GEÏNTEGREERDE PROEF JENTE VANHECKE JONAS NUYT LED KUBUS MET ARDUINO UNO 6EEB SCHOOLJAAR

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT ROZE 131 9900 EEKLO

GEÏNTEGREERDE PROEF SCHOOLJAAR 2013 - 2014

LED KUBUS MET ARDUINO UNO

JENTE VANHECKE

JONAS NUYT

6EEB

6EEB

BERKENSTRAAT 3

BERKENSTRAAT 3

9910 URSEL

9950 WAARSCHOOT

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT ROZE 131 9900 EEKLO

GEÏNTEGREERDE PROEF SCHOOLJAAR 2013 - 2014

LED KUBUS MET ARDUINO UNO

JENTE VANHECKE

JONAS NUYT

6EEB

6EEB

BERKENSTRAAT 3

BERKENSTRAAT 3

9910 URSEL

9950 WAARSCHOOT

Woord vooraf Omdat wij in het laatste jaar Elektriciteit-Elektronica zitten wordt er van ons verwacht dat we een eindwerk maken, ook wel Geïntegreerde Proef genaamd. In het schooljaar 2013-2014 mochten we van de leerkracht een onderwerp kiezen en mochten we kiezen met wie we zouden samenwerken. Mijn collega Jonas Nuyt en ik hebben besloten om een led cube te maken. De led cube is een kubus gevormd door ledjes die we door een programma verschillende vormen kunnen laten aannemen, zo kunnen we onder anderen de ledjes laten pinken. Naast de praktische opdracht kregen we ook voor de andere vakken verschillende taken. De eerste persoon die ik zeker wil bedanken is meneer Mestchen omdat hij voor ons tijd vrij maakte, zoals op woensdagnamiddagen, om de GIP te kunnen verwezenlijken. Ook gaf hij tips zodat we het programma eenvoudiger konden schrijven. Ook meneer Schrooten dan ik omdat hij ons helpt met het samenstellen van dit GIP- dossier. Natuurlijk ben ik ook Jonas Nuyt dankbaar omdat we goed konden samenwerken. Tot slot wil ik mevrouw Pauwels bedanken omdat zij ons nuttige tips gaf en zelfs een bundel gaf om ons GIP-dossier te maken.

Ursel, 19/05/2014

Inhoudsopgave Woord vooraf............................................................................................................................... 4 Inleiding ....................................................................................................................................... 8 1

Beschrijving van het project ............................................................................................... 9 1.1

2

Blokschema ............................................................................................................................. 9 Opbouw led kubus........................................................................................................... 10

2.1

Matrix .................................................................................................................................... 10

2.1.1 2.2

Integratie van een matrix in een led kubus ................................................................... 10

Weerstanden ......................................................................................................................... 11

2.2.1

Kleurencodes ................................................................................................................. 11

2.2.2

Voorschakelweerstand voor een led ............................................................................. 11

2.3

Light emitting diodes ............................................................................................................. 12

2.3.1

Diode ............................................................................................................................. 12

2.3.2

Werking led ................................................................................................................... 13

2.3.3

Constructie van een led ................................................................................................. 15

2.4

Opbouw led ........................................................................................................................... 15

2.4.1 3

Kleuren .......................................................................................................................... 16

Printplaat........................................................................................................................ 19 3.1

Print lay-out ........................................................................................................................... 19

3.1.1 4

Transistor ....................................................................................................................... 19

Flipflops .......................................................................................................................... 20 4.1

D-flipflop ................................................................................................................................ 20

4.2

Schuifregisters ....................................................................................................................... 20

4.3

Werking 16CP05 .................................................................................................................... 21

5

Arduino microcontroller................................................................................................... 26 5.1

Wat is een microcontroller.................................................................................................... 26

5.2

Opbouw Arduino UNO .......................................................................................................... 26

5.2.1 5.3

Belangrijkste onderdelen Arduino UNO ........................................................................ 27

Andere soorten Arduino processorborden ........................................................................... 29

5.3.1

Arduino Duemilanove.................................................................................................... 29

5.3.2

Arduino MEGA ............................................................................................................... 30

5.3.3

GSM-shield .................................................................................................................... 30

5.4

Programmeertaal .................................................................................................................. 32

5.4.1

programma .................................................................................................................... 32

6

Integratie toegepaste elektriciteit.................................................................................... 33 6.1

Elektriciteit ............................................................................................................................ 33

6.1.1

Motorbeveiliger ............................................................................................................. 33

6.1.2

Differentieel................................................................................................................... 33

6.1.3

Automaat ....................................................................................................................... 34

6.1.4

Voeding 230V ~  24V =............................................................................................... 35

6.2

Automatisatie met PLC .......................................................................................................... 35

6.3

Vergelijking PLC  Microcontroller ...................................................................................... 37

6.4

Eplan ...................................................................................................................................... 37

6.5

PLC programma ..................................................................................................................... 38

7

Integratie algemene vakken ............................................................................................ 39 7.1

Nederlands ............................................................................................................................ 39

7.1.1

Aanvraag stageplaats .................................................................................................... 39

7.1.2

Aanvraag informatie ...................................................................................................... 39

7.1.3

Sollicitatiebrief............................................................................................................... 39

7.1.4

Curriculum vitae ............................................................................................................ 39

7.2

Engels .................................................................................................................................... 45

7.2.1

Technical text ................................................................................................................ 45

7.2.2

Glossary ......................................................................................................................... 50

7.2.3

10 questions and answers ............................................................................................. 53

7.2.4

Outline ........................................................................................................................... 54

7.2.5

Summary........................................................................................................................ 55

7.2.6

Formal letter .................................................................................................................. 56

7.3

Frans ...................................................................................................................................... 57

7.3.1

Demande de documentation ........................................................................................ 57

7.3.2

Bus de terrain: vocabulaire technique .......................................................................... 57

8

Besluit............................................................................................................................. 66

9

Bronnen .......................................................................................................................... 67

10

Figurenlijst ...................................................................................................................... 68

11

Kostenraming.................................................................................................................. 70

12

Bijlagen .......................................................................................................................... 71

12.1

Bijlage 1 ................................................................................................................................. 71

12.2

Bijlage 2 ................................................................................................................................. 72

12.3

Bijlage 3 ................................................................................................................................. 73

12.4

Bijlage 4 ................................................................................................................................. 74

12.5

Bijlage 5 ................................................................................................................................. 75

12.6

Bijlage 6 ................................................................................................................................. 76

12.7

Bijlage 7 ................................................................................................................................. 77

12.8

Bijlage 8 ................................................................................................................................. 78

12.9

Bijlage 9 ................................................................................................................................. 79

12.10

Bijlage 10 ........................................................................................................................... 80

6TSO-EE-b

INLEIDING

Inleiding Mijn collega Jonas Nuyt en ik hebben besloten om een led cube te maken. De led cube is een kubus gevormd door ledjes die we door een programma verschillende vormen kunnen laten aannemen, zo kunnen we onder anderen de ledjes laten pinken De led cube soldeerden we met de hand en dus zag ik hoe de kubus laag per laag vorm begon te krijgen. Ook in het dagelijkse leven wordt het idee van de led cube gebruikt maar dan kan je ze zien in andere vormen. Kijk maar eens naar een digitale klok of naar licht effecten in een discotheek. In het eerste deel bepreek ik het belangrijkste onderdeel van onze GIP, de led. In dit hoofdstuk leg ik uit wat een led precies is. Omdat een led verschillende kleuren geeft bespreek ik ook of een ander ledkleur verschillen met zich meeneemt en of wij daar rekening mee moeten houden. Ook leg ik zeker uit wat een RGB-led is en waarom we deze niet hebben gebruikt. Ook hebben wij vele weerstanden gebruikt. In dit hoofdstuk heb ik uitgelegd hoe je een weerstand moet lezen omdat een weerstand verschillende kleuren heeft. Ook moeten wij het vermogen berekenen van de weerstand. De formule kan u vinden in mijn GIP-document. Ook bespreek ik waarom het vermogen zo belangrijk is en wat er gebeurt als het vermogen te hoog is. Ik leg ook uit waarom we bij elke led een voorschakelweerstand moesten plaatsen. De Arduino is het hart van onze led cube zonder deze microcontroller kunnen we niets doen branden. In dit hoofdstuk legde ik eerst en vooral uit wat en Arduino is en welke soorten er allemaal zijn. Omdat we de Arduino verbinden aan de flip flop verduidelijk ik wat een flip flop is en waarom we deze aan onze Arduino moesten plaatsen. Om onze kolommen te kunnen aansturen maakten we gebruik van schuifregisters. Waarom we onze kolommen apart aansturen wordt uitgelegd in het document alsook wanneer de schuifregister zeker weet wanneer het naar de volgende kolom mag gaan. In het laatste deel bespreek ik de opdrachten die wij kregen voor de andere vakken zoals Nederlands, Engels en Frans. Daar moesten ik een cv schrijven een sollicitatiebrief en een woordenlijst opmaken, zowel voor Engels als Frans. Ook werd er verwacht dat ik een bedrijf opzoek en daar uitleg welk materiaal ik kon kopen.

Elektriciteit-Elektronica

Schooljaar 2013-2014

6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

9

1 Beschrijving van het project 1.1 Blokschema

Figuur 1 Blokschema project



6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

10

2 Opbouw led kubus De led kubus is opgebouwd uit 125 led, elk gesoldeerd met hun voorschakelweerstand. Om het programmeren te vergemakkelijken wordt er gebruikt gemaakt van een matrix. In plaats van een 3 dimensionele structuur hebben we de kubus zodanig gesoldeerd dat we een 2 dimensionele structuur bekomen volgens een matrix van 5 x 25 leds.

2.1 Matrix Een matrix is een rechthoekig getallenschema dat gebruikt wordt om een getallenreeks in op te slaan. Matrices worden veel gebruikt tijdens het programmeren om bepaalde patronen in op te slaan en het programeerproces te vergemakkelijken. Om een specifiek patroon te bekomen vullen we het patroon met getallen, ofwel logisch “0” ofwel logisch “1”.

a b c d

1

1

1 1

a b c d

2

2

2 2

a b c d

3

3

3 3

a b c d

4

4

4 4

Figuur 2 Voorbeeld van een 4 x 4 matrix

2.1.1 Integratie van een matrix in een led kubus De leds zijn zodanig gesoldeerd dat we een matrix van 5 x 25 bekomen. De kolommen, gekenmerkt door een gemeenschappelijke letter worden hier aangestuurd door een transistor. De rijen, gekenmerkt door een gemeenschappelijk cijfer worden aangestuurd met behulp van een IC. Willen we de led die zich op plaats b3 bevindt oplichten, dan moeten we de transistor die zich op kolom a bevindt in saturatie sturen en de IC rij nummer 1. Onderstaande figuur verduidelijkt deze tekst.

Figuur 3 Structuur raster



6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

11

Als we nu een matrix van 5 x 25 maken en dit integreren in het Arduino programma is het mogelijk om bijna elke figuur aan te nemen en te wijzigen.

