Experimenteren met LEGO en zonne-energie

VRIJ TECHNISCH INSTITUUT Iepersesteenweg 90 8630 VEURNE

Tel. 058 31 15 09 Fax 058 31 54 52

e-mail: [email protected] internet: http://www.vtiveurne.be

Geïntegreerde proef 2008-2009

6de industriële wetenschappen

Eindwerk van

Marijn Theunynck Maarten Lermytte klaas Deriemaeker

2

Woord vooraf Met drie leerlingen uit zes Industriële Wetenschappen hebben we de uitdaging aangenomen om dit schooljaar actief met LEGO te werken rond verschillende lesonderwerpen. Dit hebben we gedaan in samenwerking met onze Zweedse en Griekse Comeniuspartners.

Het is onze eerste intentie om interactieve lespakketten op te bouwen. Deze zorgen ervoor dat de lessen mechanica, elektriciteit en ICT door de leerlingen als aangenaam worden ervaren zonder de essentie van de lessen uit het oog te verliezen. Deze lespakketten worden door de leerlingen actief beleefd waardoor het rendement van de lessen hoog zal liggen. De onderwerpen worden uitgewerkt rond een LEGO NXT module. Dit is een programmeerbare LEGO module waaruit gemakkelijk experimenten kunnen worden opgebouwd.

Naast dit eerste onderdeel wordt ook een LEGO League uitgewerkt. Dit is een wedstrijd waarbij een LEGO NXT gebruikt wordt om verschillende opdrachten tot een goed einde te brengen. Deze opdrachten hebben betrekking op de technische lesonderwerpen van het eerste onderdeel.

Als derde en laatste onderdeel wordt een zonnevolger op zijn technische opbouw geanalyseerd. Hierbij zal ook een LEGO model uitgewerkt worden. Dit alles wordt gebaseerd op een reeks metingen. Deze zijn onderandere bedoeld om de opbrengst van een LEGO zonnepaneeltje bij verschillende toestanden en bewegingen te vergelijken of om de werking van een LEGO NXT lichtsensor bij dit systeem te onderzoeken.

Klaas Deriemaeker, Maarten Lermytte, Marijn Theunynck

4

Inhoudsopgave

Woord vooraf ________________________________________ 2 Inhoudsopgave _______________________________________ 4 BLOK 1 Lespakketten _________________________________ 8 1 Lespakketten technische vakken ____________________ 8

1.1 Lespakket Eenparige cirkelvormige beweging ________________ 8 1.1.1 Vermogen – snelheid van de NXT ______________________________ 8

1.1.2 Snelheid uitlezen op de NXT __________________________________ 15

1.1.3 Inleidende proef ___________________________________________ 17

1.1.4 Proef leerlingen ____________________________________________ 22

1.2 Lespakket wrijving ____________________________________ 24 1.2.1 Inleiding _________________________________________________ 24

1.2.2 Proef leerlingen ____________________________________________ 25

1.2.3 Proef wrijving in de 18de eeuw ________________________________ 33

1.3 Lespakket zonne-energie _______________________________ 34 1.3.1 Inleiding _________________________________________________ 34

1.3.2 Inleidende proef (leerkracht) _________________________________ 35

1.3.3 Proef met LEGO ___________________________________________ 37

1.4 Ontwerpen in beeld brengen met LDraw ___________________ 41 1.4.1 Inleiding _________________________________________________ 41

1.4.2 Werken met LDraw _________________________________________ 41

1.4.3 Enkele tips _______________________________________________ 42

2 Lespakketten ICT _______________________________ 43

2.1 Lespakket LabVIEW ___________________________________ 43 2.1.1 LabVIEW, van Mac tot LEGO __________________________________ 43

2.1.2 Starten met LabVIEW en de LEGO NXT _________________________ 45

2.1.3 Enkele eerste programma’s __________________________________ 49

2.1.4 LabVIEW en de lichtvolger ___________________________________ 55

5

2.2 Lespakket LEGO Mindstorms NXT ________________________ 61 2.2.1 LEGO NXT motoren _________________________________________ 61

2.2.2 LEGO NXT druksensor ______________________________________ 63

2.2.3 LEGO NXT ultrasone sensor __________________________________ 67

BLOK 2 LEGO League ________________________________ 70 3 LEGO League ___________________________________ 70

3.1 Inleiding ____________________________________________ 70

3.2 Proeven ____________________________________________ 70 3.2.1 Proef 1: Richten van een zonnepaneel __________________________ 70

3.2.2 Proef 2: Rijden zonder glijden ________________________________ 71

3.2.3 Proef 3: Omverduwen van verborgen blokken ____________________ 72

3.3 Opstelling proeven in bak ______________________________ 73 BLOK 3 Zonnevolgsysteem ___________________________ 74 4 Milieu en zonne-energie __________________________ 74

4.1 Inleiding ____________________________________________ 74

4.2 Uitstoot van CO2 _____________________________________ 74

4.3 Groene stroom _______________________________________ 75

4.4 Zonnepark Veurne ____________________________________ 75 5 Soorten zonnevolgers ____________________________ 77

5.1 Wel of niet de zon volgen? _____________________________ 78

5.2 Soorten beweging van de panelen _______________________ 78 5.2.1 Beweging rond één as ______________________________________ 78

5.2.2 Beweging rond twee assen ___________________________________ 80

5.2.3 Besluit ___________________________________________________ 80

5.3 Soorten aandrijvingen van de panelen ____________________ 81 5.3.1 Actieve aandrijving _________________________________________ 81

5.3.2 Passieve aandrijving ________________________________________ 81

5.3.3 Tijdgebonden aandrijving ____________________________________ 81

5.3.4 Besluit ___________________________________________________ 81

6

6 Meten zonnepaneel LEGO _________________________ 82

6.1 Inleiding ____________________________________________ 82

6.2 Meting 1 ____________________________________________ 82 6.2.1 Doel ____________________________________________________ 82

6.2.2 Voorbereiding proef ________________________________________ 82

6.2.3 Meetresultaten ____________________________________________ 84

6.2.4 Besluiten _________________________________________________ 84

6.3 Meting 2 ____________________________________________ 85 6.3.1 Doel ____________________________________________________ 85

6.3.2 Voorbereiding proef ________________________________________ 85

6.3.3 Meetresultaten ____________________________________________ 87

6.3.4 Besluiten _________________________________________________ 88

6.4 Besluiten voor de opbouw van ons LEGO model _____________ 89 7 Lichtsensor testen met de zon _____________________ 90 8 Stand zonnepaneel ______________________________ 92

8.1 Inleiding ____________________________________________ 92

8.2 Azimut zon doorheen het jaar ___________________________ 93

8.3 Hoogte zon doorheen het jaar ___________________________ 95

8.4 Gegevens 1 mei ______________________________________ 98 9 Stand van aarde en zon _________________________ 100

9.1 Inleiding ___________________________________________ 100

9.2 Beweging van de aarde doorheen de seizoenen ____________ 100

9.3 Bereken de zonshoogte op het middaguur ________________ 105

9.4 Berekenen van de daglengte op 1 mei ___________________ 107 10 LEGO zonnevolger ______________________________ 109

10.1 Constructie van de zonnevolger ________________________ 109

10.2 Programmeren van zonnevolger ________________________ 110 10.2.1 Startpositie bepalen van de zonnevolger _____________________ 110

10.2.2 Programma zonnevolger __________________________________ 112

7

Nawoord __________________________________________ 115 Bijlagen _________________________________________________ 117

Bijlage 1: Logboek Marijn Theunynck __________________________ 117

Bijlage 2: Logboek Maarten Lermytte __________________________ 123

Bijlage 3: Logboek Klaas Deriemaeker _________________________ 129

Bijlage 4: Werk Nederlands _________________________________ 135

Bijlage 5: Werk Engels _____________________________________ 140

Bijlage 6: Werk Frans ______________________________________ 176

Bijlage 8: E-mails _________________________________________ 180

Bijlage 9: PowerPoint Voorstellingen __________________________ 183

Bijlage 10: Aanvraag lesvervangende activiteiten ________________ 188

Bijlage 11: Bezoek basisscholen _____________________________ 190

Bijlage 12: WetenschapEXPOscience 2009 ______________________ 192

Bijlage 13: Inschrijving Focus Aarde ___________________________ 194 Bibliografie ________________________________________ 195

8

BLOK 1 Lespakketten Een eerste onderdeel van onze GIP bestaat uit lespakketten met behulp van LEGO. Met behulp van onze lespakketten willen we wat lessen uit de tweede graad aangenamer maken door leerlingen zelf kleine experimenten te laten uitvoeren met de LEGO Mindstorms NXT. Dit is een programmeerbare steen van LEGO. Deze steen kan op verschillende manieren geprogrammeerd worden. In onze lespakketten gebruiken we twee programmeersystemen: het programma van LEGO zelf en LabVIEW. We hebben gewerkt met invulcursussen. Hieronder vind je de ingevulde versies. Het ingevulde deel staat in blauw.

1 Lespakketten technische vakken

1.1 Lespakket Eenparige cirkelvormige beweging

1.1.1 Vermogen – snelheid van de NXT

1.1.1.1 Inleiding

In deze meting gaan we op zoek naar een duidelijk verband tussen de vermogens die je kunt instellen op de LEGO Mindstorms NXT en de snelheid van het standaardwagentje uit het bouwpakket van de LEGO Mindstorms NXT edu. 1.1.1.2 Meetopstelling

Het vermogen op de NXT wordt uigedrukt in een percentage van 0 tot 100 procent. We weten dat de snelheid van het wagentje afhankelijk is van twee parameters, de afgelegde weg en de tijd die nodig is om de weg af te leggen. Bij de NXT kunnen we naast het vermogen van een motor, ook de tijdsduur die de motor werkzaam moet zijn, instellen. Dit kunnen we op vier manieren: in graden, in toeren, in seconden en onbegrensd. Wij kiezen seconden omdat deze een van de parameters zijn die we nodig hebben. Bij de meting kiezen we tijdsintervallen van 1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 10s en 15s. We laten de NXT-robot gedurende enkele seconden rijden en meten dan de afgelegde weg, onze tweede parameter, op. Om dit zo correct mogelijk te doen laten we de robot altijd vanaf een vast punt beginnen -bij het nulpunt op de meter- en laten we de NXT langs de meter rijden. Waar de robot stopt lezen we de afgelegde weg af. Om nauwkeurig die aflezing te kunnen uitvoeren moeten we een vaste en betrouwbare manier hebben om de afgelegde weg op de meter af te lezen. Hiervoor gebruiken we een kubusvormig blok. We drukken het blok tegen de ondergrond en dan schuiven we het tot tegen het wieltje. De manier van aflezen zie je in onderstaande figuren.

9

Fig1.1 ECB: afleestechniek Bij het kiezen van de vermogens waarbij we een meting gaan uitvoeren ging onze voorkeur uit naar vermogens van 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % en 100 %. Natuurlijk beïnvloedt de massa van de robot de snelheid. Bij de proeven in de lessen mechanica zullen weinig tot geen sensoren gebruikt worden. Maar bij het gebruik van de robot in de LEGO League zou dit misschien wel het geval kunnen zijn, daarom wogen we de twee robots. De basisopstelling weegt 530gram en de uitgebreide NXT opstelling weegt 803gram.

Fig1.2 ECB: massa basis NXT Fig1.3 ECB: massa uitgebreide NXT Ook de ondergrond beïnvloedt de snelheid. Hoe meer weerstand de ondergrond biedt, hoe meer energie verloren gaat en dus hoe lager de snelheid. We gebruikten als ondergrond een vinyl vloer. Vinyl heeft een lagere weerstand dan een tegelvloer of houten vloer omdat deze oneffenheden vertoont. Ook de stand van het achterwieltje kan een invloed geven op de uiteindelijke afgelegde weg. Als het wieltje niet naar achteren is gericht dan gaat er vermogen verloren om het wieltje recht te trekken. Dit wordt verduidelijkt in volgende foto’s.

10

Fig1.4 ECB: achterwiel in verlengde NXT -Fig1.5 ECB: achterwiel niet in verlengde NXT Tenslotte wordt de snelheid ook bepaald door de batterij van de NXT. Wij voeren de proef uit met een volle batterij. 1.1.1.3 Meetresultaten

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

20 1 6 6,000 20 1 2 2,00020 2 12,5 6,250 20 2 7,5 3,75020 3 19 6,333 20 3 13 4,33320 4 26 6,500 20 4 19 4,75020 5 34,5 6,900 20 5 24,5 4,90020 10 63 6,300 20 10 52 5,20020 15 98 6,533 20 15 81 5,400

6,558 5,0636,402 4,333

30 1 9 9,000 30 1 4 4,00030 2 19 9,500 30 2 14 7,00030 3 30 10,000 30 3 24 8,00030 4 41 10,250 30 4 34,5 8,62530 5 52 10,400 30 5 43,5 8,70030 10 104 10,400 30 10 88 8,80030 15 158 10,533 30 15 133 8,867

10,396 8,74810,012 7,713

NXT basis (motoren) NXT uitgebreid (motoren + sensoren)

gemiddelde snelheid :




11

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

40 1 12,5 12,500 40 1 7 7,00040 2 27 13,500 40 2 21 10,50040 3 41 13,667 40 3 35 11,66740 4 57 14,250 40 4 48 12,00040 5 72 14,400 40 5 60 12,00040 10 147 14,700 40 10 127 12,70040 15 222 14,800 40 15 193 12,867

14,538 12,39213,974 11,248

50 1 15,5 15,500 50 1 10 10,00050 2 34 17,000 50 2 27 13,50050 3 51,5 17,167 50 3 44 14,66750 4 73 18,250 50 4 62 15,50050 5 92 18,400 50 5 79 15,80050 10 185 18,500 50 10 165 16,50050 15 283 18,867 50 15 250 16,667

18,504 16,11717,669 14,662

60 1 19 19,000 60 1 13 13,00060 2 41 20,500 60 2 35 17,50060 3 63 21,000 60 3 56,5 18,83360 4 89 22,250 60 4 76,5 19,12560 5 113 22,600 60 5 99 19,80060 10 229 22,900 60 10 201 20,10060 15 346 23,067 60 15 306 20,400

22,704 19,85621,617 18,394

70 1 22 22,000 70 1 16,5 16,50070 2 48 24,000 70 2 41 20,50070 3 73 24,333 70 3 67 22,33370 4 105 26,250 70 4 91 22,75070 5 132 26,400 70 5 117 23,40070 10 268 26,800 70 10 236 23,60070 15 404 26,933 70 15 355 23,667

26,596 23,35425,245 21,821










12

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

vermogen [%]

tijd [s]

afstand [cm]

snelheid [cm/s]

80 1 25 25,000 80 1 19 19,00080 2 55 27,500 80 2 49 24,50080 3 85 28,333 80 3 77 25,66780 4 120 30,000 80 4 105 26,25080 5 151 30,200 80 5 134 26,80080 10 305 30,500 80 10 277 27,70080 15 460 30,667 80 15 420 28,000

30,342 27,18828,886 25,417

90 1 27 27,000 90 1 22 22,00090 2 61 30,500 90 2 54 27,00090 3 97 32,333 90 3 86 28,66790 4 135 33,750 90 4 117 29,25090 5 170 34,000 90 5 150 30,00090 10 344 34,400 90 10 313 31,30090 15 516 34,400 90 15 477 31,800

34,138 30,58832,340 28,574

100 1 30 30,000 100 1 25 25,000100 2 67 33,500 100 2 61 30,500100 3 105 35,000 100 3 97 32,333100 4 150 37,500 100 4 131 32,750100 5 188 37,600 100 5 167 33,400100 10 384 38,400 100 10 345 34,500100 15 582 38,800 100 15 525 35,000

38,075 33,91335,829 31,926








De gemiddelde snelheid in het lichtgrijs, is de gemiddelde snelheid van alle gemeten waarden. De gemiddelde snelheid in het donkergrijs is het gemiddelde van de waarden in datzelfde donkergrijs. Bij deze metingen is de invloed van de startsnelheid kleiner.

13

1.1.1.4 Besluiten

Omdat bij een vermogen van 10 % de NXT robot haast niet vooruitgaat, hebben we beslist om deze meting niet in de tabel op te nemen. We kiezen er dan ook voor in de proeven geen vermogen van 10 % te gebruiken. Bij vermogens vanaf 20 % zijn de gemeten waarden kwaliteitsvoller. Maar er is nog steeds een duidelijke invloed van de aanloopsnelheid. Bij het bepalen van de gemiddelde snelheid werd enkel rekening gehouden met vermogens vanaf 4 seconden. Dit gemiddelde staat in donkergrijs. Bij vermogens vanaf 70 % heeft de LEGO robot de neiging om bij langere tijden sterk af te wijken. Daarom verkiezen we tijdens de proeven vermogens tussen 20 % en 70 % te nemen. De meetresultaten zijn redelijk klein, daarom leek het ons logisch om de maataanduidingen van meter per seconde te veranderen naar centimeter per seconde. In overleg met de leerkrachten mechanica hebben we beslist om de metingen uit te drukken in cm/s. Aangezien dit getallen zonder decimalen zijn, worden de berekeningen makkelijker. 1.1.1.5 Verband vermogen NXT – snelheid in cm/s

We beschikken over een gemiddelde snelheid bij enkele vermogens. We zoeken een verband tussen de gemiddelde snelheid en de vermogens. Om dit te doen zetten we de waarden die we bekomen voor de vermogens op de x-as en de gemiddelde snelheid bij dat vermogen op de y-as uit. Als we dit van alle vermogens doen merken we dat er een lineair verband is tussen beiden. Om nu de best passende rechte te vinden wordt gebruik gemaakt van lineaire regressie. Werkvolgorde: gebruik grafisch rekentoestel

- invoeren gegevens x-as + opslaan gegevens in lijst L1

- invoeren gegevens y-as + opslaan gegevens in lijst L2

- statistisch plot inschakelen

2ND STAT PLOT Plot 1 AAN

- alle functies uit geheugen wissen

- lineaire regressie opvragen van lijst L1 en lijst L2 en laten opslaan in functie Y1

STAT REKEN 4. LinReg ax B LinReg ax b L , L , Y

- aflezen functie + afronden functie

- gegevens en grafiek met bekomen rechte

14

: f x NXT 0,394969 . x 1,270717778 Hieruit volgt dat het verband tussen de in te stellen vermogens van de NXT en de snelheid in centimeter per seconde bij een LEGO NXT robot in basisopstelling bij benadering weergegeven kan worden door volgende formule. f x NXT 0,395 . x 1,271 Het verband tussen het vermogen van de NXT en de snelheid in centimeter per seconde bij de LEGO NXT robot met al zijn sensoren in basisopstelling gemonteerd kan bij benadering weergegeven worden door volgende formule.

f x NXT 0,360 . x 2,080

15

1.1.2 Snelheid uitlezen op de NXT

Doel Berekeningen met de NXT uitvoeren. Opgave Weergeven van de snelheid in cm/s op het scherm van de NXT. Inleiding Experimenteel is bepaald dat het verband tussen het NXT vermogen bij basis opstelling en cm/s kan omschreven worden door volgende formule. 0,39 . P NXT 1,27

0,395 . 1,271 % /

De NXT software is niet is staat om met decimalen te rekenen, de getallen worden steeds afgerond waardoor je op het einde van je berekening met een benaderende waarde zit. We vermenigvuldigen de volledige vergelijking met 1000. Het eindresultaat delen we dan door 1000.

395 . P NXT′ 1271 ′ % ′ /

Voor het programmeren van deze oefening werk je in de volledige werkomgeving van de NXT software die je links onderaan de lijst vindt. Dit is de middelste icoon. Je vindt alle blokken uit de algemene werkomgeving onder de eerste icoon in de lijst ‘Algemeen’. Om te kunnen rekenen heb je rekenblokken nodig. Deze vind je onder de vijfde icoon.

Programma - Sleep een ‘verplaatsen’-blok in je programma. Kies een snelheid. - Sleep een eerste ‘variabele’-blok in je programma. Kies in ‘lijst’ voor getal. Bij actie klik je schrijven aan en bij waarde vul je nogmaals je snelheid in. Hier ga je een variabele opslaan die je later kunt opvragen. Doe dit nu ook door nog een ‘variabele’-blok in je programma te slepen, maar nu zet je i.p.v. schrijven, lezen. Je leest nu de geschreven waarde. - Sleep nu ook een eerste ‘reken’-blok in je programma. Elke blok heeft een menu. Deze menu’s vind je door linksonder de pijl te klikken van de ‘verplaatsen’-blok. Van elke blok bevindt het menu zich op deze plaats. Door op de iconen in de lijst te gaan staan met de aanwijzer van je muis zie je welke gegevens daar te vinden zijn. Wanneer verbindingen zijn gemaakt en je wilt het menu inklappen blijven alleen de verbonden tekens zichtbaar.

16

- Verbind nu in het menu van de ‘variabele’-blok ‘waarde’ met de van de ‘reken’-blok. Als je nu op de ‘reken’-blok gaat staan zie je dat je de bewerking kunt kiezen en de waarde van . De uitkomst van de bewerking vind je onderaan in het menu en wordt aangegeven door een ‘#’ teken. Voer nu alle nodige bewerkingen uit om de omzetting mogelijk te maken. Vergeet niet op het einde nog door 1000 te delen. - Waarden kunnen niet op het NXT scherm weergegeven worden. Hiervoor hebben we de ‘getal in tekst’-blok nodig die je waarde in tekst omzet. Je verbindt je waarde met ‘#’ en je kunt dan ‘T’ verbinden met de ‘T’ van je scherm blok. waarde zal wel op het scherm verschijnen, maar dit gedurende een fractie van een seconde. Daarom zet je na het programma nog een ‘wacht’-blok. Hier kies je bij controle voor tijd en kies je een tijd, bijvoorbeeld 10s. Hierdoor zal je de waarde op het scherm kunnen aflezen.

Meting

vermogen [%] experimentele snelheid [cm/s] afgelezen snelheid [cm/s] 20 6,558 6 25 8,977 8 30 10,396 10 35 12,467 12 40 14,538 14 45 16,521 16 50 18,504 18 55 20,604 20 60 22,704 22 65 24,650 24 70 26,596 26

Uit de meting werden de experimentele waarden voor 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % en 70 % gehaald. De waarden tussenin zijn het gemiddelde. Duid nu aan welke waarden bruikbaar zijn. Waarom zijn deze waarden beter bruikbaar dan de andere waarden?

Deze waarden wijken minder dan 0,5 cm/s af van de werkelijke snelheid. |

In december zou er een nieuwe versie uitkomen van het NXT programma. Dit programma zou kunnen rekenen met decimalen. Bijgevolg zou de benadering geen probleem meer opleveren.

17

1.1.3 Inleidende proef

1.1.3.1 Begrip eenparige cirkelvormige beweging (ECB)

Definitie Een beweging gebeurt eenparig cirkelvormig als de beweging in dezelfde zin gebeurt, op een cirkelbaan waarbij in gelijke tijden gelijke booglengten worden afgelegd.

Ken jij enkele voorbeelden van ECB?

- || - | - |

1.1.3.2 Experiment

Doel In deze proef moet je het verband tussen de hoeksnelheid en de omtreksnelheid aantonen. Opstelling De proef om het verband tussen hoeksnelheid en omtreksnelheid te

bepalen voer je uit met onderstaande opstelling. Het bouwplan dat nodig is voor deze proef krijg je van de leerkracht. De gebruikte gewichtjes wegen ongeveer 55 gram. Het touw is ongeveer 1 m lang en wordt in de spaken van de schijven bevestigd (zie zwarte pijltjes op de grote foto).

Fig1.6 ECB: opstelling inleidende proef

1

18

Programma We laten de motor 3 omwentelingen draaien met een vermogen van 75 %. Daarna stopt de motor. De tijd wordt afgelezen op het scherm van de NXT.

Welk blok voeg je in? Welke zijn de instellingen die je toepast?

timer timer: 1 actie: reset

motor duur: 3 omwentelingen vermogen: 75 % motor: A

timer timer: 1 actie: lezen

getal in tekst

beeldscherm actie: tekst

wacht controle: tijd tot: 5 seconden

Deel 1 In deze proef is de diameter van de wieltjes van belang. Het grote witte wiel noemen we wiel 1, het kleine grijze wiel is wiel 2.

0,0635 0,0295 Deel 2 Voer het programma uit. De as maakt 3 omwentelingen. Op het

einde van het proefje wordt de tijd die nodig was om de omwentelingen uit te voeren weergegeven op het scherm van de NXT. Om de afgelegde weg te meten meet je voor het uitvoeren van de proef de afstand van de massa’s tot je tafel. Na de proef meet je opnieuw de afstand van de verschillende massa’s tot de tafel. Het verschil van deze metingen geeft de afgelegde weg van die massa. Dit wordt verduidelijkt op de volgende afbeeldingen.

19

Fig1.7 ECB: opstelling voor proef Fig1.8 ECB: opstelling na proef

Meet de afgelegde weg die elke massa na het proefje heeft afgelegd. Vul ook telkens de tijd in die werd weergegeven. Wanneer de proef is uitgevoerd, en je alles hebt opgemeten, trek je de massa’s voorzichtig terug naar beneden om de proef opnieuw uit te voeren.

Meting Tijd 1ste uitvoering 2634 2de uitvoering 2598 3de uitvoering 2617

gemiddelde: 2,6

Meting Afgelegde weg wiel 1

Afgelegde weg wiel 2

1ste uitvoering 0,60 0,27 2de uitvoering 0,57 0,27 3de uitvoering 0,56 0,28

gemiddelde: 0,58 0,27

20

Bepaal nu zelf de snelheid van elke massa. /

Wiel 1 De massa 1 legt 0,58 m af in 2,6 s, dus v

,

, 0,223 m/s .

Wiel 2 De massa 2 legt 0,27 m af in 2,6 s, dus v

,

, 0,104 m/s .

Bepaal nu ook zelf het toerental van elk wieltje. /t

Wiel 1 Schijf 1 draait 3 toeren in 2,6 s, dus n

, 1,15 s .

Wiel 2 Schijf 2 draait 3 toeren in 2,6 s, dus n

, 1,15 s .

Besluit Bij elke meting is het motorvermogen constant. We stellen dus vast dat: - als we de diameter van de wieltjes veranderen, het toerental constant blijft . - hoe groter de diameter van de wieltjes is, hoe groter de snelheid is waarmee de massa’s opgehaald worden. De snelheid waarmee de massa omhoog wordt getrokken is gelijk aan de omtreksnelheid van een punt op dat wieltje.

Tijdens het experiment konden we vaststellen dat de snelheid waarmee de massa omhoog wordt getrokken dezelfde is als de snelheid van elk punt op de omtrek van dat wieltje.

De omtreksnelheid van een punt tijdens een ECB is de afstand die het punt aflegt per tijdseenheid of anders gezegd: de omtrek van de cirkel maal het toerental .

. . /

21

We kunnen de snelheid waarmee de last opgehaald wordt ook uitdrukken in de doorlopen hoek in radialen per tijdseenheid. Dit noemen we de hoeksnelheid en heeft als symbool en wordt uitgedrukt in rad/s.

We weten dat een volledige cirkel 360 ° of 2 rad meet.

Als een punt op een cirkel een toerental heeft van 1 toer per seconde 1 , dan is 2 / . Als 2 , dan wordt

4 / . Hierdoor bekomt men de onderstaande formule.

2 . / Bepaal nu de hoeksnelheid van elk wiel. 2 .

Wiel 1 Schijf 1 heeft een n van 1,15 s , dus ω 2 . 1,15 rad . s 7,23 rad/s. Wiel 2 Schijf 2 heeft een n van 1,15 s , dus ω 2 . 1,15 rad . s 7,23 rad/s.

Verband Zoek nu het verband tussen de omtreksnelheid en de hoeksnelheid van de last.

Vul de onderstaande tabel aan.

De

Verhouding / komt overeen met de straal van de schijf.

We bekomen dus een nieuwe formule . Het verband kunnen we ook beschrijven met de onderstaande formule.

. /

/ _

straal omtreksnelheid hoeksnelheid verhouding /

Schijf 1 0,0318 0,223 7,23 0,0308

Schijf 2 0,0148 0,104 7,23 0,0144

22

1.1.4 Proef leerlingen

Doel We willen de NXT-robot één cirkelbaan laten rijden. We willen vooraf

zelf kiezen hoe groot de cirkel zal zijn en hoe lang de robot daarover moet doen. Het is de bedoeling dat we de snelheid van elk wieltje bepalen. We willen de snelheid instellen en uittesten. Daarom zullen we de bekomen snelheid van de wieltjes daarna omvormen naar een NXT-vermogen. De berekeningen worden gemaakt in cm.

Gegevens t = 15 s R = 50 cm Voorstelling

23

Oplossing a) Bereken de afgelegde weg van het punt a bij het doorlopen van een

volledige cirkelomtrek. | 2 50 . 2 . 314,16

Bereken de omtreksnelheid van dit punt a. | n s

| d 2 . R 2 . 50 cm 100 cm

| v π . d . n π . 100 . cm . s 20,94 cm/s

Bereken de hoeksnelheid van de NXT-robot.

ω R

,

,

/ 0,419 rad/s

Nu kun je makkelijk de snelheid van het wiel in de punten b en c bepalen. | . 0,419 . 50 6,6 / . 18,2 /

. 0,419 . 50 6,6 / . 23,7 /

b) We weten uit metingen dat het verband tussen de snelheid en het NXT-

vermogen kan uitgedrukt worden met de formule 0,39 . P NXT 1,27 met de snelheid in cm/s en het vermogen van de NXT in %.

,

,

,

,

, ,

, 49,9 50%

,

,

, ,

, 64,0 64%

c) Probeer dit nu uit. Teken met krijt een cirkel op de grond en duid zijn startpositie aan. Zo zie je of de robot een cirkel beschrijft en of de robot aan zijn beginpositie stopt. Het kan gebeuren dat de robot net iets meer dan 1 cirkel doorloopt; dit is afhankelijk van de wrijving die de robot ondervindt.

