8 Technische automatisering 8.1 lnleiding

Transcriptie

1 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering Technische automatisering 8.1 lnleiding Voorkennis 1 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 kameftemperatuur lager dan gewenst, dan schakelt de thermostaat de verwarming in. B Wc-stoftbak - Taak: Een hoeveelheid water in de stortbak opslaan zodal deze direct voor een spoelbeurt gereed is. - De automaat is over het algemeen door de Íabriek ingesteld door midddel van een vlotter-instelling. - Nadat er op de spoelknop is geduwd en de voorraad water is weggespoeld, wordt de stodbak opnieuw gevuld tot een bepaalde waarde. Zo gauw deze waarde bereikt is, wordt de kraan weer automatisch aígesloten. b Thuis: magnetron, aístandsbediening tv, programmering video, enz. Schoo/; schoolbel, snoepautomaat, schuiídeuren, enz. Verkeer: verkeerslichten, mistsignalering, snelheidscontrole, enz. Winkel: bel, diefstalcontrole, streepiescode, enz. Fabriek: flessenvuller, robot bij autofabriek, diktecontrole plaatmateriaal, enz. c Maak zelí een keuze en overleg hierover met een klasgenoot. 2 Technische automatisering a Bespreek de antwoorden met je klasgenoten. b Bespreek de antwoorden met je klasgenoten. 3 Elektrischeschakelingen ATemperatuur 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 GeluidssterkÍe; microfoon die de microíoon aígeeít. 8.2 Automaten Kennisvragen hoe groter de geluidssterkte is, des te groter is de spanning 6 Alnvoerbtok: temperatuursensor. B lnvoerblok: lichtsensor. C lnvoerblok; geluidsensor. tjitvoerbtok: verwarminqselement. Uitvoerblok: lamp. Uitvoerblok: motor van de garagedeur. 7 A lnvoerblok: beweging..lnror. nguura tjitvoerblok: motor van de schuiídeuren. i llyo"qlf!- verwerqqqgrol iu"""rybi Verwerkingblok; schakeling die er voor zorgt dat de deurmotor geactiveerd wordt zodra er + bewesinss-sensor + :l*l-"j'::111, -r> motor van deuren 4' scnakerrns(en) beweging wordt waargenomen (zie figuur A). B I nvoe rblok: lichtsensor. uitvoerblok: motor van het zonnescherm. Íisuur B Verwerkíngblok; schakeling die het toenemen., inv,o Íblgk ' veíw.êrkingblok tjiwgerb]ok van de hoeveelheid zonlicht omzet in het raten dichtgaan van een zonnescherm + richtsensor + 3:'r:lo"ïf3ë".l + lïtruj.1+'' '+ (zie figuur B). C I nvoerbl ok: lichtsensor. tjitvoerbtok: lamp. ÍisuuÍ c Yerwerkingbtok: schakeling die ervoor zorgt dat een lamp aangaat als de hoeveelheid buitenticht afneemt (zie Íiguur c). '+ richtsensor + 3iï:lïffi"ï) + ramp + Vervolg op de volgende bladzijde

