Woord vooraf · Woord vooraf De geïntegreerde proef is een praktische test ter afsluiting van het...

Woord vooraf

De geïntegreerde proef is een praktische test ter afsluiting van het secundaire onderwijs.

De leerkrachten van het Provinciaal Technisch Instituut in Kortrijk ondersteunen mij met

raad en daad .

Om te beginnen wil ik enkele leerkrachten bedanken: Dannick Durnez als GIP-mentor,

Krist Dewaele en Vincent Benoit als ondersteunende leerkrachten elektriciteit/elektronica.

Uit de afdeling Fabric Inovation wil ik Jan Nuyttens en Emmely Vantomme bedanken.

Daarnaast zeker niet te vergeten Geert Neirynck, Samira Windels, Marc Delesie en Noel

Vanhaverbeke voor hun taalkundige inbreng. Dankzij deze mensen heb ik mijn GIP tot

een goed einde kunnen brengen en is mijn kennis en interesse in techniek nog verder

gegroeid. Ook wil ik oud-leerling Kenny Tanghe bedanken voor de maquette en Laurens

Van Goubergen voor de hulp bij het mechanische gedeelte (lasersnijden en 3D-

tekeningen).

Daarnaast wil ik mijn volledige gezin, voornamelijk mijn ouders bedanken omdat ze mij

altijd gesteund hebben in mijn interesses, studierichting, keuzes en projecten. Voor de

sponsoring van al het materiaal voor mijn GIP wil ik enkele bedrijven bedanken,

waaronder het bedrijf van mijn ouders Nell.com en Flanders Color. Ook wil ik Bart

Verhelst van D’tron bedanken omdat hij mij altijd goede raad gaf bij de keuze van de

componenten.

Tot slot wil ik alle leerkrachten en mijn klasgenoten bedanken voor de steun en hulp

doorheen mijn volledige schoolcarrière in het PTI.

Inhoudsopgave

Woord vooraf ....................................................................................................................... 1

Inleiding ................................................................................................................................ 1

Hoofdstuk 1 .......................................................................................................................... 2

De algemene opbouw ........................................................................................................ 2

Hoofdstuk 2 .......................................................................................................................... 3

De microcontroller ............................................................................................................. 3

2.1 Wat is een microcontroller? ..................................................................................... 3

2.2 Algemeen blokschema ............................................................................................. 3

2.2.1 Input of Output Unit ......................................................................................... 3

2.2.2 CPU .................................................................................................................. 4

2.2.3 Programmageheugen ........................................................................................ 4

2.2.4 Datageheugen ................................................................................................... 4

2.2.5 Klok en voeding ............................................................................................... 4

2.3 Waarom deze microcontroller? ............................................................................... 5

2.3.1 Belangrijke gegevens ........................................................................................ 6

2.4 Software ................................................................................................................... 6

Hoofdstuk 3 .......................................................................................................................... 7

De I²C-bus ......................................................................................................................... 7

3.1 Wat? ......................................................................................................................... 7

3.2 Toepassing in mijn GIP ........................................................................................... 7

3.3 Basisschakeling ....................................................................................................... 8

3.4 De communicatie ..................................................................................................... 9

3.4.1 Start ................................................................................................................... 9

3.4.2 Controlebyte ..................................................................................................... 9

3.4.3 Acknowledge-bit .............................................................................................. 9

3.4.4 Data ................................................................................................................... 9

3.4.5 Stop ................................................................................................................. 10

3.4.6 Voorbeeld bericht ........................................................................................... 10

3.4.7 Programma I²C (Arduino) .............................................................................. 11

Hoofdstuk 4 ........................................................................................................................ 12

De invoereenheden .......................................................................................................... 12

B e w a k i n g s s y s t e e m | 3

4.1 Drukknoppen ............................................................................................................. 12

4.2 PIR-sensor ............................................................................................................. 12

4.3 Reed-contact .......................................................................................................... 13

4.4 I²C-ingangskaart .................................................................................................... 13

4.5 Matrix keypad ........................................................................................................ 13

Hoofdstuk 5 ........................................................................................................................ 14

De uitvoereenheden ......................................................................................................... 14

5.1 Relaiskaart ............................................................................................................. 14

5.2 Rolluik ................................................................................................................... 14

5.3 Verlichting ............................................................................................................. 15

5.4 LCD-display .......................................................................................................... 15

5.5 Alarm sirene .......................................................................................................... 15

Hoofdstuk 6 ........................................................................................................................ 16

Software ........................................................................................................................... 16

6.1 Wat is Arduino? ..................................................................................................... 16

6.2 Opbouw ................................................................................................................. 16

Hoofdstuk 7 ........................................................................................................................ 18

Camerabewaking ............................................................................................................. 18

Algemeen besluit ................................................................................................................ 19

Bijlagen ............................................................................................................................... 20

Bijlage1: Curriculim Vitae .......................................................................................... 21

Bijlage 2: Lijst afbeeldingen........................................................................................ 23

Bijlage 3: Schematische opbouw ................................................................................. 26

Bijlage 4: Datasheet PCF8574 (I²C IO-expander)....................................................... 27

Bijlage 5: Datasheet CNY74-4 (Optocoupler) ............................................................ 28

Bijlage 6: Datasheet weerstandnetwerk ....................................................................... 28

Bijlage 7: Schema I²C Ingangskaart ............................................................................ 29

Bijlage 8: Printontwerp I²C Ingangskaart .................................................................... 30

Bijlage 9: PIR-sensor ................................................................................................... 31

Bijlage 10: Datasheet REED-contact .......................................................................... 32

Bijlage 11: Schema Drukknopdoos ............................................................................. 33

Bijlage 12: Schema Matrix keypad ............................................................................ 34

Bijlage 13: Datasheet matrix keypad ........................................................................... 35

Bijlage 14:Relaiskaart.................................................................................................. 36


Bijlage 15: Somfy LS40 Mercure (rolluikmotor) ........................................................ 37

Bijlage 16: schema LEDs ............................................................................................ 38

Bijlage 17: LM7812 (spanningsregelaar) .................................................................... 39

Bijlage 19: Schema I²C LCD ....................................................................................... 42

Bijlage 20: Printontwerp I²C LCD .............................................................................. 43

Bijlage 21: WERMA 580 152 68 SIGNAALLAMP/HOORN ................................... 43

Bijlage 22: CAD-tekening ........................................................................................... 44

Bijlage 23: Grondplan maquette .................................................................................. 45

Bijlage 24: GIP opdrachten TV EL ............................................................................. 46

GIP opdracht september .......................................................................................... 47

GIP opdracht november ........................................................................................... 48

GIP opdracht december ........................................................................................... 49

GIP opdracht januari ................................................................................................ 50

GIP opdracht februari .............................................................................................. 52

Bijlage 25: I²C LCD .................................................................................................... 57

Bijlage 26: I²C ingangskaart inlezen ........................................................................... 58

Bijlage 27: Uitgangen aansturen.................................................................................. 59

Bronvermelding ................................................................................................................. 60


Inleiding

Als eindwerk maak ik een volledig bewakings- en domoticasysteem voor de zaak van mijn

ouders. Het idee komt van mijn papa. De IP-camerabewaking is een van de belangrijkste

elementen, want zo kunnen we van overal een oogje in het zeil houden.

Mijn idee was om een bewakings- en domoticasysteem met Arduino te maken. Ik wou op een

maquette de volledige installatie bouwen. In mijn GIP is terug te vinden: bewegingsdetectie,

raam- en deurdetectie, aansturing via drukknoppen, rolluiksturing, alarmsysteem met keypad,

I²C lcd-display en IP-camera-bewaking met dataserver.

Veel ervaring met Arduino had ik nog niet, dus het programmeren heb ik mezelf gaandeweg

aangeleerd. In het begin programmeerde ik de verschillende elementen afzonderlijk, dit was

niet altijd even gemakkelijk. In april kon ik aan de werkelijke uitvoering beginnen: printplaten

ontwerpen, ontwikkelen en programmeren en alles op de maquette installeren.


