Automatische Systemen - Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

Automatische systemen

Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

Hoofdstuk Automatische systemen

Automatische systemen - Soorten systemen

Automatische systemen - Sensoren

Automatische systemen - Binaire getallen

Automatische systemen - Systeembord, EN-poort, OF-poort & inverter

Automatische systemen - Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

Leerdoelen

Aan het eind van deze les weet je ...

... hoe een pulsgenerator werkt en hoe die te gebruiken

... waar je een variable spanning voor kan gebruiken

... hoe je een geheugencel werkt en hoe die te gebruiken

... hoe een pulsgenerator werkt en hoe die te gebruiken

Een temperatuursensor in een waterkoker is gekoppeld aan een verwerkingsgedeelte, wat ervoor zorgt dat de temperatuur niet lager komt dan 50 °C. Wanneer dit wel het geval is, schakelt het de waterkoker weer in en laat het het water verwarmen tot 100 °C.

Wat voor systeem is dit?

1. Meetsysteem
2. Stuursysteem
3. Regelsysteem
4. Warmtesysteem

Bekijk de ijkgrafiek van een temperatuursensor hiernaast.

Tussen welke waarden geldt lineairiteit?

Antwoord

De grafiek loopt lineair tussen 30 en 90 °C.

Bekijk de ijkgrafiek van dezelfde temperatuursensor hiernaast.

Bereken de gevoeligheid van de sensor in het lineaire deel van de ijkgrafiek.

1. 0,0345 V/°C
2. 0,0542 V/°C
3. 18,46 °C/V
4. 28,24 °C/V

Zet het binaire getal 101101 om in een decimaal getal

1. 54
2. 45
3. 61
4. 48

Zet het decimaal getal 71 om in een binair getal

1. 1001101
2. 100101
3. 1101010
4. 1000111

Systeembord

De onderdelen waar we het over gaan hebben, zijn:

- Variable spanning

- Pulsgenerator

- Geheugencel

- Pulsenteller

Geheugencel

De geheugencel is een verwerkingselement dat

twee ingangen heeft, de SET en RESET. 

Wanneer je een HOOG ( 1 ) signaal op de SET zet, zal

de uitgang van de geheugencel langdurig een

HOOG ( 1 ) signaal blijven afgeven. 

Om dit langdurige uitgangssignaal uit te schakelen,

zet je een HOOG ( 1 ) signaal op RESET. Nu zal de

uitgang weer op LAAG ( 0 ) staan. 

Wanneer SET en RESET beide tegelijkertijd een

HOOG ( 1 ) signaal krijgen, wint de SET altijd.

Variable spanning

De variabele spanning is een invoerelement wat een

continu signaal geeft. Bijv: als je het instelt op 3,0 V,

krijg je er in de tijd alleen maar 3,0 V uit.

Dit kan handig zijn om een sensor mee te simuleren,

door de uitgang van de variabele spanning op een

comparator aan te sluiten en hier een HOOG ( 1 ) of

LAAG ( 0 ) signaal uit te krijgen.

Pulsgenerator

De pulsgenerator is een invoerelement wat een

discreet signaal als uitgang geeft, met HOGE ( 1 )

pulsen en LAGE ( 0 ) pulsen, zie afbeelding hieronder. 

Met de frequentie in Hz geef je aan hoeveel pulsen in

een seconde er gegenereerd worden. Dus met 1 Hz

krijg je 1 (HOGE en LAGE) puls per seconde, met

10 Hz, 10 (HOGE en LAGE) pulsen per seconde. 

Pulsenteller (1/2)

De pulsenteller is een verwerkingselement wat, de

naam zegt het al, pulsen telt. 

Met "tellen aan/uit", kan met een HOOG ( 1 ) signaal de teller aangezet worden. Met een LAAG ( 0 ) signaal

wordt de teller uitgezet. Als er GEEN draad is aangesloten op "tellen aan/uit", staat de teller altijd AAN.

De "tel pulsen" ingang dient voor de ingang van de

pulsen. Stel dat je via de pulsgenerator een dicreet signaal van 10 Hz geeft aan de "tel pulsen" ingang. Dan zullen die pulsen worden omgezet in een binair  

signaal via 4 uitgangen, 

zie de figuur hiernaast.

