St.-Jozefinstituut Geel

St.-Jozefinstituut Geel

Geïntegreerde proef Bluetooth communicatie Sturing met µController Naam: Nico Michiels 2011 – 2012

Klas: T3 Ee6

St.-Jozefinstituut Geel

Geïntegreerde proef Bluetooth communicatie Sturing met µController Naam: Nico Michiels 2011 – 2012

Klas: T3 Ee6

Woord vooraf Ik zou me graag even voorstellen. Mijn naam is Nico Michiels en ik zit momenteel in het zesde jaar elektriciteit elektronica te Geel. Mijn interesse gaat vooral uit naar programmeren en het experimenteren met wireless toepassingen. Het project "Train For Europe Reloaded" sluit hier zeker bij aan en leek een geschikte uitdaging voor mij Het maken van mijn GIP was dan ook een leerzame ervaring. Het heeft veel tijd en inspanning gevraagd maar het heeft mijn kennis van Bluetooth zeker verrijkt. Bluetooth wordt meer en meer gebruikt en het is interessant om hier meer van te weten. Uiteraard is het schrijven van een scriptie geen werk dat je op je eentje tot een goed einde kan brengen. Daarom zou ik een aantal mensen willen bedanken voor hun hulp en samenwerking. Ten eerste een welgemeend dank je wel aan mijn leerkrachten elektriciteit en elektronica, de heer Dirk Tormans, de heer Thomas Smets en de heer Tim Vanstreels voor de technische bagage die ze ons tijdens de lessen meegegeven hebben. Verder ook bedankt aan mevrouw Lambaerts voor de ondersteuning op Nederlandstalig vlak. Als laatste wil ik zeker mijn familie niet vergeten voor de morele steun die ze me gaven en omdat ze me geleerd hebben om nooit op te geven.

Inleiding Als GIP heb ik gekozen om mee te werken aan het project "Train For Europe Reloaded", een Europees project waaraan 24 landen deelnemen. Mijn bijdrage tot het project bestaat er uit een Bluetooth communicatie te maken tussen twee microcontrollers waarvan één verbonden met 8 leds en een PC. Allereerst heb ik 2 printplaten ontworpen en gemaakt, elk met één microcontroller. Beide werden verbonden met een Bluetooth module. Deze zijn nodig om later de communicatie met de PC tot stand te brengen. Elke Bluetooth module heeft zowel een zendlijn als een ontvangstlijn. In dit project is het de bedoeling dat de eerste module enkel als zender gaat werken en de tweede enkel als ontvanger. Om te bepalen welke module als zender en welke als ontvanger gaat fungeren, moeten beide microcontrollers geprogrammeerd worden. De programma's zijn geschreven in C-code. De modules en printplaten zullen in een grote Europese kaart worden ingebouwd. Op deze kaart wordt per land de hoofdstad aangeduid met een led. Wanneer je de drukknop van het betreffende land indrukt, zal de microcontroller een signaal ontvangen en via de zendlijn aan de Bluetooth module doorgeven. De eerste module zal de informatie draadloos doorsturen naar de tweede module. De ontvangstlijn zorgt er op zijn beurt voor dat deze informatie aan de tweede microcontroller doorgegeven wordt. Deze laat de bijhorende led oplichten. De data welke verzonden wordt door de eerste Bluetooth module wordt eveneens ontvangen door een Bluetooth stick in een bijhorende PC. Als tweede deel van mijn GIP heb ik een computerprogramma geschreven in Visual C#. Dankzij dit programma zal op de PC een PowerPoint met informatie van het gekozen land opstarten. Mijn printen en programma's zorgen voor de communicatie tussen 8 drukkoppen en 8 PowerPoints van de bijhorende landen. Volgend schooljaar zal dit project verder uitgewerkt worden naar alle 24 de deelnemende landen.

Inhoud Woord vooraf..........................................................................................................................................3 Inleiding...................................................................................................................................................4 Inhoudstafel.............................................................................................................................................5 1

Bluetooth communicatie - aangestuurd door µController ............................................................. 8 1.1

Train For Europe Reloaded ...................................................................................................... 8

1.2

Blokschema ontwerp ............................................................................................................. 11

1.2.1

Blokschema bord met drukknoppen ............................................................................. 11

1.2.2

Blokschema landkaart ................................................................................................... 12

1.2.3

Blokschema PC .............................................................................................................. 13

1.2.4

De keuze van mijn microcontroller ............................................................................... 13

1.3

1.3.1

Voeding.......................................................................................................................... 14

1.3.2

Reset + clock .................................................................................................................. 16

1.3.3

Programmeer connector ............................................................................................... 17

1.3.4

RS232 Connectie naar PC .............................................................................................. 17

1.3.5

Bluetooth-module ......................................................................................................... 19

1.3.6

Volledig schema............................................................................................................. 22

1.4

Hindernissen .......................................................................................................................... 23

1.4.1

Slechte banen ................................................................................................................ 23

1.4.2

Geen 3,3V ...................................................................................................................... 23

1.4.3

AVRISP2 ......................................................................................................................... 23

1.4.4

error 2000 in AVR studio 5.0 ......................................................................................... 24

1.4.5

error 20100 in AVR studio 5.0 ....................................................................................... 24

1.4.6

Onnuttige karakters ontvangen via RS232 .................................................................... 24

1.5

2

Bespreking schema ................................................................................................................ 14

Software ................................................................................................................................ 25

1.5.1

Zender............................................................................................................................ 25

1.5.2

Ontvanger ...................................................................................................................... 27

1.6

PC programma visual C# ........................................................................................................ 29

1.7

Print lay-out ........................................................................................................................... 32

1.8

Componentenlijst .................................................................................................................. 32

Project Voeding ............................................................................................................................. 33 2.1

Soort voeding ........................................................................................................................ 33

2.2

Algemene blokken van de voeding ....................................................................................... 33

2.3

230V naar gestabiliseerde spanning ..................................................................................... 33

2.3.1

Transformator ............................................................................................................... 33

2.3.2

Gelijkrichting.................................................................................................................. 34

2.4

2.4.1

Algemeen....................................................................................................................... 35

2.4.2

Schema + werking.......................................................................................................... 35

2.5

3

De spanningsregeling ............................................................................................................ 37

2.5.1

Algemeen....................................................................................................................... 37

2.5.2

Schema + werking.......................................................................................................... 37

Project elektriciteit ........................................................................................................................ 39 3.1

Proef 1: Basisprincipe van 3-fase asynchrone motoren. ....................................................... 39

3.1.1

Onderdelen van een 3-fase asynchrone motor van een kooiankerrotor...................... 40

3.1.2

Kenplaatje van een 3-fase asynchrone motor van een kooiankerrotor........................ 41

3.1.3

Motorklemmenbord voor ster- en driehoekschakeling ................................................ 42

3.1.4

Verschil tussen ster- en driehoekschakeling in de praktijk ........................................... 43

3.1.5

Het werkingsprincipe van een 3-fase asynchrone motor............................................. 44

3.1.6

De betekenis van de term "asynchrone motor"............................................................ 44

3.1.7

Start-up prestaties ......................................................................................................... 44

3.1.8

Omschakelen van de draairichting bij een 3-fase asynchrone kooiankermotor........... 44

3.1.9

Afhankelijkheid van 3-fase motorsnelheid.................................................................... 45

3.2

4

De stroomregeling ................................................................................................................. 35

Proef 2: metingen en berekeningen met verschillende belastingen .................................... 46

3.2.1

Motor testbank en DriveLab software .......................................................................... 47

3.2.2

Meten van de karakteristieke kromme met een één fase vermogensmeter ............... 47

3.2.3

Het vaststellen van het effectieve vermogen P1 van de 3-fase motor ......................... 48

3.2.4

Vereisten voor het opstarten van de motor in nullast .................................................. 48

3.2.5

Gemeten en berekende waarden voor verschillende belastingen op de motor .......... 48

3.2.6

Het berekenen van schijnbaar vermogen S (VA) en effectief vermogen P2 (W) .......... 49

3.2.7

Reactief vermogen, rendement en arbeidsfactor met verschillende belastingen........ 52

3.3

Het motorkoppel en start-up kenmerken ............................................................................. 54

3.4

Oefening 3: Metingen met DriveLab software ...................................................................... 55

3.4.1

Motorkarakteristiek opmeten met DriveLab software ................................................. 56

3.4.2

Vertrouwd raken met het programma interface van de DriveLab software ................ 57

3.4.3

Het instellen van toerental en koppel ........................................................................... 58

3.4.4

Op meten van de karaktrestiek van een 3-fasen asynchrone motor met DriveLab ..... 59

Project ICT ..................................................................................................................................... 60

4.1

5

Labo PC samenstellen............................................................................................................ 60