Hoofdstuk 1 De algemene opbouw

Het bovenstaand blokschema toont de opbouw van het eindwerk. Alles is opgebouwd rond de

Arduino, dit is ook de centrale verwerkingseenheid maar daarover meer in hoofdstuk 2. De

aansturing van de verschillende onderdelen gebeurt via I²C-bus of via I²C-I/O-expanders. De

andere onderdelen worden rechtstreeks op de I/O-pinnen van de Arduino aangestuurd. De

Arduino leest het programma sequentieel, en afhankelijk van de ingangen zal hij de uitgangen

aansturen. Op het LCD-display kan de status van het alarmsysteem, en andere nuttige

informatie aflezen. Het bewakingssysteem werkt met een matrix numeriek toetsenbord, zodat

het alarm in- en uitgeschakeld kan worden. De PIR-sensoren en REED-contacten moeten

beweging en open ramen en deuren detecteren. Eenmaal er detectie is moeten de lampen en

sirene ingeschakeld worden en de rolluiken geopend worden, tot de juiste code wordt

ingevoerd. De lampen groepen kunnen afzonderlijk aangestuurd worden door drukknoppen,

er is ook een alles aan/uit knop. Het rolluik wordt ook door een relais aangestuurd, die dan op

zijn beurt door de Arduino gestuurd wordt.

FIGUUR 1: BLOKSCHEMA BEWAKINGSSYSTEEM


Hoofdstuk 2 De microcontroller

2.1 Wat is een microcontroller?

Deze micro Programmable Logic Controller (PLC) is een soort processor. Je kan die op zo’n

manier programmeren dat hij volgens een bepaald ingangssignaal, een uitgang aanstuurt.

Deze zijn meestal in IC-vorm uitgevoerd. Wat de microcontroller doet, wordt bepaald door

een programma dat een sequentiële lijst is van instructies die stap voor stap worden

uitgevoerd.

2.2 Algemeen blokschema

FIGUUR 2: ALGEMEEN BLOKSCHEMA MICROCONTROLLER

Eenvoudig gezegd is dit een black box met in- en uitgangen. Bovenstaand blokschema is de

minimale configuratie van een microcontroller. De meeste controllers bevatten nog extra

functies.

2.2.1 Input of Output Unit

Het interne en het externe van de microcontroller zijn gescheiden. Dit gebeurt doormiddel van

een Input of Output Unit. Dit zijn de zogenaamde poorten van de microcontroller. Die kunnen

worden ingesteld als in- of uitgang. Dit zijn I/O-pinnen.


2.2.2 CPU

De kern of “core” van het systeem is de central processing unit (CPU). Dit is de centrale

verwerkingseenheid, die inkomende signalen verwerkt tot de gewenste resultaten. Deze

resultaten worden bepaald door de instructies in het programma. De CPU van een

microcontroller is meestal een RISC-processor (=Reduced Instruction Set Controller). Dit

betekent dat de CPU werkt met een beperkte instructieset, die bestaat uit de belangrijkste

functies. Het voordeel hiervan is dat CPU goedkoper en eenvoudiger geproduceerd kan

worden. Het nadeel is wel dat het programma daardoor mogelijk langer wordt.

2.2.3 Programmageheugen

Dit is het gedeelte waarin het programma wordt opgeslagen. Het is altijd van het ROM-type.

Hierin kan de CPU enkel het programma lezen, dit wordt opgeslagen in een EEPROM-

geheugen (=Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Dit is een type

geheugen dat enkel geschreven kan worden door een speciaal toestel of speciale software, in

mijn geval door de Arduino Bootloader.

2.2.4 Datageheugen

Het inwendige geheugen van de microcontroller slaat data op. Wat deze data zijn, is

afhankelijk van het programma. Maar voor de microcontroller is dit binaire informatie (nullen

en enen). Dit geheugen is altijd beperkt. Bij de Arduino Mega is dat 8kB. Dit is een vluchtig

geheugen, RAM (Random Acces Memory). Er kan in gelezen worden maar ook geschreven.

Deze informatie is wel weg als de voedingsspanning wegvalt.

2.2.5 Klok en voeding

Klok en voeding zijn natuurlijk essentieel. De CPU werkt op TTL-niveau. Dat betekent dat hij

een voedingsspanning van 5V vereist. Bij de ATmega is er ook een inwendige klok. Dit is

nodig om alle processen synchroon te laten verlopen.


2.3 Waarom deze microcontroller?

Ik koos voor de ATmega2560, omdat hij bij de Arduino Mega hoort. De keuze voor deze

verwerkingseenheid was snel gemaakt. Een Arduino is immers zeer gebruiksvriendelijk en

ruim en er zijn weinig beperkingen aan de hardware. Maar waarom de Arduino Mega, en geen

kleiner model? De Arduino Mega biedt 54 I/O-pinnen, 16 analoge pinnen, 4 UARTs en I²C-

ondersteuning. De microcontroller zelf is geplaatst op een kleine print die al deze pinnen

gemakkelijk toegankelijk maakt. Hierop bevinden zich ook nog andere kleine

hulpschakelingen, waaronder een klok (16MHz), I/O-beveiliging en een USB-ingang die

gebruikt kan worden om het programma in te laden. De kostprijs van een Arduino (€42,35) is

zeer laag voor alle geboden toepassingen. Er zijn eveneens ontelbaar veel

uitbreidingsmodules op de markt, die je altijd kunnen bijstaan.

FIGUUR 3:BLOKSCHEMA ATMEGA2560


Op bovenstaand blokschema van de Arduino Mega zijn enkele belangrijke delen aangeduid.

Waaronder TWI (I²C-controller) en de verschillende geheugens die de Arduino gebruikt. En

natuurlijk is er ook nog de AVR (CPU) zelf.

2.3.1 Belangrijke gegevens

Ingangsspanning 7-12V

Digitale I/O-pinnen 54 (waarvan 15 PWM)

Analoge ingangen 16

DC-stroom per I/O pin 20 mA

DC-stroom 3,3V-pin 50 mA

Flashgeheugen 256 kB

SRAM 8 kB

EEPROM 4 kB

Kloksnelheid (Kristal oscillator) 16 MHz

Serial data 4 USARTs

Interrupt pinnen 6

2.4 Software

Alles wordt geprogrammeerd in de software van Arduino (C-taal). Dat biedt zeer veel

mogelijkheden en je kan er snel en overzichtelijk in programmeren. Dit is geen grafische

programmeertaal, alles wordt in tekst geprogrammeerd. Hoe groot mijn programma zal

worden weet ik nu in de beginfase niet. Maar dit vormt zeker geen probleem, omdat de

Arduino Mega een groot programma-geheugen heeft.


Hoofdstuk 3 De I²C-bus

3.1 Wat?

I²C is een veelgebruikte databus in de elektronica. De afkorting staat voor Inter Integrated

Circuit (IIC = I²C = I2C). De I²C-bus staat in voor de seriële, synchrone communicatie tussen

randapparatuur zoals: sensoren, I/O expanders, Lcd-displays, geheugen-IC’s. Synchroon

betekent dat de data gelijk verzonden worden met de klokpulsen. De afstand tussen de

apparaten is wel beperkt, de bedoeling is dat alle componenten zich op dezelfde print

bevinden. Dat de I²C-bus slechts 2 geleiders nodig heeft, beperkt ook het aantal baantjes op de

print. Deze databus is uitgevonden door Philips en wordt tot op heden nog toegepast in

minder complexe schakelingen, zoals een koffiezetapparaat, waterkoker, broodrooster.

3.2 Toepassing in mijn GIP

In de GIP gebruik ik I²C voor verschillende doeleinden, o.a. om : matrix keypad van 8

geleiders naar 2 geleiders te brengen, om mijn LCD-displays en om I/O-expanders (PCF8574)

aan te sturen. Er moet natuurlijk altijd wel gekozen worden voor I²C compatible

randapparatuur. Hetzelfde type I/O-expander stuurt dan de LCD-displays en de

ingangskaarten aan, uitgebreider meer daarover in hoofdstuk 4. Deze manier van werken

maakt het programmeerwerk uitgebreider en complexer maken. Maar zonder dit toe te passen

zijn er niet voldoende I/O-pinnen op mijn microcontroller, die al de meeste ingangs- en

uitgangspinnen heeft in de Arduino-reeks.


