antwoorden hoofdstuk 8

Newton vwo deel 1a Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Technische automatisering

8 Technische automatisering8.1 Inleiding

2 Automaten

a A Verwarmingsthermostaat:- Taak: in/uitschakelen verwarming- Je moet de thermostaat zelf instellen op de gewenste temperatuur.- De verwarmingsthermostaat gaat na in hoeverre de heersende kamertemperatuur

in overeenstemming is met de gewenste waarde: is de kamertemperatuur lager dan gewenst, dan schakelt de thermostaat de verwarming in.

B Wc-stortbak- Taak: Een hoeveelheid water in de stortbak opslaan zodat deze direct voor een spoelbeurt gereed is. - De automaat is over het algemeen door de fabriek ingesteld door midddel van een vlotter-instelling.- Nadat er op de spoelknop is geduwd en de voorraad water is weggespoeld, wordt de stortbak

opnieuw gevuld tot een bepaalde waarde. Zo gauw deze waarde bereikt is, wordt de kraan weer automatisch afgesloten.

b Thuis: magnetron, afstandsbediening tv, programmering video, enz.School: schoolbel, snoepautomaat, schuifdeuren, enz.Verkeer: verkeerslichten, mistsignalering, snelheidscontrole, enz.Winkel: bel, diefstalcontrole, streepjescode, enz.Fabriek: flessenvuller, robot bij autofabriek, diktecontrole plaatmateriaal, enz.

c Maak zelf een keuze en overleg hierover met een klasgenoot.

3 Technische automatisering

a Bespreek de antwoorden met je klasgenoten.

b Bespreek de antwoorden met je klasgenoten.

4 Elektrische schakelingen

A Temperatuur: NTC hoe hoger de temperatuur is, des te lager is de weerstand.

B Lichtsterkte: LDR hoe groter de lichtsterkte is, des te lager is de weerstand.

C Geluidssterkte: microfoon hoe groter de geluidssterkte is, des te groter is de spanning die de microfoon afgeeft.

8.2 Automaten Verwerken

8 A Invoerblok: temperatuursensor. B Invoerblok: lichtsensor. C Invoerblok: geluidsensor.Uitvoerblok: verwarmingselement. Uitvoerblok: lamp. Uitvoerblok: motor van de

garagedeur.

9 A Invoerblok: bewegingssensor.Uitvoerblok: motor van de schuifdeuren. Verwerkingblok: schakeling die er voor zorgt dat de deurmotor geactiveerd wordt zodra erbeweging wordt waargenomen (zie figuur A).

B Invoerblok: lichtsensor. Uitvoerblok: motor van het zonnescherm. Verwerkingblok: schakeling die het toenemenvan de hoeveelheid zonlicht omzet in het laten dichtgaan van een zonnescherm(zie figuur B).

C Invoerblok: lichtsensor.Uitvoerblok: lamp.Verwerkingblok: schakeling die ervoor zorgt dat een lamp aangaat als de hoeveelheid buitenlicht afneemt (zie figuur C).

Vervolg op de volgende bladzijde.

113


Vervolg opgave 9.

D Invoerblok: (water)hoogtesensor.Uitvoerblok: pomp.Verwerkingblok: schakeling die een pomp aanzet als het waterniveau te hoog isof die een overloopschuif opentrektzodat het water weer tot de gewenstehoogte kan zakken. (Zie figuur D).

10 Figuren van boven naar onder:

A Continu, omdat alle mogelijke waarden in het gegeven bereik mogelijk zijn.

B Binair, omdat slechts twee waarden mogelijk zijn, namelijk hoog en laag.

C Continu, omdat tussen de twee uiterste grenzen alle waarden mogelijk zijn.

11 a Meetsysteem: Stuursysteem:

Regelsysteem:

b Overeenkomsten: elk systeem bestaat uit een invoer-, verwerkings- en uitvoerblok.Elk invoerblok bevat één of meer sensors.

c Verschillen tussen stuur- en meetsysteem:Bij stuursysteem wordt in verwerkingsblok met drempelwaarden gewerkt; bij meetsysteem met ijkgegevens (ijktabel).Bij stuursysteem bevat het uitvoerblok een actuator en bij een meetsysteem een (beeld)scherm.

Verschillen tussen stuur- en regelsysteem:Bij een stuursysteem wordt in verwerkingsblok met drempelwaarden gewerkt; bij een regelsysteem wordt ook met drempelwaarden gewerkt maar deze hebben meer de betekenis van gewenste waarden waaraan het systeem moet proberen te voldoen.Bij een stuursysteem is er geen sprake van terugkoppeling; bij een regelsysteem wel d.w.z. de gebruikte actuator beïnvloedt de grootheid die de sensor van het invoerblok waarneemt.

