1 IT s Alive. Logisch toch! Nico Goddé. Roger Van Overstraeten Society vzw

1

IT’s Alive

Logisch toch! Nico Goddé

© Roger Van Overstraeten Society vzw

2

IT’s Alive

Logisch toch!

Dit project is een actie die wordt ondersteund binnen het actieplan Wetenschapsinformatie en Innovatie.

Auteur: Nico Goddé Advies: Omer Deboes Jo Decuyper Redactie: Isabelle Borremans Illustraties: Nico Goddé Foto’s: archief RVO-Society

copyright

C

©, Roger Van Overstraeten Society vzw, Kapeldreef 75, 3001 Heverlee Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, op welke wijze dan ook, zonder de uitdrukkelijke voorafgaande en schriftelijke toestemming van de uitgever.

bring science to life. your life.


3

IT’s Alive

I. Inhoudstafel I. Inleiding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Werkmethode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. Organisator / T.O.-assistent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. Verslaggever . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3. Materiaalmeester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4. Researcher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 II. Materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 III. Een eenvoudige stroomkring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 A. Een stroomkring met een gloeilampje als gebruiker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 B. Een stroomkring met een ledje als gebruiker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 C. De weerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 IV. Een stroomkring automatiseren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 A. De transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1. Werking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2. Geschiedenis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 B. Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 V. Gebruikerskring en stuurkring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 A. Gebruikerskring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Gebruikers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 B. Stuurkring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1. Sensoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. Stuurkring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 C. Een volledige stroomkring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 D. Elektrische motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1. Samenstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2. Het maken van een elektromotor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 E. Het relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 VI. Poorten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 A. Omdraaien van een sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 NIET-poort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 B. Sensoren samenvoegen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1. EN-poort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2. OF-poort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 C. Extra componenten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 D. De zuil van Volta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1. Een beetje geschiedenis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2. We maken zelf een batterij . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 VII. Tellen met elektronische componenten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 A. Van decimaal naar binair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 B. Van binair naar decimaal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 C. Uitbreiding: Van binair naar hexadecimaal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 D. Van hexadecimaal naar binair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 VIII. Extra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 A. Een eenvoudig geheugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 B. Flip-flop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 IX. Technische realisatie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 A. Propellerboot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 B. Bloem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 X. Kruiswoordraadsel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 XI. Oplossingen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 XII. Symbolen stroomkringen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 © Roger Van Overstraeten Society vzw

4

IT’s Alive

I. Inleiding Werkmethode In het beroepsleven worden projecten of realisaties niet door één individu uitgevoerd, maar is er een samenwerking tussen een groep van ingenieurs, metaalbewerkers, mechaniekers, elektriciens, ... Jullie groep bestaat uit:

1. Organisator / T.O.-assistent

zorgt dat iedereen meedoet. zorgt dat iedereen alles begrijpt. zorgt dat iedereen zich op de taak concentreert. stelt vragen aan groepsleden. stelt vragen aan de leerkracht bij problemen. (Hij/zij is de enige die dit mag!) houdt de tijd in de gaten.

2. Verslaggever

schrijft het antwoord van de groep op. overlegt met de groep wat er aan de leerkracht of aan de klas verteld zal worden. spreekt met de groep af wie wat zal vertellen. vat samen en vertelt aan de andere groepen wat zijn/haar groep heeft gedaan.

3. Materiaalmeester

haalt het materiaal. verdeelt het materiaal. legt het materiaal terug. zorgt dat iedereen over het nodige materiaal beschikt. rapporteert materiaal dat stuk is aan de leerkracht.

4. Researcher

mag de computer raadplegen. mag naslagwerken uit de klasbibliotheek raadplegen. deelt zijn/haar bevindingen mee aan de groepsleden. mag bij opzoekingen hulp inroepen van de verslaggever. maakt een taakverdeling voor eventuele opzoekingen thuis.


Hallo, ik ben professor Albert. Zoek mij voor opdrachtjes en tips!

5

IT’s Alive

II. Materiaal In de grote kist: XX XX XX XX XX XX XX

Handboek IT’s Alive 10 witte bordjes 5 adaptors 1 cd-rom cleanroomrondleiding 1 striptang 10 geleiders met krokodillenklemmetjes 20 badges XX

• 5 basiskoffers met: • 1 solar motor • 22 veertjes • 1 voedingsplaatje • 1 led op printplaat • 1 lichtsluis • 1 transistor • 1 schakelaar • 4 draadjes • 1 batterijclips

XX

5 uitbreidingskoffers met: 1 drukknop 1 temperatuursensor 1 geluidsensor 1 lichtsensor 1 pulsgenerator 1 potentiometer 1 niet-poort 1 en-poort 1 of-poort 1 relais 1 decimale teller

1 leerkrachtenkoffer 63 veertjes 1 gloeilamp 5 motorklemmen 5 zoemers 5 propellers

Zorg zelf voor: allerlei knutselmateriaal recyclagemateriaal (piepschuim- of isolatieplaten)


DUURT

III. Een eenvoudige stroomkring A. Een stroomkring met een gloeilampje als gebruiker Een eenvoudige stroomkring kennen we al, bijvoorbeeld in een zaklamp.

Opdracht: 1. Teken de stroomkring op de foto van de zaklamp 2. Bouw de stroomkring op de witte paneeltjes na

+ -Echte stroomkring

Schema stroomkring

Dit zijn de symbolen voor de componenten:

Stroombron

Schakelaar

Lamp

Geleider

Stroombron

+

VOEDING

Dit zijn de schema’s van de componenten:

SCH

LAMP

Schakelaar

Lamp


MINUTEN

IT’s Alive

+ --

6

Opdracht: Teken het schema van de zaklamp


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

7

IT’s Alive

8

B. Een stroomkring met een ledje als gebruiker Bekijk dit fietslichtje goed, vind je een gloeilampje? .......................................................................................................

Opdracht: Zoek op wat een led is

.................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................

nl.wikipedia.org/wiki/led

Waarom gebruiken we hier liever een ledje? .................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................

Opdracht: Waarvoor staat de afkorting ‘led’?

L: ................................................................................................................................................................................. E: ................................................................................................................................................................................. D: .................................................................................................................................................................................

aarlamp

uiniger dan sp d -verlichting z

ste heeft ‘de zuinig etenschappers de w e op ts ar ho ja Sc ie n dr team va al binnen en e E di p, W m O la SG pe dA le GL “De spaarlam n”, d’ ontwikkeld. t zuiniger dan en oc pr 10 t puter- en fs lamp ter werel egepast bij com en komen, is lie markt zou kunn uikte technologie wordt al to uitstralen als er stroom br ht klinkt het. De ge bestaat uit microchips die lic led-technologie was dat en n , va en el m er de ch na e -s ot m gr gs e gaatjes in gestuurd. “Het r microscopisch doorheen wordt mer mee kon verlichten. Doo eer licht op te wekken, m ka je er geen hele en, is het echter mogelijk om en kunnen chips tot tien di ak en m ov te B t. ds m le de de uik toenee br er ev gi er en t zonder dat he 2007 den.” (JR) uws, 2 januari jaar langer bran Het Laatste Nie

Le


MINUTEN

DUURT

In plaats van een gloeilampje gebruiken we hier een ledje.

Opdracht: Maak een Tom Boonen-fietslichtje op de paneeltjes

LED

+

ledje

schema ledje

symbool ledje

Draai het ledje eens om, werkt het nog? .................................................................. Je kan het ledje maar in één richting plaatsen (de + naar de +pool van de voeding), want de stroom moet eerst door een weerstand. Dit verschijnsel noemen we polariteit. Zonder de weerstand zou het ledje snel stuk gaan.