4.1.1

De behuizing (case)........................................................................................................ 60

4.1.2

Het moederbord ............................................................................................................ 61

4.1.3

RAM-geheugen .............................................................................................................. 63

4.1.4

CPU ................................................................................................................................ 64

4.1.5

De HDD .......................................................................................................................... 65

4.1.6

De voeding ..................................................................................................................... 66

4.1.7

Dvd-speler/schrijver ...................................................................................................... 67

4.1.8

LCD monitor ................................................................................................................... 68

4.2

Het configureren van het labonetwerk ................................................................................. 69

4.3

Vergelijking van rechten toekennen aan de leerlingen......................................................... 70

Literatuurlijst ................................................................................................................................. 71 5.1

Internet .................................................................................................................................. 71

5.2

Boeken ................................................................................................................................... 71

1 Bluetooth communicatie - aangestuurd door µController 1.1 Train For Europe Reloaded Train For Europe Reloaded is een Comenius project. Een Comenius project is een internationaal project voor studenten en leraren. Het heeft als doel kennis op te doen van en contacten te leggen met andere scholen in verschillende Europese landen. Train For Europe Reloaded is een vervolgproject van Train For Europe. Het eerste project is opgestart in 2006. Toen heeft elk land zijn eigen wagon moeten maken (met CNC). Er zijn indertijd ook 3 locomotieven gemaakt. Dit project is ten einde gekomen in 2009. Omwille van het grote succes van dit eerste project werd in 2010 het huidige project Train For Europe Reloaded opgestart. Er nemen 24 landen deel aan het project Train For Europe Reloaded. Het is de bedoeling dat elk land opnieuw een eigen wagon gaat maken. Elk land maakt ook een ontwerp van een locomotief en moet de vorm van zijn eigen land uitfrezen. Alle uitgefreesde landen gaan mooi als een puzzel in elkaar passen. Uiteindelijk vormen ze samen een elektrisch aangestuurde kaart van Europa. De plaats van de hoofdstad wordt met een led aangegeven. Het aansturen van de leds op de elektrische map behoort tot mijn GIP.

8

Ons idee

Ons idee was om de elektronische landkaart in het midden van een cirkel van treinsporen te leggen. We wilden op 1 algemeen punt een ontvanger zetten op de elektronische landkaart. In elke wagon zou dan een zender gezet worden. Als de wagon voorbij de zender zou rijden, zou deze de code van dat land ontvangen. Dit zou dan als gevolg hebben dat het hoofdstad van dat land zou oplichten.

9

Het gekozen idee

Naast de treinsporen komt een bord met drukknoppen. Wanneer je op de knop van een bepaald land drukt, wordt via Bluetooth een signaal verzonden naar de ontvanger in de elektronische landkaart en naar een bijhorende PC. Als de ontvanger het signaal registreert, licht in dat land een led op, ter hoogte van de hoofdstad. Op de PC opent een PowerPoint met enkele bezienswaardigheden van het gekozen land. Uiteraard is dit voor alle landen het geval.

10

1.2 Blokschema ontwerp 1.2.1

Blokschema bord met drukknoppen

Als hart van deze print gebruik ik een ATmega324p/V. Deze gaat de drukknoppen inlezen en de juiste code verzenden via Bluetooth. Op de microcontroller worden aangesloten: •

• • • •

De Bluetooth-module (via TxD1 en RxD1). Deze gaat er voor zorgen dat je de verbinding kunt maken tussen de drukknoppen en de landkaart en de PC. De PC-interface (via TxD0 en RxD0). Via deze ga ik een verbinding maken met de pc om te kunnen debuggen. De voedingsspanning geleverd door een spanningsregulator. Ga 2 spanningsregulatoren gebruiken om de 9V om te zetten naar 5V en 3,3V. Een connector voor het programmeren met AVRISP2 8 drukknoppen Hiermee ga je de keuze maken welk land je gaat laten oplichten.

Deze print gaat de drukknoppen inlezen. Dit gebeurt door de microcontroller. Deze gaat de gegevens verwerken en vervolgens via Bluetooth verzenden naar de landkaart en naar de PC.

11

1.2.2

Blokschema landkaart

Als hart van deze print gebruik ik ook een ATmega324p/V. Deze gaat het Bluetooth signaal inlezen en de juiste led laten branden. Daarop wordt aangesloten: •

• • • •

De Bluetooth-module (via TxD1 en RxD1). Deze gaat er voor zorgen dat je de verbinding kunt maken tussen de drukknoppen en de landkaart en de pc. De PC-interface (via TxD0 en RxD0). Via deze ga ik een verbinding maken met de pc om te kunnen debuggen. De voedingsspanning geleverd door een spanningsregulator. Ga 2 spanningsregulatoren gebruiken om de 9V om te zetten naar 5V en 3,3V. Een connector voor het programmeren met AVRISP2 8 drukknoppen Hiermee ga je de keuze maken welk land je gaat laten oplichten.

Deze print ontvangt het Bluetooth signaal. Dit gebeurt door de LM400 Bluetooth module. De microcontroller gaat het ontvangen signaal verwerken en vervolgens de juiste led laten oplichten.

12

1.2.3

Blokschema PC

De PC die je wilt gebruiken moet bluetooth hebben ofwel connecteer je een bluetooth stick via USB. De bluetooth stel je op de PC in als een COM-poort. Dit is simpel voor de verwerking op PC. De PC gaat het verstuurde signaal dus ook opvangen via Bluetooth. Dit signaal gaat verwerkt worden door een script of een programma en vervolgens de juist Power Point op de PC openen.

1.2.4

De keuze van mijn microcontroller

Ik heb 2 microcontrollers vergeleken - ATmega32 - ATmega324p/V Verschillen

Max clock Flash geheugen EEPROM I/O USART Prijs

ATmega32 16MHz 32k 1k 32 1 5.28€

ATmega324p/V 20MHz 32k 1k 32 2 11.40€

Besluit De 2 microcontrollers verschillen niet zoveel van elkaar. Alleen kan de ATmega324p/V iets sneller werken en heeft 2 USART (universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter) poorten. Omdat ik 2 USART poorten nodig heb, 1 voor mijn Bluetooth-module en 1 voor mijn RS232 communicatie naar de PC, heb ik gekozen voor de ATmega324p/V. Deze beschikt ook over een grote hoeveelheid Flash (om een programma in op te slaan) en EEPROM (om de te zenden data op te slaan).

13

1.3 Bespreking schema 1.3.1

Voeding

Het schema van mijn voeding is opgebouwd om een 5V spanning en een 3,3V spanning te maken. Je sluit je gelijkspanningsadapter aan via de connector X2. Op de gelijkspanning van 9V sluit je parallel een spanningsregulator van 5V en 3,3V aan. Je zet bij elke spanningsregulator twee condensatoren om hoog frequente signalen er af te filteren in orde van nF. Na elke spanningsregulator zet je ook een capaciteit van10µF. Deze dient voor het opvangen van een eventuele spanningsval ten gevolge van belastingsverandering.

Verbruik 7805 (max. 1A) Pj = U * I = 4 * 77.6 mA = 0.3104 W I = Iµc + Ileds + Itrans + Imax = 0.4 mA + (8*3.4mA) + (10mA + 10mA + 10mA + 10mA) + 10 mA = 77.6 mA

LM1086 (max 1,5A) Pj = U * I = 5,7 *114 = 0.6498 W I = IBluetooth = 114 mA

14

Eigenschappen 7805

Eigenschappen LM1086

15

1.3.2

Reset + clock

De reset-on heeft als doel de microcontroller te resetten terwijl je de spanning opzet en dit zolang de andere componenten nog niet de juiste spanning hebben. Dit om te vermijden dat er bij het inschakelen foute gegevens worden verzonden naar de µcontroller. Hierdoor zal de condensator C1 opladen bij het opzetten van de spanning. Zolang de condensator geen 5V is, gaat de µcontroller gereset blijven. Het opladen van de condensator duurt 5 ( =R*C ). Manueel resetten kan je door S1 in te drukken. Hierdoor zal C1 snel ontladen en wordt de resetpin naar grond getrokken. Dit heeft als gevolg dat het programma in de microcontroller opnieuw wordt gestart. Ik heb de condensator eraf gelaten omdat dit conflicten gaf met de programmer.

Zonder condensator

Met condensator

Grafiek

= R*C

Als clock ga ik een kristal van 10MHz gebruiken. Het kristal sluit je aan op de microcontroller en langs allebei de kanten hang je het kristal aan grond via een condensator in orde van pF. Dit is om je clock uit te zuiveren en de interne RC-oscillator te vervolledigen.