24

1.2 Lespakket wrijving

1.2.1 Inleiding

Wrijving is een natuurkundig begrip dat de weerstandskracht aanduidt, die ontstaat als twee oppervlakken langs elkaar schuiven terwijl ze tegen elkaar aan gedrukt worden. We hebben 3 verschillende soorten wrijving, geef bij elk een voorbeeld:

- rollende wrijving: |

- glijdende wrijving: |

- luchtweerstand: | Wrijving kan leiden tot vormverandering en warmteproductie . De wrijvingskracht leidt zoals elke kracht tot een “versnelling”. Omdat de wrijvingskracht altijd in tegengestelde zin werkt als de beweging, leidt wrijving altijd tot “negatieve versnelling” , ofwel vertraging. Een bewegend voorwerp dat alléén wrijving en verder geen andere krachten ondervindt, gaat dus steeds langzamer bewegen tot het stil staat. In de volgende leerlingenproeven hebben we het over de glijdende wrijving. We willen de onderstaande wetten testen op hun juistheid. De wrijvingswetten

- 1e wet:

De weerstand die je ondervindt bij het verschuiven van een voorwerp is onafhankelijk van de grootte van de contactvlakken.

- 2e wet:

De wrijvingsweerstand is recht evenredig met de normaalkracht: hoe zwaarder het te verplaatsen voorwerp, hoe groter de wrijvingskracht.

- 3de wet:

De wrijvingsweerstand is afhankelijk van de afwerking en aard van de contactvlakken. Een stoel verschuift gemakkelijk op een gladde vloer, moeilijk op een ruwe betonvloer.

25

statische wrijvingsfactor kinematische wrijvingsfactor contactvlakken droog gesmeerd droog gesmeerd Staal op staal 0,80 - 0,15 0,23 - 0,11 0,57 - 0,03 0,20 - 0,03 Staal op gietijzer 0,35 - 0,20 0,20 - 0,10 0,27 - 0,13 0,13 - 0,03

Hout op hout 0,60 - 0,20 0,16 0,40 - 0,20 0,08 Rubber op asfalt 0,90 - 0,60 0,45 0,50 0,40

Staal op hout 0,50 - 0,20 0,65 0,50 0,22 - 0,08 1.2.2 Proef leerlingen

Doel Bij deze proef leg je een blokje op een helling. Vergroot de hellingshoek met behulp van een NXT-motor (zie foto volgende pagina). Bij deze proef heb je een motor nodig die er voor zorgt dat de helling langzaam omhoog gaat door middel van een tandwiel en tandlat. Met behulp van een ultrasone sensor ga je na wanneer het blokje naar beneden begint te glijden. Het gebeurt wel eens dat de ultrasone sensor het blokje niet opmerkt. Deze meting moet je dan natuurlijk wel hernemen.

Fig1.9 Wrijving: glijdende wrijving

Benodigdheden

- LEGO NXT doos - LEGO education doos (9648) - schuurpapier - normaal wit papier - massa’s

26

Opstelling Je plaatst het blokje net niet voor de ultrasone sensor. Van zodra het blokje begint te schuiven merkt de ultrasone sensor dit op en stopt de motor. Nu kun je de hoek van de helling meten. Op deze manier kun je de drie wetten testen. Ontwerp een constructie zoals op de foto’s.

Fig1.10 Wrijving: opstelling Programmeer de NXT als volgt:

27

Formules - de wrijvingskracht .

_ _

De wrijvingsfactor kun je berekenen met . Je kunt ook de wrijvingsfactor tussen bepaalde materialen vinden in je tabellenboek pagina 31. - de zwaartekracht . _ _ / - De normaalkracht De component van de zwaartekracht volgens de y-richting kun je berekenen met . Proef 1 Construeer een zwarte blok in de vorm van een balk. Zwarte blokken worden heel goed waargenomen door de ultrasone sensor. In deze balk verwerk je twee “balast”-blokken (zware blokken). Een dergelijk zware blok weegt 55 g.

Leg de balk de ene keer op een groot zijvlak, een andere keer op een klein zijvlak, zodat het contactoppervlak wijzigt. Zorg er wel voor dat je de balk bij alle proeven op dezelfde plaats legt. Ze mag ook niet recht voor de NXT-ultrasone sensor liggen omdat de helling anders niet omhoog zal gaan.

Voer iedere proef 10 keer uit, meet telkens de hoek en bepaal het gemiddelde. We meten de hoek zoals op de onderstaande figuur.

Fig1.11 Wrijving: “balast”-blok Fig1.12 Wrijving: methode om hoek te meten

28

Meting 1: met twee “balast”-blokken, balk plat gelegd

vermogen: 40

massa: 110 gram

We voeren de proef 10 keer uit:

1e maal: 31° 6e maal: 29° |

2e maal: 30° 7e maal: 28° |

3e maal: 28° 8e maal: 27° |

4e maal: 30° 9e maal: 29° |

5e maal: 30° 10e maal: 28° |

gemiddelde hoekwaarde: 28,9° |

Meting 2: met twee “balast”-blokken, balk rechtop

vermogen: 35

massa: 110 gram.


1e maal: 30° 6e maal: 30° |

2e maal: 27° 7e maal: 27° |

3e maal: 26° 8e maal: 28° |

4e maal: 29° 9e maal: 27° |

5e maal: 32° 10e maal: 32° |

gemiddelde hoekwaarde : 28,6° |

Besluit

De weerstand die je ondervindt bij het verschuiven van een voorwerp is onafhankelijk van de grootte van de contactvlakken. (Wet 1)

29

Vul de onderstaande tabel aan en bereken de wrijvingskracht. f tan α

normaal wit papier

°

110 28,6 0,34 1,079 0,947 0,947 0,322

Proef 2 Construeer opnieuw een zwarte blok in de vorm van een balk. Voor deze proef gebruiken we in meting 1, vier “balast”-blokken en voor meting 2 gebruiken we er geen. Voer de proef opnieuw 10 keer uit, meet telkens de hoek en bepaal het gemiddelde. Meting 1: met vier “balast”-blokken

vermogen: 45

massa: 220 gram


1e maal: 28° 6e maal: 32° |

2e maal: 30° 7e maal: 28° |

3e maal: 28° 8e maal: 27° |

4e maal: 31° 9e maal: 32° |

5e maal: 29° 10e maal: 28° |

gemiddelde hoekwaarde: 29,3° |

30

Meting 2: zonder “balast”-blokken

vermogen: 35

massa: 0,022 kg


1e maal: 30° 6e maal: 29° |

2e maal: 34° 7e maal: 33° |

3e maal: 28° 8e maal: 32° |

4e maal: 29° 9e maal: 29° |

5e maal: 28° 10e maal: 31° |

gemiddelde hoekwaarde: 30,3° | Besluit Vergelijk deze hoekwaarden.

- Meting 1: We bekomen een gemiddelde hoekwaarde van 29,3° bij het blok met vier “balast”-blokken.

- Meting 2: We bekomen een gemiddelde hoekwaarde van 30,3° bij het blok zonder “balast”-blokken.

Vul de onderstaande tabel aan en bereken de wrijvingskrachten in beide gevallen.

normaal wit papier

°

220 29,3 0,56 2,158 1,882 1,882 1,056

22 30,3 0,58 0,216 0,186 0,186 0,109

Hoe zwaarder het te verplaatsen voorwerp, hoe groter de wrijvingskracht. (Wet 2) Let op, de hoek verandert theoretisch niet bij gebruik van een zwaarder voorwerp. In bovenstaande proef is er een verwaarloosbaar verschil.

31

Proef 3 In deze proef gebruiken we nu eens wit papier en dan weer schuurpapier als ondergrond. We laten achtereenvolgens een balk met 1, 2, 3 en 4 “balast”-blokken naar beneden glijden, meten telkens de hoek en berekenen de bijhorende wrijvingskracht.

normaal wit papier

°

55 33° 0,65 0,540 0,453 0,453 0,294

110 35° 0,70 1,079 0,884 0,884 0,619

165 34° 0,67 1,619 1,342 1,342 0,905

220 33° 0,65 2,158 1,810 1,810 1,175

schuurpapier

°

55 42° 0,90 0,540 0,401 0,401 0,361

110 43° 0,93 1,079 0,789 0,789 0,736

165 43° 0,93 1,619 1,184 1,184 1,104

220 42° 0,90 2,158 1,604 1,604 1,444

Besluit

Bij schuurpapier meet je een grotere hoek dan bij wit papier. (wet3)

Hoe zwaarder het te verplaatsen lichaam, hoe grotere de wrijvingskracht. (wet 2)

32

Is er een lineair verband tussen de massa en de wrijvingskracht? We tekenen de punten in een grafiek en verbinden ze met elkaar.

Met het rekentoestel voeren we een lineaire regressie uit op de gevonden meetwaarden.

- schuurpapier: 0,006894 0,1262

- normaal wit papier: 0,00362 0,2408

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 100 200 300 400wri

jvin

gsk

rach

t [

new

ton

]

massa [gram]

normaal wit papier

schuurpapier

33

1.2.3 Proef wrijving in de 18de eeuw

Tijdens onze driedaagse studiereis naar Londen gingen we naar het Science Museum. Daar kregen we de opdracht op zoek te gaan naar een onderwerp dat verband houdt met ons eindwerk. Na een leerrijke excursie doorheen het museum belandden we in de afdeling ‘Science in the 18th century’. We vonden er tot onze verbijstering een gelijkaardige proef aan deze van ons lespakket van wrijving. De proef werd uitgevonden door George Adams in opdracht van Koning George III in februari 1761. Het was de bedoeling om te onderzoeken bij welke massa en bij welke helling een huifkar naar beneden zou beginnen rollen. De opstelling van de proef toont grote gelijkenissen met onze proef van wrijving. Er wordt ook met een aanpasbare helling gewerkt maar hier wordt deze toegepast door middel van een schroef. De hoek wordt hier ook gemeten, opnieuw net zoals in het lespakket.

Fig1.13 Opstelling proef met gradenboog Fig1.14 Schroefsysteem Er wordt in het lespakket een vergelijking gemaakt met verschillende onder-gronden. Ook in de proef van George Adams wordt hiermee rekening gehouden. Concreet werd er een hobbelige grond gebruikt die een kasseien weg moest voorstellen. Het wagentje dat gebruikt werd voor de proef kon geladen worden met verschillende massa’s. Er werd ook onderzoek gedaan naar de invloed van het contact tussen de wieltjes van het wagentje en de ondergrond. Er werden verschillende wielen op het karretje geplaatst met een verschillende breedte om de invloed te kunnen vergelijken.

Fig1.15 Wielen om op de huifkar te monteren met verschillende breedtes

34

1.3 Lespakket zonne-energie

1.3.1 Inleiding

1.3.1.1 Werking zonnepaneel

Een zonnepaneel is een paneel dat je richt naar de zon en dat dankzij de lichtinval elektriciteit opwekt. Een zonnepaneel bestaat uit fotovoltaïsche cellen. Foto betekent licht en met voltaïsch verwijzen we naar spanning. Fotovoltaïsche cellen wekken dus spanning op uit licht.

Fig1.16 Zonne-energie: zonnepaneel LEGO

Waar zag jij al eens toepassingen van zonnepanelen? Noem er twee.

- || - ||

In 1958 werd voor het eerst fotovoltaïsche zonne-energie toegepast in de kunstmatige satelliet Vanguard I. Deze satelliet werd rond de aarde gebracht om gegevens te verzamelen over de vorm van de aarde. Een zonnecel bestaat uit een dun plaatje halfgeleidend silicium dat enkel bij zonnestraling elektriciteit geleidt. Dit silicium wordt gewonnen uit zand, in overvloed voorradig op onze planeet. Chemische bewerkingen creëren in het silicium een positieve onder- en negatieve bovenlaag. Hierdoor ontstaat een spanningsverschil vergelijkbaar (±0,7 V) met de plus- en minpool van een batterij.

35

Fig1.17 Zonne-energie: zonnecel

Met losse zonnecellen valt weinig aan te vangen doordat de opgewekte spanning te laag is. Daarom schakelen we in de praktijk de zonnecellen in serie en/of parallel. In serie kunnen we dan de spanningen (volt) optellen, in parallel tellen we de opgewekte stroom (ampère) op. Hierdoor creëren we een voltaïsch systeem of met andere woorden een zonnepaneel. Om de door een zonnepaneel opgewekte spanning te gebruiken bij huishoudtoestellen hebben we wisselspanning nodig (AC), terwijl de spanning opgewekt door een zonnepaneel gelijkspanning (DC) is. Dus gebruiken we een omvormer om de gelijkspanning om te vormen naar een wisselspanning. 1.3.2 Inleidende proef (leerkracht)

1.3.2.1 Doel

Het is de bedoeling om kort maar bondig de werking van een zonnepaneel uit te leggen. Daarna wordt de werking vlug gedemonstreerd aan de hand van een kleine constructie. Dan is het de beurt aan de leerlingen om zelf een proefje uit te voeren.

Fig1.18 Zonne-energie: voorbeeldproefje

36

1.3.2.2 Proef

Benodigdheden

- LEGO doos (9684 versie 46) - lamp 60 W (mat) - lamp 100 W (helder)

Opdracht Met dit proefje toon je aan dat de lichtsterkte een invloed heeft op het vermogen dat het zonnepaneel levert. Gebruik daarvoor de volgende opstelling.

Fig1.19 Zonne-energie: opstelling inleidende proef Zoals je merkt, maak je gebruik van een tandwieloverbrenging die versnellend werkt. Zo zie je beter dat de wijzer (het grijze roterende deel) vlugger of trager gaat draaien. Beweeg de lamp van hoog naar laag. Doe dit met de verschillende lampen. | | | |

37

1.3.3 Proef met LEGO

Doel In deze proef hebben we geen omvormer nodig omdat de LEGO motoren werken op gelijkspanning. Het is de bedoeling dat je aan de hand van het proefje duidelijk de werking van een zonnepaneel waarneemt. Met de meetresultaten kun je ontdekken welke factoren er belangrijk zijn om het zonnepaneel optimaal te benutten of anders gezegd een maximaal rendement te behalen. Benodigdheden

- LEGO doos (9684 versie 46) - Lamp 60 W (helder) - lamp 60 W (mat) - lamp 100 W (mat) - lintmeter - chronometer

Omschrijving proef Bouw een constructie zoals hieronder afgebeeld. Hierbij wordt een motor aangedreven door een zonnepaneel. Het zonnepaneel wordt beschenen door kunstmatig licht afkomstig van een lamp die boven het zonnepaneel wordt geplaatst. De afstand tussen de lamp en het zonnepaneel verandert gedurende de metingen. Gebruik verschillende soorten lampen: 60 W en 100 W, matte en doorzichtige. Dit laat je toe om tamelijk vlot conclusies te trekken.

Fig1.20a Zonne-energie: opstelling proef met LEGO

38

Fig1.20b Zonne-energie: opstelling proef met LEGO Het zonnepaneel wekt bij het beschijnen door de lamp energie op en laat de motor draaien. Neem de tijd op die nodig is om een voorwerp over een bepaalde afstand te verplaatsen. Neem hiervoor een herkenbaar punt bovenaan en onderaan en meet de afstand. De afstand bedraagt 35 cm Meet vervolgens de tijd die nodig is om een object naar boven te hijsen over deze afstand. Hieruit kun je gemakkelijk de snelheid berekenen met de volgende formule.

met /

__ Herhaal deze meting bij elke soort lamp, dus bij verschillende lichtsterkten. Plaats de lamp telkens op dezelfde afstand van het zonnepaneel en recht erboven. Herhaal daarna dezelfde meting maar met de lamp op een andere afstand van het zonnepaneel. Resultaten

lichtbron 5 cm van zonnecel

60 W (helder) 60 W (mat glas) 100 W (mat glas)

35 35 35

3,85 4,56 3,62

/ 9,09 7,68 9,67

39



35 35 35

4,10 4,62 3,90

/ 8,54 7,58 8,97



35 35 35

4,65 8,50 4,06

/ 7,53 4,12 8,62



35 35 35

5,20 13,0 4,20

/ 6,73 2,69 8,33



35 ONVOLDOENDE LICHTSTERKTE

35

6,95 4,43

/ 5,04 7,90



ONVOLDOENDE LICHTSTERKTE

ONVOLDOENDE LICHTSTERKTE

35

4,83

/ 7,25

Bij lampen van 60 W kun je geen meting meer uitvoeren vanaf een afstand van 10 cm omdat de lichtsterkte te laag is. Bij een matte lamp van 60 W werkt de motor al niet meer vanaf een afstand van 9 cm.

40

Besluit - Naarmate de lamp meer vermogen bezit, is de snelheid groter . - Naarmate je de lamp verder van het zonnepaneel afhoudt, is de snelheid kleiner . - Kun je omschrijven wat dit inhoudt voor het gebruik van echte zonnepanelen? Bij het gebruik van echte zonnepanelen is de lichtintensiteit van de zon van groot belang: hoe hoger de lichtintensiteit van de invallende zonnestralen op het zonnepaneel, hoe meer stroom/spanning je kunt opwekken. _ In de winter bevinden we ons verder van de zon en zullen we dus minder rendement van de panelen hebben. Op een zonnige dag schijnt de zon het felst rond de middag en zal het rendement het grootst zijn. _ Verloop snelheden

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 2 4 6 8 10 12

snelh

eid

[cm

/s]

afstand lamp tot zonnepaneel [cm]

60W60W (mat)100W (mat)

41

1.4 Ontwerpen in beeld brengen met LDraw

1.4.1 Inleiding

Een eerste programma waarmee we probeerden onze ontwerpen te tekenen was LEGO Digital Designer. Dit programma werd echter als te eenvoudig bevonden door ons. Het soort LEGO-blokken dat je erin terugvindt is veel te klein. Om iets deftigs te kunnen construeren met LEGO Mindstorms NXT. Daarom stapten we over naar LDraw. 1.4.2 Werken met LDraw

LDraw vind je via de volgende link.

http://www.ldraw.org/GetStarted-Win.html LDraw bevat de installatie van MLCad en LDview. Met MLCad maak je LEGO ontwerpen en met LDview bekijk je de ontwerpen in 3D weergave. MLCad is een heel gebruiksvriendelijk programma. Het werkt op basis van drag & drop. Om een ontwerp te maken klik je eerst het volgende symbool aan want in MLCad heb je hoofdzakelijk twee onderdelen, een eerste onderdeel is de “ontwerp stand” en een tweede onderdeel is de “plan stand” met volgend symbool, waar je de bouwstappen kan nakijken.

Fig1.21 MLCad: Ontwerp stand Fig1.22 MLCad: Plan stand

1.4.2.1 Hoe start je een ontwerp?

Je doet dit door op de ontwerpstand te klikken. Daarna voer je een blok in uit de keuzelijst. Tijdens de bouw van het ontwerp kan je ook bouwstappen aanduiden, dit is nodig om later het bouwplan te kunnen bekijken. Deze stappen duid je aan door op de laatst geplaatste blok te klikken en daarna op edit, waarna je op add klikt en vervolgens step. De kleuren van de LEGO blokken kan je ook veranderen, net zoals de positie in richting van x, y en z. Een blok kan je ook op verschillende tussenafstanden verplaatsen. Om een blok heel nauwkeurig te verplaatsen selecteer je volgend pictogram.

Fig1.23 MLCad: Fijn kader

42

Als laatste stap moeten we opslaan, dit doe je door op file en save as te klikken en daar een bestandsnaam op te geven en op te slaan. Nu kan je ook nog een stukkenlijst of een afbeelding van je constructie opslaan, dit doe je ook door op file te klikken waarna je de gewenste keuze aanklikt. 1.4.2.2 Hoe bekijk je de bouwstappen?

Je opent het bestand dat je gemaakt hebt. Nu selecteer je het symbool van plan stand. Klik in de stukkenlijst op het eerste blok dat je hebt geplaatst. Nu zie je normaal maar 1 blok staan op je scherm, de volgende bouwstap bekijk je door middel van gebruik te maken van volgende werkbalk.

Fig1.24 MLCad: navigatiebalk

Dit is het gebruik van MLCad in een notendop, natuurlijk zijn er nog veel meer opties, maar deze zou je zelf kunnen ontdekken naarmate je het programma beter begint te kennen. 1.4.3 Enkele tips

- Inzoomen op je constructie doe je door middel van het gewenste aanzicht te selecteren en de scroll van je muis heen en weer te bewegen.

- De constructie verplaats je door op de scroll te klikken en ondertussen de muis te bewegen.

- Om enkel maar de opstelling te bekijken in 3D nadat deze af is gebruik je beter het programma LDView dat ook verwerkt zit in de installatie van LDraw. - Een uitgebreider document over de werking van dit programma vind je op de volgende website. http://www.hpfsc.de/mlcd_tut/tut_dut.html

43

2 Lespakketten ICT

2.1 Lespakket LabVIEW

2.1.1 LabVIEW, van Mac tot LEGO

2.1.1.1 Inleiding

LabVIEW, Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, is een grafische programmeeromgeving. Dit programma wordt gebruikt bij metingen als een schakel tussen de meetinstrumenten en de computer. Deze software vindt zijn toepassing in besturingstechnieken, in simulaties en in het bestuderen van parameters die onmiddellijk digitaal kunnen worden geanalyseerd. Een mooi voorbeeld is een elektrische centrale waar meetresultaten van over de gehele centrale direct bestudeerd kunnen worden om mogelijke gebreken waar te nemen. 2.1.1.2 Geschiedenis

In 1976 startten drie ingenieurs - Dr. James Truchard, Jeff Kodosky en Bill Nowlin – met de ontwikkeling van een programma om meetwaarden digitaal sneller te kunnen verwerken en te automatiseren. Dit kleinschalig project, National Instrument genoemd, werd ontwikkeld voor Macintosh, de naam van de computers van computerproducent Apple. Die bezaten de enige systemen die in de jaren ‘70 beschikten over een grafische interface. Slecht één jaar later, in 1977, werden hun eerste GPIB producten aangekondigd die het mogelijk maakten om meetinstrumenten met een microcomputer te verbinden. GPIB is een door de IEEE gestandaardiseerde 8-bits parallelle bus die voor de verbinding tussen computer en meettoestel instaat. Kelly Air Force Base in San Antonio was de eerste klant van het nog jonge bedrijf. In 1980 produceerde NI 300_000 GPIB producten en streek daarmee een winst van $ 60_000 op. In 1985 kreeg het bedrijf de IBM Quality Award voor de beste computer gebaseerde GPIB interface.

Fig2.1 LabVIEW: GPIB poort van National Instruments

44

In 1986 werd LabVIEW ontwikkeld en ter beschikking gesteld van Mac gebruikers. Windows gebruikers moesten nog een jaartje wachten voor ook zij gebruik konden maken van deze grafische programmeer omgeving. De Windows versie werd LabWindows gedoopt en was compatibel met MS DOS. Vanaf dan ging het ondertussen miljoenenbedrijf wereldwijd NI afdelingen openen. Vier jaar na de release van LabVIEW werd versie 2.0 van LabVIEW en LabWindows op de markt gebracht. Deze versie garandeerde een betere prestatie. In 1993 werd de nieuwe software, LabVIEW 3.0, ook beschikbaar voor Windows- en UNIX’s- gebruikers. In 1996 werd LabVIEW 4.0 beschikbaar gesteld. Deze versie van het programma werd uitgerust met de NI BridgeVIEW software zodat het mogelijk werd LabVIEW te gebruiken voor industriële automatisering. LabVIEW 5.0 deed zijn intreden in 1998 en werd uigerust met ActiveX bus, multithreading ook multitasking wat meerdere processen tegelijk kan uitvoeren en een distributed computing tool die een taak over verschillende computers kan verdelen. NI kondigde LabVIEW 6.1 aan in 2002 en ontwikkelde daarmee een programma dat de meest innoverende grafische aspecten van zijn tijd combineerde met vernieuwende besturingstechnieken. Met de komst van LabVIEW 7.0 in 2003 werd het programma interface erg vereenvoudigd en werden de toepassingen uitgebreid. Informatie uitwisselen met een PDA, gaande van FPGA’s tot de Palm OS, behoorde ook tot het uitbreiden van de software. Een jaar later werd LabVIEW 7.1 beschikbaar gesteld. De significante update van deze versie maakte de verbinding met 32 bit processor mogelijk. In 2006 kwam de vernieuwde LEGO Mindstorms op de markt, de LEGO Mindstorms NXT genaamd. Dit is bestuurbare LEGO die zelfstandig acties kan uitvoeren. Deze acties worden vanaf de Mindstorms edu NXT software geprogrammeerd. Dit programma is gebaseerd op LabVIEW 7.1 omdat deze software kan werken met 32 bit systemen. Er werd ook een LabVIEW Toolkit voor de LEGO MINDSTORMS NXT uitgebracht. Met deze toolkit kan nu ook met LabVIEW de LEGO NXT geprogrammeerd worden.

Fig2.2 LabVIEW7.1 met de LEGO Mindstorms NXT In datzelfde jaar 2006 werd versie 8.0 openbaar gemaakt. Met deze versie zijn toepassingen als DSP en ingebedde besturingssystemen beschikbaar. De afkorting DSP staat voor ‘Digital signal processing’ en is een microprocessor die zijn gebruik bij het bewerken van continue digitale signalen vindt. Ingebedde besturingssystemen zijn systemen die één of meerde concrete taken voor een specifiek apparaat vervullen. In verdere update zullen draadloze verbindingen met Wi-Fi en compatibiliteit met multikernprocessors aan bod komen. Deze laatste is een verwerkingseenheid die bestaat uit meerdere onderdelen die onafhankelijk van elkaar taken kunnen uitvoeren.

45

2.1.2 Starten met LabVIEW en de LEGO NXT

2.1.2.1 LabVIEW starten

In dit lespakket maken we gebruik van de studentenversie van LabVIEW 7.1. Om LabVIEW op te starten klik je simpelweg op de snelkoppeling van het programma. We zien het opstartscherm bij eerste gebruik (fig2.3) van het programma verschijnen. Hier klik je op ‘continue’. Je kan het opstarten van dit scherm ook uitschakelen door linksonder het vakje aan te vinken. Dan ga je direct naar het opstartscherm (fig2.3) van LabVIEW. Hier kun je kiezen of je een nieuw document wil openen, wil verder werken aan een bestaand document, de configuraties van het programma wil aanpassen of de helpfunctie wil raadplegen.

Fig2.3 LabVIEW: opstartscherm bij eerste gebruik Fig2.4 LabVIEW: opstartscherm Druk op ‘New…’ om een nieuw document te openen. Wanneer je op deze knop drukt gaat een nieuw scherm open. Hier zie je de verschillende types bestanden om mee te werken. Klik de bovenste mogelijkheid ‘blank VI’ aan. Je kan ook direct een ‘blank VI’ openen door in het opstartscherm (fig2.4) naast ‘New…’ op het pijltje te drukken en op ‘blank VI’ te drukken. Je ziet nu twee schermen opengaan, een ‘Block Diagram’-kader en een ‘Front Panel’-kader. In het blokdiagram (Fig2.5) wordt het programma opgebouwd. Hier komen alle blokken en alle verbindingen die je ook in de elektronica vindt. Hier vind je ook alle inputs, outputs tot zelfs de logische functies.

46

In het frontpaneel (Fig2.6) wordt het programma bestuurd. Dit wordt vooral gebruikt wanneer er tussen de NXT en het programma gegevens uitgewisseld worden. Zo kunnen gegevens van de NXT in Labview in een tabel of grafiek worden gezet. Hierdoor kan de NXT optimaal benut worden.

Fig2.5 LabVIEW: block diagram Fig2.6 LabVIEW: front panel 2.1.2.2 Installeren NXT toolkit

Om de Lego NXT te kunnen programmeren vanaf LabVIEW moet de Lego NXT Toolkit van de National Instruments website, ni.com, gedownload worden. Op deze website klik je bij zoeken ‘LabVIEW Toolkit for LEGO NXT’ in. Je opent ‘LabVIEW Toolkit for LEGO® Mindstorms® NXT’. Download daar de juiste versie, naargelang het computerbesturingssysteem en de versie van LabVIEW waarmee je werkt. Unzip het bestand en voer vervolgens het exe-bestand uit. Daarna moet je de computer opnieuw opstarten. Om de toolkit te installeren moet je vervolgens LabVIEW openen. In het blokdiagram ga je naar ‘Tools»Advanced»Mass Compile’. Hier zoek je labVIEW\vi.lib\addons\NXTToolkit en klik je op ‘select Curr Dir’. Wanneer je dit gedaan hebt opent er een ander scherm waar je op ‘Mass Compile’ klikt om het compileren te starten. Dit duurt een tiental minuten. Nu is het programma klaar om de Lego NXT te programmeren. (De werking van de Toolkit is momenteel (september 2008) niet gegarandeerd met Windows Vista).

47

2.1.2.3 NXT Functies en ‘Tool palette’

De functies/besturingen waarmee een programma is opgebouwd vind je door in het scherm van het blokdiagram rechts te klikken. Om dit scherm vast te zetten druk je op het icoontje in de titelbalk voor functions/controles (fig2.7). In deze menu’s vind je alle mogelijke functies en besturingen. Diegene om je NXT te programmeren, ‘NXT Toolkit’, vind je bij ‘All Functions’ rechtsonder. Je gebruikt het ‘drag and drop’ systeem om de blokken in het scherm te plaatsen. Gebruik altijd blokken uit de NXT Toolkit om de NXT te programmeren. Om de functieblokken op het scherm te verplaatsen, te verbinden of aan te wijzen kun je gebruik maken van de specifieke symbolen uit de tools-palet. Deze vind je door naar ‘Window» Show Tools Palette’ te gaan. Standaard is dit palet op automatisch ingesteld. Dit merk je aan de groene knop die opgelicht is. Dit is het eenvoudigst, dan gebeurt alles vanzelf. Je kunt echter ook op de verschillende aanwijsmogelijkheden drukken om deze specifieke aanwijzers te gebruiken.

Fig2.7 LabVIEW:functies – niet vastgezet Fig2.8 LabVIEW: toolpalet - vastgezet

In het frontpaneel zijn er soortgelijke functies die we nu ‘Controls’ of besturing noemen. Deze ‘Controls’ verkrijg je opnieuw door in het scherm rechts te klikken. Kies hier opnieuw voor ‘All Controls’ en ‘NXT Toolkit’.

Fig2.9 LabVIEW: besturingen

48

2.1.2.4 Flowcharts

Een flowchart is een schematische voorstelling van een programma. Voor je een programma maakt moet je weten hoe je gaat programmeren. Je analyseert de opgave en gaat met die analyse een structuur van het programma maken. Hieronder staan de basiselementen om een flowchart te maken.

