IIntermediate · deel I11 · Habitat I: energie, water en klimaat

Handboek · hoofdstuk 40Integratieproject: de klimaatmodule

Ontwerpen, dimensioneren, programmeren, testen en verdedigen: je team brengt 39 hoofdstukken samen in de tweede laag van Habitat

Negenendertig hoofdstukken lang leerde je telkens één stuk van de klimaat- en energiemodule berekenen: het warmteverlies, de panelen, de pomp, de pH, een programma met modi. In dit integratieproject zet je team ze samen tot één module die zichzelf van energie, water, warmte en licht voorziet, en die elke minuut noteert wat ze doet. Je legt eerst de lat (het programma van eisen), rekent elke balans na, voegt vijf versies van de code samen tot één programma, laat de module een week alleen draaien, analyseert de logbestanden in Python en verdedigt het resultaat voor een jury. Het handboek is je projectgids, het werkboek je projectmap.

12× uitleg4× uitgewerkt voorbeeld1× proef1× ontleed6× naslag1× verhaal1× het geheel2× code28 opdrachten in het werkboek± 36 lestijden

DOntwerpen en maken EEnergie LElektriciteit en elektronica RRegelen en robotica BLeven en systemen OOnderzoeken en meten

De klimaat- en energiemodule af: vier goten sla, eigen zonnestroom, en een logger die alles bijhoudt.

Na dit hoofdstuk

Je kan een project van twaalf weken plannen met een team, met vaste eigenaars per deelsysteem, mijlpalen, een logboek en een integrator.
Je kan een programma van eisen voor een samengesteld systeem opstellen: meetbaar, met een vooraf vastgelegd criterium en een toets per eis, en met verwijzing naar de berekening waar de eis vandaan komt.
Je kan de interfaces tussen deelsystemen benoemen en vastleggen (N²-diagram, interfacetabel) en integratieproblemen opsporen door budget, schema en code naast elkaar te leggen.
Je kan de energie-, water- en warmtebalans van de module narekenen met de waarden uit de vorige hoofdstukken, per dag, per maand en per jaar.
Je kan meetketens van sensor tot getal narekenen, sensoren in twee punten ijken en de voedingsoplossing bijsturen.
Je kan een programma van meer dan 500 regels lezen dat modi, regelingen, energiebeheer en een logger samenbrengt, en het uitbreiden en testen met een naspeeltabel.
Je kan een testplan opstellen met deeltests, storingstests en een testweek, en de logbestanden in Python toetsen aan het programma van eisen.
Je kan systematisch foutzoeken met de logbestanden en meldingen: van symptoom naar oorzaak, met een test die telkens één ding controleert.
Je kan een technisch rapport schrijven en je ontwerp verdedigen voor een jury, en je eigen werk en dat van je teamgenoten eerlijk beoordelen.

Verhaal · 40.1

Twee filters die niet in elkaar pasten

1/28

Op 13 april 1970, twee dagen na de lancering van Apollo 13, ontplofte een zuurstoftank in de servicemodule. De drie astronauten moesten de reis rond de maan en terug maken in de maanlander, die gebouwd was voor twee mensen en een kort verblijf. Daar liep al snel een tweede probleem op: de koolstofdioxide die ze uitademden, stapelde zich op. De maanlander had te weinig patronen met lithiumhydroxide om CO₂ te binden. In de commandomodule lagen er genoeg, maar die waren vierkant, en de houder in de maanlander was rond.

Twee deelsystemen die elk perfect werkten, gebouwd door verschillende teams, pasten niet op elkaar. In Houston zochten ingenieurs een oplossing met alleen wat er aan boord was: plastic zakken, karton, slangen van de ruimtepakken en tape. Ze bouwden de adapter eerst zelf, testten hem, en lazen de bemanning daarna de bouwinstructies voor over de radio. De CO₂ daalde weer, en op 17 april landde de capsule veilig.

Dat is integratie: nagaan of delen die elk werken, ook samen werken. De plaats waar ze elkaar raken, heet een interface: een maat, een stekker, een pin, een eenheid, een tijdzone. In de meetkas (Fundamental, hoofdstuk 33) had je er tientallen. De klimaat- en energiemodule heeft er meer, en ze zijn lastiger: een stroommeter die tot 20 A meet naast panelen die met 74 A laden, twee taken die dezelfde pomp schakelen, een energiebudget in UTC en een klok op UTC+1. In dit hoofdstuk zoek je ze op, voor ze in een testweek of in een ruimtevaartverslag opduiken.

Zo werk je met dit hoofdstuk

Het handboek is je projectgids: per fase wat je doet en waarom, met de waarden uit de vorige hoofdstukken, uitgewerkte berekeningen en de resultaten van een voorbeeldteam (Emma, Jonas, Sara en Wout). Het werkboek is je projectmap: per fase de opdrachten, met ruimte om in te vullen en een rubric. Hoofdstuknummers zonder letter verwijzen naar Intermediate; F33 is de meetkas van Fundamental, E-nummers zijn Expert.

Vier eigenaars, één module: debiet meten, pH ijken, de regelkast nakijken en de logbestanden lezen.

Ontleed · 40.2

De klimaat- en energiemodule: alle deelsystemen

2/28

Zo ziet de afgewerkte module eruit. De kweekruimte is binnen 2,40 m lang en 2,00 m diep, met een kasdak onder 25°: de lage wand (zuid) is 1,93 m hoog, de hoge wand (noord) 2,87 m (hoofdstuk 19). Het rek staat tegen de hoge wand, de gang van 0,80 m ligt langs de lage wand. De oostwand grenst aan de woonmodule van het station: daar zitten de deur, het bedieningspaneel en de warmwaterleiding. De zuid- en westwand zijn doorzichtig getekend. Bij elk nummer staat het hoofdstuk waar het onderdeel gekozen of berekend werd.

De module in isometrie, met rechtsboven de panelen op het dak van de woonmodule (zijaanzicht, niet op schaal).

Wijs een nummer aan: de figuur zoomt in. Klik om vast te zetten.

1
Kasdak
Meerwandig polycarbonaat 16 mm, U = 2,0, 5,30 m²: meer dan de helft van het warmteverlies (hoofdstuk 19). Het schuifpaneel van 10 kg glijdt 0,60 m omlaag en opent de nok (hoofdstuk 7 en 8).
2
Dakmotor
Wormwielmotor 12 V met tandriem, H-brug op D6-D8, eindeloop op D23 en D24; sluit in 6,8 s, na 12 s zonder eindpunt volgt een alarm (hoofdstuk 26 en 32).
3
Groeilampen
2 × 95 W, dimbaar met PWM op D5: 200 µmol/(m²·s) op het bed, van 6 tot 22 uur. Ze vullen het daglicht aan (hoofdstuk 25 en 36).
4
NFT-rek
Vier goten van 2,4 m in trappen, elk 12 plaatsen om de 20 cm: 48 kroppen op 2,88 m². Helling 1 : 50, 1,2 L/min per goot (hoofdstuk 36).
5
Reservoir en pomp
60 L, lichtdicht, 65 kg vol, op de vloer binnen de toegelaten zone (hoofdstuk 10 en 11). Pomp 12 W, vlotter, druksensor, NTC en de pH- en EC-sonde.
6
Buffervat
Donker vat van 200 L onder het rek: samen met het reservoir 1,09 MJ per graad. Het houdt de module 's nachts warm (hoofdstuk 18 en 31).
7
Convector
Ventiloconvector op de warmwaterleiding van het station, ±800 W; klep en ventilator via D12 (hoofdstuk 31).
8
Ventilator
Afzuiging hoog in de westwand: 11 m³/h bij PWM 90 voor de CO₂ (hoofdstuk 14), vol boven 25 °C (hoofdstuk 31).
9
CO₂-fles
Fles met een klep op D10: 30 s per halfuur, alleen overdag met het dak dicht (hoofdstuk 14 en 32).
10
Sensorkast SK-1
SHT31 op I²C (0x44) aan een kabel van 3 m, midden in de ruimte op planthoogte: niet in de zon en niet boven de convector (hoofdstuk 30 en 31).
11
Lichtsensor
LDR onder een kapje op de zuidrand van het dak: meet het daglicht, niet de lampen (hoofdstuk 22 en 25).
12
Regelkast RK-1
Geprinte kast in PETG met de Mega, de klok en de SD-kaart (hoofdstuk 37). Het vermogensdeel zit apart.
13
Energiekast
Twee LiFePO4-batterijen van 120 Ah met BMS, de MPPT-regelaar, de zekeringen en de twee meetshunts (hoofdstuk 16, 20 en 30).
14
Bedieningspaneel
Knop S1 naast de deur (kort: dak, lang: onderhoud) en de statusled (hoofdstuk 24 en 32).
15
Inspectierobot
Rijdt een lus door de gang langs drie meetpunten, ±50 s per ronde, en laadt aan zijn station (hoofdstuk 33).
16
Zonnepanelen
4 × 350 Wp = 1,40 kWp onder 60° op het zuiden, in twee rijen op het platte dak van de woonmodule, met ballast (hoofdstuk 6, 10 en 20).
17
Wanden en vloer
Houtskelet met minerale wol: U = 0,22 (wand) en 0,21 (vloer). Samen met het dak en de ventilatie H = 20,2 W/K (hoofdstuk 19).

Uitleg · 40.3

De module als één systeem

3/28

In hoofdstuk 1 van Fundamental beschreef je de meetkas als een systeem met input, proces en output. De module is hetzelfde, maar groter. Het systeemschema toont zeven soorten input (zonlicht, warmte van het station, regenwater, zouten, CO₂, plantjes en instellingen), acht deelsystemen en zes soorten output. Drie stromen houden alles samen:

energie: zonnestroom via de batterijen naar lampen, pomp, ventilatoren en besturing; warmte van het station via de convector naar de lucht en de buffer;
materie: water en zouten in een kringloop van reservoir, goten en planten; CO₂ uit de fles en de lucht; sla en plantenresten naar buiten;
informatie: metingen naar de Mega, beslissingen naar de actuatoren, een regel per minuut naar de logger.

Een module die zichzelf in leven houdt, moet elke dag drie balansen sluiten. Energie: wat de panelen leveren, moet het verbruik dekken, met de batterijen als buffer voor de nacht en voor grijze dagen. Water: wat de planten verdampen, moet bijgevuld worden voor het reservoir onder 10 cm zakt. Warmte: wat door de schil verdwijnt, moet de convector, de zon of de lampen aanvullen, met de buffer voor de nacht. De fasen van dit project rekenen elke balans na, eerst op papier, daarna in een testweek.

Een schema om mee te zoeken

Loopt er iets mis, volg dan de pijlen terug. Te weinig licht op het bed? Kijk bij licht (lampen, dimmen), bij besturing (energiebeheer, grens) en bij energie (laadtoestand). De foutzoektabel verderop werkt precies zo.

Blauw is materie, geel energie, paars informatie; de rode stippellijn is de terugkoppeling van de sensoren naar de besturing.