Berekening Oplaadtijd = 5* R* C = 5* 10000* 10* 10-6 = 0,5 Sec

16

1.3.3

Programmeer connector

Om mijn microcontroller (ATMEGA 324PV) te programmeren, wil ik de programmer AVRISP mkII gebruiken, omdat je met deze via USB kan programmeren. De aansluiting van de connector zie je in het onderstaande schema. De AVRISP mkII is de USB/SPI programmer van de e-blocks. Deze zorgt er voor dat je via USB een spi-interface hebt om de microcontroller te programmeren. Ik programmeer de microcontroller niet rechtstreeks via USB omdat je dan een boot loader nodig hebt. Om het eerste programma in de boot loader te krijgen gebruik je een SPI interface. Daarom gebruik ik de USB/SPI programmer om de microcontroller te programmeren.

Hier zie je een foto van de programmer. Je kan zien dat de programmer een USB poort heeft om deze aan de PC te hangen en een ISP interface naar de µcontroller heeft. Om deze ISP interface netjes op de print te maken, heb je een 6 pins connector nodig.

1.3.4

RS232 Connectie naar PC

De connectie naar de PC gebeurt via de RXD0 en TXD0 lijnen. Omdat de microcontroller op signalen van 0V en 5V werkt en de PC op signalen van -15V tot 15V werkt, moet er tussen beide nog een MAX232 gezet worden. Deze gaat de signalen omvormen zodat ze met elkaar kunnen communiceren. De connectie naar de PC is handig om variabelen uit te lezen op de PC bij het zoeken van een fout. Het signaal tussen de PC en de µcontroller is asynchroon.

17

Signaal niveaus De rs232 verbinding is een asynchrone verbinding met de PC. Dit zie je doordat je met een start en stop bit werkt. Eerst een stop bit om te laten weten aan de ontvanger dat hij zich klaar moet houden om data te ontvangen. Dit gebeurt door de lijn naar +15V te trekken. Na de start bit volgen 8 databits. Deze worden afgesloten door een stopbit. Een stopbit is de lijn naar -15V trekken.

De Rs232 standaard maakt gebruik van volgende signaalniveaus: • •

Een logische 1 bij rs232 is een -15V tot -3V. Een logische 0 bij rs232 is een +3V tot +15V

Max232 werking chargepump We weten ook dat de voedingsspanning slechts 5V bedraagt. Intern er is een charge pump aanwezig die, geholpen door de externe condensatoren, de afgetakte 5V zal omzetten naar hogere spanningen: +10V en –10V. Deze spanningen zullen nu gebruikt worden om de RS232niveau’s te kunnen maken. Op het schema zien we dat er +10V op pin 2 staat. De capaciteit C3 zal dus opgeladen zijn tot +5V met de aangeduide polariteit. Aan de TTL-ingangen staan telkens weerstanden van 400K als pull-up weerstand. Bij de RS232-ingang is er een ingangsweerstand van 5K. Er zal dus +10V of –10V over deze weerstand staan.

18

1.3.5

Bluetooth-module

De Bluetooth module wordt gevoed met een 3.3V en werkt via Tx en Rx. Deze lijnen worden gebruikt voor de data. Maar omdat de datalijnen van de microcontroller signalen tussen 5V en 0V geven en de datalijnen van de Bluetooth module werken met signalen van 3.3V en 0V, heb ik een transistor als schakelaar gebruikt om de spanningsniveaus om te zetten van 5V naar 3.3V en van 3.3V naar 5V. Maar met 1 transistor als schakelaar is het signaal geïnverteerd. Daarom heb ik 2 transistors als schakelaar achter elkaar staan. De jumpers op het schema dienen om de DTR en DSR door te verbinden en de lijnen RTS en CTS aan elkaar te hangen. Deze lijnen zijn normaal om een handshake te maken met een ander apparaat, maar ik verbind deze direct door. Ik heb een jumper genomen zodat, wanneer ik later ondervind dat dit problemen geeft, ik deze pinnen ook kan laten loshangen.

vb. D5 wordt hoog, dan wordt de eerste transistor in verzadiging gebracht, dan komt er 0V over de transistor. Vervolgens gaat deze de volgende transistor laten sperren en komt er 3.3V over de transistor te staan. Die wordt gebruikt om naar de Bluetooth module te communiceren.

Besluit 5V is omgezet in een 3.3V signaal.

19

PIN-OUT bluetooth module

Gebruikte parrameters

Uit deze tabellen heb ik de gegevens gehaald voor het bereken van mijn weerstanden en om te weten welke voedingsspanning de module gebruikt.

Kostprijs: 47.5€ 20

Werking Deze module ondersteunt op Bluetooth enkel het protocol SSP. Dit wil zeggen dat de module zich enkel als serieel poort kan gedragen over een Bluetooth communicatie. Deze is dus ook makkelijk te gebruiken. Je stuurt serieel gewoon je gegevens er in en de gegevens komen er serieel terug uit bij de geconnecteerde ontvanger. Het connecteren met de module kan op 2 verschillende manieren. De eerste is de module zoeken met de PC en dan verbinden. De tweede manier om de module te laten verbinden met een andere module of PC is door vooraf het MAC adres van je ontvanger in de module te programmeren. Dan gaat de module automatisch bij het opstarten verbinden met dat device als dit in bereik is.

Bluetooth serieel Een master Bluetooth-apparaat kan communiceren met een maximum van zeven apparaten in een piconet. Maar niet alle apparaten ondersteunen deze limiet. De apparaten kunnen in onderling overleg van functie wisselen en de slave kan een master worden (bijvoorbeeld een verbinding opzetten tussen een headset en een telefoon zal noodzakelijkerwijs beginnen als master, als initiator van de verbinding). De Bluetooth Core specificatie van de aansluiting van twee of meer piconetten kunnen een scatternet vormen waarin bepaalde apparaten tegelijkertijd de master rol spelen in piconet één en de slave rol in piconet twee.

Ieee 802.15

Op elk moment kunnen de gegevens worden overgedragen tussen de master en een ander apparaat. De master kiest welke slave-apparaten het aankrijgen. De andere blijven wel connectie behouden. Een master van zeven slaves is mogelijk, een slave van meer dan één master is moeilijk (scatternetten). Class 1: Ontworpen voor lange afstandsverbindingen (tot ~100m) Class 2: Voor normaal gebruik (tot ~10m) Class 3: Voor korte afstanden (10 cm - 1 m) Frequentieband: 2400–2480 MHz

21

1.3.6

Volledig schema

22

1.4 Hindernissen 1.4.1

Slechte banen

Ik heb heel veel banen gehad die niet goed doorgaven. Als oplossing heb ik op al deze banen draden gesoldeerd.

1.4.2

Geen 3,3V

De footprint van de LM was fout. Oplossing: met draden heb ik de juiste pinnen met elkaar verbonden.

1.4.3

Fout:

Juist:

A: Vin B: Gnd C: Vout

A:Gnd B:Vout C:Vin

AVRISP2

Ik kreeg constant een oranje brandend lichtje op de AVRISPII. Alle pinnen waren juist aangesloten. Het probleem was de condensator bij de power-on reset. De oplossing is ofwel capaciteit weglaten ofwel met een jumper werken. Ik heb de jumper weggehaald bij het programmeren en de jumper teruggezet bij het testen.

Fout:

Juist:

23

1.4.4

error 2000 in AVR studio 5.0

De oplossing hiervoor is de driver van de AVRISPII wijzigen naar de jungo driver. Dit doe je als volgt: Apparaat beheer => AVRISPII => eigenschappen => hardware => eigenschappen => stuurprogramma => bijwerken => op mijn pc => kiezen in lijst => Jungo selecteren => volgende => KLAAR

1.4.5

error 20100 in AVR studio 5.0

Programmeren ging niet. De oplossing is de ISP clock hoger zetten.

1.4.6

Onnuttige karakters ontvangen via RS232

De volgende coderegels waren vergeten in de code: UBRR0H = (BAUD_PRESCALE >> 8); UBRR0L = BAUD_PRESCALE;

Deze coderegels zorgen ervoor dat de hoge en lage baudrate bits op de juiste plaats in het UBRR0 register komen.