12 A Digitaal. B Analoog. C Digitaal. D Digitaal. E Analoog.

F Digitaal. N.B. Mogelijk ook analoog indien dit gebeurt aan de hand van ronddraaiende wieltjes met maatstrepen en getallen op de buitenkant.

13 Stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde.

14 Stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde, namelijk teveel gewicht in de lift. Zolang de mensen in de lift geen initiatief nemen om eruit te stappen, gebeurt er niet.Pas als het gewicht onder de ingestelde drempelwaarde zakt, gaan de liftdeuren dicht.

15 Tankpistool: stuursysteem. De sensor op het uiteinde neemt waar of de tank voldoende gevuld is. Zodra aan deze waarde voldaan wordt, wordt de benzinekraan afgesloten.Wasautomaat: stuursysteem. Het programma van de wasmachine werkt een voorgeprogrammeerde volgorde van handelingen af.

Digitale weegschaal: meetsysteem. Met behulp van het sensorsignaal en de ijkgegevens zorgt het verwerkingsblok ervoor dat de gemeten waarden op het display worden weergegeven.

16 Het verwerkingsblok is (gemakkelijker) programmeerbaar, is kleiner (qua omvang) en (vaak) sneller.

114


Controleren

18 Voetgangerslicht

a Invoerblok: drukschakelaar.Uitvoerblok: lampen en geluidsbron.Verwerkingblok: als er op de drukschakelaar is gedrukt, moet de elektronische schakeling er voor zorgen dat na enige tijd het licht van rood op groen springt. Bovendien moet het geluidssignaal van karakter veranderen. Na verloop van een ingestelde tijd moet de groene lamp een paar keer knipperen om vervolgens weer uit te gaan, terwijl de rode lamp op hetzelfde moment weer aangaat. De elektronische schakeling moet ook een tijdklok hebben om op de juiste manier met de gewenste tijdsinstellingen te kunnen omgaan.

b Hier is sprake van een stuursysteem: een druk op de knop zorgt ervoor dat het verwerkingsdeel de lampen en geluidsbron op een vooraf geprogrammeerde manier aanstuurt.

19 Wasdroger

a Invoerblok: temperatuursensor en klok. Uitvoerblok: motor van de trommel, het verwarmingselement en de ventilator.Verwerkingblok: de elektronische schakeling moetnagaan of er voldaan wordt aan de temperatuurvoorwaarde (niet te hoog) en de tijdvoorwaarde (klok geeft hoog signaal). Wordt aan beide voorwaarden voldaan, dan moet de elektronische schakeling er voor zorgen dat de trommelmotor draait, het verwarmingselement aan is en de ventilator draait.

b Het is een stuursysteem. De temperatuur wordt weliswaar gemeten, maar het verwerkingsdeel moet er voor zorgen dat de wasdroger wordt uitgeschakeld als de temperatuur te hoog wordt. De temperatuur wordt niet als meetresultaat op bijvoorbeeld een scherm of display weergegeven.

20 Verwarmingsthermostaat

a De verwarmingsthermostaat bestaat uit een bimetaal en een kwikschakelaar. Het bimetaal dient als sensor én verwerker van het sensorsignaal omdat het bij temperatuurverandering verandert van stand. Door een bepaalde instelling kun je bereiken dat de kwikschakelaar bij een bepaalde (= gewenste) temperatuur een stroomkring kan verbreken of maken. Bij een gesloten stroomkring wordt een elektromagneet geactiveerd die de gasklep open houdt. Als de temperatuur stijgt, buigt het bimetaal waardoor de kwikschakelaar kantelt. Bij de ingestelde temperatuur moet de kwikdruppel wegrollen, zodat de stroomkring verbroken wordt en de gasklep dicht gaat.Zo kan de thermostaat er voor zorgen dat de cv aangaat als de temperatuur in de kamer lager is dan de gewenste waarde. Zodra de gewenste temperatuur bereikt is, wordt de cv weer uitgezet.

b Invoerblok: temperatuursensor in de vormvan een bimetaal.Uitvoerblok: elektromagneet.Verwerkingblok: kwikdruppel met bijbehorende schakeling. Bij de gewenste temperatuur moet de kwikdruppel net wegrollen en de stroomkring verbreken.

c Hier is sprake van een regelsysteem: de verwarmingsthermostaat moet er voor zorgen dat de temperatuur in de kamer op een bepaalde waarde wordt gehouden.