Uitleg · 40.4

Het project: fasen, eigenaars en planning

4/28

Een module van 2,4 bij 2 m bouwt niet elke school. Daarom kies je bij de start een spoor. Beide sporen doorlopen dezelfde fasen en leveren hetzelfde op: een programma van eisen, berekeningen, een programma, logbestanden, een testrapport, een rapport en een verdediging.

	spoor A: de echte module	spoor B: tafelopstelling en simulatie
wat staat er	de kweekruimte met rek, dak, panelen en batterijen	regelkast RK-1 met de Mega, sensorkast SK-1, één goot met pomp en reservoir, één lamp, één batterij
wat je bouwt	12,8 V-net, regelkast, hydroponie, sensoren	dezelfde regelkast en sensoren, op een plank; de rest is model
testweek	de logbestanden van de module zelf	de simulatie van dit hoofdstuk, plus een week met de echte sensoren op tafel
wat je zeker leert	bouwen, keuren, alles samen laten werken	integreren, testen, data lezen: de module verandert niet van plaats

Eigenaars. Elk teamlid is eigenaar van één deelsysteem en van de interfaces die erbij horen: hij rekent het na, bouwt het, test het en verdedigt het. Eén van de vier is ook integrator: die bewaakt het programma van eisen, de interfacetabel en de planning. Iedereen soldeert, programmeert en test mee.

rol	eigenaar van	vooral in fase	steunt op hoofdstuk
energie	panelen, batterijen, 12,8 V-net, zekeringen, energiebeheer, interfaces I1, I2, I8	2, 3	16, 20, 21, 23
water en voeding	pomp, goten, reservoir, EC en pH, bijsturen, interfaces I5, I6, I12, I13, I16	2, 3	9, 11-15, 36
klimaat en licht	warmte, ventilatie, dak, CO₂, lampen, interfaces I3, I9, I11, I14, I15, I17	2, 3	14, 18, 19, 25, 26, 31
besturing en data	klimaat.ino versie 5, logger, analyse in Python, interfaces I4, I7, I10, I18	3, 4	22, 24, 28-32, 39
integrator (één van de vier)	programma van eisen, interfacetabel, planning, testrapport, logboek	alle	2, 30 (F), 40

Planning. Het voorbeeldteam kreeg twaalf weken van drie lestijden. Fase 1 legt de lat, fase 2 rekent per deelsysteem, fase 3 bouwt en programmeert parallel, fase 4 integreert en test, fase 5 schrijft en verdedigt. Zes mijlpalen zijn momenten waarop iets af moet zijn en getoetst wordt: het programma van eisen ligt vast (week 2), de berekeningen doorstaan een ontwerpreview met de leraar (week 4), de 12,8 V-kant is gekeurd (week 6), versie 5 draait in de simulatie (week 8), de testweek is voorbij (week 10, na de integratietests van week 9) en het rapport is ingediend (week 11).

Het kritieke pad

Zonder gekeurde 12,8 V-kant geen sensoren in de module, zonder werkende code geen integratietest, zonder integratietest geen testweek, zonder testweek geen testrapport. Die keten bepaalt het tempo. De hydroponie start daarom al in week 4, parallel: de planten groeien tijdens het programmeren.

Elke balk is een fase, elk ruitje een mijlpaal. De testweek (week 10) staat pas na de integratietests.

Naslag · 40.5

Fase 1: het programma van eisen van de module

5/28

Het programma van eisen is de lat waarmee je de module beoordeelt. Voor de meetkas stelde je het op voor je rekende (Fundamental, hoofdstuk 30). Voor de module ligt al veel vast: 39 hoofdstukken berekenden en beslisten. Het werk van fase 1 is die beslissingen verzamelen, meetbaar maken en elk een toets geven. Drie regels:

Meetbaar: een grootheid, een grens met een eenheid, en hoe je het nagaat. 'Warm genoeg' wordt 'overdag minstens 17,5 °C' (K1).
Vooraf: het criterium ligt vast voor je test, anders ga je het resultaat goedpraten.
Herkomst: bij elke eis staat het hoofdstuk waar de waarde vandaan komt. Verandert daar iets, dan weet je welke eis mee verandert.

Het voorbeeldteam kwam op 54 eisen in twaalf groepen, waarvan 47 moet-eisen. De criteria zijn soms net iets ruimer dan de ontwerpwaarde: de verwarming springt aan onder 18 °C, maar de eis vraagt 17,5 °C, omdat een aan/uit-regeling altijd een beetje doorschiet (hoofdstuk 31) en de sensor ±0,2 °C meet.

De twaalf groepen

letter	groep	moet	wens	vooral uit hoofdstuk
K	klimaat	7	1	14, 31, 34
L	licht	3	0	25, 36
W	water	5	0	11, 23, 36
H	voedingsoplossing	4	1	13, 15, 36
E	energie	7	1	16, 20, 21
B	besturing	7	0	29, 31, 32
D	data	5	0	28, 30
V	veiligheid	4	0	5, 15, 26
C	constructie	2	0	8, 10, 26
G	gebruik	2	2	4, 24, 32
P	teelt	1	1	36
O	omgeving	0	1	38

Alle eisen

code	eis	soort	criterium (vooraf vast)	hoofdstuk
K1	overdag (7-22 h) minstens 17,5 °C bij de planten	moet	laagste minuut ≥ 17,5 °C	31, 34
K2	's nachts (22-6 h) minstens 15,5 °C	moet	≥ 15,5 °C	31, 34
K3	hoogstens 30 °C	moet	≤ 30 °C	31, 34
K4	ventilatoren vol boven 25 °C, dak open boven 27 °C; terug onder 24 en 25 °C	moet	drempels ± 0,3 °C	31, 32
K5	het dak haalt zijn eindpunt binnen 12 s, anders alarm	moet	alarm na 12 s	26, 32
K6	verwarming hoogstens 6 keer aan per uur	wens	≤ 6	31
K7	basisventilatie overdag minstens 11 m³/h	moet	≥ 11 m³/h	14
K8	CO₂-klep alleen in DAG met het dak dicht	moet	nooit met het dak open	14, 32
L1	lichtsom op het bed minstens 11,0 mol/(m²·dag)	moet	elke dag	25, 36
L2	lampen vullen het daglicht aan tot 200 µmol/(m²·s), hoogstens 1 stap per 200 ms	moet	± 10 µmol zolang SoC ≥ 40 %	25
L3	volle lampen: elk van 9 meetpunten ≥ 180 µmol/(m²·s)	moet	≥ 180	25, 36
W1	1,2 L/min per goot (± 20 %)	moet	0,96-1,44 L/min	11, 36
W2	pomp in minuut 0-9 van elk uur, extra beurt als slappe sla verwacht wordt	moet	juist	30, 39
W3	de pomp draait nooit droog	moet	pomp uit na 10 s droog	11, 23, 32
W4	minstens 5 dagen zonder bijvullen bij 6 L per dag	moet	≥ 5 dagen	11, 13
W5	reservoir lichtdicht: algen onder 5 · 10⁵ per mL	moet	< 5 · 10⁵ per mL	5
H1	EC tussen 1,2 en 1,8 mS/cm (bij 25 °C)	moet	altijd	13
H2	pH tussen 5,5 en 6,5	moet	altijd	15
H3	voedingsoplossing nooit boven 24 °C	moet	≤ 24 °C	34, 36
H4	voedingsoplossing tussen 18 en 22 °C	wens	18-22 °C	34, 36
H5	pH-sensor om de twee weken in twee punten geijkt, EC met ijkvloeistof	moet	helling −0,18 V/pH ± 10 %; EC ± 0,05	13, 15
E1	van maart tot oktober genoeg zonnestroom: saldo per maand ≥ 0	moet	≥ 0	20
E2	de batterijen overbruggen de nacht in de slechtste maand	moet	uit de batterij ≤ 2,46 kWh	16, 20
E3	laadtoestand nooit onder 20 %	moet	≥ 20 %	20
E4	energiebeheer: onder 40 % lampen op zonnestroom, onder 20 % uit, onder 10 % alarm	moet	lampen volgen de grens	20, 29
E5	laadtoestand elk uur in het EEPROM, na een stroomuitval hersteld	moet	verschil ≤ 2 %-punt	16, 29
E6	5 V-rail aan de sensorkast minstens 4,75 V	moet	≥ 4,75 V	21
E7	batterijen niet laden onder 0 °C	moet	module ≥ 0 °C	16
E8	jaarverbruik hoogstens 700 kWh	wens	≤ 700 kWh	20, 25
B1	na een stroomuitval: alles uit, OPSTART 5 s, dan de gewone modus	moet	juist	29, 32
B2	alarm bij: geen temperatuur 30 s, vlotter droog 10 s, reservoir onder 10 cm, dak-time-out, batterij onder 10 %	moet	alarm, statusled snel	32, 40
B3	zonder temperatuur verwarmt de module met de gemiddelde inschakelduur	moet	juist	31
B4	onderhoud: lange druk van 3 s; pomp uit, dak geblokkeerd, werklicht; na 60 min terug	moet	juist	32
B5	waakhond: een hangende taak herstart de Mega binnen 2 s	moet	herstart	32
B6	langste ronde van loop() hoogstens 100 ms	moet	≤ 100 ms	29
B7	één taak per uitgang	moet	geen tweede eigenaar	40
D1	elke minuut een CSV-regel, één bestand per dag	moet	1440 regels per dag	30
D2	een ontbrekende meting geeft een lege cel	moet	lege cel	30
D3	minstens een jaar op de kaart	moet	≥ 1 jaar	30
D4	klok op UTC+1, hoogstens 1 min afwijking per maand	moet	≤ 1 min	30
D5	dag- en weekrapport in Python, gekoppeld aan de eisen	moet	draait	28, 30
V1	in de kweekruimte alleen 12,8 V en 5 V	moet	in orde	5, 20
V2	zekering per tak en bij elke batterijpool	moet	in orde	20, 23, 26
V3	niemand onder een bewegend dak	moet	dak staat stil	26, 32
V4	pH-min (salpeterzuur 0,50 mol/L) gelabeld, met bril en handschoenen	moet	in orde	15
C1	reservoir (65 kg vol) met zijn midden tussen 0,65 en 1,31 m van ligger A	moet	in de zone	10
C2	dakmotor trekt 120 N zonder te blokkeren	moet	≥ 120 N	8, 26
G1	statusled: rustig normaal, snel bij alarm, vast bij onderhoud	moet	juist	32
G2	kasdak met de hand: korte druk op S1 naast de deur	moet	juist	24, 32
G3	wekelijks onderhoud (bijvullen, EC en pH) hoogstens 20 min	wens	≤ 20 min	40
G4	hydroponie hoogstens € 800	wens	≤ € 800	4
P1	48 plantplaatsen, om de 8,75 dagen een goot oogsten	moet	in orde	36
P2	minstens 100 kg sla per jaar	wens	≥ 100 kg	36
O1	hoogstens 2 kg CO₂-eq per kg sla	wens	≤ 2	38

K klimaat, L licht, W water, H voedingsoplossing, E energie, B besturing, D data, V veiligheid, C constructie, G gebruik, P teelt, O omgeving.