2.2 Weerstanden Een led is niet geschikt om er rechtsreeks +5V op aan te sluiten. Daarom moet men een deel van de spanning aangesloten op de led opnemen. Dit gebeurd met weerstanden. De elektrische energie die de weerstand opneemt wordt omgezet in warmte, helaas is het rendement dus slecht. 2.2.1 Kleurencodes Elke weerstand bezit een kleurencode. Deze kleurencode toont aan welke weerstandswaarde de weerstand theoretisch heeft en verteld ons ook wat de tolerantie is.

Figuur 4 Tabel voor de bepaling van de weerstandwaarde

2.2.2 Voorschakelweerstand voor een led Om deze waarde te bepalen zijn 2 factoren belangrijk:  

De maximum stroom door de led (Imax) De ledspanning (ULed)

Al deze waardes zijn uit de datasheets af te leiden.

Figuur 5 Grafiek spanningsval over een led met respectievelijke stroomdoorgang



6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

12

De waarde van de voorschakelweerstand berekenen we als volgt:

R

v

Uv

U led

I

max



5V  3,3V  56,56 30mA

Figuur 6 Berekening van de voorschakelweerstand voor een led

Volgens de E-12 reeks zouden we dus best een weerstand van 56Ω gebruiken. Veiligheidshalve nemen we een marge in waardoor we een weerstand van 68Ω gebruiken. Dit is nodig omdat een weerstand enige tolerantie heeft, met als gevolg dat de stroom groter kan zijn zodanig er een beschadiging optreedt aan de led.

Figuur 7 Aansluiting van een led met voorschakelweerstand

Datasheet: zie bijlage 1

2.3 Light emitting diodes 2.3.1 Diode Een diode is een halfgeleider die een elektrische stroom in de ene richting kan geleiden en in de andere richting zal sperren. Dit kan vergeleken worden met een terugslagventiel, de lucht kan doorvloeien in de ene richting en in de andere richting geblokkeerd.

Figuur 8 Terugslagventiel



6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

13

2.3.1.1 PN-junctie Een PN-junctie wordt gevormd wanneer een stukje P-type silicium recht naast een N-type in hetzelfde kristal wordt gemaakt. Vanwege verplaatsing zullen vrije ladingdragers in de buurt van de grens tussen P en N laag een beetje bewegen. Dit resulteert in gaten die naar het klein stukje Ngebied verhuizen; deze gaten laten N-type ionen achter in het P-gebied. Andersom verhuizen sommige vrije elektronen vanuit N naar P; deze elektronen laten in het N-gebied P-type ionen achter. Dit betekent dat het gebied links van de PN-grens negatief geladen zal zijn, en het gebied rechts van deze grens positief geladen.

Figuur 9 PN-junctie in doorlaat en sper

2.3.2 Werking led Een atoom bestaat uit een positief geladen kern waaromheen negatief geladen elektronen draaien. Een elektron kan niet op elke willekeurige afstand van de kern een baan volgen. Alleen bepaalde gebieden met bepaalde energieniveaus zijn toegestaan. Als een elektron naar een baan met een hoger energieniveau gaat, is daar energie voor nodig. Deze energie kan worden verkregen doordat een elektron een foton absorbeert. Het elektron gaat dan tijdelijk naar een hogere baan, waarna hij weer terugvalt naar de laagste (beschikbare) baan. Bij het terugvallen zendt het elektron weer een foton uit, om zo de energie weer kwijt te raken.



6TSO-EE-b

PROJECTBESCHRIJVING

14

2.3.2.1 Elektronenbanden

Figuur 10 Inwendig schema led

Figuur 11 Werking hoe een led licht geeft



6TSO-EE-b 2.3.3

PROJECTBESCHRIJVING

15

Constructie van een led

Figuur 12 Constructie van een led

Een LED is een lichtgevende diode: een stukje halfgeleidertechniek dat licht geeft als er stroom doorheen loopt. Halfgeleidertechniek ligt ook aan de basis van moderne elektronica en is gebaseerd op het manipuleren van de eigenschappen van een minuscuul stukje silicium of germanium. Bij een LED leidt dit ertoe dat een zeer kleine hoeveelheid materiaal licht uitstraalt in een heel specifieke kleur en al bij een kleine stroom. De lichtbron is zo klein dat er eigenlijk slechts sprake is van een kleine punt die licht geeft. Hierdoor is het licht met een lensje makkelijk te bundelen tot een gerichte straal. Die lens geeft de specifieke vorm aan een LED: het is de halve bol aan de bovenkant.

2.4 Opbouw led 1. Epoxyharslens (behuizing)

2. Draadverbinding 3. Reflector 4. Halfgeleiderkristal 5. Aambeeld 6. Ondersteuning 7. Frame 8. afgeplatte zijde A. anode B. kathode

Figuur 13 Opbouw led



6TSO-EE-b

OPBOUW LED KUBUS

16

2.4.1 Kleuren De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de aard van de materialen waaruit de led is opgebouwd, meer specifiek de breedte van de verboden zone tussen de valentieband en de geleidingsband. Dit verklaart ook waardoor een led met een lange golflengte een lagere doorlaatspanning heeft dan een met een korte golflengte, bijvoorbeeld rood 1,5 V en blauw 3,6 V. Doordat de spanning over de led ook een beetje stijgt bij een grotere stroom zal de kleur iets naar een kortere golflengte opschuiven, een blauwe led zal bij lage stroom meer groenig schijnen en een rode led wordt (heel even) geel bij zoveel stroom dat hij stuk gaat. materiaal Galliumaluminiumarsenide (AlGaAs) Aluminiumindiumgalliumfosfide (AlInGaP2) Galliumarseenfosfide (GaAsP) Galliumfosfide (GaP) Galliumnitride (GaN) Zinkselenide (ZnSe) Siliciumcarbide (SiC) Indiumgalliumnitride (InGaN) Diamant (C)

kleur rood, infrarood diep rood, rood, rood oranje en amber rood, oranje, geel (amber) groen blauw blauw blauw groen, blauw of ultraviolet ultraviolet

Figuur 14 Samenvatting chemische samenstelling leds

2.4.1.1 Wit licht Leds geven licht in één specifieke kleur. Door te spelen met de samenstelling van het halfgeleidermateriaal, wordt de kleur van de LED bepaald. Witte Leds geven licht in 3 kleuren: rood, groen en blauw. Rood en groen zijn de typische LED-kleuren, die je waarschijnlijk kent uit de indicatielichtjes op elektronica. Blauw ziet men minder omdat het veel kost om dit te maken. Elke witte LED geeft ook blauw licht, en heeft dus ook al deze materialen in zich. Een witte led is een blauwe led met een fluorescerende laag. De fluorescerende laag zet een gedeelte van het blauwe licht om in geel licht. Het mengsel van blauw en geel licht wordt ervaren als wit licht. 2.4.1.2 RGB-led Deze led bestaat uit 3 leds: Rood, Groen en Blauw. Afhankelijk van de aangelegde spanning over de leds zal er een bepaald kleur gevormd worden. Deze leds worden gemaakt met een gemeenschappelijke anode of een gemeenschappelijke kathode.



6TSO-EE-b

OPBOUW LED KUBUS

17

Figuur 15 Inwendig schema van een RGB-led (gemeenschappelijke anode)

2.4.1.2.1 RGB-Kleuren Om de intensiteit van de drie basiskleuren te bepalen maakt men gebruik van de hexadecimale talstelsel(00  FF). De kleur (magenta) wordt voorgeteld als volgt:

FF00FF 

16

. Men kan ook

de RGB waarden (0  255) gebruiken als kleurencodering. Het RGB-kleursysteem is een kleurcodering, een manier om een kleur uit te drukken met behulp van een combinatie van de drie primaire kleuren uitgaande van additieve kleurmenging. De hoeveelheid van elke primaire kleur die benodigd is om de mengkleur te verkrijgen, wordt uitgedrukt in een getal dat meestal uit 8 bits bestaat. De kleuren worden opgebouwd uit drie primaire additieve kleuren. De hoeveelheid van een kleur ligt in tussen 00 (niets van die kleur) en het hexadecimale FF (alles van die kleur). In het RGB kleursysteem wordt de kleur uitgedrukt in totaal zes cijfers. De eerste twee cijfers geven de hoeveelheid van de kleur rood aan, zo is FF0000puur rood. De tweede twee cijfers geven de hoeveelheid van de kleur groen aan, zo is 00FF00 puur groen. 0000FF is ten slotte zuiver blauw. De zuivere zwarte, grijze en witte kleuren worden aangegeven met 000000 voor zwart, 666666 is een grijs, en FFFFFF is wit.

Figuur 16 Verzameling van de RGB kleuren



6TSO-EE-b

OPBOUW LED KUBUS

18

Figuur 17 Enkele voorbeelden van Hexadecimale kleurencoderingen

2.4.1.2.2 Subtractieve kleurenmenging Bij subtractieve kleurmenging mengt men kleuren samen, en de kleur dat men bekomt is donkerder dan de individuele kleuren. Het is niet moeilijk te begrijpen hoe dit gebeurt: mengt men verschillende kleuren, dan mengt men verschillende pigmenten. Een geel pigment werkt als een filter en blokkeert alle kleuren, behalve het geel. Een magenta pigment blokkeert alle kleuren behalve magenta. Mengt men deze twee kleuren, dan heeft men een kleur die donkerder is, namelijk rood. Bij het mengen van geel en cyaan, bekomt men groen. Groen, rood en blauw zijn de secundaire kleuren van het subtractief kleurmodel. Datasheet: zie bijlage 2



6TSO-EE-b

CONSTRUCTIE PRINTPLAAT

19

3 Printplaat De printplaat hebben wij gefreesd. Frezen is een verspanende bewerking waarbij men gebruik maakt van roterend gereedschap: de frees verwijderd het overtollig materiaal. Frezen is een bewerking die met name wordt gebruikt in de metaal-, hout- en kuntststofverwerkende industrie. Hier hebben wij het overtollige koper weg gefreesd en zo verkregen wij baantjes. Om onze componenten op de printplaat te kunnen monteren boorde de frees gaten op de juiste plaats. In het midden van onze printplaat kan u de IC’s zien. Ook moesten wij een paar brugjes leggen omdat we anders de banen zouden kruisen en ook met die banen verbinding zouden maken. Bovenaan de printplaat hebben wij de weerstanden en transistors geplaats. De collector word dan via de baantjes verbonden met de kolommen. De uitgangen van de IC wordt verbonden met een headerdie dan verder gaat naar de 25 rijen waaraan telkens 5 leds verbonden zijn. De IC’s warmen snel op. Er is dus nog een koelplaat van 75K/W aangebracht.

3.1 Print lay-out Schema: zie bijlage 3 3.1.1 Transistor Datasheet: zie bijlage 4 Een Arduino kan geen stroom genoeg leveren om een project zoals een led kubus te voorzien van stroom. Hiervoor gebruiken we een transistor als schakelaar. 3.1.1.1 Transistor in saturatie Als we een transistor laten geleiden blijft er tussen de collector en emitter een spanning staan. Het opgewekte vermogen dat hierin wordt geïnduceerd wordt berekend als volgt

P

CE

 U CE  I C

Figuur 18 Formule voor het berekenen van het ontwikkelde vermogen in een transistor

Belangrijk is dus om UCE klein te houden! De basisstroom om een transistor in saturatie te sturen berekenen we als volgt.

I

B

 10 

I

C

HFE

Figuur 19 Formule voor het berekenen van de basisstroom om een transistor in saturatie te sturen

We nemen IB ongeveer 10x de berekende waarde om te zorgen dat de transistor in saturatie is.