C. De weerstand De weerstand is een van de meest eenvoudige onderdelen in de elektronica. Een weerstand wordt gebruikt om de stroom in een schakeling te sturen en te verminderen. Weerstanden maken we van een materiaal waar elektronen moeilijk doorheen stromen. Een weerstand levert dus weerstand aan de elektronen zodat de hoeveelheid stroom vermindert. (Vergelijk het met een tunnel die opeens vol obstakels staat: in een tunnel vol obstakels zal je niet zo snel fietsen als in een tunnel waar niets in de weg staat.)

Surf naar nl.wikipedia.org en zoek met de term ‘weerstand’ naar meer informatie.


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

9

IT’s Alive

IV. Een stroomkring automatiseren In een gewone stroomkring bedienen we zelf de schakelaar om een gebruiker te laten werken. De beroemde kabouter zou daarover zeggen: “Ik word daar zo moe van”. Daarom automatiseren we onze stroomkring zodat de gebruiker ‘automatisch’ werkt.

Opdracht: Vervang in een eenvoudige stroomkring de schakelaar door een transistor

U

STU TRANS

Transistor

Schema transistor

Symbool transistor

Geef een signaal door de + van de bron met de sturing van de transistor te verbinden. Gebruik een geleider met krokodillenklem. Wat merk je? .................................................................................................................................................................................... © Roger Van Overstraeten Society vzw

MINUTEN

A. De transistor DUURT

10

11

IT’s Alive

6V

1. Werking Stroomkring met een transistor als schakelaar: sensor

0,5V

De transistor is het belangrijkste elektronische onderdeel van de elektronica.

C B

Transistors hebben drie pootjes. Elk pootje heeft een eigen functie en een eigen naam: • de basis (B) • de collector (C) • de emitter (E)

9V

9V

De collector zit meestal (indirect) aan de plus, en de emitter (indirect) aan de min. Er kan geen stroom van de collector naar de emitter lopen, behalve als er stroom van de basis naar de emitter loopt. Als er een stroom van de basis naar de emitter loopt, kan er een veelvoud van die stroom van de collector naar de emitter stromen.Geschiedenis


E

0,5V

0V

9V

9V

12

IT’s Alive

2. Geschiedenis De transistor werd in 1947 door John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley uitgevonden. In 1956 werd hun uitvinding beloond met de Nobelprijs voor natuurkunde (fysica). De naam transistor is een samentrekking van de Engelse woorden ‘transfer’, ‘transconductance’ en ‘resistor’ en betekent tegelijkertijd ‘weerstand’ en ‘overdracht’. Een transistor laat dus soms wel stroom door en soms niet. De eerste toepassing van de transistor was de radio. De bekendste toepassing werd de personal computer die zonder transistors zelfs nooit had kunnen bestaan.

De eerste transistor en zijn uitvinders

Computers bestaan nu uit een aantal chips en chips bestaan uit biljoenen transistoren. Voordat er transistoren bestonden, gebruikten wetenschappers elektronenbuizen of relais. Omdat een elektronenbuis veel groter dan een transistor is, vulde je vroeger een aantal kamers met een computer. Gemakkelijk was trouwens ook anders: elektronenbuizen gingen snel stuk. Tot twee keer per dag moesten de wetenschappers een buis vervangen en helemaal opnieuw aan hun berekeningen beginnen. We spreken over elektronica als er actieve componenten (halfgeleiders) aanwezig zijn, anders spreken we over elektrochniek. Van alle actieve componenten is de transistor de belangrijkste.

Opdracht: Zoek op: ‘halfgeleider’

.................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... http://nl.wikipedia.org/wiki/transistor

http://library.thinkquest.org/C01111209/parse.php?f=3%2FmainnlB. Sensor © Roger Van Overstraeten Society vzw

13

IT’s Alive

B. Sensor Een transistor weet natuurlijk niet vanzelf wanneer hij stroom moet doorlaten. De sturing moet dus ook geautomatiseerd worden: we gebruiken daarvoor een sensor = automatische sturing. Een sensor of ‘voeler’ is een kunstmatige uitvoering van iets dat in de biologie een zintuig heet. In de doos van IT’s alive zit een aantal sensoren. We nemen als voorbeeld de lichtsluis. Wat voelt deze sensor? {{ warmte {{ geluid {{ licht {{ vocht {{ beweging

+ LICHTSLUIS U

Lichtsluis Opgepast: Je moet de sensor eerst aansluiten op de voeding voordat hij kan werken.

Schema lichtsluis Uitgaand sturingssignaal


Opdracht: Plaats de lichtsluis in de stroomkring met transistor Maak een verbinding tussen de U van de lichtsluis en de sturing van de transistor.

Gebruik steeds dezelfde kleuren om de geleiders te tekenen en in de stroomkring te plaatsen

rood: zwart groen: geel:

+pool (aansluiting) --pool (aansluiting) aansluiting tussen sturingssignalen aansluiting tussen gebruikers

VERGEET DE SENSOREN NIET VAN STROOM TE VOORZIEN! Wanneer werkt ons lampje? .................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

14

15

IT’s Alive

V. Gebruikerskring en stuurkring Je hebt bij de vorige oefening gemerkt dat het witte bordje heel vol staat. Vind je dit nog overzichtelijk? ..................................... Bedenk een oplossing voor dit probleem. .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... Verdeel de stroomkring in twee kringen: • de stuurkring • de gebruikerskring • de gebruikerskring Nu we de stuurkring van de gebruikerskring scheiden, kunnen we onze werkgroepen ook verdelen in twee teams: • Team 1 werkt aan de stuurkring • Team 2 werkt aan de gebruikerskring De twee teams samen komen tot een groepsresultaat = de volledige (werkende) stroomkring


16

IT’s Alive

A. Gebruikerskring In de gebruikerskring plaatsen we altijd de stroombron en de gebruiker. De gebruiker bedienen (sturen) we met een transistor.

Gebruikers LED

+

LAMP

ZM

LAMP Zet elektrische energie om in licht en warmte

ZOEMER Zet elektrische energie om in geluid

M

+

+

LEDJE Zet elektrische energie om in licht

MOTOR Zet elektrische energie om in beweging

We kunnen de gebruikerskring nog eens extra bedienen (beveiligen) door er een schakelaar tussen te plaatsen.

U

STU TRANS

Inkomend signaal van een sensor

LED

VOEDING

+

+

SCH

Inkomend signaal van een sensor

Sluit de — (min) van de transistor altijd aan de — (minpool) van de bron aan.


17

IT’s Alive

B. Stuurkring In de stuurkring plaatsen we de sensoren. Het uitgangssignaal (U) van de sensor verbinden we met de sturingsingang van de transistor.

1. Sensoren Bij je materiaal zitten deze sensoren:

LICHTSLUIS

LICHTSENSOR

+

+

TEMPERATUURSENSOR

U

U

+

+

U

U

C°

LDR

LICHTSLUIS

GELUIDSENSOR

2. Stuurkring Hier zie je het schema van een eenvoudige stuurkring: Aansluiting aan de —pool van de bron

Aansluiting aan de +pool van de bron

+ LDR U

Uitgaand signaal naar de transistor


18

IT’s Alive

C. Een volledige stroomkring We voegen de gebruikers- en stuurking samen om een volledige stroomkring te maken. Vergelijk het ook eens met de schema’s op de vorige bladzijden. Stuurkring

Gebruikerskring U

STU TRANS

+ LDR

VOEDING

LED

U

+ +

SCH


19

IT’s Alive

D. Elektrische motor 1. Samenstelling Een van de gebruikers in de gebruikerskring is de motor.

M

Motor

+

Symbool motor

Bekijk de gedemonteerde motor goed. Welke onderdelen/materialen herken je? 1. .................................................................................................................................................................................. 2. .................................................................................................................................................................................. 3. .................................................................................................................................................................................