Uitleg · 40.6

Interfaces: waar de deelsystemen elkaar raken

6/28

Een interface is een afspraak tussen twee deelsystemen. Het N²-diagram toont ze in één oogopslag: de deelsystemen staan op de diagonaal, en het vakje in rij A en kolom B zegt wat A aan B levert. Een lege rij of kolom is verdacht: een deelsysteem dat niets krijgt of niets geeft, hoort er waarschijnlijk niet bij. De interfacetabel schrijft elke afspraak uit: de waarde met eenheid, de pin of het adres, de eigenaar en de test. Twee interfaces komen van buiten de module: het station (warmte, deur) en de bewoner (de knop).

code	van → naar	afspraak	eigenaar	test
I1	energie → water, klimaat, licht	12,8 V-rail, elke tak een eigen zekering (hoofdstuk 20, 23, 26)	energie	spanning aan de verbruiker bij volle last
I2	energie → besturing	5 V-rail (omvormer 1 A): minstens 4,75 V aan de sensorkast (hoofdstuk 21)	energie	meten terwijl de pomp aanslaat
I3	besturing → licht	D5, PWM 490 Hz: 0-255 = 0-190 W, hoogstens 1 stap per 200 ms (hoofdstuk 25)	besturing	lampstand in de logger
I4	besturing → water	D9 (IRLZ44N): minuut 0-9 en de extra beurt; één eigenaar (hoofdstuk 23, 39)	besturing	naspelen
I5	water → besturing	vlotter D2 (LOW = water), druk A5: niveau alleen bij stilstaande pomp (hoofdstuk 11)	water	vlotter optillen
I6	voeding → besturing	pH A2 (2,50 V bij 7,00; −0,18 V per pH), EC A6 (0,50 V per mS/cm), NTC A0 (hoofdstuk 13, 15, 22)	voeding	ijken
I7	klimaat → besturing	SHT31 op I²C 0x44, sensorkast op 3 m, pull-ups samen 1,8 kΩ (hoofdstuk 30)	klimaat	I²C-scanner
I8	energie → besturing	INA226 0x40 (zon) en 0x41 (verbruik), shunt 100 A / 75 mV (hoofdstuk 30)	energie	stroomtang ernaast
I9	besturing → klimaat	D10 CO₂-klep, D11 ventilatoren (PWM), D12 convector, D6-D8 dak, D23/D24 eindeloop (hoofdstuk 26, 31)	besturing	naspelen
I10	besturing → data	één CSV-regel per minuut, 17 kolommen, UTC+1, lege cel = geen meting (hoofdstuk 30)	data	logbestand lezen
I11	licht → besturing	LDR A1 onder een kapje: daglicht in lux, gedeeld door 54 = µmol/(m²·s) (hoofdstuk 22, 25)	licht	luxmeter ernaast
I12	water → teelt	1,2 L/min per goot, een film van enkele mm (hoofdstuk 36)	water	maatbeker
I13	voeding → teelt	EC 1,4 mS/cm, pH 5,8, 18-22 °C (hoofdstuk 13, 15, 36)	voeding	logger
I14	klimaat → teelt	18-27 °C overdag, CO₂ ≥ 350 ppm (hoofdstuk 14, 31, 34)	klimaat	logger
I15	licht → teelt	200 µmol/(m²·s) van 6 tot 22 uur: 11,5 mol per dag (hoofdstuk 25, 36)	licht	PAR-meter
I16	teelt → water	transpiratie 4 à 6 L per dag: bijvullen met regenwater en stamoplossing (hoofdstuk 13, 36)	water	niveau in de logger
I17	station → klimaat	warmwaterleiding naar de convector (±800 W), de deur, één gedeelde wand (hoofdstuk 19, 31)	klimaat	convector aan, temperatuur
I18	bewoner → besturing	S1 naast de deur op D22 (RC + 74HC14): kort = dak, lang (3 s) = onderhoud (hoofdstuk 24, 32)	besturing	knoptest

Integratieproblemen opsporen. De meeste problemen vind je niet door één deel te testen, maar door twee documenten naast elkaar te leggen: een budget naast de code, een schema naast een ander hoofdstuk, de code van twee versies naast elkaar. Het voorbeeldteam vond er zes, allemaal vóór de testweek:

gevonden bij	probleem	oplossing in versie 5
interface I8 naast hoofdstuk 20	de ACS712 op A4 meet tot 20 A, maar de panelen laden met tot ±74 A: de coulombteller telt fout	de laadtoestand telt met de twee INA226 (zon min verbruik); A4 blijft vrij
code naast code	taakExtraPomp() (hoofdstuk 39) zet pin 9 aan, acties() (versie 4) zet ze om de 2 s weer uit: de pomp flikkert	één taak beslist over de pomp: minuut 0-9 of de extra beurt
takenlijst van versie 2 en 4	modi.ino (hoofdstuk 32) liet het dimmen, het energiebeheer en de logger weg	alles terug in één programma, met de modi als kader
budget naast code	hoofdstuk 20 rekende 's nachts 2 W voor de ventilatoren; versie 4 liet ze op PWM 90 (5 W) draaien	's nachts PWM 36 (2 W): het budget en de code zeggen hetzelfde
integratietest, reservoir bijna leeg	met de pomp aan staan er ±3,9 L in slang en goten: het niveau zakt 1,6 cm; bij 11 cm gaf dat elk uur een vals alarm	het niveau telt pas 2 min nadat de pomp gestopt is
budget naast logger	hoofdstuk 20 rekende de lampen van 4 tot 20 uur UTC; de klok van de module loopt op UTC+1	één afspraak: alles in UTC+1, lampen van 6 tot 22 uur

Als elk deel werkt, werkt het geheel

Elke rij in de tabel hierboven gaat over delen die apart perfect werkten. De ACS712 meet juist; de extra pompbeurt van hoofdstuk 39 werkt; het budget van hoofdstuk 20 klopt met zijn eigen aannames. Het probleem zit telkens in de afspraak ertussen.

De besturing ontvangt van bijna iedereen en stuurt bijna iedereen: daar lopen de meeste interfaces samen.

Uitgewerkt voorbeeld · 40.7

Fase 2 · energie: het budget na veertig hoofdstukken

7/28

Hoofdstuk 20 stelde het energiebudget op: 3,27 kWh per dag, waarvan 93 % voor de lampen, en besloot tot een tweede batterij. Sindsdien kwamen er dingen bij: het dimmen met het daglicht (hoofdstuk 25), de convector (hoofdstuk 31), de modi en de logger. Reken het budget na zoals de module nu is. Volstaan de panelen en de batterijen, per maand? En wat betekent dat voor een heel jaar?

Dimmen halveert het verbruik ruim; alleen in december en januari blijft de zon (geel) onder het gedimde verbruik (groen).

Gegeven

PVGIS Brussel, 60° zuid: de gemiddelde dag van elke maand, per uur (hoofdstuk 20); 1,40 kWp
lampen van 6 tot 22 uur (UTC+1), $P = 190 W \cdot min (1, \frac{200 - Φ _{dag}}{200})$ met $Φ_{dag}$ het daglicht in µmol/(m²·s)
daglicht op het bed: ±50 lx per W/m² op het paneel (rekenwaarde van dit project), 54 lx per µmol/(m²·s) (hoofdstuk 25)
batterijen: 2 × 1,23 = 2,46 kWh bruikbaar; laadrendement 95 %

Gevraagd

het budget van een gemiddelde maartdag
saldo en nachtbuffer per maand
het jaar

Oplossing

Het budget. De lampen verbruiken niet meer 3040 Wh per dag, maar alleen wat het daglicht niet levert. De rest verandert weinig; twee posten komen erbij en één wordt zuiniger.

verbruiker	hoofdstuk 20 (Wh/dag)	versie 5, gemiddelde maartdag (Wh/dag)	waarom anders
groeilampen 2 × 95 W	3040	1206	gedimd met het daglicht (hoofdstuk 25): de lampen vullen aan tot 200 µmol
ventilatoren	96	95	overdag PWM 90, 's nachts PWM 36 (nieuw in versie 5)
microcontroller, sensoren, logger	72	72	budget 3,0 W; hoofdstuk 21 rekende 0,96 W, de logger 0,07 W
pomp (10 min per uur)	48	48	en ±1 Wh per extra beurt van 5 min (hoofdstuk 39)
laadregelaar en BMS	12	12
CO₂-klep	1,5	1,6	32 keer 30 s in DAG, alleen met het dak dicht
dakmotor	0,2	1,0	zonnige dag: ±24 bewegingen van ±7 s (testweek)
convector: klep en ventilator	0,0	30	nieuw: 12 W zolang er verwarmd wordt
totaal	3270	1465	met gedimde lampen: 55 % minder

Per maand. Zelfde methode als hoofdstuk 20, uur per uur, maar met gedimde lampen:

maand	jan	feb	mrt	apr	mei	jun	jul	aug	sep	okt	nov	dec
zon (kWh/dag)	1,97	2,95	4,19	5,17	5,01	4,96	4,83	4,63	4,61	3,50	2,32	1,75
verbruik, gedimd	2,01	1,70	1,44	1,22	1,14	1,09	1,11	1,20	1,33	1,58	1,90	2,11
uit de batterij	1,73	1,44	1,16	0,92	0,74	0,66	0,71	0,86	1,07	1,32	1,64	1,84
saldo	−0,12	1,12	2,55	3,70	3,64	3,64	3,50	3,22	3,06	1,75	0,32	−0,44

Alleen december (−0,44 kWh) en januari (−0,12 kWh) komen tekort; november en februari sluiten nu, zonder dimmen kwamen ze 1,0 en 0,4 kWh per dag tekort.

3
De nacht. Uit de batterijen komt hoogstens $1, 84 kWh$ (december): $1, 84/2, 46 = 75 %$ van wat bruikbaar is. Eén batterij (1,23 kWh) volstaat van oktober tot februari niet: de tweede blijft nodig.
4
Het jaar. De panelen kunnen $1397 kWh$ leveren; de module gebruikt er ± $543 kWh$ van, waarvan $459 kWh$ voor de lampen. Zonder dimmen was dat $1193 kWh$ . Blijft de oogst 100 kg sla, dan kost een kilo nog $4, 6 kWh$ lampenergie in plaats van 11,1 (hoofdstuk 36).

Antwoord

Met dimmen daalt het verbruik van een gemiddelde maartdag van 3,27 naar 1,47 kWh. De panelen volstaan van februari tot november; alleen in december en januari is er gemiddeld te weinig zon. De twee batterijen blijven nodig voor de nacht (tot 1,84 kWh).

Klopt dit? Een gemiddelde dag is een optimistische dag. Het dimmen hangt niet lineair af van het licht: op een grijze dag moeten de lampen veel meer doen dan de gemiddelde dag voorspelt, en op een zonnige dag kunnen ze niet minder dan uit. De testweek verderop toont het: op twee grijze maartdagen zakte de laadtoestand onder 40 % en kregen de lampen alleen nog zonne-overschot. Het omgekeerde gebeurt ook: op zonnige dagen zijn de batterijen om 11 uur vol en knijpt de regelaar de zonnestroom af. De jaarbalans klopt dus ruim, de weekbalans niet altijd.

Uitleg · 40.8

Het 12,8 V-net: van paneel tot pin

8/28

Het schema toont de pluskant van het net als één lijn per tak. Het brengt samen wat hoofdstuk 16 (batterij), 20 (panelen en regelaar), 21 (5 V-rail en sterpunt), 23 (MOSFETs), 25 (PWM), 26 (dakmotor) en 30 (INA226) apart vastlegden.