21 Waakvlambeveiliging

a De waakvlambeveiliging moet controleren of de waakvlam brandt. Als de waakvlam brandt, zorgt het thermokoppel voor een stroom die de elektromagneet bekrachtigd. Hierdoor wordt de gasklep open gehouden, waardoor het gas naar de waakvlam kan en waardoor eventueel ook gas naar de brander kan als de verwarmingsthermostaat deze activeert.Als de waakvlam uitgaat, werkt de elektromagneet niet meer en duwt het veertje de gasklep dicht. Zo wordt voorkomen dat er ongewenst gas naar de brander kan stromen zonder dat deze tot ontbranding over gaat.

b Invoerblok: thermokoppel.Uitvoerblok: elektromagneet.Verwerkingblok: in feite is de combinatievan thermokoppel en vlam ook een soortvan verwerkingsblok. Als de temperatuurvan de vlam niet hoog genoeg is, zal het thermokoppel te weinig spanning leveren om de elektromagneet voldoende te bekrachtigen.

c Hier is sprake van een stuursysteem. Als er geen waakvlam is, wordt de gastoevoer afgesloten.

115


8.3 Systeembouwstenen Verwerken

24 Afgerond: Gevoeligheid = 0,38 Vs/m

25 a Gevoeligheid: Afgerond: Gevoeligheid = 8,310-2

V/CMeetbereik: tussen 10 C en 40 C

b Grafiek loop twee keer zo steil, want de gevoeligheid is nu 0,16 V/C. Het bereik loopt van 10 C tot ca. 28 C.

N.B. dit laatste punt is op twee verschillende manieren te bepalen:

1e manier: Teken de nieuwe karakteristiek en lees af bij S = 5,0 V

2e manier: Het sensorsignaal moet toenemen van 2,0 V tot 5,0 V: S = 3,0 V; met G = 0,166 V/C vind je T = 18 C. De maximale temperatuur is dan 10 + 18 = 28 C

26 Gegeven: bij T = 12 C S = 2,60 V; gevoeligheid = 10 mV/C = 0,010 V/C.

Het ijkdiagram is lineair dus als je twee puntenin het (S,T)-diagram vastlegt, kun je het ijkdiagramal tekenen:- bij T = 10 C S = 2,60 - 2 0,010 = 2,58 V;- bij T = 15 C S = 2,60 + 3 0,010 = 2,63 V.

Verder: zie de figuur hiernaast.

27 a Zie de figuur hiernaast.

b Bereik: van 0 dB tot 134 dB.

Afgerond: Gevoeligheid = 3,310-2 V/dB

28 Fz.max = m g = 20,0 9,81 = 196,2 NSensorsoort B (met het bereik van 0 - 200 N)voldoet dus het beste. In het betreffende meetgebied van 0 - 200 N heeft deze sensor ook de grootste gevoeligheid namelijk 0,0125 V/N.

29 De gevoeligheid van de microfoon is bij 85 dB kleiner dan bij 95 dB omdat het ijkdiagram een lijn te zien geeft die steeds stijler loopt. Bij grotere geluidssterkte is er een grotere verandering van het sensorsignaal per dB toename.

30 De kamertemperatuur zal nooit boven de 50 C komen, maar wel onder de 25 C. Dus sensor C en D vallen af.De keuze tussen sensor A en B is ook duidelijk: sensor B heeft de grootste gevoeligheid. Dus deze is het meest geschikt voor de kamerthermostaat.Conclusie: Sensor B is het meest geschikt.

116


31 Ijkdiagram: zie de figuur hiernaast.

Afgerond: Gevoeligheid = 5,010-2 V/%

32 A Comparator. B EN-poort.C OF-poort. D Invertor.

33 Sref = 2,4 V

34 Zie de figuur hiernaast.

35 Zie de figuur hiernaast.

Om na te gaan of deze schakeling klopt,kun je een waarheidstabel van de schakelingmaken (zie schema hieronder).

S1 S2 S3 S4 S5

0 0 0 0 01 0 0 0 00 1 0 0 01 1 0 1 00 0 1 0 01 0 1 0 00 1 1 0 01 1 1 1 1

36 a Zie de figuur hiernaast.

b Elke volgende uitgang heefteen frequentie die 2 zo klein is als de voorafgaande omdat de tijdsduur2 zo groot wordt.

Bijvoorbeeld:

37 De pulsgenerator geeft nu 2 pulsen per sec. Elke halve seconde verspringt het display. Het getal op het display stelt het aantalhalve seconden voor.

38 a De pulsgenerator moet elke minuut

één puls geven: .

b Uitgang 4, want na 4 pulsen zal dezeuitgang van laag veranderen in hoog.

