Newton VWO 8 Technische automatisering – Meet-, stuur- en regelsystemen Werkboek
Standaardbouwstenen en automaten Opbouw van het systeembord Een informatieverwerkend systeem is te beschrijven met een blokschema.
Deze drie blokken zijn ook op het systeembord terug te vinden. Het invoerblok bevat een geluidsensor, twee drukschakelaars, een variabele spanningsbron, een pulsgenerator en een AD-omzetter. Ook zijn er twee aansluitmogelijkheden voor losse sensoren. Het verwerkingsblok bevat een transistor en een comparator voor de verwerking van analoge signalen. Voor de verwerking van digitale signalen zijn op het systeembord aanwezig: een EN-poort, een OF-poort, een invertor, een geheugencel en een pulsenteller. Het uitvoerblok bevat vier leds (lampjes), een zoemer en een relais. Met het relais zijn diverse elektrische apparaten aan te sturen. We gebruiken alleen de leds. De zoemer en het relais mogen alleen gebruikt worden als daar toestemming voor gegeven is. Als je zelf een schakeling gaat tekenen, houd je dan altijd aan de bovenstaande drie blokken. Het is mogelijk om de schakelingen ook met de computer te bouwen. Hiervoor wordt het programma Systematic gebruikt.
Temperatuursensor 1
Bouw de hieronder weergegeven opstelling met het systeembord en laat deze controleren voordat je het in werking zet.
2
De spanningsmeter op de variabele spanningsbron moet vóór de start van het experiment 0 V aangeven. Als dit niet zo is, draai dan de spanningsregelknop helemaal naar links. Giet kokend water in het bekerglas en wacht tot de temperatuur van het water gedaald is o tot ongeveer 90 C. Ga voorzichtig om met de apparatuur én het hete water! Stel nu de spanning over de weerstand in op maximaal 3 V door de spanningsregelknop van de variabele spanningsbron voorzichtig naar rechts te draaien, waardoor de geleverde spanning oploopt. Uiteraard lees je dit af op de spanningsmeter die parallel aan de weerstand staat. Giet vervolgens een kleine hoeveelheid koud water in het bekerglas en roer even. Bepaal de watertemperatuur en lees de over de weerstand geschakelde spanningsmeter af. Herhaal punt 5 en 6 een aantal door jou te bepalen malen. Zet je metingen in de T,Utabel hiernaast. Maak hieronder op het grafiekpapier een ijkdiagram waarbij U wordt uitgezet op de y-as en T op de x-as.
3 T(
)
U(
)
4
5 6 7 8
9
Bepaal de volgende eigenschappen van de temperatuursensor uit de tabel hieronder
met behulp van je ijkdiagram en leg uit hoe je het gedaan hebt: (vergeet niet de eenheid te vermelden). Het bereik is: Uitleg:
De lineariteit is: Uitleg:
De gevoeligheid is: Uitleg:
De nauwkeurigheid is: Uitleg:
In- en uitvoercomponenten van het systeembord Actuators Zorg ervoor dat je met een drukschakelaar achtereenvolgens: • een led laat branden. • een zoemer laat zoemen. • een relais inschakelt (je hoort het relais schakelen)
Wanneer is de uitgang “hoog “ bij een drukschakelaar? …………………………………………………………………………………………………………..
Variabele spanningsbron Onderzoek bij welke waarde van de variabele spanningsbron: • een led net brandt. resultaat: U = ………..V • een LED maximaal licht geeft. resultaat: U = ………..V
Pulsgenerator Zorg ervoor dat je met de pulsgenerator een led laat knipperen.
Wat gebeurt er als je de knop van de pulsgenerator naar rechts draait? …………………………………………………………………………………………………………
Transistor Uuit (V)
Maak de onderstaande schakeling op het systeembord. Meet zo goed mogelijk de uitgangspanning als functie van de ingangspanning. Zet deze waarden in een tabel en maak vervolgens de grafiek op het grafiekpapier hieronder.
→ Suit (V)
Uin (V)
→ Sin (V)
Beantwoord de volgende vragen met behulp van de grafiek. • De transistor schakelt van hoog (1) naar laag (0) bij een ingangspanning van …… V. • De transistor maakt van een continu / discreet signaal een continu / discreet / binair signaal. • De uitgangspanning Uuit is laag/hoog als de ingangspanning Uin kleiner is dan ……V. • De uitgangspanning Uuit is laag/hoog als de ingangspanning Uin groter is dan ……V.