24

1.5 Software 1.5.1

Zender

#include #include #define F_CPU 8000000UL #define USART_BAUDRATE 19200 #define BAUD_PRESCALE (((F_CPU / (USART_BAUDRATE * 16UL))) - 1) //declareren subroutines char USART1_ReadChar(); //subroutine om char in te lezen (UART1) void USART1_WriteChar(char letter_2); //subroutine om char te schrijven (UART1) int main(void) { DDRA = 0x00; //POORT A als ingang definiëren //instellen UART UCSR1B=(1<> 8); // Laad hoge 8-bits van de baud rate waarde in de hoge byte van het UBRR1 register UBRR1L = BAUD_PRESCALE; // Laad lage 8-bits van de baud rate waarde in de lage byte van het UBRR1 register char Land = 'o'; int DR = 4; while(1) { for(;;) { DR = PINA; if (DR == 1) //als land { Land = 'B'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 2) //als land { Land = 'D'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 4) //als land { Land = 'N'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 8) //als land { Land = 'F'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 16) //als land { Land = 'P'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 32) //als land { Land = 'I'; USART1_WriteChar(Land); }

25

België (B) is led 0 oplichten

Duitsland (D) is led 1 oplichten

Nederland (N) is led 2 oplichten

Frankrijk (F) is led 3 oplichten

Polen (P) is led 4 oplichten

Italië (I) is led 5 oplichten

if (DR == 64) //als land Hongarije (H) is led 6 oplichten { Land = 'H'; USART1_WriteChar(Land); } if (DR == 128) //als land Roemenie (R) is led 7 oplichten { Land = 'R'; USART1_WriteChar(Land); } } } } //subroutines char USART1_ReadChar() { while(!(UCSR1A & (1<
//subroutine om char in te lezen (UART1) //wachten tot data er is

void USART1_WriteChar(char letter_2) //subroutine om char te schrijven (UART1) { while(!(UCSR1A & (1<
26

1.5.2

Ontvanger

#include #include #define F_CPU 8000000UL #define USART_BAUDRATE 19200 #define BAUD_PRESCALE (((F_CPU / (USART_BAUDRATE * 16UL))) - 1) //declareren subroutines char USART1_ReadChar(); //subroutine om char in te lezen (UART1) void USART1_WriteChar(char letter_2); //subroutine om char te schrijven (UART1) int main(void) { DDRA = 0xFF; //POORT A als uitgang definiëren //instellen UART UCSR1B=(1<> 8); // Laad hoge 8-bits van de baud rate waarde in de hoge byte van het UBRR1 register UBRR1L = BAUD_PRESCALE; // Laad lage 8-bits van de baud rate waarde in de lage byte van het UBRR1 register char Land = 'o'; int LED = 0; while(1) { for(;;) { Land = USART1_ReadChar(); if (Land == 'B') //als { LED = 1; } if (Land == 'D') //als { LED = 2; } if (Land == 'N') //als { LED = 4; } if (Land == 'F') //als { LED = 8; } if (Land == 'P') //als { LED = 16; } if (Land == 'I') //als { LED = 32; } if (Land == 'H') //als { LED = 64; } if (Land == 'R') //als { LED = 128; }

land België (B) is led 0 oplichten

land Duitsland (D) is led 1 oplichten

land Nederland (N) is led 2 oplichten

land Frankrijk (F) is led 3 oplichten

land Polen (P) is led 4 oplichten

land Italië (I) is led 5 oplichten

land Hongarije (H) is led 6 oplichten

land Roemenie (R) is led 7 oplichten

27

PORTA = LED; _delay_ms(2000); LED = 0; PORTA = LED; } } } //subroutines char USART1_ReadChar() { while(!(UCSR1A & (1<
//subroutine om char in te lezen (UART1) //wachten tot data er is

//subroutine om char te schrijven (UART1) //wachten tot ontvanger klaar is

//nu char schrijven vanuit de buffer UDR1=letter_2; }

28

1.6 PC programma visual C# Dit is het programma dat ik gemaakt heb voor het openen van de PPT's op de PC.

Code: using using using using using using using using using using

System; System.Collections.Generic; System.ComponentModel; System.Data; System.Drawing; System.Linq; System.Text; System.Windows.Forms; System.Diagnostics; System.IO.Ports;

namespace WindowsFormsApplication1 { public partial class Form1 : Form { string Gegevens = "x"; char letter; public Form1() { InitializeComponent(); //standaard text instellen balk onderaan toolStripStatusLabel1.Text = "COM: n/a"; //baudrate serialPort1.BaudRate = 19200; //serieelpoort, 8 databits serialPort1.DataBits = 8; serialPort1.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(DataReceivedHandler);

}

29

//********************************************************MENU****************************** //keuze COM-poort //COM1 private void cOM1ToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.PortName = "COM1"; toolStripStatusLabel1.Text = "COM1"; } //COM2 private void cOM2ToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.PortName = "COM2"; toolStripStatusLabel1.Text = "COM2"; } //COM3 private void cOM3ToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.PortName = "COM3"; toolStripStatusLabel1.Text = "COM3"; } //COM4 private void cOM4ToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.PortName = "COM4"; toolStripStatusLabel1.Text = "COM4"; } //knop connect/disconnect private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { if (serialPort1.IsOpen) { serialPort1.Close(); button1.Text = "Connect"; } else { serialPort1.Open(); button1.Text = "Disconnect"; } }

private void DataReceivedHandler(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) {

if (serialPort1.IsOpen) { Gegevens = serialPort1.ReadExisting(); letter = Gegevens[0]; }

if (letter == 'B') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\B.ppsx"; Process.Start(startInfo); }

30

if (letter == 'D') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\D.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'N') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\N.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'F') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\F.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'P') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\P.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'I') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\I.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'H') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\H.ppsx"; Process.Start(startInfo); } if (letter == 'R') { ProcessStartInfo startInfo = new ProcessStartInfo(); startInfo.FileName = @"C:\Program Files\Microsoft Office\Office14\PPTVIEW.EXE"; startInfo.Arguments = @"C:\PPT\R.ppsx"; Process.Start(startInfo); } } } }

31

1.7 Print lay-out

1.8 Componentenlijst Aantal 1 1 2 4 4 2 1 8 6 6 1 1 1 1 1 1 1

Beschrijving spannings regulator 5V spannings regulator 3,3V cap 22pF cap 100nF cap 1µF cap 10µF clock 8 MHz BC337 330 ohm 560 ohm 10 ohm 10K ohm drukknop ATmega324PV LM400 Bluetooth module MAX232 DB9

Fabrik Nr MC7805BTG LM1086IT-3.3/NOPB C322C220J2G5TA RPER72A104K3M1C07A MAL201331108E3 MAL201331109E3 LFXTAL003156 BC337G CFR50J330R LR1F560R 2,3129E+11 MFR5-10KFI TSE12S ATMEGA324PV-10PU LM400 MAX232N DML009P

Stock Nr prijs per stuk 516-5821 0,588 533-9498 2,16 538-1461 (per 5) 0,198 653-0210 (per 25) 0,322 378-570 (per 5) 0,342 378-586 (per 5) 0,342 478-9347 (per 10) 0,383 544-9286 (per 5) 0,072 132-371 (per 10) 0,037 148-449 (per10) 0,058 157-301 (per 100) 0,038 149-818 (per 10) 0,076 711-8420 0,89 696-2547 6,18 1675407 47,95 195-1195 1 2508371044 1,84 Totaal :

Deze zul je wel 2 keer nodig hebben want ik heb 2 dezelfde printen.

32

Prijs totaal 0,558 2,16 0,198 0,322 0,342 0,342 0,383 0,072 0,037 0,058 0,038 0,076 0,89 6,18 47,95 1 1,84 62,446

2 Project Voeding 2.1 Soort voeding De voeding die ik ga bespreken, is een regelbare gelijkspanningsvoeding van 0 tot 25V, 0 tot 1,5A en kortsluitvast.

2.2 Algemene blokken van de voeding Je hebt in de voeding 3 grote blokken : • • •

230V => gestabiliseerde spanning stroomregeling spanningsregeling

2.3 230V naar gestabiliseerde spanning 2.3.1

Transformator

Als eerste stap zullen we de 230V moeten omzetten naar een kleinere spanning om deze te kunnen gebruiken in onze voeding. We transformeren onze 230V naar een wisselspanning van 24V. Dit gebeurt door een transformator.

33

2.3.2

Gelijkrichting

Nu hebben we een wisselspanning van 24V. Deze moeten we omzetten naar een gelijkspanning. Dit gebeurt via een bruggelijkrichter. Je stuurt een 24V wisselspanning in en je krijgt 33V gelijkspanning na de gelijkrichting. (33V gelijk = 24V wissel *√2 ) De gelijkrichting werkt als volgt: als de wisselspanning eerst +/- is, gaan diodes D3 en D4 geleiden. Als de wisselspanning vervolgens -/+ wordt, gaan diodes D1 en D2 geleiden en is de stroom door de belasting in beide gevallen in dezelfde richting.