39 0 0 0 0 1 1 0 1 = 0 27 + 0 26 + 0 25 + 0 24 + 1 23 + 1 22 + 0 21 + 1 20

= 8 + 4 + 0 + 1 = 13

0 0 1 1 1 1 0 1 = 0 27 + 0 26 + 1 25 + 1 24 + 1 23 + 1 22 + 0 21 + 1 20

= 32 + 16 + 8+ 4 + 0 + 1 = 61

117


40 14 = 0 27 + 0 26 + 0 25 + 0 24 + 1 23 + 1 22 + 1 21 + 0 20 0 0 0 0 1 1 1 0

171 = 1 27 + 0 26 + 1 25 + 0 24 + 1 23 + 0 22 + 1 21 + 1 20 1 0 1 0 1 0 1 1

255 = 1 27 + 1 26 + 1 25 + 1 24 + 1 23 + 1 22 + 1 21 + 1 20 1 1 1 1 1 1 1 1

41 De code met de hoogste waarde is 1 1 1 1 1 1 1 1 255 (zie ook opg. 40 !)

42 a Zie tabel hiernaast.

b Een OF-poort geeft ook een 1 als S1 en S2 beide 1 (d.w.z. hoog) zijn.

c

43 Bij het onderbreken van de lichtbundel wordt het sensorsignaal tijdelijk lager dan het referentiesignaal Sref van de comparator. De uitgang wordt daardoor even laag, terwijl de invertor er tijdelijk weer een hoog signaal van maakt. Door dit hoge signaal wordt de geheugencel geset. De uitgang van de geheugencel blijft hoog totdat er ook een hoog signaal op de reset R wordt aangeboden.

44 a Op het moment dat de 5e puls wordt aangeboden wordt zowel de uitgang 1 als 4 hoog. De EN-poort krijgt dus 2 hoge signalen aangeboden en geeft op zijn uitgang als gevolg daarvan ook een hoog signaal. Door dit hoge signaal wordt de teller gereset via R.

b Sluit de uitgang 2 direkt aan op de reset R van de teller.Zie verder de figuur hiernaast.

Controleren 72 Windturbine

a Het ijkdiagram laat zien dat de grafieklijn lineair verloopt tussen de snelheden v = 5,0 m/s en v = 15 m/s.

Afgerond: Gevoeligheid = 0,44

Vs/m

b Orientatie Taak: Een stuursysteem dat de windturbine stillegt als de windsnelheid kleiner is dan 3,0 m/s en

groter is dan 15,0 m/s.Het bijbehorende blokschema zou er als volgt uit kunnen zien:

Drempelwaarden:- bij v = 3,0 m/s Ss = 0,30 V en- bij v = 15,0 m/s Ss = 5,30 V.

PlanningIn het verwerkingsblok zitten in ieder geval de 2 comparatoren waarmee de drempelwaardenzijn vast te leggen.

DeelsystemenGebruiken we comparator 1 voor de lage snelheid, dan moet er een invertor achter worden geschakeldomdat bij een snelheid lager dan 3,0 m/s (en dus Ss < 0,30 V) de comparator een laag signaal geeft, terwijl de OF-poort een hoog signaal aangeboden moet krijgen.

De comparator 2 wordt gebruikt voor de hoge snelheid. Deze krijgt een hoog signaal op de uitgangals de snelheid boven de 15,0 m/s (en dus Ss > 5,30 V) komt.

Er is sprake van een OF-situatie namelijk de windsnelheid lager dan 3,0 m/s óf hoger dan 15,0 m/s. Dat betekent het gebruik van een OF-poort. Achter de OF-poort moet nog een invertor geplaatst worden omdat de windturbine volgens de opgave stilstaat als het uitgangssignaal in B laag is.

Vervolg op volgende bladzijde.

118

S1 S2 S3

0 0 01 0 10 1 11 1 0S1 S2 S3 S4 S5 S6

0 0 0 0 1 01 0 1 0 1 10 1 1 0 1 11 1 1 1 0 0


Vervolg van opgave 72.

UitvoeringWe bouwen de schakelingvolgens de figuur hiernaast:

ControleGa na eens na of de schakelinggeheel volgens wens reageert.

73 Badkamerventilator

a Zie nevenstaande figuur.

Uit het gegeven diagram blijktdat bij 70% relatieve vochtigheidde sensorspanning Us = 3,1 V.Dus de referentiespanning Uref moet op 3,1 V worden ingesteld.

b De teller telt als de aan/uit van de tellerhoog is en bovendien de reset laag is.Op het moment dat de persoon opstaat, wordt de reset van de teller laag.De uitgang van de geheugencel (die hoog was) blijft hoog, dus ook de aan/uit van de teller blijft hoog.De teller gaat dus tellen.

c De ventilator slaat af als de geheugencel gereset wordt. Dat gebeurt nadat er 128 pulsen geteld zijn.

Eén puls duurt . De ventilator slaat dus na 128 2,50 = 3,2102 s (= 5,3 min) af.

Afgerond: t = 3,2102 s

74 Binnenverlichting

a Op het moment dat de deur dichtgaat, wordt het signaal bij S1 laag en wordt de teller niet meer gereset.Omdat de uitgang van de geheugencel hoog blijft en dus ook de aan/uit-ingang van de teller hoog blijft, begint de teller op dat moment te tellen.

b Als de teller op 10 staat, zijn zowel uitgang 2 als uitgang 8 hoog. De EN-poort ontvangt dus 2 hoge signalen en gaat ook een hoog op de uitgang zetten. Omdat de set van de geheugencel laag is en M wordt gereset, wordt A laag en gaat de verlichting uit.

c In 7,0 seconden telt de teller tot 10.