Verbinding met de wikkeling

Sleepcontacten die de + en de –pool van de voeding met de wikkelingen verbinden. Magneten

Magneten

Asdoorgang

Verbinding met de sleepcontacten


Wikkelingen

Motoras

Wikkelingen

20

IT’s Alive

2. Het maken van een elektromotor 1. Benodigdheden XX XX XX XX XX XX XX

30 cm wikkeldraad (koperdraad) gelakt 0,5mm² 2 L-profielen Magneten Wit bordje uit je materiaalkist Voeding uit je materiaalkist 2 voedingskabels met krokodillenklemmen uit je materiaalkist 1 AAA-batterij

2. Stappenplan Stap 1: Neem de AAA-batterij en de wikkeldraad. Wikkel de draad rond de batterij. Let op dat je aan de twee uiteinden 10 centimeter los laat hangen. Tien wikkelingen is ruim voldoende.

test

Stap 2: Schuif de wikkelingen van de batterij. De wikkelingen zitten nog los, met de overschot van de koperdraad binden we ze daarom bij elkaar. Dit doe je zo: 1. Breng beide uiteinden van de draad naar het midden van de wikkeling. Zorg dat ze recht tegenover elkaar (ten opzichte van de wikkeling) staan, zij gaan de as van je motor worden! 2. Draai de uiteinden 3 keer rond de wikkelingen zodat het geheel goed vast zit. Als het er zoals op de foto uitziet, ga je naar stap 3.


IT’s Alive

Stap 3: Er moet stroom door de wikkelingen kunnen vloeien, dus moet je de isolatie van de assen verwijderen. De rotor kan anders niet magnetisch worden. Dit doe je best met een breekmes. Zet de rotor rechtop en schraap nu aan de bovenkant de isolatie weg aan de twee assen. let er wel op dat je niet alle isolatie wegschraapt. Dan zou je de winding een vaste noord- en zuidpool geven. Omdat zo’n vaste magneet de rotor permanent aantrekt, kan de rotor niet meer draaien.

Wikkeling zonder isolatielaag Wikkeling

21

Wikkeling met isolatielaag

Stap 4: Plaats de 2 L-profielen (assteunen) op het witte bordje. Steek de uiteinden van je wikkeling (de as!) in de gaatjes van de L-profielen. Zet onder de wikkeling een magneet (of magneten). Hoe korter de afstand tussen de magneet en de wikkeling hoe beter.

www.opitec.be


22

IT’s Alive

Stap 5: Zet spanning (4,5 volt is voldoende) op de twee assteunen (L-profielen) en de wikkeling zal beginnen draaien. Als je ook nog een schakelaar in je stroomkring plaatst, kan je de motor gemakkelijk aan- en uitschakelen.

www.rvo-society.be


IT’s Alive

E. Het relais

Stuurkring

+ --

23

Een relais is een componentje dat we als uitvoerelement in een stuurkring plaatsen en ook als (afstandsgeleide) schakelaar in de gebruikerskring kunnen gebruiken.

S1

Elektromagneet

Dankzij een relais kan je met een stuurking met kleine spanning een gebruikerskring met grote spanning bedienen.

S2

Gebruikerskring

+

S

RL R1

Relais

R2

Schema relais

Symbool relais

Samenstelling Een relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar en bestaat uit: 1. een spoel (zie ook ‘elektrische motor’), 2. een of meerdere contacten en 3. een veermechanisme. Als er een klein stroompje door de spoel gaat, ontstaat er een magnetsich veld dat de veer dichtdrukt. Als de veer dichtgedrukt is, sluit de gebruikerskring. Als de elektriciteit niet langer door de spoel gaat, valt het magnetisch veld en ontspant de veer. De gebruikerskring wordt verbroken en het toestel keert terug naar de oorspronkelijke (onbekrachtigde of rust-)stand.


Opdracht: maak nu zelf een eenvoudige relais

Stap 1: Elektromagneet 1. Wikkel ongeveer 30 cm dunne elektrische geleider rond een metalen staafje, spijker of schroevendraaier. 2. Ontstrip de uiteinden van de geleider en maak een verbinding met de + en — pool van de 9v batterij.

3. Nu kan je een paperclip opheffen = magnetisme door middel van elektriciteit.

Stap 2: Eenvoudige schakelaar Maak een eenvoudige schakelaar met enkele paperclips en de veertjes uit de koffer. Op de foto zie je hoe het eruit moet zien. Je kan het ook op een stukje isolatieplaat maken zodat je de schakelaar kan meenemen en bijhouden.

Stap 3: Plaats je onderdelen in een stroomkring 1. Plaats je schakelaar in een eenvoudige stroomkring op 12 volt (zie foto).

A

B 2. Laat nu de paperclip omhoog gaan door de elektromagneet stroom te geven en zo magnetisch te maken. 3. Als paperclips A en B elkaar raken, is de gebruikerskring gesloten en zal het lampje branden.


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

24

25

IT’s Alive

Als je goed luistert, hoor je A en B tegen elkaar klikken!


Opdracht: Maak een schakeling waarbij je een speelgoedwagen of brug kan bedienen met een sensor

TIP: Breng eens wat oud speelgoed dat op batterijen werkt mee naar de klas. Schroef het open en zoek de voedingskabels (waarschijnlijk rood en zwart). Onderbreek een voedingskabel en plaats er je relais tussen.


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

26

27

IT’s Alive

VI. Poorten A. Omdraaien van een sensor Opdracht: Geef onder elke sensor aan wanneer hij een sturingssignaal geeft

+

+

U

U

+

U

U

C°

LDR

LICHTSLUIS

+

.......................................... .......................................... .......................................... ..........................................

Bij elektronische apparaten werken we met digitale signalen. Een signaal kan: • aan of uit zijn. • stroom of geen stroom zijn. • hoog of laag zijn. Al deze toestanden stellen we zeer eenvoudig voor: • Aan, stroom, hoog =1 • Uit, geen stroom, laag = Ø

XXAls de temperatuursensor warm wordt, werkt het toestel. XXAls de lichtsluis onderbroken wordt, werkt het toestel. De sensor geeft een stuursignaal = toestand 1 De sensor geeft een stuursignaal = toestand 1 Als de temperatuursensor koud is, werkt het toestel niet. Als je de lichtsluis niet onderbreekt, werkt het toestel niet. De sensor geeft geen stuursignaal = toestand Ø De sensor geeft geen stuursignaal = toestand Ø XXAls de LDR licht ontvangt, werkt het toestel. De sensor geeft een stuursignaal = toestand 1 Als de LDR geen licht ontvangt, werkt het toestel niet. De sensor geeft geen stuursignaal = toestand Ø

XXAls de sensor geluid hoort, werkt het toestel. De sensor geeft een stuursignaal = toestand 1 Als de sensor niets hoort, werkt het toestel niet. De sensor geeft geen stuursignaal = toestand Ø

In het donker, als het koud is of als de straal van de lichtsluis niet onderbroken wordt, zouden we in principe geen stuursignaal kunnen sturen zonder een nieuwe sensor te ontwerpen. Maar in de elektronica bestaat een hulpmiddel dat dat probleem oplost.


28

IT’s Alive

NIET-poort Er bestaat een elektronisch componentje dat de NIET-poort heet:

IN NIET

+ NIET-poort

U

schema

symbool

We noemen de NIET-poort ook een inverter.

Opdracht: Zoek op wat ‘inverteren’ is

Inverteren: ...................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

Op de witte paneeltjes plaatsen we de NIET-poort achter de sensor, en verbinden we de uitgang (U) van de sensor met de ingang (IN) van de NIET-poort.

XX

De NIET-poort maakt van het 1-signaal van de sensor (als de sensor stroom doorlaat) een Ø-signaal.

XX

De NIET-poort maakt van het Ø-signaal van de senor (als de sensor geen stroom doorlaat) een 1-signaal.

Alle componenten hebben altijd stroom nodig!


Opdracht: Maak een simulatie van een nachtlampje met een LED als gebruiker en een transistor als schakelaar.