3.3 Basisschakeling

FIGUUR 4: PRINCIPESCHEMA I2C-STURING

De schakeling bestaat uit 2 (communicatie) draden: de SDA- en SCL-lijnen van de master

(µC) en de slaves (apparaten) om communicatie te kunnen hebben. De SDA is de seriële

datalijn en de SCL is de seriële kloklijn worden door de master gegeven zodat alles synchroon

verloopt. Let wel op beide lijnen moeten d.m.v. een pull-up-weerstand verbonden worden met

+Vcc. Dit is nodig omdat de SDA en SCL open drain drivers (open collector uitgangen zijn.

Dit wil zeggen dat ze enkel laag kunnen getrokken worden, door ze te verbinden met massa.

Dankzij de pull-up weerstand zijn deze hoog als ze niet laag getrokken worden. De weerstand

moeten een waarde hebben tussen de 1k8Ω en 10kΩ. Op de Arduino Mega zijn deze al

voorzien, daar wordt een weerstand van 10kΩ gebruikt. Je kan aan 1 master tot 128 slaves

aansluiten, dit wel als deze met 7-bit adressering werkt. Er zijn 3 mogelijke

overdrachtssnelheden bij deze databus, standard mode: 100kbps , fast mode: 400kbps, high-

speed mode: 3,4Mbps. Hier moet bekeken worden welke snelheid de slaves kunnen

verwerken. De databus zal in mijn GIP werken op een snelheid van 100kbps.

In mijn geval is de master een Arduino Mega2560, I²C-communicatie gebeurt via de TWI

(Two Wire Interface) deze bevindt zich op pin 20 (SDA) en pin 21 (SCL).


3.4 De communicatie

3.4.1 Start

De communicatie kan enkel gestart worden door de master

(µC), die een start-bit stuurt. Hij doet dit door eerst de SDA-

lijn laag te maken en daarna de SCL-lijn. Alle aangesloten

slaves wachten dan op verdere instructies. De start-bit wordt

gevolgd door de adressering.

3.4.2 Controlebyte

Dit is de eerste byte die de master verstuurt via de

seriële datalijn. Het adres van de slave zit in de eerste

7-bit. Doordat het adres uit 7 bit bestaat, zijn er 128

verschillende mogelijkheden. Er kunnen dus tot 128

slaves aangesloten worden. De controlebyte is als

volgt opgebouwd: de eerste 4-bit van het adres zijn reeds vastgelegd door de fabrikant, de

volgende 3 bit kan men hardware matig instellen. De LSB (Least Significant bit = minst

beduidende bit) geeft aan als de master wil lezen of schrijven. Als er een “1” gestuurd wordt

wil de master lezen, wordt er een “0” gestuurd dan wil hij schrijven. Ik gebruik I/O expanders

van de PCF8574-reeks.

Zie adresseringstabel in “Bijlagen”

3.4.3 Acknowledge-bit

Tussen iedere byte worden de data gedurende de opeenvolgende klokpuls laag gehouden bij

goede ontvangst. Dit is een bevestiging voor de apparaten dat de communicatie goed verloopt.

3.4.4 Data

Na de controle byte volgen de databytes. Die kunnen zowel van de master als van de slaves

komen. Dit is afhankelijk van de LSB. De data bestaat telkens ook uit 8 bit.

FIGUUR 5: START CONDITIE

FIGUUR 6: ADRESSERING DATABUS


FIGUUR 7: STOP CONDITIE

3.4.5 Stop

Wanneer de communicatie voltooid is en de master die wil

beëindigen, wordt er een stop-bit verstuurd. Alle

deelnemers weten dan dat de communicatie beëindigd

wordt en dat de lijnen worden vrijgegeven. Ook die heeft

een specifieke opbouw. Eerst wordt SCL hoog gemaakt en

daarna de SDA-lijn.

3.4.6 Voorbeeld bericht

FIGUUR 8: VOORBEELD BERICHT

De werking van I²C dataoverdracht:

1. Data verzenden wordt geïnitieerd met een STARTbit (S) die de SDA het signaal geeft

om omlaag getrokken te worden, terwijl de SCL hoog blijft.

2. SDA zet de eerste databit gelijk, terwijl SCL laag gehouden wordt (gedurende de

blauwe tijdsbalk). De data worden ontvangen, als SCL naar omhoog gaat (groen).

3. Als de overdracht compleet is wordt een STOPbit (P) verzonden door de datalijn vrij

te geven en deze zo in staat te stellen om omhoog getrokken te worden, terwijl SCL

continu hoog gehouden wordt.

4. Om valse detecties te voorkomen, wordt het niveau van de SDA veranderd op de

dalende flank van SCL (overgang van hoog naar laag). Het uitlezen gebeurt op de

stijgende flank van SCL(de overgang van laag naar hoog).


3.4.7 Programma I²C (Arduino)

Onderstaand programma is een voorbeeld, dit programma stuurt 8 uitgangen van de PCF8574

aan.

FIGUUR 9: VOORBEELDPROGRAMMA I²C-BUS


Hoofdstuk 4 De invoereenheden

4.1 Drukknoppen

Om alle lampengroepen te bedienen in mijn

eindwerk wordt gebruik gemaakt van

drukknoppen. De ingang van de µC mag niet

loshangen, om storing te voorkomen. Want we

moeten ten allen tijde de status van de ingang

zeker weten. Dus moet er een kleine schakeling

voorzien worden in de drukknopdoos. Deze

bestaat uit 2 weerstanden, de verhouding

daarvan is belangrijk als de drukknop niet

bekrachtigd is hangt de ingang aan massa “0”.

Wordt de drukknop bekrachtigd, vloeit er kleine

stroom naar de microcontroller en detecteert

deze een “1” .

Het volledige schema van de drukknopdoos en mechanische tekening van het paneel kan je

terugvinden in de bijlagen.

4.2 PIR-sensor

De PIR-sensor is een passieve infraroodsensor die

beweging detecteert, er bevindt zich een plastic kapje over

de sensor die ervoor zorgt dat deze een groot bereik heeft.

De sensor bevindt zich op een kleine print, waarvan de

schakeling terug te vinden is in de bijlagen.

De sensor heeft slechts 1 uitgang, van zodra er iets

gedetecteerd wordt komt er een hoog signaal binnen in de

microcontroller. De gevoeligheid kan d.m.v. kleine

potentiometers aangepast worden op de schakeling zelf. Er

bevinden zich ook nog 2 voedingspinnen op de

schakeling.

FIGUUR 10: PRINCIPIËLE WERKING DRUKKNOP

FIGUUR 11: PIR-SENSOR


FIGUUR 12: PRINCIPIËLE WERKING

4.3 Reed-contact

Dit is een speciale soort sensor, deze geeft signaal

wanneer de contacten gesloten worden. De

contacten worden enkel gesloten als er magneet in

de buurt is. Het werkingsprincipe wordt duidelijk

gemaakt op de figuur. Dus er wordt een reed-contact

op het deurkader bevestigd en een magneet op de

deur zelf. Zolang de deur dicht is, blijft het signaal

“1” maar zodra de deur opent wordt het een “0” en

moet er signaal gegeven worden.

4.4 I²C-ingangskaart

Er werd een ingangskaart ontwikkeld, de ingangen niet rechtstreeks ingelezen. Dit gebeurt via

een I²C-bus, deze wordt gestuurd door een I/O-expander. De IC stuurt de databyte naar de

microcontroller. De ingangen worden d.m.v. optocouplers aangesloten op de Arduino.

De datasheet van de optocoupler (CNY74-4) en I/O-expander (PCF8574A) kan je terugvinden

in bijlagen. Het schema en cliché is ook terug te vinden in de bijlagen. De stappen voor het

ontwikkelen van een print is terug te vinden in bijlagen. Deze wordt gebruikt om alle detectie

eenheden voor het alarm binnen te nemen. Daarom wordt er in negatieve logica gewerkt, zo

kan er ook draadbreuk vastgesteld worden.