2 Hoofdstuk 8 - Technische automatiseri Vervolg opgave 7. D I nvoerblok: (water)hoogtesensor. Uitvoerblok: PomP. Verwerkingblok; schakeling die een pomp aanzet als het waterniveau te hoog is of die een overloopschuif opentrekt zodat het water weer tot de gewenste hoogte kan zakken (zie Íiguur D)' Íiguur D inuoj,tnr vewerkinablok uitvoerblok + hooste-sensor + 3i"#Hïf!i"ïl -> 3ïSl"3l-""n",' + Figuren van boven naar onder: AContinu,omdatal emoge ijkewaardeninhetgegevenbereikmoge ijkzijn. B Binair, omdat slechts twee waarden mogelijk zijn, namelijk hoog en laag' C Continu, omdat tussen de twee uiterste grenzen alle waarden mogelijk zijn' 9 a Meetsysteem: iiktabel iruoerblok I vererkinoblox + senso.ís) f ::#ffii""", ; Stuursysteem: - rg';!!lta -+ senso(s) drem pelwaarde(n) t I verertingook unoerblok!> + elehlrol,scre + actuaro4s) +.S schakenng(en) S^ b Overeenkomsten: elk systeem bestaat uit een invoer-, verwerkings- en uitvoerblok' Elk invoerblok bevat één oí meer sensors' drempelwaaroe(nl l> c Verschilten Íussen stuur- en meetsysteem: Bij stuursysteem wordt in verwerkingsblok mbt drempelwaarden gewerkt; bij meetsysteem met iikgegevens (ijktabel)' áiy stuursysteem bevai het uitvoerblok een actuator en bij een meetsysteem een (beeld)scherm' Verschíllen fussen 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 ván gewenste waarden waaraan het Systeem moet proberen te voldoen. Bij een stuursysteem ls er geen sprat<ó van terugkoppeling; bij een regelsysteem wel d.w.z. de gebiuikte actuato"r beïnvloedt de grootheid die de sensor van het invoerblok waarneemt' 1 A Digitaal F Digitaal. B Analoog. C Digitaal' D Digitaal' E Analoog. N.B. Mogelilk ook analoog indien dit gebeurt aan de hand van ronddraaiende wieltjes met maatstrepen en getallen op de buitenkant' stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde' Stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde' namelijk teveel gewicht in de liít. Zolangde mensen in de lift geen initiatieí nemen om eruit te stappen' gebeun er niets Ëas ats het gewicht onder de ingestelde drempelwaarde zakt, gaan de liítdeuren dicht' Tankpistoot:stuursysteem. De sensor op het uiteinde neemt waar of de tank voldoende gevuld is' Zodra aan deze waarde voldaan wordt, wordt de benzinekraan afgesloten' Wasautomaatj stuursysteem. Het programma van de wasmachine werkt een voorgeprogrammeerde volgorde van handelingen aí. Digitale weegschaal: meetsysteem. Met behulp van het sensorsignaal en de ijkgegevens zoïgt net veríerkingsblok eivoor dat de gemeten waarden op het display worden weergegeven' Het verwerkingsblok is (gemakkelijker) programmeerbaar, is kleiner (qua omvang) en (vaak) sneller'

3 HooÍdstuk 8 - Technische automatisering Oefenopgaven 17 Voetgangerslicht a lnvoerblok: drukschakelaar. ljitvoerblok: lampen en geluidsbron. tyq"lorqk, ;;lqïlls,brok Jvoqq$rood licht + drukschakelaar -.> crc^trur.lrsuíre. + qroen licht + scnakeltng{ en) 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 vooraí geprogrammeerde manier aanstuurt. c Bespreek met elkaar mogelijke oplossingen. óeluidsbron WaSdrOger * l*oerntot verwe*ingbtok. --nvóe]ry troinm elmotor a lnvoerblok: temperatuuísensor en klok. + temperatuursensor +?ll,i9i'::i.-, * ""*3i#l:ï: + tjitvoerblok: motor van de trommel, klok scnakerrng(en) ventilator het verwarmingselement en de ventilator. Verwerkingbtok; de elektronische schakeling moet nagaan oí er voldaan wordt aan de temperatuurvoorwaarde (niet te hoog) en de tijdvoorwaarde (klok geeít 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 moer eí voor zorgen dat de wasdroger wordt uitgeschakeld als de temperatuur te hoog wordt. De temperatuur wordt niet als meetresultaat op bijvoorbeeld een scherm oí display weergegeven' c Bespreek met elkaar mogelijke oplossingen. 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 àe 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 lnvoerblok: temperatuursensor in de vorm _ i$rc.ótoa yqrw-*lnonq!_. ',*oeqg{1. van een bimetaal. Uitvoerblok: elektromagneet. +temperatuursensor '-> ::" jl?ïiïi"ï) "> elektromasneet + Ve rwe rki ng blok: 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 zoígen dat de temperatuur in de kamer op een bepaalde waarde wordt gehouden. 2 Waakvlambeveiliging a De waakvlambeveiliging moet controleren of de waakvlam brandt. Als de waakvlam brandt, zorgt het thermokoppel voor een stroom die op ziin beurt de elektromagneet bekrachtigt. 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 gaal. ' invo"turql G**ingutoi - uitvoeintot - b lnvoerblok: thermokoppel. U itvoe rblok: elektromagneet. Verwerkingblok; in Íeite is de combinatie van thermokoppel en vlam ook een soort van verwerkingsblok. Als de temperatuur van 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 aígesloten. * thermokoppel +??? + elektromagneet