Bron. De MPPT-regelaar zet de 30 à 40 V van de panelen om naar de laadspanning van de batterijen (hoofdstuk 20; hoe hij dat doet, zie je in E24). Op een zonnige middag loopt er tot ±74 A naar de rail.
Twee meetshunts. De INA226 op 0x40 meet de zonnestroom naar de rail, die op 0x41 de stroom naar de verbruikers. Het verschil is de batterijstroom: daarmee telt versie 5 de laadtoestand. De ACS712 op A4 (hoofdstuk 16) meet maar tot 20 A en zou op een zonnige middag verzadigen.
Zekeringen. Een zekering bij elke batterijpool (een batterij levert bij kortsluiting honderden ampère) en één per tak, net boven de stroom die de tak normaal vraagt.
Het sterpunt. Elke tak heeft een eigen retourdraad naar de minpool. Een gedeelde massadraad liet de pH 0,48 verspringen als de pomp aansloeg (hoofdstuk 21).

tak	stroom (rekenwaarde)	zekering	schakelaar en pin	hoofdstuk
groeilampen 2 × 95 W	14,8 A	20 A	IRLZ44N op koelplaat, D5 (PWM 490 Hz)	23, 25
pomp 12 W	1,0 A (aanloop meer)	2 A	IRLZ44N, D9, vrijloopdiode 1N5819	9, 23
dakmotor	1,84 A bij 60 N, 10 A blokkeren	5 A traag	H-brug 2 × BTS7960, D6-D8, eindeloop D23/D24	26
ventilatoren	0,39 A bij PWM 90	1 A	IRLZ44N, D11 (PWM)	23, 31
CO₂-klep	0,47 A	1 A	IRLZ44N, D10, vrijloopdiode	14, 23
convector: klep en ventilator	±0,9 A (rekenwaarde 12 W)	2 A	IRLZ44N, D12	31, 40
omvormer 12 → 5 V	0,08 A gemiddeld (0,16 A aan de 5 V-kant)	1 A	altijd aan	21

De grootste stroom tegelijk: lampen, pomp, een bewegende dakmotor en de ventilatoren vol, plus de omvormer: $14, 8 + 1, 0 + 1, 8 + 1, 1 + 0, 1 \approx 19 A$ . Verwarmen en koelen gaan nooit samen, en de CO₂-klep gaat niet open met een bewegend dak. De kabels van de rail naar de lampen rekent E5 na met matrices: hoogstens 3 % spanningsval tot elke verbruiker.

Links de bron en de batterijen, in het midden de rail met de twee meetshunts, rechts de zeven takken met hun zekering, schakelaar en pin.

Uitgewerkt voorbeeld · 40.9

Fase 2 · water: pomp, goten en reservoir

9/28

Reken de waterkringloop van de module na. Haalt de pomp het debiet dat de goten nodig hebben? Hoeveel water staat er onderweg als de pomp draait, en wat ziet de druksensor dan? Hoe lang houdt het reservoir het vol zonder bijvullen, en hoeveel water gebruikt de module per jaar?

Het water gaat 1,5 m omhoog naar de verdeler, loopt in vier goten langs de wortels en valt via de verzamelbuis terug in het reservoir.

Gegeven

pomp B: werkpunt 4,8 L/min bij 1,56 m met een slang van 16 mm en 2,5 m (hoofdstuk 11), 12 W elektrisch
4 goten van 2,4 m, 10 cm breed, film van ±3 mm, 1,2 L/min per goot (hoofdstuk 36)
reservoir binnen 60 × 40 cm, vol bij 25 cm; alarm onder 10 cm (hoofdstuk 11)
verbruik tot 6 L op een warme dag (hoofdstuk 13); 16 L water per kg sla, 100 kg per jaar (hoofdstuk 36)
regen in Ukkel 837 mm per jaar (F9); kasdak in bovenaanzicht 2,40 × 2,00 m

Gevraagd

debiet en rendement van de pomp
water onderweg
dagen zonder bijvullen
de waterbalans van een jaar

Oplossing

1
Debiet. Vier goten van 1,2 L/min vragen $4, 8 L/min$ : precies het werkpunt. Het hydraulische vermogen is $P = ρ g h Q = 1000 \cdot 9, 81 \cdot 1, 56 \cdot \frac{4 , 8}{60 000} = 1, 22 W$ , van de 12 W: een rendement van ±10 % (hoofdstuk 9). In 10 minuten gaat er 48 L rond.
2
Water onderweg. Slang: $\frac{π}{4} \cdot 1, 6^{2} \cdot 250 = 503 c m^{3}$ ; film in vier goten: $4 \cdot 240 \cdot 10 \cdot 0, 3 = 2880 c m^{3}$ ; verdeler en verzamelbuis ±0,5 L. Samen $3, 9 L$ , dus zakt het reservoir $3, 9/2, 4 = 1, 6 cm$ zolang de pomp draait.
3
Dagen zonder bijvullen. Tussen 25 en 10 cm zit $15 \cdot 2, 4 = 36 L$ : $36/6 = 6, 0$ dagen op warme dagen. In de testweek verdampten de planten gemiddeld $4, 3 L$ per dag.
4
Het jaar. Transpiratie $16 \cdot 100 = 1600 L$ , het reservoir om de 5 weken verversen: $60 \cdot 365/35 \approx 626 L$ . Samen $\approx 2, 2 m^{3}$ . Op het kasdak valt $4, 80 \cdot 0, 837 = 4, 0 m^{3}$ regen.

Antwoord

De pomp levert precies de 4,8 L/min van vier goten. Terwijl ze draait, staan er ±3,9 L onderweg en meet de druksensor 1,6 cm te laag: versie 5 leest het niveau pas 2 minuten na de pomp. Het reservoir houdt 6 warme dagen vol; de module gebruikt ±2,2 m³ water per jaar, en het kasdak vangt er bijna het dubbele.

Klopt dit? De alarmgrens van 10 cm heeft een hysterese tot 12 cm (hoofdstuk 32). Die 2 cm is maar iets groter dan de 1,6 cm die de pomp wegneemt: zonder de regel 'niveau bij stilstaande pomp' gaf een reservoir op 11 cm elk uur in minuut 1 tot 9 een alarm. Nog een interface: de goten liggen in trappen, dus de onderste krijgt meer druk dan de bovenste. Het voorbeeldteam mat 1,08 tot 1,31 L/min en zette de kraantjes bij tot 1,19 à 1,21 L/min (eis W1).

Uitgewerkt voorbeeld · 40.10

Fase 2 · warmte: verlies, buffer en verwarming

10/28

Reken de warmtebalans van de module na, voor een koude winternacht en voor een zonnige lentemiddag. Volstaat de convector van 800 W? Wat doet de buffer? En volstaan de ventilatoren en het dak om de module onder 27 °C te houden?

Temperaturen als spanningen, warmtestromen als stromen: de lucht warmt snel op en af, de buffer traag.

Gegeven

H = 20,2 W/K (hoofdstuk 19); ontwerptemperatuur buiten −8 °C (Ukkel)
overdag verwarmen onder 18 °C, 's nachts onder 16 °C; convector 800 W (hoofdstuk 31)
buffer: 200 L vat + 60 L reservoir; lucht met alles wat snel meewarmt 80 kJ/K (hoofdstuk 31)
zon door het kasdak op een heldere lentemiddag tot ±1,4 kW; buiten 14 °C
ventilatoren vol +40 W/K, dak open +60 W/K (hoofdstuk 31)

Gevraagd

vermogen bij −8 °C
de buffer
koelen op een zonnige dag

Oplossing

1
Winter. Overdag (18 °C) bij −8 °C: $P = H \cdot Δ T = 20, 2 \cdot 26 = 525 W$ ; hoofdstuk 19 rekende 567 W voor 20 °C. De convector heeft ±275 W over om op te warmen. Schakelen de lampen aan, dan komt er tot 190 W bij.
2
De buffer. $C = 260 kg \cdot 4186 J/ (kg \cdot K) = 1, 09 MJ/K$ : veertien keer de snelle knoop. Koelt de buffer 's nachts 2 °C af, dan geeft hij 2,2 MJ = 0,6 kWh warmte af. Hij remt het afkoelen en vlakt de zaagtand van de verwarming af (hoofdstuk 18 en 31).
3
Zonnige lentemiddag. Om 1,4 kW zonnewarmte bij 14 °C buiten kwijt te raken zonder boven 27 °C te gaan, moet $H \geq 1400/ (27 - 14) = 108 W/K$ . De schil alleen haalt 20 W/K; met de ventilatoren vol en het dak open is het $20 + 40 + 60 = 120 W/K$ : genoeg, net.

Antwoord

De convector van 800 W volstaat bij −8 °C met ±275 W reserve; de buffer (1,09 MJ/K) overbrugt de schommelingen. Op een zonnige lentedag moeten de ventilatoren en het dak samen werken: 120 W/K tegenover 108 W/K nodig. In de testweek kwam de module op de twee zonnige dagen tot 27,1 °C (eis K3).

Klopt dit? De testweek vroeg 14,0 kWh warmte van het station in zeven maartdagen, van 0,8 tot 4,3 uur verwarming per dag. Die warmte komt niet uit de batterijen: alleen de klep en de ventilator van de convector (12 W) staan in het energiebudget. In de zomer is het omgekeerde probleem groter: dan helpt een schaduwdoek meer dan meer ventilatie (versie 2).

Uitleg · 40.11

Fase 2 · licht: lichtsom, lampen en dimmen

11/28

Planten tellen fotonen, geen watt (hoofdstuk 36). Het ontwerp vraagt 200 µmol/(m²·s) op het bed, 16 uur per dag. Dat is de lichtsom (daglichtsom, DLI):

lichtsom van de module

DLI = 200 μ mol/ (m^{2} \cdot s) \cdot 16 \cdot 3600 s = 11, 5 mol/ (m^{2} \cdot dag)

Twee lampen van 95 W moeten dus $200 \cdot 2, 88 = 576 μ mol/s$ op het bed krijgen: 3,0 µmol per joule (hoofdstuk 36 rekende 3,0, een zuinige lamp met reflecterende wanden).

Dimmen. De LDR meet het daglicht in lux; gedeeld door 54 wordt dat µmol/(m²·s) (hoofdstuk 25). De lampen vullen het verschil aan tot 200: bij 100 µmol daglicht branden ze op de helft, vanaf 200 zijn ze uit. De grafiek toont twee dagen uit de testweek. Op de zonnige woensdag is het daglicht van ongeveer 9 tot half zes ruim genoeg; de lampen helpen alleen 's morgens en 's avonds. De lichtsom wordt 21,4 mol: veel meer dan nodig. Op de grijze dinsdag komt het daglicht nauwelijks boven 100.

Energiebeheer. Dinsdag lag de laadtoestand onder 40 %. Dan krijgen de lampen alleen het zonne-overschot: de grens stijgt als de batterijen laden en daalt als ze leveren (hoofdstuk 20 en 29). 's Morgens tot 8 uur bleven de lampen uit, 's middags brandden ze op wat de panelen over hadden, en rond 18 uur gingen ze uit. De lichtsom zakte naar 6,0 mol. Dat is een keuze van het ontwerp: bij een lege batterij gaan eerst de lampen uit, niet de pomp of de besturing. De prijs is eis L1 (verderop).

Meer licht is altijd beter

Boven ±250 à 300 µmol/(m²·s) groeit sla bij deze temperatuur en CO₂ nauwelijks sneller, maar ze verdampt meer (hoofdstuk 36). De module dimt daarom naar 200 en laat de middagzon ongebruikt over het bed vallen. Extra licht is pas nuttig als de lichtsom onder het doel blijft.

