Oefentoets Automatische Systemen

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

Oefentoets Automatische systemen

Dit is ongeveer dezelfde structuur aan opgaven die ik ga aanhouden voor de werkelijke toets. Let op significante cijfers waar nodig!! 

Oefentoets Automatische systemen

Dit is ongeveer dezelfde structuur aan opgaven die ik ga aanhouden voor de werkelijke repetitie. Je ziet dat je voor opgave 5 écht wel ff de tijd moet nemen. Dat komt ten goede tijdens de repetitie.

Let op significante cijfers waar nodig. En denk vooral logisch na voor de laatste opgave. Stel dat er 8 punten zijn voor de laatste, en je hebt bijv. beide comparatoren op de sensoren aangesloten zijn dat al 2 punten waard. Dus geef niet meteen op bij de laatste opgave van de werkelijke repetitie!! Neem je tijd!!

Opgave 1 - Binnenkomers (1/2)

a. Uit welke drie onderdelen bestaat een automatisch systeem?

b. Leg de functie uit van een comparator en met welk invoerelement je het MOET gebruiken.

c. Zie de schakeling hieronder. A en B zijn ingangen, C is een uitgang. Stel de waarheidstabel op voor deze schakeling.

Opgave 1 - Binnenkomers (2/2)

d. Bij aanvang staat het LED-je uit. Wat gebeurt er als je op de drukschakelaar drukt en daarna weer loslaat? Leg uit hoe het in zijn werk gaat.

Antwoord Opgave 1ab

a. Invoer, Verwerking, Uitvoer

b. Na een sensor of variabele spanning zet je ALTIJD een comparator. Dit is omdat je binnen de verwerkingselementen altijd alleen wil werken met een HOOG ( 1 ) of LAAG ( 0 ) signaal. Echter, een sensor of variable spanning kan elke sensorspanning tussen 0 en 5 V aannemen.  De comparator vergelijkt de sensorspanning met een ingestelde waarde en bepaalt aan de hand van die waarde of de comparatoruitgang een HOOG of LAAG signaal krijgt. 

Antwoord Opgave 1cd

c. A  B        C

    0  0        0

    0  1         1

    1   0       0

    1   1        0

d.  In de schakeling wordt eerst de onderste ingang HOOG als de drukknop ingedrukt wordt. De OF-poort zal een HOOG signaal bij de LED weergeven en tegelijkertijd ook weer een HOOG signaal aan de andere ingang van de OF-poort afgeven. Dus zal de LED continu aanblijven staan.

Opgave 2 - Binaire getallen

a. Zet om naar een decimaal getal: 1010 0010. 

b. Zet om naar een binair getal: 817 

c. Welk binair getal is één kleiner dan 1000 0000?

d. Welk binair getal is twee keer zo groot als 0100 0100 0001?

Antwoord Opgave 2a

a. Zet om naar een decimaal getal: 1010 0010.

Dit zijn 2 x 2⁸ mogelijkheden dus... 

128   64   32   16   8   4   2   1

  1       0     1     0    0   0   1   0

128    +    32         +         2    =     162

 

Antwoord Opgave 2b

b. Zet om naar een binair getal: 817 

Na 128 komt 256, 512 en 1024.  1024 past niet in 817, maar 512 wel. Dus:

817 - 512 = 305. In 305 past 256, dus 305 - 256 = 49. In 49 past 32, dus 49 - 32 = 17.

In 17 past 16, dus 17 - 16 = 1. In 1 - 1 = 0. 

Tabelletje t/m 512 maken:

512   256    128    64    32   16    8     4    2    1

  1        1        0       0       1     1      0     0    0    1

Binaire code van 817 is: 1100110001

Antwoord Opgave 2cd

c. Welk binair getal is één kleiner dan 1000 0000?

Stel dat we 100 hebben. Dat is 4. Wat is dan 3? 011. Het begint met één 0 en dan alleen nog maar 1-en. Niet overtuigd nog? Stel dat we 10000 hebben. Dat is 16. 15 bestaat uit 8, 4, 2 en 1. Dus de binaire code is: 01111. 

Dus het antwoord hier is: 0111 1111. Zonder te rekenen.

d. Welk binair getal is twee keer zo groot als 0100 0100 0001? 

Pik alleen de getallen eruit: 1, 64 en 1024. Dat is 1089. Maal 2 wordt dat 2178. Dat bestaat uit meerdere getallen: 2048, 128 en 2. Dat is 1000 1000 0010. Alles een 1 naar links opgeschoven.

Opgave 3 - Waterpompen

In de Krimpenerwaard ligt achter het dorp Haastrecht een zogenoemde “boezem”, een verzamelplaats van oppervlakte water. Als het waterniveau in de boezem tot boven de 3,56 m stijgt, gaat door middel van een automatisch systeem een pomp in werking. Deze pompt gedurende een uur water uit de boezem naar het kanaal om het af te voeren.  