Comparator Van een comparator stel je van te voren de referentiespanning/drempelwaarde in op 2 V. Varieer de variabele spanning in stappen van 0,5 V.
Wat gebeurt er? …………………………………………………………………………………………………………... Welke twee verschillen zijn er tussen de comparator en de transistor: 1 ………………………………………………………………………………………………………. 2 ……………………………………………………………………………………………………….
Lichtsensor Sluit de lichtsensor op de juiste manier aan op het systeembord. Onderzoek nu of je door variatie in de lichtsterkte de led kunt laten branden.
Wat neem je waar? …………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………. Waarom gebruik je bij deze schakeling een comparator? …………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………. In de comparator wordt het …………. signaal omgezet in een ………… signaal.
Geheugencel Maak de schakeling en stoei een beetje met de schakelaars, net zolang tot je de functie van de geheugencel begrijpt.
set
reset
Leg de werking van de geheugencel uit. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Bepaal vervolgens experimenteel het diagram dat voor de led geldt als de set- en de resetingang op de gegeven manier worden gebruikt.
1 set 0 1 reset 0 aan led uit 0
2
4
6
8 →t
Invertor
in 0
Verbind een drukschakelaar met de ingang van de invertor en de uitgang van de invertor met een led. Het indrukken van de schakelaar komt overeen met het signaal “hoog”, dus “1”. Niet indrukken betekent “laag”, dus “0”. Vul de waarheidstabel in.
uit
1
Wat doet de invertor? ………………………………………………………………………………………………………….
EN-poort in-1 0
in-2 0
1 0 1
0 1 1
uit
Verbind de twee schakelaars met de ingangen van de EN-poort en de uitgang van de ENpoort met een led. Vul de waarheidstabel in.
Leg uit waarom dit een EN-poort heet. …………………………………………………………………………………………………………
OF-poort in-1 0
in-2 0
1 0 1
0 1 1
uit
Verbind de twee schakelaars met de ingangen van de OF-poort en de uitgang van de OFpoort met een led. Vul de waarheidstabel in.
Leg uit waarom dit een OF-poort heet ………………………………………………………………………………………………………….
Toepassingen 1
Bus
Een stadsbus rijdt van het centrum naar het station. Iemand drukt op de stopknop. Er gaat dan een lampje branden voor in de bus, maar ook bij de buschauffeur. De chauffeur is de enige die de lampen weer uit kan doen. Ontwerp de schakeling op het systeembord. Denk aan de drie blokken: invoer, verwerking en uitvoer.
Toepassingen 2
Doka-beveiliging_1
In een doka (donkere kamer) worden foto’s ontwikkeld bij het zwakke licht van een rode lamp. Wit licht verknoeit de foto’s! De doka is te bereiken via een zogenaamde “lichtsluis”. Dit is een kleine ruimte met twee deuren: één om naar buiten en één om naar de doka te gaan. De fotograaf wil graag merken als iemand van buiten de lichtsluis openmaakt en heeft daarom in de sluis een lichtsensor gezet. Een klein rood lampje gaat in de doka aan als er licht via de geopende buitendeur in de sluis komt. Op deze manier weet de fotograaf dat hij de andere deur dan niet moet openmaken, vanwege het witte daglicht in de sluis. Ontwerp een bruikbare schakeling, test deze met het systeembord en teken de verbindingen.
Toepassingen 3
Groentekas
In een kas waar groente geteeld wordt, moet ’s nachts de verlichting blijven branden. De kweker, die op enige afstand woont, wil gewaarschuwd worden als de lampen door een storing uitgaan. Hij gebruikt onder andere een lichtsensor in de kas en een waarschuwingslampje in zijn slaapkamer (een zoemer is beter, maar stoort in de klas!). Ontwerp een bruikbare schakeling, test deze met het systeembord en teken de schakeling.