- start/stop, ovaal

- input/output van informatie, gegevens

vb. : bestelling die binnenkomt in bedrijf

- waarde geven aan een variabele, proces

- keuze (JA/NEE), beslissing

- begin herhaling, voorbereiding

- subprogramma, vooraf ingesteld proces

- geeft richting aan, pijl

49

2.1.3 Enkele eerste programma’s

2.1.3.1 Opdracht 1

Opdracht Laat de robot gedurende 2 seconden rechtdoor rijden. Flowchart

Programma Om de bovenstaande flowchart te volgen moet je op zoek naar functies in het blokdiagram. Je gaat naar ‘NXT Toolkit’ voor de nodige blokken. Je hebt eerst een input, de NXT-knop nodig. Deze vind je dan ook bij ‘NXT Library Input’. Sleep deze in het werkveld. Op analoge manier zoek je een blok die de robot vooruit laat rijden. Deze blokken bevinden zich bij ‘Output’. De motorblokken zijn opgedeeld zoals bij de software van de NXT. De bovenste rij ‘motor’ is specifiek voor één motor, de tweede rij ‘sync’ is de bediening voor twee motoren samen. Kies voor ‘sync time’. Door dubbel te klikken op het motorblok zie je de mogelijke instellingen en kun je de tijd instellen op twee seconden. Om deze blokken nu correct te verbinden moet je weten welke contacten je moet gebruiken. Klik op en vervolgens op het blok. Op deze manier zie je de betekenis van alle in- en uitgangen van dit blok. Verbind de blokken correct via de ‘Tools palette’. Het programma is klaar. Om dit op de NXT te krijgen zorg je dat de NXT aan staat en ga je naar ‘Tools»NXT Module»NXT Terminal’. De werking van de knoppen komt steeds te voorschijn door met de aanwijzer bovenop de knop te staan. Download het programma door op de tweede knop te drukken! Wil je het programma direct starten druk dan op de eerste knop. Oplossing

Fig2.10 LabVIEW opdracht 1: oplossing

50

2.1.3.2 Opdracht 2

Opdracht Laat de robot voortdurend rechtdoor rijden. Wanneer je in de handen klapt, stopt de robot gedurende 3 seconden. Flowchart

Programma Voor dit programma gebruik je een geluidssensor als input. Aan deze sensor verbinden we een keuzemogelijkheid : ofwel is het geluid dat we waarnemen luider dan 85 ofwel stiller. Deze waarde moet je wel controleren. Het kan zijn dat je deze waarde groter kan nemen omdat er meer omgevingslawaai aanwezig is. Dit noemen we in de digitale elektronica een logische poort waar we een 1(correct) of 0(fout) op de uitgang krijgen. Je vindt de verschillende sensoren terug bij ‘NXT Library»Input’. Logische poorten zijn te vinden onder ‘Comparison’ en numerieke waarden vind je bij ‘Numeric’. Voor dit programma kies je de geluidssensor, het logisch symbool ‘kleiner dan’ en een constante waarde. Vervolgens moeten we programmeren wat er moet gebeuren in beide gevallen. Hiervoor maak je een keuze met behulp van ‘Case Structure’. Deze vind je terug bij ‘Stuctures’. Met een ‘case’ kan je naargelang het inkomend signaal bepalen wat er moet gebeuren. Alles wat je programmeert bij “true” zal uitgevoerd worden wanneer de voorwaarde correct is. Bij “ false” wordt alles uitgevoerd wat geprogrammeerd is wanneer de voorwaarde fout is. Het signaal van de logische poort dat je wilt verbinden met de case moet je met het vraagteken verbinden. Voor de programma’s binnen in de case is hetzelfde van toepassing. Programmeer nu bij ‘False’ dat de robot moet stoppen gedurende 3 seconden. Bij ‘True’ programmeer je dat de robot eeuwig door blijft rijden. Als je de robot een herhaling wil laten uitvoeren zal je een herhaling tekenen rond dat deel van het programma dat moet herhaald worden. De herhaling ‘while loop’ vind je bij ‘Stuctures’. Je kan instellen hoeveel keer de actie zich moet herhalen of je kan de actie oneindig laten herhalen. Je kunt er ook voor kiezen om de actie stop te zetten vanuit het frontpaneel. Wanneer je gewoon rechts klikt op het rode cirkeltje en kiest voor ‘create constant’, wordt de herhaling voortdurend herhaald omdat het rode icoontje erop

51

wijst dat je kiest voor ‘stop if true’ als voorwaarde en je de voorwaarde via ‘create constant’ op ‘false’ plaatst. Wanneer je klikt op het rode cirkeltje kun je dit wijzigen in ‘stop if false’. Er verschijnt dan een groene pijl. Klik je op de true-false-knop, dan kun je de voorwaarde wijzigen van ‘false’ naar ‘true’. Wil je de herhaling kunnen sturen vanuit het frontpaneel, dan plaats je een schakelaar in het frontpaneel en verbind je deze in het blokdiagram met het rode cirkeltje in de ‘while loop’. Deze drukschakelaar, ook Boolean genoemd, vind je in het frontpaneel bij ‘buttons’. Let wel op dat je het programma, als het af is, met ‘debug’ downloadt op de NXT. Dit is de derde knop. Dit is nodig opdat de NXT gegevens naar LabVIEW zou kunnen doorzenden. Je kunt de herhaling ook na een aantal keer laten stoppen. De – die zich linksonder de herhaling bevindt - geeft aan in de hoeveelste herhaling je bezig bent. Wil je de herhaling na een aantal keer laten stoppen, dan maak je een vergelijking met deze . Je voegt een ‘equal’ blok in, deze vind je bij ‘comparison’‘equal’. Je verbindt met de x ingang en de waarde die het aantal herhalingen aangeeft met de y ingang. De uitkomst verbind je met het stopteken van de herhaling. Pas wel op: wanneer het cijfer 5 is wordt de proef 6 keer uitgevoerd. Oplossing

Fig2.11 LabVIEW opdracht 2: oplossing waarbij de herhaling gestuurd wordt door een knop

_

Fig2.12 LabVIEW opdracht 2: oplossing waarbij de herhaling na 10 keer stopt

52

2.1.3.3 Opdracht 3

Opdracht Wanneer je het programma start rijdt de robot onbeperkt rechtdoor.

Als hij een obstakel ziet stopt hij, rijdt hij achteruit en draait 180°. De robot begint pas opnieuw te rijden als je in je handen klapt.

We willen dat de robot dit oneindig blijft herhalen. Daarnaast willen we de afstand die gemeten wordt door de

ultrasone sensor aflezen in LabVIEW. Flowchart

Programma Hier maak je opnieuw gebruik van sensoren als input, maar nu wil je ook de gemeten waarden van een sensor uitzetten in een grafiek in het frontpaneel. In het frontpaneel vind je deze grafieken bij ‘graph’ ‘Waveform Chart’. Wanneer je een dergelijk grafiek invoegt komt er ook een blok in het blokdiagram te voorschijn waar we de grafiek met de gewenste sensor kunnen verbinden. Let wel dat je ook hier de ‘debug’ gebruikt om het programma naar de NXT te laden. De robot moet rijden tot het signaal van de ultrasone sensor kleiner wordt dan 20 cm. Dit bekom je door na de motorblok een ‘wachten op’ te maken. Je neemt de ultrasone sensorblok. Je verbindt de afstand van dit blok met de ongelijkheid kleiner dan. De afstand moet kleiner zijn dan 20 cm vooraleer de robot actie mag ondernemen. Hiervoor voer je een numerieke constante in en je zet deze waarde op 20. Rond de vergelijking en de sensor teken je een herhaling. Je verbindt de uitkomst van de vergelijking met het stopteken van de herhaling. De herhaling stopt als de ultrasone sensor een waarde van 20 cm detecteert. Daarna wordt de rest van het programma doorlopen. Als de robot iets ziet binnen de 20 cm dan moet de robot stoppen en 180° draaien. Je plaatst dus na de herhaling een ‘sync stop’ blok om de robot te stoppen. Deze verbind je met de uitkomst van de vergelijking van de ultrasone sensor. Om de robot 180° te laten draaien verbind je de ‘stearing’-uitgang van een ‘sync distance’ blok met een waarde -50.

53

Daarna moet de robot wachten tot hij een geluid luider dan 85 % hoort. Dit verkrijg je op dezelfde werkwijze als bij de ultrasone sensor. Je gaat nu na of het volume dat de geluidssensor hoort groter is dan 85 %. Dan mag de herhaling stoppen. We willen dat de robot dit blijft herhalen totdat je die handmatig uitzet vanuit het frontpaneel. Je tekent dus een herhaling rond het volledige programma en maakt een voorwaarde zoals in de vorige oefening. Oplossing

Fig2.13 LabVIEW opdracht 3: oplossing block diagram

Fig2.14 LabVIEW opdracht 3: oplossing frontpaneel

54

2.1.3.4 Enkele tips

Bij moeilijkere programma’s komen al snel fouten voor bij het instellen van de verschillende blokken. Om dit te voorkomen kunnen we de in te stellen waarden buiten het blok zetten. Op deze manier worden de wijzigingen steeds bij alle gelijkaardige blokken toegepast. Als je dubbelklikt kom je in een scherm met alle instellingen van het blok. Daar kun je de gewenste variabelen selecteren, knippen en naast het blok plakken. Je moet daarna wel de juiste variabelen met de juiste ingang van het blok verbinden en met alle andere blokken waar deze variabelen nodig zijn. Voorbeeld: Bij een motor kun je het vermogen kiezen. Je kunt deze variabele

knippen en naast het blok plakken. Deze verbind je dan met de ‘Power’ ingang van het blok. Je kunt deze waarde dan met elk ander blok verbinden. Hierdoor gaan alle blokken die je verbonden hebt aan eenzelfde vermogen rijden.

Je kunt de waarden die je naast de blokken hebt geplakt ook veranderen van een ‘Constant’ naar een ‘Control’. Hierdoor kun je waarden vanuit het frontpaneel besturen. Dit is ook wat in bovenstaande afbeelding is gebeurd. De variabelen van bijvoorbeeld het motorblok, de poorten, zijn naast het blok geplaatst en verbonden met het blok. Door rechts te klikken op de constante en te kiezen voor ‘change to control’ verander je de constante in een schakeloptie in het frontpaneel.

55

2.1.4 LabVIEW en de lichtvolger

2.1.4.1 De lichtsterkte meten met behulp van een lichtsensor

Voor je kan beginnen met het maken van het lichtvolgermodelletje om in de klas te gebruiken moet je weten hoe sterk het licht is in de klas. Dit is makkelijk te meten door een héél eenvoudig programma te schrijven waarmee je de lichtsterkte kan aflezen.

Fig2.15 Lichtvolger: lichtsensor LEGO NXT

Eerst plaats je een lichtsensor in het blokdiagram en een grafiek (waveform chart) in het frontpaneel. Hierbij sluit je in het blokdiagram de intensiteitsuitgang van de lichtsensor aan op de ingang van de grafiek. Je wilt met het programma continu de lichtsterkte opmeten, daarom gebruik je een herhaallus (while loop). Om de herhaling oneindig te laten doorgaan maak je gebruik van een soort schakelaar. Klik hiervoor rechts op de rode cirkel onderaan de lus en kies ‘create constant’. Er verschijnt een waar/vals-knop. Deze constante kan dus slechts twee waarden aannemen en is standaard op ‘vals’ ingesteld. Het rode cirkeltje stelt de stopvoorwaarde van de herhaling voor. Indien de rode cirkel zichtbaar is, is de voorwaarde van de herhaling “stop if true”.Door rechts te klikken op het symbooltje kun je de voorwaarde wijzigen. Doe dit echter niet want op deze manier stopt de herhaling als de schakelaar op stand “waar” staat. Je kunt nu nog de vorm van de schakelaar wijzigen. Hiervoor moet je eerst “change to control” aanklikken met je rechtermuisknop op de schakelaar waarna je “view as icon” moet aanvinken. Laad het programma naar de NXT door de debugknop in de NXT terminal te gebruiken. Je laat het programma stoppen door op de donkergrijze knop van de NXT te klikken.

Fig2.16 Lichtvolger: Block Diagram Fig2.17 Lichtvolger: Front Panel

56

Op het frontpaneel lees je de lichtintensiteit die schijnt op de sensor af. Controleer dit zeker eens als je de constructie van je lichtvolgertje hebt gemaakt. Meet nu de lichtintensiteit op twee verschillende momenten. De eerste keer wanneer de sensor net nog in de schaduw staat van het paneeltje belicht door een bureaulamp, de tweede keer wanneer de sensor rechtstreeks belicht wordt. In het licht van de bureaulamp is de lichtintensiteit normaal 100 %. Noteer dit meetresultaat hieronder want deze waarde zal je nodig hebben bij het programmeren van de lichtvolger. Meetresultaat: | 2.1.4.2 Lichtvolger

Principewerking

Fig2.18 Lichtvolger: voorstelling principe

De lichtvolger maakt gebruik van de natuurlijke schaduw die voorwerpen geven wanneer een licht op het voorwerp schijnt. Als sensor 2 in de schaduw ligt en sensor 1 in het licht, dan moet men de as een beetje draaien tot sensor 2 ook in het licht ligt, dan is de lichtvolger opnieuw ideaal gericht. Natuurlijk geldt dit ook als sensor 1 in de schaduw ligt en sensor 2 in het licht ligt. Dit is het vereenvoudigd principe van de zonnevolger. Maak met lego een constructie aan de hand van deze eenvoudige voorstelling, schrijf een programma zodat het zonnepanneel de lichtbron volgt en test het systeem. Je hebt hiervoor 2 lichtsensoren nodig, dus weet goed uit welke doos je een lichtsensor extra gebruikt, zodat alles achteraf netjes kan teruggelegd worden!

57

Als lichtbron gebruik je een gewone lamp, liefst een bureaulamp zodat je deze lamp gemakkelijk kan verplaatsen. Flowchart

Op de plaats waar het “?” staat is het de bedoeling dat je een waarde ingeeft die iets hoger ligt dan de lichtsterkte die je mat wanneer de sensor in de schaduw stond. Dit omdat de lichtsterkte sterk afhankelijk is van de sterkte van de lamp die je gebruikt en van de omgeving waarin je werkt. Verduidelijking van de mogelijkheden in de flowchart:

- Indien er op sensor 1 niet genoeg licht invalt en op sensor 2 ook niet, dan wil dit zeggen dat het te donker is in de klas en dat er dus geen lichtbron aanwezig is in de dichte omtrek van de lichtvolger.

- Indien er op sensor 1 niet genoeg licht invalt maar op sensor 2 wel, dan moet de motor kloksgewijs draaien met een hoek die je zelf kiest. In dit voorbeeld 5° maar dit komt nogal schokkerig over als je de lichtvolger zal testen in de praktijk.

- Indien er op sensor 1 wel genoeg licht invalt maar op sensor 2 niet, dan moet de motor tegen de klok in draaien. Dit ook met een hoek die je zelf kiest.

- Indien er op sensor 1 en 2 wel genoeg licht invalt moet er niets gebeuren, dit omdat je lichtvolger dan volledig in het licht staat en dus de perfecte positie inneemt.

58

Programma Aan de hand van de flowchart kun je al vlug zien dat we twee keuzes waar/vals nodig hebben. Dit kan je in LabVIEW doen met een “case structure”.

Fig2.19 Lichtvolger: inputpoort in blokdiagram Fig2.20 Lichtsensor: view as icon Eerst plaats je 2 lichtsensoren. Dubbelklik op een sensor en je komt in het frontpaneel. Hier zie je de inputpoort, selecteer ze en kopieer ze naar het blokdiagram (Fig2.19). Dit is nodig omdat je met 2 sensoren werkt en je anders geen verschillende poorten van de NXT kunt gebruiken. Als je dit gekopieerd hebt zie je de poortaanduiding. Klik rechts op deze aanduiding en kies ‘change to control’. De poortaanduiding verandert in een icoontje. Klik nogmaals rechts op het icoontje en controleer of ‘view as icon’ is aangevinkt. Verbind de icoontjes met de lichtsensoren (Fig2.20). Nu kun je in het frontpaneel de poorten waarop de lichtsensor op de NXT wordt aangesloten wijzigen. Vervolgens plaats je een “groter-dan-symbooltje” in het blockdiagram en verbind je dit met de intensisteitspoort op lichtsensor 1. Nu stel je nog een getal in dat op de onderste poort moet komen. Dit getal neem je iets groter dan de gemeten waarde uit de lichttest wanneer de sensor in de schaduw stond (vb. 10 erbij tellen). Klik hiervoor rechts op het “groter-dan-symbooltje” en kies voor “create constant”. Nu maak je een “case structure” waarvan je het groene vraagteken aansluit op de uitgang van het “groter-dan-symbooltje” dat verbonden is met sensor 1. In deze “case structure” plaatsen we zowel een nieuw “groter dan symbool” wanneer de eerste keuze ‘waar’ is als wanneer de eerste keuze ‘vals’ is. Deze verbinden we met de tweede sensor en we stellen dezelfde numerieke waarde in als bij de eerste sensor. In beide gevallen plaatsen we eveneens een nieuwe “case structure” waarvan je het vraagteken verbindt met de uitgang van het “groter-dan-symbooltje” , verbonden met sensor 2.

59

Nu moeten we de vier gevallen programmeren. Kijk hiervoor even terug naar de flowchart. In het geval beide voorwaarden voldaan zijn moet er niets gebeuren met de lichtvolger, dus geen werk. Daarna zet je de tweede “case structure” op vals. In dit geval moet het paneel tegenwijzerzin draaien. (Fig2.21)

Fig2.21 Lichtvolger: blokdiagram

Dit stel je in door een “motor with distance” in de tweede “case structure” te plaatsen. Vervolgens klik je tweemaal op de motor en kopieër je de volgende onderdelen in het blokdiagram in de tweede “case structure” (Fig2.22)

Fig2.22 Lichtvolger: instellingen aanpassen vanuit frontpanel Klik opnieuw rechts op deze gegevens en kies ‘change to control’. Nu verbind je deze onderdelen met de juiste ingangen op je motor. Deze waarden kan je nu naar wens instellen in het frontpaneel. Kopieer de inhoud van dit geval. Dit zal je straks kunnen gebruiken. Nu stel je het geval in waarbij de eerste voorwaarde op vals en de tweede op waar is ingesteld. Kijk opnieuw even naar de flowchart. Je merkt dat ook in dit geval de motoren moeten draaien. Plak daarom het gekopieerde in de tweede “case structure” In het geval beide voorwaarden vals zijn hoef je niets te plaatsen.

60

De gewenste richting waarin het zonnepaneel moet draaien is de ene keer tegenwijzerzin en de andere keer wijzerzin. Dit stel je makkelijk in door de voorwaarde van de waar-vals schakelaar van de draaizin te wijzigen Dit doe je in het frontpaneel. Hier kun je ook nog de draaihoek en het vermogen van de motor aanpassen. Nu plaats je het volledig programma in een herhaallus (while loop). Plaats deze lus op ‘stop if true’ en verbind een waar-vals schakelaar met het rode knopje. Doe dit zoals in het voorbeeld om de lichtsterkte te meten. Enkele tips Het is aangenamer werken als je het frontpaneel een overzichtelijke structuur geeft en als je de Engelse namen voor de icoontjes vertaalt naar het Nederlands. Dit maakt het programma véél duidelijker! (Fig2.23)

Fig2.23 Lichtvolger: aanpassing taal iconen frontpaneel Zorg ook dat de schakelaar aan de while loop juist is ingeschakeld want dit bepaalt of het programma één keer wordt doorlopen of oneindig veel keren. In dit programma moet de lus natuurlijk oneindig keer doorlopen worden want anders kan het paneel het licht dat op de sensoren schijnt niet volgen. Indien de schakelaar verkeerd is ingeschakeld zal je dit dus vlug merken. Je kan het vermogen en de draaihoek naar believen instellen. Hoe kleiner het vermogen, hoe minder schokkerig de lichtvolger zal bewegen.

61

2.2 Lespakket LEGO Mindstorms NXT

2.2.1 LEGO NXT motoren

2.2.1.1 Waar gebruik je een motor?

Dat we in het dagelijks leven heel wat zaken vinden die een motor nodig hebben weet ieder van ons. Geef enkele voorbeelden uit het dagelijks leven waar we een motor gebruiken:

- auto’s, brommers, mixer, grasmachine, … | - | - |

2.2.1.2 Hoe gebruik je een motor van LEGO?

Met een motor van LEGO kun je een wagentje laten rijden. Maar we kunnen ook een motor gebruiken om een bal weg te slaan.

Fig2.24 LEGO motor

Fig2.25 LEGO motor: instellingen ‘verplaatsen’ blok

62

2.2.1.3 Hoe gebruik je het ‘weergave’-scherm?

Zet de NXT aan door op de oranje knop te drukken. Het hoofdmenu verschijnt. Druk tweemaal op de pijltoets rechts en je krijgt het ‘view’-scherm of ‘weergave’-scherm. Druk opnieuw op de oranje knop. Met het ‘weergave’-scherm’ kun je de exacte afstand bepalen die de NXT moet afleggen. Om het aantal omwentelingen te vinden bij een bepaalde afstand scrol je nu met de pijltjestoetsen tot je de knop ‘motor rotations R’ vindt. Druk opnieuw op de oranje knop. Vervolgens moet je ook de poort selecteren waarop de motor op aangesloten is. Als je nu de robot laat rollen zie je op het scherm het aantal omwentelingen dat hij hierbij maakt. 2.2.1.4 Opdracht

Benodigdheden

- NXT basismodel - Een extra motor die aan de NXT is gemonteerd

en gebouwd volgens het bouwmodel in het bijgeleverde boekje

- Bal met staandertje volgens bouwmodel in het bijgeleverde boekje

- zwarte tape voor het parcours

Opdracht Laat het NXT basismodel het parcours volgen zoals hieronder wordt weergegeven volgen. Op het einde van het parcours ligt er een balletje. Dit balletje moet je met de extra motor wegslaan. Hierbij mag de NXT-robot niet buiten de zwarte lijnen rijden. Dit kan enkel door de hoeken goed in te stellen en de plaats van de startpositie altijd identiek te nemen. Daarom kan het interessant zijn om de startplaats te markeren met een stukje zwarte plakband. Zorg er ook voor dat de NXT robot deze proef zo vlug mogelijk uitvoert.

63

Oplossing Noteer hieronder welke programmastappen je doorloopt om de opdracht uit te voeren.


verplaatsen B en C : aantal omwentelingen

verplaatsen B en C : draaien naar rechts met een bepaald aantal graden

verplaatsen B en C : aantal omwentelingen

verplaatsen B en C : draaien naar links met een bepaald aantal graden

verplaatsen A : draaien naar links met een bepaald aantal omwentelingen

2.2.2 LEGO NXT druksensor

2.2.2.1 Wat is een druksensor en waarvoor gebruik je hem?

Een druksensor is een sensor die werkt als een schakelaar en reageert bij een druk op de knop. De sensor geeft een signaal door als deze is ingedrukt of niet ingedrukt. Goede druksensoren kunnen zelfs de sterkte van de druk op de sensor meten. Ze meten deze in Pascal uitgedrukt in / . Een druksensor wordt tamelijk veel gebruikt in het dagelijkse leven; alleen hebben we het niet altijd door dat we er één gebruiken. Kun je zelf 2 voorbeelden bedenken waarbij je een druksensor gebruikt?

- In digitale weegschalen wordt er een druksensor gebruikt om de | - massa te berekenen die op de weegschaal staat. | - || - |

64

2.2.2.2 Hoe gebruik je de druksensor van LEGO?

De druksensor van LEGO is een heel eenvoudige sensor die enkel kan nagaan of de sensor ingedrukt is of niet.

Fig2.26 LEGO druksensor

De druksensor heeft een gaatje in het midden. Daarop kun je een constructie bouwen zodat de sensor de objecten nog beter “voelt”. De druksensor kun je op 2 verschillende manieren gebruiken:

- Een eerste manier is via het ‘wachten op’ blok. Hierbij laat je de NXT robot wachten tot de druksensor een druk op de knop registreert. Hierna zal de robot doorgaan naar de volgende taak. (Fig2.27a)

- Een tweede manier is via het ‘omschakel’ blok. Hiermee kun je de NXT

robot een taak geven wanneer er een druk op de knop wordt geregistreerd en een andere taak als dat niet het geval is. Men noemt dit een waar/vals programmablok. Je kunt de robot bijvoorbeeld vooruit laten rijden als de druksensor niet is ingedrukt en de robot laten stoppen als hij tegen een object rijdt. (Fig2.27b)

Fig2.27a ‘wachten op’ blok Fig2.27b ‘omschakel’ blok

65

2.2.2.3 Opdracht

Benodigdheden

- NXT basismodel zonder sensoren - de druksensor die je vooraan op je NXT moet monteren - zwarte tape om het parcours te maken - 2 rechtstaande plankjes om als muren te gebruiken

Opdracht Het is de bedoeling dat je nu zelf de NXT-robot programmeert zodat deze het parcours kan volgen en hierbij gebruik maakt van de druksensor. Laat het basismodel van de NXT rijden tot wanneer hij de muur detecteert met de druksensor. Daarna moet hij naar de andere muur rijden tot hij ook deze detecteert om vervolgens naar de finish te rijden en te stoppen. Hieronder zie je het parcours dat de NXT moet afleggen. Het is de bedoeling om dit parcours correct en zo snel mogelijk af te leggen. Hierbij mag de NXT-robot niet buiten de zwarte lijnen rijden. Dit kan enkel door de hoeken goed in te stellen en de plaats van de startpositie altijd identiek te nemen. Daarom kan het interessant zijn om de startplaats te markeren met een stukje zwarte plakband.

66



verplaatsen poort: B en C duur: onbegrensd

‘wachten op’ sensor: druksensor poort: 1

verplaatsen poort: B en C richting: robot draait naar rechts (met beide motoren)

verplaatsen poort: B en C duur: onbegrensd

‘wachten op’ sensor: druksensor poort: 1

verplaatsen poort: B en C richting: robot draait naar links (met beide motoren)

verplaatsen poort: B en C duur: tot finish

67

2.2.3 LEGO NXT ultrasone sensor

2.2.3.1 Wat is een ultrasone sensor en waarvoor gebruik je

hem?

Een ultrasone sensor is een sensor die afstanden kan meten. De sensor zendt een signaal uit en krijgt een signaal terug. De tijd tussen het zenden en ontvangen bepaalt de werkelijke afstand waarop het object zich bevindt. Dus hoe langer het duurt voor het signaal terugkomt, hoe verder het object van de sensor is verwijderd. Deze sensor wordt onder andere gebruikt in de parkeerhulp voor auto’s. Daar meet de sensor de afstand die tussen de auto’s zit om te verhinderen dat de auto’s zouden botsen. Noem zelf nog 2 voorbeelden van het gebruik van ultrasone sensoren.

- || - |

2.2.3.2 Hoe gebruik je de ultrasone sensor van LEGO?

De ultrasone sensor van LEGO heeft een betrouwbaar bereik van 5 tot 220 cm. De getoonde afstand is de afstand vanaf de achterkant van de sensor, als het ware de achterkant van de ‘ogen’ van de sensor.

Fig2.28 LEGO ultrasone sensor

De ultrasone sensor kun je op 2 verschillende manieren gebruiken:

- Je kunt de ultrasone knop ook gebruiken met het ‘wachten op’-blok. De actie na dit blok wordt pas uitgevoerd als aan de voorwaarde van dit blok voldaan is. De robot wacht dus op die voorwaarde. Deze voorwaarde kan bijvoorbeeld zijn ‘de afstand kleiner dan/groter dan een bepaalde waarde’. (Fig2.26a)

- Je kunt de ultrasone sensor gebruiken met het ‘omschakel’-blok. Met dit blok kies je tussen twee voorwaarden, groter of kleiner dan een bepaalde afstand. Net als bij een fototoestel staat het bloempje voor dichtbij, de ‘kleiner dan’-optie. De berg staat voor veraf, of de ‘groter dan’-optie. (Fig2.26b)

68

Fig2.29a ‘wachten op’ blok Fig2.29b ‘omschakel’ blok

2.2.3.3 Opdracht

Benodigdheden

- plakband om de zone af te bakenen

- LEGO NXT uitgerust met ultrasone sensor - vrijstaande tafel

Opdracht Je laat de robot langs de rand van de tafel rijden, maar zorgt ervoor dat de robot niet van de tabel valt. De robot moet steeds binnen een zone van 20 cm vanaf de tafelrand rijden. Bij de hoeken van de tafel is de rand van de zone licht afgerond.

69



Herhaling

Schakeloptie sensor: ultrasone poort: 4 vergelijking: kleiner dan 15

kleiner dan

verplaatsen

poort: B en C sturing: licht afwijkend naar B vermogen: 50 duur: onbegrensd

groter dan

verplaatsen poort: B en C STOPPEN

verplaatsen poort: C vermogen: 50 duur: 8 graden

verplaatsen poort: B vermogen: 50 duur: 8 graden

70

BLOK 2 LEGO League

3 LEGO League

3.1 Inleiding

De LEGO League is een internationale wedstrijd waarbij het de bedoeling is om met behulp van een LEGO Mindstorms robot opdrachten te vervullen. Het is onze bedoeling om ook dergelijke proefjes te maken voor onze partners uit Zweden en Griekenland. Zelf hebben we drie proeven ontworpen die verband houden met de onderwerpen waarrond in hoofdstuk 1 lespakketten zijn gemaakt. We maakten een proef rond de eenparige cirkelvormige beweging, gecombineerd met zonne-energie, een proef rond wrijving en een proef waar de motoren en ultrasone sensor van de LEGO NXT voor worden gebruikt.