6TSO-EE-b

ARDUINO

20

4 Flipflops De flipflop of bistabiele multivibrator is een digitale elektronische schakeling. Het element fungeert als een schutsluis voor data. De flipflop is een geheugenelement van1bit. Men noemt de flipflop een bistabiele multivibrator omdat hij twee stabiele toestanden heef (“0” en “1”)

4.1 D-flipflop Een D-flipflop is een flipflop waarvan de data, aangelegd op de D-ingang doorgestuurd wordt naar de uitgang door middel van een veranderlijke flank van de klok-lijn.

Figuur 20 D-flipflop (IEC symbool)

Onderstaand diagram toont ons dat Q verandert als de klok-lijn een stijgende flank ondergaat.

Figuur 21 Tijdsvolgordediagramma D-flipflop

4.2 Schuifregisters Een digitaal schuifregister is een aaneenschakeling van D-flipflops waarbij de data-ingang van een flipflop verbonden is met de Q uitgang van de vorige flipflop in de keten. Alle kloklijnen van de flipflops zijn met elkaar verbonden. Een schuifregister schuift bij elke klokpuls de gegevens in het register een positie op. Een bit die aan de ingang ingeklokt wordt, verschijnt na X klokpulsen weer aan de uitgang van het schuifregister, waarbij X het aantal flipflops is.



6TSO-EE-b

ARDUINO

21

flankgevoelig

Figuur 22 Aaneenschakeling van D-flipflops → een schuifregister

4.3 Werking 16CP05 We maken gebruik van dit IC om de rijen van de led-kubus aan te sturen. Datasheet: zie bijlage 5

Figuur 23 STP16CP05XTTR, LED Driver

Figuur 24 Pinout 16CP05

Verklaring van de afkortingen: VDD = Voedingsspanning 3,3V → 5,5V GND = Massa SDI = Serial Data Input terminal = Seriële Data Ingang R-EXT = Aansluitpin voor een weerstand om de uitgangsstroom te regelen (zie figuur 25) SDO = Serial Data out = Seriële data uitgang CLK = Clock Input terminal = Klokingang LE/DM1 = Latch Input = Data op de uitgangen plaatsen ̅̅̅̅̅̅̅̅ = Output X = Uitgang ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ = Output Enable = Mogelijkheid om de uitgang actief laag te maken



6TSO-EE-b

ARDUINO

22

Weerstand REXT zorgt ervoor dat de uitgansstroom niet boven een bepaalde waarde gaat. Onderstaande grafiek toont ons de nodige weerstandswaarde in functie van de uitgansstroom.

Figuur 25 Grafiek van R-EXT in functie van IOUT

Om het IC correct te laten werken is het noodzakelijk om het volgens onderstaand schema aan te sluiten.

Figuur 26 schema kubus

Als de IC zijn uitgangen heeft gevuld met een 1 of 0 signaal zorgt de datalatch dat de signalen aan de uitgangen worden geplaats. De uitgangen worden verbonden met de leds. Door een van de transistors aan te sturen word deze kolom aangestuurd en zullen de leds branden volgens het signaal die de IC stuurt naar de leds. Hierna sturen wij een andere transistor aan en zal een andere kolom worden verbonden met de IC. Door de vijf transistors snel na elkaar en de IC vijf de vullen met een 0 of 1 signaal kan men een patroon maken. Moesten we de kubus vertraagd bekijken dan zal je zien dat er maar kolom van 25 leds per keer branden maar door de snelheid kan men dat met het blootte oog niet zien.



6TSO-EE-b

ARDUINO

23

Onderstaand functiediagram moet worden gevolgd om de uitgangen aan te sturen.

Figuur 27 Blokschema interne IC 16CP05

De 16 uitgangen worden een voor een klaargezet in de shift latch register. De bit wordt doorgeschoven door de 0-1 overgang van de klok. Als men 2 of meerde IC’s wil in serie plaatsen wordt de SDO-uitgang van de ene IC verbonden naar de SDI-ingang van de volgende IC. Na 25 klokpulsen omdat we met 25 leds werken wordt er een data latch gegeven, daarna wordt de kolom aangestuurd, dit herhaald zich 5 keer (LE/DM1). Hierbij worden de ingestelde uitgangen, bestaande uit n-kanaals MOSFETS gestuurd.

Figuur 26 Schema kubus met IC



6TSO-EE-b

ARDUINO

24

Figuur 28 Symbool N-kanaal MOSFET

Een N-kanaal MOSFET is een wordt ook wel een verrijkings MOSFET genoemd . Er is namelijk geen geleidend kanaal aanwezig tussen de eilandjes verbonden met de drain en de source. Opdat er wel een stroom ID zou kunnen vloeien, moet er een kanaal gevormd worden. Bij een N-kanaal MOSFET eist dit een positief geladen gate die negatief geladen deeltjes aantrekt die zo een N-kanaal vormen. Er vloeit nu effectief een stroom ID wanneer UDS en UGS allebei positief zijn. Bemerk dus dat om een verrijkings MOSFET te doen geleiden de spanningen UDS en UGS een zelfde polariteit moeten hebben. Indien bij een verrijkings MOSFET UGS = 0, dan is ID = 0. De drempelspanning of tresholdspanning is de UGS-spanning vanaf dewelke er een drainstroom begint te vloeien.



6TSO-EE-b

ARDUINO

25

Figuur 29 Tijdsvolgordediagram 16CP05



6TSO-EE-b

ARDUINO

26

5 Arduino microcontroller 5.1 Wat is een microcontroller Een microcontroller is een digitaal IC dat volledig programmeerbaar is en taken kan verrichten. Het bevat een klein geheugen waarin je je eigen data kunt programmeren. De chip zal, als die wordt ingeschakeld, het door jouw geschreven programma uitvoeren. De microcontroller kort men af als µC. Het verschil tussen een microcontroller en microprocessor zit hem inwendig. Bij een microprocessor bevind het programma en het geheugen zich niet in de microprocessor bevindt maar ergens extern (externe ram, bootstraploader/BIOS rest op HDD). Bij een microcontroller bevindt het programma zich in de controller zelf en zijn de data/adreslijnen die bij een microprocessor voor het aansturen van de externe RAM/ROM gebruikt worden beschikbaar voor I/O. Microcontrollers worden gebruikt voor besturingstoepassingen zoals wasmachines, koffiezetters en noem maar op. Verschil microcontroller en PLC De PLC is een modulair apparaat dat kan men met behulp van schema's Ladder of Statement List. Het is geoptimaliseerd om meerdere digitale ingangen en uitgangen, en is meer robuust voor gebruik in industriële toepassingen.

5.2 Opbouw Arduino UNO

Figuur 30 Arduino UNO



6TSO-EE-b 5.2.1

ARDUINO

27

Belangrijkste onderdelen Arduino UNO

Figuur 31 Opbouw Arduino UNO

De belangrijkste onderdelen van een Arduino UNO zijn:     

De USB (type B)-aansluiting (USB) Externe voedingsaansluiting (X1)D De Atmege microntroller (IC1) De resetknop (S1) Voedingsvoorziening +5V, +9V en massa (Power)

5.2.1.1 Atmega 168

Figuur 32 Atmega 168



6TSO-EE-b

ARDUINO

28

Figuur 33 Pinout Atmega 168



6TSO-EE-b

ARDUINO

29

Figuur 34 Blokschema Atmega 168

Datasheet: zie bijlage 6

5.3 Andere soorten Arduino processorborden 5.3.1 Arduino Duemilanove Dit is de opvolger van de Diecimila en wordt opgevolgd door de UNO. Verschil met de Diecimila is dat de Duemilanove automatisch omschakelt tussen USB-voeding en een losse adapter. De Duemilanove is de meest eenvoudig te gebruiken versie van Arduino omdat deze direct op de computer kan worden aangesloten en makkelijk te gebruiken aansluitcontacten heeft. Er is een mogelijkheid om zogenaamde shields op het Arduinobord te plaatsen waardoor de mogelijkheden worden uitgebreid. Voorbeelden zijn shields waarmee communicatie mogelijk is tussen twee Arduino ‘s , een shield voor het besturen van servomotoren, een shield voor het aansturen van RGB-leds of een ethernetadapter om de Arduino aan te sluiten op het internet. Het is mogelijk om meerdere



6TSO-EE-b

ARDUINO

30

shields op elkaar te zetten, waardoor een soort flat ontstaat. De geprogrammeerde code wordt geüploaded via USB-B. De kosten van een Arduino Duemilanove liggen rond de 26 euro. De Atmegachip is geplaatst in een DIP-socket, en is makkelijk te vervangen, bijvoorbeeld als de chip overbelast is geraakt door aangesloten randapparatuur.

Figuur 35 Arduino Duemilanove

5.3.2 Arduino MEGA Een Arduino MEGA is nagenoeg gelijk zoals een Arduino UNO met verschil dat een MEGA uitgerust is met 54 digitale I/O's (waarvan er 14 als PWM-uitgangen gebruikt kunnen worden) en 16 analoge ingangen

Figuur 36 Arduino MEGA

5.3.3 GSM-shield Met dit shield is het mogelijk om sms berichten te sturen via een SIM kaart. Zo kan je bijvoorbeeld een temperatuur regeling maken en regelen via SMS.



6TSO-EE-b

ARDUINO

31

Figuur 37 Arduino GSM-shield



6TSO-EE-b

ARDUINO

32

5.4 Programmeertaal De Arduino microcontroller programmeer je met een gemakkelijk te leren commandotaal. De basisstructuur is gebaseerd op de programmeertaal C++. Bij het programmeren begint men altijd met een basisstructuur. De basisstructuur van de Arduino programmeertaal bestaat uit minimaal twee gedeeltes, ook wel functies genoemd: 



5.4.1

void setup(): dit gedeelte verzorgt de voorbereiding. Het wordt één keer aangeroepen, direct na het opstarten van het programma. Hierin worden variabelen gedeclareerd en bepaald welke pinnen ingang of uitgang worden. void loop(): dit gedeelte verzorgt de uitvoering. Het volgt na de setup functie en wordt vaak oneindig herhaalt. Het leest de inputs en laat afhankelijk daarvan bepalen wat de outputs moeten doen. programma

Programma’s: Zie bijlage 7



6TSO-EE-b

INTEGRATIE TOEGEPASTE ELEKTRICITEIT

33

6 Integratie toegepaste elektriciteit 6.1 Elektriciteit 6.1.1 Motorbeveiliger Men gebruikt een motorbeveiliger als beveiliging van de primaire wikkelingen van de transformator. Dit komt omdat een transformator net zoals een motor een inductieve verbruiker is. Bij langdurige overbelasting zal deze uitslaan en zo de wikkelingen van de transformator beschermen

Figuur 38 Motorbeveiliger

6.1.2 Differentieel Een differentieelautomaat, verliesstroomschakelaar beschermt de mens tegen elektrocutie en beschermt ook de installatie bij een fout. Een 2-polige verliesstroomschakelaar bestaat uit 2 spoelen die tegengesteld aan elkaar gewikkeld zijn, hierdoor wekken ze elk een magnetisch veld op dat door elkaar wordt opgegeven. Als er zoals in figuur 35 een foutstroom wegvloeit, is de som van de magnetische velden veroorzaakt door de stromen I1 en I2 niet meer gelijk aan 0. Er zal dus een resulterend magnetisch veld ontstaan die een via een mechanisch gedeelte de schakelaar laat afvallen.