4 NewÍon vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering Systeembouwstenen Kennisvraqen 22 De grafiek is lineair tussen v 4 mls en v 12 mls'. Gevoeliqheid - - 4' - 1'.375 Vs/m 12-4 Afgerond: Gevoeligheid,38 Vs/m 23 a Gevoetiqheid: 4'5-2'.833 V/"C " 4-1 b Grafiek loop twee keer zo steil, want de gevoeligheid is nu,16 V/'C. Het bereik loopt van 1 '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 aí bij S 5, V 2e manier: Het sensorsignaal moet toenemen van 2, V tot 5, V: AS 3, V; met G,166 V/'C vind je Af 18'C. De maximale temoeratuur is dan 'C 1s I S4 (v) 3 2 'I AÍgerond: Gevoeligheid 8,3 1-2 V/'C Meetbereik: tussen 1 oc en 4'C / 2" sensoi t / -.v' I,- 1" sensor r(c) + 24 Gegeven: bij T 12'C S 2,6 V; gevoeligheid 1 mv/"c,1 V/"C. Het ijkdiagram is lineair dus als je twee punten in het (S,I)-diagram vastlegt, kun je het ijkdiagram al tekenen: - bij f 1'C + S 2,6-2,1 2,58V; - bij r 15'C > S 2,6 + 3,1 2,63 V. t s (v) Verder: zie de figuur hiernaast. 25 a Zie de Íiguur hiernaast. b Bereik: van db tot 134 db. Gevoetiqheid - - 3'2-1'2.333 V/dB 8-2 Afgerond: Gevoetigheid 3,3.1'2 V/dB t' S, (v) 3 / / 26 A Comparator. B EN-pooft. C OF-poort. D Invertor. 27 Srer 2,4 V 28 Zie de Íiguur hiernaast t (db) De pulsgenerator geeít nu 2 pulsen per sec elke halve seconde verspringt het display Het getal op het display stelt het aantal halve seconden voor. De kamertemperatuur zal nooit boven de 5 'C komen, maar wel onder de 25.C. Dus sensor C en D vallen aí. 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 oeschikt.

5 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk I - Technische automa 31 ljkdiagram: zie de figuur hiernaast. Gevoeliqheid- 3'5-5,5 Vfz. " 1-4.E I S'+ (v) Afgerond: Gevoeligheid 5, 1O'2 VP/o J 32 Zie de Íiguur hiernaast. Om na te gaan of deze schakeling klopt, kun je een waarheidstabel van de schakeling maken (zie schema hieronder). Sr Sz Ss Sa Ss 'l 111 'l 1 1 s1 v2 s3 2,1 í z./ a_ luchtvochtigheid (%) + 33 a Zie de f iguur hiernaast. b Elke volgende uitgang heeft een Íreouentie die 2x zo klein is als de vooraígaande omdat de tijdsduur 2x zo groot wordt. Bilvoorbeeld: f3 z 't" 34 a De pulsgenerator moet elke minuut 35 één puls geven: f lnz,q17 Nz OU b Uitgang 4, want na 4 Pulsen zal deze uitgang van laag veranderen in hoog. 111 O' O'2o O' '2s+1' Decodemetdehoogstewaardeis "> O (zieookopg.79!) 37 Bij het onderbreken van de lichtbundel wordt het sensorsignaal tijdelilk lager dan het referentiesignaal S'"r van de comparator. De uitgang wordt daardoor even laag, terwijl de inveftor er tijdelijk weer een hoog signaal van maakt. Door dit hoge signaal wordt de geheugencel geset. De uitgang van de geheugencel olrlt rroog totdat er ook een hoog signaal op de reset R wordt aangeboden. 38 a Op het moment dat de 5e puls wordt aangeboden wordt zowel de uitgang 1 als 4 hoog. De EN-poort kriigt 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.

