drucksensor gelten die gleichen Regelnwie fruher bei der Warburg-Technik (Schopfer, 1986). Ein Versuch(Fotosyntheserate in Abhangigkeit von der Lichtstarke) wird beiFohlmeister et al. (2015) beschrieben.

5

Page 6: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

R. Muller

(a) Hauptplatine von oben. Die Kupferbahnen befinden sich auf der Un-terseite und sind eigentlich nicht sichtbar. Die roten Quadrate stellen eineLeiterbahnunterbrechung (Unterseite) dar

(b) Hauptplatine von unten

(c) Tastenplatine von oben

Abb. 3 – Platinen

6

Page 7: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

Drucksensor

ANHANGTeileliste

Anzahl Bezeichnung Lieferant URL circa-Preis (C)1 Differenzdrucksensor AMSYS5812-0015-BD AMSYS www.amsys.de 28,001 Mikrocontroller Arduino nano v.3 (kompatibel) Ebay www.ebay.de 5,501 LCD-Display 2 ×16 Zeichen, HD44780-kompatibel Ebay www.ebay.de 4,002 Luer-Lock-Tulle VBM-CHLLFB20 Droh www.droh.de 6,002 Luer-Lock-Adapter VBM-CHLLF05 Droh www.droh.de 6,002 Luer-Lock-Dreiwegehahne 17-DW-PS Droh www.droh.de 1,004 Luer-Lock-Nippel mannl. VBM-MTLL210 Droh www.droh.de 1,00

30 cm Schlauch (Innendurchmesser 2 mm)1 Steckernetzteil mit USB-Anschluss Ebay www.ebay.de 4,001 Streifenplatine 529506 - 62 Conrad www.conrad.de 2,603 Widerstande 330 W 423300 - 62 Conrad www.conrad.de 0,55/102 Widerstande 4,7 kW 423440 - 62 Conrad www.conrad.de 0,55/102 Widerstande 10 kW 423483 - 62 Conrad www.conrad.de 0,55/102 Minitaster 700479 - 62 Conrad www.conrad.de 0,171 Trimmpoti 10 kW 431893 - 62 Conrad www.conrad.de 0,501 Kleingehause, z.B. ca. 120 ×80 ×59 mm 529506 - 62 Conrad www.conrad.de 3,832 Laborflaschen 100 ml mit Schraubverschluss GL45 neolab www.myneolab.de 14,00

Lieferanten sind nur beispielhaft genannt. Manche Teile (z.B. Schlauch (Infusionsschlauch oder Silikonschlauch), Dreiwegehahne etc.,Flaschen) lassen sich oft kostenlos uber einen Arzt oder ein Krankenhaus besorgen. Steckernetzteile oder Gehause fallen manchmal beimAusschlachten alter Gerate an. Preise Juli 2015. Kleinteile wie Draht, Schrauben oder ahnliches sind nicht aufgefuhrt.

Programm//**************************************************/*

Autor: Richard Mueller, Juli 2015Projekt: DrucksensorVersion: 1.1

Unter Verwendung von: Malcolm Knapp, Stopwatch(http://workshopweekend.net/arduino/projects/stopwatch)und unter Verwendung eines Programm zum Auslesen desSensors AMSYS5812, siehehttp://forum.arduino.cc/index.php/topic,58501.0.html

Note: This source code is licensed under a Creative Commons License, CC-by-nc-sa.(attribution, non-commercial, share-alike)

see http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ for details.

*///***************************************************typedef unsigned char byte;

// included libraries#include <LiquidCrystal.h> // Bibliothek fuer LCD-Displays#include <Button.h> // Bibliothek fuer das Auslesen von Tasteneingaben#include <Wire.h> // Bibliothek mit den Befehlen fuer den I2C-Bus#define address 0x78 // Adresse des AMSYS5812:hex78int add=0; // Definition der Zeigervariable

#define START_BUTTON_PIN 7 // D6 und D7 dienen zum Auslesen der Tastendruecke#define RESET_BUTTON_PIN 6

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);// Anschluesse LCD

7

Page 8: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

R. Muller

Button start_button = Button(START_BUTTON_PIN, BUTTON_PULLUP);Button reset_button = Button(RESET_BUTTON_PIN, BUTTON_PULLUP);