Figuur 39 Verliesstroomschakelaar



6TSO-EE-b


34

Figuur 40 Werkingsprincipe verliesstroomschakelaar

6.1.3 Automaat Een automaat is een beveiliging dat de installatie beschermt tegen kortsluiting en langdurige overbelasting. De automaat bestaat uit een elektromagneet een magnetisch veld opwekt. Bij kortsluiting zal er dus een zeer grote stroom vloeien die voor een sterkt magnetisch veld veroorzaakt. Dit zorgt ervoor dat via een mechanisch gedeelte, de automaat zal afslaan. Er zijn diverse afvalcurves van automaten, naargelang het type verbruiker (motoren, lampen, transformatoren). Als er gedurende een lange tijd, een zware belasting stroom vloeit door de automaat. Zal door de warmteontwikkeling een bimetaal kromtrekken en zal de automaat alsnog afslaan.

Figuur 41 Automaat

Figuur 42 Uitschakelcurves van diverse automaten



6TSO-EE-b


35

6.1.4 Voeding 230V ~  24V = Een PLC en led werken niet op 230V wisselspanning. Om de PLC en leds van spanning te voorzien moet de wisselspanning getransformeerd en omgezet worden tot een gelijkspanning, dit gebeurd in 4 stappen:    

Transformeren (transformator) Gelijkrichten (diodebrug) Afvlakken (condensatoren) Stabiliseren (diverse methodes: weerstand & zenerdiode, IC’s, transistoren, …)

Figuur 43 PLC Voeding

6.2 Automatisatie met PLC Om uitgebreide schakelkasten vol met (tijd)relais te vermijden maakt men gebruik van een PLC. Programmable Logic Computer. Het is tevens mogelijk om de verbindingen tussen in- en uitgang te wijzigen door middel van een lichte wijziging in het programma.

Figuur 44 S7-200 met CPU 224



6TSO-EE-b


36

Figuur 45 Aansluitschema van de PLC

Om extra in- en uitgangen te hebben moet er slechts een bijkomende module worden aan gekocht. In het programma worden deze genummerd als volgt. QX.Y waarbij het getal X afhankelijk is van de positie van aansluiting, is dit bijvoorbeeld de 3e module, dan wordt deze genummerd als Q3.Y.

Figuur 46 Uitbreidingsmodule EM223



6TSO-EE-b


37

Figuur 47 Aansluitschema van de uitbreidingsmodule

6.3 Vergelijking PLC  Microcontroller Een van de belangrijkste nadelen van een PLC is de aankoopprijs. De prijs van een PLC bedraagt soms wel 10x de aankoopprijs van een Arduino. De kwaliteit van een PLC zal beter zijn ten opzichte van een microcontroller. De software van een PLC is betalend en zal bijgeleverd worden bij de aankoop. De Arduinosoftware is gratis te downloaden PLC gebruikt men meer voor de kleinere reeksen en wordt in een schakelkast gemonteerd. Een Arduino (microcontroller in het algemeen) is elektronisch wordt op een PCB geïntegreerd, wordt eerder gebruikt voor massaproductie Onderstaande tabel toont ons de vergelijking tussen de belangrijkste voor en nadelen voor dit project. PLC (-) Duur (+) Makkelijk te programmeren (-) Moeilijk te combineren met elektronische componenten (-) Meer beveiligen en spanningsvoorzieningen nodig

Arduino (+) Goedkoop (-) Moeilijke programmeertaal (+) ideaal te combineren met IC’s en diverse elektronica (+) voeding via +5V stekker of USB-hub

Figuur 48 Tabel met vergelijking PLC en Arduino

6.4 Eplan Zie bijlage 8



6TSO-EE-b


38

6.5 PLC programma Zie bijlage 9



6TSO-EE-b

INTEGRATIE ALGEMENE VAKKEN

39

7 Integratie algemene vakken 7.1 Nederlands 7.1.1

Aanvraag stageplaats

7.1.2

Aanvraag informatie

7.1.3

Sollicitatiebrief

7.1.4

Curriculum vitae



Jente Vanhecke Kapelstraat 7 9910 URSEL Tel. 09 375 33 35 e-mail: [email protected]

16 september 2013

Mevrouw Mievis Martine Koning Albert II- laan 27 1030 BRUSSEL

Stageaanvraag Belgacom

Geachte mevrouw Mievis Met deze brief zou ik u willen vragen of ik stage kan komen doen bij uw bedrijf. De stage zou lopen van 24 maart 2014 tot 4 april 2014. Ik studeer aan het PTI Eeklo de richting “Elektriciteit- Elektronica” en ik zit in het laatste jaar. Ik zou graag stage volgen in uw bedrijf omdat de werkzaamheden in uw bedrijf goed aansluiten bij mijn interesses en studie. Ik kijk er in ieder geval naar uit om de kennis en de vaardigheden die ik de afgelopen jaren tijdens mijn studie heb verworven, in de praktijk toe te passen. Tijdens mijn vakantiejob heb ik al 2 jaar na elkaar als hulp elektrotechnicus gewerkt bij vleeswaren De Keyser en dit voor een drietal weken. Ik spreek vloeiend Frans en Engels en kan mijn weg vinden in de programma’s Word, Excel, PowerPoint en Eplan. Ik ben zeer stipt en ga altijd gestructureerd te werk.

Voor meer informatie over mijn opleiding kan u bij mijn stagecoördinator meneer Schrooten terecht, zijn e-mail is [email protected]. Ik neem contact op met u op 25 november 2014 als ik uw antwoord nog niet vernomen heb. Met vriendelijke groeten

Jente Vanhecke

Van: Jente Vanhecke Aan: Steven Regelbrugge Onderwerp: Informatie afstudeermarkt

Geachte heer Regelbrugge Met deze email zou ik u willen vragen of ik informatie kan krijgen over de verandering in de wachttijd. Omdat onze school elk jaar een afstudeermarkt organiseert, zou het nuttig zijn dat wij enkele brochures kunnen krijgen over de wachttijd, zodat onze leerlingen weten wat hen te wachten staat. De Belgische staat heeft besloten de wachttijd langer te maken, zodat pas afgestudeerden later langer moeten wachten tot ze een wachtuitkering krijgen als ze geen werk vinden. Graag zou ik deze brochures willen hebben voor 4 maart, zodat ik een PowerPoint over het onderwerp kan maken. De informatie is vooral bedoeld voor bso en tso leerlingen die ervoor kiezen niet verder te studeren. Zou het mogelijk zijn een 400 -tal brochures te kunnen krijgen voor de afstudeermarkt van 11 maart?. Moet ik deze ophalen of brengt u ze naar onze school? Met vriendelijke groeten Jente Vanhecke

Jente Vanhecke Kapelstraat 7 9910 URSEL

ANTWERPEN 20 januari 2014

De personeelsdienst SGS Statutory Services Belgium 2000 ANTWERPEN

Sollicitatie Inspecteur Ingenieur elektriciteit SGS Statutory Services Belgium

Geachte heer Geachte mevrouw Via Vacatures.be heb ik vernomen dat SGS Statutory Services Belgium op zoek is naar een inspecteur ingenieur elektriciteit. Graag had ik mij kandidaat gesteld voor deze functie. Ik studeer aan het PTI Eeklo de richting Elektriciteit-Elektronica en ben dus vertrouwd met de verschillende motoren en de elektronica ervan. Daarnaast heb ik ook twee weken stage gelopen bij Belgacom als Telecomlasser-assistent en mocht daar ook de telefoon bekabeling inspecteren. Niet alleen door mijn stage maar ook door mijn interesse in elektriciteit heb ik veel geleerd over elektrische installaties wat dan ook belangrijk is voor deze job. Dankzij mijn leiderschap bij de Chiro ben ik zeer zelfstandig en bezit ik een groot verantwoordelijkheidsgevoel. Ik ben zeer stipt en zal altijd gepast mijn mening geven. In bijlage vindt u ook mijn cv. Ik zou graag mijn capaciteiten en mijn motivatie verder willen toelichten in een gesprek. Ik kijk alvast uit naar uw reactie. Met de meeste hoogachting

Vanhecke Jente Bijlage: cv

Curriculum vitae Persoonlijke gegevens

Naam: Voornaam Adres Tel.: GSM: E-mailadres: Geboorteplaats: Geboortedatum: Burgerlijke staat

Vanhecke Jente Kapelstraat 7 9910 Ursel 09 375 33 35 0471 65 48 67 [email protected] Gent 5 maart 1996

Studies

Periode: 2010-2014 Instituut: Provinciaal Technisch Instituut Eeklo Richting: Elektriciteit Elektronica tso Periode: 2009-2010 Instituut: Sint-Vincentius college Zomergem Richting: Industriële Wetenschappen aso Periode: 2008-2009 Instituut: Sint-Vincentius college Zomergem Richting: Wiskunde-talen aso Werkervaring Vakantiewerk

Werkgever: Adres: Functie: Jobinhoud: Periode:

De Keyser Groendreef 47 9880 Aalter magazijnier vlees verpakken bestellingen klaarmaken 9 juli 2012 – 23 juli 2012

23 juli 2013 – 10 augustus 2013

Bijkomende opleidingen

2013

VCA-attest

PTI EEKLO

2014

Voorlopig rijbewijs B

PTI EEKLO

Vaardigheden

Nederlands Frans Engels

Begrijpen

Spreken

Lezen

Schrijven

Moedertaal Goed Zeer goed

Moedertaal Matig Goed

Moedertaal Zeer goed Matig

Moedertaal Goed Matig

Softwarekennis

Zeer goede beheersing van MS-Word Zeer goede beheersing van MS-Excel Goede beheersing van MS-Access

6TSO-EE-b


45

7.2 Engels 7.2.1

Technical text

7.2.1.1 How Microcontrollers Work? 7.2.1.1.1 What is a Microcontroller? A microcontroller is a computer. All computers -- whether we are talking about a personal desktop computeror a large mainframe computer or a microcontroller -- have several things in common: 

All computers have a CPU (central processing unit) that executes programs. If you are sitting at a desktop computer right now reading this article, the CPU in that machine is executing a program that implements the Web browser that is displaying this page.



The CPU loads the program from somewhere. On your desktop machine, the browser program is loaded from the hard disk.



The computer has some RAM (random-access memory) where it can store "variables."



And the computer has some input and output devices so it can talk to people. On your desktop machine, the keyboard and mouse are input devices and the monitor and printer are output devices. A hard disk is an I/O device -- it handles both input and output. The desktop computer you are using is a "general purpose computer" that can run any of thousands of programs. Microcontrollers are "special purpose computers." Microcontrollers do one thing well. There are a number of other common characteristics that define microcontrollers. If a computer matches a majority of these characteristics, then you can call it a "microcontroller":



Microcontrollers are "embedded" inside some other device (often a consumer product) so that they can control the features or actions of the product. Another name for a microcontroller, therefore, is "embedded controller."



Microcontrollers are dedicated to one task and run one specific program. The program is stored in ROM(read-only memory) and generally does not change.