De frequentie f is dan .

Afgerond: f = 1,4 Hz

d Zie nevenstaande figuur:er moet een OF-poort worden gebruikt.

119


75 Auto’s tellen

a Zie diagrammen hiernaast.Toelichting: de comparator gaat van laag naar hoog op het momentdat het sensorsignaal Ss de ingestelde referentiespanning Sref bereikt.

b Het referentiesignaal moet op een hogere waarde ingesteld worden. Omdat een auto zwaarder is dan een fietser, is het signaal dat de druksensor afgeeft hoger. Ligt Sref boven Sfietser maar onder Sauto dan zal de comparator alleen een hoog signaal afgeven als de auto over de druksensor rijdt.

c

Toelichting :Als een auto over de druksensor rijdt, geeft de comparator twee keer een hoog signaal af (twee wielen!), terwijl één auto geteld moet worden. Door de uitgang 2 van teller A te verbinden met 'tel pulsen' van teller B wordt er telkenséén puls aan teller B toegevoerd nadat teller A 2 pulsen ontvangen heeft.

d Digitale code: 1 1 0 1 1 1 1 0 1 27 + 1 26 + 0 25 + 1 24 + 1 23 + 1 22 + 1 21 + 0 2 == 128 + 64 + 16 + 8 + 4 + 2 = 222

e Teller C wordt met één verhoogd als teller B op 100 staat (want 64 + 32 + 4 = 100). Teller C geeft dus aan het aantal keer 'honderd auto's' dat er gepasseerd is. Omdat teller B op nul staat, zijn er dus 222 100 = 22200 auto's gepasseerd.

Het wordt dus tijd dat de ringweg aangelegd wordt!

8.4 Automatisering Verwerken 77 a Naarmate de AD-omzetter meer bits op de uitgang heeft, zijn er meer binaire getallen beschikbaar.

Het spanningsbereik wordt dan in kleinere spanningsgebieden opgedeeld. De resolutie is dan kleiner.

b Naarmate het ingangsbereik groter is, zal een AD-omzetter ook een grotere resolutie hebben omdat nu een groter spanningsbereik in eenzelfde aantal spanningsgebieden wordt opgedeeld. Dus elk spanningsgebied is dan groter.

78 De conversietijd is de tijdsduur die een AD-omzetter nodig heeft om een gemeten sensorspanning om te zetten in een binair getal. In die tijd kan de AD-omzetter niet een volgende meetwaarde verwerken omdat er in de AD-omzetter dan 'getallen door elkaar gaan lopen'. Daarom moet de bemonsteringstijd dus groter zijn dan de conversietijd.

79

Afgerond: resolutie = 7,610-5 V

80 Een 8-bits AD-omzetter heeft 28 = 256 binaire getallen ter beschikking.

De resolutie . .

De ingangsspanning van 2,54 V ligt dan in het 130e gebied (naar beneden afgerond!). Binaire code 130: 1 27 + 0 26 + 0 25 + 0 24 + 0 23 + 0 22 + 1 21 + 0 20 1 0 0 0 0 0 1 0

81 Het binaire getal 1 0 1 0 = 1 23 + 0 22 + 1 21 + 0 20 = 8 + 0 + 2 + 0 = 10.

120


De resolutie .De ingangspanning heeft een waarde tussen 10 0,3125 = 3,125

en 11 0,3125 = 3,4375 V Afgerond: 3,1 ≤ Vi < 3,4 V

82 Afgerond: fm,max = 20

kHz

83 Het temperatuurgebied omvat een T = 45,0 - 30,0 = 15,0 C.

De resolutie = 0,1 C er moeten minimaal spanningsgebieden voor de AD-omzetter

beschikbaar zijn. Aangezien een 7-bits omzetter slechts 27 = 128 binaire getallen ter beschikking heeft, zal het dus minimaal een 8-bits AD-omzetter moeten zijn. Dus minimaal 8 binaire uitgangen.

84 a Tconversie ≤ Tm en Tconversie ≤ 2,0 ms

b De 4-bits AD-omzetter heeft een resolutie

Om de 2,0 ms wordt er een meting verricht:

t = 2,0 ms S = 1,2 V

meting in 3e gebied binair getal 0 0 1 1

t = 4,0 ms S = 1,4 V


t = 6,0 ms S = 1,6 V

meting in 5e gebied binair getal 0 1 0 1 t = 8,0 en 10 en 12 ms S = 1,8 V


Verder zie de figuur rechtsboven. In de figuur zijn met stippel-lijntjes de verschillende spanningsgebieden aangegeven waarbinnen hetzelfde binaire getal wordt toegewezen.

c Zie nevenstaande figuur.

