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: info@vtiveurne.be
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 2,000
20 2 12,5 6,250 20 2 7,5 3,750
20 3 19 6,333 20 3 13 4,333
20 4 26 6,500 20 4 19 4,750
20 5 34,5 6,900 20 5 24,5 4,900
20 10 63 6,300 20 10 52 5,200
20 15 98 6,533 20 15 81 5,400
6,558 5,063
6,402 4,333
30 1 9 9,000 30 1 4 4,000
30 2 19 9,500 30 2 14 7,000
30 3 30 10,000 30 3 24 8,000
30 4 41 10,250 30 4 34,5 8,625
30 5 52 10,400 30 5 43,5 8,700
30 10 104 10,400 30 10 88 8,800
30 15 158 10,533 30 15 133 8,867
10,396 8,748
10,012 7,713
NXT basis (motoren) NXT uitgebreid (motoren + sensoren)
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
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 7,000
40 2 27 13,500 40 2 21 10,500
40 3 41 13,667 40 3 35 11,667
40 4 57 14,250 40 4 48 12,000
40 5 72 14,400 40 5 60 12,000
40 10 147 14,700 40 10 127 12,700
40 15 222 14,800 40 15 193 12,867
14,538 12,392
13,974 11,248
50 1 15,5 15,500 50 1 10 10,000
50 2 34 17,000 50 2 27 13,500
50 3 51,5 17,167 50 3 44 14,667
50 4 73 18,250 50 4 62 15,500
50 5 92 18,400 50 5 79 15,800
50 10 185 18,500 50 10 165 16,500
50 15 283 18,867 50 15 250 16,667
18,504 16,117
17,669 14,662
60 1 19 19,000 60 1 13 13,000
60 2 41 20,500 60 2 35 17,500
60 3 63 21,000 60 3 56,5 18,833
60 4 89 22,250 60 4 76,5 19,125
60 5 113 22,600 60 5 99 19,800
60 10 229 22,900 60 10 201 20,100
60 15 346 23,067 60 15 306 20,400
22,704 19,856
21,617 18,394
70 1 22 22,000 70 1 16,5 16,500
70 2 48 24,000 70 2 41 20,500
70 3 73 24,333 70 3 67 22,333
70 4 105 26,250 70 4 91 22,750
70 5 132 26,400 70 5 117 23,400
70 10 268 26,800 70 10 236 23,600
70 15 404 26,933 70 15 355 23,667
26,596 23,354
25,245 21,821
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :

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 19,000
80 2 55 27,500 80 2 49 24,500
80 3 85 28,333 80 3 77 25,667
80 4 120 30,000 80 4 105 26,250
80 5 151 30,200 80 5 134 26,800
80 10 305 30,500 80 10 277 27,700
80 15 460 30,667 80 15 420 28,000
30,342 27,188
28,886 25,417
90 1 27 27,000 90 1 22 22,000
90 2 61 30,500 90 2 54 27,000
90 3 97 32,333 90 3 86 28,667
90 4 135 33,750 90 4 117 29,250
90 5 170 34,000 90 5 150 30,000
90 10 344 34,400 90 10 313 31,300
90 15 516 34,400 90 15 477 31,800
34,138 30,588
32,340 28,574
100 1 30 30,000 100 1 25 25,000
100 2 67 33,500 100 2 61 30,500
100 3 105 35,000 100 3 97 32,333
100 4 150 37,500 100 4 131 32,750
100 5 188 37,600 100 5 167 33,400
100 10 384 38,400 100 10 345 34,500
100 15 582 38,800 100 15 525 35,000
38,075 33,913
35,829 31,926
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
gemiddelde
snelheid :
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 . PNXT 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
3de
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.
D
e
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 . PNXT 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° |

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° |
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
0 100 200 300 400
wrijvingskracht[newton]
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
snelheid[cm/s]
afstand lamp tot zonnepaneel [cm]
60W
60W (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
labVIEWvi.libaddonsNXTToolkit 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
Oplossing
voeren.
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
Oplossing
voeren.
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
gebruik sensoren +20 punten

72
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
gebruik ultrasone sensor +10 punten
> 2 blokken vallen uit gele -8 punten

73
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.

Experimenteren met LEGO en zonne-energie

Experimenteren met LEGO en zonne-energie

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Plus de Maarten Lermytte

Plus de Maarten Lermytte (6)

Experimenteren met LEGO en zonne-energie