Microcontrollers are often low-power devices. A desktop computer is almost always plugged into a wall socket and might consume 50 watts of electricity. A battery-operated microcontroller might consume 50 milliwatts.



A microcontroller has a dedicated input device and often (but not always) has a small LED or LCD display for output. A microcontroller also takes input from the device it is controlling and controls the device by sending signals to different components in the device. For example, the microcontroller inside a TV takes input from the remote control and displays output on the TV screen. The controller controls the channel selector, the speaker system and certain adjustments on the picture tube electronics such as tint and brightness. The engine controller in a car takes input from sensors such as the oxygen and knock sensors and controls things like fuel mix and spark plug timing. A microwave oven controller takes input from a keypad, displays output on an LCD display and controls a relay that turns the microwave generator on and off.



A microcontroller is often small and low cost. The components are chosen to minimize size and to be as inexpensive as possible.



A microcontroller is often, but not always, ruggedized in some way. The microcontroller controlling a car's engine, for example, has to work in temperature extremes that a normal computer generally



6TSO-EE-b


46

cannot handle. A car's microcontroller in Alaska has to work fine in -30 degree F (-34 C) weather, while the same microcontroller in Nevada might be operating at 120 degrees F (49 C). When you add the heat naturally generated by the engine, the temperature can go as high as 150 or 180 degrees F (65-80 C) in the engine compartment. On the other hand, a microcontroller embedded inside a VCR hasn't been ruggedized at all. The actual processor used to implement a microcontroller can vary widely. For example, the cell phone shown on Inside a Digital Cell Phone contains a Z-80 processor. The Z-80 is an 8bit microprocessordeveloped in the 1970s and originally used in home computers of the time. The Garmin GPS shown in How GPS Receivers Work contains a low-power version of the Intel 80386, I am told. The 80386 was originally used in desktop computers. In many products, such as microwave ovens, the demand on the CPU is fairly low and price is an important consideration. In these cases, manufacturers turn to dedicated microcontroller chips -chips that were originally designed to be low-cost, small, low-power, embedded CPUs. The Motorola 6811 and Intel 8051are both good examples of such chips. There is also a line of popular controllers called "PIC microcontrollers" created by a company called Microchip. By today's standards, these CPUs are incredibly minimalistic; but they are extremely inexpensive when purchased in large quantities and can often meet the needs of a device's designer with just one chip. A typical low-end microcontroller chip might have 1,000 bytes of ROM and 20 bytes of RAM on the chip, along with eight I/0 pins. In large quantities, the cost of these chips can sometimes be just pennies. You certainly are never going to run Microsoft Word on such a chip -- Microsoft Word requires perhaps 30 megabytes of RAM and a processor that can run millions of instructions per second. But then, you don't need Microsoft Word to control a microwave oven, either. With a microcontroller, you have one specific task you are trying to accomplish, and low-cost, low-power performance is what is important. 7.2.1.1.2 What is a Microcontroller? A microcontroller is a computer. All computers -- whether we are talking about a personal desktop computeror a large mainframe computer or a microcontroller -- have several things in common: 

All computers have a CPU (central processing unit) that executes programs. If you are sitting at a desktop computer right now reading this article, the CPU in that machine is executing a program that implements the Web browser that is displaying this page.



The CPU loads the program from somewhere. On your desktop machine, the browser program is loaded from the hard disk.






And the computer has some input and output devices so it can talk to people. On your desktop machine, the keyboard and mouse are input devices and the monitor and printer are output devices. A hard disk is an I/O device -- it handles both input and output. The desktop computer you are using is a "general purpose computer" that can run any of thousands of programs. Microcontrollers are "special purpose computers." Microcontrollers do one thing well. There are a number of other common characteristics that define microcontrollers. If a computer matches a majority of these characteristics, then you can call it a "microcontroller":



6TSO-EE-b


47



Microcontrollers are "embedded" inside some other device (often a consumer product) so that they can control the features or actions of the product. Another name for a microcontroller, therefore, is "embedded controller."



Microcontrollers are dedicated to one task and run one specific program. The program is stored in ROM(read-only memory) and generally does not change.



Microcontrollers are often low-power devices. A desktop computer is almost always plugged into a wall socket and might consume 50 watts of electricity. A battery-operated microcontroller might consume 50 milliwatts.



A microcontroller has a dedicated input device and often (but not always) has a small LED or LCD display for output. A microcontroller also takes input from the device it is controlling and controls the device by sending signals to different components in the device. For example, the microcontroller inside a TV takes input from the remote control and displays output on the TV screen. The controller controls the channel selector, the speaker system and certain adjustments on the picture tube electronics such as tint and brightness. The engine controller in a car takes input from sensors such as the oxygen and knock sensors and controls things like fuel mix and spark plug timing. A microwave oven controller takes input from a keypad, displays output on an LCD display and controls a relay that turns the microwave generator on and off.



A microcontroller is often small and low cost. The components are chosen to minimize size and to be as inexpensive as possible.



A microcontroller is often, but not always, ruggedized in some way. The microcontroller controlling a car's engine, for example, has to work in temperature extremes that a normal computer generally cannot handle. A car's microcontroller in Alaska has to work fine in -30 degree F (-34 C) weather, while the same microcontroller in Nevada might be operating at 120 degrees F (49 C). When you add the heat naturally generated by the engine, the temperature can go as high as 150 or 180 degrees F (65-80 C) in the engine compartment. On the other hand, a microcontroller embedded inside a VCR hasn't been ruggedized at all. The actual processor used to implement a microcontroller can vary widely. For example, the cell phone shown on Inside a Digital Cell Phone contains a Z-80 processor. The Z-80 is an 8bit microprocessordeveloped in the 1970s and originally used in home computers of the time. The Garmin GPS shown in How GPS Receivers Work contains a low-power version of the Intel 80386, I am told. The 80386 was originally used in desktop computers. In many products, such as microwave ovens, the demand on the CPU is fairly low and price is an important consideration. In these cases, manufacturers turn to dedicated microcontroller chips -chips that were originally designed to be low-cost, small, low-power, embedded CPUs. The Motorola 6811 and Intel 8051are both good examples of such chips. There is also a line of popular controllers called "PIC microcontrollers" created by a company called Microchip. By today's standards, these CPUs are incredibly minimalistic; but they are extremely inexpensive when purchased in large quantities and can often meet the needs of a device's designer with just one chip. A typical low-end microcontroller chip might have 1,000 bytes of ROM and 20 bytes of RAM on the chip, along with eight I/0 pins. In large quantities, the cost of these chips can sometimes be just pennies. You certainly are never going to run Microsoft Word on such a chip -- Microsoft Word

requires perhaps 30 megabytes of RAM and a processor that can run millions of instructions per second. But then, you don't need Microsoft Word to control a microwave oven, either. Elektriciteit-Elektronica


6TSO-EE-b


48

With a microcontroller, you have one specific task you are trying to accomplish, and low-cost, lowpower performance is what is important. 7.2.1.1.3 Using Microcontrollers In How Electronic Gates Work, you learned about 7400-series TTL devices, as well as where to buy them and how to assemble them. What you found is that it can often take many gates to implement simple devices. For example, in the digital clock article, the clock we designed might contain 15 or 20 chips. One of the big advantages of a microcontroller is that software -- a small program you write and execute on the controller -- can take the place of many gates. In this article, therefore, we will use a microcontroller to create a digital clock. This is going to be a rather expensive digital clock (almost $200!), but in the process you will accumulate everything you need to play with microcontrollers for years to come. Even if you don't actually create this digital clock, you will learn a great deal by reading about it. The microcontroller we will use here is a special-purpose device designed to make life as simple as possible. The device is called a "BASIC Stamp" and is created by a company called Parallax. A BASIC Stamp is a PIC microcontroller that has been customized to understand the BASIC programming language. The use of the BASIC language makes it extremely easy to create software for the controller. The microcontroller chip can be purchased on a small carrier board that accepts a 9volt battery, and you can program it by plugging it into one of the ports on your desktop computer. It is unlikely that any manufacturer would use a BASIC Stamp in an actual production device -- Stamps are expensive and slow (relatively speaking). However, it is quite common to use Stamps for prototyping or for one-off demo products because they are so incredibly easy to set up and use. They are called "Stamps," by the way, because they are about as big as a postage stamp. The specific BASIC Stamp we will be using in this article is called the "BASIC Stamp Revision D". The BASIC Stamp Revision D is a BS-1 mounted on carrier board with a 9-volt battery holder, a power regulator, a connection for a programming cable, header pins for the I/O lines and a small prototyping area. You could buy a BS-1 chip and wire the other components in on a breadboard. The Revision D simply makes life easier. You can see from the previous table that you aren't going to be doing anything exotic with a BASIC stamp. The 75-line limit (the 256 bytes of EEPROM can hold a BASIC program about 75 lines long) for the BS-1 is fairly constraining. However, you can create some pretty neat stuff, and the fact that the Stamp is so small and battery operated means that it can go almost anywhere. 7.2.1.1.4 Programming the BASIC Stamp You program a BASIC Stamp using the BASIC programming language. If you already know BASIC, then you will find that the BASIC used in a Stamp is straightforward but a little stripped-down. If you don't know BASIC, but you do know another language like C, Pascal or Java, then picking up BASIC will be trivial. If you have never programmed before, you probably want to go learn programming on a desktop machine first. Here is a quick rundown on the instructions available in Stamp BASIC. (For complete documentation, go toParallax: BASIC Stamp Documentation.) Elektriciteit-Elektronica


6TSO-EE-b


49

“How Microcontrollers Work” Site: How stuff works? link: http://www.howstuffworks.com/mircocontroller.htm



6TSO-EE-b 7.2.2


50

Glossary

Words

Context

Definition

Translation

Adjustment

The controller controls the channel selector, the speaker system and certain adjustments on the picture tube electronics such as tint and brightness.

a small change

Aanpassing

Brightness

The controller controls the channel selector, the speaker system and certain adjustments on the picture tube electronics such as tint and brightness.

The quality of being bright.

Helderheid

Camcorder

Nice SLR and digital cameras, cell phones, camcorders, answering machines, laser printers, telephones

Common

It's common knowledge that they live together.

a fact that everyone knows

Algemeen

Constrain

The country's progress was constrained by a leader who refused to look forward.

to control and limit something

Verplichten, afdwingen

Consume

Our high living standards cause our present population to consume 25 percent of the world's oil.

to use fuel, energy, or time, especially in large amounts

Verbruiken

Customize

I customize my van.

To make or alter to individual or personal specifications

Aanpassen

Dedicate

He has dedicated his life to scientific research

to give all of your energy, time, etc.