Het meetsysteem bestaat uit een waterhoogte sensor die kan meten van 2,00 tot 4,00 meter en die een spanning geeft van 0,00 tot 5,00 Volt.  

a. Geef het bereik van de sensor.

b. Bereken de gevoeligheid van de sensor. 

c. Welke spanning geeft de sensor bij die belangrijke waarde 3,56 m?

Antwoord Opgave 3abc

a. Geef het bereik van de sensor.

Het bereik ligt binnen de gemeten grootheid: meter. Dus tussen 2,00 en 4,00 meter.

b. Bereken de gevoeligheid van de sensor. 

Dat is ∆U/∆x = (5,00 - 0,00)/(4,00 - 2,00) = 2,50 V/m = gevoeligheid van sensor.

c. Welke spanning geeft de sensor bij die belangrijke waarde 3,56 m?

Dat is 3,56 - 2,00 = 1,56 m. De spanning zal dan 2,50 x 1,56 = 3,90 V zijn.

Opgave 4 - Koolstofmonoöxide

Bij een verbrandingsproces kan er, naast koolstofdioxide, ook koolstofmono-

oxide ontstaan. Koolstofmonoöxide is giftig, maar ook geurloos, dus daarom 

extra gevaarlijk. In het ketelhuis van jeneverstokerij de Vrolijke Aap willen 

ze graag in de gaten houden of er niet te veel koolmonoxide in de lucht zit. 

Daarvoor bestaan elektronische koolstofmonoxide-meters (CO-meter), die 

de concentratie van dit gas in de lucht kunnen meten. De mensen bij de 

Vrolijke Aap weten nog niet of ze een meet-, stuur- of regelsysteem willen. 

Leg het verschil uit tussen de drie systemen, zodat de Vrolijke Aap een goede keuze kan maken. Benoem het gebruik van de CO-meter en voeg handige uitvoer-elementen toe in je beschrijving.

CO-meter

Opgave 4 - Antwoord

Leg het verschil uit tussen de drie systemen, zodat de Vrolijke Aap een goede keuze kan maken. Benoem het gebruik van de CO-meter en voeg handige uitvoer-elementen toe in je beschrijving.

Een meetsysteem zal alleen het niveau van CO meten. Verder gebeurt er niets. 

Een stuursysteem zal het niveau van CO meten en een uitvoerelement aansturen, zoals een knipperLED of een sirene.

Een regelsysteem kan hetzelfde als het stuursysteem, maar dan zou het systeem ook op 1 of andere manier het niveau van CO kunnen beïnvloeden. Bijvoorbeeld door de ketel van de jeneverij uit te schakelen wanneer een hoge concentratie bereikt is. Zo kan het niveau van CO niet verder stijgen. Regelsysteem is de beste optie.

Opgave 5 - Natuurkundelokaal

Om lampen niet onnodig te laten branden, wil men in het natuurkundelokaal een

automatische lichtschakelaar aanbrengen. Nu nog worden de lampen vaak aan het begin van de eerste les met de hand aangedaan en pas aan het eind van de dag uitgeschakeld.

Annelies en Mohammed ontwerpen een automatisch systeem om een lamp aan en uit te schakelen. Het systeem moet aan de volgende voorwaarden voldoen:

- Als er weinig licht en bovendien beweging in het lokaal is, of in de laatste 8 minuten beweging is geweest, dan zijn de lampen aan.

- Als er voldoende licht is of als er 8 minuten of langer geen beweging is, dan zijn de lampen uit.

Opgave 5 - Natuurkundelokaal

In de figuur hiernaast zie je al een licht- en

geluidsensor op het systeembord bevestigd.

Je zal vast opmerken dat dit systeembord 

dubbele verwerkingselementen heeft, er 

zijn geen nieuwe elementen toegevoegd.

LET OP: Het gaat hier alleen om het

inschakelen van de verlichting en wanneer

mensen rondlopen binnen 8 minuten. De 

seconden zijn zogenaamd minuten.

Opgave 5 - Natuurkundelokaal

De pulsgenerator geeft één puls per 

minuut. De bewegingssensor geeft een hoog 

signaal als iemand in het lokaal beweegt.

De lichtsensor stijgt als er meer licht op 

valt. De LED stelt de verlichting in het 

lokaal voor. 

Teken in de figuur de correcte 

verbindingen tussen de elementen.

(In LessonUp gaat dat moeilijk, 

maak dus een schets)

Opgave 5 - Antwoord

Teken in de figuur de correcte verbindingen 

tussen de elementen. 

- Zodra de bewegingsensor iets ziet bewegen, moet de 

teller gereset worden.

- Wanneer de teller op 8 staat, moet de geheugencel 

gereset worden.

- Als de lichtsensor laag is en geheugencel hoog, moet de 

LED branden.

De rood/groene lijnen hebben geen andere betekenis 

dan dat ze verbindingen maken. De kleur heeft geen

extra betekenis.