Controleren 87 Resolutie van een meetsysteem

a Een 8-bits AD-omzetter heeft 28 = 256 binaire getallen

ter beschikking. De resolutie 0,0195 V.

b Afgerond: Gevoeligheid = 3,310-2 V/C

c De resolutie van de AD-omzetter is 0,0195 V de temperatuurverandering moet minimaal

zijn om het binaire getal met één te verhogen Resolutie meetsysteem = 0,60 C

d De resolutie van de AD-omzetter is dan . De temperatuurverandering

moet nu minimaal zijn om het binaire getal met één te verhogen.

121


Afgerond: Resolutie meetsysteem = 2,310-3 C

e Bij een 2 zo grote gevoeligheid zal de sensor een 2 zo grote verandering in spanning krijgen bij dezelfde temperatuurverandering. Dit betekent dat het meetsysteem bij een 2 zo kleine verandering in

temperatuur het binaire getal al met één verhoogd

Afgerond: Resolutie meetsysteem = 1,210-3 C

88 Minispectrometer

a Gevraagd: ijkdiagram van de lichtsensor. Gegeven: 0 V ≤ Ss ≤ 5,0 V; Ss = 0 V bij I = 1,5 W/m2; gevoeligheid sensor: S = 1,0 V bij I = 2,2 W/m2;

ijkgrafiek is lineair.

Eerst moet de horizontale schaalverdelingworden bepaald. De sensor begint pas te metenbij een intensiteit van 1,5 W/m2.

De bovenwaarde Ss = 5,0 V: uit de gevoeligheid volgtdat S = 5,0 V bij I = 5 2,2 = 11,0 W/m2 .

Dus Ss = 5,0 V bij I = 1,5 + 11,0 = 12,5 W/m2 .

Verder zie nevenstaande diagram.

b Stap 1:Als de lichtintensiteit binnen een golflengtegebied nauwkeuriger moet kunnen worden bepaald, moet men AD-omzetters gebruiken die zijn voorzien van meer dan 8 bits.Ook zou men gevoeliger sensoren kunnen gebruiken waarbij de sensorspanning meer veranderd bij een bepaalde intensiteitsverandering.

Stap 2:Als de golflengtegebieden waarin de lichtintensiteit wordt bepaald smaller moeten zijn, moet men meer dan 20 smallere lichtsensoren gebruiken met evenzovele AD-omzetters.

89 Holland Acht

a De in te stellen grootheid is de kracht F die de roeier op de riem uitoefent ende te meten grootheid is de spanning Ss die de sensor afgeeft.

b De hoek wordt gemeten van - 80 tot + 80 en heeft dus een omvang van 160.Uit figuur 60 is op te maken dat er steeds met stapjes van 2,5 wordt gemeten.

Bijvoorbeeld tussen - 60 en - 40 zijn 8 stappen te onderscheiden:

Voor het volledige bereik zijn daarom intervallen nodig en dus 64 binaire getallen.

Dat betekent dat is er minimaal een 6-bits AD-omzetter nodig is want deze heeft 26 = 64 binaire getallen ter beschikking.

8.6 Afsluiting Controleren 94 Aquariumtemperatuur

OriëntatieGevraagd: Een alarmsysteem voor temperatuurbewaking van een aquarium.Gegeven: Het aquariumwater moet tussen de 15 C en de 25 C blijven.

De gebruikte temperatuursensor levert bij 15 C een Ss = 2,1 V en bij 25 C een Ss = 2,45 V.Comparator 1 en comparator 2 kunnen elk op één van de twee referentiespanning gezet worden.

PlanningStellen we comparator 1 af op 15 C (S1,ref = 2,1 V) dan moet deze nog verbonden worden met een invertor omdat een lagere temperatuur juist een laag signaal van de comparator geeft.Comparator 2 kunnen we dan afstellen op 25 C (S2,ref = 2,45 V).

Aangezien het een òf-òf-situatie is, kunnen de signalen toegevoerd worden aan de OF-poort

122


die op zijn beurt weer met het lampje verbonden kan worden.Het is niet duidelijk of het lampje ook moet blijven branden als de temperatuur eenmaal buiten de gewenste grenzen is geweest en inmiddels weer binnen de grenzen is. In dat geval zou er nog gebruik gemaakt kunnen worden van de geheugencel.


123


Vervolg opgave 94.

UitvoeringZie de figuur hiernaast.

ControleTer controle kun je weer nagaan of de schakeling aande gewenste voorwaarden voldoet.

95 Startpistool

OriëntatieGevraagd: Schakeling voor een startsysteem.Gegeven: Lichtsensor geeft Ss = 1,0 V indien de lichtbundel niet onderbroken is.

