Die Futterklappe im Schulgarten eines Gymnasiums in Bamberg hat auf dem Tisch der Technik-AG drei Wochen lang zuverlässig geöffnet und geschlossen. Im Stall hielt die erste Platine zwei Tage. Der Code war die ganze Zeit richtig. Der kleine Getriebemotor hing unmittelbar an einem Ausgang des Mikrocontrollers, was auf dem Tisch mit einer frischen Batterie gerade noch ging und im Stall unter einer klemmenden Klappe nicht mehr.
Das ist kein Programmierfehler und kaum ein Bauteilfehler. Es ist die Sache, für die dieses Gebiet innerhalb der IT überhaupt da ist: Eine Schaltung ist ein körperlicher Gegenstand an einem körperlichen Ort, und zwischen dem Tisch und dem Stall gehen die meisten Projekte verloren.
Die Physik ist weniger, als sie von weitem aussieht
Fast niemand auf dieser Ebene braucht die Mathematik der Elektronik. Gebraucht werden eine Handvoll Beziehungen, ständig, und die Gewohnheit, sie nachzurechnen. Der deutsche Lehrplan hat die erste davon schon geliefert, und das ist hier der Vorsprung: Sie ist bekannt, sie wurde nur nie an etwas gehalten, das brennt.
Das ohmsche Gesetz: Volt gleich Ampere mal Ohm, und es bemisst jeden Widerstand, den Sie setzen werden. Eine Leuchtdiode, die 20 Milliampere bei 2 Volt möchte, muss an einer Versorgung mit 5 Volt drei Volt loswerden. Drei Volt geteilt durch 0,02 Ampere sind 150 Ohm. Diese eine Rechnung deckt die meisten Widerstände ab, die ein Anfänger setzt, und sie einmal richtig zu machen ist mehr wert, als dreimal darüber zu lesen.
Der Ausgang, der die Klappe nicht bewegt
Die zweite Beziehung erklärt die Platine in Bamberg und sehr viele andere. Ein Pin eines Mikrocontrollers liefert Milliampere, ein Motor will Ampere. Alles mit einer Spule oder einem Heizdraht darin wird über einen Transistor, eine Treiberstufe oder ein Relais angesteuert und nie unmittelbar. Der Ausgang warnt nicht, und er scheitert nicht sanft: Er hält eine Weile durch, wird warm, und dann ist er tot, während die übrigen fünfzehn weiterarbeiten und den Verdacht auf die Software lenken.
In Bamberg war der zweite Aufbau derselbe Motor an derselben Klappe, nur mit einer Treiberstufe dazwischen und einer eigenen Versorgung dafür. Seither läuft er. Der Code wurde nicht angefasst. Wie eine solche Stufe aussieht und warum sie ihre eigene Masse mit der Platine teilen muss, steht bei den Schaltungen.
Der offene Eingang öffnet die Klappe um vier Uhr früh
Die dritte Beziehung betrifft das Messen statt das Treiben. Ein offener Eingang liest, was in der Nähe ist, und braucht Pull-up oder Pull-down. Ein Eingang, an dem nichts hängt, ist nicht null. Er ist eine Antenne.
Der obere Endschalter der Klappe war so verdrahtet, dass der Eingang im offenen Zustand an nichts hing. Tagsüber, mit der AG im Raum, fiel nichts auf. Nachts, mit dem Kühlaggregat des Nachbarraums am selben Stromkreis, meldete der Eingang von sich aus ein Anschlagen, und die Klappe fuhr um vier Uhr früh zu. Gesucht wurde zwei Wochen lang ein Fehler in der Zeitsteuerung, den es nicht gab. Ein Widerstand von 10 Kiloohm gegen die Versorgung hat es beendet.
Drei Stellungen am Messgerät beantworten das meiste
Ein Multimeter ist die ganze Grundausstattung, und drei seiner Stellungen erledigen fast alles.
Durchgang piept, sobald zwei Punkte verbunden sind, und findet eine gebrochene Lötstelle in Sekunden. Gleichspannung wird über einem Bauteil gemessen, mit eingeschalteter Schaltung. Gleichstrom wird in die Leitung eingefügt, mit aufgetrennter Schaltung.
Strom wird in Reihe gemessen, Spannung parallel, und an dieser Stelle zerstören Anfänger ihr Messgerät. Ein auf Ampere gestelltes Gerät über eine Versorgung gelegt ist ein Kurzschluss durch die Sicherung. Das einmal falsch zu machen ist beinahe allgemein, und deshalb lohnt es sich, davon vor dem ersten Kauf zu lesen statt danach.
Vom Tisch ins Freie
Wie weit ein laufender Aufbau von etwas entfernt ist, das draußen besteht
Eingeordnet danach, wie viel der verbleibenden Arbeit körperlich statt elektronisch ist. Ein Urteil, hier gefällt, an einer Futterklappe.
Beurteilt danach, was die Klappe in Bamberg gestoppt hat und was sich für jede Stufe ändern müsste. Anhaltspunkt statt Messung.