Pulsenteller (2/2)

Ook wordt het aantal pulsen wat geteld 

wordt, aangegeven via een display, van 

0 t/m 9 pulsen, zie figuur hiernaast.

De "reset" kan gebruikt worden om het aantal

pulsen te herstarten. Stel dat je maar 4 pulsen wilt

tellen, dan sluit je de 4 van de uitgang (zie figuur

hieronder) aan op de "reset". 

Je zal dan in het display continu 4 pulsen geteld zien

worden, beginnend bij 0;

0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - etc...

Voorbeelden I

Knipperlicht

 Ontwerp een knipperlicht (ca. 0,5 s aan, 0,5 s uit, 0,5 s aan, enz.) dat ingeschakeld wordt met een drukknop en uitgeschakeld wordt met een andere drukknop.

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Voorbeelden I

Knipperlicht

 Ontwerp een knipperlicht (ca. 0,5 s aan, 0,5 s uit, 0,5 s aan, enz.) dat ingeschakeld wordt met een drukknop en uitgeschakeld wordt met een andere drukknop.

Oplossing 

De pulsgenerator geeft op een frequentie van 2 Hz een knipperend signaal door aan de bovenste ingang van de EN-poort. Wordt de bovenste druk geheugencel
een HOOG
signaal afgeeft
aan de andere
ingang van de
EN-poort, geeft
de EN-poort een 

knipperend 

signaal aan 

de LED door.

Voorbeelden II

Schoolbel I

Een schoolbel moet ca. 4 s klinken. Ontwerp een systeem dat de zoemer 4 s aanzet na het indrukken van de drukknop.

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Voorbeelden II

Schoolbel I

Een schoolbel moet ca. 4 s klinken. Ontwerp een systeem dat de zoemer 4 s aanzet na het indrukken van de drukknop.

Oplossing

Hiervoor moet de pulsgenerator met de pulsenteller én de geheugencel gebruikt worden. De geheugencel wordt ingeschakeld door de drukschakelaar die op "set" staat.

De pulsengenerator staat op 1 Hz en geeft dus per seconde een HOOG signaal af aan de pulsenteller. Die telt voor 4 seconden en reset dan weer, dankzij de reset van de pulsenteller die aan de "4" verbonden is. 

Op dat moment moet ook het led/zoemer uitgeschakeld worden, dus
moet ook de geheugencel
gereset worden door de
pulsenteller. Op die manier
schakelt de pulsenteller de
led/zoemer uit.

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Voorbeelden III

Schoolbel II

Dit is een upgrade aan de schoolbel. Hetzelfde systeem moet moet zichzelf resetten nadat de bel 4 s heeft geklonken, zodat het klaar is voor een volgende druk op de knop.

Voorbeelden (2/3)

Schoolbel

Dit is een upgrade aan de schoolbel. Hetzelfde systeem moet moet zichzelf resetten nadat de bel 4 s heeft geklonken, zodat het klaar is voor een volgende druk op de knop.

Voorbeelden (3/3)

Schakelaar met vertraging

Als je het licht in een kamer uitdoet sta je direct in het donker. Soms is het dan moeilijk om de deur veilig te bereiken. Een goede oplossing hiervoor is een schakelaar die het licht direct aanschakelt na een druk op een drukknop en uitschakelt 6 s nadat de drukknop opnieuw is ingedrukt.

Hint: begin eerst met een tijdsinterval van 8 s. Daarna is de wijziging naar 6 s vrij simpel.

Opgaven

Opgave 1 - Schakelaar met vertraging

Als je het licht in een kamer uitdoet sta je direct in het donker. Soms is het dan moeilijk om 's nachts de deur veilig te bereiken. Een goede oplossing hiervoor is een schakelaar die het licht direct inschakelt na een druk op een drukknop en uitschakelt 6 s nadat de drukknop opnieuw is ingedrukt. Gebruik voor deze schakeling beide drukknoppen, anders werkt het niet.

Via de hotspot hiernaast kan je naar de
systeembord simulator.

Opgave 2 - Inbraakalarm 

Als een dief een lichtbundel onderbreekt, moet een alarm klinken. De eigenaar van het huis kan het alarm uitschakelen met een drukknop nadat het alarm is afgegaan. Ontwerp een schakeling voor dit anti-diefstalsysteem. Gebruik de "variabele spanning" als sensor invoer.