Een eventuele korte onderbreking van de lichtbundel moet met een geheugencel worden vastgelegd,waardoor een lamp en een zoemer in werking worden gezet.

Planning

Deelsysteem 1: door de lichtsensor met een comparator te verbinden kan de drempelwaarde waarop de lichtonderbreking het startsysteem activeert, worden ingesteld, bijv. op Sref = 0,50 V.Het comparator-signaal moet vervolgens met een invertor worden verbonden zodat het onderbreken van het lichtsignaal tot een kort hoog signaal leidt waardoor de geheugencel kan worden geset.

Deelsysteem 2: het alarm (lamp en zoemer) mogen pas in werking komen als het systeem geactiveerd is d.w.z. zolang er nog niet duidelijk aan een start gewerkt wordt moet het systeem niet aan staan.Met een drukschakelaar kun je een geheugencel activeren (S) waardoor het systeem op stand by wordt gezet.

Deelsysteem koppelen: het alarm mag pas afgaan als het systeem op stand-by staat éniemand te vroeg start. Dit betekent dat deelsysteem 1 en deelsyteem 2 via een EN-poort aanelkaar gekoppeld moeten worden. Aan de uitgang van de EN-poort wordt dan de lamp en zoemergekoppeld.Met een startschot moet het systeem uitgeschakeld worden omdat dan de atletiekwedstrijd is begonnen. Dit wordt nog weergegeven met een drukschakelaar, die het startschot af laat gaan én waardoor tevens beide geheugencellen gereset worden.

Uitvoering

Deelsysteem 1:

Deelsysteem 2:

De deelsystemen gekoppeld:

ControleTer controle ga je nog eens na of het systeem aan alle eisen voldoet en of er geen onnodigecomponenten gebruikt zijn.

124


96 Voetgangerslicht

Orientatie Gevraagd: Ga na in welke periode het rode licht brandt en in welke periode groen licht

bij de gegeven schakeling.

PlanningBeginsituatie We nemen aan dat om te beginnen zowel geheugencel 1 als 2 gereset zijn.In dat geval staat de teller uit én op 0 aangezien de reset-ingang hoog is door de invertor.Als ook de tweede geheugencel een laag uitgangssignaal heeft, dan brandt het rode lampje toch door de werking van de invertor. Het groene lampje is uit.

Situatie vanaf t = 0 door druk op S Vanaf t = 0 s telt de teller de aangeboden pulsen. Bij de derde puls zijn de uitgangen 1 en 2 van de teller beide hoog en zullen daarom ook de uitgang van de EN-poort hoog maken. Op datzelfde moment wordt geheugencel 2 geset en is de uitgang ervan ook hoog. De rode lamp gaat uit en de groene lamp gaat aan.

Situatie vanaf de 8e puls na de druk op S Vanaf de 8e puls worden beide geheugencellen door het hoge signaal op uitgang 8 van de teller gereset.De teller stopt met tellen, de groene lamp gaat uit en de rode lamp gaat weer aan.Het wachten is nu tot de volgende op de knop drukt.

UitvoeringWe geven bovenstaande weer in een kopie van figuur 66:

ControleControleer nog eens of de juiste pulsmomenten gekozen zijn.

97 Verkeerslicht

Orientatie Gevraagd: In welke periode(n) branden het rode, het oranje en het groene licht na het moment

waarop een auto de sensor passeert?Gegeven: Een regelschakeling voor de 3 verkeerslichten.

PlanningOm na te gaan op welke momenten de drie lichten geschakeld worden, moet je nagaan hoe de verschillende signalen door de schakeling worden doorgegeven. Het beste kun je dat in 2 stappen nagaan: A vóór het moment van passeren van de reed-contactsensor.B vanaf het moment van passeren van de reed-contactsensor.

UitvoeringAd A. Stel dat de geheugencel, die met de reedcontact-sensor verbonden is, een laag signaal geeft.De daaraan gekoppelde invertor geeft dan een hoog signaal aan de reset van de teller. Deze staat dus op 0. Bovendien maakt het lage signaal van de geheugencel op de A/U dat de teller niet telt.Alle uitgangen van de teller zijn laag. De invertor naar het rode licht heeft een laag ingangsignaal en dus een hoog uitgangsignaal het rode licht brandt.Het oranje en het groene licht branden niet omdat deze een laag signaal aangeboden krijgen.


125


Vervolg van opgave 97.

Ad B. Als de reedcontact-sensor een kort hoog signaal afgeeft bij het passeren van de auto, wordt de geheugencel geset. Deze heeft nu een hoog uitgangsignaal via de invertor stopt het resetten van de teller en de teller krijgt op A/U een hoog signaal en gaat dus tellen. De pulsgenerator geeft 1 puls per seconde. Na 1 seconde krijgt de OF-poort naar het groene licht een hoog signaal: het groene licht gaat branden en tegelijkertijd gaat het rode licht uit omdat de OF-poort naar het rode licht ook hoog wordt terwijl de daaraan gekoppelde invertor er een laag signaal van maakt. Dit blijft ook zo in de 2e en 3e seconde.