Geel het daglicht, rood wat de lampen erbij doen. Dinsdag blijft de som onder 200: het energiebeheer houdt de lampen laag.

Proef · 40.12

Fase 2 · voedingsoplossing: ijken, bewaken en bijsturen

12/28

Onderzoeksvraag

Meten de pH- en de EC-sonde in het reservoir juist, en hoe stuur je de oplossing bij als de logger een waarschuwing geeft? (Samenstelling: hoofdstuk 12; EC: hoofdstuk 13; pH: hoofdstuk 15.)

Materiaal

pH-module en sonde, EC-module en sonde, de Mega met een testprogramma dat de spanning toont
bufferoplossingen pH 7,00 en 4,00, EC-ijkvloeistof 1,413 mS/cm, gedemineraliseerd water, tissues
maatbeker 1 L, spuitjes van 5 en 20 mL, stamoplossingen A en B, pH-min (salpeterzuur 0,50 mol/L)
veiligheidsbril, nitrilhandschoenen, het logboek

VeiligheidSalpeterzuur van 0,50 mol/L is bijtend: bril en handschoenen, altijd zuur in water gieten, nooit omgekeerd, en de fles gelabeld (GHS05) buiten het bereik van de planten bewaren (hoofdstuk 15). Stamoplossing A en B nooit onverdund samen gieten: calcium en fosfaat of sulfaat slaan dan neer.

Twee bufferoplossingen bepalen de ijklijn; de band van 5,5 tot 6,5 is de goede pH (eis H2).

Werkwijze

1Spoel de pH-sonde, zet ze in buffer 7,00 en wacht tot de spanning 30 s stabiel is. Noteer de spanning. Spoel, en herhaal in buffer 4,00.
2Bereken de helling in V per pH en de spanning bij pH 7. Zet beide in de code (hoofdstuk 15 rekende 2,50 V en −0,18 V per pH).
3Zet de EC-sonde in de ijkvloeistof van 1,413 mS/cm (25 °C) en vergelijk met wat de module toont na de omrekening naar 25 °C.
4Bijvullen: meet het niveau, vul met regenwater bij tot 25 cm, en voeg per liter bijgevuld water 10 mL A en 10 mL B toe, telkens apart en goed gemengd.
5pH te hoog: neem 1 L uit het reservoir en titreer met pH-min tot 5,8 (proeftitratie). Vermenigvuldig met het volume in het reservoir en geef de dosis in twee helften, met 15 minuten rondpompen ertussen.
6Noteer alles in het logboek: tijd, niveau, EC en pH voor en na, dosis.

Waarneming

meting	voorbeeldteam
buffer pH 7,00	2,49 V
buffer pH 4,00	3,02 V
helling	−0,177 V per pH (−0,18 ± 10 %: in orde)
EC-ijkvloeistof 1,413 mS/cm	module toont 1,42 mS/cm
woensdag: bijvullen	13 L regenwater + 130 mL A + 130 mL B; niveau 18,9 → 24,3 cm; EC 1,39 → 1,38
maandag na de testweek	pH 6,6 in ±35 L; proeftitratie: 1,6 mL pH-min per L; dosis 56 mL in twee keer 28 mL

De spanningen wijken 0,01 V af van hoofdstuk 15: elke sonde is een beetje anders, en ze verandert met de tijd. Daarom ijkt het team om de twee weken (eis H5).

Verklaring

De pH-module geeft $U = 2, 50 - 0, 18 \cdot (pH - 7)$ . Bij pH 5,8 is dat $2, 716 V$ , of ADC-waarde 556 op de 10-bits ADC van de Mega. Eén stap van de ADC (4,9 mV) is $0, 027$ pH: ruim fijn genoeg voor een band van 5,5 tot 6,5. De EC-module geeft 0,50 V per mS/cm (rekenwaarde van dit project): één ADC-stap is $0, 010 mS/cm$ . Versie 5 rekent de EC om naar 25 °C met de temperatuur van de NTC (2 % per graad, hoofdstuk 13).

Bijvullen met regenwater alleen zou de EC doen zakken: 13 L water op 45 L oplossing verdunt met ±23 %. Met 10 mL A en 10 mL B per liter krijgt het nieuwe water dezelfde samenstelling. De pH stijgt ondertussen elke dag met ±0,1 à 0,15 (hoofdstuk 15), omdat de planten meer nitraat opnemen dan ze afgeven: in de testweek van 5,86 naar 6,59.

Naslag · 40.13

De module in kerngetallen

13/28

Na fase 2 vat het voorbeeldteam de module samen op één blad: de technische fiche. Ze komt vooraan in het rapport en naast de module aan de muur. Elk getal heeft een herkomst: het hoofdstuk waar het berekend of beslist werd.

deelsysteem	kerngetallen	hoofdstuk
kweekruimte	binnen 2,40 × 2,00 m, wanden 1,93 en 2,87 m hoog (11,5 m³); vloer 0,40 m boven het terrein; één wand grenst aan het station	6, 14, 19
kasdak	polycarbonaat 16 mm (U = 2,0), 5,30 m² onder 25°; schuifpaneel 10 kg op rails, slag 0,60 m, opening aan de nok	7, 8, 19
schil	wanden U = 0,22, vloer U = 0,21; H = 20,2 W/K (16,3 met nachtscherm): 567 W bij −8 °C buiten en 20 °C binnen	19
kweekbed	4 NFT-goten van 2,4 m, 48 plaatsen, 2,88 m², helling 1 : 50; om de 8,75 dagen een goot oogsten	4, 36
water	reservoir 60 L (25 cm, 2,4 L per cm), alarm onder 10 cm; pomp 12 W, 4,8 L/min bij 1,56 m, 10 min per uur; 1,2 L/min per goot	9, 10, 11, 36
voedingsoplossing	1,30 g/L zouten; EC 1,4 (1,2-1,8 mS/cm), pH 5,8 (5,5-6,5), 18-22 °C; stamoplossing A en B: 10 mL per L	12, 13, 15, 36
warmte	buffer 200 L + 60 L (1,09 MJ/K), lucht 80 kJ/K; convector 800 W; 18/19 °C overdag, 16/17 °C 's nachts	18, 19, 31
ventilatie en dak	11 m³/h (PWM 90), 's nachts PWM 36; vol boven 25 °C (+40 W/K); dak open boven 27 °C (+60 W/K)	14, 26, 31
licht	2 × 95 W, 200 µmol/(m²·s) van 6 tot 22 uur (UTC+1): 11,5 mol per dag; 3,0 µmol/J op het bed; gedimd met het daglicht	23, 25, 36
zon	4 × 350 Wp = 1,40 kWp, 60° zuid, op het dak van de woonmodule; MPPT 100 A; ±1397 kWh per jaar mogelijk	6, 20
batterijen	2 × LiFePO4 12,8 V 120 Ah: 2,46 kWh bruikbaar, BMS, in de verwarmde module; laadtoestand met twee INA226	16, 20, 30
energiebeheer	vanaf 40 % volgens schema; 20-40 % lampen alleen op zonne-overschot; onder 20 % lampen uit; onder 10 % alarm	20, 29
verbruik	zonder dimmen 3,27 kWh per dag; met dimmen 1,1 tot 2,1 kWh per dag; ±540 kWh per jaar	20, 25, 40
besturing	Arduino Mega 2560, klimaat.ino versie 5 (510 regels) met pinnen.h en dak.h/.cpp; regelkast RK-1; sensorkast SK-1 op 3 m	29-32, 37, 40
data	CSV per minuut, 17 kolommen, ±121 kB per dag, klok op UTC+1	30, 40
teelt	48 kroppen van ±200 g in 35 dagen; ±100 kg sla per jaar	34, 36
voetafdruk	±164 kg CO₂-eq per jaar, ±1,64 kg per kg sla	38

Uitleg · 40.14

Fase 3 · de besturing: vijf versies worden één programma

14/28

De code van de module groeide over vier hoofdstukken, telkens met iets erbij en soms met iets eruit om het nieuwe duidelijk te tonen. Versie 4 (hoofdstuk 32) liet het dimmen, het energiebeheer en de logger weg. In fase 3 worden ze samengevoegd tot versie 5.

versie	hoofdstuk	wat erbij kwam	wat er nog ontbrak
1	29	pinnen.h, zeven taken met millis(), dimmen, pomp 10 min per uur, dak met de knop, laadtoestand in het EEPROM, energiebeheer	echte klok, logger, regeling
2	30	klok DS3231 (UTC+1), logger op SD en USB, pomp in minuut 0-9, meldingen met #, INA226	verwarming, ventilatie, modi
3	31	verwarming en ventilatoren met hysterese, noodprogramma bij een sensorfout	modi, dak als toestandsmachine
4	32	modi OPSTART, DAG, NACHT, ALARM, ONDERHOUD; dak.h en dak.cpp; alarmbits; CO₂-klep	dimmen, energiebeheer en logger (weggelaten)
taak	39	slapVerwacht(): een extra pompbeurt van 5 min om het halfuur	een eigen taak die ook pin 9 stuurt
5	40	alles in één programma; laadtoestand met twee INA226; pH, EC en watertemperatuur; één eigenaar per uitgang; waakhond	zie 'wat de module nog niet kan'

Samenvoegen is meer dan knippen en plakken. Vier regels hielden het programma overzichtelijk:

Eén klok. millis() voor de intervallen (om de 2 s meten, om de 200 ms de lampen), de DS3231 voor het uur van de dag, en alles in UTC+1 (hoofdstuk 30).
Nergens delay(). Elke taak kijkt of het haar beurt is en keert meteen terug (hoofdstuk 29). Dan blijft elke ronde kort, en kan de waakhond na 2 s ingrijpen als er toch iets blijft hangen (hoofdstuk 32).
Eén eigenaar per uitgang. Alleen acties() beslist over de pomp; de extra beurt van hoofdstuk 39 is een voorwaarde in die beslissing, geen tweede taak die op pin 9 schrijft. Zo ook: alleen taakLampen() schrijft naar D5, alleen dak.cpp naar de H-brug.
De modi als kader. Wat een taak doet, hangt af van de modus (volgende blad). Een nieuwe functie krijgt dus altijd de vraag: wat doet ze in OPSTART, in ALARM, in ONDERHOUD?

Na setup() draait loop() rond; de drie gekleurde taken lopen om de 2 s, de andere bij elke ronde of op hun eigen ritme.

Uitleg · 40.15

De modi en het dak als toestandsmachines

15/28

De modi komen ongewijzigd uit hoofdstuk 32: OPSTART na elke herstart, DAG en NACHT volgens de klok, ALARM bij een oorzaak die meteen ingrijpen vraagt, ONDERHOUD met een lange druk op S1. Versie 5 voegt er één alarm aan toe (batterij onder 10 %) en drie waarschuwingen die geen modus zijn: pH buiten 5,5-6,5, EC buiten 1,2-1,8 en een voedingsoplossing boven 24 °C. Een waarschuwing vraagt actie vandaag, geen actie nu; ze komt als melding en in de logger. Waarom niet gewoon alarm? Een pH van 6,6 schaadt de sla niet in een uur, en een module die om de haverklap in ALARM staat, leert zijn bewoners het alarm te negeren.

