Opgave
Om lampen niet onnodig te laten branden wil men in het natuurkundelokaal een automatische lichtschakelaar aanbrengen. Nu nog worden de lampen vaak aan het begin van de eerste les met de hand aangedaan en pas aan het eind van de dag uitgeschakeld.
Annalies en Chris willen onderzoeken hoeveel energie er bespaard wordt door het gebruik van deze automatische lichtschakelaar.
a) Welke gegevens hebben zij nodig om de energiebesparing per dag te kunnen uitrekenen?
Chris en Annalies ontwerpen een automatisch systeem om een lamp aan en uit te schakelen. Het systeem moet aan de volgende voorwaarden voldoen:
- Als er weinig licht en bovendien beweging in het lokaal is, of in de laatste 8 minuten beweging is geweest, dan zijn de lampen aan.
- Als er voldoende licht is of als er 8 minuten of langer geen beweging is, dan zijn de lampen uit. Het automatische systeem is in figuur 1 gedeeltelijk weergegeven.
De pulsgenerator geeft een puls per minuut. De bewegingssensor geeft een hoog signaal als er iemand beweegt in het lokaal. Het signaal van de lichtsensor stijgt als er meer licht op valt. De LED stelt de verlichting in het lokaal voor. De aan/uit-ingang van de teller is voortdurend hoog en hoeft niet te worden aangesloten.
b) Teken in figuur 1 de overige componenten en verbindingen van het systeem.
Figuur 2 toont de ijkgrafiek van de lichtsensor.
In plaats van de comparator kan ook gekozen worden voor de schakeling van figuur 3.
De gebruikte 4 bits AD-omzetter is geschikt voor spanningen tussen 0 en 5 Volt.
c) Bepaal bij welke waarden van de lichtintensiteit het signaal in Q hoog is.
Uitwerking vraag (a)
- Ze moeten weten hoe lang de lichten nu meer branden dan met de automatische schakelaar.
- En wat het totale vermogen van de verlichting in het lokaal is.
Uitwerking vraag (b)
- Zodra de beweginssensor iets ziet bewegen, moet de teller gereset worden.
- Wanneer de teller op 8 staat, moet de geheugencel gereset worden.
- Als de lichtsensor laag is en geheugencel hoog, moet de LED branden, dus:
Uitwerking vraag (c)
- Als het signaal in Q hoog is, is het in de &-poort laag.
- Dat betekent dat de 8- en 4-uitgang niet allebei aan staan, dus het digitale signaal onder de 12.
- De AD-omzetter kan 0-5 V aan, en kan 0-15 als uitgangssignaal geven. Een enkele stap in de uitgang betekent dus 1/3 V verschil.
- De ingangsspanning waar Q hoog is, is dus 0 V t/m 11/3 = 3,67 V.