Toepassingen 4
Alarm
Een kantoorruimte, waar veel privé-dossiers liggen, is op twee manieren beveiligd tegen ongewenst nachtelijk bezoek. De deur is voorzien van een schakelaar die wordt ingedrukt als de deur open gaat (en dan dus “hoog” wordt). Verder is er in het vertrek een geluidsensor opgenomen die een signaal afgeeft als er geluid in die ruimte gemaakt wordt (dus “hoog” wordt en 5V afgeeft als er geluid gemaakt wordt). Een en ander is zo geschakeld dat er in de alarmcentrale een led gaat branden als één van de sensoren of beide sensoren een signaal afgeven. De led moet blijvend branden. De beveiligingsagent in de centrale kan dan actie ondernemen. Hij alleen kan het alarm uitzetten. Teken de schakeling.
Teller Bij veel elektronische schakelingen heb je een soort klok nodig. Daarmee kun je bijvoorbeeld regelen hoe lang een alarm aan blijft. Op het systeembord gebruik je daarvoor de pulsgenerator samen met de pulsenteller.
decimaal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
binair 0001
Pulsen tellen Maak een schakeling waarmee je kunt tellen hoe vaak er op een knopje wordt gedrukt. Je moet de teller ook weer kunnen resetten. Reset de teller ook via de resetknop van de teller. Verbind uitgang één met de bovenste led, uitgang twee met de één na bovenste led enzovoort. LET OP: De teller kan maar tot 10 tellen. Vul de tabel in.
Automatisch tellen Zorg er nu voor dat de teller het aantal pulsen telt dat de pulsgenerator afgeeft. Verander ook het ‘tel’tempo. Onderzoek verder hoe de teller reageert op een signaal bij de ingang tellen aan/uit. De teller telt als de ingang ‘aan/uit’ hoog / laag is. Het tellen bij ingang ‘aan/uit’ is hoog / laag als er niets mee verbonden is.
Tellen tot en met acht De teller mag maar tot 8 tellen en moet dan weer opnieuw bij nul beginnen. Bovendien wil je dat tijdens het tellen de leds op de juiste manier mee”tellen”.
Wanneer de ingang ‘tel-pulsen’ van laag / hoog naar laag / hoog gaat, wordt één opgeteld bij het getal op het display. Door de ingang ‘tellen aan/uit’ laag / hoog te houden, blokker je het tellen. Door de ingang ‘reset’ laag / hoog te maken, zet je de teller weer op nul.
Toepassingen 5
Knipperlichtinstallatie
De straatwerkers van de gemeente zijn de hele dag bezig geweest met het repareren van de weg. Om vijf uur is het tijd om naar huis te gaan. De werkers zetten waarschuwingsborden neer met knipperlampen. Maak een schakeling waarbij de lampen gaan knipperen. De lampen gaan pas aan als het voldoende donker wordt.
Toepassingen 6
Straatverlichting
De straatverlichting moet aangaan als het overdag te donker wordt (door onweer of mist) en als de avond valt. Bedenk dat het geen disco moet worden, dus het licht mag pas aangaan als het voldoende donker is. Het moet ook mogelijk zijn om de verlichting met de hand aan te schakelen.
Toepassingen 7
Babyfoon_1
Als een baby wakker wordt en begint te huilen moet er in de huiskamer een led gaan branden. De led moet aanblijven en kan alleen in de huiskamer uitgeschakeld worden.
Toepassingen 8
Doka-beveiliging_2
Als je in een doka (donkere kamer) werkt om foto’s af te drukken, is het nogal vervelend als er iemand binnenkomt. De deur op slot doen houdt zekere risico’s in. Beste oplossing is het bouwen van een verklikkersysteem. Als binnen de rode lamp is ingeschakeld (sensorsignaal ongeveer 2 V), moet buiten een verklikkerlichtje gaan branden. Dit lichtje moet uit zijn als het in de doka helemaal donker is (dan is er niemand), of als het normale licht brandt (sensorsignaal ongeveer 5 V). Boots bij het controleren van je systeem de betreffende lichtsterktes na door een boek óp en op enige afstand boven de lichtsensor te houden. Aanwijzing: Voor dit probleem heb je feitelijk twee comparators nodig. Gebruik daarom ook de transistor als comparator.
AD-omzetter Een AD-omzetter bestaat uit een elektronische schakeling die een continu signaal omzet in een digitaal signaal. Dit signaal uit de AD-omzetter is op het systeembord zichtbaar te maken met vier leds. Schrijf zowel het binaire als het decimale getal op als de volgende leds branden:
Nu voeren we aan de ingang van de AD-omzetter een elektrische spanning toe (0V-5V) en de vier uitgangen (4 bits) verbinden we met de leds op het systeembord. Maak de schakeling zoals die hieronder is gegeven en bepaal vanaf binair 0 t/m 15 over welk gebied de spanning nog gevarieerd kan worden, zonder dat het volgende binaire getal verschijnt. Vul de tabel op de volgende bladzijde in, maak vervolgens de grafiek en beantwoord de vragen.