4.5 Matrix keypad

Het codeklavier wordt gebruikt om het alarm in en uit te

schakelen. Het zijn inwendig allemaal drukknoppen die

werken, die teruggebracht worden op 8 geleiders. Dit door

de combinatie van rijen en kolommen, zo weten we altijd

welke toets ingedrukt wordt. Zie schema en datasheet in

bijlage.

FIGUUR 13: MATRIX KEYPAD


Hoofdstuk 5 De uitvoereenheden

5.1 Relaiskaart

De pinnen van de microcontroller kunnen

maar een stroom van 20mA leveren op

5V. Dit is te weinig om het nodige

vermogen te schakelen. Daarom wordt

gebruik gemaakt van een relaissturing met

een transistor. Het principe is dat er kleine

basisstroom geleverd wordt uit

microcontroller. Die de transistor als

schakelaar doet werken, en er op zijn

beurt voor zorgt dat de spoel bekrachtigd

wordt. Er moet er vrijloopdiode geplaatst

worden over de relais, om de

inductiespanning op zich te nemen bij het

in- en uitschakelen. Het schema van

relaiskaart die ik gebruikt heb kan je

terugvinden in de bijlagen.

5.2 Rolluik

Het rolluik, op mijn maquette bevindt zich één

rolluikmotor. Deze wordt ook aangestuurd door de

Arduino. De motor werkt op 230V, het is heel

belangrijk dat de motor juist aangestuurd wordt. Er zijn

3 aansluitdraden massa, op en neer. Op en neer mogen

nooit tegelijk bekrachtigd worden, want dan gaat de

motor stuk. Dus is het zeer belangrijk dat deze

voorwaarden in geprogrammeerd zijn, zodat dit zeker

niet kan.

FIGUUR 14: PRINCIPIËLE WERKING RELAISKAART

FIGUUR 15: ROLLUIKMOTOR


5.3 Verlichting

In de maquette heb ik gebruik gemaakt van witte LEDs als lichtbron, dit zijn standaard 5mm

LEDs. De worden parallel aangesloten op een voedingsspanning van 12V. Iedere

verlichtingsgroep wordt aangestuurd door de relaiskaart. Het bepalen van de

voorschakelweerstand is heel belangrijk. Er moet ongeveer 10mA per LED vloeien. Dus kan

de stroom door de voorschakelweerstand in sommige gevallen redelijk hoog worden. Met als

gevolg dat er groot vermogen gedissipeerd wordt in de weerstand. Daardoor wordt er gebruik

gemaakt van vermogen weerstanden. De voeding in de kast is 24V en wordt door middel van

een LM7812 verlaagd naar 12V.

5.4 LCD-display

Het LCD-display wordt gebruikt om

belangrijke informatie weer te geven, maar

om bij de aansturing zo weinig mogelijk

draden nodig te hebben, maak ik gebruik van

de I²C-bus.

5.5 Alarm sirene

Het is heel belangrijk om duidelijk signaal te geven dat er alarm is. Daarvoor maak ik gebruik

van een hoorn met lamp. Deze werkt op 230V, maar dit is geen probleem want deze wordt

aangestuurd via een relaiskaart.

FIGUUR 16: 1602LCD


Hoofdstuk 6 Software

6.1 Wat is Arduino?

Het bewakingssysteem wordt volledig aangestuurd door een Arduino. Om een Arduino te

programmeren heb je software nodig: de programmeeromgeving. De Arduino software is

geschreven in Java en gebaseerd op C/C++, processing, avr-gcc en andere open source

hardware. Dit is een gratis programmer die je kan downloaden van op de site van Arduino.

Omdat Arduino in zodanig veel toepassingen gebruikt kan worden, kan men ook heel veel

voorbeeldprogramma’s terugvinden op internet. Er kan ook gebruikt worden gemaakt van

bibliotheken die je kan oproepen afhankelijk van wat je nodig hebt, daarin zitten heel wat

parameters. Die ervoor zorgen dat de juiste data naar de nodige apparaten wordt gestuurd,

zonder dat er heel veel programmeerwerk aan te pas komt.

6.2 Opbouw

Mijn programma moet op dit moment nog geschreven worden, de code zal op het juryexamen

overhandigd worden. Maar de opbouw van het programma kan ik wel nu al voorstellen aan de

hand van onderstaande flowchart. In bijlagen kan je terugvinden wat er in de macro’s zit,

maar dit is nog geen definitieve versie.


FIGUUR 17: FLOWCHART PROGRAMMA


Hoofdstuk 7 Camerabewaking

Het belangrijkste onderdeel van een bewakingssysteem zijn toch wel de camera’s. Men moet

altijd kunnen bekijken wat er gebeurt of wat er gebeurt is. In mijn geval worden de camera’s

in de zaak van mijn ouders geplaatst en de beelden bewaard op een NAS. De beelden moeten

overal toegankelijk zijn daarvoor moeten er poorten worden geopend in je modem. Je

selecteert zelf het bereik (range) en vraagt dit aan bij je provider. Ik maak gebruik van de

range 6000 tot 6100. Iedere camera krijgt ook een vast-IP adres, dus dit mag niet worden

toegekend door de DNS (Domain Name System) van je modem. Dynamische IP-adressen

gaan tot 192.168.1.66, ik maak gebruik van de IP-adressen vanaf 192.1.168.200 want er zitten

ook nog andere apparaten op het netwerk. Dit is de eerste volgende reeks die beschikbaar is

en een vast IP-adres is.

Ik gebruik IP-camera’s van Foscam.

Verdere informatie over de camera’s en hoe deze moeten worden ingesteld kan u terugvinden

in de bijlage die op het juryexamen wordt uitgedeeld.


Algemeen besluit

Uiteindelijk is het gelukt om dit project tot een goed einde te brengen. Het eindwerk werd in

verschillende delen opgedeeld, zodat ik fase kon afwerken. Door in verschillende fases te

werken ging, het werk vlot vooruit.

Ik ben tevreden met het bereikte resultaat. Ik heb een enorme kennis opgedaan op het gebied

van elektronica en programmeren. Dankzij project leerde ik programmeren met Arduino, een

soort C-taal. Uit ondervinding kan ik zeggen dat het heel belangrijk is om voldoende structuur

in je programmeercode te stoppen, en dat commentaar plaatsen ook altijd handig kan zijn.

Een grote meerwaarde vond ik het om een netwerk op te zetten voor de camerabewaking. De

grootste uitdaging was om de beelden vanop afstand beschikbaar te maken. Hierbij leerde ik

veel bij over netwerkprotocollen en netwerkpoorten.

Algemeen kan ik besluiten dat er nog heel veel te ontdekken en te leren valt binnen het

domein van de elektronica, en daarom zal ik ook mijn studies in deze richting verderzetten.


Bijlagen


Bijlage1: Curriculim Vitae

Curriculum Vitae

Ismail El Kaddouri

PERSOONLIJKE GEGEVENS

Naam: Ismail El Kaddouri

Adres: Kortrijkstraat 422

8560 Wevelgem

Gsm: 0473 20 79 24

Email: [email protected]

Geboortedatum: 12 december 1997

Nationaliteit: Belg

Rijbewijs: Personenwagen (B)

OPLEIDING

2012 – 2016 TSO – Elektriciteit-Elektronica

Provinciaal Technisch Instituut

Kortrijk

2011 – 2012 TSO – Mechanica-Elektriciteit

Provinciaal Technisch Instituut

Kortrijk

2010 – 2011 ASO – Moderne Wetenschappen

Sint-Pauluscollege

Wevelgem

BIJKOMENDE VORMINGEN

2015-2016 Laslessen

PCVO - Izegem

2014-2016 Bedrijfsbeheer

PCVO - Izegem

2015 Basisveiligheid VCA-B

PVI – Antwerpen Berchem

ERVARINGEN

2010 – heden Medewerker NELL.COM (computerwinkel) technische en

commerciële opdrachten

mailto:[email protected]


TALENKENNIS

Nederlands: Moedertaal

COMPETENTIES

Ik kan vlot overweg met een computer en heb hier ook enige technische kennis

over door mijn ervaringen in NELL.COM

o Microsoft Word

o Microsoft Excel

o Microsoft Powerpoint

o Microsoft Outlook

o Windows XP,Vista, 7, 8, 8.1, 10

o Mac OS

o Ciel Commercieel beheer

o NI Multi-sim

o NI Ulti-board

o Arduino

o Xillinx

o Flowcode

o SEE Electrical

o LOGO!Soft V4

Teamplayer, sociaal en vlot

Gedreven en enthousiast

Ordelijk en stipt

Stressbestendig

PROJECTEN

Eindwerk:

Woning met domotica, camera- en inbraakbeveiliging. Dit alles is aan stuurbaar via je smartphone.