Ouders kunnen voor hun kleine kinderen nachtlampjes met led kopen. Het licht ervan gaat automatisch aan als het donker wordt. Maak hieronder een schematische voorstelling van dit systeem en bouw je schema op een wit paneeltje na. Werk in twee teams: stuurkring en gebruikerskring.

Werkt het? Kan je op basis van je elektronische constructie deze tabel ook verder aanvullen? Gebruik Ø en 1. N I E T- p o o r t Lichtsensor

ingang

uitgang

led

We noemen deze tabel een waarheidstabel omdat ze de verschillende mogelijke toestanden van een elektronische component samenvat.


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

29

30

IT’s Alive

B. Sensoren samenvoegen Soms worden in een elektronisch toestel meerdere sensoren gebruikt. Deze sensoren kunnen samen of apart een meting uitvoeren en een signaal doorsturen. De elektronische elementen die dat mogelijk maken noemen we logische poorten.

1. EN-poort Als meerdere sensoren samen een signaal moeten doorgeven voordat een toestel werkt, brengen we de stuursignalen samen tot één signaal om de gebruikerskring te activeren.

+

IN1

EN U

EN-poort

IN2

Schema EN-poort

Symbool EN-poort

Op de paneeltjes plaatsen we de EN-poort na de sensoren. We verbinden de uitgangssignalen (U) van de sensoren met de ingangen (IN1 en IN2) van de EN-poort. Stuursignaal naar de transistor

Deze EN-poort heeft twee ingangen: we moeten tegelijkertijd aan twee voorwaarden voldoen om een stuursignaal te produceren. Je kan de EN-poort ook vergelijken met twee schakelaars die we in serie in een stroomkring plaatsen. Ze moeten beiden ‘aan’ staan, of het lampje zal niet branden.


Opdracht: Maak een brandalarm dat reageert op rook en hitte

Kan je met behulp van je paneeltje deze tabel verder aanvullen? Gebruik Ø en 1. EN-poort Lichtsluis

LDR

ingang 1

ingang 2

Het vetgedrukte gedeelte is de waarheidstabel van de EN-poort.


uitgang

zoemer

MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

31

32

IT’s Alive

2. OF-poort Als meerdere sensoren samen óf elk apart een signaal moeten doorgeven voordat een toestel werkt, brengen we de stuursignalen samen tot één signaal om de gebruikerskring te activeren.

+

IN1

OF IN2 U

OF-poort

Schema OF-poort

Symbool OF-poort

Op de paneeltjes plaatsen we de OF-poort na de sensoren. We verbinden de uitgangssignalen (U) van de sensoren met de ingangen (IN1 en IN2) van de OF -poort.

Stuursignaal naar de transistor

Onze OF-poort heeft twee ingangen. We krijgen een stuursignaal als er aan minstens één voorwaarde voldaan wordt.

Je kan de OF-poort ook vergelijken met twee schakelaars die we parallel in een stroomkring plaatsen. Er moet maar één schakelaar ‘aan’ staan om het lampje te laten branden.


Opdracht: Maak een automatische deurbel

Je moet de deurbel horen als je aanbelt of als je langs de achterzijde van het huis voorbij het tuinhek komt.

Kan je met behulp van je paneeltje deze tabel verder aanvullen? Gebruik Ø en 1. OF-poort Drukknop

Lichtsluis

ingang 1

ingang 2

Het vetgedrukte gedeelte is de waarheidstabel van de OF-poort.


uitgang

zoemer

MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

33

34

IT’s Alive

C. Extra componenten Om leukere ontwerpen te kunnen maken, zitten er in de materiaalkoffer nog een aantal andere componenten:

DRUK

Drukknop

Schema drukknop

+ GENERATOR U

Pulsgenerator

Schema pulsgenerator

De pulsgenerator werkt als een automatische drukknop die zichzelf om de zoveel tijd opnieuw induwt. De snelheid waarmee hij sturingspulsen geeft, kan je zelf regelen met de draaiknop.

G Symbool pulsgenerator

+

De potentiometer bepaalt hoeveel stroom je aan een gebruiker geeft. De stroomsterkte bepaal je zelf met de draaiknop.

U

P

POTMETER

Potentiometer

Symbool drukknop

Schema potentiometer


Symbool potentiometer

Opdracht: Maak een gebruikerskring met een lamp als gebruiker en een transistor als schakelaa Plaats ook de pulsgenerator in de stroomkring.

Draai het stelwieltje eens naar rechts (H). Wat merk je? .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... Draai het stelwieltje ook eens naar links (L). Wat merk je nu? .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... Wat betekenen de letters H en L? H: ................................................................................................................................................................................. L: .................................................................................................................................................................................


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

35

IT’s Alive

Als we met de fiets naar school komen, dragen we natuurlijk altijd een fietshelm. Maak je fietshelm veiliger door hem van een wit licht vooraan en een rood licht achteraan te voorzien. Automatiseer de verlichting zodat het automatisch brand als het donker wordt.


MINUTEN

Opdracht: DUURT

36

37

IT’s Alive

Kan je de lichtjes op je fietshelm ook laten knipperen?


38

IT’s Alive

D. De zuil van Volta Om de fietshelm te automatiseren gebruikten we als voeding een batterij. Waarom? De eerste batterij werd uitgevonden door de Italiaan Volta en kreeg als benaming “de zuil van Volta”.

1. Een beetje geschiedenis Allessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta werd op 18 februari 1745 geboren in Como in het koninkrijk Lombardije (nu in Noord-Italië). Zijn bekendste uitvinding deed hij in 1794: Volta fabriceerde een apparaat dat, nadat het was opgeladen, een ononderbroken elektrische stroom kon afgeven. Zo’n apparaat heet nu een batterij of accu.

Volta had al enkele jaren veel belangstelling voor de experimenten van zijn vriend, de anatoom Luigi Galvani. Die had ontdekt dat als twee verschillende metalen elkaar raken in de spier van een dier (Galvani gebruikt hiervoor kikkers), er een elektrisch stroompje ontstaat. Galvani dacht, ten onrechte, dat hij een soort ‘dierlijke elektriciteit’ had ontdekt. Die energie zou zich in het dierlijke weefsel bevinden en door aanraking met metalen vrijkomen.

In 1800 bewees Volta Galvani’s fout. Hij ontdekte dat wanneer twee verschillende metalen met elkaar in aanraking werden gebracht in een oplossing van zout in water, er ook een elektrisch stroompje ontstaat. Volta’s kolom van metalen en karon noemen we de “zuil van Volta”. Het werd de eerste bruikbare stroombron ter wereld.

Volta overleed in Como, op 5 maart 1827. De grootste eer die hem toekwam is de naam van de eenheid van elekrisch spanningsverschil: de Volt.


IT’s Alive

Opdracht: Volg het stappenplan en maak een batterij!

Materiaal: • • • • • • •

koperen muntjes (bv. 1, 2, of 5 eurocent) keukenpapier aluminiumfolie multimeter stukje isolatieplaat tandenstokers azijn

Aan de slag: • Snij uit het aluminiumfolie en het keukenpapier rondjes ter grootte van de muntjes. • Bevochtig de stukjes keukenpapier met azijn of een zoutoplossing. • Prik drie tandenstokers in de isolatieplaat. Deze opstelling helpt bij het stapelen. • Leg een groot rechthoekig stuk aluminiumfolie op de isolatieplaat en prik deze eventueel vast met een van de tandenstokers. • Leg er een koperen muntje op • Leg op het muntje een stukje keukenpapier. • Daarop terug een stukje folie, een muntje, een stukje keukenpapier, ... • Eindig met een muntje.

Testen met de multimeter: Verbind de multiemeter met de aluminiumfolie op de bodem en het muntje aan de top en meet de spanning. Het muntje is de --pool, de folie is de +pool . We kunnen zien dat we pieken van 3-5V uit de batterij kunnen halen. Deze maken we door iets harder op de stapel te drukken.