34

2.4 De stroomregeling 2.4.1

Algemeen

De stroominstelling is de volgende blok in onze voeding. Deze staat voor de spanningsregeling want wanneer de stroom laag gehouden wordt en de weerstand klein is, zakt de spanning automatisch mee. Vb.: R = 2 ohm, Iingesteld = 1A, Uingesteld = 10V I = U/R = 10/2 = 5A (Dit mag niet. Je kan max. 1A hebben, is ingesteld) => dat 1A max. stroom door R is, de spanning is dan als gevolg: U=I*R=2*1= 2V 2.4.2

Schema + werking

De stroom door de LM317 wordt bepaald door de spanning Ux. In de figuur hieronder is Ux = 1.25V. Deze spanning staat over de weerstand R1. I=Ux/R1 = 1.25V/0.82ohm = 1.5A

35

Om de stroombegrenzing nu regelbaar te maken van 0 tot 1,5 A, moeten we de spanning Ux kunnen instellen van 0 tot 1,25V. Dit gaan we doen door een potentiometer van 1Kohm te nemen en hier 2 diodes over te zetten. Hierdoor krijg je 1.5V over de potentiometer. De diodes worden in geleiding gebracht doordat deze met hun kathode op een lager potentiaal hangt dan hun anode. Dit is omdat de diodes altijd in geleiding moeten zijn om de 1.25V over de potentiometer te behouden.

Vb. Je zet de potentiometer helemaal bovenaan: Ux = 1.25V => I = 1.5A Je zet de potentiometer helemaal onderaan: Ux = 0V => I = 0A => de stroom is regelbaar

36

2.5 De spanningsregeling 2.5.1

Algemeen

De spanning van de out van de LM317 en grond is constant als Ux= 1.25V en als de stroom erdoor groter is dan 5mA.

2.5.2

Schema + werking

Je kan de spanning dus regelbaar maken door een potentiometer te plaatsen aan ADJ. Dit heeft als gevolg dat je de spanning van 1.25V tot 27,29V (27,29 =1,25V(1 +

37

5kΩ ) ) kan regelen. 0,24kΩ

Om de spanning nu van 0 tot 25V te kunnen regelen, gaan we 2 diodes in antiserie zetten. Dit wil zeggen dat de 2 diodes samen 1.5V (2* 0,75) er gaan afdoen (door antiserie). Om de diodes in geleiding te krijgen, gaan we aan de kathode van de diodes de -12V voedingsspanning hangen. Dit gebeurd door een FET die wordt gebruikt als stroombron. Dat heeft als gevolg dat de diodes altijd in geleiding gaan.

38

3 Project elektriciteit 3.1 Proef 1: Basisprincipe van 3-fase asynchrone motoren. Probleem beschrijving Een leerling in de opleiding workshop, krijgt de taak het inspectierapport van een 3-fase motor die net is ontvangen, voor te bereiden en een compleet inspectierapport te maken.

Nota De motor is niet gestart tijdens deze oefening!

Projectopdrachten 1. Beschrijf de lay-out van een 3-fase asynchrone motor met een kooiankerrotor. 2. Wijs de individuele specificaties van de overeenkomstige items aan in het typeplaatje. 3. Vul de specificaties in voor het motorklemmenbord voor ster- en driehoekschakeling. 4. Leg het verschil tussen ster en driehoekschakeling in de praktijk uit. 5. Beschrijf het werkingsprincipe van de 3-fase motor. 6. Leg uit wat de betekenis is van de term "asynchrone motor". 7. Benoem de verschillende onderdelen van de 3-fase motor. 8. Leg uit hoe de draairichting van een 3-fase motor kan worden gewijzigd. 9. Wat betekent "de snelheid van een 3-fase motor is afhankelijk van de belasting" en hoe kan deze worden veranderd?

39

3.1.1

Onderdelen van een 3-fase asynchrone motor van een kooiankerrotor

Benaming motoronderdelen No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Naam statorkern voor het onderbrengen van de statorwikkeling statorwindingen lager voor de aandrijfas aandrijfas kortsluitring van de kooi ankerrotor rotorkern van de kooi ankerrotor motorklemmenbord voor ster-of driehoekschakeling van de motor klemmenkast rotorafdekking voor het insluiten van de ventilator ventilator voor de koeling van de motor

40

3.1.2

Kenplaatje van een 3-fase asynchrone motor van een kooiankerrotor

Benaming van de kenplaatgegevens Naam en benaming Fasespanning Nominaal vermogen Nominaal toerental

Nominale stroom Cos(phi) = 0.79 Netfrequentie voor AC machines Mate van bescherming door behuizing

Serienummer

41

VDE richtlijn voor roterende elektrische machines

3.1.3

Motorklemmenbord voor ster- en driehoekschakeling

a) Vul de circuits aan om de wikkelingen in ster of driehoek te schakelen.

Driehoek

Ster

b) Schets de posities van de aansluitplaatjes op het klemmenbord van de motor voor de ster- en driehoekschakeling.

Driehoek

Ster

c) Welke waarde op het typeplaatje geeft aan of de motor zal worden geschakeld in ster- of driehoek? Dat je een motor in ster- of in driehoek moet zetten, hangt af van welke fasespanning de rotor kan verdragen en welke fasespanning het net levert.

42

3.1.4

Verschil tussen ster- en driehoekschakeling in de praktijk

Informatie De statorwikkeling van een 3-fase motor kan bestaan uit een tweepolige of een meerpolige wikkeling. De wikkeling van drie afzonderlijke fasen zijn ten opzichte van elkaar 120° verschoven (elektrisch).

a) Voer het juiste type verbinding (ster of driehoek) in de lege kolommen in

Voltage 400V driehoek ster

Toelaatbare fase spanning 230V driehoek driehoek

400V 230V

b) De motor wordt aangelegd voor de steraansluiting en is per ongeluk opgezet in driehoek. Beschrijf de gevolgen Als gevolg komt de lijnspanning over 1 fase in plaats over 2 fasen. De spanning over de spoel is tot gevolg veel hoger dan de toegelaten fasespanning. Hierdoor zullen de spoelen opwarmen en zullen als gevolg daarvan smelten. De motor is stuk.

c) De motor wordt aangelegd voor driehoek en is per ongeluk opgezet in ster. Beschrijf de gevolgen De lijnspanning van het net komt nu over 2 spoelen in plaats over 1 spoel. Dit heeft als gevolg dat er over 1 spoel minder spanning staat in ster dan in driehoek. Nu zal de motor een lager koppel leveren.

Informatie

Symbool Fasespanning

Sterverbinding Y

Driehoeksverbinding Δ

Fasestroom Vermogen per fase Totaal vermogen Toegevoegd vermogen

43

3.1.5

Het werkingsprincipe van een 3-fase asynchrone motor

Leg uit hoe de roterende beweging van het anker gebeurt met de 3-fase motor Je sluit een 3-fasespanning aan op de stator => magnetische veld wordt ontwikkeld in de windingen => er wordt een draaiveld ontwikkeld => wekt een emk op in de rotor => de stroom in de rotorstaven worden kortgesloten => Lorentzkrachten ontstaan => motor draait

3.1.6

De betekenis van de term "asynchrone motor"

Leg het begrip "asynchrone motor" uit Een asynchrone motor is een motor die altijd asynchroon draait, van de rotor ten opzichte van de statordraaiveld. Als deze synchroon zouden lopen, kan de rotor geen veldlijnen meer snijden en zal de rotor afgeremd worden, tot deze opnieuw veldlijnen snijdt. Doordat de rotor afremt bij het synchroon lopen met de stator, noemen we dit een asynchrone motor.

3.1.7

Start-up prestaties

Beschrijf het opstarten van een 3-fase asynchrone motor Je zet spanning op de rotor. De motor trekt als gevolg een aanloopstroom van het net, die 6 à 7 keer groter is dan de nominale stroom van de motor. Het koppel is op dat moment 1.5 keer zo groot dan het nominaal koppel. Als de motor eenmaal op toeren is, gaat deze zijn nominale stroom vragen en zijn nominaal koppel leveren.

3.1.8

Omschakelen van de draairichting bij een 3-fase asynchrone kooiankermotor

a) Hoe kan de draairichting van een 3-fase motor gewijzigd worden? Door twee van de drie lijndraden om te wisselen.

b) Leg uit: twee manieren om de richting van een 3-fasemotor in de praktijk om te keren. • •

Door 2 lijndraden om te wisselen. Door een frequentie omvormer te gebruiken.

44

3.1.9

Afhankelijkheid van 3-fase motorsnelheid

Informatie Wanneer de wikkelingen van een 3-fase motor verbonden zijn met het 3-fasenet, wordt een draaiveld gegenereerd. De snelheid waarmee het draaiveld draait, is afhankelijk van de frequentie en het aantal poolparen.

a) Vul de ontbrekende gegevens over het aantal poolparen en de bijbehorende rotatie snelheden in. Synchrone toerentallen van een gemeenschappelijk aantal poolparen bij een frequentie van 50 Hz.

Aantal polen Pool paren snelheid

2 1 3000

4 2 1500

6 3 1000

8 4 750

10 5 600

12 6 500

b) Beschrijven van de mogelijkheden om de snelheid van 3-fase motoren in de praktijk te regelen. Je kan een motor op een welbepaalde snelheid regelen door een frequentieregelaar te gebruiken.