Stage:

2 weken durende stage bij RWA bvba (Ontwikkelingen van rookbeveiligingssystemen). Ik heb er printplaten getest en gesoldeerd. En er onderhoudswerken aan de elektrische installatie uitgevoerd.

BrightBeats :

In het kader van een Europees project (SHARES Comenius) heb ik samen met 5 vrienden een kleine draagbare bluetooth speaker gebouwd voornamelijk met gerecycleerd materiaal. Daarmee namen we deel aan verschillende wedstrijden.

- 1ste prijs wetenschapsconferentie Paphos (Cyprus) - 2de plaats Pakaan (Unizo) - Nominatie ECO-awards

RenewableBeats :

Dit is de uitvergrote versie van de Brightbeats die werkt op zonne- en windenergie. Deze versie is gebouwd op een aanhangwagen

Begrijpen Spreken Schrijven

Engels Zeer goed Goed Goed

Frans Zeer goed Zeer goed Goed

Berbers (> Arabisch) Goed Goed Matig


Bijlage 2: Lijst afbeeldingen

Figuur 1: Blokschema bewakingssysteem ................................................................................. 2

Figuur 2: algemeen blokschema microcontroller ....................................................................... 3

Figuur 3:Blokschema ATmega2560 .......................................................................................... 5

Figuur 4: principeschema i2c-sturing ......................................................................................... 8

Figuur 5: start conditie ............................................................................................................... 9

Figuur 6: adressering databus ..................................................................................................... 9

Figuur 7: stop conditie .............................................................................................................. 10

Figuur 8: voorbeeld bericht ...................................................................................................... 10

Figuur 9: voorbeeldprogramma i²C-bus ................................................................................... 11

Figuur 10: principiële werking drukknop ................................................................................. 12

Figuur 11: PIR-sensor .............................................................................................................. 12

Figuur 12: principiële werking ................................................................................................. 13

Figuur 13: matrix keypad ......................................................................................................... 13

Figuur 14: principiële werking relaiskaart ............................................................................... 14

Figuur 15: rolluikmotor ............................................................................................................ 14

Figuur 16: 1602lcd ................................................................................................................... 15

Figuur 17: Flowchart programma ............................................................................................ 17

Figuur 18: schematische opbouw ............................................................................................. 26

Figuur 19: Algemene informatie PCF8574 .............................................................................. 27

Figuur 20: PIN-OUT PCF8574 ................................................................................................ 27

Figuur 21: Blokschema PCF8574 ............................................................................................ 27

Figuur 22: Inwendig principeschema CNY74-7 ...................................................................... 28

Figuur 23: Elektronische eigenschappen CNY74-4 ................................................................. 28

Figuur 24: Weerstandnetwerk .................................................................................................. 28

Figuur 25: Principeschema weerstandnetwerk ......................................................................... 28

Figuur 26: schema i²C ingangskaart ......................................................................................... 29

Figuur 27: ontwikkeltekening i²c ingangskaart ........................................................................ 30

Figuur 28: schema PIR-sensor ................................................................................................. 31

Figuur 29: belangrijke informatie reed-contact ........................................................................ 32

Figuur 30: illustratie reed-contact ............................................................................................ 32

Figuur 31: inwendig schema drukknopdoos ............................................................................ 33

Figuur 32: schema matrix keypad ............................................................................................ 34


Figuur 33: belangrijke informatie matrix keypad .................................................................... 35

Figuur 34: aansluitschema matrix keypad ................................................................................ 35

Figuur 35: schema relaiskaart .................................................................................................. 36

Figuur 36: datasheet somfy ls40 ............................................................................................... 37

Figuur 37: schema LEDs .......................................................................................................... 38

Figuur 38: algemene informatie LM7812 ................................................................................ 39

Figuur 39: lm7812 specificaties .............................................................................................. 39

Figuur 40: pin out lcd1602 ....................................................................................................... 40

Figuur 41: specificaties lcd1602 .............................................................................................. 41

Figuur 42: i²C aansturing LCD1602 ........................................................................................ 42

Figuur 43: Ontwerptekening I²C-print LCD1602 .................................................................... 43

Figuur 44: belangrijke productinformatie Werma 580 ............................................................ 43

Figuur 45: illustratie hoorn ....................................................................................................... 43

Figuur 46: CAD tekening drukknopdoos ................................................................................. 44

Figuur 47: Grondplan maquette ............................................................................................... 45

Figuur 48: koppelkarakteristiek ............................................................................................... 50

Figuur 49: Toerentalkarakteristiek ........................................................................................... 50

Figuur 50: Toerental-koppelkarakteristiek ............................................................................... 51

Figuur 51:Controle lus van een DC motor (ABB)7 ................................................................. 52

Figuur 52: Ankerspanningsregeling ......................................................................................... 53

Figuur 53: Schema ankerspanningsregeling ............................................................................ 54

Figuur 54: Servomotor ............................................................................................................. 54

Figuur 55: Veld gestuurde servomotor ..................................................................................... 55

Figuur 56: Fluxdichtheid van servomotor ................................................................................ 55

Figuur 57: vierkwadrantenvoorstelling .................................................................................... 56

Figuur 58:I²C LCD ................................................................................................................... 57

Figuur 59: I²C ingangskaart uitlezen ........................................................................................ 58

Figuur 60: Uitgang sturen met drukknop ................................................................................. 59


Bijlage 3: Schematische opbouw

FIGUUR 18: SCHEMATISCHE OPBOUW


Bijlage 4: Datasheet PCF8574 (I²C IO-expander)

FIGUUR 19: ALGEMENE INFORMATIE PCF8574

FIGUUR 20: PIN-OUT PCF8574

FIGUUR 21: BLOKSCHEMA PCF8574


Bijlage 5: Datasheet CNY74-4 (Optocoupler)

Bijlage 6: Datasheet weerstandnetwerk

FIGUUR 22: INWENDIG PRINCIPESCHEMA CNY74-7

FIGUUR 23: ELEKTRONISCHE EIGENSCHAPPEN CNY74-4

FIGUUR 24: WEERSTANDNETWERK

FIGUUR 25: PRINCIPESCHEMA WEERSTANDNETWERK


Bijlage 7: Schema I²C Ingangskaart

FIGUUR 26: SCHEMA I²C INGANGSKAART


Bijlage 8: Printontwerp I²C Ingangskaart

FIGUUR 27: ONTWIKKELTEKENING I²C INGANGSKAART


Bijlage 9: PIR-sensor

FIGUUR 28: SCHEMA PIR-SENSOR


Bijlage 10: Datasheet REED-contact

FIGUUR 30: ILLUSTRATIE REED-CONTACT

FIGUUR 29: BELANGRIJKE INFORMATIE REED-CONTACT


Bijlage 11: Schema Drukknopdoos

FIGUUR 31: INWENDIG SCHEMA DRUKKNOPDOOS


Bijlage 12: Schema Matrix keypad

FIGUUR 32: SCHEMA MATRIX KEYPAD


Bijlage 13: Datasheet matrix keypad

FIGUUR 33: BELANGRIJKE INFORMATIE MATRIX KEYPAD

FIGUUR 34: AANSLUITSCHEMA MATRIX KEYPAD


Bijlage 14:Relaiskaart

FIGUUR 35: SCHEMA RELAISKAART


Bijlage 15: Somfy LS40 Mercure (rolluikmotor)