MINUTEN

2. We maken zelf een batterij DUURT

39

40

IT’s Alive

VII. Tellen met elektronische componenten Wij kunnen ook zelf - zoals de computer - getallen naar 1 en Ø of omgekeerd omzetten. We kunnen zelfs met 1 en Ø letters maken.

A. Van decimaal naar binair In normale omstandigheden gebruiken we het decimale talstelsel: Deca = 10 Welke 10 cijfers gebruiken we als grondtal? Met welke 10 cijfers kunnen wij al onze getallen samenstellen? .................................................................................................................................................................................... Waar ligt de oorsprong van ons tiendelig talstelsel? .................................................................................................................................................................................... Twintig was het grondgetal in Zuid-Amerika. Wat zou hiervoor de reden kunnen zijn? .................................................................................................................................................................................... Omzetten Schrijf het decimaal getal rechts 17 Deel het getal door twee (binair: bi = twee), is het getal niet deelbaar (we werken zonder kommagetallen) schrijf dan 1 onder het opgavegtal. Het opgavegetal -1 is nu wel deelbaar en die uitkomst schrijf je links naast de opgave. 8

17 1

Ga zo door. Als het getal wel deelbaar is door twee, dan heb je geen rest en schrijf je een Ø in de onderste rij. Ø

1 1

2 Ø

Eindig altijd met 1 onder 1 (1 is nu eenmaal niet deelbaar door twee)!

http://nl.wikibooks.org/wiki/Wiskunde/Talstelsels

http://www.sools.nl/informatica/bin.htm © Roger Van Overstraeten Society vzw

4 1

8 Ø

17 1

41

IT’s Alive

B. Van binair naar decimaal Zet de binaire getallen in deze tabel. Schrijf daarbij altijd van rechts naar links! De bovenste rij van deze tabel gaat ook van rechts naar links: het eerste getal is altijd 1. Vermenigvuldig 1 met 2 en schrijf in de cel links van ‘1’ je uitkomst. In de derde cel van links schrijf je de uitkomst nog eens maal 2 ... 512 x 2 = 256 x 2 = 128 x 2 = 64 x 2 = 32 x 2= 16 x 2 = 8 x 2 = 1024 512 256 128 64 32 16

4x2= 8

2x2= 4

1x2= 2

1 1

Opgave: 1 Ø Ø Ø 1 1024

512

256

128

64

32

16 1

8 Ø

4 Ø

2 Ø

Tel de waarden waar een 1 onder staat met elkaar op = 16 + 1 = 17

Opgelet Kijk eens naar de waarden bovenaan de tabel, wat merk je op? Juist dit is de geheugencapaciteit van een geheugenkaartje, memory-stick, mp3-speler, ...

http://nl.wikibooks.org/wiki/Wiskunde/Talstelsels

www.sools.nl/informatica/bin.htm


1 1

42

IT’s Alive

De decimale teller

Tellen

Resetten

Display

Binaire ledjes

Voeding

K DEC teller

+

R Schema decimale teller

De decimale teller telt in decimale waarden en geeft de uitkomst via de ledjes ook binair weer. Op onze tellercomponent staat een dubbele display, welke is de hoogste decimale waarde die we hier kunnen zien? .................... Waarom? ......................................................................................................................................................................


Opdracht: Maak op het paneeltje een telsysteem waarmee je flesjes frisdrank kan tellen en ook kan resetten met een drukknop.

TIP: Zoek op het internet afbeeldingen van flesjes frisdrank en kleef ze op een doorzichtige strip.

VERGEET NIET DAT DE TELLERCOMPONENT ALTIJD STROOM NODIG HEEFT

Wat is resetten? .................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

43

Opdracht: Doe eerst een reset en vul onderstaande tabel daarna aan met behulp van je tellercomponent. Als de waarden te groot zijn, moet je ze omrekenen.

Decimaal (display) 9

Binair (ledjes) 1 Ø Ø1 Ø Ø1

15 1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø 27 1ØØØ 34 1111 42 1111 Ø Ø Ø Ø 59 11 Ø Ø1 66 1 Ø Ø Ø11 71 1 Ø11111 99


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

44

IT’s Alive

Opdracht: Maak op het paneeltje een tellerunit waar je telt met een drukknop en kan resetten met een 2de drukknop. Gebruik ditmaal de hexadecimale teller en begin met een reset.


MINUTEN

C. Uitbreiding: Van binair naar hexadecimaal DUURT

45

IT’s Alive

De hexadecimale teller

K

+

HEX teller R

Resetten

Binaire ledjes Display Voeding

Schema hexadecimale teller

Opdracht: Doe een reset op je hexadecimale tellerunit. Tel vijftien keer met de drukknop en noteer je bevindingen in deze tabel.

0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Hexadecimaal (display) 00

Hoeveel verschillende waarden schrijven we in de displaykolom? ..................................


Binair (ledjes) ØØØØ

MINUTEN

Tellen

DUURT

46

47

IT’s Alive

Het Griekse woord voor 16 is hexa, het talstelsel met grontal 16 noemen we dus het hexadecimale talstelsel. Op de display zie je dat dit talstelsel buiten cijfers ook uit letters bestaat. http://nl.wikibooks.org/wiki/Wiskunde/Talstelsels www.sools.nl/informatica/bin.htm

Nu begrijpen we beter hoe de computer van 1 en Ø letters maakt, wij kunnen dit nu ook maar enkel tot de letter F.

F = 15

Omzetting (bijvoorbeeld van de waarde 11 Ø 1 Ø Ø 1 Ø 1 ) • Verdeel je binaire getal in groepjes van vier. Werk van rechts naar links. 1

1Ø1Ø

Ø1Ø1

8421 1Ø1Ø

8421 Ø1Ø1

• Schrijf boven elk groepje 8 4 2 1 (= binaire teller). Werk ook hier weer van rechts naar links 1 1

• Tel de waarden waar een 1 onder staat per groep. Je mag hierbij gebruik maken van je hexadecimale omzettingstabel.

1 1 1

8421 1Ø1Ø A

8421 Ø1Ø1 5

Tel bij een hexadecimaal getal nooit de waarden bij elkaar op!

Waarom maakt onze display van sommige letters hoofdletters en van andere dan weer niet? .................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................


IT’s Alive

D. Van hexadecimaal naar binair • Een waarde die uit een combinatie van cijfers en letters bestaat, is altijd hexadecimaal. Voorbeeld: F16. • Als er een waarde alleen uit cijfers bestaat, moet je altijd goed naar de opgave of naar de aanwijzingen van de leerkracht kijken. Voorbeeld: 16 kan decimaal of hexadecimaal zijn, maar F16 is zeker hexadecimaal omdat er een letter in de waarde staat. • Verdeel het hexadecimale getal in groepen: F16 =

F

1

6

F 1111

1 ØØØ1

6 Ø11Ø

• Gebruik je omzettingstabel en maak van elke groep een binaire waarde: F16 =

Opdracht: Maak je klasbenaming in binaire waarden

1Aa = .......................................................................................................................................................................... 1Ab = .......................................................................................................................................................................... 1Ac = .......................................................................................................................................................................... 1Ad = ..........................................................................................................................................................................

TIP: Vul je klas tijdens een ander vak eens met een binair getal in. (Je leerkracht wiskunde kan dat zeker ontcijferen!)