Toewijden

To be

The thorn was

fixed into the surface of

Vastzitten in


a small video camera that can be held easily in one hand

Camera


6TSO-EE-b


51

embedded (in)

embedded in her thumb.

something

execute

a small programme you write and execute on the controller

do something

Uitvoeren

implement

The changes to the national health system will be implemented next year.

to start using a plan or system

Toepassen,uitvoeren

interact

Dominique's teacher says that she interacts well with the other children

to communicate with or react to

Samenwerken, met elkaar reageren

manufacturer

Germany is a major manufacturer of motor cars.

a company that produces goods in large numbers

Fabricant

neat

Your house is always so neat - how do you manage it with three children?

tidy, with everything in its place:

Netjes

pager

Nice SLR and digital cameras, cell phones, camcorders, answering machines, laser printers, telephones (the ones with caller ID, 20-number memory, etc.), pagers, and feature-laden refrigerators, dishwashers, washers and dryers (the ones with displays and keypads)...

a small device that you carry or wear, which moves or makes a noise to tell you that someone wants you to phone them

Semafoon, pieper

postage

Please enclose £15.99, plus £2 for postage.

the money that you pay for sending letters and parcels through the post:

Verzendingskosten

require

Please phone this number if you require any further information.

to need something or make something necessary:

Vereisen

rugged

Rugged mountains and

wild and not even; not

Ruig



6TSO-EE-b


52

untamed forest came to represent a country that wanted to see itself as strong and fertile.

easy to travel over:

vary

Salary scales vary between states/from state to state/according to state/with each state.

If things of the same type vary, they are different from each other, and if you vary them, you cause them to be different from each other:

Variëren

whether

All computers whether we are talking about a personal desktop computer or a large mainframe computer or a microcontroller -- have several things in common:

(used especially in reporting questions and expressing doubts) if, or not:

Of



6TSO-EE-b

7.2.3


53

10 questions and answers

1) What is a microcontroller? A microcontroller is a computer 2) What do a computer and a microcontroller have common? 

All computers have a CPU (central processing unit) that executes programmes. If you are sitting at a desktop computer right now reading this article, the CPU in that machine is executing a programme that implements the Web browser that is displaying this page.



The CPU loads the programme from somewhere. On your desktop machine, the browser programme is loaded from the hard disk.






And the computer has some input and output devices so it can talk to people. On your desktop machine, the keyboard and mouse are input devices and the monitor and printer are output devices. A hard disk is an I/O device -- it handles both input and output.

3) Where is the programme of a microcontroller stored? The programme is stored in ROM(read-only memory) and generally does not change. 4) Why are microcontrollers often low-power devices? Because a microcontroller might consume 50 milliwatts. 5) What is one of the big advantages of a microcontroller? One of the big advantages of a microcontroller is that software -- a small programme you write and execute on the controller can take the place of many gates. 6) Why are microcontrollers sometimes called stamps? Because they are about as big as a postage stamp 7) What is a disadvantage of a Basic Stamp? Stamps are expensive and slow. 8) What is the Z-80 processor? The Z-80 is an 8-bit microprocessor developed in the 1970s and originally used in home computers of that time. 9) Give two good examples of chips? The Motorola 6811 and Intel 8051 are both good examples of such chips. 10) What are microcontrollers dedicated to? Microcontrollers are dedicated to one task and run one specific programme. The programme is stored in ROM(read-only memory) and generally does not change.



6TSO-EE-b 7.2.4


Outline

Main idea: What is a microcontroller and how microcontrollers used in commercial products Microcontrollers 1. What?    

       

Computer CPU o Load the programme RAM o Store variables Inputs and outputs o Input: keyboard, mouse, etc. o Output: monitor, printer, etc. Embedded Run one specific programme Programme stored in ROM Low-power devices o 50 miliwatt’s Sending signals o Different components Small and low cost temperature insensitive Different tasks

2. Using microcontrollers  

Software o Small programme Basic stamp = microcontroller o PIC controller o Understand the BASIC programme langue  Easy to create software o Not big o Use it anywhere o Company: Parallax o Expensive o Slow


54

6TSO-EE-b 7.2.5


55

Summary

Microcontrollers A microcontroller is a computer. It has a CPU. And the CPU loads the programme from the microcontroller on your desktop machine, the browser etc. The computer or microcontroller also has a RAM that can store variables. The computer has some input and output devices so it can talk to people. On your desktop machine, the keyboard and mouse are input devices and the monitor and printer are output devices. Microcontrollers are embedded inside some other devices so that they can control the features or actions of the product. Microcontrollers are dedicated to one task and run one specific programme. The programme is stored in ROM and generally does not change. Microcontrollers are often low-power devices. A desktop computer is almost always plugged into a wall socket and might consume 50 miliwatts of electricity. A microcontroller sents signals to different components, so they know what they must do. A microcontroller is often small and low cost. The components are chosen to minimize size and to be as inexpensive as possible. Whether it is 49 degrees or -30 degrees the microcontroller will always work, e.g. if you use it on Antarctica or in Africa. The microcontroller is not temperature sensitive. Every microcontroller is different because they have a different task. With the small software you can write a programme for products, for example a microwave. The STAMP is a microcontroller that is not big and you can use it anywhere. The device is called a "BASIC Stamp" and is created by a company called Parallax. A BASIC Stamp is a PIC microcontroller that has been customized to understand the BASIC programming language. The use of the BASIC language makes it extremely easy to create software for the controller. Stamps are expensive and slow.


6TSO-EE-b 7.2.6


56

Formal letter Kapelstraat 7 9910 Ursel Belgium 7 November 2013

Conrad Klaus-Conrad-Straße 92240 Hirschau Germany

Dear Sir or Madam, I am writing this letter to enquire about the Arduino? I would be grateful if you could send me some datasheets and plans about the Arduino, I’m using for my final project. It would be a lot simpler if I had some more information about the Arduino. Maybe you could give me some tips and extra details. I also have a question. Is the Arduino fast enough for the led cube? Could you also send me a price list, please? I look forward to hearing from you. Yours faithfully,

J Vanhecke



6TSO-EE-b


57

7.3 Frans 7.3.1 Demande de documentation V. lettre en annexe. 7.3.2 Bus de terrain: vocabulaire technique Français Néerlandais activateur

actuator

alimentation

voeding

appareillage de terrain

veldapparaat

basse tension

laagspanning

boîtier

behuizing

bus de terrain

veldbus

câblage

bedrading

capteur

sensor

circuit de sécurité

veiligheidscircuit

commande

besturing

commutateur de puissance

vermogensschakelaar

composante

component

communication de données

datacommunicatie

démarreur de moteur

motorstarter

distribution

schakelen

donnée conditionnelle

voorwaardelijk gegeven

durée d’interruption

stilstandtijd

fil

draad

flux de messages

berichtenstroom

fusible

zekering

guide d’interopérabilité

interoperabiliteitsgids

mesure

meting

mise en service

ingebruikstelling

outil logiciel

softwaretool

réseau

netwerk

sauvegarde

bescherming

soupape de contrôle

regelklep

téléchargement à distance

vanop afstand afladen

tension

spanning

traitement des signaux

signaalverwerking

V. texte de base en annexe.



Jente Vanhecke Kapelstraat 7 BE-9910 URSEL BELGIQUE + 32 9 375 33 35 [email protected]

2013-11-7

Ledpower 6 rue du champs de la croix FR-72120 Saint-Calais FRANCE

Demande de documentation

Madame Monsieur Vous serait-il possible de me faire parvenir de la documentation sur les leds produits par votre entreprise ? Je suis élève en terminale en section électricité-électronique , dans un lycée flamand, à Eeklo, en Belgique. En ce moment, je prépare un travail de fin d’études qui consiste à fabriquer un led cube commandé par un arduino. Il est bien sûr important que les leds soient correctement installés. Votre documentation à ce sujet me serait donc très utile. Je vous remercie d’avance de la suite favorable que vous pourriez donner à ma demande. Veuillez agréer, madame, monsieur, mes sincères salutations.

Jente Vanhecke

Bus de terrain colonne vertébrale du système d’installation Le marché des bus de terrain a subi un développement remarquable. L’offre existante dans ce domaine est d’ailleurs devenue nettement plus claire depuis l’acceptation de la norme Cenelec NE 50170 et NE 50254 concernant les systèmes globaux de communication. Les bus de terrain offrent l’avantage de réduire les coûts liés au câblage. Par la même occasion, ils établissent le lien entre le monde du contrôle et celui de l’informatique. Le bus utilisé doit être en mesure de traiter le flux d’informations entre ces deux mondes, sans pour cela perturber le flux des données sensibles à des limitations critiques dans le temps. Objectifs Fieldbus est un système de communication de données qui doit permettre d’effectuer des mesures et des contrôles au niveau des processus entre différents appareillages de terrain, différents appareillages de régulation, différents appareillages de type PLC et des systèmes orientés sur le PC. Le nom de Fieldbus ne peut être utilisé que lorsqu’il soutient le standard ISA/IEC. L’objectif du système Fieldbus est de déterminer une forme plus standardisée de communications digitales pour la technique de régulation des processus et pour l’automatisation de la fabrication. On s’attend généralement à ce que le Fieldbus amènera une plus grande intelligence dans les appareillages de terrains, et particulièrement dans les appareils de mesure primaires et les soupapes de contrôle. Pour pouvoir profiter des avantages liés aux bus, il suffit que l’utilisateur décrive les exigences de son application en fonction des trois catégories suivantes de données: - les données cycliques : des données répétitives en temps réel ; - les données conditionnelles : les informations occasionnelles comme les signaux d’alarme ; - les messages : des informations communiquées occasionnellement et caractérisées par un volume considérable de données comme, par exemple, le téléchargement à distance d’un nouveau procédé. Le premier élément essentiel d’un bus de terrain est le protocole de communication. Le protocole doit garantir que les informations cycliques critiques dans le temps ne soient pas perturbées par le flux de messages et d’événements moins prioritaires. Le second élément important d’un bus de terrain est son guide d’interopérabilité, dans lequel l’utilisateur peut faire un choix parmi les produits de différentes origines. Ce guide offre une structure globale avec possibilité de choix entre des profils généraux à complexité croissante : - profil 1: Plug and Play ; - profil 2: pour des dispositifs simples à données cycliques et conditionnelles ; - profil 3: pour les dispositifs complexes à variables tant cycliques que conditionnelles, comme des messages. Le guide offre également un «compagnon» standard, à savoir une norme accompagnatrice pour chaque type de produit issu d’un domaine d’application donné. Les besoins de l’utilisateur et naturellement le pouvoir de persuasion du fabricant détermineront la technologie de bus qui sera la plus appropriée pour atteindre cet objectif. L’armoire de distribution électrique Après que les modules d’entrée et de sortie pour les capteurs et les activateurs aient disparus de