Uin (V) vanaf 0,00 vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf vanaf
binair uit 0000 0001 0010
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 0
1
2
3
4
5 Uin (V)
Leg uit dat de lengte van de horizontale streepjes in de grafiek een maat is voor de nauwkeurigheid van de AD-omzetter. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. Hoe ziet de uitgang eruit van een AD-omzetter met een grotere nauwkeurigheid? ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. Bepaal de resolutie van de AD-omzetter. …………………………………………………………………………………………………………. De variabele spanning heeft een waarde van 2,6 V. Welke binaire waarde staat dan op de uitgang van AD-omzetter? Controleer dit met het systeembord. …………………………………………………………………………………………………………..
Toepassingen 9
Blikjesteller
In de colafabriek moeten de blikjes, nadat ze gevuld zijn met Cola, verpakt worden in doosjes met hierin zes blikjes. Het tellen gebeurt met behulp van een lichtsensor. Nadat er 6 geteld zijn, wordt de band gestopt of gaat bij deze schakeling de led aan. Daarna wordt alles met de hand gereset, waarna het proces weer opnieuw start. Het is natuurlijk mooier als het resetten automatisch gebeurt.
Toepassingen 10 Wasmachine Een wasmachine moet verschillende taken uitvoeren. We beschouwen een gedeelte van de cyclus. Het verwarmingselement moet aan zijn totdat de gewenste temperatuur bereikt is (de temperatuurstijging geven we weer door de variabele spanning te vergroten). Zodra die temperatuur bereikt is, moet het verwarmingselement uitgaan en moet de motor gedurende 8 s gaan draaien. Na die 8 s moet de motor uit zijn. Ontwerp een schakeling die dat gedeelte van de cyclus realiseert. In de schakeling kiezen we voor het verwarmingselement led 1 en voor de motor led 2.
Toepassingen 11 Halverlichting In de Admirant woontoren in Eindhoven is een systeem bedacht waarmee de verlichting in de hal kan worden ingeschakeld. Op elke verdieping is een drukschakelaar aangebracht. Wanneer er op een willekeurige schakelaar wordt gedrukt, dan gaat de verlichting in elke hal aan voor 8 s. Als de schakelaar op een willekeurige plaats wéér ingedrukt wordt, dan branden de lampen weer 8 s.
Relais Een wasmachine heeft een programma dat bedoeld is voor fijne, kwetsbare kleding. Het water moet één keer verwarmd worden tot 40 ºC, waarna het wassen begint. Het bakje water stelt de wasmachine voor, de 24 V dompelaar is het verwarmingselement, de temperatuursensor “voelt” de temperatuur en schakelt op tijd via een relais de dompelaar uit. Een gedeelte van de schakeling is hieronder aangegeven. Bedenk de rest van de verbindingen (je moet de ijkgrafiek gebruiken). Laat jouw idee eerst beoordelen door de docent voor je de proef echt uitvoert. Ga na wat er gebeurt als de temperatuur daarna weer daalt tot onder de 40 ºC. …………………………………………………………………………………………………………. Als de temperatuursensor wordt aangesloten op de AD-omzetter, bereken dan de resolutie van het meetsysteem. Of, met andere woorden: hoeveel moet de temperatuur veranderen zodat het binaire getal op de uitgang van de AD-omzetter met 1 wordt verhoogd? …………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………….
U = 24 V
IJkgrafiek temperatuursensor 2,5
U (V)
2
1,5
1
0,5
0 0
20
40
60
T (ºC)
80
100
120
Toepassingen 12 Babyfoon_2 Als de baby wakker wordt en begint te huilen, moet er in de huiskamer een led gaan branden. Maar alleen als de baby hard genoeg huilt en het huilen langer duurt dan 5 s. De installatie moet in de huiskamer aan en uitgezet kunnen worden.