Via de hotspot hiernaast kan je naar de

systeembord simulator.

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Opgaven

Opgave 3 - Waarschuwingsled

Bij een biologisch experimenten moet de hoeveelheid licht die een plant ontvangt goed gemeten worden. Als het licht per ongeluk uitgaat, moet er een automatische schakeling de bioloog waarschuwen.

Maak een schakeling met de volgende eisen:

1. Een LED moet aan gaan als het licht gedurende 4 seconden ononderbroken uit is geweest.

2. Dezelfde LED van eis 1 moet aan blijven totdat het systeem met een drukknop wordt gereset.

Gebruik een "variabele spanning" als lichtsensor waarbij geen licht een spanning van 5 V geeft en wél licht 0 V geeft. Via de hotspot hiernaast kan
je naar de systeembord simulator.

Systeembord simulator

http://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Klassikale opgaven

Opgave 1 - Schakelaar met vertraging

Als je het licht in een kamer uitdoet sta je direct in het donker. Soms is het dan moeilijk om 's nachts de deur veilig te bereiken. Een goede oplossing hiervoor is een schakelaar die het licht direct inschakelt na een druk op een drukknop en uitschakelt 6 s nadat de drukknop opnieuw is ingedrukt. 

Gebruik de onderstaande website al systeembord simulator: https://jeroenvantilburg.nl/systeembord/

Opgave 2 - Inbraakalarm 

Als een dief een lichtbundel onderbreekt, moet een alarm klinken. De eigenaar van het huis kan het alarm uitschakelen met een drukknop nadat het alarm is afgegaan. Ontwerp een schakeling voor dit anti-diefstalsysteem. Gebruik de "variabele spanning" als sensor invoer.

Klassikale opgaven

Opgave 3 - Autoalarm

Een bezorger wil niet langer zijn auto hoeven af te sluiten bij elk adres. Het idee is om een alarm te ontwikkelen dat automatisch inschakelt zodra de autosleutel uit het contactslot wordt gehaald. Het alarm moet bovendien aangaan als de deur langer dan 8 s openstaat. We nemen aan dat 8 s voldoende tijd is voor de bezorger om in- en uit te stappen (het is een supersnelle bezorger!). Het alarm kan alleen uitgeschakeld worden met de autosleutel. 

Ontwerp dit alarmsysteem. Gebruik drukknop 1 als het contactslot. Als deze is ingedrukt zit de sleutel in het slot. Gebruik drukknop 2 als de deur; Is deze ingedrukt dan is de deur open. Gebruik een LED om te laten zien dat het alarm aan/uit is. 

Klassikale opgaven

Opgave 3 - Autoalarm

Een bezorger wil niet langer zijn auto hoeven af te sluiten bij elk adres. Het idee is om een alarm te ontwikkelen dat automatisch inschakelt zodra de autosleutel uit het contactslot wordt gehaald. Het alarm moet bovendien aangaan als de deur langer dan 8 s openstaat. We nemen aan dat 8 s voldoende tijd is voor de bezorger om in- en uit te stappen (het is een supersnelle bezorger!). Het alarm kan alleen uitgeschakeld worden met de autosleutel. 

Ontwerp dit alarmsysteem. Gebruik drukknop 1 als het contactslot. Als deze is ingedrukt zit de sleutel in het slot. Gebruik drukknop 2 als de deur; Is deze ingedrukt dan is de deur open. Gebruik een LED om te laten zien dat het alarm aan/uit is. 

Opgave 4 - Wasmachine

Een wasmachine moet veel verschillende taken uitvoeren. Hier beperken we ons tot een klein onderdeel van het hele wasproces, namelijk het inschakelen van het verwarmingselement totdat de juiste wastemperatuur is bereikt. Zodra dit het geval is, moet het element uitgeschakeld worden en moet de motor 8 s gaan lopen. Na deze 8 s moet de motor stoppen. 

Ontwerp een schakeling voor dit onderdeel van de wascyclus. Gebruik o.a. een temperatuursensor, een glas met koud water en een glas met warm water. 

Bepaal eerst de spanning van de sensor waarbij jij vindt dat het water warm genoeg is. Simuleer het verwarmingselement met LED 1 (LED aan = verwarming aan) en de motor met LED 4 (LED aan = motor aan).