Schönbuch Gymnasium Holzgerlingen

IoT-Hackathon 2022

30. Mai 2022

IoT@Klima am Schönbuch-Gymnasium

IoT-Hackathon IoT@Klima am Schönbuch-Gymnasium
Welche Auswirkungen hat der Klimawandel in unserer Region? Was sind die Auswirkungen auf die Menschen und die Natur – und was kann man dagegen tun? Diesen Fragen sind Schülerinnen und Schüler im Rahmen des Hackathons IoT@Klima am Schönbuch-Gymnasium Holzgerlingen (SGH) nachgegangen. Die Veranstaltung ging neun Tage von Freitag bis Samstag und hat mit einer Abschlusspräsentation geendet.
Kurz zur Erklärung der Begriffe: Beim IoT (Internet of Things) – oder auf Deutsch das Internet der Dinge – geht es darum, Daten zu erfassen und Gegenstände und Geräte zu vernetzen, um anhand von Algorithmen automatisch Entscheidungen zu treffen und Aufgaben zu erledigen. Hackathon ist ein Kunstwort aus „hacken“ (einfach machen, tüfteln, basteln) und „Marathon“ und beschreibt eine Art Wettbewerb, indem man Ideen entwickelt und als exemplarische Lösung umsetzt.
Dieses Jahr– es war bereits der vierte IoT-Hackathon am SGH – waren die Schülerinnen und Schüler aufgerufen, sich mit einer Projektidee rund um den Klimawandel und seine Folgen für die Menschen und die Natur zu bewerben. Extreme Ereignisse wie Starkregen, aber auch Trockenheit und Stürme, nehmen zu. Wie können wir die Veränderungen unseres Klimas erkennen und verstehen, um Antworten darauf zu finden?
Konkret sollten Messstationen gebaut und programmiert werden, die Klimadaten wie Temperatur oder Regenmenge ins Internet übertragen, um sie gemeinsam aufzuzeichnen und auszuwerten.
Während der ersten Vorbereitung des Hackathons war die Lage der Corona Pandemie unübersichtlich. Daher haben sich die Organisatoren für einen Online-Hackathon entschieden – d. h. die Teilnehmenden haben das vorbereitete Materialset mit nach Hause genommen und wurden in verschiedenen Online-Sessions durch den Hackathon begleitet. Dabei wurden sie von fünf Coaches mit unterschiedlicher Expertise angeleitet und unterstützt: IoT, Automatisierung, Softwareentwicklung und Cloud-Anwendungen.
Am Freitag, den 6. Mai 2022, zum Unterrichtsende erfolgte die Materialausgabe und ab 16:00 Uhr online eine allgemeine Einführung in die Themen Datenerfassung und Sensorik.
Am Samstag, den 7. Mai 2022, fanden von 09:00 Uhr bis 17:30 Uhr mehrere Online-Sessions statt. Beginnend mit dem Hardware-Check hat die Einführung in die IoT-Werkstatt (mit dem IoT-Octopus aus Holzgerlingen und einer grafischen Entwicklungsumgebung des Umwelt-Campus Birkenfeld) den Vormittag ausgefüllt.
Am Nachmittag gab es dann noch zwei Blöcke, einmal ThingSpeak (Online-Plattform zur Datenerfassung und -auswertung) und das Registrieren eines Sensors im TheThingsNetwork (TTN).
TTN ist ein offener Funkstandard zur Übertragung von Sensordaten auf Basis von LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Der Landkreis Böblingen und insbesondere die Stadt Holzgerlingen sind hier Vorreiter und haben in der Region sogenannte TTN-Gateways installiert. Damit ist ein für alle kostenlos nutzbares Funknetzwerk entstanden. Die Übertragung der Sensordaten erfolgt mit sehr geringem Energieaufwand, so dass batteriebetriebene Sensoren auch mehrere Jahre mit einem Satz Batterien senden können. Das Netzwerk kann durch die Installation weiterer TTN-Gateways von jedermann erweitert werden. So ist das im Rahmen des Hackathons in Dettenhausen geschehen, das bislang ein weißer Fleck auf der TTN-Landkarte war.
In der Woche darauf waren von Montag bis Donnerstag täglich um 18:00 Uhr Onlinetreffen, bei dem die Projektfortschritte besprochen und weitere Tipps gegeben wurden. Hier wurden auch spezielle Themen besprochen, wie etwa die Umrechnung eines gemessenen Spannungswerts in echte Daten.
Im gesamten Zeitraum gab es in MS-Teams einen gemeinsamen Bereich mit verschiedenen Kanälen, in denen die Teilnehmenden untereinander und mit den Coaches diskutieren und gemeinsam technische Fragen lösen konnten. Regelmäßig haben die Coaches ihre Bildschirme geteilt, um Fragen zu beantworten und Lösungen zu zeigen. Programmbeispiele, Hintergrundinformation und gemeinsam erarbeitete Lösungsansätze wurden im Dateibereich des Teams gespeichert und sind für alle zugänglich. Auch die Schülerinnen und Schüler konnten ihren Bildschirm teilen, um zu zeigen, an welcher Stelle es gerade hakt.