Toepassingen 13 Spelen met de pulsenteller Maak de schakeling zoals in de figuur hieronder is aangegeven. De bovenste drukschakelaar is niet essentieel, maar dient alleen voor het resetten van het gehele systeem. De onderste drukschakelaar dient om in rustig tempo pulsen af te geven. Beantwoord vervolgens de onderstaande vragen. TIP: Het zijn veel verbindingen, laat een ander je systeem controleren.
set reset
Zet de teller op nul. Bij welke puls zijn voor het eerst én uitgang-1 én uitgang-2 van de pulsenteller “hoog”? Bij puls nr. ………… Leg uit met behulp van de schakeling waarom de led brandt. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. Bij welke puls is daarna voor het eerst uitgang-8 “hoog”? Bij puls nr. ………… Leg uit welke onderdelen van de schakeling de verandering van de toestand van de led veroorzaken. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. Waarom springt bij de puls, bij de eerste opdracht, de teller naar “0”? ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. Vul in: De led gaat branden bij puls ………… en gaat uit bij puls …………
Hieronder staat getekend het indrukken van de schakelaar als functie van de tijd. Teken in dit schema het wel/niet branden van de led als functie van de tijd.
Als je het diagram goed bekijkt, is er sprake van een frequentiedeler. Want: de frequentie van het indrukken van de schakelaar is anders dan die van het oplichten van de led. Maak duidelijk met welke factor de frequentie is veranderd. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Bedenk nu zelf twee (!) verschillende schakelingen, zodat de led brandt gedurende 2 s en niet brandt gedurende 8 s. Gebruik hiervoor de twee componentenblokken en de bijhorende led-diagrammen op de volgende bladzijde. In de beginfiguur zag je dat de “teller aan/uit”-ingang niet is aangesloten. Toch werkt de teller! Leg uit of deze niet aangesloten telleringang een “hoog” of een “laag”signaal afgeeft. …………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………….
Toepassingen 14 Autoteller Bij verkeersonderzoek moet er geteld worden hoeveel auto’s op een bepaalde plaats langs komen. Ontwerp een systeem dat tot 81 kan tellen.
Opmerking Je mag in deze en de volgende opdrachten net zoveel elementen van het systeembord gebruiken als nodig is. Meestal kun je de schakeling op het systeembord zelf testen. Soms heb je Systematic op de computer nodig of eventueel meerdere gekoppelde systeemborden en/of uitbreidingen. Zorg er dan in het laatste geval voor dat ‘de aarde’ is doorverbonden.
Toepassingen 15 Flatverlichting Op de galerijen van een flat gaan ’s avonds de lichten aan. Dit moet gebeuren als de lichtsterkte van het daglicht gedurende minstens 6 s onder een bepaalde waarde is geweest.
Toepassingen 16 IJsdetector Bij gladde wegen zou het handig zijn als in de auto een led aangaat om je te waarschuwen voor slipgevaar. De led moet een alarmsignaal geven (afwisselend aan en uit) als de o temperatuur vlak boven het wegdek lager wordt dan 2 C. Met behulp van een drukschakelaar moet het lichtsignaal weer uitgeschakeld kunnen worden.
Toepassingen 17 Controleren van de verlichting in een groentekas Er zijn gewassen die ’s nachts met licht beschenen worden om de groei, en dus de opbrengst, te bevorderen. Een kweker heeft een aantal kassen en wil gedurende de nachtelijke uren gewaarschuwd worden als de verlichting in de kassen uitvalt. Hij heeft natuurkunde in zijn pakket gehad en ontwerpt daarom zelf een controlesysteem. Eerst bedenkt hij eenvoudige schakelingen om de lesstof van fysische informatica op te halen! Hij gaat er bij alle schakelingen van uit dat na het doven van de verlichting in de kassen, deze lampen niet meer vanzelf aangaan. Schakeling A – Bij het doven van de verlichting dient een waarschuwingslamp (led) in de slaapkamer van de kweker continu te gaan branden.
Schakeling B – Bij het doven van de verlichting moet een waarschuwingslamp gaan knipperen.
Schakeling C – Bij het doven van de verlichting moet na 8 tijdseenheden (bijvoorbeeld na 8 s) een waarschuwingslamp gaan knipperen.
Schakeling D – Bij het doven van de kasverlichting gaat een waarschuwingslamp (led) branden, na 8 tijdseenheden geeft bovendien een zoemer continu geluid.
Schakeling E – Bij het doven van de verlichting gaat een waarschuwingslamp continu branden, na 8 tijdseenheden gaat bovendien een zoemer aan en uit.
