Immer mehr Gegenstände bzw. Geräte können durch das Internet miteinander vernetzt werden und werden damit Teil eines Netzwerkes und können miteinander kommunizieren. Intelligente Sensoren und Aktoren können unsichtbar viele Alltagsaufgaben übernehmen. Im Smartphone, im Auto oder in Fitness-Trackern kommen wir schon tagtäglich damit in Berührung. Daten werden erfasst, mit Hilfe des Internets an große Datenbanken übermittelt und mit Hilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Kleinigkeiten, wie die automatisierte Buchausleihe in Bibliotheken, kontaktloses Bezahlen im Supermarkt aber auch komplizierte Vorgänge, wie Autonomes Fahren wäre ohne Kommunikation der Sensorik und Aktorik nicht möglich. Staubsaugerroboter, intelligente Heizungen und Lüftungssysteme bringen auch die Digitalisierung in unseren täglichen Lebensbereich. Fingerabdrucksensoren in Mobiltelefonen und andere biometrische Zugangsverfahren nutzen wir selbstverständlich.

Ein IOT -System ist ein Verbund mehrerer Geräte, die Daten zu einem Ereignis erzeugen (z.B. Sensor, Kamera, Wetterstation), aufnehmen (Datenbank, Speicherkarte) oder als Tabelle oder Grafik darstellen (z.B. Webserver, digitale Messwertanzeige).

Anwendungsbeispiele sind:

1. Smart Home:
   • Sicherheit im Haus: System von Überwachungskameras
   • intelligente Thermostate, die ja nach Anwesenheit, die Temperatur regeln
   • Rolladensysteme, Lichtüberwachung, …
   • intelligente Kühlschränke: erfassen, wann benötigte Lebensmittel nachgekauft werden müssen
2. Lebensqualität in Städten: Vernetzung von Geräten, die die Luftqualität, oder den Verkehr überwachen und steuern
3. Landwirtschaft: Überwachung von Bodenqualität, um gezielt zu Düngen oder zu Gießen.
4. Mobilität:
   • insbesondere beim autonomen Fahren werden Daten zwischen ausgetauscht
   • Bei Logistikunternehmen kann die Überwachung durch GPS nicht nur zur Standortbestimmung genutzt werden, sondern die Daten könnten auch dazu genutzt werden, optimale Routen der Logistikflotte permanent zu ermitteln.
   • Mietbare E-Roller, etc. geben ihren Zustand (Ort, Verfügbarkeit, Ressourcen) stets über vernetzte Systeme an.
5. Industrie: Produktionsteile geben ihren Zustand selbst weiter und so wird Ressourcenfluss maschinell überwacht und Ersatzteile können rechtzeitig nachbestellt und zielgenau geliefert werden.

Natürlich reicht es nicht, dass ein Gerät mit dem Internet verbunden wird, um ein IOT - System zu erhalten. Eine Lampe (oder einen Helligkeitssensor) an das Internet anschließen, nur damit der Zustand als Textnachricht auf dem Handy erscheint, reicht nicht. Dient die Vernetzung allerdings als Überwachung eines Industriekomplexes oder der Überwachung einer alten alleinstehenden Person, und wird das Resultat von einem weiteren Gerät überwacht und dann notfalls als Textnachricht auf das Handy gesendet, so ist damit ein Nutzen verbunden.

1. Sensoren: Die Sensoren und Aktoren stellen die Schnittstelle zwischen der digitalen und physischen Welt dar. Wie funktioniert ein Sensor und wie werden die Daten an den Mikrocontroller geliefert?
2. Adressierung im Internet: Wie wird der Sensor in das Internet eingebettet, damit er Daten versenden und empfangen kann? Zusätzlich ist eine digitale Infrastruktur für die schnelle Datenübertragung notwendig.
3. Umgang mit riesigen Datenmengen (Big Data): Der Ergebnis sind Unmengen von Daten, die nicht nur erfasst, sondern auch weitergeleitet und abgespeichert werden müssen. Es braucht große Rechenleistung auf Servern der Cloud, die die Daten speichern und verarbeiten können.
4. Sicherheit der IOT- Systeme: Die Systeme liefern unter Umständen lebenswichtige Daten, diese müssen gegen Missbrauch geschützt werden.

Auch für Schüler ist das Internet allgegenwertig, tagtäglich nutzen sie Kommunikationsanwendungen, wie WhatsApp, sind auf Social Media Apps, wie Skype, Twitter, Instagram oder Facebook unterwegs. Der PC tritt immer mehr im Gegensatz zu Smartphones und Smartwatches immer mehr in den Hintergrund.

Nicht nur seit der Corona-Pandemie ist die Überwachung der Luftqualität wichtig. Aber die Pandemie hat uns vergegenwärtigt, wie wichtig die Überwachung und Kontrolle der Luftqualität wesentlich für unseren Gesundheitszustand ist. Schon vor 4 Jahren hatte ich ein Projekt in einer 10.Klasse zur Luftqualität im Klassenzimmer. Dort wurde die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, der CO2 - Gehalt und der Feinstaub gemessen.

Schüler sollten aber verstehen, wie

• die Kommunikation in Internet,
• ein einfacher Netzwerkaufbau funktioniert und wie
• nicht IP-fähige Geräte mit dem Internet verbunden werden können, um Daten zu übertragen,
• das Client-Server Prinzip und Grundzüge der Programmierung verstehen.

Die Schüler sollen verstehen,

• welches Messprinzip die Sensoren haben und wie die Daten (digital oder analog) dem Mikrocontroller übermittelt werden.
• wie man ein kleines Programm programmiert, welches die Daten mehrerer Sensoren ermittelt, aufbereitet und auf einem Medium (serieller Bildschirm, Display, Internet) ausgibt.
• das Daten des Sensors auf Plausibilität überprüft werden müssen
• alle Bestandteile zu einem Messgerät zusammenzuführen

Darüber hinaus sollen die Schüler Kompetenzen entwickeln, damit sie einen verantwortungsvollen Umgang mit Daten lernen, vor allem mit Hinblick auf Qualität und Quantität.