Wat elke taak doet, hangt af van de modus:

modus	verwarming	ventilatoren	lampen	pomp	dak	CO₂
OPSTART	uit	laag	uit	uit	dakStart: eindeloop lezen	dicht
DAG	18/19 °C	90; vol boven 25 °C	dimmen, grens	min. 0-9 + extra	volgt 27/25 °C	30 s per halfuur, dak dicht
NACHT	16/17 °C	36; vol boven 25 °C	uit	min. 0-9	dicht	dicht
ALARM	zoals DAG of NACHT	zoals DAG of NACHT	zoals DAG	niet bij vlotter of niveau	overdag automatisch	dicht
ONDERHOUD	zoals DAG of NACHT	vol (verse lucht)	werklicht 60	uit	geblokkeerd	dicht

Het dak blijft een eigen toestandsmachine in dak.h en dak.cpp (hoofdstuk 32): DICHT, OPENEN, OPEN, SLUITEN, GESTOPT en DAK_FOUT. De klimaatregeling vraagt alleen 'open' of 'dicht'; dak.cpp beslist wanneer de motor draait, stopt op de eindeloop en geeft DAK_FOUT als het eindpunt na 12 s niet bereikt is. Bij het binnenkomen van DAG volgt het dak meteen de temperatuur: na een herstart overdag sluit het dus eerst, en gaat het opnieuw open zodra het warmer is dan 27 °C.

NORMAAL omvat DAG en NACHT: een overgang vanuit het kader geldt voor beide. Waarschuwingen zijn geen modus.

Code · 40.16

klimaat.ino versie 5

16/28

Het volledige programma, 510 regels. pinnen.h en dak.h/dak.cpp zijn dezelfde bestanden als in hoofdstuk 32 (hieronder te downloaden). Lees het van boven naar onder: de instellingen verwijzen naar de eisen (K1, L1, ...), elk blok begint met een kopregel, en de volgorde in loop() is de volgorde van het blokschema.