Extra opdracht Er zijn waarschijnlijk nog heel aardige systemen te bedenken om de kweker wakker te krijgen. Ontwerp zo’n systeem, omschrijf hieronder kort wat dit systeem doet, en teken het systeem. …………………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………………...
Toepassingen 18 Vuurtoren Bij vuurtorens wordt het aan/uit gerealiseerd door het licht constant aan te laten en het wel/niet af te schermen. Met de huidige techniek moet er een energiewinst te realiseren zijn door het licht werkelijk aan/uit te doen. Schakeling A – Ontwerp een schakeling waarmee een vuurtorenlicht bestuurd kan worden zodat het steeds 2 s aan en 6 s uit is.
Schakeling B – Het is niet nodig dat de vuurtoren overdag licht uitzendt. Pas de schakeling zo aan zodat de vuurtoren alleen in werking is als de schemering invalt.
Schakeling C – Bij mist is het signaal van de vuurtoren onvoldoende. Naast het optisch signaal wordt er ook een akoestisch signaal uitgezonden, waarvan de duur van het aan/uit hetzelfde is als van het lichtsignaal. Pas de schakeling aan zodat onder een bepaalde zichtwaarde ook het akoestisch signaal uitgezonden wordt.
Toepassingen 19 Lichtsnelheid Onweer is een natuurverschijnsel waarbij licht en geluid tot fascinerende effecten leiden. Om de bliksem te onderzoeken is het handig als we de waarnemingen kunnen automatiseren. Als er een lichtflits is, tellen we het aantal seconden tot de donder komt. Met deze gegevens kunnen we iets zeggen over de afstand van het verschijnsel tot de waarnemingspost. Ontwerp een schakeling die deze meting automatisch uitvoert.
Toepassingen 20 Lichtvertraging De lichtsnelheid speelt ons soms parten. Bijvoorbeeld als je in een kamer het licht uitdoet sta je plotseling in het donker en is de deur niet zonder risico te bereiken. Om dat te voorkomen is een schakeling waarbij het licht nog X seconden blijft branden een uitkomst. Ontwerp een schakeling die een led laat branden zodra de drukschakelaar ingedrukt wordt. Na loslaten moet de led nog 6 s blijven branden.
Toepassingen 21 Pakjes inpakken Op een transportband worden nogal breekbare pakjes aangevoerd. De pakjes worden per 8 in een doos verpakt. Hierna wordt de teller weer gereset. Om te voorkomen dat, als er iets misgaat met het inpakken, alle pakjes van de band vallen is er een noodstop. De noodstop kan door de inpakker bediend worden. Schakeling A – Ontwerp een schakeling waarbij de band blijft lopen, tenzij de noodstop ingedrukt is. Led 1 fungeert als lopende band. De noodstop is drukschakelaar 1. Als de schakelaar is ingedrukt loopt de band niet. Zodra de drukschakelaar losgelaten wordt loopt de band weer.
Schakeling B – Pas de schakeling aan zodat de band stilgezet wordt met de drukschakelaar en stil blijft staan, ook als de drukschakelaar losgelaten wordt. Met een tweede drukschakelaar wordt de band weer gestart.
Schakeling C – De inpakker blijkt, in situaties waarin het misgaat, de noodstopknop te laat in te drukken, zodat er nogal wat schade ontstaat. Men heeft besloten de aangevoerde pakjes op de band te tellen. Nadat er 8 geteld zijn stopt de band automatisch. De inpakker start de band weer door een knop in te drukken. De pakjes worden geteld door middel van een lichtsensor. Als het licht op de sensor onderbroken wordt door een pakje is de spanning van de sensor kleiner dan 1,5 V. Ontwerp een schakeling die de lopende band bestuurt volgens bovenstaand principe.
Toepassingen 22 Zonnescherm Zonneschermen zijn handig bij zonnig weer, maar door het grote oppervlak zijn ze erg kwetsbaar bij wind. Met behulp van een windsnelheidsmeter als sensor meten we de windsnelheid. Bij een sensorspanning groter 2,5 V is de wind gevaarlijk voor het zonnescherm. Het zonnescherm wordt met een elektrische motor opgehaald. Schakeling A – Ontwerp een schakeling waarbij het zonnescherm wordt opgehaald als de windsnelheid te groot wordt. Gebruik de A/D-omzetter als comparator.