45

3.2 Proef 2: metingen en berekeningen met verschillende belastingen Probleembeschrijving Een leerling moet als opdracht leren werken met 3-fase asynchrone motor met een kooi ankerrotor in de volgende proeven. De motor wordt onderzocht bij nullast en met verschillende belastingen. Spanning, stroom en vermogen zal worden gemeten met een geschikt meetcircuit voor dit doel. Waarden die niet kunnen worden gemeten, moeten worden berekend met geschikte formules. De motor karakteristieke belastingcurven moeten dan worden weergegeven met behulp van de verworven individuele waarden.

Project opdrachten 1. Maak kennis met de motor testbank en DriveLab software. 2. Vul het meetcircuit in voor het opnemen van punten langs de karakteristieke kromme met een 1-fase vermogensmeter. 3. Leg uit hoe je het effectieve vermogen van de motor meet zonder gebruik van een 3-fasen power meter. 4. Vul het meetcircuit in voor het opnemen van punten langs de karakteristieke belastingscurve met een 3fasen powermeter. 5. Leg uit welke aan voorwaarden moet worden voldaan, voordat de motor gestart kan worden in onbelast. 6. Leg uit hoe je het schijnbaar vermogen S berekent van de TW en het effectieve vermogen P2 in W. 7. Bereken reactief vermogen, efficiency en power factor met verschillende belastingen. 8. Vul de specificaties in voor het motorkoppel en de start-up kenmerken.

46

3.2.1

Motor testbank en DriveLab software

Maak kennis met aansluitingen van de motor testbanken en hun functies. Maak ook kennis met DriveLab software. 3.2.2

Meten van de karakteristieke kromme met een één fase vermogensmeter

a) Teken de schakeling voor het opmeten van de karakteristiek.

47

3.2.3

Het vaststellen van het effectieve vermogen P1 van de 3-fase motor

Beschrijf hoe de effectieve stroom die de motor verbruikt, kan worden vastgesteld zonder een 3-fasen powermeter. Je meet met een één fase wattmeter het toegevoegd vermogen van één fase en je vermenigvuldigt dit met 3. Dan heb je het toegevoegd vermogen van het 3 fasen net.

3.2.4

Vereisten voor het opstarten van de motor in nullast

Het is absoluut noodzakelijk om aan bepaalde voorwaarden te voldoen wanneer de motor wordt gestart in nullast. Geef de voorwaarden. Dat de motor niet belast kan draaien, dat deze dus met andere woorden in vrijloop draait. 3.2.5

Gemeten en berekende waarden voor verschillende belastingen op de motor

Informatie Vul de gemeten waarden en de berekende waarden aan in de volgende tabel, voor het bepalen van de verschillende opgegeven waardes waarop de motor moet getest worden.

a) Hoe moet de motor aangesloten worden tijdens de meting? Ik gebruik de 3-fase motor 230/400 – driehoek/ster. Ik heb deze tijdens de meting op een 3-fase net aangesloten in ster.

b) Leg uit hoe het komt dat de motor met de klok mee of tegen de klok in draait. In welke richting de motor draait, hangt af van de aansluiting. Als je 2 van de 3 lijndraden omdraait, ga je de stroomrichting veranderen en gaat de motor veranderen van richting.

48

c) De motor testbank is niet aangesloten op de PC om metingen uit te voeren! Start de meting met de motor in nullast. Selecteer de afzonderlijke snelheidswaarden met de controller op de motor testbank en vul de tabel in.

Tabel 1

No load

U(V)

1ste

403

I(A)

0.79

S(VA)

2de 403

0.81

3de 403

1.02

4de 404

1.23

5de

6de

404 1.38

404 1.52

402 2.13

551,43

565,39

711,97

860,69

965,65

1063,61

1490,46

P1(W)

153

336

540

678

810

888

1245

P2(W)

0

164.2

274.99

317.93

311.02

299.49

0

M(Nm)

0 1.12

N (rmp)

1480

2.02 1400

2.53 1300

2.7 1200

2.86 1100

1000

2.9 0

Attentie Vul de metingen zo snel mogelijk in, omdat de motor wordt overbelast met een snelheid van 1300 rpm!

Nota: Waarden voor S en P2 worden vervolgens berekend.

3.2.6

Het berekenen van schijnbaar vermogen S (VA) en effectief vermogen P2 (W)

a) Schrijf de formule voor de berekening van schijnbaar vermogen S.

S = P/cos(phi) = (VA)

b) Schrijf de formule voor de berekening van effectief vermogen P2.

Pn = ω r .Tn (W)

49

c) Teken de karakteristieken van de 3-fase asynchrone motor met een kooiankerrotor, met behulp van de waarden uit tabel 1 op vorige pagina.

P(W) 350

3,5

300

3

250

2,5

200

2

150

1,5

100

1

50

I(A),M(Nm ) P2(W) M(Nm) I(A)

0,5

0

0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

d) Beschrijf een evaluatie van de individuele karakteristieken.

Effectief uitgangsvermogen P2:

P2(W) 350 300 250 200 P2(W)

150 100 50 0 0

1000

1100

1200

1300

1400

50

1480

Koppel

M(Nm) 3,5 3 2,5 2 M(Nm)

1,5 1 0,5 0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

Op de karakteristiek kan je zien dat het startkoppel ongeveer 1,5 keer groter is dan het koppel bij nominaal toerental. Het startkoppel moet een deel groter zijn dan het lastkoppel om de motor goed te kunnen laten aanlopen. Bij een klein verschil zal de motor warm worden bij het aanlopen en heb je kans tot smelten van de wikkelingen.

Stroom:

I(A) 2,5 2 1,5 I(A)

1 0,5 0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

Hier kan je zien dat de aanloopstroom ongeveer 3 keer zo groot is als de nominale stroom. Dit bewijst dat de vuistregel ongeveer klopt. In het begin heeft de motor veel stroom nodig om op toeren te komen. Eén keer hij op nominaal toerental is, zal deze enkel nog stroom trekken om de beweging verder te kunnen zetten.

51

3.2.7

Reactief vermogen, rendement en arbeidsfactor met verschillende belastingen

a) Geef de formules voor de berekening van het reactief vermogen, de arbeidsfactor en het rendement.

sin(phi)=sin(Cos-1(phi))

Q = IL * UL * sin(phi)* √3 = (Var) Cos(phi) = P1/S N = Pnuttig / Ptoegevoegd = (%)

b) Bereken de ontbrekende waarden voor de volgende tabel op basis van de waarden in tabel 1

N(rmp)

1480

1400

1300

1200

1100

1000

0

Q(var)

529,77

454,71

463,97

528,92

524,44

583,97

817,42

Cos

0.2775

0.5943

0.7585

0.7877

0.8388

0.8349

0.8353

N(%)

0

0.49

0.51

0.46

0.38

0.38

0

c) Schets van de motor de karakteristieke belastingscurven in de grafiek met de waarden uit de tabel.

1

900

0,9

800

0,8

700

0,7

600

0,6

500

Cos

400

N(%)

0,5 0,4

300

0,3 0,2

200

0,1

100

0

0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

52

Q(var)

d) Schrijf een evaluatie van de karakteristieke belastingbochten.

Vermogensfactor

cos(phi) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

cos(phi)

0,2 0,1 0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

Rendement

N(%) 0,6 0,5 0,4 0,3

N(%)

0,2 0,1 0 0

1000

1100

1200

1300

1400

1480

53

3.3 Het motorkoppel en start-up kenmerken a) Beantwoord de volgende vragen. Wanneer kan een motor op snelheid gebracht worden? Een motor kan enkel op snelheid komen als het startkoppel groter is dan het lastkoppel. Als dit niet het geval is, zal de motor blijven stilstaan en zal deze opwarmen en de spoelen zullen smelten.

Waar hangt de aanlooptijd vanaf? De aanlooptijd is afhankelijkheid van de belasting en de slip.

Leg uit de term "nullast starten" Dit is een motor starten zonder dat er enige belasting op de aandrijfas hangt.

Leg uit wat de term "half-load starten" betekent Hierbij ga je de motor zodanig belasten dat hij start met 50% slip.

Leg uit wat de term "full-load starten" betekent Dit is de motor starten met volledige slip.

