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DIY-Fledermausdetektor
mit Gamification-Elementen
Ausgangslage
Fledermäuse sind die einzigen an Land lebenden und
fliegenden Säugetiere, die Echoortung nutzen. Mit
Ultraschalldetektoren können ihre Laute im Frequenzbereich
von 20 kHz bis 140 kHz erfasst werden (Abb. 1). Eine
Umwandlung in Hörschall erfolgt im Detektor und wird aus
dem Lautsprecher als teilweise verlangsamtes
wahrgenommen.
Physikalischer Zugang über „Schwingungen und Wellen“
Manche Geräte können die gemessenen Frequenzen direkt
anzeigen, visualisieren und speichern. Künstliche
Ultraschallquellen wie beispielsweise Abstandssensoren,
Ultraschall-Zahnbürsten oder die Autofokus-Funktion von
Fotoobjektiven mit Ultraschallantrieb, können mithilfe des
Echo-Meters genauer untersucht werden. Der Detektor
zeichnet mit seinem Messbereich von 20-192 kHz auch
Ultraschallquellen auf, die als "unbelebt" angesehen werden
können.
Zur Überprüfung des Fledermaus-Moduls haben wir einen
Ultraschallsender mit einem Sinusgenerator bei einer
Frequenz von 34 kHz betrieben. Wie erwartet zeigt der
Detektor ein starkes, kontinuierliches Signal bei der
angegebenen Frequenz an (siehe Abb. 3a).
Das weit verbreitete Ultraschall-Modul HC-SR04 verhält sich
hingegen ganz ähnlich wie eine Fledermaus. Dieses Modul
wird bspw. oft in Kombination mit der offenen Arduino-
Plattform im Selbstbau verwendet (siehe Abb. 3b).
Die Messung mit dem Fledermausdetektor weist deutliche
Unterschiede zu dem kontinuierlichen Sendersignal auf. Der
HC-SR04 sendet Burst-Signale aus mit einer Frequenz von 40
kHz und einer Pulslänge von jeweils 200 . Dies ist im
Sonogramm (Abb. 3c) deutlich erkennbar. Wegen der
Ähnlichkeit zu einigen Fledermaussignalen ist es nicht
überraschend, dass das Ultraschall-Messmodul dieses Signal
nach einem Datenbankabgleich fälschlicherweise einer
Rauhautfledermaus (Pipistrellus nathusii) zuordnet.
Stufen der technischen (Weiter-) Entwicklung
Auf Basis von gewünschten Zusatzfunktionen zur Nachbildung eines Gamepads muss für den Detektor eine neue Platine mit
zusätzlichen Bauteilen entwickelt und als Prototyp gefertigt werden. Die einzelnen Schritte werden im Schaubild vorgestellt:
Abb. 2: 3D-Gehäuse des B@t-Detektors mit Bauteilen und Beschreibung, Design & Foto: Ann-Katrin Krebs
1. Implementierung
Optisches Feedback synchron
Haptisches Feedback synchron
2. Implementierung
Optisches Feedback invertiert
Integration in Status-LED
1. Optimierung
Minimierung der Treiber
2. Optimierung
Integration zweier Funktionen in einen
Treiber; Synchrone Ansteuerung &
Invertierung
3. Optimierung
Anbindung der Bauteile über kodierte
Steckverbindungen
4. Optimierung
Reduktion der Bauhöhe
Weiteres Vorgehen
Fertigung eines Prototypen &
Eliminierung von Fehlern; Testung der
Fertigung mit Studierenden und
Schüler:innen
Zieldefinitionen
Isoliergefräste Platine für verdrahtete
Bauteile; Versionen mit / ohne Buchsen
SMD-Version & vollintegrierte Version
5. Optimierung
Verbessertes Routing
Ausgangsfunktionen
Wandlung von Ultraschall in Hörschall
Ausgabe über Lautsprecher
Status-LED
Abb. 1: Breitflügelfledermaus (Eptesicus serotinus) mit
Detektorsignal, verkleinerter Screenshot,
Foto: Ann-Katrin Krebs
Adaption des B@t-Detektor-Bausatzes
In der Regel sehen Selbstbausätze für Fledermaus-
detektoren das Löten oder Stecken von Bauteilen an eine
bereits vorgefertigte Platine vor und sind erst für Personen
ab 14 Jahren freigegeben.
Der neu entwickelte B@t-Detektor soll in seiner Adaption
nicht nur für die Sekundarstufe 1 sondern auch für die
Primarstufe genutzt werden, dabei aber die gleiche Platine
verwenden. Zusätzlich werden inklusive Aspekte der
Sinneswahrnehmung hinzugefügt, sodass nicht nur
akustische sondern auch optische und haptische Signale
beim Detektieren ausgegeben werden. Damit ähnelt der
Detektor einem Gamepad.
Abb. 3: Echo-
Hörprobe
Lutz Kasper1, Ann-Katrin Krebs2, Jochen Pfeifer1
und Hannes Helmut Nepper1
1
2
Literatur und Kontakt
AR Version
Abb. 4: Stufen der technischen (Weiter-) Entwicklung, Grafik: Jochen Pfeifer