Schakeling B – Het zonnescherm hoeft natuurlijk niet opgehaald te worden als het niet uitstaat. In opgehaalde toestand drukt de arm tegen een schakelaar, waardoor deze gesloten is. Pas de schakeling aan zodat overbodige pogingen voorkomen worden.
Schakeling C – Om te voorkomen dat het scherm zenuwachtig reageert op elk windvlaagje, stellen we als voorwaarde dat de windsnelheid minstens gedurende een aaneengesloten periode van 8 s boven de kritische waarde moet zijn. Pas de schakeling aan zodat het scherm niet bij elk windvlaagje opgehaald wordt.
Toepassingen 23 Slingertijd Het meten van de slingertijd van een massa aan een draad wordt nauwkeuriger als we meer slingeringen meten. Het gevaar bestaat dat we ons bij het meten vertellen. Daarom automatiseren we de meting. We stellen een lichtsensor op bij het laagste punt. De eerste keer dat de lichtsensor onderbroken wordt, wordt een elektronische stopwatch gestart. We simuleren dat led 1 de stopwatch is. Na 8 maal de evenwichtsstand gepasseerd te zijn wordt de stopwatch gestopt. We hebben nu de tijd van 3,5·T gemeten. Ontwerp een schakeling die de tijd van 3,5·T meet. Aanwijzingen: • Je kunt daadwerkelijk met een lichtsensor meten of simuleren met de variabele spanning. • Een telpuls is een overgang van laag naar hoog. • Een belichte sensor geeft een spanning > 3,5 V. Als de sensor “afgedekt” is, is de spanning < 1,5V.
Toepassingen 24 Licht op het toilet Het toiletlicht moet als volgt werken: • Als je de deur opent moet het licht gaan branden. • Als je de deur weer opendoet, moet het licht uitgaan. Bij het volgende toiletbezoek moet natuurlijk het licht ook weer aangaan. Aan de buitenkant van de WC moet met een led gesignaleerd worden dat het toilet bezet is. Bij het openen van de deur wordt een drukschakelaar ingedrukt.
Toepassingen 25 Toilet doorspoelen Je wilt weten hoeveel water er per dag op het toilet verbruikt wordt. Daarvoor maak je een schakeling die het aantal keren doorspelen telt. Je plaatst daarvoor een drukschakelaar onder de doorspoelknop. Met een tweede drukschakelaar moet je de teller kunnen uitschakelen én resetten.
Toepassingen 26 Luchtverversing In een klaslokaal moet de lucht regelmatig ververst worden. Dat doe je door de ramen open te zetten. Vaak is het prettiger als je dat een paar keer kort doet dan één keer lang. De totale tijd die een raam per lesuur open moet staan kun je berekenen uit wettelijke voorschriften. Schakeling A – Ontwerp een schakeling die meet hoe lang de ramen in een lesuur open hebben gestaan. Je kunt dan controleren of er lang genoeg gelucht is. Je monteert daarvoor twee drukschakelaars. De ene is ingedrukt als het raam open is, de ander als het raam dicht is.
Schakeling B – Verander de schakeling nu zo, dat de tijd per keer openstaan wordt gemeten.
Toepassingen 27 Toiletverfrisser Vaak heeft een toilet geen goede natuurlijke ventilatie. Je wilt daarom het toilet extra verfrissen met een ventilator. Ontwerp een schakeling die de ventilator laat draaien als de deur wordt opengedaan. Nadat de deur is gesloten loopt de ventilator nog 5 tellen. Dat moet gebeuren bij het betreden van het toilet én bij het verlaten van het toilet. Je monteert daarvoor een drukschakelaar in de deur. Deze wordt ingedrukt als de deur opengaat. De ventilator wordt als led weergegeven.
Wat gebeurt er als je de deur van het toilet vergeet te sluiten? ………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………..
Toepassingen 28 Reactietijd meten Piet test de reactietijd van Jan. Ze moeten elk een drukknop ingedrukt houden terwijl de teller op nul staat. Als Piet de knop loslaat begint de teller te lopen. Jan moet nu zo snel mogelijk zijn schakelaar loslaten, waardoor de teller stopt. Ontwerp de schakeling.
Kan Jan ook de reactietijd van Piet meten, als ze niet van drukschakelaar wisselen? ………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………..