C++ (Arduino)klimaat.ino510 regelsDownload

// klimaat.ino - de sturing van de klimaatmodule, versie 5 (Arduino Mega 2560, hoofdstuk 40)// Samengevoegd: klok, logger, dimmen en energiebeheer (versie 2, hoofdstuk 30), de klimaatregeling (hoofdstuk 31),// de modi en het kasdak als toestandsmachines (versie 4, hoofdstuk 32) en de extra pompbeurt (hoofdstuk 39).// Nieuw: de laadtoestand telt met de twee INA226, pH, EC en de temperatuur van de voedingsoplossing worden bewaakt,// één taak beslist over de pomp, 's nachts draaien de ventilatoren trager, het niveau telt alleen als de pomp// stilstaat, en een waakhond van 2 s. I2C: INA226 0x40 en 0x41, SHT31 0x44, DS3231 0x68 (wintertijd).#include <Wire.h>#include <SPI.h>#include <SD.h>#include <EEPROM.h>#include <RTClib.h>#include <Adafruit_SHT31.h>#include <avr/wdt.h>#include "pinnen.h"#include "dak.h" // ---------------------------------------------------------------- instellingen (programma van eisen, hoofdstuk 40)const unsigned long MEET_MS = 2000;                  // meten en beslissenconst unsigned long LAMP_MS = 200;                   // lampen: hoogstens één stap per 200 ms (L4)const unsigned long LANG_MS = 3000;                  // lange druk op S1: onderhoud aan of uit (B4)const unsigned long ONDERHOUD_MAX_MS = 3600000UL;const unsigned long BEWAAR_MS = 3600000UL;           // laadtoestand elk uur in het EEPROM (B1)const unsigned long POMP_RUST_MS = 120000UL;         // niveau pas 2 min na het stoppen van de pomp (W3)const float DAG_LAAG = 18.0, NACHT_LAAG = 16.0;      // verwarming aan onder LAAG, uit boven LAAG + 1 (K1, K2)const float KOEL_AAN = 25.0, KOEL_UIT = 24.0;        // ventilatoren vol (K4)const float DAK_OPEN = 27.0, DAK_DICHT = 25.0;       // kasdak (K4)const int VENT_DAG = 90, VENT_NACHT = 36, VENT_VOL = 255, WERKLICHT = 60;const float DOEL = 200.0, LAMPEN_VOL = 200.0, LUX_PER_UMOL = 54.0;  // umol/(m2 s) op het kweekbed (L1, L2)const float SOC_VOL = 40.0, SOC_ZON = 20.0, SOC_ALARM = 10.0;       // energiebeheer (L3, E5)const float CAPACITEIT_AH = 240.0;                   // twee LiFePO4 van 120 Ah (hoofdstuk 20)const float PH_LAAG = 5.5, PH_HOOG = 6.5, EC_LAAG = 1.2, EC_HOOG = 1.8, WATER_WARM = 24.0;   // H1-H3const float SLAP_LICHT = 25.0, SLAP_VOCHT = 60.5;    // extra pompbeurt: klx en % (hoofdstuk 39)const int SD_CS = 53;const byte INA_ZON = 0x40, INA_VERBRUIK = 0x41;const float R_SHUNT = 0.00075;                       // shunt 100 A / 75 mVconst int ADRES_SOC = 0;const char KOP[] = "tijdstip,temperatuur_C,vocht_pct,verbruik_Wh,zon_Wh,licht_lx,batterij_V,soc_pct,lampen_pwm,"                   "verw_pct,dak,water_C,pH,EC_mScm,niveau_cm,modus,alarm"; enum Modus { OPSTART, DAG, NACHT, ALARM, ONDERHOUD };const char* NAAM[] = {"OPSTART", "DAG", "NACHT", "ALARM", "ONDERHOUD"};const byte A_SENSOR = 1, A_WATER = 2, A_NIVEAU = 4, A_DAK = 8, A_BATTERIJ = 16;   // alarm: meteen ingrijpenconst byte W_PH = 1, W_EC = 2, W_WARM = 4, W_SD = 8;                              // waarschuwing: vandaag bijsturen // ---------------------------------------------------------------- toestandAdafruit_SHT31 sht;RTC_DS3231 rtc;DateTime klok, minuut;Modus modus = OPSTART;byte alarmen = 0, waarschuwingen = 0;unsigned long modusSinds = 0, vorigeMeting = 0, vorigeLamp = 0, vorigeBewaring = 0, ledSinds = 0;unsigned long knopSinds = 0, droogSinds = 0, pompSinds = 0;float luchtT = NAN, luchtRV = NAN, lux = 0, uBat = 0, uBus = NAN, iZon = NAN, iVerbruik = NAN;float soc = 50.0, waterT = NAN, ph = NAN, ec = NAN, niveau = 0, gemAan = 0.5;int geenMeting = 0, grens = 255, stand = 0;bool verwarmen = false, koelen = false, warm = false, laden = false, pompAan = false;bool extraBeurt = false, extraBeslist = false, niveauLaag = false, batLeeg = false;bool knopWas = false, langGemeld = false, ledAan = false, kaartOk = false, bezig = false;float somT, somRV, somLux, somZon, somVerbruik, somU, somWT, somPH, somEC, somNiveau, somStand;   // loggerint nT, nMeting, nVermogen, nWT, nPH, nVerw;byte eindModus = OPSTART, eindAlarm = 0, eindDak = 0;float eindSoc = 50.0;char opdracht[32];int lengte = 0; // ---------------------------------------------------------------- meldingenvoid printTwee(int x) {  if (x < 10) Serial.print('0');  Serial.print(x);} void melding(const char* tekst) {                    // "# 14:02:31 tekst" (ook dak.cpp gebruikt ze)  Serial.print("# ");  printTwee(klok.hour());  Serial.print(':');  printTwee(klok.minute());  Serial.print(':');  printTwee(klok.second());  Serial.print(' ');  Serial.println(tekst);} // ---------------------------------------------------------------- sensoren (hoofdstuk 11, 13, 15, 22, 30)int gemiddeld(int pin) {                             // 16 metingen middelen tegen ruis  long som = 0;  for (int i = 0; i < 16; i++) som += analogRead(pin);  return som / 16;} float daglichtLux() {                                // LDR onder een kapje, 1,0 kOhm naar GND  int n = gemiddeld(LDR);  if (n < 1) n = 1;  float r = 1000.0 * (1024.0 - n) / n;  return 10.0 * pow(r / 15000.0, -1.0 / 0.7) / 0.10;} float batterijspanning() {                           // deler 100 kOhm / 33 kOhm  return gemiddeld(BATTERIJ) * 5.0 / 1024.0 * (133.0 / 33.0);} float waterTemperatuur() {                           // NTC in het reservoir, B = 3913 K  int n = gemiddeld(NTC);  if (n < 5 || n > 1018) return NAN;                 // draad los of kortsluiting  float r = 10000.0 * (1024.0 - n) / n;  return 1.0 / (1.0 / 298.15 + log(r / 10000.0) / 3913.0) - 273.15;} float phWaarde() {                                   // 2,50 V bij pH 7,00, -0,18 V per pH (hoofdstuk 15)  float u = gemiddeld(PH) * 5.0 / 1024.0;  if (u < 0.1 || u > 4.9) return NAN;  return 7.0 + (2.50 - u) / 0.18;} float ecWaarde(float t) {                            // 0,50 V per mS/cm, omgerekend naar 25 graden (hoofdstuk 13)  float e = gemiddeld(EC) * 5.0 / 1024.0 / 0.50;  if (isnan(t)) return e;  return e / (1.0 + 0.02 * (t - 25.0));} float niveauCm() {                                   // MPX5010 onderaan het reservoir (hoofdstuk 11)  float u = gemiddeld(DRUK) * 5.0 / 1024.0;  float p = (u / 5.0 - 0.04) / 0.09 * 1000.0;        // Pa  return p / (1000.0 * 9.81) * 100.0;} long inaLees(byte adres, byte reg) {                 // INA226: 16 bits uit een register, of -1  Wire.beginTransmission(adres);  Wire.write(reg);  if (Wire.endTransmission() != 0) return -1;  if (Wire.requestFrom(adres, (byte)2) != 2) return -1;  byte hoog = Wire.read();  byte laag = Wire.read();  return ((long)hoog << 8) | laag;} float inaStroom(byte adres) {                        // A: shuntspanning (2,5 uV per stap) gedeeld door 0,75 mOhm  long s = inaLees(adres, 0x01);  if (s < 0) return NAN;  return (int16_t)s * 0.0000025 / R_SHUNT;} float inaSpanning(byte adres) {                      // V: busspanning, 1,25 mV per stap  long b = inaLees(adres, 0x02);  if (b < 0) return NAN;  return b * 0.00125;} byte band(byte w, byte bit, float x, float laag, float hoog, float marge) {   // waarschuwing met hysterese  if (isnan(x)) return w;  if (x < laag || x > hoog) return w | bit;  if (x > laag + marge && x < hoog - marge) return w & ~bit;  return w;} // ---------------------------------------------------------------- meten, laadtoestand, alarmen (om de 2 s)void meten(unsigned long nu) {  float t, rv;  if (sht.readBoth(&t, &rv)) { luchtT = t; luchtRV = rv; geenMeting = 0; }  else { luchtT = luchtRV = NAN; geenMeting++; }  lux = daglichtLux();  uBat = batterijspanning();  iZon = inaStroom(INA_ZON);  iVerbruik = inaStroom(INA_VERBRUIK);  uBus = inaSpanning(INA_VERBRUIK);  if (!isnan(iZon) && !isnan(iVerbruik)) {           // coulombteller (hoofdstuk 16) met de twee INA226    float iLaad = iZon - iVerbruik;                  // A, positief = de batterijen laden    soc += iLaad * (MEET_MS / 3600000.0) / CAPACITEIT_AH * 100.0;    if (uBat >= 14.2 && iLaad > 0.0 && iLaad < 2.0) soc = 100.0;    // vol: opnieuw ijken    soc = constrain(soc, 0.0, 100.0);    laden = iLaad > 0.0;  }  if (soc >= SOC_VOL) grens = 255;                   // energiebeheer (hoofdstuk 20)  else if (soc < SOC_ZON) grens = 0;  else if (laden) grens = min(grens + 5, 255);       // er is zon over: meer licht mag  else grens = max(grens - 5, 0);                    // de batterij levert: minder licht  waterT = waterTemperatuur();  ph = phWaarde();  ec = ecWaarde(waterT);  if (digitalRead(VLOTTER) == LOW) droogSinds = nu;  // LOW = genoeg water; een losse draad = droog  if (!pompAan && nu - pompSinds >= POMP_RUST_MS) niveau = niveauCm();   // water in de goten telt niet mee  if (!niveauLaag && niveau < 10.0) niveauLaag = true;                 // 10 en 12 cm  else if (niveauLaag && niveau > 12.0) niveauLaag = false;  if (!batLeeg && soc < SOC_ALARM) batLeeg = true;                     // 10 en 15 %  else if (batLeeg && soc > SOC_ALARM + 5.0) batLeeg = false;  byte nieuw = 0;  if (geenMeting >= 15) nieuw |= A_SENSOR;           // 30 s geen luchttemperatuur  if (nu - droogSinds >= 10000) nieuw |= A_WATER;    // 10 s droog  if (niveauLaag) nieuw |= A_NIVEAU;  if (dak == DAK_FOUT) nieuw |= A_DAK;  if (batLeeg) nieuw |= A_BATTERIJ;  if (nieuw & ~alarmen & A_SENSOR) melding("oorzaak: geen temperatuur");  if (nieuw & ~alarmen & A_WATER) melding("oorzaak: vlotter droog");  if (nieuw & ~alarmen & A_NIVEAU) melding("oorzaak: reservoir onder 10 cm");  if (nieuw & ~alarmen & A_DAK) melding("oorzaak: dak haalt zijn eindpunt niet");  if (nieuw & ~alarmen & A_BATTERIJ) melding("oorzaak: batterij onder 10 %");  alarmen = nieuw;  byte w = band(waarschuwingen, W_PH, ph, PH_LAAG, PH_HOOG, 0.05);  w = band(w, W_EC, ec, EC_LAAG, EC_HOOG, 0.05);  w = band(w, W_WARM, waterT, 0.0, WATER_WARM, 0.5);  if (w & ~waarschuwingen & W_PH) melding("waarschuwing: pH buiten de band, bijsturen");  if (w & ~waarschuwingen & W_EC) melding("waarschuwing: EC buiten de band, bijsturen");  if (w & ~waarschuwingen & W_WARM) melding("waarschuwing: voedingsoplossing te warm");  waarschuwingen = w | (kaartOk ? 0 : W_SD);} // ---------------------------------------------------------------- de knop: kort of lang (hoofdstuk 24, 32)void leesKnop(unsigned long nu, bool& kort, bool& lang) {  bool in = digitalRead(KNOP) == HIGH;               // na de 74HC14: hoog = ingedrukt  kort = lang = false;  if (in && !knopWas) { knopSinds = nu; langGemeld = false; }  if (in && !langGemeld && nu - knopSinds >= LANG_MS) { lang = true; langGemeld = true; }  if (!in && knopWas && !langGemeld) kort = true;  knopWas = in;} // ---------------------------------------------------------------- de modi (hoofdstuk 32)bool isDag() { return klok.hour() >= 6 && klok.hour() < 22; }Modus gewoon() { return isDag() ? DAG : NACHT; } void naar(Modus nieuw, unsigned long nu) {  Modus oud = modus;  modus = nieuw;  modusSinds = nu;  char tekst[32] = "modus ";  strcat(tekst, NAAM[nieuw]);  melding(tekst);  if (nieuw == ONDERHOUD) dakBlokkeer(true, nu);     // niemand onder een bewegend dak  if (oud == ONDERHOUD) dakBlokkeer(false, nu);  if (nieuw == NACHT) dakVraag(false);  if (nieuw == DAG) dakVraag(warm);} void taakModus(unsigned long nu, bool kort, bool lang) {  switch (modus) {    case OPSTART:                                    // 5 s: sensoren en klok lezen      if (nu - modusSinds >= 5000) naar(gewoon(), nu);      break;    case DAG:    case NACHT:      if (alarmen) naar(ALARM, nu);      else if (lang) naar(ONDERHOUD, nu);      else if (gewoon() != modus) naar(gewoon(), nu);      else if (kort) dakKnop(nu);                    // korte druk: het dak met de hand (G2)      break;    case ALARM:      if (kort) {                                    // bevestigen        if (alarmen & A_DAK) {          dakHerstel(nu);          alarmen &= ~A_DAK;        }        if (alarmen == 0) naar(gewoon(), nu);        else melding("alarm blijft: oorzaak nog aanwezig");      } else if (lang) naar(ONDERHOUD, nu);      break;    case ONDERHOUD:      if (lang || nu - modusSinds >= ONDERHOUD_MAX_MS) naar(gewoon(), nu);      break;  }} // ---------------------------------------------------------------- klimaat, pomp en CO2 (om de 2 s)void acties(unsigned long nu) {  bool dag = isDag();  float laag = dag ? DAG_LAAG : NACHT_LAAG, hoog = laag + 1.0;  if (isnan(luchtT)) {                               // noodprogramma: blind met de gemiddelde inschakelduur    verwarmen = (nu / 1000UL) % 600UL < (unsigned long)(gemAan * 600);    koelen = false;  } else {    if (!verwarmen && luchtT < laag) verwarmen = true;    else if (verwarmen && luchtT > hoog) verwarmen = false;    if (!koelen && luchtT > KOEL_AAN) koelen = true;    else if (koelen && luchtT < KOEL_UIT) koelen = false;    if (verwarmen) koelen = false;    gemAan += ((verwarmen ? 1.0 : 0.0) - gemAan) * (MEET_MS / 3600000.0);    bool automatisch = dag && (modus == DAG || (modus == ALARM && !(alarmen & A_DAK)));    if (!warm && luchtT > DAK_OPEN) { warm = true; if (automatisch) dakVraag(true); }    else if (warm && luchtT < DAK_DICHT) { warm = false; if (automatisch) dakVraag(false); }  }  if (modus == ONDERHOUD) koelen = true;             // verse lucht voor wie binnen werkt  bool verw = verwarmen && modus != OPSTART;  digitalWrite(VERWARMING, verw ? HIGH : LOW);  if (verw) nVerw++;  analogWrite(VENTILATOREN, koelen ? VENT_VOL : (dag ? VENT_DAG : VENT_NACHT));  // de pomp: één taak beslist over pin 9 (minuut 0-9 van elk uur, extra beurt om het halfuur)  int m = klok.minute();  if (m == 30 && !extraBeslist) {    extraBeslist = true;    extraBeurt = dag && lux / 1000.0 > SLAP_LICHT && luchtRV <= SLAP_VOCHT;    if (extraBeurt) melding("extra pompbeurt: slappe sla verwacht");  }  if (m < 30 || m >= 35) extraBeurt = extraBeslist = false;  bool pomp = (modus == DAG || modus == NACHT || modus == ALARM) && (m < 10 || extraBeurt)              && !(alarmen & (A_WATER | A_NIVEAU));  if (pomp != pompAan) { pompAan = pomp; pompSinds = nu; }  digitalWrite(POMP, pomp ? HIGH : LOW);  // CO2: alleen in DAG, met het dak dicht en zonder koelen: om het halfuur 30 s (K8)  bool co2 = modus == DAG && dak == DICHT && !koelen && m % 30 == 0 && klok.second() < 30;  digitalWrite(CO2_KLEP, co2 ? HIGH : LOW);} // ---------------------------------------------------------------- groeilampen: dimmen en energiebeheervoid taakLampen(unsigned long nu) {  if (nu - vorigeLamp < LAMP_MS) return;  vorigeLamp += LAMP_MS;  int doel = 0;  if (modus == ONDERHOUD) doel = WERKLICHT;  else if ((modus == DAG || modus == ALARM) && isDag()) {    float f = constrain((DOEL - lux / LUX_PER_UMOL) / LAMPEN_VOL, 0.0, 1.0);    doel = min((int)(f * 255 + 0.5), grens);  }  if (doel > stand) stand++;  else if (doel < stand) stand--;  analogWrite(LAMPEN, stand);} // ---------------------------------------------------------------- logger (hoofdstuk 30): elke minuut één regelvoid wisSommen() {  somT = somRV = somLux = somZon = somVerbruik = somU = somWT = somPH = somEC = somNiveau = somStand = 0;  nT = nMeting = nVermogen = nWT = nPH = nVerw = 0;} size_t schrijfRegel(Print& uit) {  size_t n = 0;  char tijd[17];  snprintf(tijd, sizeof(tijd), "%04d-%02d-%02d %02d:%02d", minuut.year(), minuut.month(), minuut.day(),           minuut.hour(), minuut.minute());  n += uit.print(tijd);  n += uit.print(',');  if (nT > 0) n += uit.print(somT / nT, 1);  n += uit.print(',');  if (nT > 0) n += uit.print(somRV / nT, 1);  n += uit.print(',');  if (nVermogen > 0) n += uit.print(somVerbruik / nVermogen / 60.0, 2);  n += uit.print(',');  if (nVermogen > 0) n += uit.print(somZon / nVermogen / 60.0, 2);  n += uit.print(',');  if (nMeting > 0) n += uit.print(somLux / nMeting, 0);  n += uit.print(',');  if (nVermogen > 0) n += uit.print(somU / nVermogen, 2);  n += uit.print(',');  n += uit.print(eindSoc, 1);  n += uit.print(',');  if (nMeting > 0) n += uit.print(somStand / nMeting, 0);  n += uit.print(',');  if (nMeting > 0) n += uit.print(100.0 * nVerw / nMeting, 0);  n += uit.print(',');  n += uit.print(eindDak);  n += uit.print(',');  if (nWT > 0) n += uit.print(somWT / nWT, 1);  n += uit.print(',');  if (nPH > 0) n += uit.print(somPH / nPH, 2);  n += uit.print(',');  if (nPH > 0) n += uit.print(somEC / nPH, 2);  n += uit.print(',');  if (nMeting > 0) n += uit.print(somNiveau / nMeting, 1);  n += uit.print(',');  n += uit.print(eindModus);  n += uit.print(',');  n += uit.print(eindAlarm);  n += uit.println();  return n;} void opslaan() {  size_t lang = schrijfRegel(Serial);  if (!kaartOk) return;  char naam[20];  snprintf(naam, sizeof(naam), "LOG/%04d%02d%02d.CSV", minuut.year(), minuut.month(), minuut.day());  bool nieuw = !SD.exists(naam);  File f = SD.open(naam, FILE_WRITE);  if (!f) {    melding("waarschuwing: SD, kan het bestand niet openen");    kaartOk = false;    return;  }  if (nieuw) f.println(KOP);  if (schrijfRegel(f) < lang) {    melding("waarschuwing: SD-kaart vol");    kaartOk = false;  }  f.close();} void loggen() {                                      // om de 2 s, na meten() en acties()  DateTime begin(klok.year(), klok.month(), klok.day(), klok.hour(), klok.minute(), 0);  if (!bezig) {    minuut = begin;    bezig = true;  } else if (begin.unixtime() != minuut.unixtime()) {    opslaan();    wisSommen();    minuut = begin;  }  if (!isnan(luchtT)) { somT += luchtT; somRV += luchtRV; nT++; }  if (!isnan(iZon) && !isnan(iVerbruik) && !isnan(uBus)) {    somZon += iZon * uBus;    somVerbruik += iVerbruik * uBus;    somU += uBus;    nVermogen++;  }  if (!isnan(waterT)) { somWT += waterT; nWT++; }  if (!isnan(ph) && !isnan(ec)) { somPH += ph; somEC += ec; nPH++; }  somLux += lux;  somStand += stand;  somNiveau += niveau;  nMeting++;  eindModus = modus;  eindAlarm = alarmen;  eindDak = dak;  eindSoc = soc;} void leesOpdracht() {                                // T2021-03-08 09:00:00 + Enter: de klok zetten  while (Serial.available() > 0) {    char c = Serial.read();    if (c == '\n' || c == '\r') {      opdracht[lengte] = '\0';      int j, mo, d, u, mi, s;      if (lengte > 0 && sscanf(opdracht, "T%d-%d-%d %d:%d:%d", &j, &mo, &d, &u, &mi, &s) == 6) {        rtc.adjust(DateTime(j, mo, d, u, mi, s));        klok = rtc.now();        melding("klok gezet");        wisSommen();        bezig = false;      }      lengte = 0;    } else if (lengte < (int)sizeof(opdracht) - 1) {      opdracht[lengte] = c;      lengte++;    }  }} // ---------------------------------------------------------------- statusled en EEPROMvoid taakStatusled(unsigned long nu) {               // normaal 500 ms, alarm 100 ms, onderhoud vast aan (G1)  if (modus == ONDERHOUD) { digitalWrite(STATUSLED, HIGH); return; }  unsigned long periode = (modus == ALARM) ? 100 : 500;  if (nu - ledSinds < periode) return;  ledSinds = nu;  ledAan = !ledAan;  digitalWrite(STATUSLED, (ledAan && modus != OPSTART) ? HIGH : LOW);} void taakBewaren(unsigned long nu) {                 // de laadtoestand overleeft een stroomonderbreking  if (nu - vorigeBewaring < BEWAAR_MS) return;  vorigeBewaring += BEWAAR_MS;  EEPROM.put(ADRES_SOC, soc);                        // schrijft alleen de bytes die veranderen} // ---------------------------------------------------------------- setup en loopvoid setup() {  wdt_disable();                                     // misschien zijn we net door de waakhond herstart  const int UIT[] = {LAMPEN, PWM_DICHT, PWM_OPEN, DAK_ENABLE, POMP, CO2_KLEP, VENTILATOREN, VERWARMING, STATUSLED};  for (int p : UIT) { pinMode(p, OUTPUT); digitalWrite(p, LOW); }   // veilig starten: alles uit  digitalWrite(DAK_ENABLE, HIGH);  pinMode(VLOTTER, INPUT_PULLUP);  pinMode(KNOP, INPUT);  pinMode(EIND_OPEN, INPUT_PULLUP);  pinMode(EIND_DICHT, INPUT_PULLUP);  Serial.begin(115200);  Wire.begin();  rtc.begin();  sht.begin(0x44);                                   // antwoordt ze niet, dan volgt het alarm na 30 s  klok = rtc.now();  byte ina[] = {INA_ZON, INA_VERBRUIK};  for (int i = 0; i < 2; i++) {                      // INA226: 128 metingen middelen (282 ms)    Wire.beginTransmission(ina[i]);    Wire.write(0x00);    Wire.write(0x49);    Wire.write(0x27);    Wire.endTransmission();  }  kaartOk = SD.begin(SD_CS);  if (kaartOk && !SD.exists("LOG")) SD.mkdir("LOG");  EEPROM.get(ADRES_SOC, soc);  if (isnan(soc) || soc < 0.0 || soc > 100.0) soc = 50.0;   // leeg EEPROM: een ruwe schatting  eindSoc = soc;  niveau = niveauCm();  unsigned long nu = millis();  droogSinds = nu;  melding("klimaatmodule v5 (hoofdstuk 40)");  Serial.print("# laadtoestand uit het EEPROM: ");  Serial.print(soc, 1);  Serial.println(" %");  if (!kaartOk) melding("waarschuwing: geen SD-kaart");  Serial.println(KOP);  naar(OPSTART, nu);  dakStart(nu);  wdt_enable(WDTO_2S);                               // komt loop() 2 s niet langs wdt_reset(): herstart (B5)} void loop() {  wdt_reset();  unsigned long nu = millis();  leesOpdracht();  bool kort, lang;  leesKnop(nu, kort, lang);  if (nu - vorigeMeting >= MEET_MS) {    vorigeMeting += MEET_MS;    klok = rtc.now();    meten(nu);    acties(nu);    loggen();  }  taakModus(nu, kort, lang);  taakDak(nu);  taakLampen(nu);  taakStatusled(nu);  taakBewaren(nu);}