FIGUUR 36: DATASHEET SOMFY LS40


Bijlage 16: schema LEDs

FIGUUR 37: SCHEMA LEDS


Bijlage 17: LM7812 (spanningsregelaar)

FIGUUR 38: ALGEMENE INFORMATIE LM7812

FIGUUR 39: LM7812 SPECIFICATIES


Bijlage 18: LCD1602

FIGUUR 40: PIN OUT LCD1602


FIGUUR 41: SPECIFICATIES LCD1602


Bijlage 19: Schema I²C LCD

FIGUUR 42: I²C AANSTURING LCD1602


Bijlage 20: Printontwerp I²C LCD

Bijlage 21: WERMA 580 152 68 SIGNAALLAMP/HOORN

FIGUUR 43: ONTWERPTEKENING I²C-PRINT LCD1602

FIGUUR 45: ILLUSTRATIE HOORN

FIGUUR 44: BELANGRIJKE PRODUCTINFORMATIE

WERMA 580


Bijlage 22: CAD-tekening

FIGUUR 46: CAD TEKENING DRUKKNOPDOOS


Bijlage 23: Grondplan maquette

FIGUUR 47: GRONDPLAN MAQUETTE


Bijlage 24: GIP opdrachten TV EL

GIP opdrachten TV elektriciteit

1.september

Permanente Magneet gelijkstoommotor: Verklaar het werkingsprincipe en samenstelling.

2.november

Permanente Magneet gelijkstoommotor: Verklaar het belang en het verloop van de waarde van

de ankerstroom. Bij aanloop tot bij nominale belasting. Toon dit aan met de nodige formules en

bespreek eventuele maatregelen die kunnen genomen worden i.v.m. de aanloopstroom.

3.december

Permanente Magneet gelijkstoommotor:

•Verklaar hoe de rotatiesnelheid van de motor kan geregeld worden. Gebruik hiervoor de

nodige formules.

•Definieer de begrippen: motorkoppel en ankerreactie

4.januari


•Teken en bespreek de koppelkarakteristiek.

•Teken en bespreek de toerentalkarakteristiek.

•Teken en bespreek de toerental-koppelkarakteristiek.

5.februari


• Bespreek het begrip “drive voor een gelijkstroommotor”.

• Bespreek het begrip “ankerspanningsregeling”.

• Bespreek het begrip “gelijkstroomservomotor”.

• Bespreek het begrip “vierkwadrantenbedrijf”.


GIP opdracht september

Een gelijkstroommotor is een motor die werkt op een gelijkspanning (DC), de functie van een motor is

om energie om te zetten in beweging.

Een permanente gelijkstroommotor is de meest gebruikte DC motor, deze wordt ook wel de “PMDC,

brushed DC motor, Permanent Magnet Direct Current” genoemd.

De motor bestaat uit een stator en een rotor, de stator is een ‘koker’ met een magneet met noord- en

zuidpool.

De rotor, ook wel anker genoemd, moet rond kunnen draaien in de stator waarbij in de afbeeldingen de

blauw en roze wikkelingen aan beide kanten van de rotor de zogenaamde spoelen zijn. Spoelen zijn

‘uitsteeksels’ van de rotor (minimaal twee), omwikkeld met koperdraad waardoor deze magnetisch

worden als er stroom door het draad gaat lopen. Als de noordpool van de stator tegen de noordpool van

de rotor ligt, en er wordt stroom op de rotor gezet, zal de rotor magnetisch worden en gaan draaien (de

noordpool van de rotor wil naar de zuidpool van de stator – en andersom – omdat gelijke polen elkaar

afstoten). Wanneer de noordpool van de rotor bij de zuidpool van de stator is gekomen – de rotor heeft

inmiddels dus een halve omwenteling gemaakt – zal de stroom binnen de rotor omgedraaid moeten

worden: de noordpool van de rotor is eerst aangetrokken door de zuidpool van de stator, maar zal

veranderen in een zuidpool en zal nu worden afgestoten tot deze gedraaid is naar de noordpool van de

stator. Na een halve cirkel draait de stroom weer om en op die manier maakt de rotor een roterende

beweging.

Het omschakelen van de stroom door de rotor gebeurd door middel van een commutator of collector

met borstels. De collector is gemaakt van koper of messing, de borstels van grafiet.

Voorbeelden producten met PMDC-motor: elektrische tandenborstel, printer, kruimeldief,

accuboormachine, elektrische grasmaaier.

Er is ook nog een andere soort permanente magneet gelijkstroommotor, dat is deze zonder

koolborstels.

Deze wordt ook wel “borstelloze DC motor, brushless DC motor” genoemd.

Er bestaan ook permanent magneet gelijkstroommotoren zonder borstels. Deze motor verschilt van de

geborstelde PMDC-motor omdat bij het checken van de positie van de stator- en rotormagneten ten

opzichte van elkaar (om op tijd de stroomrichting om te draaien), geen gebruik wordt gemaakt van

borstels en commutator, maar van een sensor. De omschakeling van de stroomrichting wordt nu

gedaan door middel van een transistor.

Een ander verschil is dat bij deze motor de rotor permanente magneten heeft en de stator spoelen met

wisselende stroomrichting.

Voordelen van een borstelloze PMDC motor, is dat de slijtagegevoelige borstels en commutator

vervangen is door betrouwbaardere elektronica. Nadeel is dat de sensors duur zijn. Borstelloze PMDC

motoren vind je terug in producten die niet mogen falen, zoals een computer ventilator.

Voorbeelden producten met borstelloze PMDC-motor: CD/DVD spelers, harde schijf, computer

ventilator.


GIP opdracht november

Als het anker een totale ankerstroom Ia voert, zal de stroom I per ankertak en dus in ieder werkzame

geleider gegeven worden door: I=Ia/2a

De lorentzkracht ontstaan op een willekeurige geleider in het magnetisch veld.

Ankerstroom in normaal bedrijf: Ia=((U-Et))/Ri= ((U+ke.Φ.n))/Ri

Ankerstroom bij aanzetten: Iaz=U/Ri

Bij de nominale ankerstroom wordt in bedrijf dus beperkt door de opgewekte tegenspanning Et. Bij

het aanzetten staat het anker nog stil dus is n=0 en is de tegen emk nog 0.

De aanloopstroom wordt nu enkel beperkt door de inwendige weerstand van de ankerketen die zeer

klein, waardoor de aanloopstroom verscheidene keren (20 tot 50x) groter is dan de Inom. Hierdoor

ontstaat een zeer hoog joule-effect in de ankerketen, een ontoelaatbare grote stroomstoot op het net en

het anker. Rechtstreekse aanzet wordt dus niet toegepast enkel bij motoren van een beperkt vermogen.

Om deze aanloopstroom te beperken plaatst men in serie met de ankerketen een

stroombegrenzingsweerstand die men ook wel de aanzetweerstand noemt.

Bij nullast is de ankerstroom IA zeer klein (typisch 5 à 10% van de maximale IA). Bij toenemende

belasting (toenemende Pmech) stijgt IA evenredig mee tot aan de maximaal toegestane waarde. De

ankerstroom is een directe maat voor de dynamisch belaste motor


GIP opdracht december

Van een permanent magneet gelijkstroom motor is de rotatiesnelheid relatief simpel te regelen.

De formule voor de draaisnelheid is

De draaisnelheid is recht evenredig aan de aangelegde spanning en omgekeerd evenredig van de flux

in de motor. Door deze eigenschappen is snelheidsregeling mogelijk.

Motorkoppel:

In de mechanica is een koppel een samenstel van twee even grote maar tegengesteld gerichte krachten

waarvan de werklijnen niet samenvallen. Als zo'n koppel op een voorwerp aangrijpt, veroorzaakt het

alleen een rotatie en geen translatie (verschuiving) van het voorwerp. De afstand tussen de beide

werklijnen wordt de arm van het koppel genoemd.