6 Nevtrton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatiserinq 127 Oefenopgaven 76 Poststukken F,^a, tít.g 2, 9,81 196,2 N Sensorsoort C heeít niet voldoende meetbereik. Sensorsootl A heeít een groter meetbereik dan gewenst en een kleinere gevoeligheid dan sensorsoort B. Sensorsoort B (met het bereik van - 2 N) voldoet dus het beste. 77 Microfoon De gevoeligheid bepaal je de helling van de graíieklijk te bepalen bij 1 db. Daarvoor trek je in het ijkdiagram eerst zo goed mogelijk de raaklijn aan de graíieklijn bij 1 db en vervolgens bepaal je de helling van deze raaklijn: Gevoetigheid -,lu, -5'7-o e,211 Ageluidssterkte V/dB AÍgerond: Gevoeligheid,21 V/dB 78 XOF-pooÉ a Zie tabel hiernaast. b Een OF-poort geeft ook een 1 als Sr en Sz beide 1 (d.w.z. hoog)zijn. Sr Sz Sg Decimaal - binair O O a a :> Windturbine a Het ijkdiagram laat zien dat de graf ieklijn lineair verloopt tussen de snelheden y 5, m/s en y 15 m/s. Gevoetisheid - :': ]9,44 vs/m 15-5, stuursysteem Afgerond: gevoeligheid,43 Vs/m b Orientatie Taak: Een stuursysteem dat de windturbine stillegt als de windsnelheid kleiner is dan 3, m/s en groter is dan 15, m/s. Het bijbehorende blokschema zou er als volgt uit kunnen zien: Drempelwaarden: -bij v3,m/s +55,3Ven + - bij v 15, m/s S. - 5,3 V. Planning itroe$lok windsnelheidssensor drempelwaarden urt!kdragram vêruerkingblot + elektronisch" scnakellng(en) * sa sb ln het verwerkingsblok zitten in ieder geval de 2 comparatoren waarmee de drempelwaarden zijn vast te leggen. _" ylroqblg! j actuator B die turbine uit- en + in- kan schakelen Deelsystemen Gebruiken we comparator 1 voor de lage snelheid, dan moet er een inveftor achter worden geschakeld omdat bij een snelheid lager dan 3, m/s (en dus S" <,3 V) de comparator een laag signaal geeft, terwijl de OF-poort een hoog signaal aangeboden moet krijgen. De comparator 2 wordl gebruikt voor de hoge snelheid. Deze krijgt een hoog signaal op de uitgang als de snelheid boven de 15, m/s (en dus S. > 5,3 V) komt. Er is sprake van een OF-situatie namelijk de windsnelheid lager dan 3, m/s óí hoger dan 15, m/s. Dat betekent het gebruik van een OF-poott. Achter de OF-poori moet nog een inveftor geplaatst worden omdat de windturbine volgens de opgave stilstaat als het uitgangssignaal in B laag is. Vervolg op volgende bladzijde.

7 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering 128 Vervolg van opgave 8. Uitvoering We bouwen de schakeling volgens de Íiguur hiernaast: Controle Ga na eens na of de schakeling geheel volgens wens reageert. S"r '3 V comparalor 2 81 Badkamerventilator a Zie Íiguur hiernaast. Uit het gegeven diagram blijkt dat bij 7A% relatieve vochtigheid de sensorspanning U" 3,1 V, Dus de reíerentiespanning Urer moet op 3,1 V worden ingesteld. ï I hoog is en bovendien de reset laag is. b De teller telt als de aanluit van de teller vochtigheids sensor r# comparatoí drukschakelaar 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. 5' v Tijdsduur van één puls: aípu.s ^: 2,5 s..4 De ventilator slaat dus na AÍ 128 2,5 9,2 rc2 s ( 5,3 min) af. Afgerond: Lt 3,2 12 s 82 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 1 staat, zijn zowel uitgang 2 als uitgang 8 hoog. De EN-poort ontvangt dan 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, seconden telt de teller tot 1. g9l]9i-!-:,1":l I De frequentie f is dan ] f,+s H,. 7, Afgerond: f 1,4H2 d Zie figuur hiernaast: er moet een OF-poort worden gebruikt. i R c -" ll a * M t'^ -À q

