Lesdoelen
- De leerling kan het verschil tussen een analoog signaal (0-1023) en een digitaal signaal (0 of 1) uitleggen en van een gegeven sensor zeggen welk type hij is. LPD 18
- De leerling kan LDR-waarden systematisch meten in verschillende lichtsituaties en op basis daarvan zelf een geschikte drempelwaarde kiezen (kalibreren). LPD 3 LPD 13
- De leerling kan de straatlantaarn bouwen en uitleggen waarom dit een regeling met terugkoppeling is: het systeem meet, vergelijkt en stuurt zichzelf bij. LPD 18
- De leerling kan met de ultrasone sensor afstanden meten en de meetwaarden controleren met een rolmeter (meten = weten, ook over je eigen sensor). LPD 13
Lesverloop (5 lesuren)
| Blok | Duur | Fase | Wat gebeurt er |
|---|---|---|---|
| 1 | 15 min | Instap | Twee vragen: hoe weet een straatlantaarn dat het donker wordt? En hoe weet de thermostaat thuis dat het warm genoeg is? Niemand drukt op een knop — en toch gebeurt het juiste. Vandaag ontdekken we hoe. |
| 1 | 35 min | Instructie | Analoog vs. digitaal op het bord (schakelaar vs. dimmer). De LDR in een spanningsdeler met 10 kΩ. Daarna hét schema van de week: de regelkring — meten → vergelijken met de gewenste waarde → bijsturen → opnieuw meten. |
| 2 | 50 min | Zelfstandig | Kalibreren: LDR aansluiten op A0, waarden live volgen via de seriële monitor en de kalibratietabel invullen (vol licht / schaduw / afgedekt). Elke leerling kiest een eigen drempelwaarde en noteert waaróm. |
| 3 | 50 min | Zelfstandig | De straatlantaarn: als-dan-anders rond de drempel; testen met de "kunstmatige nacht" (doosje over de sensor). Klassikale terugkoppeling: waarom is dit een regeling en het verkeerslicht van week 7 niet? |
| 4 | 50 min | Zelfstandig | Ultrasoon: HC-SR04 aansluiten, vijf afstanden meten en vergelijken met de rolmeter (afwijking noteren!). Daarna de parkeersensor: hoe dichter het obstakel, hoe sneller de LED knippert of de buzzer piept. |
| 5 | 35 min | Verdieping | Afwerken; wie klaar is kiest een uitbreiding (hysterese, nachtstand-kruispunt, parkeerhulp met 3 LED's) of een side quest. Wie vastzit: kalibratie-check met de leerkracht. |
| 5 | 15 min | Afsluiting | Logboek: kalibratietabel + meettabel ultrasoon erin, foto van de werkende lantaarn. Exit-vraag op wisbordje: "sturing of regeling — leg uit in één zin." Opruimen, XP. |
Instructie: meten, vergelijken, bijsturen
1 · Analoog vs. digitaal
Een digitale pin kent twee toestanden: 0 of 1, uit of aan — perfect voor een knop. Een analoge pin (A0-A5) meet een spanning als een getal van 0 tot 1023: 0 = 0 V, 1023 = 5 V, en alles daartussen bestaat óók.
- Drukknop, microswitch → digitaal (aan/uit)
- LDR (licht), draaipotmeter, temperatuursensor → analoog (hoeveel?)
- De LDR hangt in een spanningsdeler met een vaste weerstand van 10 kΩ: verandert het licht, dan verandert de spanning op A0 mee.
Typische LDR-waarden in een klaslokaal: vol TL-licht ± 700-900, schaduw ± 300-500, afgedekt met je hand < 150. Dé reden om te kalibreren: bij jou thuis zijn die getallen anders!
2 · De straatlantaarn in blokken
Eerst meten (in een variabele), dan kiezen. De drempel hieronder is 400 — maar jóuw drempel volgt uit jóuw kalibratietabel, ergens tussen ± 300 en 600.
wanneer Arduino Uno opstart
herhaal voortdurend
zet lichtwaarde op lees analoge pin A0
schrijf lichtwaarde naar seriële monitor
als lichtwaarde < 400 dan
zet digitale pin 9 op hoog
anders
zet digitale pin 9 op laag
wacht 0.5 seconden
Zelfde structuur als puzzel 6 in het Blokkenboek — wie die puzzel maakte, herkent elk blok.
3 · Sturing of regeling? Hét verschil
Het verkeerslicht van week 7 is een sturing: het draait blind zijn programma af en kijkt nooit of dat programma effect heeft. De straatlantaarn is een regeling met terugkoppeling:
- Meten — de LDR meet het licht (de sensor is het zintuig).
- Vergelijken — het programma vergelijkt de meting met de gewenste waarde (de drempel).
- Bijsturen — te donker? Lamp aan. Licht genoeg? Lamp uit.
- … en opnieuw meten — de kring is rond: het systeem controleert het effect van zijn eigen actie. Dát is terugkoppeling.
Herken je het? Je thermostaat (meet temperatuur → vergelijkt met 20 °C → verwarming aan/uit) en zelfs je eigen lichaam (te warm → zweten → afkoelen → opnieuw "meten") werken exact zo.