Die Schülerinnen und Schüler haben mit viel Begeisterung eine Woche lang an ihren Projekten gearbeitet, so dass zur Abschlusspräsentation am Samstag, den 14. Mai 2022, tolle Ergebnisse präsentiert wurden. Felix (KS1) misst die Bodenfeuchte im Garten und steuert die Bewässerung so, dass die Pflanzen nicht zu viel und nicht zu wenig Wasser bekommen. Jan (Klasse 6) hat ebenfalls einen Bodenfeuchtesensor im Einsatz. Jan möchte wissen, wann er gießen muss. Janina (Klasse 6) misst die Windgeschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchte und interessiert sich für die Zusammenhänge. Die Messstation von Justin (Klasse 7) erfasst die Windgeschwindigkeit und die Luftqualität. Justin möchte herausfinden, welcher Zusammenhang zwischen der Windrichtung und der Außentemperatur besteht. Karla (Klasse 7) geht gerne ins Freibad und misst mit ihrer mobilen Station die UV-Strahlung und berechnet den UV-Index. Kim (Klasse 8 an der ORS) wohnt in der Stadt – da ist die Luftqualität ein wichtiges Thema. Die Messstation von Kim misst die Feinstaubbelastung und die UV-Strahlung.
Benedikt (KS2) hat die Steuerung eines Moving Heads realisiert. Das ist ein frei steuer- und bewegbarer Scheinwerferkopf aus der Veranstaltungstechnik. Sie sorgen auf Theaterbühnen, in Fernsehshows und Discos für Lichteffekte. Die Projektidee stammt aus dem geplanten Hackathon 2020, der Corona-bedingt nicht stattfinden konnte.
Vor der offiziellen Präsentation wurden die einzelnen Projekte einer Jury vorgestellt. Hier ging es nicht um eine Bewertung mit Platzierung – sondern um eine Würdigung der individuellen Ergebnisse. Die Jury war sich einig: Die Ergebnisse mit ihren unterschiedlichen Schwerpunkten können sich sehen lassen. Positiv hervorgehoben wurde auch, dass es sich nicht um eine Einmalaktion handelt, sondern dass die Teilnehmenden ihre Projekte fortführen und weiterentwickeln werden – beispielsweise mit zusätzlichen Sensoren oder mit einer Stromversorgung per Solarzellen.
Als kleines Zusatzprojekt hat Lukas (KS1) eine Webseite entwickelt, welche die jeweils freigegebenen Daten der einzelnen Projekte in ThingSpeak abholt und live darstellt: QR-Code scannen (unten) oder Link aufrufen: https://t1p.de/wlwqp
Vielen Dank an unseren Bürgermeister Herrn Delakos, der den Hackathon als Schirmherr unterstützt hat. Er war begeistert von diesem aktuellen Thema, da auch die Stadtgärtnerei im Sommer vor der Aufgabe steht, die städtischen Grünanlagen durch Trockenperioden zu bringen.
Vielen Dank für die finanzielle Förderung der Materialanschaffung an den Verein der Freunde des Schönbuch-Gymnasiums e.V., an den Elternbeirat des Schönbuch-Gymnasiums Holzgerlingen, an die Alemannen-Apotheke, die Bürgerstiftung Holzgelingen, an die Firmen Elektro-Breitling, levigo, und Qest und an die Schönbuch- Apotheke.
Vielen Dank an Frau Baisch-Enchelmaier (Elternbeirat), Herrn Kupi-Rademacher (Vector Informatik), Herrn Levec (levigo), Herrn Maginski (Förderverein), Herrn Planche (Bürgerstiftung), Herr Dr. Schittenhelm (Holzgerlinger Apotheken) und Herrn Seifried (Qest) für die Unterstützung und Würdigung der Projekte als Jury-Mitglieder.
Vielen Dank an Herrn Schimmer, unseren Schulleiter, an Frau Meßner von der erweiterten Schulleitung und an Frau Denk-Dorneich (Koordination SchulePLUS) für die ideelle und organisatorische Unterstützung.
Vielen Dank an Guido Burger, der mit mir gemeinsam den Hackathon konzipiert, vorbereitet und durchgeführt hat. Vielen Dank auch an Oliver und Florian (ehemalige Schüler des SGH) und Lukas (KS1) für die Unterstützung als Coach.
Nicht zuletzt vielen Dank an alle teilnehmenden Schülerinnen und Schüler – und die Familien, die das Projekt zuhause unterstützt haben, etwa bei der Montage der Sensoren am Haus oder im Garten.
Gerhard Bäurle, 23.Mai 2022

Link zu holzgerlingen.digital mit den Messwerten: https://t1p.de/wlwqp