l’armoire de distribution et soient déplacés sur le terrain, il est temps maintenant de s’occuper de la partie restante qui se trouve encore dans l’armoire de distribution. Un récent développement de cette poursuite de la décentralisation est illustré par la construction orientée vers la fonction de la station d’Interbus Inline. A l’aide de ce système d’installation, l’installateur peut optimaliser la construction de son armoire de distribution. S’il procède dans les règles de l’art, l’armoire de distribution centrale deviendra même superflue. A ce jour, l’armoire de distribution électrique a subi deux révolutions. A la fin des années’70, le PLC a remplacé les contacteurs et les relais. Au début des années’90, l’armoire de distribution centrale a été confrontée au phénomène du bus de terrain, qui a réparti les capteurs et les activateurs de façon décentralisée. La troisième révolution, celle qui évincera finalement l’armoire de distribution, se trouve à notre porte : un système de bus qui reprendra toutes les fonctions centralisées dans l’armoire de distribution - qu’elles soient décentralisées ou intégrales. L’armoire de distribution intègre les fonctions de distribution, de commande, de protection et de sauvegarde. Le facteur important est la flexibilité proposée à l’utilisateur. A ce jour, cette flexibilité est caractérisée par le boîtier abritant tous les appareillages de distribution à basse tension et toutes les commandes. D’importants efforts ont été concédés pour standardiser ces composantes. On n’y a réussi que partiellement. En effet, chaque armoire de distribution se présente différemment. Les armoires de distribution sont toujours caractérisées par un enchevêtrement de fils et de câbles en fonction du type ou de la marque des composantes. Le besoin d’un standard innovant au niveau du système est évident. Assurer la liaison entre les systèmes constitue la mission principale pour chaque système de bus, et cette tâche ne se termine pas devant la porte de l’armoire de distribution. L’armoire de distribution centrale perd de plus en plus en termes de signification. La décentralisation des fonctions électriques sur le terrain constitue une condition absolue pour les machines et installations efficaces et économiques. Une position clé de cette évolution réside dans le domaine de la transmission des données sur le terrain. Cette fonction est assurée par le système de bus grâce à la simplicité des fonctions Plug & Play et à ses possibilités transparentes d’intégration qui vont des simples capteurs à 1 bit aux commandes complexes des robots. Aujourd’hui, les différentes fonctions d’un démarreur de moteur, par exemple, sont toujours constituées de composantes séparées. Pour bien harmoniser les fonctions de distribution, de protection, de commande et de sécurité, il faut impérativement prévoir des câblages externes entre les composantes séparées dans l’armoire de distribution. Bien que la standardisation des composantes ait débouché sur une meilleure interchangeabilité au cours des dernières années, elle ne se traduit pas encore par une meilleure capacité des systèmes. Pour réduire l’importance des câblages dans les armoires de distribution, il faut trouver de nouveaux concepts pratiques. Le fabricant allemand Phoenix Contact a développé un tel concept. Ce concept, le système Interbus Inline, est basé sur une construction de la station orientée vers les fonctions. Dans ce concept, le bus de terrain est considéré comme un système complet d’installation dans lequel n’apparaît plus l’armoire de distribution. Selon le fabricant, cette approche permet une économie de 25 pour cent en termes de réduction d’espace, de 40 pour cent au niveau des coûts et de 70 pour cent en termes de frais de stockage des composantes.

Système universel d’installation Un système automatisé d’installation complet doit comprendre les quatre fonctions de base suivantes : - commande et régulation, - distribution et protection, - traitement et transport des signaux, - contrôle des situations dangereuses. Dans l’état actuel de la technique, il est possible de traiter des signaux de façon décentralisée ce qui provoque un glissement du niveau classique PLC I/O de l’armoire centrale de distribution vers le terrain. Une part importante de la commande des activateurs, du contrôle des moteurs et de la protection via des circuits d’arrêts d’urgence se déroule toutefois encore dans l’armoire centrale de distribution. Il n’est donc pas encore question d’un système universel d’automatisation. De plus, le câblage de l’alimentation et des circuits de sécurité s’effectue toujours en forme d’étoile en direction de l’armoire centrale de distribution, ne permettant ainsi au bus de terrain qu’une utilisation très partielle de ses possibilités. Pour cette raison, l’objectif des techniciens de Phoenix était la création d’un système universel d’installation qui utilise le bus de terrain comme moyen de décentralisation et qui contient également les quatre fonctions de base. Interbus Inline L’aspiration d’intégrer des composantes de terrain et des composantes d’armoire de distribution IP 65 dans un système total de communication, de transport d’énergie et de technique de sécurité a débouché sur la création du système Interbus Inline, un système modulaire de bus de terrain disposant de fonctions standards comme les entrées et sorties digitales, les compteurs, les commutateurs de puissance, les systèmes de distribution à basse tension, les commutateurs de moteurs, les fonctions de sécurité et les bornes de commande. Le système est «finement modulaire» ce qui signifie que le nombre de pines I/O digitales et analogiques peut être adapté avec précision aux besoins dictés par la situation. Chaque module Inline est basé sur Interbus ce qui permet à l’installateur de ne pas avoir à relier les modules entre eux. En cliquant les modules sur un rail de montage, on réalise la connexion du bus, l’alimentation, le circuit de sécurité, les groupes de potentiel et les fusibles sans avoir à câbler l’armoire de distribution. De plus, on a intégré des câblages d’arrêt d’urgence dans le système pour des relais Inline spéciaux de sécurité. Outil logiciel L’utilisation conséquente d’un seul système de bus confère à un système d’automatisation une structure de bus uniforme du capteur à la commande. Ce procédé offre de nombreux avantages à l’utilisateur en termes de réduction des coûts. Parmi ces avantages, on compte e.a. une configuration et une projection simple et générale lors de l’entretien et de la mise en service ainsi qu’un système efficace de diagnostic. Pour ce faire, Interbus nécessite l’outil logiciel CMD (Configuration Monitoring Diagnostic). Ce logiciel offre à l’utilisateur la possibilité de configurer le réseau, de surveiller le processus et de poser des diagnostics en cas de défaillances. Au cas où une erreur se produirait au niveau du réseau, le programme de diagnostic aidera l’utilisateur à détecter rapidement cette erreur, limitant ainsi au minimum les durées d’interruption. Grâce à la décentralisation du traitement des

signaux, à la distribution de l’approvisionnement en énergie et à l’intégration d’un système de sécurité, le concept d’un système complet d’installation est devenu un peu plus une réalité. H.L http://www.mainpress.com/nederlands/dossier_maintenance/Veldbus.htm

Veldbus ruggengraat van het installatiesysteem De markt van de veldbussen heeft een opmerkelijke ontwikkeling ondergaan. Het aanbod in dit domein is trouwens veel duidelijker geworden sinds de aanvaarding van de Cenelec EN 50170 en EN 50254 norm aangaande de globale communicatiesystemen. De veld- of terreinbussen bieden het voordeel de kableringskosten te drukken. Tevens leggen zij de link tussen de wereld van de controle en deze van de informatica. De aangewende bus moet in staat zijn de informatiestroom tussen deze twee werelden te verwerken, zonder daarbij de flux aan gegevens die onderhevig zijn aan kritische tijdsbeperkingen te storen. Doelstellingen Fieldbus is een datacommunicatiesysteem dat procesmetingen en procescontrole moet toelaten tussen verschillende veldapparaten, verschillende regelapparaten, verschillende PLC apparaten en PC georiënteerde systemen. De naam Fieldbus kan enkel worden gebruikt wanneer het de ISA/IEC standaard ondersteund. De doelstelling van Fieldbus is een meer gestandaardiseerde vorm van digitale communicatie vastleggen voor de procesregeltechniek en voor de fabrieksautomatisatie. De algemene verwachting is dat met Fieldbus meer intelligentie terecht zal komen in de veldapparaten, waaronder zeker in de primaire meetapparaten en de regelklep. Om te kunnen profiteren van de voordelen van de bussen volstaat het dat de gebruiker de vereisten van zijn toepassing beschrijft in functie van volgende drie gegevens categorieën: - cyclische gegevens: real time repetitieve gegevens; - voorwaardelijke gegevens: occasioneel optredende informatie zoals alarmsignalen; - berichten: occasioneel meegedeelde informatie gekenmerkt door een aanzienlijk volume aan gegevens, bijvoorbeeld het van op afstand afladen van een nieuw procédé. Het eerste essentieel element van een terreinbus is het communicatieprotocol. Het protocol moet garanderen dat de cyclische, tijdskritische informatie niet gestoord wordt door de flux aan berichten en voorvallen met lagere prioriteit. Het tweede belangrijk element van een terreinbus is zijn interoperabiliteitsgids, waarin de gebruiker een keuze kan maken tussen de producten van verscheidene oorsprong. Deze gids biedt een globale structuur met de keuzemogelijkheid tussen algemene profielen met toenemende complexiteit: - profiel 1: Plug and Play; - profiel 2: voor eenvoudige dispositieven met cyclische en voorwaardelijke gegevens; - profiel 3: voor complexe dispositieven met zowel cyclische en voorwaardelijke veranderlijken, als berichten.

De gids biedt tevens een standaard "metgezel", ’t is te zeggen een begeleidende norm voor elk producttype uit een gegeven toepassingsgebied. De noden van de gebruiker en uiteraard de overtuigingskracht van de fabrikant zullen uitwijzen welke bustechnologie het beste geschikt is om deze doestelling te bereiken. De elektrische schakelkast Nadat de in- en uitgangsmodules voor sensoren en actuatoren uit de schakelkast zijn verdwenen en naar het veld zijn verplaatst, is het nu de beurt aan het resterende gedeelte dat zich nog in de schakelkast bevindt. Een recente ontwikkeling van deze verdere decentralisatie is de functiegeoriënteerde stationsopbouw van Interbus Inline. Aan de hand van dit installatiesysteem kan de installateur de schakelkastopbouw optimaliseren. En als hij dat goed doet is de centrale schakelkast zelfs overbodig. De elektrische schakelkast heeft tot op heden twee revoluties doorstaan. Op het eind van de jaren ’70 verving de PLC de contactoren en relais. Bij het begin van de jaren ’90 werd de centrale schakelkast geconfronteerd met het fenomeen veldbus, dat de sensoren en actoren decentraal verspreidde. De derde revolutie, die uiteindelijk de schakelkast zal opruimen, staat voor de deur: een bussysteem dat elke functie die in de schakelkast gecentraliseerd wordt, overneemt – decentraal en integraal. De schakelkast integreert schakel-, besturings-, beschermings- en beveiligingsfuncties. Belangrijk is de flexibiliteit die aan de gebruiker geboden wordt. Deze wordt tot op heden gekenmerkt door de behuizing die alle laagspanningsschakelapparatuur en besturingen herbergt. Veel werd gedaan om deze componenten te standaardiseren. Daarin is men slechts ten dele geslaagd. Elke schakelkast is immers anders. Schakelkasten worden nog steeds gekenmerkt door een wirwar van draden en kabels afhankelijk van het type of merk van componenten. Er is een duidelijke behoefte aan een innovatieve standaard op systeemniveau. Systemen verbinden is de belangrijkste opdracht van elk bussysteem, en deze opgave eindigt niet voor de schakelkastdeur. De centrale schakelkast verliest meer en meer aan betekenis. Decentralisatie van elektrische functies in het veld is een absolute voorwaarde voor efficiënte en economische machines en installaties. Een sleutelpositie in deze evolutie ligt bij de gegevensoverdracht in het veld. Deze functie wordt waargenomen door het bussysteem met zijn Plug&Play-eenvoud en zijn transparante integreerbaarheid, gaande van eenvoudige 1-bit-sensoren tot complexe robotsturingen. Vandaag de dag worden de verschillende functies voor bijvoorbeeld een motorstarter nog steeds uit afzonderlijke componenten gebouwd. Om de schakel-, bescherm-, stuur, en veiligheidsfunctie goed op elkaar af te stemmen is uitwendige bedrading vereist tussen de losse componenten in de schakelkast. De standaardisatie van de componenten heeft in de laatste jaren weliswaar tot een betere uitwisselbaarheid geleid maar heeft nog steeds niet geresulteerd in een betere systeemcapaciteit. Om de bedrading in schakelkasten te verminderen zijn praktische en nieuwe concepten nodig. De Duitse firma Phoenix Contact heeft nu zo’n concept ontwikkeld. Dit concept, het Interbus Inline systeem, is gebaseerd op een functie georiënteerde stationsopbouw. De veldbus wordt hierbij gezien als een compleet installatiesysteem waarin de centrale schakelkast niet meer

