Slimme schakelingen (2) Technische informatica in de zorg Thijs Harleman Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 1
Overzicht college Doel van dit college: Verdiepen van kennis en inzicht van het ontwerpen van slimme digitale schakelingen met het systeembord Overzicht onderwerpen: Herhaling: Opbouw van een slimme schakeling Verwerkers: geheugencel en pulsenteller Binaire getallen Analoog-digitaal conversie Geavanceerde domotica-systemen: bussystemen Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 2
Smart Homes Sensoren & actuatoren zijn geïntegregeerd in alledaagse voorwerpen Kennisverwerving m.b.t. bewoner Omgeving Waarnemingen (sensors) Smart Home Handelingen (actuators) Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 3
Opbouw slimme schakelingen Een slimme schakeling bestaat uit de volgende onderdelen: sensoren om waar te nemen elektronische schakelingen om te verwerken (de logica) actuatoren om te handelen. Sensoren meten een grootheid zoals temperatuur en zetten die om in spanning Elektronische schakelingen (de verwerkingseenheid) combineren de binnengekomen signalen en verwerkt ze tot instructies voor het uitvoerblok Actuatoren zijn bijvoorbeeld motoren, bellen, lichten etc Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 4
Overige bouwstenen invertor S 1 S 2 de werking is als S 1 =0 is S 2 =1 als S 1 =1 is S 2 =0 geheugencel S 1 S 2 S 3 als S 1 =1(set) is S 3 =1 en blijft 1 totdat S 1 =0 en S 2 =1(reset) pulsenteller Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 5
De pulsenteller Ingangen van de pulsenteller: tel pulsen: hierop wordt een pulsgenerator aangesloten. Een pulsgenerator geeft pulsen met een bepaalde frequentie. Als de frequentie 1 Hz is, loopt de teller met 1 puls per seconde, als een klok reset: Zet de teller op 0 als de ingang hoog is tellen aan/uit: Als het signaal hoog is loopt de teller. Als het signaal laag is, loopt de teller niet. Let op: als de aan/uit niet is aangesloten, dan loopt de teller door Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 6
De pulsenteller Uitgangen van de pulsenteller: Uitgangen 1, 2, 4, 8: De teller zet zijn waarde aan de uitgang om in een veelvoud van 2. Als bijvoorbeeld de uitgangen met lampjes verbonden zijn, dan branden na 5 tellen lampje 1 en lampje 4 (Waarom?) Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 7
Binaire getallen Binair teller: 8 4 2 1 1 0 0 1 9 8 = 1, dus krijg je 2 3 2 2 2 1 2 0 8 4 2 1 1 0 0 1 Ofwel 13d = 1101b = 2 3 + 2 2 + 2 0 decimaal binair 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 8
Oefening 1 Ontwerpopdracht: luchtsluis Vaak is er bij de ingang van een gebouw een luchtsluis om warmteverlies te voorkomen. Als je de eerste deur voorbij bent moet je even wachten voor de tweede deur opengaat. Na de eerste deur zit een lichtsensor. Deze sluit de tweede deur als het licht onderbroken wordt. Deur 2 wordt met het relais bestuurd. Je mag een extra LED aansluiten om dit zichtbaar te maken. Na 4,5 seconden moet het slot weer opengaan. Je kan de lichtsensor simuleren met een variabele spanning. Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 9
Ontwerpregels Bij het ontwerpen van een schakeling met het systeembord moet je altijd de volgende ontwerpregels volgen: Sensorsignaal: altijd via comparator (Waarom?) Toestand: altijd geheugenelement nodig Vast aantal seconden: gebruik EN-poort Tijd bereikt: teller resetten Nooit: Twee uitgangen direct op een ingang andere poort aansluiten (want: 1 uitgang hoog, 1 uitgang laag, wat krijg je dan)? Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 10
Oefening 2 Ontwerpopdracht Ontwerp een systeem dat het hartritme monitort. De schakeling moet voldoen aan de volgende eisen: Als de hartslag langer dan 5 seconden boven de 120 bpm komt moet een alarm afgaan. De hartslag simuleer je met een drukknop. Het alarm moet blijven afgaan totdat het met een tweede drukknop gereset wordt. Hints: Gebruik 2 pulsentellers Kies een slimme frequentie voor de pulsgenerator Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 11
Analoog-digitaal conversie Om analoge informatie in computerachtige apparatuur te kunnen verwerken zullen er bits van gemaakt moeten worden; meer vakkundig gezegd: de analoge waarde moet worden gedigitaliseerd. Daarmee wordt dan wel een concessie aan de nauwkeurigheid gedaan. Analoog-digitaal conversie gebeurt in 3 stappen: 1. Kwantificeren. De analoge signaalwaarde verdelen in n stappen. 2. Samplen of bemonsteren. Met vaste tijdsintervallen de momentele signaalwaarde meten. 3. Coderen. De samplingwaarde omzetten in een binaire code. Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 12
Analoog-digitaal conversie In onderstaande figuur is de amplitude in n=8 stappen verdeeld. Elk sample levert dan H = 2 log8 = 3 bits. Als elk msec wordt gesampled (F S = 1 khz) dan levert de informatie dus 3000 Bps. Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 13
Opgave AD-conversie Gegeven: Een temperatuur verandert tussen 12 C en +52 C en moet op 0,5 C nauwkeurig worden verwerkt. De samplingfrequentie bedraagt 2 Hz. Gevraagd: a. Uit hoeveel bits bestaat elke meetwaarde? b. Hoeveel informatie (in kilobytes) bevat een registratie van 30 minuten temperatuursverloop? Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 14
Uitwerking opgave Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 15
Complexe schakelingen Architectuur domoticasysteem: Digitale componenten Elke component heeft eigen intelligentie (microprocessor) Systeemintegratie Onderlinge communicatie? Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 16
Bussystemen In een moderne domoticawoning houden alle apparaten en systemen rekening met de bewoner(s) en met elkaar. Om al die apparaten met elkaar te laten 'communiceren' staan zij met elkaar in verbinding via een infrastructuur, de zogenaamde 'bus'. De bus is in principe een draad, waar alle apparatuur op aangesloten wordt. De bus is er in verschillende vormen. Vaak wordt samen met de gewone stroomleidingen wordt een extra busdraad aangelegd. Deze extra draad gaan naar de sensors (zoals de wandschakelaars), actuators en andere stuurmodules. Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 17
Bussysteem European Installation Bus Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 18
Samenvatting Functies van domotica-systemen Componenten in een domotica-systeem Opbouw van een slimme schakeling Componenten van het systeembord Geavanceerde domotica-systemen Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 19
Opdracht voor volgende week Op Blackboard vind je de syllabus Slimme schakelingen en systeembord Bestudeer de syllabus Maak opdracht 7 t/m 12 uit de syllabus Modulecode: TMGZ-AMAL23 23 februari 2015 20