MINUTEN

• Hoe je dit binaire getal omzet naar een decimaal getal weet je natuurlijk al! DUURT

48

49

IT’s Alive

Ga ook eens naar de rekenmachine op je pc. In de wetenschappelijke rekenmachine kan je naar andere talstelsels omzetten en zo je resultaten controleren. Start > Programma’s / All Programs > Bureau-accessoires / Accessories > Rekenmachine / Calculator

Start > All programs > Accessoires > Rekenmachine / Calculator

Breng een waarde in:

Kies een talstelsel:


MINUTEN

Opdracht: Maak een echte energieteller

MINUTEN

Opdracht: Als je voedingswaren uit een koelbox haalt, mag je het deksel maximum 10 seconden openlaten om het energieverbruik te beperken. Ontwerp hier een energieteller en bouw hem op de witte bordjes na.

DUURT

IT’s Alive

DUURT

50

Installeer je componenten op een houten of kunststoffen grondplaat met een batterij (9v) als voeding zodat je de realisatie ook echt kan gebruiken. Tip: Boor in de grondplaten gaatjes van 8 mm diameter (meet de afstand tussen de gaten van de componenten maar eens na) zodat je de veertjes kan gebruiken.


IT’s Alive

VIII. Extra A. Een eenvoudig geheugen

Opdracht: Plaats de componenten volgens dit schema op een wit paneeltje.

Normaal brandt ons ledje alleen als we de lichtstraal bij de lichtsluis onderbreken. Stuurkring

Gebruikerskring

LICHTSLUIS

LED

+

+

U

VOEDING

+

OF

+

IN1

U

IN2

U

STU TRANS

Wat merk je bij deze opstelling? .....................................................................................................................................................................................


MINUTEN

We kunnen onze componenten (door middel van 1 en Ø ) laten tellen en we kunnen ze cijfers & letters laten samenstellen. Is het ook mogelijk dat we ze iets laten onthouden?

DUURT

51

52

IT’s Alive

Verklaring In deze opstelling leiden we het uitgangssignaal (U) van de OF-poort naar een vrijstaande ingang terug. We weten ondertussen al dat de uitgang van de OF-poort 1 is als: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

Door de uitgang (U) van de OF-poort met een ingang (IN2) te verbinden, zal die 1 terug naar de ingang gaan. Omdat de ingang 1 heeft, wordt nu ook de uitgang (U) 1 gemaakt. We creëren dus een gesloten kring waar het 1-signaal blijft circuleren. Gaat het lampje ooit terug uit? ......................................................................................................................................... Wanneer? .....................................................................................................................................................................

Deze speciale schakeling is het eenvoudigste geheugen dat bestaat. We noemen het een slotketen.

Invoerelement

+

IN1

OF IN2 U

Transistor


Opdracht: Maak een alarm dat dieven aan hun bewegingen opspoort

Ook al is de inbreker nog zo vlug, eenmaal zijn beweging gedetecteerd werd, blijft het alarm zoemen.


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

53

54

IT’s Alive

B. Flip-flop Een slotketen die je enkel kan uitschakelen door de voeding of de geleider van de terugkerende 1 te demonteren is natuurlijk niet echt bruikbaar. Hoe kan je de slotketen toch terug op Ø zetten? De geleider die de uitgang van de OF-poort met de ingang verbindt, heeft een systeem nodig dat het 1-signaal kan onderbreken.

Onderbreker De onderbreker die we in de kring plaatsen is een eenvoudige EN-poort.De EN-poort blijft 1 als de twee ingangen 1 zijn. Invoer

+

Ingang 1: signaal van een invoer

Invoer

+

IN1

OF

IN1

EN IN2 U

U

IN2

Transistor

= schakelaar op 1 = lichtsensor op 1 (licht) = temperatuursensor op 1 (warm) = drukknop op 1 (constant drukken)

Ingang 2: signaal (1) van de OF-poort

Als we de ingang 1 van de OF-poort activeren, blijft de uitgang ook 1 want de EN-poort krijgt dan 2 ingangen op 1 en activeert de 2de ingang van de OF-poort. Als ingang 1 van de OF-poort dus terug Ø wordt (het signaal is gestopt), dan blijft de EN-poort stroom aan ingang 2 van de OF-poort gegeven: het alarm blijft stroom krijgen. Om de slotketen nu uit te schakelen, veranderen we de uitgang van de EN-poort in een Ø door de ingang 1 van de EN-poort in Ø te veranderen. = schakelaar op Ø = lichtsensor op Ø (donker) = temperatuur op Ø (koud) = drukknop loslaten (= Ø)



MINUTEN

Opdracht: Schakel een motor aan met een drukknop. Maak hem ook terug uitschakelbaar met een drukknop.

MINUTEN

Opdracht: Maak je alarm van de vorige oefening uitschakelbaar met een schuifschakelaar

DUURT

IT’s Alive

DUURT

55

56

IT’s Alive

Een schakeling die je kan laten werken met een sensor en terug kan uitschakelen met een sensor of een eenvoudige druk op de drukknop noemen we een FLIP-FLOP. De oefening die je hebt gemaakt, kan samengebracht worden in een kleine elektronische module die signalen onthoudt.

FF Inschakelsignaal

S

Uitschakelsignaal

R

Wisselsignaal

C

FLIP-FLOP

+ U

Opdracht: Laat een lichtje branden door in je handen te klappen. Schakel het terug uit door op een knop te drukken.


Uitgangsignaal

S = Set R = Reset C = Clock U = Uitgang

57

IT’s Alive

Opdracht: Maak het jezelf makkelijker en schakel het licht aan én uit door te klappen


58

IT’s Alive

IX. Technische realisatie A. Propellerboot We maken een propellerboot van isolatieplaat en automatiseren hem met onze sensoren.

a. Materiaal: • isolatieschuimplaat • metalen plaatjes • buizenklemmen • hobbylijm

b. Gereedschappen: • hobbymes • lijmpistool • schuurpapier

c. Werkmethode

Werkwijze

Gereedschap

Romp 1. Schets de romp van je boot op de isolatieplaat.

Romp

2.

Snij de ruwe romp uit de schuimplaat.

3. Schuur de romp in de juiste vorm. Motorsteunen 4. Teken de maten op de metaalplaat. 5. Knip de steunen op maat. 6. Plooi de motorsteunen.

7. Kleef de buisklemmen op de steunen Montage 8. Kleef de motorsteunen achteraan op de romp 9. Spuit of verf je bootje

• Stift, potlood & meetlat • Hobbymes • Schuurpapier Motorsteunen

• Krasnaald of potlood • Plaatschaar of metaalzaag • Plooibankje of bankschroef (Indien je lokaal niet uitgerust is om metaal te bewerken, gebruik je gewoon houten blokjes.) • Hobbylijm Montage

• Sterke hobbylijm • Verfspuitbus, verf


IT’s Alive

d. Werktekening Romp

200 mm

300 mm Motorsteune. 20 mm

120 mm

70 mm

59

30 mm

30 mm


IT’s Alive

Werkmethode Wat heb je nodig: • • • •

Bronaansluiting Schakelaars Geleiders Motors

f. Schakel de motoren in serie

+

SCH

+

+

M

–

VOEDING

M

– +

+

60

g. Schakel de motoren in parallel SCH

VOEDING

+

Welk verschil merk je tussen de serie en parallelschakeling?


+

+

M

+

–

–

M

+

Opdracht: Laat de boot automatisch vertrekken

Kies zelf je sensor!


MINUTEN

IT’s Alive

DUURT

61

62

IT’s Alive

B. Bloem 1. Technische tekening De basis van de bloem is een houten frame. Dit frame zal de stroomkring met zonnepaneel en motor ondersteunen.

Dikte 

Technische tekening Opdracht: bestudeer het voorbeeld in de klas. Schrijf de juiste maten bij de technische tekening.


63

IT’s Alive

Dit is de samengestelde tekening in perspectief. Welk perspectief is dit? ..................................................................

Opdracht: Kleur het VA, BA en ZA in de juiste kleur

Dit is een foto van het etiket op het materiaal. Wat betekent ‘vuren’? ..................................................................................................