Leg uit wat de term "high-inertie starten" betekent Hierbij ga je de motor spanningscompensatie geven, waardoor deze wel gaat kunnen starten als het lastkoppel groter zou zijn dan het startkoppel.

b) Leg uit wat de aanduiding IP 20 betekent, die op het motorplaatje staat De IP-graad op het motorplaatje staat voor welke beschermingsgraad het toestel heeft. De IP-graad heeft vaste waardes voor een overeenkomstige beschermingsmaatregel. IP staat voor: Ingress Protection, de cijfers in de beschermingsgraad staan voor: 1ste cijfer: Beschermingsgraad tegen aanraking en binnendringende voorwerpen. 2de cijfer: Beschermingsgraad tegen vocht. 3de cijfer: Beschermingsgraad tegen mechanische krachten. In het geval van de motor (IP20) staat dit voor, beschermd tegen aanraken met vingers en objecten groter dan 12mm en geen bescherming tegen water.

54

3.4 Oefening 3: Metingen met DriveLab software Beschrijving van het probleem Een leerling in opleiding heeft de taak om de 3-fasen asynchrone motor te onderzoeken met een kooi ankerrotor en met behulp van DriveLab software de resultaten te documenteren.

Project opdrachten 1. Sluit de 3-fase motor aan op de motor testbank en start DriveLab software op de PC. 2. Maak kennis met de programmeerinterface voor DriveLab software en activeer de motor testbank. 3. Leg uit hoe de gemeten variabelen op de X-as en de Y-as kunnen geselecteerd en gewijzigd worden. 4. Leg uit hoe je de kleur en de stijl van de gemeten curven aan kan passen. 5. Leg uit hoe je toerental en koppel aan kan passen vanop de computer. 6. Leg uit hoe je een meting van de computer voor kan bereiden en hoe je ermee kan beginnen. 7. Meet de karakteristieke belasting rondingen van de 3-fase asynchrone motor met een kooiankerrotor. Beschrijf de afhankelijkheid van stroom, vermogen P2 en koppel op snelheid. Documenteer de karakteristieken van de belasting. 8. Meet de karakteristieke belasting rondingen van de 3-fase asynchrone motor met een kooiankerrotor. Beschrijf de afhankelijkheid van de powerfactor, de efficiëntie en het reactief vermogen op de snelheid. Documenteer de karakteristieken van de belasting.

55

3.4.1

Motorkarakteristiek opmeten met DriveLab software

a) Leg uit hoe DriveLab software wordt gestart. U klikt dubbel op de snelkoppeling van het software programma. Zorg op voorhand dat de motor testbank aangesloten is. Bij niet werkende software, neem contact op met de ICT dienst.

b) Maak het schema voor de motor en de motor testbank:

56

3.4.2

Vertrouwd raken met het programma interface van de DriveLab software

a) Beschrijf de functies van de afzonderlijke vensters. Navigatiebalk: Hier kan je switchen tussen projecten.

Actief venster: Dit is de plaats waar de grafieken gaan komen, na het opmeten van de motor. Hierop kan je dus verschillende informatie aflezen van de motor. Wat je te zien gaat krijgen van waarden kan je instellen bij "configure axes".

Bedieningspaneel: Hier kan je de snelheid en het koppel van de motor op de testbank regelen van op de PC. Ook kan je hier de waardes van het koppel en het toerental van de motor aflezen.

Werkbalk: Hier kan je de instellingen doen van de grafiek, van welke motor je gaat gebruiken, welk project je opent, opslaat, .... Informatie venster: Hier wordt informatie gegeven over de motor in een blokschemavorm. 57

b) Beschrijf uw procedure voor het bedienen van de motortestbank. Je zet de motor op de testbank. Je sluit hem juist aan en je sluit de motorbank ook aan op de pc via een USB-kabel. Je opent de software drivelab en je drukt op connect. Je geeft op de motorbank ook de bevestiging dat de PC het mag overnemen. Na een korte tijd krijg je dan de grafiek te zien in het actieve venster.

3.4.3

Het instellen van toerental en koppel

Leg uit hoe je koppel en snelheid aan kan passen.

Instellingen Je moet eerst zorgen dat de bank gekoppeld is met de software via de knop connect to bench.

Snelheid Dit kan je regelen door het pijltje naar links of naar rechts te verschuiven.

Koppel Dit kan je regelen door het pijltje naar links of naar rechts te verschuiven.

58

3.4.4

Op meten van de karaktrestiek van een 3-fasen asynchrone motor met DriveLab

Meet de karakteristieke belastingcurven (power factor, rendement en reactief vermogen ten opzichte van de snelheid) en documenteer.

Je ziet op de grafiek dat de spanning van de motor mooi rond de 400V blijft. Bij de koppeltoerental karakteristiek zie je duidelijk dat de aanloopstroom van de motor ongeveer een 3 keer groter is dan de nominale stroom bij het nominaal toerental 1350tr/min. Het aanloopkoppel is ook ongeveer 1.5 keer zo groot als het nominaal koppel van de motor. Het rendement van de motor is vrij constant bij het nominaal toerental van de motor. Voor het nominaal toerental is het rendement van de motor heel slecht, dit tijdens het aanlopen.

59

4 Project ICT 4.1 Labo PC samenstellen De opdracht van dit deelproject is een PC samenstellen die moet dienen als labo-PC. De PC moet kwalitatief zijn voor de prijs en er moet een scherm bij zijn. Hieronder kan je mijn samenstelling van de PC bekijken.

4.1.1

De behuizing (case)

Als behuizing heb ik gekozen voor de Fractal Design Core 1000. Het is een goedkope case van 34,99€. Ik heb voor deze behuizing gekozen omdat de case vrij simpel is. Dit maakt niet uit voor een labo PC. De case is ook geschikt voor het moederbord dat ik heb gekozen en om de nodige HDD en Dvd-speler/schrijver in te bouwen.

Externe 5.25" Interne 3.5" Full size slotopeningen Cooler Prijs:

2x 2x 4x 1x 34.99€

60

4.1.2

Het moederbord

Ik heb voor het moederbord GA-B75M-D3V (rev. 1.0) gekozen omdat het moederbord beschikt over een grafische kaart (VGA + DVI-D) op het moederbord. Deze ga ik gebruiken om het beeld op de monitor te zetten. De grafische kaart is niet van topkwaliteit om games mee te kunnen spelen, maar voor een labo PC is de grafische kaart zwaar genoeg. Eén van de redenen waarom ik dit moederbord gekozen heb, is omdat het onboard een LAN connectie bevat om deze op het netwerk te kunnen hangen. Het heeft ook een simpele geluidskaart. Een pluspunt aan het moederbord vond ik dat je standaard al over een printerpoort beschikt. Dit is handig om bv VHDL-borden en avr-microcontrollers te programmeren. Nog een tweede pluspunt vond ik dat er intern nog een seriële poort is voorzien. Deze kan je naar buiten brengen door een stekker op het moederbord te pluggen en de daarbij horende connector in de case te bevestigen. Deze poort wordt nog gebruikt bij veel elektronica apparaten om de connectie te maken tussen de PC en de randapparatuur. Deze is eenvoudig aan te sturen op de PC zelf. Het moederbord beschikt over genoeg USBpoorten voor allerlei randapparatuur. Als uitbreiding kunnen er intern extra USB-poorten bij aangesloten worden. Een 16GB DDR3 RAM is het maximum voor het moederbord. Dit is ruim voldoende voor een labo PC. Het moederbord beschikt ook over een CPU-socket 1155.

61

Merk Type CPU socket Maximaal geheugen Type geheugen Geheugen snelheden SATA USB Interne conectors

Vrije sloten

Connetoren op het moederbord

Video

Audio LAN Prijs

Gigabyte GA-B75M-D3V (rev. 1.0) Intel 1155 16GB DDR3 1600/1333/1066 MHz 1x SATA3 5x SATA2 4x USB3.0/2.0 (2ext en 2 int) 8x USB2.0/1.1 (4ext en 4int) 1 x 24-pin ATX main power connector 1 x 4-pin ATX 12V power connector 1 x SATA 6Gb/s connector 5 x SATA 3Gb/s connectors 1 x CPU fan 1 x system fan 1 x front panel 1 x front panel audio 1 x USB 3.0/2.0 2 x USB 2.0/1.1 1 x serial port 1 x Clear CMOS jumper 1 x PCI Express x16 slot, als x16 (PCI Express 2.0 standard bij Sandy Bridge.) 2 x PCI Express x1 slots (PCI Express 2.0 standard.) 1 x PS/2 keyboard/mouse port 1 x parallel port 1 x D-Sub port 1 x DVI-D port 2 x USB 3.0/2.0 ports 4 x USB 2.0/1.1 ports 1 x RJ-45 port 3 x audio jacks (Line In/Line Out/Microphone) 1xD-sub 1xDVI-D (max resolutie 1920x1200) Realtek ALC887 codec (2/4/5.1/7.1-channel) Atheros GbE LAN chip (10/100/1000 Mbit) 76,90€

62

4.1.3

RAM-geheugen

Ik heb voor een 4GB DDR3 RAM-geheugen gekozen met een kloksnelheid van 1333MHz, omdat deze kloksnelheid wordt ondersteund door het moederbord. 4GB RAM lijkt mij voldoende voor een labo PC omdat deze nooit heel zware toepassingen zal moeten draaien. Als na enkele jaren gebruik toch blijkt dat er een tekort is aan RAM-geheugen, kan je nog tot 16GB extra inpluggen op het moederbord. Er zijn in het totaal wel maar 2 sloten voor RAM.