3.2 Proeven

3.2.1 Proef 1: Richten van een zonnepaneel

Bij de eerste proef moet de LEGO-robot een kwart van een cirkelbaan rijden en daarbij de staaf vooruitduwen. Doordat de robot deze staaf een kwart van een cirkel laat vooruit bewegen zal het zonnepaneel (zie figuur hieronder) mee bewegen. De beweging van de staaf naar het zonnepaneel wordt omgezet door middel van een tandwiel. Hierdoor zal het zonnepaneel naar een lamp gericht worden. Het zonnepaneel zal energie opnemen en hiermee een wagentje laten voortbewegen. RICHTEN VAN EEN ZONNEPANEEL 40 punten

Uitleg _ staaf verplaatsen +25 punten terug naar startplaats +15 punten

Extra _ rijden over gras -8 punten

71

Fig3.1 LEGO League: werking proef

Fig3.2 LEGO League: opstelling proef in bak

3.2.2 Proef 2: Rijden zonder glijden

Tijdens de tweede proef moet de robot een lijn volgen op een wipplank. Deze (wit-zwarte) lijn zal hij volgen door gebruik te maken van de lichtsensor. In het eerste stuk rijdt de LEGO robot omhoog op de plank, wanneer de robot in het midden van de plank staat, zal deze wipplank kantelen en kan hij omlaag rijden. RIJDEN ZONDER GLIJDEN 60 punten

Uitleg _ over de brug rijden +25 punten terug naar startplaats +15 punten gebruik sensoren +20 punten

Extra _ rijden over gras -8 punten

72


Fig3.4 LEGO League: opstelling proef in bak 3.2.3 Proef 3: Omverduwen van verborgen blokken

Tijdens de derde proef moet de robot een blokje omver duwen. Eerst rijdt de robot tot voor de “muur”. Hij stopt er dankzij de ultrasone sensor. Daarna moet hij met een derde motor het blokje dat op de muur staat omver duwen. Hierbij creëren we een domino effect dit wil zeggen dat het eerste blokje, dat om valt, de andere blokjes ook omver duwt. Deze constructie zie je op onderstaande figuur. OMVERDUWEN VAN VERBORGEN BLOKEN 40 punten

Uitleg _ omgooien zwarte blokken +20 punten terug naar startplaats +10 punten gebruik ultrasone sensor +10 punten

Extra _ rijden over gras -8 punten > 2 blokken vallen uit gele -8 punten

73


Fig3.6 LEGO League: opstelling proef in bak

3.3 Opstelling proeven in bak

Fig3.7 LEGO League: opstelling proeven in bak

74

BLOK 3 Zonnevolgsysteem

4 Milieu en zonne-energie

4.1 Inleiding

Nu de gevolgen van vervuiling en -uitstoot goed zichtbaar geworden zijn en de stijgende energieprijzen beginnen doorwegen gaan steeds meer mensen over op groene energie (ook wel hernieuwbare energie genoemd). Het voordeel van groene energie is dat die bijdraagt tot een schoner milieu en dus ook weinig broeikasgassen uitstoot. Een investering in zonnepanelen wordt terugverdiend na een bepaalde periode. Mensen die overstappen op groene energie worden door de overheid gesteund met subsidies. Deze investering is ook fiscaal aftrekbaar. Groene energie kan ondermeer opgewekt worden met zonnepanelen en windmolens. Zonneboilers zijn een andere toepassing waar zonne-energie gebruikt wordt, maar nu om rechtstreeks warm water te verkrijgen.

4.2 Uitstoot van CO2

Bij de productie van 1 kWh elektriciteit uit de verbranding van kolen komt minstens 900 gram vrij, bij gasverbranding is dat 400 gram. Bij zonlicht is dat veel lager: 50 gram. Dat is een aanzienlijk verschil, zeker als je bedenkt dat een gemiddeld huishouden in België jaarlijks ongeveer 3400 kWh elektriciteit verbruikt en hierbij een 170 kg vrijkomt. Onderstaande tabel toont de jaarlijkse uitstoot van aan bij een gemiddeld huishouden. jaarlijkse uitstoot van CO bij een gemiddeld huishouden

verbranding kolen 3062 kg

gasverbranding 1361 kg

zonlicht 170 kg Je ziet duidelijk het verschil tussen uitstoot van zonlicht en verbranding van kolen. Je bespaart minstens 2892 kg -uitstoot als zonlicht gebruikt wordt als energiebron. Men kan voor eenzelfde -uitstoot 18 huishoudens voorzien van groene energie ten opzichte van één huishouden met de verbranding van kolen.

75

Dat er bij zonne-energie nog vrijkomt, komt door de productie van de installaties zoals zonnepanelen en zonneboilers. Daarvoor zijn (nog) fossiele brandstoffen nodig en die tellen natuurlijk mee in de vergelijking met energie uit fossiele bronnen. De die vrijkomt door de bouw van koleninstallaties wordt ook meegewogen. De energetische terugverdientijd, de tijd die nodig is om de investering in groene energie terug te winnen, bedraagt 12 jaar bij een zonnevolger en 16 jaar bij het gebruik van vaste zonnepanelen (dus zonder zonnevolger). Natuurlijk speelt het soort panelen en het type zonnevolger een rol. Zo heb je bij systemen die enkel rond de horizontale as draaien een meerwaarde tussen 20 en 30 procent. Bij systemen die zowel rond een horizontale as als rond een verticale as draaien is de meerwaarde tussen 35 en 40 procent.

4.3 Groene stroom

Het aandeel zonne-energie in groene elektriciteit van energieleveranciers is in België klein. Tussen 0,01 en 0,7 procent van de totale energie is afkomstig uit zonnepanelen op daken van waterleiding- en elektriciteitsbedrijven, op woningen en andere gebouwen. Voordelen van groene energie: - De uitstoot van schadelijke en broeikasgassen vermindert. - De opwarming van de aarde vertraagt. - Er is een flinke vermindering van energie kosten. - Er zijn heel wat subsidies en fiscale voordelen. - Hiermee houden we de wereld iets langer leefbaar voor de volgende generaties - …

4.4 Zonnepark Veurne

Veurne krijgt binnenkort het grootste zonne-energieproject van de Benelux. Het zonne-energie project is een installatie van zonnepanelen buiten de stad die voor de energievoorziening van 500 tot 550 gezinnen zal zorgen. Het zonnepark zal 8 tot 9 miljoen euro kosten en zal een piekvermogen van 2 MW hebben en een elektriciteitsproductie van 1,75 miljoen KWh per jaar. Daarmee kunnen 500 tot 550 woningen continu, en meer dan 25 jaar lang, van groene stroom voorzien worden. Dat is 10 procent van de Veurnse huisgezinnen. Het zonnepark van Veurne is een samenwerking tussen het stadsbestuur en het bedrijf Green Fever (ontwikkelaar van groenenenergieprojecten). Green Fever is een initiatief van Stijn Lenaerts en Maarten De Guyper, twee jonge Leuvense ingenieurs. Eind dit jaar zullen ze starten met het volbouwen van een stuk akkerland van 4 hectare of 6 voetbalvelden met zonnepanelen.

76

Tegen de zomer van 2009 zal het zonnepark klaar zijn. Door dit park wordt jaarlijks een uitstoot van 1.150 ton CO2 vermeden. Dat is even goed als 230 hectare bos. Men is van plan om een interactief informatiepaneel te plaatsen en een uitkijkpunt over de hele installatie. Ook het park zelf zal bezocht kunnen worden. Hier kun je enkele foto’s zien van het toekomstig zonnepark in Veurne.

Fig4.2 Milieu: zonnepark Veurne Groene energie is momenteel erg in bij gemeenten. Veurne is één van de 57 gemeenten die 100 % voor groene energie wil gaan, d.w.z. dat deze gemeenten alleen groene energie willen gebruiken. 30 procent kiest voor 100 procent duurzame energie. 22 procent kiest voor 50 procent duurzame energie en 22 procent voor 20 procent. De rest gaat voor de wettelijke 6,25 procent.

77

5 Soorten zonnevolgers Zonnepanelen hebben de beste werking als ze perfect naar de zon zijn gericht. De positie van de zon varieert waardoor zonnepanelen met een vaste constructie niet de hele tijd perfect in de zon staan. Vaste panelen worden het best gemonteerd onder een hoek van 35° en in zuidelijke richting. Men maakt deze keuze omdat de zon in België tijdens de topmaanden een hoek gemiddelde hoek van 55° met de aarde maakt. Deze hoek wordt bepaald door de breedteligging op de aarde. Voor België is dit 51° noorderbreedte. Hieronder zie je een tabel met de hoek die de zon en het paneel maakt met de aarde. Dit zijn theoretische waarden bepaald op een ligging van 51° noorderbreedte. Rond de middag werken zonnepanelen optimaal en wekken dan een maximum energie op. maand

hoek ZON

hoek PANEEL

gericht naar

JAN 19 71 zuiden FEB 28 62 zuiden MAA 39 51 zuiden APR 51 39 zuiden MEI 59 31 zuiden JUN 62 28 zuiden JUL 59 31 zuiden AUG 51 39 zuiden SEP 39 51 zuiden OCT 27 63 zuiden NOV 19 71 zuiden DEC 16 74 zuiden

gemiddelde hoek

hoek ZON 43° hoek PANEEL 47°

Fig5.1 Hoek paneel - hoek zon

Het rendement van zonnepalen zou dus beter zijn als ze altijd perfect naar de zon zijn gericht. Het is mogelijk om de zonnepanelen ieder moment perfect naar de zon te richten. Hiervoor gebruikt men een zonnevolger. Als hieraan zonnepanelen worden gemonteerd zullen deze de zon volgen en een hoger rendement opleveren dan bij vaste montage. Er zijn vele types van zonnevolgers. Ze variëren in kost, prestatie en nauwkeurigheid.

78

5.1 Wel of niet de zon volgen?

Het voornaamste voordeel van een zonnevolgsysteem is dat de zonnepanelen de zon volgen en hiermee een rendement haalt dat 20 tot 40 procent hoger ligt dan vast bevestigde panelen. Bij systemen die enkel rond de horizontale as draaien varieert de meerwaarde tot vaste montage tussen 20 en 30 procent. Bij systemen die rond zowel horizontale as als verticale as draaien is de meerwaarde al gauw tussen 35 en 40 procent. Naast het voor de hand liggende voordeel heeft dit systeem ook vele nadelen. De precisie van de zonnevolger is sterk afhankelijk van de maker en het model en dit beïnvloedt het rendement. Ook de meerprijs van deze installatie moet in acht worden genomen. Daarnaast is er ook meer plaats nodig om een systeem met zonnevolger te plaatsen. En tenslotte wordt er energie gebruikt om de panelen te bewegen.

5.2 Soorten beweging van de panelen

Zonnevolgers kunnen ingedeeld worden volgens de beweging die ze maken. Ofwel draaien de panelen rond één as ofwel rond twee assen. 5.2.1 Beweging rond één as

Met een beweging rond één as krijgen we al gauw een rendementstoename van 30 %. Deze beweging volgt de dagbeweging van de zon. Ze starten in het oosten en gaan via het zuiden naar het westen. Net zoals de beweging van de zon dus. 5.2.1.1 Polair systeem

Een polair systeem is een systeem waarbij de zonnepanelen rond een as draaien die een hoek maakt met de ondergrond. De as is in de Noord-Zuid richting gemonteerd. De hoek die de panelen bij een polair systeem maken met de verticale komt overeen met de breedteligging op de wereldbol. In België is de hoek van de panelen met de verticale 51° omdat België op een noorderbreedte ligt van 51°. Dit systeem heeft een eerder moeilijke constructie en daardoor een hoge kostprijs. Hierdoor wordt dit systeem niet veel gebruikt.

79

Fig5.2 Zonnevolger: polair systeem met beweging volgens één as

5.2.1.2 Systeem met horizontale as

Bij dit systeem draaien de panelen om een horizontale as om de beweging van de zon gedurende een dag te volgen. Dit systeem is niet zo effectief in de winter, maar levert in de zomer een goed rendement. Dit omdat de zon in de winter niet erg hoog komt te staan. Deze systemen leveren dan ook minder op in gebieden met hogere breedteligging omdat daar de zon niet hoog aan de hemel komt te staan. Deze constructie is wel interessant door zijn relatief eenvoudige constructie waardoor de kostprijs beperkt blijft.

Fig5.3 Zonnevolger: horizontale as

5.2.1.3 Systeem met verticale as

Bij dit systeem draaien de panelen om een verticale as. De panelen staan echter vaak onder een hoek gemonteerd om het rendement te verhogen. Deze hoek is dan wel vast. De beweging die de panelen gedurende een dag maken is dus opnieuw van oost naar west via het zuiden. De panelen zijn op een metalen post gemonteerd. Op deze post zit een motor gemonteerd die de paal rond zijn as kan doen draaien. Dit systeem levert geen meerwaarde in het gebied rond de evenaar, maar kan nu wel worden toegepast bij gebieden met hogere breedteligging.

Fig5.4 Zonnevolger: verticale as

80

5.2.2 Beweging rond twee assen

5.2.2.1 Inleiding

Een systeem met 1 beweegbare as kan uitgebreid worden naar een systeem met twee beweegbare assen. De eerste as zorgt nog steeds voor de beweging gedurende een dag. Een tweede as zorgt nu voor de beweging gedurende een jaar. Daarmee kunnen de panelen in de zomer onder een kleine hoek en in de winter onder een grotere hoek worden geplaatst. Deze tweede as levert een extra 6 % rendement op. Hiermee stijgt het rendement van een zonnevolger van 30 % naar 36 %. De tweede beweging kan zowel met een gemotoriseerde aandrijving uitgevoerd worden, maar deze tweede hoek wordt ook vaak manueel aangepast. Dit omdat het extra rendement minimaal is en dit omdat de bijkomende kosten wel hoog zijn ten opzichte van de meerwaarde. Een tweede motor moet natuurlijk ook opnieuw aangedreven worden en dit geeft dus nog een bijkomend verlies in de rendementstoename.

FIG5.5 Zonnevolgsysteem: twee assig systeem

5.2.3 Besluit

Het lijkt ons het best om een zonnevolgsysteem met één as te nemen en die enkel een beweging rond zijn verticale as maakt. Een rendementstoename van nog eens 6 % voor een tweede as weegt niet op tegen de kost van de constructie. Wel kun je de keuze maken om de hoek ten opzichte van de verticale een tweetal keer per jaar manueel aan te passen. Dit doe je dan het best bij de aanvang van de lente en de herfst. Wanneer men dit niet voorziet, dan kiest men best voor dezelfde hoek als bij de vaste bevestiging, de keuze uitgaan voor een hoek van 35° met de horizontale.

81

5.3 Soorten aandrijvingen van de panelen

De manier om te bepalen wanneer een systeem zich moet aanpassen en richten naar de zon kan op drie manieren gebeuren; actief, passief en tijdgebonden. 5.3.1 Actieve aandrijving

Bij actieve aandrijving worden motoren gebruikt om de panelen de beste positie te geven. De besturing van de motoren gebeurt met behulp van een computer of maakt gebruik van lichtsensoren die de positie van de zon kunnen waarnemen. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen een voortdurende aandrijving en een stapsgewijze aandrijving. Bij voortdurende aandrijving worden de panelen voortdurend aangepast. Bij stapsgewijze aandrijving gebeurt dit bijvoorbeeld om het uur. 5.3.2 Passieve aandrijving

Bij passieve aandrijving worden de panelen niet aangedreven door motoren. Deze aandrijving maakt gebruik van een vloeistof die op lage temperatuur kookt. Wanneer de vloeistof gaat koken, verdampt deze en vormt ze een gas boven de vloeistof. Door voortdurende verdamping wordt het gas boven de vloeistof samengedrukt. Het drukverschil dat veroorzaakt wordt door het samengeperst gas zorgt voor een verstoring van het evenwicht in de installatie. Het evenwicht wordt terug hersteld door het systeem te bewegen waardoor de panelen die op het systeem geïnstalleerd zijn perfect naar de zon worden gericht. 5.3.3 Tijdgebonden aandrijving

Een tijdgebonden aandrijving volgt de beweging van de aarde, maar dan in tegengestelde richting. Hierdoor richt deze aandrijving de panelen steeds naar een ‘vast’ punt. Dit ‘vaste’ punt is de zon. We weten dat in één dag de aarde één omwenteling maakt. Dit wil zeggen dat de aarde 360° graad in 24 uur of 15° per uur doorloopt. Hieruit weten we dat de panelen tijdens één uur 15° van oost naar west moeten gedraaid worden. Als de dag voorbij is moeten de panelen terugdraaien, maar nu van west naar oost om de volgende morgen opnieuw de lichtstralen van de opkomende zon op te vangen. 5.3.4 Besluit

Een tijdgebonden aandrijving lijkt ons de beste manier.

82

6 Meten zonnepaneel LEGO

6.1 Inleiding

Met deze meting willen we onderzoeken of het gebruik van een zonnevolgsysteem nu echt rendabel is. In de voorgaande teksten wordt gesproken van rendementstoenames tot 30 % met een beweegbaar systeem dat rond één as draait. We willen nagaan of dit ook zo is met de zonnepanelen van LEGO.

6.2 Meting 1

6.2.1 Doel

Het is de bedoeling om met behulp van een elektrische schakeling het zonnepaneeltje van LEGO uit te meten. We willen weten welk vermogen geleverd wordt gedurende een periode van 10 uur tot 16 uur. Daarbij willen we ook het verschil in vermogen onderzoeken tussen zonnepanelen die in een ideale positie zijn gemonteerd, zuidelijk gericht en onder een hoek van 35°, en zonnepanelen die de zon van oost naar west volgen door rond een verticale as te draaien. 6.2.2 Voorbereiding proef

We willen een elektrische schakeling opbouwen waarbij het zonnepaneel van LEGO de bron is. In de kring willen we de stroom en de spanning meten. Daarom moet de kring belast zijn. We weten dat bij fel zonlicht buitenshuis het paneel maximaal 3 V en 200 mA kan leveren. Daarom moeten we de belasting in de kring zo kiezen dat het maximale vermogen van het paneeltje niet overschreden wordt. Dit kunnen we makkelijk bepalen aan de hand van de wet van Ohm.

15 Ω

We weten dat de weerstandswaarde van de belasting niet kleiner mag zijn dan 15 Ω. Daarom werd gekozen voor een weerstandswaarde van 1000 Ω. Dit is een grotere weerstandswaarde en dus een kleinere belasting. We kiezen voor deze kleine belasting om er dus zeker van te zijn dat de elektrische kring geen groter vermogen van de bron vraagt waardoor deze beschadigd kan worden. Om de variabelen stroom en spanning te meten maken we gebruik van twee multimeters.

83

Fig6.1 Meten zonnepaneel: elektrische schema meting 1

Voor de meting met een zonnepaneel met vaste montage wordt het zonnepaneel in zuidelijke richting, een azimut van 180°, en een hoek van 35° met de horizontale geplaatst. Voor de meting op het beweegbare zonnepaneel gebruiken we dezelfde bevestiging als bij de vaste constructie, namelijk een hoek van 35° met de horizontale. Maar nu laten we het paneel de zon van het oosten naar het westen volgen. Het azimut zal dus variëren tussen 131° en 235° voor onze meting.

__

Fig6.2 Meten zonnepaneel: azimut met bereik volger met één as

84

6.2.3 Meetresultaten

VASTE MONTAGE VOLGER met 1 beweegbare as

TIJD AZIMUT VERMOGEN AZIMUT VERMOGEN 10 u 00 180° 18,27 131° 18,75 10 u 30 180° 18,06 139° 18,50 11 u 00 180° 17,96 147° 18,06 11 u 30 180° 17,51 156° 17,64 12 u 00 180° 17,39 165° 17,42 12 u 30 180° 17,47 175° 17,51 13 u 00 180° 16,93 184° 16,93 13 u 30 180° 16,80 194° 16,89 14 u 00 180° 16,09 203° 16,22 14 u 30 180° 16,56 212° 16,76 15 u 00 180° 16,60 220° 16,93 15 u 30 180° 16,76 228° 17,30 16 u 00 180° 16,97 235° 17,76

6.2.4 Besluiten

De meetwaarden lijken nogal vreemd omdat het laagste vermogen zowel door de vast gemonteerde panelen als door de zonnevolger met één beweegbare as bekomen wordt wanneer een piek zou verwacht worden, omdat de zon daar dan op zijn hoogste positie staat en het meeste licht uitzendt. Wat wel een goed punt aan de meting is, is dat je duidelijk ziet dat een zonnevolger een hoger vermogen levert met eenzelfde lichtintensiteit. We merken op dat de meewaarde net na middag in vergelijking met een vaste constructie te verwaarlozen valt.

85

6.3 Meting 2

6.3.1 Doel

Het is opnieuw de bedoeling om met behulp van een elektrische schakeling het zonnepaneeltje van LEGO uit te meten. We willen de voorgaande meting verbeteren en uitbreiden. We willen nu de drie meest voorkomende manieren om een zonnepaneel te bevestigen vergelijken. Deze mogelijkheden zijn vaste montage, zonnevolgsysteem met één beweegbare as en zonnevolgsysteem met twee beweegbare assen. Ook willen we de invloed van de warmte op de paneeltjes onderzoeken. 6.3.2 Voorbereiding proef

We weten uit de vorige meting dat we de weerstand “R” in de elektrische schakeling te klein hebben gekozen. We weten dat de weerstandwaarde groter moet zijn dan 15 Ω, daarom kiezen we voor een weerstand van 20 Ω. Deze bekomen we door vijf weerstanden van 100 Ω parallel te schakelen.

5 .

Ω

Ω 20 Ω

Door deze kleine weerstandswaarde – grote weerstand zullen de variabelen stroom en spanning dichter bij hun maximale waarden liggen waardoor een beter vermogen kan worden bepaald. We maken eenzelfde opstelling als bij de voorgaande proeven.

Fig6.2 Meten zonnepaneel: elektrische schema meting 2

86

De positie van de zonnepanelen zal nu variëren tussen een azimutwaarde van 124° en 235°. Dit omdat we de meting starten om 9 u 30. De hoek waaronder de vaste gemonteerde panelen en de panelen van het beweegbaar systeem met één as t.o.v. de horizontale staan is opnieuw 35°. Bij het systeem met twee beweegbare assen zal deze hoek veranderen omdat de zon ’s morgens een kleinere hoek maakt met de horizontale. De kleinste hoek die gemaakt wordt is 24°, de grootste hoek zal 40° zijn. De azimutwaarden en de waarde van de hoek waaronder het zonnepaneeltje ideaal zou moeten worden gericht ten opzichte van de horizontale zijn gegevens die verkregen zijn van de Koninklijke Sterrenwacht. (bron: http://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/definitie.html)

_

Fig6.3 Meten zonnepaneel: azimut met bereik enig assig en twee assig systeem In deze meting is het ook de bedoeling om het verschil tussen zonnepanelen die gekoeld worden en panelen die niet gekoeld worden te onderzoeken. Hiervoor maken we gebruik van twee zonnepaneeltjes van LEGO. De eerste zal constant met zijn PV cellen in de zon liggen, of beter op een vaste constructie van 35° vastzitten en stelt daarmee een paneel voor dat niet gekoeld wordt. Het zonnepaneeltje lag reeds een uur buiten in de zon voor de meting om zo synchroon mogelijk te zijn met de werkelijkheid. Het tweede paneeltje stelt een gekoelde opstelling voor. Het zonnepaneeltje ligt net zoals het vorige reeds een uur voor het begin van de meting buiten maar ligt met zijn PV-cellen naar de tafel gericht. De cellen zijn dus niet belicht en het paneel zal dus geen energie opwekken. Het paneeltje wordt enkel bij een meetpunt omgedraaid en in de drie verschillende standen geplaatst. Daarna zal het paneeltje opnieuw omgedraaid op tafel gelegd worden tot het volgende meetpunt.

Fig6.4 Meten zonnepaneel: Opstelling tussen twee meetpunten

87

6.3.3 Meetresultaten

STAND VASTE MONTAGE

TIJD AZIMUT PZONDER KOELING PMET KOELING 09 u 30 180° 124,97 189,25 10 u 00 180° 134,32 270,98 10 u 30 180° 146,80 360,33 11 u 00 180° 164,35 397,62 11 u 30 180° 178,32 417,60 12 u 00 180° 193,06 446,26 12 u 30 180° 200,80 440,44 13 u 00 180° 204,93 453,00 13 u 30 180° 193,55 432,62 14 u 00 180° 172,52 409,68 14 u 30 180° 150,73 357,58 15 u 00 180° 129,52 314,25 15 u 30 180° 96,58 246,74 16 u 00 180° 69,38 183,36

STAND VOLGER met 1 beweegbare as

TIJD AZIMUT PZONDER KOELING PMET KOELING 09 u 30 124° 145,43 315,00 10 u 00 131° 148,47 365,71 10 u 30 139° 180,12 423,55 11 u 00 147° 184,89 429,83 11 u 30 156° 189,44 434,08 12 u 00 165° 190,81 447,45 12 u 30 175° 200,00 432,47 13 u 00 184° 205,63 451,05 13 u 30 194° 198,80 437,78 14 u 00 203° 194,24 424,28 14 u 30 212° 191,20 419,48 15 u 00 220° 187,50 418,90 15 u 30 228° 179,27 418,18 16 u 00 235° 172,98 416,02

STAND VOLGER met 2 beweegbare assen

TIJD AZIMUT HOEK PZONDER KOELING PMET KOELING 09 u 30 124° 24° 187,24 418,76 10 u 00 131° 28° 180,50 433,65 10 u 30 139° 32° 213,15 448,44 11 u 00 147° 35° 184,90 443,94 11 u 30 156° 37° 185,09 443,20 12 u 00 165° 39° 198,60 437,78 12 u 30 175° 40° 207,08 453,15 13 u 00 184° 40° 207,57 642,08 13 u 30 194° 39° 204,42 453,91 14 u 00 203° 38° 203,01 446,41 14 u 30 212° 36° 197,80 435,71 15 u 00 220° 33° 198,80 427,93 15 u 30 228° 30° 201,00 451,01 16 u 00 235° 26° 201,48 542,38

88

6.3.4 Besluiten

Als we bovenstaande grafiek analyseren zien we duidelijk dat er een voordeel bekomen wordt wanneer de panelen gekoeld worden. We stellen vast dat in dit geval het voordeel van gemiddeld 126% ten opzichte van een paneel zonder koeling zeer groot is. Dit vonden wij toch heel veel. Hierdoor veronderstellen we dan het paneel dat gebruikt werd voor de koeling, bij de start van de meting een groter vermogen levert bij eenzelfde lichtintensiteit. Daarom controleerden we dit even. We bekwamen volgende meetresultaten. Bij deze meting werd een lamp gebruikt om een constante lichtintensiteit te verkrijgen. Paneel 1 Paneel 2

R [Ω] 0,630 0,790 I [mA] 27,30 35,00 U [V] 22 22 P [mW] 17,20 27,65

We kunnen hieruit besluiten dat paneel 2, het paneel dat gebruikt werd om de meting met koeling uit te voeren, gemiddeld 60,76 % meer opwekt. Hierdoor zullen de werkelijke grafieken die de zonnevolgers met koeling voorstellen lager liggen dan op bovenstaande grafiek. We kunnen toch besluiten dat een systeem dat gekoeld wordt een duidelijke meerwaarde geeft als we deze vergelijken met een systeem dat niet gekoeld wordt. De rendementstoenamen met koeling is gemiddeld 66,35 % bij de drie verschillende bewegingen. We zien ook duidelijk in de grafiek dat een volger met één as een meerwaarde levert ten opzichte van een vaste montage. We merken dat de meerwaarde inderdaad ’s morgens en ’s avonds te zien is, namelijk wanneer het zonnepaneel beter gericht is. Dit komt op 18,58 % rendementstoename neer wanneer de panelen niet gekoeld zijn en 18,93 % wanneer de panelen wel gekoeld zijn. Dit komt op een gemiddelde rendementstoename van 18,76 % neer. Dit ligt lager dan de vooropgestelde 30 %.

89

Er wordt bij deze meting een rendementstoename van gemiddeld 25,98% bekomen wanneer we de volger met twee assen vergelijken met panelen die vast gemonteerd worden. Dit is gemiddeld 6,08% meer dan de volger met één as. Deze gemiddelde waarde is een waarde bekomen door het gemiddelde voordeel van de drie verschillende systemen te nemen. Deze drie systemen zijn panelen die vast gemonteerd zijn, panelen die de zon volgen met één as en panelen die de zon met twee assen volgen.

6.4 Besluiten voor de opbouw van ons LEGO model

We weten reeds dat de aandrijving van het LEGO model van de zonnevolger tijdsgebonden zal zijn, waarbij de positie van oost naar west zal bewegen, dit eventueel aan de hand van een kompassensor. Uit de voorgaande metingen kunnen we de meerwaarde van een zonnevolger die rond één as draait bevestigen. De beweging rond een tweede as levert niet genoeg meerwaarde op om daarin te investeren. Wat daarentegen duidelijk wel belangrijk is voor het rendement is het afkoelen van de panelen. Panelen die afgekoeld worden leveren duidelijk een hoger rendement en zullen bovendien van een langere levensduur genieten. We kunnen dus besluiten dat een beweegbaar systeem rond één as en een afkoelingssysteem duidelijk goede investeringen zijn.

90

7 Lichtsensor testen met de zon Eerst programmeren we in labview, het programma voor het meten van de lichtsterkte met behulp van een lichtsensor zoals we al eerder bekeken hebben in het stuk van labview. Hieronder zie je het programma.

Fig7.1 Test lichtsensor: Block Diagram Fig7.2 Test lichtsensor: Front Panel

Als we nu het programma hebben ingesteld op de NXT, gaan we met de lichtsensor testen als we een verschil van waarden verkrijgen tussen schaduw en zon. We richten de lichtsensor recht naar de zon, we verkrijgen een constante waarde van 100 (zie fig. hieronder).

Fig7.3 Test lichtsensor: lichtsensor in de zon

We richten nu de lichtsensor naar de schaduw. We merken geen of een heel kleine afwijking. We plaatsen nu een keukenrol over de lichtsensor. Hierbij merken we een groter verschil tussen schaduw en zon. De amplitude varieert nu tussen de waarden 50 en 100 (zie fig. hieronder).

91

Fig7.4 Test lichtsensor: lichtsensor van de zon naar de schaduw

We merken op dat we met de keukenrol een zichtbaar verschil verkrijgen tussen schaduw en zon. Dit komt doordat we veel preciezer werken door de keukenrol. We zien op de figuur hieronder dat de lichtsensor de invallende lichtstralen waarneemt. Als we nu een keukenrol over de lichtsensor plaatsen, zal de lichtsensor de schuin invallende stralen niet meer kunnen waarnemen. Hierdoor verkrijgen we een groter verschil tussen schaduw en zon.

Fig7.5 Werkingsgebied sensor Fig7.6 Principe lichtsensor bij een zonnevolger

92

8 Stand zonnepaneel

8.1 Inleiding

Door eerdere metingen kwamen we tot het besluit dat een zonnevolger op basis van sensoren praktisch niet haalbaar is met de LEGO Mindstorms. De sensoren zouden in een koker geplaatst moeten worden en hierdoor zou de constructie nogal groot uitvallen. Ook levert het gebruik van lichtsensoren problemen bij een dag met weinig zon. Een zonnevolger die werkt volgens de tijd is echter wel haalbaar. We kunnen het systeem dan softwarematig de zon doen volgen en ondervinden geen problemen met de hardware zoals bij gebruik van sensoren. Om dit softwarematig te sturen bestuderen we de positie van de zon. De positie van de zon wordt gegeven met behulp van twee belangrijke coördinaten: het azimut en de hoogte, de hoek van de zon ten opzichte van de horizon. Het azimut is de horizontale component en geeft eigenlijk de hoek met het Noorden weer, gemeten over het Oosten. Bijgevolg zal het zuiden een azimut van 180° hebben, het oosten één van 90°.