IT’s Alive

64

2. Werkgang Om het frame te maken, moeten we met een aantal bewerking met een aantal gereedschappen uitvoeren.

Opdracht: Vervolledig de werkgang. Kies uit de gereedschappen.

Gereedschappen: meetlat, winkelhaak, beits, schuurpapier, hamer, potlood, houtlijm, boor, schroevendraaier, drevel, priem, kwast, vernis, rugzaag.

Werkgang Bewerkingen

Gereedschappen

A. Aftekenen Lengte latten aftekenen

.................................................................

Plaats boorgat aftekenen

.................................................................

B. Bewerkingen Latten op lengte zagen

.................................................................

Gaatje boren

.................................................................

Scherpe randen en hoeken schuren

.................................................................

Houten latjes en grondplaat samenvoegen

.................................................................

Werkstuk nakijken en opzuiveren

.................................................................

C. Afwerking Houten frame beitsen of vernissen

.................................................................

Bevestigingsbeugel motor aanbrengen

.................................................................

Tip: Vergeet na het beitsen of vernissen je borstel niet uit te spoelen.


65

IT’s Alive

De stroomkring van de bloem Hier zie je een tekening van de stroomkring die op onze bloem gebruiken. Bekijk deze aandachtig en teken het stroomkringschema. Kies uit deze symbolen. Je vindt de betekenis terug in de symbolentabel.

+ M

+


66

IT’s Alive

3. Serie en parallelschakeling We kunnen de bloem op zonne-energie op de vensterbank plaatsen. Welke bron kunnen we als noodoplossing gebruiken als er niet genoeg zon is? • ............................................................................. • ............................................................................. Twee AA-batterijen leveren een spanning van 3v, maar de netspanning thuis is 230v. Hoe los je dit op? Wat is een transformator? ..................................................................................................................................................................................... Meerdere bloemen kunnen met de transformator verbonden worden via een serieschakeling of een parallelschakeling. Serieschakeling De motoren worden achter elkaar verbonden. De elektriciteit moet dan eerst door alle motoren om een stroomkring met de transformator te vormen.

Opdracht: Maak deze serieschakeing met motoren op de module.

M M M

Draai een motor los. Draaien de andere motoren nog? ................................


67

IT’s Alive

Parallelschakeling De motoren worden naast elkaar verbonden. De elektriciteit kan door en naast de motoren om een stroomkring met de transformator te vormen.

Oprdacht: Maak deze parallelschakeling met motoren.

M

Draai eens een motor los. Draaien de andere motoren nog? ......................................


M

M

68

IT’s Alive

X. Kruiswoordraadsel 1

2

3 4

5

6 7

8 9

10 11 12

13

14

15

16

17

Horizontaal

Verticaal

4. Gebruiker die elektrische energie omzet in beweging. 1. Gebruiker die elektrische energie in geluid omzet. 7. Het signaal van een sensor kunnen we omdraaien met 2. Welke kleur heeft de geleider die we aan de --pool van de een ...........-poort. geleider aansluiten? 8. Talstelsel met Ø en 1 als grondstelsel. 3. Samenvattingtabel die de mogelijke toestanden van een 10. Welke kleur heeft de geleider die we aan de +-poort van elektronische poort weergeeft. de voeding aansluiten. 5. Zeer belangrijk elektronisch schakelcomponentje dat in 11. Belangrijk onderdeel in een elektrische motor. 1947 werd uitgevonden. 13. Elektronische component die automatisch sturingspulsen6. Samenstelling van een stroombron, schakelaar, gebruiker geeft aan een zelf te bepalen tempo. en een aantal geleiders. 15. Heel eenvoudige geheugenschakeling. 9. Gebruiker die elektrische energie in licht en warmte 17. Andere naam voor stroombron. omzet. 12. Het talstelsel met grondtal 16 noemen we het ......... decimale stelsel. 14. Een voeler die warmte, geluid, licht, vocht of trillingen kan waarnemen. © Roger Van Overstraeten Society vzw 16. Klein lichtje dat gevoelig is voor polariteit.

69

IT’s Alive

XI. Oplossingen Pagina 6&7

1. Teken de stroomkring op de foto van de zaklamp 2. Bouw de stroomkring op de witte paneeltjes na SCH

LAMP

+ -VOEDING

+

+ -Pagina 8

Vind je een gloeilampje? Neen Een led is een elektronische component, een diode die licht uitzendt als er stroom doorheen wordt gestuurd. Leds hebben een grote energie-efficientie en slijten niet door gebruik. We gebruiken liever een ledje omdat de batterijen langer meegaan (een ledje verbruikt heel weinig) en omdat het ledje zeer lang meegaat. L = Light E = Emitting D = Diode

Pagina 9

Maak een Tom Boonen-fietslichtje op de paneeltjes. SCH

+ -VOEDING

+

+

Draai het ledje --eens om. Werkt het nog? Neen


LED +

— +

IT’s Alive

70

Pagina 10

Vervang in een eenvoudige stroomkring de schakelaar door een transistor. U

STU TRANS

S Als je de plus van de bron met de sturing van de transistor verbindt, merk je dat de lamp brand bij een verbinding van de S naar de + van de voeding. LED

VOEDING

Pagina 13

Wat voelt deze sensor?licht

Pagina 14

Plaats de lichtsluis in de stroomkring met de transistor.

+

+

U

STU TRANS

L

Bedenk een oplossing voor dit probleem: We gebruiken twee bordjes.

Pagina 19

Als je de motor uit elkaar haalt, herken je deze onderdelen: 1. Magneten 2. Koper (geleider) 3. Metaal en kunststof (behuizing motor)

VOEDING

LICHTSLUIS


U

+

+

Pagina 15

+ LED

Het lampje werkt als we de twee oogjes die op de lichtsluis staan onderbreken met een vinger, blad, pen, gom, ... Is het bordje nog overzichtelijk? Neen

71

IT’s Alive

Pagina 26

Maak een schakeling waarbij je een auto of brug kan besturen met een sensor.

+

+

LDR

M

VOEDING

S

RL R1

U

R2

+ Deze sensoren reageren als: Geluid

U

+

SCH

C°

Warmte

U

+

Beweging

Pagina 29

Maak een simulatie van een nachtlampje met een LED als gebruiker en een transistor als schakelaar.

LDR U

TRANS

Inverteren is omdraaien, omslaan, veranderen, omkeren

U

Pagina 28

VOEDING

+

IN

N I E T- p o o r t Lichtsensor ingang

Pagina 31

+

LICHTSLUIS

U

+

LDR

Licht

U

+

H

STU

Pagina 27

NIET

uitgang

led

Ø

Ø

1

1

1

1

Ø

Ø

+

U LED

+

Maak een brandalarm voor je kamer dat reageert op rook en hitte.

+

+

LDR C°

+

IN1

C°

EN

U

U

IN2

U

EN-poort Lichtsluis LDR ingang 1 ingang 2 uitgang zoemer Ø

Ø

Ø

Ø

Ø

Ø

1

Ø

1

Ø

Ø

1

Ø

1

Ø

Ø

Ø

1

1

1

1

1

1

U

STU

ZM

Ø

TRANS

VOEDING

+

+ © Roger Van Overstraeten Society vzw

IT’s Alive

72

Pagina 33

Maak een automatische deurbel. +

+

IN1

DRUK

OF

LICHTSLUIS

IN2 U

U

L

OF-poort Drukknop Lichtsluis ingang 1 ingang 2 uitgang zoemer Ø

Ø

Ø

Ø

Ø

Ø

Ø

1

1

1

1

Ø

1

Ø

1

Ø

1

1

1

1

1

1

+

Maak een gebruikerskring met een lamp als gebruiker en een transistor als schakelaar. Plaats de pulsgenerator in de stroomkring.