8 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering Auto's tellen a Zie diagrammen hiernaast. Toelichting: de comparator gaat van laag naar hoog op het moment dat het sensorsignaal S. de ingestelde referentiespanning S,er bereikt. b Het reíerentiesignaal moet op een hogere waarde ingesteld worden. Omdat een auto zwaarder is dan een Íietser, is het signaal dat de druksensor aígeeít hoger. Ligt Srer boven Sr"t.", maar onder Sarto dan zal de comparator alleen een hoog signaal aígeven als de auto over de druksensor rijdt. tel. 8 putsen A/U Rr 2 tel 1ZA pursen A/u t: t s. t S.oro t trld + R1 Toelichting : Als een auto over de druksensor rijdt, geeít de comparator twee keer een hoog signaal af (voor- en achterwielen!), terwijl één auto geteld moet worden. Door de uitgang 2 van teller A te verbinden met 'tel pulsen' van teller B wordt er telkens één puls aan teller B toegevoerd nadat teller A 2 pulsen ontvangen heeft. ddigitalecode: > a O' e Teller C wordt met één verhoogd als teller B op 1 staat (want ). Teller C geeít dus aan het aantal keer 'honderd auto's' dat er gepasseerd is. Omdat teller B op nul staat, zijn er dus O 222 auto's gepasseerd. Het wordt dus tijd dat de ringweg aangelegd wordt! 2 ttlt tijd Automatisering Verwerken 85 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 eenzelíde aantal spanningsgebieden wordt opgedeeld. Dus elk spanningsgebied is dan groter. 86 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 conversietijd kleiner zijn dan de bemonsteringstijd. spanningsbereik 87 Resolutie aantal beschikbare binaire oetallen!q 5'o 7.G31-5 V AÍgerond: resolutie 7,6.1-5 V 88 Een 8-bits AD-omzetter heeft binaire getallen ter beschikking. Deresolutie 5'.195 u. Ingangspanning - 2'54 13, Resolutie,195 De ingangsspanning van2,54 V^ligt dan-in het 1.3e gebied (naar bened.en afgerond!). Binairecodel3: 1.2'+.2o+.2"+.2" +.2"+Q 2'+1 2'+ 2" 89 Hetbinairegetal O n Deresolutie,3125 to en 11,3125 3,4375Y 1 1 V. De ingangspanning heeít een waarde tussen 1, ,125 AÍgerond: 3,1 V Vt<3,4Y 9 r^+ rm,maximaa r- íj *jr2, lea Hz 'm 'm.mtnrnaal 'conversrê Jv r v AÍgerond: f.,.u' 2 khz

9 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering 13 Oefenopqaven 94 Aantalbits Het temperatuurgebied omvat een Àf 45, - 3, 15, 'C. De resolutie,1 'C er moeten minimaal spanningsgebieden voor de AD-omzetter,1 beschikbaar zijn, Aangezien een 7-bits omzetter slechts binaire getallen ter beschikking heeft, zal het dus minimaal een 8-bits AD-omzetter moeten zijn. Dus minimaal 8 binaire uitgangen. 95 AD-omzetting '1 1? Iconversie Ir en Ir 1-3 s > Íconversie 2, ms f Enn ----1tW b De 4-bits AD-omzetter heeft een resolutie Om de 2, ms wordt er een meting verricht: 5, to,3125 V Í 2. ms s 1,, u - setorspqlning ^\? t,ro Resolutie,3125 meting in 3" gebied - binair getal 1 1 f 4. ms - s 1.4V ->seryorspanning Resolutie,3125 ^\',! +,+a meting in 4" gebied - binair getal 1 f 6. ms - s 1,6 V Se-rcorspanning ^ 1',U^ u,t, Resolutie,3125 meting in 5" gebied - binair getal 1 1 S 1,8 V t 8, en 1 en 12 ms Sensorspannino 1, hlh Resolutie,3125 meting in 5e gebied > binair getal 1 1 Verder zie de figuur rechtsboven. In de figuur zijn met stippellijntjes de verschillende spanningsgebieden aangegeven waarbinnen hetzelfde binaire getal wordt toegewezen. c Zie nevenstaande Íiguur. 96 Resolutie van een meetsysteem a Een 8-bits AD-omzetter heeft binaire getallen ter beschikking. De resoluti" #,195 V b Gevoetished ##,325 v/'c binaire getallen '1 1 1 'l 't r ;??ï Ss,uinairg 1 1 g Afgerond: Gevoeligheid 3,3.1 -' V/"C c De resolutie van de AD-omzetter is,195 V de temperatuurverandering moet minimaal f (ms; ' t (ms)'+ 9 9i?:,G'C zijn om het binaire getal met één te verhogen Resolutie meetsysteem,6 'c.325 d De resolutie van de AI- 5' 5' 7 1n-5 v De temperatuurverande ' ^3 J-omzetter is dan ii /.63' 1 " v. De temperatuurverandering moet nu minimaal 7'63 1 5,2348 "C,325 zijn om het binaire getal met één te verhogen. AÍgerond: Resolutie meetsysteem 2,3 1-3 oc e Bij een 2x zo grote gevoeligheid zal de sensor een 2x zo grote verandering in spanning krijgen bij dezelíde temperatuurverandering. Dit betekent dat het meetsysteem bij een 2x zo kleine verandering in temperatuur het binaire getal al met één verhoogd - 2' \ "c z AÍgerond: Resolutie meetsysteem 1,2 1'3 "C