Fig8.1 Stand zonnepaneel: voorstelling azimut

We bestuderen deze waarden op de elfde dag van de maand. De waarden werden verkregen door de Koninklijke Sterrenwacht en zijn gebaseerd op het document ‘Stand van de zon doorheen het hele jaar’. (bron: http://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/)

93

8.2 Azimut zon doorheen het jaar

Fig8.2 Stand zonnepaneel: azimut januari – juni

Uit de grafiek valt af te lezen dat de zon in januari horizontaal een kortere baan aflegt dan in juni. Hieronder kan je in de eerste tekening de positieverandering van de zon waarnemen van januari tot maart en in de tweede van april tot juni. Deze opstelling toont visueler aan waar de zon opstaat en ondergaat.

Fig8.3 Beweging zon: januari – maart Fig8.4 Beweging zon: april - juni

60

110

160

210

260

310

5,5 7,5 9,5 11,5 13,5 15,5 17,5 19,5 21,5

Azimut [°]

t [uur]

Azimut januari ‐ juni

januari

februari

maart

april

mei

juni

94

Fig8.5 Stand zonnepaneel: azimut juli - december Hieronder kan je in de eerste tekening de positieverandering van de zon waarnemen van juli tot september en in de tweede van oktober tot december.

Fig8.6 Beweging zon: juli – september Fig8.7 Beweging zon: oktober - december

Als je de grafieken van dichterbij gaat bekijken kan je ook duidelijk zien dat de zon in de zomer zelfs in een noordoostelijke richting opstaat en in een noordwestelijke richting ondergaat. In de wintermaanden staat de zon in een zuidoostelijke richting op en gaat in een zuidwestelijke richting onder. De exacte tijdstippen van zonsopgang en zonsondergang kun je aflezen in de onderstaande tabel.

50

100

150

200

250

300

5 10 15 20

Azimut [°]

t [uur]

Azimut juli ‐ december

juli

augustus

september

oktober

november

december

95

tijdstip azimut datum zonsopgang zonsondergang opgang ondergang

11 januari 8.42 16.59 125 235 11 februari 8.03 17.51 112 249 11 maart 7.06 18.40 95 265 11 april 6.58 20.31 76 284 11 mei 6.00 21.18 60 300 11 juni 5.29 21.55 50 310 11 juli 5.41 21.54 52 308 11 augustus 6.23 21.12 64 296 11 september 7.11 20.07 82 278 11 oktober 7.58 19.00 100 260 11 november 7.51 17.02 117 243 11 december 8.34 16.37 127 233

Uit bovenstaande gegevens valt de horizontale beweging van de zon /30minuten makkelijk af te leiden. Deze vind je in onderstaande tabel terug. _ We merken dus op dat de horizontale beweging gedurende het jaar in de wintermaanden wat trager loopt dan in de zomermaanden.

8.3 Hoogte zon doorheen het jaar

Eens de zon opgaat maakt deze een hoek met de horizon die gedurende de dag constant verandert, als de zon hoger gaat staan ten opzichte van de horizon dan wil dit zeggen dat de hoek met de horizon vergroot. Deze hoek hebben we nodig om de hoek van het zonnepaneel te kunnen bepalen. De hoek van het zonnepaneel is 90° - de hoek van de zon met de horizon. Dit valt makkelijk af te leiden uit het feit dat de zon best altijd loodrecht op je zonnepaneel invalt;

datum beweging °/30 11 januari 6,63 11 februari 6,99 11 maart 7,35 11 april 7,68 11 mei 7,84 11 juni 7,91 11 juli 7,89 11 augustus 7,83 11 september 7,58 11 oktober 7,25 11 november 6,86 11 december 6,58

96

Fig8.8 Stand zonnepaneel: hoek zonnepaneel januari - juni

Fig8.9 Stand zonnepaneel: hoek zonnepaneel juli - december

25

35

45

55

65

75

85

95

5 10 15 20

hoek zonnepan

eel [°]

t [uur]

hoek zonnepaneel met horizon januari ‐ juni

januari

fabruari

maart

april

mei

juni

25

35

45

55

65

75

85

95

5 10 15 20

hoek zonnepan

eel [°]

t [uur]

hoek zonnepaneel met horizon juli ‐ december

juli

augustus

september

oktober

november

december

97

Uit deze grafieken kun je besluiten dat het zonnepaneel in de zomermaanden over een grotere hoek om zijn horizontale as zal moeten draaien dan in de winter, omdat de zon dan gewoon hoger staat op het middaguur. Bijgevolg zal de motor het paneel over een grotere hoek moeten verdraaien in de zomer dan in de winter. In de onderstaande tabel vind je de gegevens terug van wanneer de zon het hoogst staat en welke hoek het zonnepaneel dan maakt om loodrecht op de zon te staan.

tijdstip hoek paneel datum zonsopgang middagzon zonsondergang middagzon

11 januari 8.42 13.00 16.59 72 11 februari 8.03 13.00 17.51 64 11 maart 7.06 13.00 18.40 54 11 april 6.58 14.00 20.31 42 11 mei 6.00 14.00 21.18 33 11 juni 5.29 14.00 21.55 27 11 juli 5.41 14.00 21.54 28 11 augustus 6.23 14.00 21.12 35 11 september 7.11 13.30 20.07 46 11 oktober 7.58 13.30 19.00 58 11 november 7.51 13.00 17.02 68 11 december 8.34 13.00 16.37 73

Uit bovenstaande gegevens valt de verandering in de hoek van het zonnepaneel per 30 minuten makkelijk af te leiden doordat het zonnepaneel een hoek van 90° maakt met de horizon wanneer de zon opkomt en wanneer de zon ondergaat. Deze informatie vind je in onderstaande tabel terug.

datum VOOR de middag(°/30 min) NA de middag (°/30 min) 11 januari 2,10 -2,25 11 februari 2,60 -2,68 11 maart 3,67 -3,17 11 april 3,41 -3,68 11 mei 3,56 -3,90 11 juni 3,70 -3,98 11 juli 3,73 -3,92 11 augustus 3,61 -3,82 11 september 3,48 -3,32 11 oktober 2,89 -2,91 11 november 2,14 -2,73 11 december 1,92 -2,35

Ook hier merken we op dat de verticale beweging gedurende het jaar in de wintermaanden wat trager loopt dan in de zomermaanden.

98

8.4 Gegevens 1 mei

Het is de bedoeling dat de zonnevolger op de expo van 1 mei op school wordt voorgesteld. Daarom bekijken we de gegevens van het azimut en de stand van het zonnepaneel voor deze dag.

Fig8.10 Stand zonnepaneel: 1mei

Fig8.11 Stand zonnepaneel: hoek zonnepaneel 1mei

60

110

160

210

260

310

6 8 10 12 14 16 18 20 22

Azimut [°]

t [uur]

verandering van het azimut op 1mei

30

40

50

60

70

80

90

6 8 10 12 14 16 18 20 22

hoek zonnepan

eel [°]

t [uur]

hoek zonnepaneel ‐ horizon op 1mei

99

Het exacte tijdstip van zonsopgang op 1 mei is 06 u 18 met een azimut van 68°. Het exacte tijdstip van zonsondergang op 1 mei is 21 u 03 met een azimut van 298°. Horizontaal moet het paneel dus draaien van 68° naar 298° in 14 u 45uur tijd, dat wil zeggen 7,56 °/30 minuten. tijdstippen azimut hoek zonnepaneel* tijdstippen azimut hoek zonnepaneel*

06 u 30 68,0 89,0 14 u 00 190,0 35,0

07 u 00 73,0 84,0 14 u 30 202,0 37,0

07 u 30 79,0 79,5 15 u 00 214,0 39,0

08 u 00 85,0 75,0 15 u 30 224,0 42,0

08 u 30 90,5 70,0 16 u 00 234,0 45,0

09 u 00 96,0 65,0 16 u 30 242,0 49,0

09 u 30 102,5 60,5 17 u 00 250,0 53,0

10 u 00 109,0 56,0 17 u 30 256,5 57,5

10 u 30 116,5 52,0 18 u 00 263,0 62,0

11 u 00 124,0 48,0 18 u 30 269,0 67,0

11 u 30 133,0 44,5 19 u 00 275,0 72,0

12 u 00 142,0 41,0 19 u 30 280,5 76,5

12 u 30 153,0 38,5 20 u 00 286,0 81,0

13 u 00 164,0 36,0 20 u 30 291,5 85,0

13 u 30 177,0 35,5 21 u 00 297,0 89,0 *Hoek zonnepaneel is de hoek van het zonnepaneel ten opzichte van de horizontale In de onderstaande tabel vind je de gegevens terug van wanneer de zon het hoogst staat en welke hoek het zonnepaneel dan maakt om loodrecht op de zon te staan.

tijdstip datum zonsopgang zon op middag zonsondergang

tijdstip 6.18 14.00 21.03 Hoek zonnepaneel* 90° 35° 90°

*Hoek zonnepaneel is de hoek van het zonnepaneel ten opzichte van de horizontale Uit bovenstaande gegevens kunnen we terug berekenen met welke hoek het zonnepaneel zal moeten kantelen om loodrecht op de zon te staan.

datum voor de middag °/30 na de middag °/30 1 mei 3,57 -3,90

Dit betekent een gemiddelde van ongeveer 3,74 °/30 minuten. Met deze gegevens kunnen we een tijdsgestuurd programma maken zodat de zonnevolger op de gekende tijdstippen met een interval van een halfuur de zon zal volgen. Om het half uur zullen we dus even de motor in werking zetten om het paneel beter naar de zon te richten. De motor die de horizontale beweging stuurt moet dus om het half uur het paneel 7,56° verdraaien. Verticaal moet het paneel om het half uur 3,74° verdraaid worden. Voor 14 uur gebeurt de beweging van verticaal naar horizontaal, na 14 uur gebeurt de beweging van horizontaal naar verticaal.

100

9 Stand van aarde en zon

9.1 Inleiding

De aarde maakt een baan rond de zon. Dit duurt ongeveer één jaar of 365,25 dagen. Deze beweging noemen we de baanbeweging van de aarde. De baan-beweging is ellipsvormig maar voor de eenvoud kan je de baan van de aarde echter als cirkelvormig gaan beschouwen. Daarnaast wentelt de aarde rond haar as in 24 uur. Dit noemen we de aswenteling van de aarde. Deze beweging verloopt in tegenwijzerszin. Deze twee bewegingen van de aarde beïnvloeden elkaar niet. Dit betekent dat de oriëntatie van de aardas niet verandert in de loop van een jaar. Aangezien het doorlopen van de baanbeweging van de aarde ongeveer een jaar tijd in beslag neemt kunnen we de hoeksnelheid Ω berekenen. De constante hoeksnelheid is 360° per jaar of 0,041 068 64° per uur. Aangezien het doorlopen van de aswenteling van de aarde 24 uur in beslag neemt kunnen we de hoeksnelheid ω van de aswenteling berekenen. De hoeksnelheid ω van de aswenteling is 15,0411 068° per uur. We kunnen besluiten dat de hoeksnelheid van de baanbeweging bijna verwaar-loosbaar is t.o.v. de hoeksnelheid van de aswenteling. De combinatie van de dagelijkse en de jaarlijkse beweging heeft als gevolg dat het tijdstip en de locatie van zonsopgang en zonsondergang en de hoogste stand die de zon bereikt afhankelijk zijn van de plaats van de waarnemer en van de dag van het jaar. In ons land nemen we de verplaatsing van de zon in de loop van de dag steeds waar volgens een boog in de richting oosten - zuiden - westen (wijzerszin). Bij ons staat de zon op de middag in het zuiden, in ons land zien wij de zon nooit in het noorden, in dit geval bevindt ze zich dan onder de horizon en is het middernacht.

9.2 Beweging van de aarde doorheen de seizoenen

Doordat de aarde rond de zon draait verkrijgen we seizoenen, deze gaan we nu verder uitdiepen. Om dit te bestuderen gaan we eerst de aarde stil laten staan t.o.v. de zon en bestuderen we de aswenteling van de aarde. Door deze aswenteling zal de zon, net als elke andere ster elke dag een cirkel beschrijven over de hemelbol. Deze cirkel verschilt echter op ieder tijdstip van het jaar. Hierdoor zien we de zon ’s morgens opkomen, ’s middags haar hoogste stand bereiken en ’s avonds opnieuw ondergaan.

101

We hebben wel al gemerkt dat de zon hoger staat tijdens de zomer dan tijdens de winter. Doordat de zon lager staat tijdens de winter, maakt de zon een kleiner hoek t.o.v. de aarde. Hierdoor zal de schuin invallende bundel, het zonlicht over een groter oppervlak verspreiden. Zo lijkt het zonlicht minder fel en wordt het aardoppervlak minder opgewarmd. Doordat de zon lager aan de hemel staat, gaat ze ook vlugger onder. Deze effecten doen zich tegelijkertijd voor op het hele noordelijk halfrond, en wel des te meer naarmate je dichter bij de polen komt.

Fig9.1 Zonlichtoppervlak zomer - winter

De afstand van de zon tot de aarde heeft geen invloed op de seizoenen. Wat wel belangrijk is, is de hoogte van de zon. Vervolgens zetten we nu deze aswenteling van de aarde stil en bestuderen de baanbeweging van de aarde. Deze beweging zien wij als een schijnbare beweging van de zon rond de aarde. Daarom bestuderen we deze beweging: we veronderstellen een stilstaande aarde en een zon, bewegend over een cirkel. In onderstaande figuur zijn vier cirkels aangeduid. Een eerste cirkel is de hemelevenaar of de hemelequator (rode baan). Een tweede cirkel is de ecliptica of de schijnbare beweging van de zon (blauwe baan). Door deze cirkel kunnen we een vlak tekenen dat we het eclipticavlak noemen. Dit vlak valt dus niet samen met het evenaarsvlak. Het eclipticavlak maakt een hoek ε van ongeveer 23°30’ met het evenaarsvlak. De zon beweegt dus als het ware op deze baan rond de aarde. Een derde cirkel is de meridiaan door de zon (gele baan). Deze drie cirkels bakenen een rechthoekige boldriehoek af, die we de seizoenendriehoek noemen. Deze driehoek heeft ook drie speciale hoeken die verder in het hoofdstuk besproken worden. Een vierde cirkel is de horizoncirkel (groene baan). Door de horizoncirkel kunnen we een vlak tekenen dat we het horizonsvlak noemen. Dit vlak is te zien op onderstaande figuur.

102

Fig9.2 Zonnevolger: schijnbare beweging van de zon

Momenteel staat de zon boven de evenaar. Dit betekent dat wij in Europa in het warme gedeelte van het jaar zitten. Enkele maanden geleden stond de zon in het lentepunt, om precies te zijn op 20 maart. Dit punt is het snijpunt van de ecliptica en de evenaar (aangeduid met L). Drie maanden na doorgang door het lentepunt bevindt de zon zich op het hoogste punt. Hier begint de astronomische zomer, meer bepaald op 21 juni. Vanaf dat punt zakt de zon terug omlaag en komen we opnieuw drie maanden later in het herfstpunt. Dit punt is het tweede snijpunt van de ecliptica en de evenaar (aangeduid met H). Vanaf dan zakt de zon onder de evenaar door tot we op het laagste punt komen waar we de koude maanden waarnemen. Op 22 december bereiken we dit laagste punt. Na weer eens drie maanden zal de zon haar jaarcyclus beëindigen in het lentepunt. Naast deze vier cirkelbanen hebben we ook drie speciale hoeken. Een eerste hoek is de hoek α (alfa). Deze hoek noemen we de rechte klimming. Dit is het verschil tussen de uurhoek van de zon en de uurhoek van het lentepunt. De uurhoek van de zon is de hoek tussen de meridiaan door de zon en de meridiaan door het westen. De uurhoek van het lentepunt is dan vervolgens de hoek tussen de meridiaan door het lentepunt en de meridiaan door het westen. In het lentepunt bedraagt de rechte klimming 0 uur. In het lentepunt beweegt de zon zich van het zuidelijk naar het noordelijk halfrond van de hemelbol en in het herfstpunt van het noordelijk naar het zuidelijk halfrond. In het zomerpunt, dus op 21 of 22 juni, bedraagt de rechte klimming 6 uur. In het winterpunt, dus op 21 of 22 december, 18 uur. Een tweede hoek is de hoek λ. Deze hoek noemen we de lengte van de zon en geeft de afstand van de zon tegenover het lentepunt weer, gemeten over de ecliptica. Om te bepalen waar de zon zich bevindt op de ecliptica, maken we gebruik van het begrip lengte, ook wel geografische lengte, ecliptische lengte of longitude genaamd. De lengte is dus de afstand tussen het lentepunt en de positie van de zon op de ecliptica.

103

De seizoenen worden gekenmerkt door λ = 0° voor de lente, λ = 90° voor de zomer, λ = 180° voor de herfst en λ = 270° voor de winter. Een derde hoek is de hoek δ. Deze hoek noemen we de declinatie. De declinatie is de hoek tussen de richting waarin men de zon waarneemt en het evenaarsvlak. In de loop van het jaar varieert de declinatie van de zon van +23° op 21 juni naar -23° op 21 september. Op 21 maart en 21 september is deze hoek 0°. De verandering in declinatie van de zon in de loop van één dag is zo gering dat men kan aannemen dat ze voor elke dag een vaste waarde heeft. De helling van het eclipticavlak t.o.v. het vlak van de evenaar geeft aanleiding tot de begrippen keerkringen en poolcirkels.

Fig9.3 Positie keerkringen en poolcirkels

Voor alle plaatsen tussen de keerkringen staat de zon tweemaal per jaar op de middag in het zenit (= pal boven het hoofd). De zon verplaatst zich van oost naar west via het zenit zodat de zon niet in het zuiden, noch in het noorden komt, maar een boog beschrijft: oosten – zenit – westen. Op alle meer noordelijk gelegen plaatsen ziet men die dag op de middag de zon in het zuiden en beschrijft ze in de loop van de dag een boog in de richting oosten – zuiden – westen. 21-03 en 21-09, declinatie zon: 0° op de evenaar

Fig9.4 Positie zon op 21 maart en 21 september

Voor plaatsen ten noorden van de Kreeftskeerkring, zoals België, neemt men de beweging elke dag waar in de richting oosten – zuiden – westen.

104

21-06, declinatie zon: 23° op de evenaar

Fig9.5 Positie zon op 21 juni

21-12, declinatie zon: -23° op de evenaar

Fig9.6 Positie zon op 21 december

Voor plaatsen ten noorden van de noordpoolcirkel geldt dat gedurende bepaalde periodes de zon er niet opkomt of er niet onder gaat. Als de zon er niet onder gaat doorloopt ze in de loop van een dag een volledige cirkelboog boven de horizon. Op plaatsen boven de noordpoolcirkel beschrijft de zon deze boog in wijzerzin, Als de zon zichtbaar is op de Noordpool dan staat ze er in de loop van een dag steeds even hoog! De rechte klimming, de lengte en de declinatie van de zon zijn met elkaar verbonden door de sinus- en de cosinusregel in een rechthoekige boldriehoek. Hieronder staan de verbanden tussen hoeken in een rechthoekige boldriehoek.

105

Fig9.7 Berekeningen met hoeken in boldriehoeken Nu zullen we even de zonshoogte op het middaguur en de lengte van de dag berekenen.

9.3 Bereken de zonshoogte op het middaguur

Zoals al eerder besproken staat de zon hoger tijdens de zomer dan tijdens de winter. De zon bereikt haar hoogste punt tijdens het middaguur. We zullen dit nu even berekenen voor de lente, zomer, herfst en winter. Ook zullen we dit berekenen voor 1 mei.

a. Hoeveel graden bevindt de zon zich boven de hemelevenaar op het middaguur? (zie hierboven)

op 20 maart en 23 september: ε = 0° op 21 juni: ε = 23°30’ op 22 december: -ε = - 23°30’ op 1 mei: ε = 16°

106

b. Hoeveel graden is het evenaarsvlak gekanteld tegenover het horizonvlak als je weet dat onze breedteligging φ=51°?

= 90° - 51° = 39°

Fig9.8 Verband tussen evenaarsvlak en horizonsvlak in België

c. Bereken uit deze resultaten de horizonstand van de zon op het middaguur.

- op 20 maart en 23 september: + ε = 39°

Fig9.9 Horizonstand op 20 maart en 23 september op het middaguur

- op 21 juni: + ε = 62°30’

Fig9.10 Horizonstand op 21 juni op het middaguur

- op 22 december: - ε = 16°30’

- op 1 mei: + ε = 55°

107

9.4 Berekenen van de daglengte op 1 mei

We bepalen eerst de declinatie van de zon bij zonsondergang op 1 mei. Hierbij gebruiken we de formules van boldriehoeken. De azimut (A) bij zonsondergang op 1 mei is 296°. Ook duurt één volledige aswenteling van de aarde exact 23 uur 56 minuten en 4 seconden. Gegevens 39° 296° 90° Berekening

Fig9.11 Boldriehoek van declinatie op 1 mei

39° 90° 39° 90° 296° 0,28 … 73°59’8,812” Met behulp van dit gegeven kunnen we nu de uurhoek bij zonsondergang berekenen.

108

Gegevens 39° 73°59 8,812" 90° Berekening

Fig9.11 Boldriehoek van de uurhoek op 1 mei

cos

cos cos 90° cos 39° cos 73°59 8,812"

sin 39° sin 73°59 8,812" 0,35 … 110°45 257"

Wegens de symmetrie om de plaatselijke zuidmeridiaan, is de uurhoek bij zonsopgang gelijk aan –H. de lengte van de dag is dus de tijd die de zon nodig heeft om over een hoek 2H om de poolster te draaien.

23 56’04”, 360° ’ . :

360° 23 56’04”

1°"

2"

"

, "

14,72 … 14 43 39 Bijgevolg duurt een dag op 1 mei 14 uur 43 minuten en 39 seconden.

109

10 LEGO zonnevolger

10.1 Constructie van de zonnevolger

We ontwierpen een zonnevolger in LEGO die zowel horizontaal als verticaal de stand van het zonnepaneel gaat corrigeren om op deze manier de zon zo goed mogelijk te volgen gedurende een dag. Om de startpositie van de zonnevolger te kunnen bepalen maken we gebruik van een kompassensor. Deze sensor staat gemonteerd op de lange arm aan de zonnevolger zoals je hieronder ziet. We monteerden deze op een lange arm omdat de motoren of de NXT-module een invloed hebben op de waarde van de kompassensor. Om de zonnevolger horizontaal te verplaatsen maken we gebruik van een motor. Om het zonnepaneel verticaal van hoek te veranderen maken we gebruik van een motor met daarop een soort piston aangesloten.

Fig10.1 LEGO zonnevolger

Alle waarden gebruikt in het vervolg van deze beschrijving hebben betrekking op 1 mei. Deze dag werd gekozen omdat de werking van de zonnevolger in de namiddag praktisch voorgesteld werd op de opendeur van onze school van 14 uur tot 18 uur.

110

10.2 Programmeren van zonnevolger

10.2.1 Startpositie bepalen van de zonnevolger

Een eerste deel van het programma plaatst het zonnepaneel goed op de welbepaalde datum en tijdstip. Dit moet zowel horizontaal als verticaal gebeuren. 10.2.1.1 Horizontaal

We schreven een programma waarin je de azimutwaarde bij de start instelt. Dit kan bv. de azimutwaarde zijn van de zonsopgang op een bepaalde datum. Wanneer het programma in werking wordt gesteld roteert de volger zo tot het kompas juist gericht is. Op dit moment verschijnt er op het scherm van de NXT dat de zonnevolger klaar is voor de start. In ons voorbeeld werd de startpositie genomen op een azimutwaarde van 189°. Deze waarde is echter de azimutwaarde van de zon op 1 mei op 14 uur. Aangezien het kompas een hoek van 180° maakt met de richting van het zonnepaneel moeten we de waarde van het kompas in het programma instellen op 9°.

Fig10.2 Programma voor bepaling verticale startpositie

111

10.2.1.2 Verticaal

Om de zonnevolger verticaal goed te richten moet je echter wat meer moeite doen omdat we hier werken met een overbrenging van een cirkelvormige- naar een rechtlijnige beweging. We berekenen eerst de hoekverandering van het zonnepaneel bij een omwenteling van 360° van de motor die de verticale beweging veroorzaakt. Dit doe je als volgt: Op de eerste foto zie je de ligging van het zonnepaneel wanneer de piston niet uitgetrokken wordt. Bij de tweede foto zie je de ligging van het zonnepaneel wanneer de piston volledig uitgetrokken is. De totale hoekverandering van de ligging van het zonnepaneel is 33°. Deze 33° overbrug je door de motor 26 omwentelingen te laten draaien, of anders gezegd 26 x 360°. Hieruit kun je berekenen dat de hoek van het zonnepaneel met 1,27° verandert bij één omwenteling van 360° van de motor. Als de piston op zijn kortst is maakt het zonnepaneel een hoek van 30° met de horizon. Met onze zonnevolger kunnen we dus slechts een verticale verandering van 30° naar 63° overbruggen. We kunnen bijgevolg ons zonnepaneel geen volledige dag verticaal bijsturen.

Fig10.3a Hoek zonnepaneel op 30° Fig10.3b Hoek zonnepaneel op 63° Indien je weet dat de hoek verandert met 1,27° bij een volledige omwenteling van de motor dan kan je ook makkelijk het aantal omwentelingen gaan bepalen dat de motor moet draaien om de startpositie van het zonnepaneel in te stellen zodat het zonnepaneel perfect naar de zon gericht staat. Op 1 mei om 14 uur staat de zon op 55° hoogte en moet het paneel een hoek van 35° met de horizon maken. Om 18 uur staat de zon op 27° en moet het paneel een hoek van 63° met de horizon maken.

112

Fig10.4 Programma voor bepaling verticale startpositie

10.2.2 Programma zonnevolger

Wanneer deze beide programma’s doorlopen zijn kan de beweging van de zonnevolger gedurende de dag van start gaan met een derde programma. Het programma werkt als volgt: het zonnepaneel verandert om het half uur van positie over een aantal graden horizontaal en verticaal. Horizontaal maak je het verschil tussen de startazimut en eindazimut waarna je dit deelt door het aantal halve uren. De bekomen waarde is het aantal graden dat de motor moet draaien per half uur. Voor de horizontale beweging is de motor rechtstreeks aangesloten op de as die zorgt voor de horizontale verplaatsing. De azimutwaarde van de zon op 1 mei om 14 uur bedraagt 189° Om 18 uur is de azimutwaarde van de zon 263°. Bijgevolg moeten we de zonnevolger om het half uur = 9,25° verdraaien van 14 uur tot 18 uur. Dit zijn meer graden per half uur dan dat je de zonnevolger over een hele dag zou laten lopen. Hieruit kunnen we besluiten dat de zon tussen 14 uur en 18 uur sneller zal draaien dan deze gemiddeld over de hele dag draait. Verticaal hadden we voor deze dag echter wat geluk om de zonnevolger te programmeren. Dit omdat de zon om 14 uur op zijn hoogste punt stond. Normaal moet je echter eerst de motor laten draaien zodat de piston zich intrekt zodat de hoek van het zonnepaneel verkleint, waarna de hoek in de namiddag terug groter moet worden. Indien de zonnevolger zowel tijdens de voormiddag als de namiddag de zon moet volgen zal je de richting van de motor halverwege moeten veranderen. In dit voorbeeld hielden we maar rekening met de beweging gedurende de namiddag. Bijgevolg moest de hoek tussen het zonnepaneel en de horizon groter worden.

113

Op 1 mei om 14 uur is de hoogte van de zon 35°. Om 18 uur is deze hoek 62°. Als je dit verschik opnieuw deelt door 8 bekom je de verticale hoekverandering van 3,375° per half uur. Aangezien de helling van het paneel 1,27° per omwenteling van de motor verandert, moet deze motor ,

, of 2,66 omwentelingen per half uur maken. Je

stopt dit programma in een herhalinglus waarbij deze de hoekveranderingen elk half uur uitvoert. We lieten de waarden van hierboven berekenen in LabVIEW zelf.

Fig10.5 Instelpaneel in het front panel van LabVIEW

114

Fig10.6 Programma LEGO zonnevolger in het block diagram van LabVIEW

115

Nawoord Na een korte periode waarin we de kat uit de boom keken kwam het jaar al snel in een stroomversnelling. Gedurende onze drukke GIP periode leerden we dan ook veel bij, niet alleen over onszelf maar ook over hoe we ons werk op langere termijn moesten plannen. Hierdoor werd ons doorzettingsvermogen vaak getest, vooral dan in nieuwe situaties zoals op de wetenschaps EXPO in de Heizel in Brussel. We evolueerden dan ook al snel tot bekwamere leerlingen en we hopen dat we met dit dossier kunnen bewijzen wat we waard zijn. Met het ontwerpen van de verschillende lespakketten en het testen van deze lespakketten ging ook ons respect voor onze leerkrachten erop vooruit. Zo hebben we gemerkt dat het hard en vaak ook vrij lastig werk is, want wanneer de school voorbij is, is het werk nog niet voorbij. Als onze teksten voor de zoveelste maal aan een correctie toe waren werd dit door ons begeleidend team frequent tot in de vroege uurtjes verbeterd. Daarom willen we dan ook dit begeleidend team van harte bedanken. Hierbij komen op de eerste plaats mevrouw Lut Hoornaert en meneer Filip Robyn die naast onze GIP ook het Comenius project waar onze GIP aan gekoppeld is in goede banen leidden. Maar naast de voorzitters van het team hebben we ook nog een legertje technische en algemeen vormende leerkrachten die ons vanuit hun werkdomein vooruit hielpen, zijnde meneer Wim Andries, mevrouw Tine Hoorelbeke, meneer Wim Debyser, meneer Jacky Crevits en mevrouw An Spenninck. Ook willen we directeur Eddy Van Autreve onze dank betuigen. Maar naast een controle op de juistheid van de inhoud moest ook de manier waarop dit verhaald wordt een strenge controle ondergaan. Dit werd hoofdzakelijk door mevrouw Miek Inghelram gedaan, maar we kregen soms ook een verbetering van meneer Filip Robyn. Waarvoor opnieuw onze besliste uitdrukking van dank. Als laatste maar niet als minste willen we ook nog Rob Widger en LEGO bedanken. Dit dan vooral voor hun materiële ondersteuning die het mogelijk maakte verschillende experimenten tegelijk te ontwerpen en later dan ook te testen.