De grootte τ van een koppel heet het koppelmoment en is gelijk aan de kracht F maal de arm r. Als de

kracht gemeten is in newton (N) en de arm in meter (m), wordt het koppelmoment uitgedrukt in Nm

(newtonmeter). Omdat een koppel een draaiing bewerkstelligd in het vlak van de werklijnen, en

daarbij nog twee draairichtingen kan hebben, is een koppel richtingsafhankelijk. En koppel wordt,

evenals kracht en arm, voorgesteld door een vectorgrootheid

Ankerreactie:

Ankerreactie is de inwerking van het ankerveld op het statorveld in een gelijkstroommachine of

synchrone machine. Zonder tegenmaatregelen zorgt ankerreactie voor een nadelig effect op het gedrag

van de machine.


GIP opdracht januari

Koppelkarakteristiek:

FIGUUR 48: KOPPELKARAKTERISTIEK

Toerentalkarakteristiek:

FIGUUR 49: TOERENTALKARAKTERISTIEK

De aangelegde spanning U op de ankerketen van de motor moet de tegenspanning Et in het anker

compenseren, alsook het inwendig ohms spanningsverlies:

Door uitdrukking en te combineren, vinden we voor de draaisnelheid van de

motor de volgende uitdrukking

Vermits het inwendig ohms spanningsverlies relatief klein is ten opzichte van Et of U, kan het

verwaarloosd worden, zodat de draaisnelheid eenvoudig gegeven wordt door de uitdrukking

Besluit: De draaisnelheid is rechtsevenredig met de aangelegde spanning U en omgekeerd evenredig

met de flux φ in de motor, waardoor snelheidsregeling eenvoudig kan toegepast worden.


Toerental-koppelkarakteristiek:

FIGUUR 50: TOERENTAL-KOPPELKARAKTERISTIEK

We kunnen enkele dingen opmerken in de karakteristieken.

Karakteristieken van een PDMC motor zijn gelijkaardig aan die van een DC Shunt motor zeker

in de termen van koppel ,snelheid en stroom. Maar in toerental-koppel karakteristiek zijn

lineaire and beter voorspelbaar dan die van een PDMC motor.

We kunnen hier ook uit afleiden dat de motor altijd een constant toerental heeft.

Hoe meer koppel dat er nodig is, hoe meer stroom er zal vloeien

Maar de snelheid zal toch minimaal dalen wanneer er meer kracht nodig is.

De PMDC motor is niet ze krachtig, maar zeer gebruiksvriendelijk en zeer gemakkelijk in

gebruik.


GIP opdracht februari

Bespreek het begrip “drive” voor een gelijkstroommotor?

De drive (=frequentieregelaar, frequentieomvormer). Drive staat in vaktermen voor de elektronische

schakeling die in staat is het aangeboden signaal te veranderen terwijl de spanning mee varieert en het

koppen behouden blijft.

In een gelijkstroommotor , wordt het magnetisch veld gecreëerd door de stroom door de veldwikkeling

in de stator. Dit veld altijd loodrecht op het vlak door de ankerwikkeling. Deze aandoening, die bekend

staat als het veld oriëntatie, is nodig om het maximale koppel te genereren. De collector-borstel

montage zorgt deze voorwaarde is onafhankelijk van de rotor positie behouden.

Zodra veld oriëntatie is bereikt, wordt het koppel van de DC motor kan bestuurd worden met het

variëren van de armatuur stroom en door het houden van het magnetiseren stroom constant.

Het voordeel van DC-drives is dat de snelheid en het koppel - de twee belangrijkste zorgen van de

eindgebruiker - wordt rechtstreeks gecontroleerd door middel van armatuur stroom: dat is het koppel is

de innerlijke controle lus en de snelheid is de buitenste regelkring (zie figuur 1) .

FIGUUR 51:CONTROLE LUS VAN EEN DC MOTOR (ABB)7

Kenmerken van DC Motor Drive

1) Het gebied oriëntatie via mechanische commutator

2) Beheersing van variabelen zijn Armature Current and Field Current, RECHTSTREEKS

gemeten vanaf de motor

3) Directe koppelregeling

Voordelen van de DC Motor Drive

1) Accuraat en snel koppelregeling

2) Hoge dynamische snelheid reactie

3) Eenvoudig te bedienen

Nadelen van de DC Motor Drive

1) Verminderde betrouwbaarheid motor

2) regelmatig onderhoud

3) Motor duurder in de aankoop

4) encoder nodig voor terugkoppeling


Het grootste nadeel van deze techniek is de beperkte betrouwbaarheid van de gelijkstroommotor; het

feit dat de borstels en commutatoren slijten en moeten regelmatig onderhoud; dat gelijkstroommotoren

duur kopen kunnen zijn; en dat ze encoders voor de snelheid en de positie feedback nodig.

Terwijl een gelijkstroomaandrijving een gemakkelijk gecontroleerd koppel van nul tot basissnelheid en

verder produceert, mechanica van de motor zijn complexer en vereisen regelmatig onderhoud

Bespreek het begrip “ankerspanningsregeling”?

Bij constante φ is het toerental n van de motor recht evenredig met de aangelegde ankerspanning. Bij

constante motorbelasting is het koppel T constant. Volgens uitdrukking

is de ankerstroom Ia dan eveneens constant. Het nuttig vermogen

Pn is evenredig met de draaisnelheid volgens uitdrukking

De snelheid is theoretisch regelbaar van 0 tot de maximum waarde. Praktisch is het regelgebied

begrensd door de nodige ventilatie (afkoeling) voor de minimum snelheid en door de constructie van

de motor voor de maximum snelheid. De ankerspanning kan geregeld worden met behulp van:

- een voorschakelweerstand in serie met de ankerketen te plaatsen (kleine vermogens);

- een regelbare autotransformator (rheotor) met gelijkrichter (Si-diodes);

- een gestuurde gelijkrichter (thyristorbrug) voor elektronische regelketens, waarbij de snelheid

gemeten wordt door een tachogenerator.

FIGUUR 52: ANKERSPANNINGSREGELING


De ankerspanningsregeling is eveneens toepasbaar voor gelijkstroommotoren met permanente

magneten.

Voor gelijkstroommotoren

met onafhankelijke

bekrachtiging, wordt de

veldstroom meestal

bekomen uit het

wisselspanningsnet met

behulp van een Si-

gelijkrichterdiode (D1).

De veldketen wordt voor de ankerketen ingeschakeld, en na de ankerketen uitgeschakeld. Dit wordt

gedaan om te voorkomen dat de motor een hoog toerental zou verkrijgen (op hol slaan) door de lage

flux (remanent magnetisme) die dan in de machine heerst. Omdat de veldwikkeling een hoge

zelfinductie coëfficiënt bezit wordt het uitschakelen bekomen met een vrijloopdiode (D2) die de hoge

zelfinductiespanning van de veldspoel kortsluit.

Bespreek het begrip “gelijkstroomservomotor”?

De servomotor is eigenlijk een verzameling van vier dingen: een normale

DC motor, een tandwielreductie-eenheid, een positie-aftastinrichting

(gewoonlijk een potentiometer-een volumeknop), en een

besturingsschakeling.

De functie van de servo op een besturingssignaal dat ontvangen

representeert gewenste afvoerplaats van de servo-as en de voeding naar

de gelijkstroommotor tot zijn as draait die positie. Het gebruikt de

positie-aftastinrichting naar de rotatiepositie van de as te bepalen, zodat het weet welke kant de motor

moet draaien om de as naar de opgedragen positie. De as heeft meestal niet vrij draaien rond en rond

als een DC-motor, maar kan nogal alleen draaien 200 graden of zo heen en weer.

De servo heeft een 3-draads aansluiting: macht, de grond, en controle. De krachtbron moet constant

worden toegepast; de servo heeft zijn eigen drive electronics dat de huidige trekken uit de

voedingskabel naar de motor te rijden.