10 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering Minispectrometer a Gevraagd: ijkdiagram van de lichtsensor. Gegeven: V S. 5, V; S" V bii! 1,5Wlm'; gevoeligheid sensor: ÀS 1, V bij 2,2\Nlm'; ijkgrafiek is lineair. ^/ tu Eerst moet de horizontale schaalverdeling s. 5 worden bepaald. De sensor be^gint pas te meten (v) bij een intensiteit van 1,5 w lmzl De bovenwaarde S" 5, V: uit de gevoeligheid volgt dar ÀS 5, V bij A/ 5.2,2 11, W/m'.? Dus S, 5, V bij / 1, W1m2. Verder zie diagram hiernaast. b SÍap 7; Als de lichtintensiteit binnen een golílengtegebied 1 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 / (w/m'?; + waarbi.j de sensorspanning meer veranderd bij een bepaalde intensiteitsverandering. Stap 2: Als de golílengtegebieden waarin de lichtintensiteit wordt bepaald smaller moeten zijn, moet men meer dan 2 smallere lichtsensoren qebruiken met evenzovele AD-omzetters. 98 Holland Acht a De in te stellen grootheid is de kracht F die de roeier op de riem uitoefent en de te meten grootheid is de spanning Ss die de sensor afgeeft. b De hoek cr wordt gemeten van - 8'tot + 8'en heeít dus een omvang van 16'. Uit figuur 6 is op te maken dat er steeds met stapjes van 2,5' wordt gemeten. Biivoorbeeld tussen - 6' en - 4" zijns stappen te onderscheio"n, 6 a 4 2,5' per stap. ó Voor het volledige bereik zijn daarom I UO intervallen nodig en dus 64 binaire getallen. z,c Dat betekent dat is er minimaal een 6-bits AD-omzetter nodig is want deze heeft binaire getallen ter beschikking. 8.6 Afsluiting Oefenopqaven 11 Startpistool Oriëntatie Gevraagd: Schakeling voor een startsysteem. Gegeven: Lichtsensor geeft S, 1, V indien de lichtbundel niet onderbroken is. Een eventuele kofte onderbreking van de lichtbundel moet met een geheugencel worden vastgelegd, waardoor een lamp en een zoemer in werking worden gezet. Planning Deelsysteem í; door de lichtsensor met een comparator te verbinden kan de drempelwaarde waarop de lichtonderbreking het stafisysteem activeert, worden ingesteld, bijv. op Srer,5 V. Het comparator-signaal moet vervolgens met een inveftor 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. Vervolg op volgende bladzijde. u ,/