Type Geheugenbus Aantal laten Prijs

DDR3 1333MHz 2 30,99€

63

4.1.4

CPU

Als CPU heb ik gekozen voor de i3-2120 van Intel. Ik heb voor deze CPU gekozen omdat deze beschikt over een socket 1155 zoals aanwezig is op het moederbord en omdat deze processor een hoge clocksnelheid heeft. De clocksnelheid is 3,3GHz. Het beschikt ook over 2 levels cache geheugens en 2 cores welke er voor gaan zorgen dat de processor vlot zal werken. De processor ondersteunt een 64-bit besturingssysteem net zoals het moederbord.

Merk Type Codenaam Socket Level 2 cache Level 3 cache Snelheid Cores Threads Instructieset HyperTransport bus Prijs:

Intel Intel Core i3-2120 Sandy Bridge 1155 2x256KB 3072 KB 3300MHz 2 4 64-bit 5000MT/s 117.90€

64

4.1.5

De HDD

Ik heb gekozen voor een harde schijf van Wersten Digital. De HDD beschikt over een opslagcapaciteit van 500GB. Dit is voldoende voor het installeren van een besturingssysteem en programma's evenals voor het opslaan van data. Ik zou de HDD wel opdelen in verschillende harde schijven. Hoe ik dit zou doen, kan je lezen bij "Vergelijking van verschillende mogelijkheden voor het toekennen van rechten aan de leerlingen".

Merk Type Opslagcapaciteit Aansluiting Prijs

Western Digital WD5000AADS 500GB SATA2 69,90€

65

4.1.6

De voeding

Ik heb voor de voeding GX450 van cooler master gekozen van 450W. Deze voeding beschikt over 6x SATApower. Dit is evenveel als het aantal SATA connectoren op het moederbord. De voeding beschikt ook over een CPU 12V 4 pin connector om de CPU op het moederbord extra voeding te geven.

Merk Typer Soort Beveiliging Aansluitingen

Prijs

Cooler Master GX450 ATX/450W OVP, UVP, OLP/OPP,SCP,OTP 3x Molex 6x Sata 1x Floppy 1x PCI 6+2 1x CPU 4+4 1x ATX 20+4 45,49€

66

4.1.7

Dvd-speler/schrijver

De DVD speler/schrijver is van het merk Samsung. Deze kan zowel R-/R+ DVD schrijven. Dit heeft als voordeel dat je niet moet zien welke soort Dvd's je koopt. Hij wordt aangesloten via SATA op het moederbord. Een Dvd-speler/schrijver is altijd handig om bijhorende software van apparatuur te installeren op de PC of om bestanden te kunnen openen die op DVD of CD aanwezig zijn.

Merk Type Aansluiting Prijs

Samsung SH-22BB SATA 15,99€

67

4.1.8

LCD monitor

De monitor is van het merk ACER en heeft als type nummer V193HQVBb. Deze is 18,5" groot. Het is een middelmatige grote voor een monitor. Het is eenvoudig omdat je op deze grootte van scherm gemakkelijk bv 2 word documenten naast elkaar kunnen geopend of ook een word document en een internetsite. Dit is handig tijdens het maken van een laboverslag of tijdens het werken aan je eindwerk. Dan hoef je niet heel de tijd van venster te wisselen en is alles toch nog duidelijk leesbaar. Het scherm wordt aangesloten met een VGA connector op de PC, op de onboard grafische kaart van het moederbord.

Merk Type Soort Grote Resolutie Aansluiting Prijs

Acer V193HQVBb LCD 18,5" 1366x786 px VGA 89,90€

De hele PC + scherm komt op een totaalsom van: 482,06€.

68

4.2 Het configureren van het labonetwerk Het labo krijgt een aparte lijn van Telenet en hiervoor moet een oplossing gezocht worden zodat je met alle PC's in het labo op internet kan. Welke apparatuur/instellingen heb je daarvoor nodig? Je gaat tussen de internetlijn en de PC’s een DHCP-server moeten zetten om elke PC een IP-adres te geven en toegang te geven tot het internet. Op de server wordt dus met andere woorden de toegang gegeven tot internet of niet. Hier kan je ook een firewall op zetten voor het beveiligen van je internetwerk. Om de connectie te leggen tussen de DHCP-server en de rest van de PC ga je ook nog een switch of een hub moeten aanschaffen. Ik raad aan om een switch te nemen. Deze gaat enkel de pakketjes sturen op de poort waar ze nodig zijn en dit gaat er voor zorgen dat je netwerk niet te zwaar belast wordt. Ik zou persoonlijk ook nog opteren om een wireless-accespoint aan de switch te hangen. Dit kan eenvoudig zijn als er in de komende jaren misschien eindwerken gaan komen met wifi. Het is ook handig als leerlingen hun eigen PC bijhebben. Zo kunnen ze toegang krijgen tot het internet van het labo. Dit kan voor zowel leerlingen van EE als voor bijvoorbeeld uitwisselingsstudenten tijdens een project van LDV bijvoorbeeld. Het wireless-accespoint zou ik wel beveiligen met een WPA2 key, bv. hetzelfde als voor het inloggen van de PC in het labo. Hierdoor zullen leerlingen van een verdieping lager niet op het internet kunnen en bijgevolg nog gebonden zijn aan hun rechten die ze krijgen op school. Op de DHCP server zou ik ook nog een ftp-server zetten en een webserver. Dit is handig voor het uploaden van de PHP-website van de leerlingen tijdens de lessen software. Hierdoor zullen de leerlingen hun website vanaf thuis op de webserver op school kunnen zetten. De FTP-server zou ik maken voor het uitwisselen van bestanden tussen school en thuis. Dan kan je op school aan een taak werken en deze op de server in jouw map zetten. Als je 's avonds thuis komt, kan je deze raadplegen vanaf je PC. Hierdoor zal ook het excuus vermeden worden dat ze hun USB-stick zijn vergeten, want ze kunnen het terug opslaan in de map op de server. Hierdoor zal je overal aan je bestanden van school kunnen door een username en wachtwoord in te geven.

69

4.3 Vergelijking van rechten toekennen aan de leerlingen Als eerste zou ik de harde schijf voor je iets installeert, al opdelen in 3 gelijke delen.

Mogelijkheid 1: Je zet een diepvries software op elke PC. Dit gaat er voor zorgen dat je geen virussen zult verspreiden op je PC want dan wordt bij het opnieuw starten van de PC de bestanden en de instellingen door de diepvries teruggezet. Het nadeel aan deze methode is dat je niet zomaar iets kunt installeren op de PC omdat je voor de meeste programma's opnieuw moet opstarten voor het werkt. Dit gaat dus niet omdat de diepvries dit er zal hebben afgesmeten bij het opnieuw opstarten. Er is wel een mogelijkheid om iets bij op de PC te installeren door de diepvries tijdelijk af te zetten, het te installeren en dan de diepvries terug op te zetten. Dit is wel geen praktische methode.

Mogelijkheid 2: Je maakt 1 PC volledig in orde en je maakt daar een image van. Die image ga je dan verspreiden over alle andere PC's in het lokaal. Deze zullen dan exact dezelfde instellingen hebben, alleen de PC-naam zal verschillen. Je slaat de image op, op 1 van de PC's. Als je dan een PC met virussen of problemen hebt door het verwijderen van bestanden van het systeem, kan je deze image terug over zetten. Zo heb je telkens een propere Windows om mee te starten. De image er over zetten gaat praktisch nog. Het duurt niet overdreven lang. Het enige nadeel is dat als er extra software geïnstalleerd is en je zet de image er over, dan zullen deze er ook af zijn. Je zal dus op regelmatige basis een nieuwe image moeten maken.

70

5 Literatuurlijst 5.1 Internet EXTREMEELECTRONICS, Using the USART of AVR Microcontrollers, 12/12/2008, (http://extremeelectronics.co.in/avr-tutorials/using-the-usart-of-avr-microcontrollers/). AVRFreaks, Using the USART with AVR-GCC, 10/01/2007, (http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=45341). EPOS VLAANDEREN, Comenius (http://www.epos-vlaanderen.be/?CategoryID=182) EUROPA CNC-NETWORK, Train For Europe Reloaded (http://www.cnc-network.eu/)

5.2 Boeken BARNETT, R., COX, S. en O’CULL, O., Embedded C Programming and the Atmel AVR, DELMAR, 2006, 560 pagina's.

71