De motoren die worden gebruikt als DC servomotoren , algemeen afzonderlijke gelijkstroombron voor

veldwikkeling en ankerwikkeling. De controle kan worden gearchiveerd hetzij door het regelen van het

veld huidige of armatuurstroom. Besturingsveld heeft een aantal specifieke voordelen boven

armatuur controle en anderzijds anker controle heeft ook enkele voordelen ten opzichte besturingsveld.

FIGUUR 53: SCHEMA ANKERSPANNINGSREGELING

FIGUUR 54: SERVOMOTOR


Welk type controle moet worden toegepast op de DC servomotor , wordt bepaald afhankelijk van de

specifieke toepassingen.

- Veld gestuurde DC servomotor

FIGUUR 55: VELD GESTUURDE SERVOMOTOR

Het veld is onder de knie punt van magnetiseren

verzadiging curve gecontroleerd. Op dat deel van de

curve de mmf lineair varieert met bekrachtigingsstroom.

Dat betekent koppel dat de gelijkstroommotor is recht

evenredig met het veld huidige onder de knie

bijzondere magnetiseren verzadigingscurve.

Van algemene torque vergelijking gelijkstroommotor

blijkt dat, torsie T α φI een . Waar, is φ veld flux en ik

een is armatuur stroom. Maar in het veld gestuurde DC-

servomotor, het anker wordt opgewekt door een constante stroombron , dus ik een constant hier.

Vandaar T α φ

Besturingsveld niet mogelijk bij permanente magneet gelijkstroommotor als het veld een

permanente magneet in. DC servomotor werkingsprincipe is in dat geval gelijk aan die van anker

gestuurde motor.

Bespreek het begrip “vierkwadrantenbedrijf”?

Voor speciale toepassingen kunnen frequentieomvormers ook voor 'vierkwadrantenbedrijf' gemaakt

worden, hierbij kan de normaal aangedreven motor ook elektrisch afgeremd worden en daarbij energie

aan het net terug leveren. Bij vierkwandrantenbedrijf kan dit in beide draairichtingen gebeuren. In dit

voorbeeld gebeurt energie terug levering in het tweede kwadrant. Daar is het koppel negatief en de

snelheid positief. Dit resulteert in negatief vermogen en dus terug leveren van energie aan het

wisselspanningsnet (zie formule vermogen van daarnet). De frequentieregelaar eindigt zijn regeling in

FIGUUR 56: FLUXDICHTHEID VAN SERVOMOTOR


het punt dat overeenkomt met de gewenste snelheid in het derde kwadrant (negatief koppel en snelheid

resulteert in positief vermogen).

FIGUUR 57: VIERKWADRANTENVOORSTELLING

Toepassingen:

Frequentieregelaars worden gebruikt voor elektrische aandrijvingen als men het verloop van de

snelheid precies wil regelen, zoals bij: Hijsinstallaties, pompen, roerwerken, transportbanden,

ventilatoren, wikkelapplicaties. En verder bij veel hout/metaalbewerkingsapparatuur waarbij de

snelheid variabel moet zijn voor verschillende materialen, zoals kolomboormachines, draaibanken en

freesbanken. Frequentieregelaars worden ook veel ingezet om energie te besparen, bijvoorbeeld bij

ventilatoren. Ook om mechanische belastingen tot een aanvaardbaar niveau te beperken worden er

soms frequentieregelaars gebruikt.

Een belangrijk toepassingsgebied voor frequentieregelaars is de scheepvaart. Het is relatief eenvoudig

om zo het geleverde vermogen van een thyristor te regelen.


Bijlage 25: I²C LCD

FIGUUR 58:I²C LCD


Bijlage 26: I²C ingangskaart inlezen

FIGUUR 59: I²C INGANGSKAART UITLEZEN


Bijlage 27: Uitgangen aansturen

FIGUUR 60: UITGANG STUREN MET DRUKKNOP


Bronvermelding

Schriftelijke bronnen

Cursus elektronica

Datasheet PCF8574

Datasheet LM7812

Datasheet LCD1602

Datasheet Somft LS40 Mercure

Datasheet CNY74-4

Datasheet PIR-sensor

Datasheet REED contact

Datasheet Matrix keypad

Datasheet 8CH relaiskaart

Datasheet Werma 580-152-68

Andere bronnen

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

http://www.cs.ait.ac.th/~st111211/Arduino-I2C.pdf

http://www.elecfreaks.com/wiki/index.php?title=I2C/TWI_LCD1602_Module

https://forum.arduino.cc/

https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/TC1602A-01T.pdf

http://wetenschap.infonu.nl/techniek/61200-elektromotoren-gelijkstroom-synchroon-

universeelmotor.html

https://nl.wikipedia.org/wiki/Gelijkstroommotor#Ankerketenweerstand

http://www.tisj.com/ian.claesen/index/frame%20rechts/Cursus/Elektriciteit/gelijkstroommotor/t

heorie.pdf

http://www.tisj.com/ian.claesen/index/frame%20rechts/Cursus/Elektriciteit/gelijkstroomgenerat

or/labo.pdf

https://nl.wikipedia.org/wiki/Ankerreactie

http://www.electricaleasy.com/2014/12/permanent-magnet-dc-pmdc-motors.html

https://nl.wikipedia.org/wiki/Frequentieregelaar#Vierkwadrantenbedrijf

http://electrical-engineering-portal.com/dc-motor-drive-explained-in-few-words

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

http://www.cs.ait.ac.th/~st111211/Arduino-I2C.pdf

https://forum.arduino.cc/


http://www.tisj.com/ian.claesen/index/frame%20rechts/Cursus/Elektriciteit/gelijkstroommotor/t

heorie.pdf

http://handyboard.com/hb/faq/hardware-faqs/dc-vs-servo/

http://www.electrical4u.com/dc-servo-motors-theory-and-working-principle/

https://elauma.worldpress.com/tag/vierkwadrantenbedrijf/

Afbeeldingen

1. Eigen illustratie


3. Datasheet PCF8574

4. I²C voor beginners.pdf




8. https://nl.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C-bus



11. https://kamami.pl/czujniki-podczerwieni/200743-modhc-sr501.html

12. https://www.avforums.com/threads/resolved-wired-magnetic-door-alarm-surface-

contact.1932974/

13. Datasheet Matrix keypad.pdf


15. http://www.voletshop.fr/moteurs-somfy-ls40/499-1021371-Moteur-LS40-ARIES-Court-4-14-

Somfy-pour-volet-roulant.html

16. http://www.diytrade.com/china/pd/9243856/1602_LCD.html






22. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/81944/TEMIC/CNY74-4.html

23. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/81944/TEMIC/CNY74-4.html

24. http://www.farnell.com/datasheets/682196.pdf

25. http://www.farnell.com/datasheets/682196.pdf






30. Datasheet Reed-contact

31. Datasheet Reed-contact



34. Datasheet Matrix keypad

35. Datasheet Matrix keypad


37. http://www.werff-zonwering.nl/contents/nl/d168_somfy_buis-motor_LS40.html


39. https://www.fairchildsemi.com/datasheets/LM/LM7812.pdf

40. https://www.fairchildsemi.com/datasheets/LM/LM7812.pdf

41. https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/TC1602A-01T.pdf

42. https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/TC1602A-01T.pdf



45. https://mdhelektroshop.nl/werma-580-152-68-signaallamp-hoorn-wm-continue

46. https://mdhelektroshop.nl/werma-580-152-68-signaallamp-hoorn-wm-continue


48. http://www.electricaleasy.com/2014/12/permanent-magnet-dc-pmdc-motors.html



51. http://electrical-engineering-portal.com/dc-motor-drive-explained-in-few-words



54. http://www.electrical4u.com/dc-servo-motors-theory-and-working-principle/



57. http://elauma.wordpress.com/tag/vierkwadrantenbedrijf/




Woord vooraf · Woord vooraf De geïntegreerde proef is een praktische test ter afsluiting van het...

Documents

Transcript of Woord vooraf · Woord vooraf De geïntegreerde proef is een praktische test ter afsluiting van het...