117

Bijlagen

Bijlage 1: Logboek Marijn Theunynck

Datum Tijd (min) Omschrijving School Thuis

01/09 50 (SEM) - GIP: algemene richtlijnen X

01/09 100 (SEM) - GIP: concrete afspraken X

07/09 30 - wrijving: informatie zoeken over wrijving en luchtweerstand X

08/09 30 - bedrijf zoeken + contact maken X

17/09 15 (SEM) - GIP: algemene planning in orde maken X

17/09 75 (SEM) - wrijving: informatie zoeken X

18/09 15 - wrijving: zoeken proef X

24/09 80 (SEM) - GIP: algemene planning opnieuw opstellen X

24/09 60 - bedrijf zoeken + lespakket wrijving X

26/09 30 - wrijving: proef zoeken X

27/09 80 - wrijving: opstelling proef maken X

30/09 70 - wrijving: zoeken informatie + proef bijwerken X

01/10 200 (SEM) - wrijving: proef ontwerpen X

01/10 45 - wrijving: Proef ontwerpen X

02/10 20 - wrijving: programma proef X

04/10 250 - wrijving: programma proef + meting - wrijving: afwerken lespakket X

06/10 11/10 -

(SEM) - Comeniusmeeting Zweden X

14/10 40 - verbetering lespakket wrijving X

15/10 70 (SEM) - wrijving: verbetering lespakket X

15/10 60 - wrijving: verbetering lespakket X

15/10 30 - milieu en zonne-energie: informatie zoeken X

16/10 75 - wrijving: verkorte versie maken X

118


16/10 30 - LEGO NXT: motoren: proef opstellen X

22/10 200 (SEM) - wrijving: aanpassen (SEM) - LEGO NXT: motoren: aanpassen X

22/10 30 - wrijving: aanpassen - LEGO NXT: aanpassen X

27/10 50 - wrijving: aanpassen - LEGO NXT: aanpassen X

28/10 100 - LEGO NXT: motoren: aanpassen X

30/10 30 - wrijving: aanpassen X

31/10 150 - milieu en zonne-energie: verbeteren X

02/11 120 - lespakket wrijving: aanpassen X


05/11 100 (SEM) - bekijken logboek (SEM) - milieu en zonne-energie: aanpassen

X


08/11 60 - wrijving: lineaire regressie met GRM + Ti Connect uitproberen X

10/11 130 - milieu en zonne-energie: aanpassen - wrijving: aanpassen

X

10/11 30 - mail: Green Fever - zoeken bedrijven zonnevolger

X

11/11 40 - informatie zoeken zonnevolger, zonnedak in Ninove

X

11/11 30 - mail: Ikaros Solar X

12/11 200 - schooltjes: brieven rondbrengen X

12/11 100 (SEM) - cursusjes labview testen X

15/11 30 - LEGO League: proef bedenken X


17/11 15 - mail: Ikaros Solar X

18/11 30 - LEGO League: proef bedenken X

19/11 100

(SEM) - LabVIEW uittesten + proef Klaas controleren X

23/11 40 - wrijving: verbetering op taal - LEGO NXT: motoren: verbeteren

X

119


24/11 60 - verbeteren brief Nederlands - logboek aanvullen (digitaal + bibliografie)

X

25/11 30 - wrijving: verbeteren volgens Dhr. Debysere

X

26/11 100 (SEM) - dossier opmaken X

26/11 30 - verbeteren lespakket wrijving volgens Dhr. Debysere X

28/11 40 - LEGO NXT: motoren: vertalen (NL EN) X

27/11 10 - wrijving: verbeteren tekst op taal (mevr. Inghelram) X


01/12 30 - schooltjes: voorstelling voorbereiden X


02/12 30 - LEGO League: proefje bedenken X

03/12 100 (SEM) - wrijving: opstelling proef bijwerken X

03/12 60 - wrijving: opstelling proef bijwerken X

06/12 30 - LEGO NXT: motoren: verbeteren (NL EN) X

09/12 60 - wrijving: opstelling proef bijwerken X

09/12 100 - LEGO NXT: motoren: vertalen (NL FR) X

10/12 100 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: filmpjes maken X

11/12 30 - voorstelling GIP/JURY: voorbereiden X

12/12 100 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: voorbereidend X

12/12 70 (SEM) - LEGO NXT: motoren: vertalen (NL FR) X X

15/12 100 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: voorbereiden X

16/12 150 - voorstelling GIP/JURY: voorbereiden + lezen dossier X

17/12 100 - voorstelling GIP/JURY: voorstellen X

22/12 200 - wrijving: ontwerp teken in LDD X


25/12 120 - wrijving: tekst bijwerken+ proef controleren X

120


29/12 150 - logboek aanvullen - wrijving: opstelling proef aanpassen X


31/12 120 - schooltjes: voorbereiding voorstelling

X

04/01 150 - wrijving: bijwerken tekst X

05/01 200 - sensoren: motoren: vertalen (NL EN) X

06/01 120 - LEGO wedstrijd: - voorbereiden voorstelling X

07/01 400 - LEGO Wedstrijd: voorstelling brengen - wrijving: bouwplan maken in ML Cad X X

02/02 50 - wrijving: vertalen (NL EN) X

03/02 50 - wrijving: vertalen (NL EN) X

03/02 60 - LEGO League: bouwen opdracht - wrijving: bijwerken tekst X

04/02 100 (SEM) - wrijving: opstelling bijwerken X

04/02 60 - wrijving: opstelling bijwerken - wrijving: aanpassen tekst X

05/02 150 - wrijving: vertalen tekst (NL EN) - WES: A3: helpen opstellen inhoud X

05/02 60 - wrijving: aanpassen proef en tekst X

06/02 100 - WES: A3: tekst schrijven - sensoren: motoren: vertalen

X

06/02 100 - wrijving: meting + bouwplan in ML Cad verder samenstellen X

07/02 30 - LEGO wedstrijd: artikel website X

11/02 100 (SEM) - tekst milieu aanpassen X

11/02 60 - zonnevolger: milieu: aanpassen - zonnevolger: informatie X

13/02 150 - wrijving: aanpassen tekst - wrijving: vertalen tekst (NL FR) X

15/02 60 - zonnevolger: informatie de zon (wiskunde) X

17/02 100 - LEGO wedstrijd: voorbereiden voorstelling X

18/02 150 (SEM) - LEGO Wedstrijd: voorstelling (SEM) - Zonnevolger: principe beweging zon tov aarde X

18/02 50 - zonnevolger: milieu: verbeteren tekst X

23/02 30 - zonnevolger: milieu: verbeteren tekst - wrijving: verbeteren tekst X

121


24/02 120 - zonnevolger: testen lichtsensor - milieu: afwerken tekst X

25/02 20 - dossier: logboek in orde maken X

27/02 30 - zonnevolger: schijnbare beweging van zon X

02/03 30 - WES: uit te hangen: wrijving + programmeren sensoren

X

02/03 60 - zonnevolger: schijnbare beweging van zon X

04/03 100 (SEM) - wrijving: bijwerken tekst (SEM) - WES: voorbereiding EXPO X

06/03 30 - WES: voorbereiding EXPO X

09/03 60 - wrijving: aanpassen tekst X

10/03 100 - testen wrijving testen met 5IW X

10/03 50 - testen lespakketten: testronde 1 (5iw) - WES: voorbereiden EXPO

X

10/03 60 - zonnevolger: tekst opmaken omrent de schijnbare beweging zon X

11/03 100 (SEM) - WES: voorbereiding EXPO (SEM) - zonnevolger: schijnbare beweging zon herlezen

X

11/03 60 - WES: voorbereiding materiaal X

12/03 14/03 - - WES: wetenschapsEXPOscience 2009

Hiezel Brussel: voorstelling X

15/03 30 - wrijving: verbeteren vertaling (NL EN) X

17/03 100 - wrijving: verbeteren vertaling (NL FR) X

18/03 100 (SEM) - opmaken planning + bespreken

X

20/03 100 - LEGO League: tekst opmaken X

20/03 50 - Wrijving: verbeteren vertaling (NL EN) X

24/03 30 - dossier: bibliografie in orde maken - LEGO League: aanpassen tekst X

25/03 100 (SEM) - LEGO League - zonnevolger: schijnbare beweging zon heropmaken

X

27/03 50 - LEGO League: aanpassen tekst X

30/03 150 - LEGO League: verbeteren opstellingen opdrachten

X

31/03 70 - zonnevolger: tekst opmaken omrent stand zon en aarde X

122


01/04 100 (SEM) - LEGO League: tekst + foto’s (SEM) - wrijving: afwerken (NL+FR) X

02/04 200 - LEGO League: bak schilderen X

03/04 50 - stand van de zon: aanpassen + verbeteren X

06/04 200 - stand van de zon: aanpassen + verbeteren X

07/04 50 - dossier: Logboek in orde maken X

13/04 120 - LEGO League: proeven controleren X

15/04 60 - stand van de zon: verbeteren X

21/04 120 - milieu: verbeteren tekst - LEGO League: bak in orde brengen X

22/04 100 - stand van de zon: verbeteren tekst X

24/04 100 - LEGO League: bak in orde brengen - LEGO League: testen opdrachten bak X

29/04 30 - EXPO – 1 mei: voorbereiden: controle teksten + opdrachten X

30/04 180 - EXPO – 1 mei: voorbereiden: controle teksten + opdrachten X

01/05 250 - Expo – 1 mei X

03/05 120 - LEGO League: verbeteren tekst - stand van de zon: verbeteren tekst X

04/05 100 - milieu: verbeteren tekst - LEGO bakken sorteren X X

05/05 50 - Stand van de zon: bespreking tekst X

06/05 250 - Stand van de zon: verbeteren tekst - Stand van de zon: bespreking tekst X

09/05 100 - milieu: afwerken tekst - stand van de zon: afwerken tekst X

19/05 300 - cd-rom: hoesjes afmaken - wrijving in 18de eeuw: tekst opstellen X

20/05 100 (SEM) - dossier: controleren van inhoud X

123

Bijlage 2: Logboek Maarten Lermytte


01/09 50 (SEM) - GIP: algemene richtlijnen X

01/09 100 (SEM) - GIP: concrete afspraken X

01/09 30 - zonnevolgsysteem: info opzoeken X

04/09 15 - mailen: ecohouse.net: informeren naar bedrijf die zonnevolgers maakt X

06/09 100 - ECB: vermogen - snelheid NXT: meting uitvoeren X

07/09 30 - mailen: PIH, OLV Zeebrugge X

09/09 60 - zonnevolger: tekst doornemen (smartschool) X

16/09 60 - zonne-energie: opstelling proef X

17/09 50 (SEM) - lichtvolger: verbeteren - zonne-energie: verbeteren proef X

17/09 50 -algemene planning: afwerken

21/09 60 - lichtvolger: tekst verbeteren X

27/09 90 - zonne-energie: metingen proef X

30/09 60 - zonne-energie: uitleg proefje zonne-energie X

31/09 200 (SEM) - zonne-energie: afwerken tekst (SEM) - lichtvolger: afwerken X

02/10 60 - lichtvolger: verbeteren X

03/10 60 - lichtvolger: programma labview verbeteren en doorlopen met cursusje X

06/10 11/10 - - Comeniusmeeting Zweden X

15/10 60 (SEM) - zonne-energie: proef afwerken X

17/10 90 - GIP: afspreken voorstelling GIP/JURY X

20/10 90 - sensoren: druksensor tekst schrijven en tekenen parcours X

29/10 45 - lichtvolger: verbeteren + plaatsen nieuwe afbeeldingen X

30/10 60 - zonne-energie: bedenken proef leerkracht X

31/10 60 - zonne-energie: verbeteren (ll - lkr) - sensoren: druksensor: verbeteren X

01/11 90 - zonne-energie: verbeteren - sensoren: druksensor: aanvullen X

124

04/11 30 - lichtvolger: programma lichttester maken X

04/11 120 - lichtvolger: proberen programmeren stopknop op NXT module X

10/11 60 (SEM) - zonne-energie: bespreken proefje leerkracht mevr. Hoornaert X

11/11 90 - zonne-energie: verbeteren + worksheet (Excel) maken (ll) X

11/11 45 - mailen: VT4 + KETNET X

18/11 60 - schooltjes: brieven lagere scholen rondbrengen X

19/11 120 - programma Klaas (LabVIEW) proberen te verbeteren

X

24/11 45 - sensoren: druksensor: afwerken tekst In orde brengen gegevens dossier

X

26/11 120 - programmeren programma Klaas labview

X

12/12 50 (SEM) - sensoren: druksensor: programma maken en verbeteren tekst (EN) X

13/12 60 - voorstelling GIP/JURY: proef druksensor filmen X

14/12 120 - voorstelling GIP/JURY: filmpjes maken opstelling en bewerken X

14/12 60 - wedstrijd WES: inschrijven X

14/12 100 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: proefjes testen X

16/12 30 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: klaarzetten proefjes + PPT X

16/12 50 (SEM) - voorstelling GIP/JURY: voorstelling oefenen (les NL) X

17/12 60 - voorstelling GIP/JURY: voorstelling X

19/12 60 - sensoren (EN): druksensor: tekst afwerken X

27/12 30 - logboek aanvullen - brief goedkeuring verlaten school: invullen X

28/12 180 - zonne-energie: proef tekenen (LDraw) + controleren programma X

28/12 60 - zonne-energie: proef optimaliseren (LDraw) X

30/12 90 - dossier: foto’s voor dossier maken + brieven overtypen

X

31/12 90 - zonne-energie: inleidende proef: LDraw model maken X

31/12 60 - zonne-energie: inleidende proef: stappenplan maken voor proef X

31/12 60 - zonne-energie: proef leerlingen: stappenplan maken voor proef X

125


31/12 90 - schooltjes: voorbereiding voorstelling X

04/01 100 - dossier: verbeteren teksten - bouwplannen: verbeteren en inpakken X

05/01 60 - LEGO League: maken proefje X

05/01 30 - GIPbrief Frans: verbeteren X

06/01 120 - schooltjes: voorbeeldproef maken, overlopen programma + tekst maken X

07/01 180 - schooltjes: voorstelling X

10/01 100 - sensoren: druksensor: vertalen tekst (NL FR) X

14/01 100 (SEM) - bouwplan: ontwerpen in MLCad X

02/02 120 - zonne-energie: vertalen (NL EN) - WES: flashfilmpjes maken (FLV-player) X

03/02 50 - bouwplan wrijving: ontwerpen X

03/02 90 - bouwplan ECB: ontwerpen X

04/02 100 (SEM) - Java album: ECB, wrijving en zonne-energie opmaken X

05/02 100 - WES: A3-blad (NL) opstellen X

06/02 100 - WES: A3-blad (NL) afwerken - sensoren: druksensor: vertalen tekst (NL FR) X

06/02 150 - Java albums: rendement opmaken X

08/02 120 - zonne-energie: vertalen (NL EN) X

10/02 90 - zonnevolgers: verder info opzoeken X

11/02 100 (SEM) - zonnevolger: bespreken idee (SEM) - samenvatting WES schrijven X

11/02 45 - zonnevolger: inleidende tekst: schrijven X

13/02 90 - WES: A3-blad (FR) vertalen X

15/02 90 - zonnevolger: onderzoek onderwerp (filmpjes bekijken, mailen, teksten lezen)_ X

17/02 30 - kompas sensor: info opzoeken X

17/02 60 - zonnevolger: premies opzoeken X

18/02 100 (SEM) - schooltjes: voorstellen (SEM) - zonnevolger: overleg type X

18/02 50 - zonnevolger: baan van de zon: samen analyseren X

23/02 60 - kompas sensor: testen werking X

126



27/02 90 - WES: documenten verzamelen X

01/03 60 - WES: aangehaalde punten uitvoeren - LEGO League: proefje voorbereiden X

03/03 120 - WES: filmpje sensoren maken - groene LEGO doos: vullen X

04/03 100 (SEM) - LEGO League: proefje uitvoeren (SEM) - LabVIEW: ultrasone sensor: probleem Boris oplossen X

05/03 90 - WES: filmpje sensoren afwerken - kompas sensor: info net doornemen X

07/03 60 - kompas sensor: inleidende tekst maken X

09/03 60 - zonne-energie: tekst (EN) verbeteren X

10/03 50 - beweging zon: tekst Marijn controleren en bijwerken X

10/03 60 - zonne-energie: tekst (EN) verbeteren X

11/03 100 (SEM) - WES: filmpje sensoren: laatste keer bijwerken X



15/03 60 - WES: mailen: VT4, Ketnet, KW X

16/03 30 - WES: mailen: Technopolis X

17/03 30 - dossier: Logboek in orde maken X

18/03 100 (SEM) - stand van de zon: gegevens uitzetten in Excel + beginnen schrijven X

20/03 200 - cd-rom: basis opstellen X

22/03 240 - cd-rom: verder ontwerpen + auto .exe aanmaken + opstartscherm aanmaken X

24/03 60 - stand van de zon: gegevens uitzetten in Excel

- WES: filmpje aanpassen X

25/03 100 (SEM) - LEGO League: schikking maken (SEM) - stand van de zon: gegevens invoeren X

25/03 60 - stand van de zon: gegevens invoeren X

26/03 45 - zonnepaneel: tekst verbeteren X

27/03 100 - cd-rom: verder maken X

27/03 45 - cd-rom: filmpjes (zonder geluid): invoegen X

30/03 120 - cd-rom: hoofdpagina in Photoshop opmaken X

127


31/03 60 - cd-rom: pagina stukkenlijst ontwerpen X

31/03 90 - cd-rom: pagina stukkenlijst afwerken X

06/04 30 - zonne-energie EN: verbeteren X

08/04 60 - stand zonnepaneel: verbeteren tekst X

11/04 100 - dossier: Logboek aanvullen (digitaal) X

13/04 30 - cd-rom: pagina samenwerking afwerken X

13/04 45 - cd-rom: pagina filmpjes afwerken X

14/04 45 - stand zonnepaneel: windrozen tekenen en invoegen X

15/4 30 - stand zonnepaneel: verbeteren X

19/04 120 - stand zonnepaneel: verbeteren X

21/04 30 - LEGO League: aanbrengen gras op bak X

21/04 50 - zonnevolger: LEGO model construeren X

22/04 100 (SEM) - zonnevolger: LEGO model afwerken (SEM) - LEGO League proefje maken X

22/04 180 - stand zonnepaneel: definitief afwerken - kompassensor: verbeteren tekst X

23/04 180 - zonnevolger: programmeren in NXT software X

24/04 190 - LEGO League: programmeren proefjes - zonnevolger: programmeren in LabVIEW X

26/04 30 - technische lessen in pdf plaatsen X

27/04 01/05 - - Comeniusmeeting België

X

04/05 150 - logboek digitaal invullen - LEGO zonnevolger: schrijven tekst X

05/05 60 - LEGO zonnevolger: afwerken tekst - dossier: alle teksten doorsturen X

05/05 60 - cd-rom: aanpassen menu’s en hoofdpagina X

09/05 30 - LEGO zonnevolger verbeteren tekst X

10/05 30 - cd-rom: typen krantenartikel X

11/05 150 - tekst zonnevolger verbeteren - cd-rom: logo bewerken + afwerken X

11/05 45 - cd-rom: inhoud aanpassen naar officiële afspraken X

128


16/05 120 - LEGO zonnevolger: tekst aanpassen - dossier: teksten controleren X

17/05 60 - cd-rom: fotopagina aanmaken en samenstellen X

17/05 90 - cd-rom: menupagina volledig hermaken X

18/05 30 - cd-rom: verbeteren - LEGO zonnevolger: verbeteren X

18/05 45 - cd-rom: alle pdf’s veranderd

19/05 60 (SEM) - cd-rom: menu’s NL EN (SEM) - zonne-energie: lay-out aanpassen X

20/05 150 (SEM) - cd-rom afwerken (SEM) - LEGO zonnevolger: verbeteren X

129

Bijlage 3: Logboek Klaas Deriemaeker


01/09 50 (SEM) - algemene richtlijnen GIP X

01/09 100 (SEM) - concrete afspraken GIP X

05/09 20 - mail: informatie vragen W. Debyser X

06/09 200 - meting 1: bouwen NXT – opstelling meten – vaststelling X

10/09 15 - meting 2: bepalen massa LEGO NXT X

13/09 120 - meting 1: meten (opnieuw+uitgebreid) (deel1) X

14/09 90 - meting 1: schrijven verslag/dossier X

15/09 150 - meting 1: meten (opnieuw + uitgebreid) (deel2) X

17/09 45 - lineaire regressie: uitleg X

18/09 25 - meting 1: toepassen+lineaire regressie X

18/09 50 - meting 1: afwerken verslag/dossier X

24/09 50 - opzoeken bedrijven i.v.m. zonne-energie X

24/09 100 (SEM) - herwerken jaarplanning X

26/09 180 - ECB proef 1: theoretische berekeningen + eerste test X

27/09 120 - meting 1: verbeterde versie X

30/09 120 - meting 1 tekst verbeteren - LabVIEW inleidende tekst verbeteren X

01/10 200 (SEM) - inleiding LabVIEW: verbeteren - inleidende proef ECB: opstelling X

02/10 180 - tekst programma(% naar cm/s) opstellen - verbeteren tekst meting 1 X

03/10 15 - meting 1: printscreen lineaire - meting 1: regressie X

06/10 11/10 - - Comeniusmeeting Zweden

X

15/10 50 (SEM) – voorstelling oudercontact: (SEM) planning + powerpoint X

19/10 150 - voorstelling oudercontact: afwerken en uitbreiden (foto’s, … ) X

20/10 150 - meting 1: verbeteren + aanvullen - omzetten % naar v: verbeteren X

130


22/10 100 (SEM) - inleiding ECB verbeteren opstelling + testen toepassing X

23/10 60 - voorstelling oudercontact (+ evaluatie voorstelling) X

26/10 150 - meting 1: workcheat: verbeteren - meting 1: verbeteren X

26/10 60 - zonnevolger: legomodel: sensoren opstelling + LDD tekening X

27/10 60 - ECB: oefening 1: verbeteren - ECB: rekenblad oefening 1: updaten X

29/10 160 - milieu: artikel opzoeken - sensoren: tekst schrijven + testen X

30/10 150 - inleiding LabVIEW: verbeteren - ECB: meting 1: verbeteren X

30/10 90 - ECB proef 1: schrijven tekst + proef testen X

03/11 30 - comenius: Video Conference test X

03/11 60 - sensoren: ultrasone sensor: tekst verbeteren X

03/11 50 (SEM) - overlopen regels verder verloop opstellen teksten X

11/11 60 - ECB meting 1: verbeteren - inleiding LabVIEW : verbeteren X

12/11 110 (SEM) – Inleiding LabVIEW: testen op duidelijkheid X

12/11 150 - wedstrijd: brieven drukken, samenstellen, rondbrengen X

13/11 90 - ECB meting 1: meting uitbreiden - ECB meting 1 : (1ste uitvoering) X

14/11 30 - mailen bedrijven (2de keer) X

18/11 90 - ECB meting 1: meting uitbreiden - ECB meting 1 : (2de uitvoering) X

19/11 100 (SEM) - ECB meting 1: opnieuw (SEM) - inleiding LabVIEW: oplossen probleem X

21/11 50 - wedstrijd: persoonlijk uitnodigen lagere school Annuntiata X

24/11 150 - ECB meting 1: tekst aanpassen - ECB inleidende proef: verbeteren X

25/11 50 (SEM) – overlopen teksten mechanica met leerkracht mechanica X

25/11 90 - aanvullen logboek X

27/11 40 - sensoren: vertalen tekst (NL EN) X

27/11 40 - sensoren: vertalen tekst (NL EN) X

28/11 50 - meting 1: opnieuw meten (versie 3) X

131


29/11 15 - LEGO League: neerschrijven ideeën X

30/11 40 - mailen: bedrijven contacteren en lagere scholen X

30/11 30 - sensoren: vertalen tekst (NL EN) - sensoren: vertalen tekst (NL FR) X

01/12 45 - wedstrijd WES: reglementen overlopen en samenvatten X

01/12 30 - sensoren: opzoeken vaktermen voor vertaling (NL EN) (NL FR) X

02/12 120 - logboek in orde brengen - teksten mechanica afwerken X

02/12 20 - mailen: David van Malderen X

03/12 100 (SEM) – wrijving: herwerken opstelling proef (met Marijn) X

08/12 100 - ECB: verbeteren en afwerken - LabVIEW: verbeteren en afwerken X

08/12 30 - voorstelling GIP/JURY: inhoud X

09/12 120 - LabVIEW: verbeteren en aanvullen - voorstelling GIP/JURY: PPT X

10/12 100 - voorstelling GIP/JURY: verder werken PPT X

13/12 100 - voorstelling GIP/JURY: filmpjes PPT (deel 1) maken X

14/12 240 - voorstelling GIP/JURY: afwerken PPT X

15/12 30 - voorstelling GIP/JURY: filmpjes PPT (deel 2) maken X

15/12 60 - voorstelling GIP/JURY: oefenen - wedstrijd: afspraken schooltjes X

16/12 100 - voorstelling GIP/JURY: proefjes afstellen en lokaal klaarzetten X

17/12 120 - voorstelling GIP/JURY: voorstelling voor externe en interne juryleden X

21/12 120 - LEGO League: proefje 1ste model maken X

26/12 220 - logboek aanvullen - dossier: aanvullen X

27/12 120 - dossier: ineen steken + layouten X

28/12 60 - dossier: ineen steken + lay-outen X



31/12 120 - schooltjes: voorbereiden voorstellen X

132


02/02 50 - ECB: inleiding + proef ll: vertalen tekst (NL EN) X

03/02 50 - WES: A3 blad: afwerken X

04/02 100 - ECB: inleiding + proef ll: vertalen (NL EN) - zonnevolger: milieu: tekst aanpassen X

05/02 100 - WES: samenvattend verslag: helpen schrijven X

06/02 100 - WES: samenvattend verslag: afwerken tekst X

07/02 70 - zonnevolger: geschiedenis LabVIEW: schrijven X

09/02 100 - zonnevolger: geschiedenis LabVIEW: schrijven X

10/02 60 - dossier: aanpassen met nieuwste versies lespakketten X

11/02 100 - zonnevolger: milieu: afwerken tekst - zonnevolger: geschiedenis: afwerken X

13/02 100 - zonnevolger: inleiding: schrijven eerste versie X

16/02 30 - testen lespakketten: voorbereiding testronde 1 met leerlingen 5iw X

17/02 100 - testen lespakketten: testen ECB - voorbereiden LEGO Wedstrijd X

17/02 50 - zonnevolger: inleiding: afwerken X

18/02 50 - LEGO wedstrijd: voorstelling schooltjes X

24/02 200 - zonnevolger: inleiding: afwerken tekst X

25/02 90 - zonnevolger: inleiding: verbeteren tekst - ECB: verbetering vertaling (NL EN) X

26/02 30 - WES: titels (NL + FR) maken X

01/03 100 - zonnevolger: inleiding: verbeteren X

01/03 30 - WES: bespreken en voorbereiden EXPO X

02/03 50 - testen lespakketten: testen ECB X

04/03 100 - WES: uit te hangen: afbeeldingen ECB + wrijving + zonne-energie opstellen X

06/03 100 - Wes: uit te hangen: samenstelling afbeeldingen X

07/03 200 - WES: aferken, herontwerpen, vertalen en verbeteren titels (NL+FR) X

09/03 30 - WES: voorstelling oefenen en bespreken (NL+FR) X

10/03 200 - WES: uitprinten, uitknippen en ordenen afbeeldingen en titels (FR+NL) X

133


11/03 100 (SEM) - WES: opstellingen bouwen en bijwerken + programmeren X

12/03 50 - WES: laatste materiaal halen, alles samenbrengen en voorbereiding afronden X



15/03 150 - zonnevolger: uitmeten zonnepaneel: voorbereiding meting + meting X

17/03 30 - zonnevolger: uitmeten zonnepaneel: meetgegevens analyseren + concluderen X

18/03 100 (SEM) - opmaken planning + bespreken

X

21/03 22/03 390 - zonnevolger: uitmeten zonnepaneel:

meting 2 + schrijven tekst X

25/03 100 (SEM) - zonnevolger: uitmeten: verbeteren (SEM) - zonnevolger: vergelijking teksten: stand zone en meting X

28/03 50 - ECB: inleiding + proef ll: verbeteren X

30/03 150 - LEGO League: verbeteren opstellingen opdrachten X

01/04 100 (SEM) - LEGO League: bespreking bak (SEM) - + indeling bespreken X

02/04 300 - LEGO League: bak schilderen + indeling vlakken tekenen X

06/04 100 - zonnevolger: uitmeten zonnepaneel: verbeteren X

07/04 200 - dossier: aanvullen teksten + controle op volledigheid X

08/04 60 - dossier: overzicht teksten voor 2de semester opmaken X

15/04 60 - EXPO: overzicht materiaal en werk om uit te hangen opstellen X

17/04 120 - zonnevolger: uitmeten zonnepaneel: hervormen van besluiten X

20/04 100 - EXPO: opmaken afbeeldingen + titels + verbetering (NL+FR+EN) X

21/04 100 - EXPO: opmaken afbeeldingen + titels X

22/04 120 (SEM) - EXPO: opmaken afbeeldingen + titels: afwerken

X

24/04 120 - EXPO: uitknippen en ordenen titels en afbeeldingen om uit te hangen X

26/04 60 - uitmeten zonnepaneel: verbeteren tekst X

27/04 01/05 - - Comeniusmeeting X

03/05 100 - dossier: aanvullen met teksten 2de semester + lay-out aanpassen X

05/05 100 - dossier: aanvullen met teksten 2de semester + lay-out aanpassen X

134


06/05 200 - dossier: overzicht aan te vullen teksten vervolledigen (1ste en 2de semester) X

07/05 10 - dossier: afbeelding voor voorblad opmaken X

09/05 150 - dossier: afwerken dossier: invoegen alles afgewerkte teksten X

10/05 300 - dossier: controle dossier: alles controleren i.v.m. BIN normen X

11/05 200 - cd-rom: ontwerpen cd-rom hoesje X

12/05 150 - cd-rom: ontwerp cd-rom hoesje aanpassen en verbeteren X

17/05 200 - dossier: invoegen laatste teksten - PowerPoint: eerste versie opmaken X

18/05 90 - cd-rom: ontwerp cd-rom hoesje aanpassen en verbeteren X

19/05 250 - cd-rom: hoesjes maken (afprinten + uitknippen)(10 exemplaren) X

20/05 120 (SEM) - dossier: controleren op inhoud en op volledigheid X

135

Bijlage 4: Werk Nederlands

Werk eerste semester: brieven Werk Marijn Theunynck VTI Veurne 11september 2008 Marijn Theunynck Iepersesteenweg 90 8630 VEURNE Aquasolar Hulsterweg 7a 3980 TESSENDERLO Informatie over wrijving Geachte Ik ben leerling uit het zesde jaar Industriële Wetenschappen van het VTI Veurne. Dit jaar moet ik een eindwerk maken i.v.m. zonne-energie, meer bepaald zonnevolgsystemen. Het zou handig zijn om wat meer informatie te verkrijgen omrent zonnevolgers. Mijn vraag is nu ook of jullie met zonnevolgsystemen werken en/of jullie ze ook installeren. Met vriendelijke groeten.