Na de 4e seconde gaat het groene licht weer uit en gaat het oranje licht branden. De OF-poort naar het groene licht wordt dan weer laag op de uitgang omdat beide ingangsignalen ook laag worden. Ook het rode licht kan niet gaan branden omdat de OF-poort naar het rode licht ook nu weer een hoog signaal aangeboden krijgt.

In de 5e seconde wordt de EN-poort die de reset van de geheugencel bedient even hoog. Dit maakt dat de teller stopt met tellen én dat de teller op 0 wordt gezet. Alle uitgangen van de teller worden weer laag gemaakt waardoor ook het oranje licht uitgaat en het rode licht weer aangaat.

ControleConclusie: Voordat de auto het reed-contact passeert, brandt het rode licht. Nadat de auto het reed-contact gepasseerd is, gaat het rode licht uit en het groene licht aan. Dit groene licht blijft 3 seconden branden. Daarna brandt het oranje licht gedurende 1 seconde. Vervolgens gaat het rode licht weer aan: de cyclus heeft dan 5 seconden geduurd.

98 Krachtsensor

Orientatie Gevraagd: De gevoeligheid van de sensor zo nauwkeurig mogelijk bepalen bij F = 30 N.Gegeven: Het ijkdiagram van de sensor met horizontaal een logaritmische schaal.

Om de gevoeligheid te bepalen is het van belang om te weten in hoeverre er sprake is van een lineair verband. Dit is aan het gegeven diagram niet af te lezen omdat de horizontale schaal logaritmisch van aard is. Het is van belang om het gegeven diagram dus eerst om te zetten in een diagram met ook horizontaal een lineaire schaalverdeling.

N.B. Indien je er zeker van bent dat er sprake is van een lineair verband tussen het sensorsignaal Ss en de kracht F dan zou je kunnen volstaan met het gegeven diagram. Je neemt dan twee punten in de buurt van de 30 N bijvoorbeeld 20 resp. 40 N en leest de bijbehorende waarden van het sensorsignaal af.

Je berekent de gevoeligheid dan als volgt: .

PlanningDoor in het gegeven diagram een aantal waardenaf te lezen kun je een diagram maken met ook horizontaal een lineaire schaal.I.v.m. de grootste nauwkeurigheid kun je vervolgenshet beste een raaklijn aan de kromme tekenenin het punt (2,5 V;30 N). De helling van deze raaklijngeeft dan de gevraagde gevoeligheid.

UitvoeringZie diagram hiernaast.Het blijkt dat het ijkdiagram redelijk lineair isin het gebied rond de 30 N. Toch tekenen we een raaklijn om de nauwkeurigheid zo groot mogelijk te maken. Vervolgens nemen we de waardenvan twee punten op deze raaklijn om de gevoeligheid

te berekenen: Afgerond: Gevoeligheid = 0,20 V/N

ControleDe berekende waarde van de gevoeligheid lijkt te kloppen als je let op het sensorbereik.Het is ook duidelijk dat de sensor in het gebied rond 20 N en in het gebied rond 40 N zeker niet meer lineair verloopt. Als je uitgegaan was van het gegeven diagram met de logaritmische schaal, had je zeker geen nauwkeurige waarde gevonden.

126


99 Geluidmeting

Orientatie Gevraagd Waarschuwingsschakeling voor geluidmeting.Gegeven: Er moet een waarschuwingssignaal gegeven worden als de geluidssterkte boven de 90 dB

uitkomt. Dit waarschuwings-signaal moet nog 3 seconden blijven doorgaan nadat de geluidssterkte weer onder de 90 dB is gekomen.

PlanningHet systeem moet op 2 punten aangevuld worden:A Zo gauw de comparator een hoog signaal geeft, moet D ook hoog zijn en bovendien blijven

ook als het comparator signaal laag is geworden dit vraagt om aansluiting op een geheugencel.B Het signaal in D moet 3 seconden hoog blijven nadat het comparator-signaal laag geworden is.

Na 3 seconden zijn zowel de uitgang 1 als 2 van de teller hoog. Door deze op een EN-poort aan te sluiten, kun je het hoge signaal dat deze na 3 seconden geeft, gebruiken om de geheugencel weer te resetten. Hierdoor wordt het signaal in D weer laag.

UitvoeringZie nevenstaande schakeling.

ControleTer controle ga je nog eens na of het systeem aan alle eisen voldoet en of er geen onnodigecomponenten gebruikt zijn.

127

antwoorden hoofdstuk 8

Documents