4 · De ultrasone sensor: meten met geluid
De HC-SR04 stuurt een geluidspuls uit (40 kHz — te hoog voor je oren) en meet hoe lang de echo erover doet om terug te komen. Geluid reist ± 343 m per seconde, dus: afstand = (tijd ÷ 2) × snelheid — gedeeld door 2 omdat het geluid heen én terug moet.
- Meetbereik: ± 2 cm tot 400 cm; onder de 2 cm ziet hij niets.
- Vier pinnen: 5V, GND, Trig (puls sturen) en Echo (echo lezen). In mBlock is er één blok dat de afstand meteen in centimeter geeft.
- Zachte oppervlakken (trui, gordijn) slikken de echo half in — meet dus ook eens op je boekentas en verklaar het verschil in je meettabel.
Parkeersensor: afstand < 30 cm → traag piepen/knipperen, < 15 cm → snel, < 5 cm → continu. Drie als-blokken en je auto parkeert nooit meer tegen de muur.
Flikkert je lantaarn bij schemerlicht?
Dan zit je meetwaarde precies rond de drempel en wipt de lamp aan-uit-aan-uit. Echte ingenieurs lossen
dat op met hysterese: aan onder de 350, pas weer uit boven de 450. Twee drempels in plaats van
één — een prachtige uitbreidingsopdracht voor wie snel klaar is.
Opdrachten
Kernopdracht (iedereen)
- Bouw de spanningsdeler: LDR + 10 kΩ, middenpunt naar A0.
- Kalibreer: noteer de waarde bij vol licht, schaduw en afgedekt in de kalibratietabel.
- Kies je drempel (tussen je schaduw- en donkerwaarde in) en verantwoord je keuze.
- Programmeer de straatlantaarn (als-dan-anders) en test met de kunstmatige nacht.
- Sluit de HC-SR04 aan; meet 5 afstanden (10/30/50/100/200 cm) en vergelijk met de rolmeter.
- Bouw de parkeersensor: sneller signaal naarmate het obstakel dichter komt.
- Kalibratietabel + meettabel + foto in het logboek.
Basis-pad
Straatlantaarn met de klasdrempel 400 en een aangereikte flowchart; kalibratietabel invullen blijft verplicht (dat ís het onderzoek). Ultrasoon: alleen de vijf metingen + vergelijking met de rolmeter — de parkeersensor mag samen met de leerkracht of een buddy.
Uitbreidingen
- Hysterese: twee drempels (aan < 350, uit > 450) tegen het geflikker.
- Nachtstand-kruispunt: de LDR schakelt je verkeerslicht van week 7 naar knipperend oranje zodra het donker wordt.
- Parkeerhulp deluxe: drie LED's (groen/oranje/rood) als afstandsbalkje in plaats van gepiep.
- Dimmer: hoe donkerder, hoe feller de lamp (pwm-pin, waarde 0-255).
Materiaal deze week
- Per leerling: LDR + 10 kΩ-weerstand (spanningsdeler) + witte of gele LED met 220 Ω
- HC-SR04 ultrasone sensoren (1 per leerling of per duo, reserve 20 %)
- Rolmeters of meetlatten van 1 m voor de controle-metingen
- "Kunstmatige nacht": schoendozen of donkere doeken om de LDR af te dekken
- Kalibratietabel + meettabel ultrasoon (invulbladen voor het logboek)
- Enkele buzzers voor wie de parkeersensor met geluid bouwt (officieel pas week 14)
Leerkracht-hoek
- Er bestaat geen "juiste" drempelwaarde — en dat is precies de leerstof. De waarden hangen af van het lokaal, het weer en de opstelling; wie de tabel van de buur kopieert, valt door de mand zodra het doosje over de sensor gaat. Beoordeel de redenering, niet het getal.
- Regelkring-begrip is toets- én bossleerstof: "sturing vs. regeling, met een eigen voorbeeld" staat op toets 2 (week 14) en is de kernvraag van de boss 2-pitch (week 15). Herhaal het schema meten → vergelijken → bijsturen aan het begin van élk blok deze week.
- Klassieke fouten: LDR en vaste weerstand omgewisseld (waarden lopen dan omgekeerd — geen ramp, wél uitleggen); sensor op een digitale pin in plaats van A0; > en < verwisseld (dojo-patiënt 4!); vergeten dat de HC-SR04 5 V nodig heeft.
- Meet-attitude: de vergelijking sensor vs. rolmeter is een stille les kwaliteitszorg — een sensor heeft een afwijking en dat mág, als je ze maar kent. Die houding komt terug bij de schuifmaat volgende week.
- Vooruitblik: week 13 = Fusion 360. Check de onderwijslicenties en de klas-pc's nú — een Autodesk-verificatie kan dagen duren. Schuifmaten en de twee demo-doosjes (met/zonder tolerantie) klaarleggen.
Side quests die hier mooi bij passen
Reactiespel (knop, variabele en willekeurige wachttijd) ·
Muziekdoos (de buzzer van de parkeersensor kan méér dan piepen) ·
Morse-Meester (seinen = digitale uitvoer met perfecte timing).