11 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatiserlng 132 Vervolg opgave 11. Deelsysteem koppelen: het alarm mag pas aígaan als het systeem op stand-by staat én iemand te vroeg start. Dit betekent dat deelsysteem 1 en deelsyteem 2 via een EN-pooft aan elkaar gekoppeld moeten worden. Aan de uitgang van de EN-poort wordt dan de lamp en zoemer gekoppeld. Met een startschot moet het systeem uitgeschakeld worden omdat dan de atletiekwedstrijd is begonnen. Dit wordt nog weergegeven met een drukschakelaar, die het startschot aí laat gaan en waardoor tevens beide geheugencellen gereset worden. Uitvoering Deelsysteem 1: Deelsysteem 2: stand-by schakelaar De deel syste me n geko ppe I d : Sa,5V Controle Ter controle ga je nog eens na of het systeem aan alle eisen voldoet en of er geen onnodige componenten gebruikt zijn. stand-by schakelaar 12 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. Planning Om 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. Uitvoering Ad Á. 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. Bovendien maakt het lage signaal van de geheugencel op de fuu 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. Ád 8. Als de reedcontact-sensor een kort hoog signaal afgeeít bij het passeren van de auto, wordt de geheugencel geset. Deze heeít nu een hoog uitgangsignaal > via de invertor stopt het resetten van de teller en de teller krijgt op fuu een hoog signaal en gaat dus tellen. De pulsgenerator geeít 1 puls per seconde. Na 1 seconde krijgt de OF-poort naar het groene licht een hoog signaal: het groene licht gaat branden en tegelijkeftijd 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 blijít ook zo in de 2" en 3" seconde. Na de 4" seconde gaat het groene licht weer uit en gaat het oranje licht branden. De OF-pooft 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. Vervolg op volgende bladzijde. start-schot schakelaar startpistool

12

13 Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatlserlng _ Geluidmeting Orientatie Gevraagd Waarschuwingsschakeling voor geluidmeting. Gegeván: Er moet een waarschuwingssignaal gegeven worden als de geluidssterkte boven de 9 db uitkomt. Dit waarschuwings-signaal moet nog 3 seconden blijven doorgaan nadat de geluidssterkte weer onder de 9 db is gekomen. Planning Het systeem moet op 2 punten aangevuld worden: A Zo gauw de comparator een hoog signaal geeít, 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-pootl aan te sluiten, kun je het hoge signaal dat deze na 3 seconden geeft, gebruiken om de geheugencel weer te Íesetten. Hierdoor wordt het signaal in D weer laag. Uitvoering Zie nevenstaande schakeling. '& i'':.. s ]* \ ''lr-" &_' Controle Ter controle ga je nog eens na of het systeem aan alle eisen voldoet en of er geen onnodige componenten gebruikt zijn. :-."- "i :." i ,...s Srri i --.&' 1 5 Automatische deuren Orientatie Gevraagd: een volledige schakeling van een geautomatiseerd systeem voor ziekenhuisdeuren. Gegeven: een deel van de schakeling. De gestelde eisen zijn: deur gaat open als iemand de lichtstraal onderbreekt en na 6 seconden weer dicht. - als eàn 2" persoon vervolgens binnen de 6 seconden de lichtstraal onderbreekt, moet de deur nog eens 6 seconden open blijven. Planning Het systeem moet op een aantal punten aangevuld worden: A Bij het passeren van een persoon wordt de uitgang van de comparator tildelijk laag. Om een tijdelijk hoog signaal te krijgen wordt de uitgang van de compartor eerst verbonden met een invertor. Oe uitgàng van de inveítor wordt verbonden met de 'set' van een geheugencel die daardoor het reláis van een hoog signaal kan voorzien met het gevolg dat de deur open gaat. B Na 6 seconden zijn zowel de uitgang '2' als de uitgang '4' van de teller hoog. Deze worden verbonden met de ingang van een EN-poort. De uitgang van de EN-poort wordt verbonden met de 'reset' van de geheugencel zodat deze na 6 seconden 'laag'wordt en de deur gaat sluiten. C Een 2" persoon veroorzaakt op de uitgang van de invertor ook een kort 'hoog' signaal' Dit signaal kan - naast het 'setten' van de geheugencel - ook de teller resetten waardoor deze op '' wordt gezet en het tellen weer van voren aí aan begint. Bovendien heeft dit het voordeel dat elke persoon die binnenkomt zonder meer de teller op '' zet. Uitvoering Zie nevenstaande schakeling. Controle Ter controle ga je nog eens na oí het systeem aan alle eisen voldoet en oí er geen onnodige componenten gebruikt zijn.