- Läuft richtig auf dem TischWo ein Vorhaben sich fertig anfühlt, und wo drei Wochen Erprobung genau das gesagt haben
- Läuft an der eigenen VersorgungJetzt kommt das Strombudget, und jede dauerhafte Entnahme wird zu einer Frist
- Dicht und gestecktFeuchte, und die Verbindungen, die drinnen tadellos waren
- Übersteht einen Winter im StallDer Motor über eine Treiberstufe, und jeder Eingang mit einem festen Ruhezustand
Über die Schwierigkeit der Elektronik sagt es nichts, denn die ändert sich über die vier Stufen kaum. Was sich ändert: Die Fragen hören auf, elektrisch zu sein, und werden mechanisch.
Die Reihenfolge, und die zwei Richtungen, aus denen man kommt
Die Reihenfolge, die trägt, ist erst das bisschen Physik, dann eine Schaltung auf dem Steckbrett, die etwas tut, dann ein Mikrocontroller, dann das eigentliche Vorhaben. Sie zählt, weil die beiden oberen Ebenen die beiden unteren verdecken, und ein Fehler, der unten landet, ist von oben nicht zu lesen. Was unten liegt, ordnen die Elektronikgrundlagen.
Angekommen wird aus zwei Richtungen, und es hakt jeweils gegenläufig. Wer programmiert, steigt bei den Mikrocontrollern ein, hat den Code sofort im Griff und kein Gefühl für die körperliche Schicht, und bekommt die Klappe aus Bamberg: richtige Software, toter Ausgang. Wer von der körperlichen Seite kommt, baut eine laufende Schaltung und bleibt in dem Augenblick stehen, in dem sie eine Entscheidung treffen soll. Beiden fehlt genau eine Hälfte, und beide Hälften stehen auf dieser Seite: Wer programmiert, rechnet die 150 Ohm einmal selbst nach; wer lötet, lässt einen Endschalter einmal eine Entscheidung auslösen.
Vom Schulgarten aus in Verkehr gebracht
Solange die Klappe im eigenen Schulgarten hängt und niemandem übergeben wird, fragt niemand nach einer CE-Kennzeichnung. Sobald die AG fünf weitere für andere Schulen baut und abgibt, ist das Inverkehrbringen, und dann greift ein Satz Regeln, der mit Löten nichts zu tun hat und den ein Elektronikkurs nicht behandelt.
Drei davon sind hier die üblichen. Die Regeln für elektromagnetische Verträglichkeit gelten unabhängig von der Spannung. Unter 50 Volt Wechselspannung greift die Niederspannungsrichtlinie nicht, was ein Vorhaben mit 5 Volt entlastet, aber eben nur diese eine Richtlinie. Und vor der ersten Abgabe steht die Registrierung bei der Stiftung EAR, denn wer ein Elektrogerät in Deutschland in Verkehr bringt, meldet sich dort an, bevor das erste Stück das Haus verlässt.
Für den Funkteil gibt es eine Abkürzung, und sie entscheidet die Bauteilwahl: Ein fertig zertifiziertes Funkmodul bringt seine eigene Konformität für den Sender mit. Wer stattdessen die Antenne selbst auf die Platine zeichnet, übernimmt diese Bewertung. Deshalb ist bei allem, was Messwerte weitergibt, das gekaufte Modul die kürzere Strecke, und was danach mit den Messwerten passiert, gehört zu den vernetzten Geräten.
Was 2026 zu öffnen ist
Ein ESP32 ist die vernünftige Voreinstellung für alles, was einen Messwert irgendwohin melden soll. Er kostet wenige Euro, und der Funk sitzt bereits darauf, was die älteren Platinen verdrängt hat, die dafür ein eigenes Modul brauchten. Zum Lernen bleibt Arduino die bessere erste Platine, weil ihr Umfeld nichts voraussetzt und ihre Fehlerbilder milder sind, und sie ist in Hardware wie Software quelloffen und kostenlos.
Ein Multimeter für rund 30 € ist der richtige erste Kauf, und ein teureres kauft eine Genauigkeit, die auf dieser Ebene niemand braucht. Die Messkategorie auf dem Gehäuse zählt erst am Netz; für eine Schaltung mit 5 Volt entscheidet sie nichts. Ersetzt hat das Gerät das Raten, und das ist kein Scherz, denn die meiste verlorene Zeit eines ersten Vorhabens geht dafür drauf, nicht gemessen zu haben.
Für den Entwurf einer Platine statt ihrer Verdrahtung ist KiCad kostenlos und quelloffen und hat die kostenlosen Stufen der kaufmännischen Pakete verdrängt, die die Platinengröße begrenzten. Offen bleibt der Punkt, an dem das Gesteuerte eine Fabrik ist statt eines Hühnerstalls. Dort stehen Fragen nach Sicherheit und Abnahme, die ein Schulprojekt nie beantworten muss, und sie gehören zur Industriesteuerung.