Marijn Theunynck

136 EXPERIMENTEREN MET LEGO EN ZONNE-ENERGIE

Werk Maarten Lermytte

VTI Veurne 11 september 2008 Maarten Lermytte Iepersesteenweg 90 8630 VEURNE Gemeentelijke basisschool Dorpsstraat 24 8660 ADINKERKE Informatie over deelname LEGO CAT wedstrijd Geachte Ik ben één van de zes leerlingen van het zesde jaar IW van het VTI Veurne. Dit jaar is het de bedoeling dat we een eindwerk maken. Bij ons wordt dit gecombineerd met een comeniusproject, dit is een internationaal samenwerkingsproject tussen verschillende scholen. Wij werken samen met Griekse en Zweedse partners. Wij zullen dit jaar een cursus maken voor het tweede en derde jaar middelbaar technisch onderwijs. De bedoeling daarvan is de lessen elektriciteit en mechanica te visualiseren aan de hand van LEGO Mindstorms NXT. Natuurlijk hoort er bij een lessenpakket ook een logo. Dit zou bij ons een kat in LEGO moeten zijn wat sterk aanleunt bij de naam van ons project: LEGO “CAT”. Daarom hebben we een wedstrijd uitgeschreven voor de lagere scholen met de vraag of ze ons logo willen ontwerpen. Met andere woorden ontwerp een kat in LEGO en je kan deelnemen aan onze wedstrijd. De prijs die eraan vasthangt voor de winnende school is een LEGO Mindstorms NXT pakker ter waarde van 260€ die geschonken worde door de LEGO company. Inschrijven kan je door te mailen naar [email protected] met als onderwerp: “LEGO CAT wedstrijd” Vriendelijke groet

Maarten Lermytte


Werk Klaas Deriemaeker

VTI Veurne 11 november 2008 Iepersesteenweg 90 8630 VEURNE Vrije Basisschool Annuntiata D. de Haenelaan 6 8630 VEURNE Deelname LEGO CAT wedstrijd Geachte heer/mevrouw Wij zijn leerlingen van het zesde jaar Industriële Wetenschappen van het VTI Veurne. Om de wedstrijd beschreven in bijgaande brief wat concreter te maken voor de leerlingen, zouden we graag onderstaand voorstel doen. We zijn ervan overtuigd de leerlingen van het vijfde en zesde leerjaar warm te kunnen maken voor ons project door de bedoeling en de inhoud ervan, persoonlijk te komen voorstellen in de klas. Wij hadden gedacht aan een woensdagvoormiddag tussen 8.25 uur en 12 uur. Gedurende een 45-tal minuten kunnen we dan ten eerste de werking van de LEGO Mindstorms NXT uitleggen, om daarna de kinderen interactief met deze Lego te laten kennismaken We hopen dat u geïnteresseerd bent in onze wedstrijd en danken u reeds voor uw eventuele uw deelname. Voor verdere vragen kunt u terecht op het e-mail adres van onze school, [email protected], met de vermelding LEGO CAT wedstrijd. Het bijgevoegde reglement kan ook voor verduidelijking zorgen. Met vriendelijke groeten. Leerlingen van 6IW


Werk tweede semester: Verslag WES Project: EXPERIMENTEREN MET LEGO EN ZONNE-ENERGIE

Leerlingen: Marijn Theunynck, Maarten Lermytte en Klaas Deriemaeker

School: VTI VEURNE

KLAS: 6 IW 1 DOEL

De bedoeling van dit project is om de lessen mechanica, elektriciteit en ICT in de tweede graad TSO nijverheidsonderwijs aantrekkelijker te maken door gebruik te maken van de LEGO NXT. Deze NXT-robot is uitgerust met motoren en basissensoren. Wij staan zelf in voor de volledige uitwerking van het project. Onder de schooluren krijgen we twee lesuren om aan ons project te werken onder begeleiding van leerkrachten, maar ook thuis besteden we hieraan heel wat tijd. Het project is een onderdeel van ons eindwerk. Het uitdenken van lespakketten was de opdracht voor het eerste semester. In het tweede semester bespreken we een zonnevolger. Hierbij hoort een vergelijkende studie tussen een zonnepaneelinstallatie mét en een zonder zonnevolgsysteem. Ook hiervan bouwen we een LEGO-model. 2 Lespakketten

We maakten lespakketten in verband met de eenparige cirkelvormige beweging, de mechanische wrijving, zonne-energie, het programmeren met LabVIEW, het programmeren van een LEGO lichtvolger met LabVIEW en tenslotte het programmeren van de sensoren van de LEGO Mindstorms NXT. 2.1 Lespakketten technische vakken

Bij de les van de eenparige cirkelvormige beweging (ECB) wordt met de leerlingen op zoek gegaan naar een verband tussen de omtreksnelheid en de hoeksnelheid. Dit gebeurt aan de hand van een experiment met de NXT. Op het einde van dit thema moeten de leerlingen met de opgedane kennis een oefening maken waarna ze de uitkomst met de LEGO NXT uittesten. Bij de les wrijving wordt eerst een theoretische uiteenzetting gegeven. Daarna vergelijken de leerlingen de wrijvingsfactor van verschillende ondergronden en controleren sommige wrijvingswetten. Dit gebeurt opnieuw met experimenten met de LEGO NXT. We beschikken over een beweegbare helling waarop een massa gelegd wordt.


Bij een bepaalde hoek van de helling zal de massa naar beneden glijden. De NXT-sensor ziet het blok glijden en stopt het bewegen van de helling. Met deze hoek kan de wrijvingsfactor berekend worden. In de les zonne-energie wordt kort de werking van een zonnepaneel besproken. Daarna gaan de leerlingen zelf op zoek naar factoren die het rendement van een zonnepaneel beïnvloeden. Dit gebeurt opnieuw aan de hand van een experiment dat ontworpen is met LEGO. De opbouw van de experimenten ging telkens gepaard met het uitdenken van bouwplannen voor de LEGO-constructies. Om het de leerkracht gemakkelijk te maken, maakten we bouwinstructies voor ieder model uit de lespakketten. Dit gebeurt aan de hand van MLCad, een technisch tekenprogramma dat speciaal ontworpen is voor het ontwerpen van LEGO-modellen. 2.2 Lespakketten ICT

Een eerste lespakket ICT leert de leerlingen programmeren met de sensoren van de LEGO Mindstorms NXT. Daarbij maken ze gebruik van de software die werd meegeleverd door LEGO zelf. Onze inbreng in deze cursus betreft het gebruik van de ultrasone sensor, de druksensor en de motoren. Bij iedere sensor wordt eerst een korte uitleg gegeven over wat de sensor doet. Hierbij moeten de leerlingen zelf voorbeelden zoeken van het gebruik van zo’n sensor in het dagelijkse leven. Daarna komen de manieren aan bod waarop de sensor met de LEGO-software kan geprogrammeerd worden. Tenslotte is er een opdracht uitgewerkt die de leerlingen tot een goed einde moeten brengen met wat ze geleerd hebben. Wij vertaalden dit lespakket met de hulp van onze leerkrachten in het Frans en het Engels. De Grieken en Zweden, waarmee wij een Comeniusproject LEGO CAT International hebben, vertaalden deze pakketten in het Grieks en het Zweeds. In een tweede lespakket leren de leerlingen programmeren met LabVIEW. LabVIEW is een grafische programmeeromgeving en wordt vaak gebruikt in de industrie. Het programma maakt het onder meer mogelijk om metingen en simulaties uit te voeren. Wij maakten een basiscursusje waarmee leerlingen zelfstandig een aantal kneepjes van het programma kunnen leren aan de hand van de LEGO Mindstorms NXT. Daarnaast maakten we ook een lespakket waarbij leerlingen creatiever aan het werk moeten. In dit pakket maken ze een lichtvolger die zij moeten sturen met behulp van LabVIEW.


Bijlage 5: Werk Engels

Werk eerste semester: brieven Werk Marijn Theunynck VTI Veurne 11 September 2008 Marijn Theunynck Iepersesteenweg 90 8630 VEURNE Vrije Basisschool De Ark Helvetsiastraat 28 8670 KOKSIJDE Dear Mr or Ms, I’m a student of science and technology at VTI Veurne. This year, I’m doing my end work. We are organising a competition for the kids in het 5th and 6th year of the elementary schools. The name of the project is LEGO-CAT international and they have to construct a cat in LEGO. The first prize is a LEGO NXT. The prize giving is on the 1st of May 2009. I hope to receive a reply and that you very interesting in this competition. And maybe you will win the first prize. Thanks in advance

Marijn Theunynck



Maarten Lermytte 11 September 2008 Moeresteenweg 85 8660 ADINKERKE BELGIUM DEGERenergie GmbH Steinshalde 56 72296 SCHOPFLOCH-OVERIFLINGEN GERMANY Dear Mr or Ms, I’m a student of 6 Industrial Sciences of VTI Veurne and we would make a solar tracker for our end work at the end of the year. I see on your site that your company makes solar trackers. Is it possible that we can get some technical books about how to construct and how a solar tracker works? And some pictures are always very handy to have, if we build the solar tracker. Thank you for reading my letter and I hope you can help me with some information. Yours faithfully

Maarten Lermytte



Klaas Deriemaeker 13 October 2008 Pauwel Heinderycxstraat 13 8630 VEURNE BELGIUM Loughborough University – Faculty of Engineering Ann Dumoulin LEICESTERSHIRE LE11 3TU ULITED KINDOM Dear Mrs Dumoulin I am a student of the sixth form at the department of Science and Technology of VTI Veurne. In this year we are supposed to work on a final year paper. The topic of this paper is a solar tracker. I was being told that your school has a solar tracker. Would it please be possible to get some information about this topic? We are looking for material about the production of a solar tracker and it’s the benefits. It would also be very nice if I were able to come and visit your school to see the solar tracker. It is not my intention to copy the document you supply us with. I’m looking forward to your answer and I am very grateful for whatever you might send me. Yours sincerely

Klaas Deriemaeker


Werk tweede semester: Lespakket LEGO Mindstorms NXT

1 Using the motor 1.1 When do you use a motor? In our daily life a lot of things need a motor. Everyone of us knows that. Give some examples:

- cars, motorbikes, blender, lawn-mower,… | - | - |

1.2 How to use a LEGO motor? You can drive a little car with a LEGO motor. But you can also use a motor and let it hit a ball.

Pic1.1 LEGO motor

Pic1.2 LEGO motor: setting of the ‘move’ block


1.3 How to use the ”Display” screen? Switch on the NXT by pressing the orange button. The main menu appears. Press the right hand button twice and you will get the “Display” or ‘View’ screen. Press the orange button again. With the display you can determine the exact distance that the NXT has to drive. In order to find the number of revolutions for a certain distance you scroll with the arrow buttons until you find the button ‘Motor rotations R’. Press the orange button once more. Next you have to select which gate the motor is connected to. If you now push the robot forward you will see how many rotations it makes. Task What you need.

- NXT basic model - an extra motor mounted onto the NXT and built in

- compliance with the model in the manual. - ball with a little holder built like the model in the

- manual. - black tape for the circuit

Task The NXT basic model has to complete the course as represented below. At the end of the course, there is a little ball. You have to knock away this small ball with the extra motor. Take care, the NXT robot should stay within the black lines. This can only be done by accurately defining the angles and by choosing exactly the same starting position with every try. Therefore it can be interesting to mark this position with a piece of black tape. See to it that the NXT robot performs the test as fast as possible.


Solution Write down which steps you have to take to perform the task. Which block do you have to add? Which are the settings you apply?

move port B en C duration: measured degrees

move port B en C steering: to the right duration: measured degrees

move port B en C duration: measured degrees

move port B en C steering: to the left duration: measured degrees

move port: B en C duration: to finish


2 Using the touch sensor 2.1 What is a touch sensor and what can you use it for? A touch sensor is a sensor that works as a switch and reacts when you push the button. The sensor signals the NXTmodule if it is pushed in or not. A good touch sensor can even measure how strong the pressure on the sensor is. This is measured in Pa. A touch sensor is used a lot in daily life; but it isn’t that obvious. Can you come up with 2 examples in which touch sensors are used?

- | - |

2.2 How to use the LEGO touch sensor? The LEGO touch sensor is a very simple sensor which can only check if the sensor has been pressed or not.

Pic2.1 LEGO touch sensor

The touch sensor has a hole in the middle in which you can fit an axle. You can build a construction on it that allows the sensor to “feel” objects better. You can use the touch sensor in 2 ways:

- The first way in which you can use it, is with the ‘Wait’ block. When using this block the NXT waits until the touch sensor registers pressure. The robot can then start on the next task.

- A second way to use the touch sensor is by using the ‘Switch’ block. With

this block you can give the robot a task when the touch sensor is pressed and another task when it is not. This is called true/false programming. An example: you can have the robot drive forward as long as the touch sensor isn’t pressed. When the sensor touches an object the robot must stop.


Pic2.2 ‘wait’ block Pic2.3 ‘switch’ block

2.3 Task What you need

- NXT basic model without sensors - the touch sensor which you mount at the front of the NXT - black tape to mark the track - 2 little vertical boards which will serve as walls

Task The goal is to programme your NXT-robot so that it keeps to the track and uses the touch sensor. Have the basic model of the NXT drive forward until it detects the wall with the touch sensor. Next it has to turn and drive to the other wall and then turn again. Now the robot has to drive to the finish and stop. In the drawing below you can see the track. You have your robot do the track as fast as possible. It’s not allowed for the NXT to cross the black lines. You can solve this problem by accurately measuring the angle at the turning points and by always taking the same starting position. That’s the reason why it can be useful to mark the starting position with black tape.


Solution Write down which steps you have to take to perform the task. Which block do you have to add? Which are the settings you apply?

move port: B en C duration: unlimited

wait for port: 1 action: pressed

move port B en C steering: to the right duration: measured degrees

move port: B en C duration: unlimited

wait for port: 1 action: pressed

move port B en C steering: to the left duration: measured degrees

move port: B en C duration: to finish


3 Using the ultrasonic sensor 3.1 What is an ultrasonic sensor and what is it used for? An ultrasonic sensor is a sensor that can measure distances. The sensor sends and receives a signal. The time between sending and receiving determines the actual distance to an object. So, the longer it takes for the sensor to get the signal back, the further away the object is. This sensor is used in the parking aid system of new cars. In this case the sensor determines the distance between the cars to prevent the cars from bumping into each other. Name 2 other examples in which the ultrasonic sensor is used.

- | - |

3.2 How to use the LEGO ultrasonic sensor? The ultrasonic sensor created by LEGO has a reliable range from 5 till 220 cm. The distance shown is the distance measured from the back of the sensor, as it were the rear side of the ‘eyes’ of the sensor.

Fig3.1 LEGO ultrasonic sensor

The ultrasonic sensor can be used in two ways:

- You can also use the ‘Wait’ block. The action of the next block can only start if the condition of this block is fulfilled. So the robot waits for the condition to be realized. This condition could be “a distance smaller than or bigger than a selected value”.

- You can use the sensor with the ‘Switch’ block. With this block you can choose between two conditions: closer or further away than the selected distance. Similar to a camera a flower suggests nearby, the closer or ‘less than’ option. The mountain suggests further away, the ‘farther than’ option.


Pic3.2 ‘wait’ block Pic3.3 ‘switch’ block

3.3 Task What you need

- tape, to mark a zone - LEGO NXT with the LEGO ultrasonic sensor - free standing table

Task You let the robot drive along the edge of the table, but ensure that the robot does not fall off the table. The robot must always drive within an area of 20 cm from the edge of the table. At the corners of the table the area is slightly rounded.


Solution Write down every step of your program in the grid below. Which block do you have to add? Which are the settings you apply?

loop

switch sensor: ultrasonic port: 4 compare: less than 15

less than

move

port: B and C steering: slightly to motor B power: 50 duration: unlimited

farther than

move port: B and C STOP

move port: C power: 50 duration: 8 degrees

move port: B power: 50 duration: 8 graden


Werk tweede semester: Lespakketten 1 Uniform Circular Motion 1.1 Introductory experiment 1.1.1 The concept UCM Definition A uniform circular motion is a motion in which an object moves

in the same direction, with a constant speed along a circular path.

Do you know some examples of a UCM.

- | - | - |

1.1.2 Experiment Goal Demonstrate the relation between the peripheral speed and the

angular speed. Set-up With this experiment we want to find the relation between the

peripheral speed and the angular speed. Use the set-up shown below. The building plan will be provided by your teacher. The weights that are used weigh about 55 gr. The rope has a length of about 1m and is fixed to the spokes of the wheels. (see black arrows in the main picture)

Pic1.1 UCM: set up introductory experiment

1


Program We want the engine to turn 3 rotations at an average power of 75%. Next, the engine stops. The time will be shown on the NXT display.

Which block do you

use? Which are the settings you apply?

timer timer: 1 action: reset

motor duration : 3 rotations power: 75% motor: A

timer timer: 1 action: read

number in text

display action: text

wait control: time until: 5 seconds

Part 1 In this experiment the diameter of the wheels will be important. The big white wheel will be called wheel 1 and the small grey wheel will be called wheel 2.

0,0635 0,0295 Part 2 Let the program run. The shaft will turn 3 times. Then a time will be shown on the NXT display. This is the time needed for the NXT to make the 3 rotations. To determine the displacement of the weights, you measure the

distance from the weights to the table twice. Once before and once after the experiment. The difference between the two measurements is the displacement of the weight. This is illustrated in the pictures below.


Pic1.2 UCM: Position before the experiment Pic1.3 UCM: Position after the experiment

Measure the displacement of each of the two weights. Fill in the time that was shown on the NXT display in the following table. After each execution of the experiment, slowly pull down the weights in order to start again.

Measurement Time 1st execution 2634 2and execution 2598 3de execution 2617 average 2,6

Measurement displacement wheel 1

displacement wheel 2

1st execution 0,60 0,27 2and execution 0,57 0,27 3de execution 0,56 0,28 average 0,58 0,27


Determine the speed of each weight. /

Wheel 1 Weight 1 moves 0,58 m in 2,6 s, so

,

, 0,223 / .

Wheel 2 Weight 2 moves 0,27 m in 2,6 s, so

,

, 0,104 / .

Determine the number of revolutions of each wheel. /

Wheel 1 Wheel 1 makes 3 revolutions in 2,6 s, so

, 1,15 .

Wheel 2 Wheel 2 makes 3 revolutions in 2,6 s, so

, 1,15 .

Conclusion In each measurement the power of the engine is constant, so we

can conclude:

- when we change the diameter of the wheels, the number of revolutions remains constant .

- the larger the diameter of the wheels, the higher the speed at which the weights are displaced. The displacement speed of the weight is the same as the peripheral speed of any point on the wheel.

The peripheral speed of a point in a UCM is the displacement of that point made per time interval, in other words: the circumference of the circle multiplied by the number of revolutions .

. . /

The speed at which the weights are displaced can also be expressed by the angle that is gone through. This speed is called the angular speed and is expressed in the number of radians per time interval or / .


We know that a complete circle has an angle of 360 ° or 2 rad. If a point on a circle has a number of revolutions of 1 revolution per second 1 , we have 2π / . If 2 , then

4π / . This leads us to the formula:

2 . /

Now calculate the angular speed of each wheel. 2 .

Wheel 1 Wheel 1 has a 1,15 , so ω 2 . 1,15 rad . s 7,23 rad/s .

Wheel 2

Wheel 2 has a 1,15 , so ω 2 . 1,15 rad . s 7,23 rad/s . Link Now we look for the relation between the peripheral speed and the angular speed of each weight. Complete the table underneath.

De R Relation v/ω equals the radius of the wheel. This results in a new formula R. So the relation between the peripheral speed and the angular speed can be expressed through the formula underneath: . /

/

radius peripheral speed angular speed relation

Wheel 1 0,0318 0,223 7,23 0,0308

Wheel 2 0,0148 0,104 7,23 0,0144


1.2 Experiment for the pupils Goal In this task we have the robot drive in a circular motion. We want to

be able to determine the size of the circle and the time the robot will need to cover this distance. So we will need to determine the speed of each wheel. To be able to test our solution we will need to convert the speed of the wheels into a power level we can program into the LEGO NXT. Calculations are done in cm.

Data t = 15 s R = 50 cm Representation


Solution a) Calculate the displacement of point a when it goes through a complete circle. s 2πR 50cm . 2 . π 314,16cm

Now calculate the peripheral speed of point a.

n s

d 2 . R 2 . 50 cm 100 cm

v π. d. n π . 100 . cm . s 20,94 cm/s

Calculate the angular speed of the NXT robot.

ω

R

,

,

/0,419

Now you can easily calculate the speed of the wheels in points b and c.

. 0,419 . 50 6,6 / . 18,2 /

. 0,419 . 50 6,6 / . 23,7 /

b) From measurements we know that the relation between the speed and the

power of an NXT can be expressed with the formula 0,39 . P NXT 1,27 . Here is the speed expressed in / and expresses the percentage of power of the NXT.

,

,

,

,

, ,

,49,9 50%

,

,

, ,

,64,0 64%

C) Now try this out. Take a piece of chalk and draw a circle on the floor.

Mark the start position. This way you can check whether the NXT describes a circle and stops at the start mark.

It can happen that the robot does not end at exactly the same spot it started at. This is influenced by the friction the NXT undergoes while in motion.


2 Friction

2.1 Introduction Friction is a physics concept that denotes the resistive force that occurs when two surfaces slide over each other, while they are being pressed together. We have 3 different kinds of friction, give an example of each:

- rolling friction: |

- sliding friction: |

- air resistance: | Friction can lead to deformation and heat production . Like with every force, frictional force causes an “acceleration”. Because the frictional force is always opposite to the direction of relative motion, friction always causes a “negative acceleration” or deceleration. A moving object that undergoes no other force but friction will move ever more slowly until it stops. In the following experiments for the students, we will talk about sliding friction. We want to test the laws below on their accuracy. The laws of friction

- 1st law:

The resistance you notice when you shove away an object is independent of the size of the contact area.

- 2nd law:

The frictional resistance is proportional to the normal reaction force : the heavier the moving object is, the larger the frictional force.

- 3rd law:

The frictional resistance is dependent on the finishing and the nature of the contacting surfaces. A chair is easy to move on a slippery floor, difficult to move on a rough concrete floor.


Static friction coefficient Kinetic friction coefficient Contact surfaces Dry Lubricated Dry Lubricated Steel on steel 0,80-0,15 0,23-0,11 0,57-0,03 0,20-0,03 Steel on (cast) iron 0,35-0,20 0,20-0,10 0,27-0,13 0,13-0,03

Wood on wood 0,60-0,20 0,16 0,40-0,20 0,08 Rubber on asphalt 0,90-0,60 0,45 0,50 0,40

Steel on wood 0,50-0,20 0,65 0,50 0,22-0,08

2.2 Experiments for the students Purpose In this experiment you put a block on a slope. Increase the incline by using an NXT motor (see picture next page). In this experiment you need a motor in order to slowly raise the incline with the help of a gear wheel and tooth rack. With an ultrasonic sensor, you detect when the block starts sliding down. It may happen that the sensor does not detect the block. In that case just try again.

Fig2.1 Friction: sliding friction

What you need

- LEGO NXT box - LEGO education box (9648) - abrasive paper - normal white paper - weights (100g - 300g)


Set-up You place the block as close to the NXT ultrasonic sensor as possible, without it being detected by it. From the moment the block slides down, the ultrasonic sensor will detect it and the motor will stop. Now, you can measure the angle. This way you can test the three laws. Design a construction like in these pictures below.

Fig2.2 Friction: set-up Program the NXT as follows


Formulas - The frictional force . : _ You can calculate the coefficient of friction with the formula . You can also find the coefficient of friction between certain materials in your book of tables page 31. - The gravity . with: F gravity N m mass kg _ _ g earth acceleration m/s - The normal reaction force

You can calculate the component of gravity in the y-axis direction with the formula . . Experiment 1 Make a black block in the form of a cuboid. Black blocks are easily noticeable for the ultrasonic sensor. In this block you include two “ballast” bricks (heavy bricks). Each of them weighs 55g.

The one time you place the cuboid on one of its larger sides, the other time on one of the small sides so that the contacting surface changes. Each time make sure you place the cuboid on exactly the same spot. Take care not to put it right in front of the ultrasonic sensor, because otherwise the incline will not raise.

Conduct each experiment 10 times, measure the angle every time and calculate the average value. We measure the angle as demonstrated in the picture below.

Fig2.3 friction: “ballast” block Fig2.4 friction: how to measure the angle


Measurement 1: two “ballast” bricks, cuboid on large side

Power: 40

Mass : 110 g

We conduct the experiment 10 times:

1st try: 31° 6th try: 29° |

2nd try: 30° 7th try: 28° |

3rd try: 28° 8th try: 27° |

4th try: 30° 9th try: 29° |

5th try: 30° 10th try: 28° |

Average value of the angle: 28,9° |

Measurement 2: two “ballast” bricks, cuboid positioned upright on its small side

Power: 35

Mass : 110 g


1th try: 30° 6th try: 30° |

2nd try: 27° 7th try: 27° |

3rd try: 26° 8th try: 28° |

4th try: 29° 9e maal: 27° |

5th try: 32° 10th try: 32° |


Conclusion

The resistive force you experience when you slide an object is independent of the size of the contact surfaces. (law n°1)


Fill in the table underneath and calculate the frictional force.

Normal white paper °

110 28,6 0,34 1,079 0,947 0,947 0,322

Experiment 2 Construct a black cuboid like in experiment 1. For this experiment we will use four “ballast” bricks in measurement 1 and for measurement 2 we won’t use any.

Conduct the experiment 10 times, measure the angle every time and calculate the average value.

Measurement 1: four “ballast” bricks

Power: 45

Mass : 220 g


1th try: 28° 6th try: 32° |

2nd try: 30° 7th try: 28° |

3rd try: 28° 8th try: 27° |

4th try: 31° 9th try: 32° |

5th try: 29° 10th try: 28° |



Measurement 2: no “ballast” bricks

Power: 35

Mass: 22 g


1th try: 30° 6th try: 29° |

2nd try: 34° 7th try: 33° |

3rd try: 28° 8th try: 32° |

4th try: 29° 9th try: 29° |

5th try: 28° 10th try: 31° |


Conclusion

Compare the angles.

- Measurement 1 : results in an average angle value of 29,3° with the cuboid containing four “ballast” LEGO bricks.

- Measurement 2 : results in an average angle value of 30,3° with the cuboid without any “ballast” LEGO bricks.

Fill in the table below and calculate the frictional force in both cases.


220 29,3 0,56 2,158 1,882 1,882 1,056

22 30,3 0,58 0,216 0,186 0,186 0,109

The heavier the object to be moved, the larger the frictional force. (law n° 2) Theoretically the angle doesn’t change when using a heavier object. In the experiment above the difference is negligible.


Experiment 3 In this experiment we use normal white paper and abrasive paper for the contacting surfaces. We conduct this experiment with 1, 2, 3 and 4 “ballast” bricks successively. Each time we measure the angle and calculate the frictional force.


55 33° 0,65 0,540 0,453 0,453 0,294

110 35° 0,70 1,079 0,884 0,884 0,619

165 34° 0,67 1,619 1,342 1,342 0,905

220 33° 0,65 2,158 1,810 1,810 1,175

Abrasive paper °

55 42° 0,90 0,540 0,401 0,401 0,361

110 43° 0,93 1,079 0,789 0,789 0,736

165 43° 0,93 1,619 1,184 1,184 1,104

220 42° 0,90 2,158 1,604 1,604 1,444

Conclusion:

With abrasive paper, we measure a larger angle than with normal paper. (law n° 3)

The heavier the object to be moved, the larger the frictional force. (law n° 2)


Is there a linear relation between the mass and the frictional force? We note down the points in a graph and link them with each other.

We clearly notice a linear relation. With the calculator, we can conduct a linear regression on the established results.

- Abrasive paper: 0,006894 0,1262

- Normal white paper: 0,00362 0,2408


3 Solar energy

3.1 Introduction 3.1.1 How does a solar panel work? A solar panel is a panel which is directed to the sun and that transforms light intensity into electricity. A solar panel consists of photovoltaic cells. “Photos” means “light” and with voltaic we refer to voltage. So Photovoltaic cells produce a current from light.

Pic3.1 Solar energy: solar panel LEGO

Where have you ever seen solar panels before? Give 2 examples.

- | - |

The first application of photovoltaic solar energy was with the artificial satellite Vanguard I in 1958. This satellite was used to orbit the earth in order to collect data about the shape of the earth. A solar cell consists of a thin layer of semiconducting silicon which only conducts electricity when there is solar radiation. Silicon is produced from sand, which you can find in abundance all over our planet. Chemical processes create a positive bottom and negative top layer in the silicon . This causes a voltage difference (of about 0,7V) similar to the plus and minus pole of a battery.


Pic3.2 Solar energy: solar cell

A separate solar cell is useless in itself because the produced voltage is very low. That’s the reason why they link solar cells in a series or parallel circuit. In a series circuit we can add up the different voltages (volt), in a parallel circuit we add up the produced electric current (ampere). This is how we create a voltaic system which is called a solar panel. If you want to use the voltage of a solar panel in domestic appliances you need alternating current (AC), while the solar panel produces direct current (DC). That’s the reason why we need an inverter to transform the direct current into alternating current.