U

STU TRANS

+

Pagina 35

VOEDING

+

1

TRANS

ZM

Ø

U

STU

Draai het stelwieltje naar rechts (H). Wat merk je? Het lampje flikkert zeer snel. Draai het stelwieltje ook eens naar links. Wat merk je nu? Het lampje flikkert zeer traag. H: Hoog (high) L: Laag (low)

Pagina 36

LED

+

G

VOEDING GENERATOR U

+

Maak je fietshelm veiliger door hem van een wit licht vooraan en een rood licht achteraan te voorzien. Automatiseer de verlichting zodat het automatisch brand als het donker wordt.

U

STU

+

TRANS

LDR U

VOEDING

LED

+ IN NIET

+


+ LED

U

+

73

IT’s Alive

Pagina 37

Kan je de lichtjes op je fietshelm ook laten knipperen?

U

STU

+

TRANS

+

IN1

LDR

EN

LED

VOEDING

+

U

IN2

U

+

G

LED

+

Pagina 38

Om de fietshelm te automatiseren gebruiken we als voeding een batterij. Je kan op de fiets natuurlijk geen verlengkabel achter je aanslepen.

+

IN NIET

GENERATOR U

+

U

Pagina 40

Welke 10 cijfers gebruiken we als grondgetal? 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 en 9 Waar ligt de oorsprong van ons tiendelig talstelsel? Onze voorouders telden op hun tien vingers. Twintig was het grondgetal in Zuid-Amerika. In Zuid-Amerika was het warmer en liep men op blote voeten: er werd op 10 vingers en 10 tenen geteld.

Pagina 42

Welke is de hoogste decimale waarde die we hier kunnen zien? 99 Waarom? 9 is de hoogste waarde op een display. Twee keer 9 naast elkaar geeft 99.

Pagina 43

Maak op het paneeltje een telsysteem waarmee je flesjes frisdrank kan tellen en ook kan resetten met een drukknop.

K +

DEC teller

R

T

+

L

VOEDING

LICHTSLUIS

Wat is resetten? Terug op Ø zetten.

U

Pagina 44

+

Doe eerst een reset en vul onderstaande tabel daarna aan met behulp van je tellercomponent.

DRUK

Decimaal (display)

Binair (ledjes)

9

1 Ø Ø1

73

1 Ø Ø1 Ø Ø1

15

1111

15

1111

66

1 Ø Ø Ø Ø1 Ø

170

1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø

42

1 Ø1 Ø1 Ø

35

1 Ø Ø Ø11

27

11 Ø11

240

1111 Ø Ø Ø Ø

71

1 Ø Ø Ø111

8

1ØØØ

59

111 Ø11

95

1 Ø11111

34

1 Ø Ø Ø1 Ø

25

11 Ø Ø 1

99

11 Ø Ø Ø11


IT’s Alive

Pagina 45

Maak op het paneeltje een tellerunit waar je telt met een drukknop en kan resetten met een 2de drukknop. Gebruik ditmaal de hexadecimale teller en begin met een reset.

+

74

VOEDING

+ DRUK

Pagina 46

Doe eerst een reset en vul onderstaande tabel daarna aan met behulp van je tellercomponent. DRUK

Hexadecimaal (display)

Binair (ledjes)

00

ØØØ

01

Ø Ø Ø1

02

Ø Ø1 Ø

03

Ø Ø11

04

Ø1 Ø Ø

05

Ø1 Ø1

0A

1 Ø1 Ø

06

Ø11 Ø

0b

1 Ø11

07

Ø111

0C

11 Ø Ø

08

1ØØØ

0d

11 Ø1

09

1 Ø Ø1

0E

111 Ø

0F

1111

Hoeveel verschillende waarden schrijven we in de displaykolom? 16

Pagina 47

Waarom maakt onze display van sommige letters hoofdletters en van andere dan weer niet? Omdat sommige hoofdletters op een display hetzelfde zijn als cijfers: B=8 en D=0

Pagina 48

Maak je klasbenaming in binaire waarden. 1Aa = Ø Ø Ø1 1 Ø1 Ø 1 Ø1 Ø 1Ab = Ø Ø Ø1 1 Ø1 Ø 1 Ø11

Pagina 50

Ontwerp een energieteller en bouw hem op de witte bordjes na.

1Ac = Ø Ø Ø1 1 Ø1 Ø 11 Ø Ø

1Ad = Ø Ø Ø1 1 Ø1 Ø 11 Ø1

+ DRUK

LDR

T

U

Pagina 51

Wat merk je bij deze opstelling? Na het onderbreken blijft het lampje gewoon branden.

K DEC teller

Pagina 52

We weten dat de uitgang van de OF-poort 1 is als minstens één van de twee ingangen 1 is. Gaat het lampje ooit terug uit? Ja Wanneer? Als we de stroom afsluiten of de geleider van U naar Stu onderbreken. © Roger Van Overstraeten Society vzw

+

VOEDING

R

+

R

HEX teller

K

T

75

IT’s Alive

Pagina 53

Maak een alarm dat dieven aan hun bewegingen opspoort.

+

U

STU TRANS

LICHTSLUIS

VOEDING U

L

+ +

IN1

LED

+

OF IN2

+

U

Pagina 55

Maak je alarm van de vorige oefening uitschakelbaar met een schuifschakelaar.

U

STU

+

TRANS VOEDING

LICHTSLUIS L

— +

ZM

+

U

LED

+

SCH

+

+

ZM

— +

IN1

OF IN2 U

Schakel een motor aan met een drukknop. Maak hem ook terug uitschakelbaar met een drukknop. M

STU

VOEDING

+

+

TRANS

M

U

OF

+ EN

IN2 U


IN

IN1

U

IN2

NIET

DRUK

Welk verschil merk je tussen de serie en de parallelschakeling? Bij de parallelschakeling draaien de motoren sneller.

IN1

DRUK

Pagina 59

+

+

U

76

Pagina 56

U

STU

IT’s Alive

S

U

R

Laat een lichtje branden door in je handen te klappen.

TRANS

+

FLIP-FLOP

C

Schakel de verlichting terug uit door op een drukknop te drukken.

VOEDING

+

+ DRUK

+

FF

LED U

U

STU S

Pagina 57

Maak het jezelf gemakkelijker en schakel het

R

licht aan EN uit met een klap van je handen.

C

TRANS

+

FLIP-FLOP

U

VOEDING

+ + U

+

FF

LED

Pagina 68

Kruiswoordraadsel 1. zoemer 2. zwart 3. waarheidstabel 4. motor 5. transistor

6. stroomkring 7. niet 8. binair 9. lamp 10. rood 11. magneet

12. hexa 13. pulsgenerator 14. sensor 15. slotketen 16. led 17 voeding


77

IT’s Alive

XII. Symbolen stroomkringen P

C°

potentiometer

temperatuurmeter

G

L

drukknop

generator

lichtsluis

T

M

teller

motor

geluidssensor

EN-poort

OF-poort

NIET-poort

schakelaar

+

+ relais

LDR

voeding (gelijkstroom)

LED

transistor


lamp

zoemer

78

IT’s Alive

Via IT’s alive! maken 12- tot 14-jarige kinderen kennis met chipstechnologie. Ze leren wat chips zijn, hoe chips werken, wie chips maken en waarvoor chips dienen. Ze maken schakelingen (mechanisch en automatisch) en leren meer over elektriciteit, automatisering en moderne technologie. IT’s alive past in de leerdoelen van het vak technologische opvoeding in de eerste graad van het secundair onderwijs.

De leskit: Voor IT’s alive ontwikkelden we een leskit met hands-on experimentjes zodat de leerlingen intuïtief ontdekken hoe elektriciteit, schakelingen en chips werken. alles werd samengesteld volgens moderne educatieve principes zoals ervaringsgericht leren en de CLIM-methode

SA KAA © Roger Van Overstraeten Society vzw

1 IT s Alive. Logisch toch! Nico Goddé. Roger Van Overstraeten Society vzw

Recommend Documents