Handboek · hoofdstuk 33Integratieproject: de meetkas

In hoofdstuk 1 beschreef je de meetkas als een systeem met input, proces en output, nog zonder te weten hoe ze vanbinnen zou werken. Nu ken je elk deelsysteem. Het systeemschema toont hoe ze samenhangen:

• input: zonlicht, water, lucht, zaad en potgrond, en informatie (de drempels, het onderhoud);
• zes deelsystemen: energie, besturing, klimaat, water, planten, en de constructie die alles draagt;
• output: sla, zuurstof en waterdamp, warmte, en meetgegevens.

Twee lussen maken van de meetkas een systeem dat zichzelf regelt. De bodemvochtsensor meet wat de pomp veranderde, de temperatuursensor meet wat het dakraam veranderde: dat is terugkoppeling (hoofdstuk 1 en 25). De ledstrip werkt anders: de lichtsensor meet het daglicht, niet het licht van de ledstrip, en de ledstrip brandt een vaste tijd. Dat is een open lus die door een gebeurtenis (het donker) gestart wordt.

Kijk ook naar de pijlen tussen de deelsystemen. De energie gaat naar de besturing en via de relais naar klimaat en water; de besturing stuurt alleen informatie (aan of uit). Elke pijl is een interface, en dus een plaats waar je bij het testen gaat kijken.

Een project van tien weken met vier mensen loopt niet vanzelf. Drie gewoonten maken het verschil.

1. Vaste rollen. Elk teamlid is verantwoordelijk voor één deel, en is de tweede verantwoordelijke voor een ander deel: zo ligt het werk niet stil als iemand ziek is. Met drie voeg je projectleider en onderzoeker samen. Iedereen soldeert, test en presenteert mee.

2. Een planning met mijlpalen. Het voorbeeldteam kreeg tien weken van drie lestijden. Sommige fasen lopen parallel: terwijl de bouwer de wanden plaatst, test de programmeur de code op tafel. De groeiproef start in week 5, zodra de kas staat, en duurt vijf weken. Een mijlpaal is een moment waarop iets af moet zijn en getoetst wordt; het voorbeeldteam koos er negen, van 'PvE versie 2' in week 1 tot de presentatie in week 10. Heb je maar acht weken, zaai dan in week 3 en geef tot de pomp werkt met de hand 150 mL per bakje per dag (hoofdstuk 27).

3. Een logboek en een portfolio. Het logboek houdt bij wie wat deed, welke problemen er waren, wat er beslist werd en wat de volgende stap is: vijf minuten aan het einde van elke les. Het portfolio bundelt alles: de Habitat-opdrachten van hoofdstuk 1 tot 32, het programma van eisen, de tekeningen, het testrapport, het verslag, de poster en je reflectie.

De meetkas heeft twee kringen die elkaar alleen raken via de relais (hoofdstuk 25): de werkkring op 12 V, voor alles wat vermogen vraagt, en de stuurkring op 5 V, voor de Arduino, de sensoren en de spoelen van de relais. Het aansluitschema van de 12 V-kant brengt samen wat je in hoofdstuk 17 tot 21 en 25 leerde.

• De bron. Zonnepaneel en batterij hangen aan een laadregelaar, in een kast aan de voet van de paal. De laadregelaar laadt de batterij veilig en schakelt de verbruikers af als de batterij te leeg wordt. Stekker X1 verbindt de kas met die zonnekast, of van november tot januari met de 12 V-adapter. Een stekker zit maar in één contactdoos tegelijk: zo hangt de kas nooit aan twee bronnen.
• Hoofdzekering F1 (2 A) vlak na de stekker, en per tak een eigen zekering (hoofdstuk 18 en 20).
• Vier takken parallel op 12 V: de ledstrip (W1 kiest tussen S1 met de hand en relais K1), het pompje (K2 in serie met vlotter B1: de pomp kan niet droog draaien), de duwstang (K3 en K4) en de omvormer naar 5 V voor de besturing.

Staat alles tegelijk aan, dan levert de bron $0,40+0,65+0,50+0,15=1,70\mathrm{A}$: minder dan de 2 A van de adapter en van F1. In werkelijkheid draaien het pompje en de duwstang nooit samen, want het programma doet het ene na het andere. De stroom van de duwstang is een rekenwaarde: meet die van jouw duwstang (hoofdstuk 19).