voorkomt. Met volgens de fabrikant als resultaat 25 procent ruimtebesparing, 40 procent kostenbesparing en 70 procent minder opslagkosten van componenten. Universeel installatiesysteem Een compleet geautomatiseerd installatiesysteem dient te bestaan uit de volgende vier basisfuncties: - besturen en regelen, - schakelen en afschermen, - signalen verwerken en transporteren, - controleren van gevaarlijke situaties. Met de huidige stand der techniek is het mogelijk signalen decentraal te verwerken waardoor het klassieke PLC I/O-niveau is verschoven van de centrale schakelkast naar het veld. Maar een groot deel van de besturing van actuatoren, de controle van motoren en de beveiliging via noodstopcircuits vindt nog steeds plaats in de centrale schakelkast. Er is dus nog geen sprake van een universeel automatiseringssysteem. Daarnaast verloopt de bedrading van voeding en veiligheidscircuits nog steeds stervormig richting de centrale schakelkast, waardoor de veldbus slechts een klein deel van zijn mogelijkheden benut. Het doel van de Phoenix-techneuten was daarom het creëren van een universeel installatiesysteem dat de veldbus gebruikt als decentralisatiemiddel en dat tevens de vier basisfuncties bevat. Interbus Inline Het streven om IP 65 veldcomponenten en schakelkastcomponenten te integreren in een totaal systeem voor communicatie, energietransport en veiligheidstechniek heeft geresulteerd in het Interbus Inline systeem, een modulair veldbussysteem met standaardfuncties zoals digitale in- en uitgangen, tellers, vermogensschakelaars, laagspanningsschakelsystemen, motorschakelaars, veiligheidsfuncties en besturingsklemmen. Het systeem is "fijn-modulair" wat wil zeggen dat het aantal digitale en analoge I/O-klemmen precies is af te stemmen op de behoefte van de situatie. Elke Inline module is gebaseerd op Interbus waardoor de installateur de modules niet onderling hoeft te verbinden. Door de modules op een montagerail te klikken, worden busaansluiting, voeding, veiligheidscircuit, potentiaalgroepen en zekeringen tot stand gebracht zodat het bekabelen van de schakelkast niet meer nodig is. Verder is er noodstopbedrading in het systeem geïntegreerd voor speciale Inline veiligheidsrelais. Softwaretool Het consequente gebruik van één bussysteem verschaft een automatiseringssysteem een uniforme busstructuur van sensor tot besturing. Voor de gebruiker biedt dit vele kostenverlagende voordelen. Daarbij behoort o.a. een eenvoudige en algemene configurering en projectering bij service en ingebruikstelling en een effectief diagnosesysteem. Voor Interbus is daarvoor de softwaretool CMD (Configuration Monitoring Diagnostic) nodig. Deze software biedt de gebruiker de mogelijkheid het netwerk te configureren, te monitoren en bij storingen diagnoses te stellen. Mocht er een fout optreden in het netwerk, dan helpt het diagnose programma de gebruiker deze fout snel te vinden waardoor de stilstandtijd tot een minimum beperkt blijft. Met de decentralisatie van de signaalverwerking, de distributie van de energievoorziening en de integratie van een veiligheidssysteem, is het concept van een compleet installatiesysteem weeral iets dichter bij de

werkelijkheid gekomen. Belangrijk hierin is de rol van de veldbus die als verbindingselement tussen de individuele velden de ruggengraat van het installatiesysteem vormt. H.L.

6TSO-EE-b

BESLUIT

66

8 Besluit De led cube bestond uit een Arduino of PLC. Met een programma konden we de led cube verschillende patronen geven maar het programmeren van het programma was moeilijk en duurde langer dan verwacht. Na veel uitleg te hebben gevraagd en met veel geduld kwam ons programma toch tot stand. Door het maken van deze GIP kwam ik veel te weten over de PLC en zijn programmeertaal. Ook leerde ik dat er verschillende soorten Arduino’s bestaan en dat ze allemaal een verschillende functie hebben. Nog iets belangrijks dat ik inzag door mijn GIP was het verschil in snelheid tussen een PLC en een Arduino en hoe belangrijk dit wel kan zijn in de industrie. Ik leerde natuurlijk veel bij door deze proef maar het allerbelangrijkste dat ik heb geleerd is, hoe belangrijk vriendschap wel kan zijn om een GIP goed te kunnen afwerken. Het moeilijkste aan dit eindwerk was het solderen van de kubus. Meneer Mestchen legde ons dan ook uit hoe we het best konden solderen. Na veel laagjes te hebben gesoldeerd, waren wij blij dat het resultaat er eindelijk was. Ook het bekabelen van onze PLC-kast duurde heel lang en dreigde zelfs iets uit te lopen maar door lang en intensief door te werken kwamen we er toch. Ook hadden we een paar problemen met de CPU van de PLC want de CPU kon maar twee PLC’s voeden en we hadden er drie, dus moesten we alles herbekabelen en een andere CPU zoeken. Wat ik zeker wil benadrukken is de samenwerking tussen mijn collega Jonas Nuyt en mezelf. Alles deden wij samen en als iets niet goed lukte, legde hij het mij uit en omgkeerd. Ook het maken van ons GIP-document was alles behalve makkelijk maar door een vlotte werkverdeling verliep alles volgens plan. Ook het enthousiasme van mijn collega zorgde ervoor dat ik er bleef voor gaan.



6TSO-EE-b

BRONNEN

67

9 Bronnen http://nl.wikipedia.org/wiki/Matrix_(wiskunde) www.arduino.cc www.weerstandcalculator.nl www.ledsafe.nl/informatie/over-led https://www.energiesparen.be/node/2017 www.encyclo.nl www.linetec.nl www.glimp.nl www.ledverlichtingwinkels.nl/wat-is-een-led/ www.khbo.be/peuteman/elektr2dekan1sem/deeldoc3.pdf www.schakelingenonline.nl/artikelen/transistor.htm http://wetenschap.infonu.nl/natuurkunde/49728-het-foto-elektrisch-effect-en-elektronen.html

MESTCHEN, L., Voedingen MESTCHEN, L., Componenten MESTCHEN, L., Afspraken spannings- en stroompijlen MESTCHEN, L., Flipflops MESTCHEN, L., Transistor als schakelaar



6TSO-EE-b

FIGURENLIJST

68

10 Figurenlijst Figuur 1 Blokschema project ................................................................................................................... 9 Figuur 2 Voorbeeld van een 4 x 4 matrix .............................................................................................. 10 Figuur 3 Structuur raster ....................................................................................................................... 10 Figuur 4 Tabel voor de bepaling van de weerstandwaarde .................................................................. 11 Figuur 5 Grafiek spanningsval over een led met respectievelijke stroomdoorgang ............................. 11 Figuur 6 Berekening van de voorschakelweerstand voor een led ........................................................ 12 Figuur 7 Aansluiting van een led met voorschakelweerstand .............................................................. 12 Figuur 8 Terugslagventiel ..................................................................................................................... 12 Figuur 9 PN-junctie in doorlaat en sper ................................................................................................ 13 Figuur 10 Inwendig schema led ............................................................................................................. 14 Figuur 11 Werking hoe een led licht geeft ............................................................................................ 14 Figuur 12 Constructie van een led......................................................................................................... 15 Figuur 13 Opbouw led ........................................................................................................................... 15 Figuur 14 Samenvatting chemische samenstelling leds ........................................................................ 16 Figuur 15 Inwendig schema van een RGB-led (gemeenschappelijke anode) ....................................... 17 Figuur 16 Verzameling van de RGB kleuren ......................................................................................... 17 Figuur 17 Enkele voorbeelden van Hexadecimale kleurencoderingen ................................................. 18 Figuur 18 Formule voor het berekenen van het ontwikkelde vermogen in een transistor .................. 19 Figuur 19 Formule voor het berekenen van de basisstroom om een transistor in saturatie te sturen 19 Figuur 20 D-flipflop (IEC symbool)......................................................................................................... 20 Figuur 21 Tijdsvolgordediagramma D-flipflop....................................................................................... 20 Figuur 22 Aaneenschakeling van D-flipflops → een schuifregister ....................................................... 21 Figuur 23 STP16CP05XTTR, LED Driver .................................................................................................. 21 Figuur 24 Pinout 16CP05 ....................................................................................................................... 21 Figuur 25 Grafiek van R-EXT in functie van IOUT ..................................................................................... 22 Figuur 26 schema kubus ........................................................................................................................ 22 Figuur 27 Blokschema interne IC 16CP05 ............................................................................................. 23 Figuur 28 Symbool N-kanaal MOSFET ................................................................................................... 24 Figuur 29 Tijdsvolgordediagram 16CP05............................................................................................... 25 Figuur 30 Arduino UNO ......................................................................................................................... 26 Figuur 31 Opbouw Arduino UNO .......................................................................................................... 27 Figuur 32 Atmega 168 ........................................................................................................................... 27 Figuur 33 Pinout Atmega 168 ................................................................................................................ 28 Figuur 34 Blokschema Atmega 168 ....................................................................................................... 29 Figuur 35 Arduino Duemilanove ........................................................................................................... 30 Figuur 36 Arduino MEGA ....................................................................................................................... 30 Figuur 37 Arduino GSM-shield .............................................................................................................. 31 Figuur 38 Motorbeveiliger..................................................................................................................... 33 Figuur 39 Verliesstroomschakelaar ....................................................................................................... 33 Figuur 40 Werkingsprincipe verliesstroomschakelaar .......................................................................... 34 Figuur 41 Automaat............................................................................................................................... 34 Figuur 42 Uitschakelcurves van diverse automaten ............................................................................. 34 Elektriciteit-Elektronica


6TSO-EE-b

FIGURENLIJST

69

Figuur 43 PLC Voeding ........................................................................................................................... 35 Figuur 44 S7-200 met CPU 224 .............................................................................................................. 35 Figuur 45 Aansluitschema van de PLC ................................................................................................... 36 Figuur 46 Uitbreidingsmodule EM223 .................................................................................................. 36 Figuur 47 Aansluitschema van de uitbreidingsmodule ......................................................................... 37 Figuur 48 Tabel met vergelijking PLC en Arduino ................................................................................. 37



6TSO-EE-b

KOSTENRAMING

70

11 Kostenraming Zie bijlage 10



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

71

12 Bijlagen 12.1 Bijlage 1 Datasheet weerstanden



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

72

12.2 Bijlage 2 Datasheet leds



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

73

12.3 Bijlage 3 Schema printplaat en led kubus



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

74

12.4 Bijlage 4 Datasheet transistors



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

75

12.5 Bijlage 5 Datasheet 16CP05



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

76

12.6 Bijlage 6 Datasheet Atmega 168



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

77

12.7 Bijlage 7 Arduino programma



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

78

12.8 Bijlage 8 Eplan tekening



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

79

12.9 Bijlage 9 PLC programma



6TSO-EE-b

BIJLAGEN

80

12.10 Bijlage 10 kostenraming



GEÏNTEGREERDE PROEF JENTE VANHECKE JONAS NUYT LED KUBUS MET ARDUINO UNO 6EEB SCHOOLJAAR

Recommend Documents