// Definition der Tasten

unsigned long stopwatchInterval = 1000;unsigned long stopwatchLastStart = 0;int secondCount = 0; // Variable Sekundenzaehlen

boolean isStopwatchOn = false;

void setup () {Wire.begin(); // I2C-Bus-Aufruf

Serial.begin (9600); // serielle Kommunikation beginnt (9600baud)

lcd.begin(16, 2); // LCD-Display 2 Zeilen, jeweils 16 Zeichenlcd.setCursor(3,0); // Cursor 1. Zeile, 4. Zeichenlcd.print("Drucksensor"); // Einleitunglcd.setCursor(3, 1); // Cursor 2. Zeile, 4. Zeichenlcd.print("V 1.1");delay(1500); // Pause von 1,5 slcd.clear();lcd.setCursor(0,1);lcd.print("--");

}int reading = 0;

void loop () {Wire.beginTransmission(address); // Beginn der Kommunikation mit dem AMSYSWire.write(add); // Zeiger auf 0 setzenWire.requestFrom(address,4); // Anfrage an den Sensor nach 4 Bytesint Druck1; // Variablen fuer die empfangenen Druck-Datenint Druck2;int Druck; // Variable fuer das berechnete Ergebnisint Garbage; // Variable fuer die Temperaturwerte, die nicht gebraucht werdenif (Wire.available()) {

Druck1 = Wire.read(); // Auslesen der vier Daten-BytesDruck2 = Wire.read();Garbage = Wire.read();Garbage = Wire.read();

}Wire.endTransmission(); // Ende der Kommunikation

add++; // Erhoehen des Zeigers ...if (add==3){

add=0; // ...und wieder auf 0 setzen}

Druck = (((256*Druck1+Druck2)-3277)/253.52);// Berechnen des Drucks in hPa lt. Datenblatt

lcd.setCursor(0,0); // Ausgabe des Ergebnisses (Druck) auf LCDlcd.print(" ");lcd.setCursor(0,0);lcd.print(Druck);lcd.print(" hPa");delay(200); // Wartezeit von 0,2 s

if (start_button.uniquePress ()) {// wurde die Stoppuhr gestartet?

8

Page 9: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

Drucksensor

if(isStopwatchOn){isStopwatchOn=false;} else {

isStopwatchOn = true;}

}

if(reset_button.uniquePress()){ // wurde der Reset-Knopf gedrueckt?secondCount = 0;isStopwatchOn = false;lcd.setCursor(0,1);lcd.print(" ");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("--");

}

if (millis()- stopwatchLastStart > stopwatchInterval && isStopwatchOn) {// Ausgabe der Stoppuhr-Zeit

stopwatchLastStart = millis();secondCount++;lcd.setCursor(0,1);lcd.print(secondCount);lcd.print(" s");Serial.print(secondCount);Serial.print(";");Serial.println(Druck);

}

}

9

Page 10: low cost-biologie - · PDF fileDrucksensor R1 Poti 10 kW R2 330 W R3 330 W R4 4,7 kW R5 4,7 kW R6 330 W IC1 Arduino IC2 AMSYS5812 Table 1. Bestuckung Hauptplatine¨ R1 10 kW R2 10

R. Muller

LITERATURANALOG MICROELECTRONICS (2012): Amplified pressure sensor with analog and

digital output (I2C) (Datenblatt AMS5812) http://www.analogmicro.de/_pages/sens/ams5812/ams5812_data_sheet.pdf

FOHLMEISTER, S., MULLER, R., KIRCHNER, W. (2015): Schulversuch zur Photo-synthese mit Plankton aus Wildfangen. In Vorb.

KAPPENBERG, F. (o.J.): Experimente mit Medizintechnik http://www.kappenberg.com/pages/mitmedizintechnik/medizintechnik.htm

PHYWE (Hrsg.) (o.J.): Cobra 4 wireless: Versuch 7.3.1.1 (Photosynthese (O2-Druckmessung) http://www.phywe.com/index.php/fuseaction/download/lrn_file/versuchsanleitungen/P4110260/d/P4110260d.pdf

SCHOPFER, P. (1986): Manometrische Messung von Gaswechselprozessen. In: Expe-rimentelle Pflanzenphysiologie. S. 63–70, Berlin/Heidelberg

SENGOTTA, B. (2013): Arduino Nano wird nicht erkannt, was tun?http://blog.sengotta.net/arduino-nano-wird-nicht-erkannt-was-tun/

10