De omkeerschakeling. Een duwstang schuift uit bij de ene polariteit en in bij de andere. K3 en K4 hebben elk een wisselcontact. In rust verbinden ze beide aansluitingen van de duwstang met de min: de stang staat stil. K3 aan: aansluiting A komt aan de plus en de stang schuift uit. K4 aan: nu B aan de plus, en de stang schuift in. Zouden K3 en K4 samen aan gaan, dan liggen beide kanten aan de plus: geen kortsluiting, de stang staat gewoon stil. De eindschakelaars in de duwstang stoppen haar aan het einde van de slag.

Op de 5 V-kant hangt alles aan de Arduino Uno (hoofdstuk 24): drie analoge sensoren, twee digitale ingangen en zes digitale uitgangen. Het pinplan is een interface-afspraak. Het staat in het stationsdossier, in het schema en bovenaan in de code, en het moet op de drie plaatsen hetzelfde zijn.

IJken in de kas. In hoofdstuk 25 ijkte je op tafel. In de kas herhaal je het met de echte sensoren, de echte potgrond en de echte draden:

• de TMP36 in de SH-1 naast een referentiethermometer, bij drie temperaturen (eis K1: binnen 1 °C);
• de bodemvochtsensor in een bakje met droge en met natte potgrond uit dezelfde zak: noteer de twee ruwe waarden en zet ze in de code als DROOG en NAT;
• de LDR: noteer de ruwe waarde bij valavond (het moment dat je extra licht wil) en bij daglicht. Dat worden DONKER en DAG. Houd de lichtsensor uit het licht van de ledstrip.

Testen doe je in drie rondes, van klein naar groot:

1. Deeltests tijdens de bouw: elk onderdeel apart, zodra het klaar is. De maten, de stijfheid, de kring vóór de keuring, elke sensor, elk relais met een ledje in plaats van de pomp of de duwstang.
2. Systeemtest op één dag: de hele kas samen, met nagebootste situaties. Sensor opwarmen met je hand, droge potgrond, het reservoir laten leeglopen, de slang los, de stekker eruit en er weer in.
3. Testweek: de kas een week alleen. Een laptop (of later een datalogger) bewaart het verslag van het programma, en elke dag doet één teamlid dezelfde controle: batterijspanning, waterpeil, temperatuur naast de referentiethermometer.

Elke test hoort bij een eis, en het criterium ligt vast vóór je test: anders ga je het resultaat goedpraten. Faalt een test, dan zoek je de oorzaak, verbeter je en test je opnieuw: de lus van hoofdstuk 30.

De simulatie als generale repetitie. Voor het programma de kas in ging, liet het voorbeeldteam het een dag draaien in een simulatie: hetzelfde model van de kas als in hoofdstuk 23 en 25, met de zonnige aprildag van hoofdstuk 4. Het raam ging 7 keer open en 7 keer dicht, voor het eerst om 12:06 en voor het laatst om 15:38. De kas werd hoogstens 28,0 °C (zonder regeling 32 °C). Het pompje gaf 7 beurten, elke 3 uur en 12 minuten: 1,68 L die dag, want de grond begon op 40 %. Op lange termijn zijn het 7,5 beurten of 1,8 L per dag, zoals in het stationsdossier.

Een onderzoeksverslag vertelt een ander wat je deed, wat je vond en wat het betekent, zo dat die de proef kan herhalen. De vaste onderdelen ken je uit hoofdstuk 2:

Drie regels maken een verslag sterk:

• Waarneming en interpretatie apart (hoofdstuk 2). Bij de resultaten staat wat je gemeten hebt; wat het betekent, staat in het besluit en de bespreking.
• Getallen met eenheden, figuren met een titel en assen met grootheid en eenheid (hoofdstuk 4). Een grafiek zegt meer dan een alinea.
• Eerlijk over de grenzen: hoeveel bakjes, wat je niet kon uitschakelen, wat je anders zou doen.

Het project eindigt met een presentatie, bijvoorbeeld op een infomarkt voor ouders en andere klassen. Drie vormen vullen elkaar aan.

De poster (A1 of A0) leest iemand die voorbijloopt. De titel is leesbaar van op een paar meter, de tekst van op een meter. Weinig tekst, één grote grafiek, de kas op een foto en in het systeemschema. Een goede titel is een vraag of een boodschap: 'Minder licht, minder sla', niet 'Project meetkas'.

De pitch duurt twee minuten en heeft een vaste opbouw:

De demo toont de kas aan het werk: de sensor in droge potgrond, en de pomp slaat aan; een hand op de temperatuursensor, en het raam gaat open; de sensor uit de grond, en het lampje knippert. Oefen de demo, en houd een plan B klaar (een filmpje) voor als iets niet lukt. Ook dat is eerlijk: vertel wat er misging en waarom.