3.1.2 Introductory experiment The purpose is to explain in a simple way how a solar panel works and then demonstrate it with the help of a small LEGO construction. Finally the students need to conduct an experiment themselves.

pic3.3 Solar: introductory experiment


3.2 Experiment What you need

- LEGO box (9684 version 46) - 60 W light bulb (frosted) - 100 W light bulb (clear)

Task With this experiment you demonstrate the influence of light intensity on the power production of a solar panel. Use the set-up shown underneath.

Pic3.4 Solar energy: set up As you can see, you use an accelerating gear transmission. This will allow you to notice the speed of the rotating grey arm more easily Conduct the experiment with the light bulb at different distances from the solar panel and with different light bulbs (clear and frosted). | | | |


3.3 Experiment with LEGO Purpose We don’t need an inverter in the experiment because the LEGO motors work on direct current. The purpose of the experiment is to clearly demonstrate how a solar panel works. The measurement results will allow you to discover the most important factors that will help you to obtain the maximum efficiency from your solar panel . What you need - LEGO box (9684 version 46) - a stop watch - a measuring tape - 60 W light bulb (clear) - 60 W light bulb (frosted) - 100 W light bulb (frosted) Description of the experiment Build a construction like the one below. A solar panel powers a motor. The solar panel is lit by the artificial light from a light bulb, which is placed above the solar panel. The distance between the bulb and the solar panel will be changed in the course of the different measurements. Use different kinds of bulbs. When using 60W and 100W light bulbs, frosted and clear light bulbs, it will be easy to draw conclusions

Pic3.5a Solar energy: set up experiment with LEGO


Pic3.5b Solar energy: set up experiment with LEGO When lit by the light bulb the solar panel produces energy that drives the motor. Take the time it takes to move an object over a set distance. Determine this distance beforehand by selecting an easily noticeable start and stop mark. The distance is 35 cm. Next measure the time it takes to lift an object over this distance. When you have the time and the distance it’s easy to calculate the speed by using the formula:

/

_ Repeat this experiment with the different bulbs, and therefore different light intensities. Each time place the bulb right above the solar panel.

Also change the distance between the light bulb and the solar panel. Start at 5 cm and each time increase the distance by 1 cm. Results

light source 5 cm above the solar cell 60W (clear) 60W (frosted light bulb) 100W (frosted light bulb) 35 35 35 3,85 4,56 3,62 / 9,09 7,68 9,67





light source 9 cm above the solar cell 60W (clear) 60W (frosted light bulb) 100W (frosted light bulb) 35 INADEQUATE

BRIGHTNESS

35 6,95 4,43 / 5,04 7,90

light source 10 cm above the solar cell 60W (clear) 60W (frosted light bulb) 100W (frosted light bulb)

INADEQUATE BRIGHTNESS

INADEQUATE BRIGHTNESS

35 4,83 / 7,25

If there’s a distance of 10cm between the clear light bulb of 60W and the solar panel you can’t do the test because there’s not enough intensity of light. If you use the frosted light bulb of 60W the motor won’t start anymore from a distance of 9cm onwards.


Conclusion The more powerful the bulb, the higher the speed. The further you hold the bulb from the solar panel, the lower the speed. Can you describe what this means for everyday use of solar panels? When using solar panels, the light intensity of the sun is very important. The higher the light intensity, the more electric current / voltage you will be able to produce with a solar panel. _ In winter we are further away from the sun. As a result solar panels will have a lower efficiency. On a sunny summer day at noon, when the sun is at its brightest, the solar panels’ efficiency will be at their highest. _ |

Evolution of the speed

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 2 4 6 8 10 12

speed

[c

m/

s]

distance [cm]

Speed

60W (clear)

60W (frosted)

100W (frosted)


Bijlage 6: Werk Frans

Werk eerste semester: brieven Werk Marijn Theunynck

VTI Furnes le 6 novembre 2008 Marijn Theunynck Iepersesteenweg 90 8630 Furnes Trybasolar sarl ZA Le Bosquet 67580 MERTZWILLER FRANCE votre message du vos réf. nos réf. Furnes

2008/138 2008/11/06 Demande d’information Madame, Monsieur Je suis un étudiant en industriel sciences dans le VTI en Furnes. C’est mon dernière année et je travaille sur un sujet, le soleil. Votre catalogue nous est bien parvenu. Nous sommes intéressés par votre gamme de panneaus photovoltaïques. Nous voudrons un peu plus d’information sur les panneaus photovoltaïques et peut-être sur le Pourriez-vous nous envoyer plus d’information sur les panneaus photovoltaïques et le prix pour une installation? Nous espérons une réponse rapide de votre part et vous en remercions. J’espère une réponse rapide de votre part et vous on remercie.

Marijn Theunynck



Maarten Lermytte Moeresteenweg 85 8660 ADINKERKE MSMelectric 302-4990 Salaberry, MONTRÉAL QC,H4J 2P1 CANADA Votre message du vos réf. nos réf. Furnes 2009-11-06 Demande d’information Madame, Monsieur Je suis un élève de l’école technique à Furnes, de la sixième année sciences industrielles. Nous faisons un traqueur solaire pour notre épreuve intégrée. Je vois sur votre site que votre compagnie faire des traqueurs solaires. C’est possible que nous employons quelques livres techniques concernant la façon de construire un traqueur et comment un traqueur solaire marche? Quelques images sont toujours très intéressants si nous devons construire le traqueur solaire. J’espère que vous pouvez m’aider. J’attends impatiemment votre réponse. En vous remerciant d’avance, je vous prie d’agréer, mes meilleures salutations.

Maarten Lermytte



Klaas Deriemaeker Pauwel Heinderycxstraat 13 8630 FURNES Université de Lyon - Département Electronique Electrotechnique Automatique Gérard THOMAS Ecole Centrale de Lyon Bâtiment H9 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Cedex Votre message du vos réf. nos réf. Furnes 2009-02-26 Demande d’information Monsieur Je suis un étudiant de la sixième année sciences industrielles de l’Institut Technique à Furnes. Je fais une épreuve intégrée qui consiste de la recherche d’un suiveur de soleil. Durant ma dernière année dans cette école, j'ai reçu la devoir de faire une thèse d'un suiveur de soleil. J’ai été informé que dans votre département vous avez un suiveur de soleil. Je cherche de l’information sur la fabrication d’un suiveur de soleil et les bénéfices de ce suiveur. C’est possible de me donner de l’information sur ce sujet ? Ce n’est pas mon intention de faire une reproduction de votre recherche, mais d’utiliser l’information que vous me donnez de faire une nouvelle recherche qui satisfait les attentes de mes professeurs. J’espère que vous pouvez m’aider. J’attends impatiemment votre réponse. En vous remerciant d’avance, je vous prie d’agréer, Monsieur, mes meilleures salutations.

Klaas Deriemaeker


Werk tweede semester Samenvatting wetenschapsEXPOscience

_

_ LE SUJET DU PROJET L’intention de ce projet est de faire des leçons captivantes sur la mécanique, l’électronique et l’informatique en utilisant le LEGO NXT. Le NXT utilise des capteurs et des moteurs.

Les sujets des leçons sur la mécanique sont le mouvement circulaire uniforme et la friction. Dans les leçons sur l’électricité on travaille avec l’énergie solaire. Dans les leçons sur l’informatique on apprend à programmer le LEGO NXT avec le programme prévu par LEGO et LabVIEW et on programme le LEGO traceur photosensible avec LabVIEW. LES CAPTEURS

L’ÉVOLUTION DU PROJET Pendant le premier semestre, on a eu deux heures de séminaire par semaine pour travailler à notre projet. À côté de ces deux heures on a travaillé beaucoup d’heures à la maison, ce qu’on a fait volontairement. Toutes les deux semaines, on fait une planification et le professeur donne des points pour les deux semaines précédentes. Notre intention finale était de faire une présentation devant des jurés externes à la fin du mois de décembre.


Bijlage 8: E-mails

Geadresseerden : Jam (VT4), karrewiet (Ketnet) Klasse, Yeti, Maks (11/11/’08) Geachte heer/mevrouw Wij zijn leerlingen van het zesde jaar Industriële Wetenschappen van het VTI Veurne en traditie getrouw werken je in dit zesde jaar aan een geïntegreerde proef. Dit jaar is deze proef gekoppeld met het Comenius project "LEGO CAT International". We werken ook nauw samen met de Britse firma DACTA die verdeler is van LEGO in West-Europa. Een Comenius project is een project waarin met verschillende scholen uit verschillende landen rond een bepaald onderwerp wordt werken. Dit jaar werken we actief samen met een school uit Zweden en Griekenland. Het onderwerp dit jaar is om lessen technologie en techniek ( = mechanica, elektriciteit, sterkteleer, elektronica ) zo visueel mogelijk te maken door gebruik te maken van LEGO, maar niet zomaar LEGO, maar de programmeerbare module die zelfstandig opdrachten kan uitvoeren namelijk de LEGO NXT. We snijden ook het milieu hoofdstuk ‘Hernieuwbare energie’ aan. Het project kreeg LEGO CAT international als naam mee, waarbij ‘’CAT’’ voor Computer Aided Technology /Teaching staat. Het lag dan ook voor de hand dat de LEGO ‘’CAT’’ ons logo moest worden. En daarvoor willen we beroep doen op de gekende creativiteit van het basisonderwijs. Onze school organiseert hiervoor een wedstrijd waarbij de lagere scholen worden uitgedaagd om met hun 6e leerjaren een kat in LEGO te ontwerpen. Aan elke welke wedstrijd zijn ook prijzen verbonden, en dit zal zeker niet anders zijn, als eerste prijs wordt een LEGO NXT kit ter waarde van 320 euro voorzien, geschonken door DACTA. De uitreiking vindt plaats tijdens de EXPO van onze school op 1 mei waar de winnaar door een internationale jury zal worden gekozen. We zijn ervan overtuigd de leerlingen van het 5de en 6de leerjaar warm te kunnen maken voor onze wedstrijd door ons project even kort voor te stellen op tv, zodat we een véél breder publiek bereiken dan enkel de lokale lagere scholen. En de leerlingen ook kunnen waarnemen wat de mogelijkheden zijn van de prijs, een LEGO NXT set. Voor meer duiding van ons project verwijzen we graag naar onze websites. http://legocatinternational.spaces.live.com http://uddevalla.portalen.it Voor verdere vragen kunt u terecht op het e-mail adres van onze school, [email protected], met als vermelding LEGO CAT wedstrijd of via dit adres. De bijgevoegde documenten kunnen ook voor meer verduidelijking zorgen? Graag hadden wij een antwoord terug gehad. Met vriendelijke groeten. Leerlingen van 6IW


Geadresseerde: Technopolis

Beste Wij zijn leerlingen van het laatste jaar Industriële Wetenschappen in het VTI Veurne en in ons laatste jaar maken we natuurlijk ook een GIP (eindwerk). Dit jaar draaide ons eindwerk rond het realiseren van technische lespakketten aan de hand van LEGO Mindstorms NXT.

Waarbij is het de bedoeling dat leerlingen van het 2de jaar TSO sensoren leren hanteren aan de hand van onze lespakketten. De lespakketten hebben we zelf ontworpen in samenspraak met leerkrachten. Wat de haalbaarheid dus ten goede komt. Ook voor het 3de en 4de jaar TSO maakten we lespakketten ondermeer om de theoretische begrippen ECB, wrijving, overbrenging, rendement, arbeid en vermogen en zonne-energie praktisch te kunnen aantonen in de lessen mechanica en elektriciteit aan de hand van LEGO en de LEGO Mindstorms NXT robotjes. Leerlingen van het 5de jaar laten we dan diepgaander kennis maken met het programmeren van robots aan de hand van LabVIEW, een veel gebruikt programma in de industrie om onder andere het controleren van de elektronica van auto's. Dit doen ze aan de hand van 3 verschillende lessen, een lespakket waar ze kennis maken met het programma aan de hand van inleidende proefjes. Een tweede onderdeel is waar ze zelf een lichtvolger moeten maken met behulp van LEGO NXT lichtsensoren. En een derde onderdeel waar de leerlingen een maanlander maken dat objecten detecteert aan de hand van de ultrasonesensor.

Afgelopen vrijdag en zaterdag stonden wij op de beurs wetenschapsEXPOsciences met onze GIP. Deze werd georganiseerd werd door JCW. We eindigden als vijfde in het eindklassement en wonnen hiermee een deelname aan een wetenschapsbeurs te Bratislava in november.

Tijdens de beurs werden we ondermeer aangesproken door mensen van Klascement, wat dus duidt op de kwaliteit van onze lessen die ze daar ook konden inkijken. Ook werden we er aangesproken door een ex-medewerker van jullie, deze tipte ons dat jullie enkele jaren geleden zomerkampen hebben opgericht in verband met de LEGO Mindstorms NXT robotten en dat we jullie daar zeker eens over moesten contacteren omdat dit héél nuttige materie zou kunnen zijn voor jullie dat wij reeds hebben ontworpen en technisch volledig in orde is.

Als er meer vragen zouden zijn, of interesse, wij staan altijd open om hierop te antwoorden via dit mailadres.

Alvast vriendelijk bedankt voor het lezen van deze suggestie.

MVG Lermytte Maarten


Geadresseerde: Technopolis

Beste Luc,

Wij zijn 3 leerlingen van VTI Veurne en doen de richting industriële wetenschappen. In het laatste jaar is het de bedoeling dat we een GIP maken (zogenaamde eindwerk). Ons eindwerk is het realiseren van een zonnevolger, maar dan wel aan de hand van LEGO, niet zomaar LEGO maar de robot versie hiervan: Mindstorms NXT. Dit omdat we in onze richting niet genoeg geschoold zijn om praktisch aan het werk te kunnen gaan om een echte zonnevolger te kunnen realiseren.

Nu zitten we met de volgende belangrijke vraag.Kiezen we tussen een tijdsgestuurde of een zonnevolger op basis van sensoren?Werkt je zonnevolger op basis van sensoren perfect het ganse jaar door?of heb je er ook nog een tijdssturing aan toegevoegd?

Wij danken u alvast voor het lezen van onze vragen.Wij hopen dat we speodig een antwoord mogen ontvangen.

Mvg Lermytte Maarten Theunynck Marijn Deriemaeker Klaas


Bijlage 9: PowerPoint Voorstellingen

PowerPoint Voorstellingen oudercontact (23/10/08)


PowerPoint Voorstellingen oudercontact (23/10/08)


Bijlage 10: Aanvraag lesvervangende activiteiten

Aanvraag lesvervangende activiteiten Indienen bij je graadcoördinator

In te vullen door de verantwoordelijke lkr. In te vullen door de graadcoördinator

Verantwoordelijke Hoolu-Andwi Overleg coördinatoren

Graad 3de graad Goedkeuring directeur

Klasgroepen 6IW Afspraken secretariaat

Datum aanvraag 16-12-2008 Afspraken lln-secretariaat

Weekdag woensdag Info preventieadviseur

Datum activiteit 7-1-2009 Uren:1-4 Info adjunct-directeur

Info voor de verantwoordelijke lkr. Afspraken verantwoordelijke

Busfirma Reservatie bus

Tel. busfirma Evaluatie

1. Activiteit: Voorstelling NXT en LEGOCAT-project in het lager onderwijs

2. Vakoverschrijdende eindtermen: (de juiste cijfercode is voldoende) 1.3.2.6-1.3.2.9-1.3.3.10-1.3.3.12-1.3.3.13-1.3.3.17-2.3.2.4-2.3.2.5-2.3.3.10

3. Kostprijs Wat Prijs x aantal lln (+lkr) = Totaal Vervoer: eigen auto

Activiteit: 0 euro Totale kosten:

Prijs per ll: 0 euro

4. Verantwoordelijkheid: Verantwoordelijke: Hoolu Andere gewenste begeleiders: Andwi

5. Werkwijze: Vervoermiddel: Auto Dagindeling + uurregeling: Groep 1 : wind Leerlingen gaan zelf naar college Veurne 26 leerlingen Voorstelling : 8u15-9u5

Leerkracht : Pascal Vanslembrouck ([email protected]) directie: ([email protected])

Leerlingen gaan met Andwi naar Stella Maris Nieuwpoort 50 leerlingen Voorstelling : 10u20-11u10 en 11u10-12u Leerkracht : Luc Filliaert ([email protected]) Dries Depelchin ([email protected]) Leerlingen keren met Hoolu terug naar school


Groep 2 : zon Leerlingen gaan zelf naar het Annunciata-instituut 17 leerlingen Voorstelling : 8u15 tot 9u05 Leerkracht : Nele Niville ([email protected]) Leerlingen gaan met Hoolu van Annunciata Veurne naar De Ark, Koksijde 28 leerlingen Voorstelling : 9u30 -10u20 Leerkracht : Johan Depotter ([email protected]) Leerlingen gaan met Hoolu van De Ark Koksijde naar gemeenteschool Adinkerke

27 leerlingen Voorstelling : 10u50 -11u50 Leerkracht : Wesley Mestach ([email protected])

6. Vervangingen (Voor wie moet vervanging worden voorzien en welke taak wordt voorzien?) Krijgen de lln de taak vooraf (L) of ligt de taak op het secretariaat (S)? Noteer in de laatste kolom welke klasgroepen uit een klassamenzetting op school achter blijven. GEEN

7. Nuttige telefoonnummers / adressen: Vrije basisschool annunciata Daniël Dehaenelaan 6 8630 Veurne

Tel. 058/31.24.58 Vrije basisschool College Houtmarkt

Houtmarkt 14, 8630 Veurne Tel. 058/31.37.41 Vrije basisschool De Ark Koksijde Afdeling: Helvetiastraat Helvetiastraat 28 8670 Koksijde 058/52 34 18 Gemeentelijke Basisschool Adinkerke Dorpsstraat 24 8660 Adinkerke ( West-Vlaanderen ) Vast: 058/41.27.10 Vrije Basisschool Stella Maris Nieuwpoort Willem De Roolaan 72, 8620 Nieuwpoort 058/232211

8. Draaiboek van de activiteit

Nr. Opdracht Uitvoerder(s) Tijdstip 1 Aanvraag indienen bij de graadcoördinator Hoolu 2 Noteren van de activiteit in de agenda Hoolu 3 Voorbereiding tijdens de lessen Hoolu-Andwi 4 Contact opnemen met scholen leerlingen 5 Artikel voor de website schrijven leerlingen

6 Artikel indienen bij Lut Jonckheere [email protected] leerlingen

7 Evaluatie indienen bij de graadcoördinator leerlingen

8 Digitale foto’s bezorgen op: H:\leraars\Alle Leraars\fotos20082009 leerlingen


Bijlage 11: Bezoek basisscholen

Artikel website LEGO les lesonderwerp Voor de GIP van 6IW bezochten we met ons groepje een lagere school. Tijdens dit bezoek werd van ons verwacht dat we het project op een duidelijke manier uitleggen aan leerlingen van 12 jaar. Wij bezochten op 7 januari 2009 het Annuntiata van Veurne, de Vrije Basisschool De Ark in Koksijde en de Gemeentelijke Basisschool in Adinkerke. Daar gaven we wat uitleg over LEGO Mindstorms NXT. We legden uit wat je ermee kan doen en hoe je ermee moet werken. Vervolgens verdeelden we de klas in groepjes met de bedoeling een paar opdrachten met de LEGO NXT uit te voeren. De leerlingen waren heel enthousiast. Ze beslisten meteen om deel te nemen aan onze LEGO Cat-wedstrijd. Daarmee kunnen ze een LEGO NXT-robot ter waarde van €260 winnen. Marijn Theunynck


Evaluatie schoolbezoeken

Evaluatie lesvervangende activiteiten Indienen bij je graadcoördinator

In te vullen door de verantwoordelijke lkr.

Verantwoordelijke Mevr. L. Hoornaert

Begeleidende lkr. Mevr. L. Hoornaert

Graad 3de graad

Klasgroepen 6 iw

Datum activiteit 7 januari 2009 1. Wat vond je zelf als leerkracht van de activiteit?

Voor herhaling vatbaar! 2. Wat vonden de leerlingen van de activiteit?

Het was een toffe – maar vermoeiende – opdracht, we kregen voldoende respons van de leerlingen en van de leerkrachten. Alleen zou de directie meer op de achtergrond moeten gehouden worden tijdens een voorstelling. De directie kan voor of na de voorstelling vragen stellen, maar de voorstelling zelf is enkel voor de leerlingen gericht. Voor herhaling vatbaar.

3. Wat vond de bezochte instantie van de activiteit?

De leerkrachten en de directie was enthousiast over onze voorstelling, de leerkrachten en leerlingen waren nu echt overtuigd om deel te nemen aan onze wedstrijd. De leerkrachten vonden het interactief en tof voor de leerlingen, ondermeer omdat onze leerlingen uit een niet goed gekende technische richting.

4. Geef op volgende vragen een waarde van 1 (slecht) tot en met 5 (heel goed):

Was de activiteit goed georganiseerd? 5

Waren de leerlingen voldoende voorbereid? 4

Hadden de leerlingen voldoende documentatie? 5

Beantwoordde de activiteit aan de gestelde vakgebonden doelstellingen? 5

Beantwoordde de activiteit aan de gestelde vakoverschrijdende doelstellingen? 4

Was de activiteit voldoende afgestemd op de doelgroep? 5

Werd de activiteit achteraf voldoende verwerkt/nabesproken in de klas? 4

5. Zijn er eventuele andere opmerkingen?

(gekozen datum, gekozen dag, tijdsindeling, plaats activiteit, gemaakte verplaatsing, begeleiding …) - Meld je steeds aan bij de directie voor je door de school dwaalt op zoek naar het lokaal. - Neem niet te grootte groepen om interactief mee te gaan werken, ideaal zijn groepen van 5 à 6. - Maand december, april en juni vermijden om voorstellingen te doen, omdat tijdens deze maand er

examen zijn, of de aanloop van de examen plaatsvindt. 6. Advies naar volgend jaar toe. Wat kan veranderen?

Blijf kindvriendelijk en zorg ervoor dat de leerlingen van in het begin genoeg betrokken zijn met de voorstelling. Laat ze na de voorstelling misschien zelf nog eens persoonlijk met het onderwerp kennismaken, bijvoorbeeld aan de hand van een workshop.


Bijlage 12: WetenschapEXPOscience 2009

Inschrijving:

Inschrijvingsformulier WetenschapsEXPOsciences 2009 Dit document zo snel mogelijk indienen, ten laatste vóór 20 januari 2009!

Titel van het Project: Nederlands: Experimenteren met LEGO en zonne-energie Frans: Expérimenter avec LEGO et l’energie solaire Categorie:

Lager Onderwijs Secundair Onderwijs: 1ste tot 3de secundair Secundair Onderwijs: 4de tot 7de secundair Hoger Onderwijs

Totaal aantal deelnemers: 3 . Verantwoordelijke Deelnemer Deelnemer 2 Deelnemer 3 Wij hebben “rechten en plichten” gelezen op www.jcweb.be of in het deelnemersdossier en gaan hiermee akkoord. De inschrijving is pas definitief na het ontvangen van het volledige inschrijvingsformulier en het inschrijvingsgeld, zijnde 2,5 euro per deelnemer op het rekeningnummer 001-3399772-95 met als mededeling de titel van het project en de naam van de deelnemer(s). Vlaanderenstraat 101

1800 Vilvoorde Tel.: 02 252 58 08 Fax: 02 253 39 14

[email protected] www.jcweb.be

* Wij geven de voorkeur aan maximum 3 deelnemers per project, bestaat jouw team uit meer dan 3 deel nemers, vul dan extra inschrijvingsformulieren in.

Begeleider

Voornaam+ Naam: Lut Hoornaert

Adres: Ter Ijde 4 – 8670 Koksijde

Telefoonnummer: 058/31 69 73

GSM: /

Email: [email protected]

Voornaam+ Naam: Maarten Lermytte

Adres: Moeresteenweg 81 – 8660 De Panne

Telefoonnummer: / GSM: 0477/22 48 59

E-mail: [email protected]

Geboortedatum: 30/04/1991

School: VTI Veurne

Adres: Iepersesteenweg 90 – 8630 Veurne

Telefoonnummer: 058/31 15 09 Fax: 058/31 54 52

Voornaam+ Naam: Marijn Theunynck

Adres: Jozef Vinckstraat 5 – 8630 Veurne



Geboortedatum :12/12/1991

Voornaam+ Naam: Klaas Deriemaeker

Adres: P. Heinderycxstraat 13 – 8660 De Panne



Geboortedatum : 26/03/1991


Artikel website

6 IW wint twee prijzen met computergestuurde LEGO-constructies

De leerlingen van het zesde industriële wetenschappen hebben tien lespakketten ontwikkeld voor het secundair onderwijs waarbij studenten met LEGO- constructies leren programmeren. Dat project viel twee keer in de prijzen op Science Expo, een tweedaagse wetenschapsexpo waarbij jongeren hun wetenschappelijke experimenten komen voorstellen aan het grote publiek en een professionele jury. Deze beurs ging door op 13 en 14 maart in de Heizel te Brussel.

Gewonnen prijs


Bijlage 13: Inschrijving Focus Aarde

PRIJS FOCUS AARDE STICHTING DIRK FRIMOUT INSCHRIJVINGSFORMULIER

SCHOOL Naam : VTI Veurne Adres : Iepersesteenweg 90 - 8630 Veurne Tel. : 058/311509 Fax : 058/315452 e-mailadres : [email protected] Naam van de directeur : Eddy Van Autreve Naam van de GIP-coördinator : Lut Hoornaert e-mail-adres : [email protected]

GIP : GEÏNTEGREERDE PROEF Naam van de leerlingen : - Maarten Lermytte (min.: 2 - max.: 4) - Klaas Deriemaeker - Marijn Theunynck Studierichting : industriële wetenschappen

Begeleidende leerkracht : Naam : Andries Wim Adres : Lindenhofstraat 21 – 8470 Gistel Tel.: 059/ 70 71 27 e-mailadres : [email protected]

Titel van de GIP : experimenteren met LEGO en met zonne-energie

Vorm : tekst + ontwerpen in lego + lespakketten

Korte beschrijving :

Samen met Internationale partners en de LEGO Company exploreert VTI Veurne de mogelijkheden van LEGO Mindstorms NXT en LEGO binnen het onderwijs. Een invulling van “experimentele mechanica en elektriciteit” is een van de belangrijke invalshoeken. Bovenal is het een project waarin, op een vakoverschrijdende manier, de principes van techniek en technologie op een attractieve en uitdagende manier worden gepresenteerd voor leerlingen uit de tweede graad. De LEGO-robot vormt de link tussen taal en technieken, tussen ICT en creativiteit. Het doel is lessenreeksen te ontwerpen waarin de leerling zelfstandig en kritisch op zoek gaat naar hoekstenen van de technologie. Hieraan koppelt deze groep leerlingen een uitdaging om de zonnevolger te bestuderen en een zonnevolger in LEGO na te maken.

Secretariaat : Hubrecht De Gersem, St.-Bertinusstraat 20, 8970 Poperinge Tel.: 057 / 33 47 95 e-mail : [email protected]


Bibliografie DE CLIPPELEER, W., DREESEN, M., LEMMENS, M. en RUTEN, E., Theoretische mechanica 2de graad, Wolters Plantyn N.V., Mechelen, 2004, 335pagina’s. Klassieke Mechanica/Wrijving, internet, 2009, (http://nl.wikibooks.org/wiki/Klassieke_Mechanica/Wrijving). VERHEYE, P., Energiek Vlaanderen gaat hernieuwbaar, internet, 2002, (http://www.argusmilieu.be/ONLINEDOCUMENTATIE/MF_OLD/Alles/2002/2002_5.htm). Gasperi, M., Hurbain, P. en Hurbain, I., Unofficial LDraw parts for NXT®, internet, 2008, (http://www.philohome.com/nxtldraw/nxtldraw.htm). LDraw to LDD conversion, internet, 2007, (http://www.ldraw.org/wiki/index.php/LDraw_to_LDD_conversion). Sebastian, S., MLCAD Handleiding, internet, 2007, (http://www.hpfsc.de/mlcd_tut/tut_dut.html). History, internet, 2009, (http://www.ni.com/company/history.htm). GASPERI, M., LabVIEW for LEGO MINDSTORMS NXT, eerste druk, National Technology and Science Press, 2008, 376 pagina’s. LEGO GROUP, LEGO MINDSTORMS Education NXT, computerprogramma, LEGO. GROUP, Billund Denemarken, 2007. LEGO GROUP, LEGO MINDSTORMS NXT Hulp en ondersteuning, internet, 2007, (\Program Files\LEGO Software\LEGO MINDSTORMS Edu NXT\engine\EditorVIs\Help Content\Full Help\start.htm). WIDGER, R., NXT Snelstartgids, LEGO GROUP, 2008, 14. Wat is de First Lego League?, internet, (http://www.firstlegoleague.be/wat-is-de-fll). LENAERT, S. en DE CUYPER, M., Project ‘Zonnepark Veurne’, internet, 2009 (http://www.greenfever.be/). Groene stroom, internet, (http://www.milieucentraal.nl/pagina?onderwerp=Groene%20elektriciteit). Solar tracker, internet, 2009, (http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tracker).


H.L., Positie van de zon aan de hemel , internet, 2003, (http://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/definitie.html). H.L., Eerste helft van de tabel : Voormiddag, internet, 2003, (http://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/voormiddag.html). H.L., Tweede helft van de tabel: Namiddag, internet, 2003, (http://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/namiddag.html). De zon en de seizoenen, internet, (http://www.meteonet.nl/educatief/zon_seizoen.htm Stand van de aarde en de zon). Verband tussen de lengtes op de ecliptica en de declinaties, internet, 2007, (http://www.mandala.be/declination/declinatie1a.htm). HiTechnic NXT Compass Sensor for LEGO Mindstorms NXT, internet, 2008, (http://www.hitechnic.com/cgi-bin/commerce.cgi?preadd=action&key=NMC1034). Autorun, internet, 2006, (http://nl.wikibooks.org/wiki/Klassieke_Mechanica/Wrijving). Print Button, internet, (http://javascript.about.com/library/blprint.htm). Folder2Iso Download, internet, (http://www.trustfm.net/divx/SoftwareFolder2Iso.php?page=Folder2IsoDownload&b2=1).

Experimenteren met LEGO en zonne-energie

Education

Transcript of Experimenteren met LEGO en zonne-energie