Ook te downloadenpinnen.hde pintabel van de Mega (hoofdstuk 29, 31) · 34 regels dak.hhet dak als toestandsmachine (hoofdstuk 32) · 16 regels dak.cppidem · 87 regels

Wat er nieuw is tegenover versie 2 en 4:

De laadtoestand telt nu met de twee INA226: iLaad = iZon - iVerbruik, om de 2 s opgeteld (een coulombteller, hoofdstuk 16). Bij 14,2 V met een kleine laadstroom zijn de batterijen vol en wordt de teller opnieuw op 100 % gezet.
Het energiebeheer zit in meten(): boven 40 % mogen de lampen alles, onder 20 % niets, daartussen schuift de grens 5 stappen op of af naargelang de batterijen laden of leveren (hoofdstuk 29).
band() geeft een waarschuwing met hysterese: aan buiten de band, pas weer uit als de waarde 0,05 (of 0,5 °C) binnen de band zit. Zonder hysterese zou een pH die rond 6,50 schommelt tientallen meldingen geven (hoofdstuk 31).
De pomp wordt in acties() beslist: minuut 0-9, of minuut 30-34 als de beslisboom om 30 minuten slappe sla verwachtte, nooit bij een water- of niveau-alarm en niet in ONDERHOUD. Het niveau telt pas 2 minuten na de pomp.
De logger schrijft 17 kolommen: de 7 van hoofdstuk 28 en 30, en 10 nieuwe achteraan, zodat oude Python-scripts blijven werken (hoofdstuk 30).

Getest. Het programma compileert zonder waarschuwingen met g++ tegen een nagebootste Arduino, ook met int = 16 bit zoals op de Mega. In een gesloten lus met een model van de module draaide het een week: 59 miljoen rondes van loop(), de langste 48,8 ms (eis B6: hoogstens 100 ms; de SHT31 alleen wacht al 20 ms), 432 schrijfbeurten in het EEPROM (alleen bytes die veranderen) en acht dagbestanden op de kaart. De testweek van dit hoofdstuk komt uit dezelfde simulatie, in Python nagebouwd: per dag verschillen verbruik, zon en warmte minder dan 0,5 %.

Naslag · 40.17

Het logformaat van versie 5

17/28

Eén regel per minuut, op de SD-kaart in LOG/JJJJMMDD.CSV en tegelijk over USB (hoofdstuk 30). Een lege cel betekent: geen geldige meting in die minuut. Nieuwe kolommen komen achteraan, zodat een script dat de eerste zeven kolommen leest, blijft werken.

kolom	eenheid	wat erin staat	sinds
tijdstip	jjjj-mm-dd uu:mm	begin van de minuut, UTC+1	28
temperatuur_C	°C	gemiddelde van de SHT31 (leeg zonder meting)	28
vocht_pct	%	relatieve vochtigheid van de lucht	28
verbruik_Wh	Wh	energie naar de verbruikers in die minuut (INA226 0x41)	28
zon_Wh	Wh	geleverde zonnestroom in die minuut (INA226 0x40)	28
licht_lx	lx	daglicht op de LDR	30
batterij_V	V	busspanning van de rail	30
soc_pct	%	laadtoestand aan het einde van de minuut	40
lampen_pwm	0-255	gemiddelde lampstand	40
verw_pct	%	deel van de minuut met de verwarming aan	40
dak	0-5	DICHT, OPENEN, OPEN, SLUITEN, GESTOPT, DAK_FOUT	40
water_C	°C	voedingsoplossing (NTC)	40
pH		gemiddelde van de minuut	40
EC_mScm	mS/cm	omgerekend naar 25 °C	40
niveau_cm	cm	reservoir, gemeten bij stilstaande pomp	40
modus	0-4	OPSTART, DAG, NACHT, ALARM, ONDERHOUD	40
alarm	bits	1 temperatuur, 2 vlotter, 4 niveau, 8 dak, 16 batterij	40

Vijf regels uit de testweek (donderdag, de sensorkast is van 14:02 tot 14:07 losgekoppeld)

tijdstip,temperatuur_C,vocht_pct,verbruik_Wh,zon_Wh,licht_lx,batterij_V,soc_pct,lampen_pwm,verw_pct,dak,water_C,pH,EC_mScm,niveau_cm,modus,alarm
2021-03-11 14:01,25.4,49.6,0.49,0.58,39142,14.30,100.0,0,0,2,21.5,6.21,1.36,21.5,1,0
2021-03-11 14:02,,,0.35,0.43,39112,14.30,100.0,0,0,2,21.5,6.21,1.36,21.5,3,1
2021-03-11 14:03,,,0.34,0.42,39082,14.30,100.0,0,0,2,21.5,6.21,1.36,21.5,3,1
2021-03-11 14:07,26.2,47.6,0.49,0.57,38961,14.30,100.0,0,0,2,21.6,6.21,1.36,21.5,3,0
2021-03-11 14:08,26.2,47.8,0.49,0.58,38930,14.30,100.0,0,0,2,21.6,6.21,1.36,21.5,3,0

Om 14:02 zijn temperatuur en vocht leeg, springt de modus naar 3 (ALARM) en staat alarmbit 1 (geen temperatuur) aan. Om 14:07 is de meting terug en het alarmbit uit, maar de modus blijft 3 tot iemand kort op S1 drukt (14:09). Het verbruik zakt in die minuten van 0,49 naar 0,35 Wh per minuut: zonder meting koelt het noodprogramma niet, en de ventilatoren vallen terug.

grootte	waarde
regel	±84 tekens
dagbestand	±121 kB (hoofdstuk 30, met 7 kolommen: 68,5 kB)
kaart van 1 GB	±23 jaar

Uitleg · 40.18

Fase 4 · testen: van deeltest tot testweek

18/28

Testen volgt de rechterkant van het V-model: van de delen naar het geheel, en elke test toetst de ontwerpstap die ertegenover staat.

Deeltests, zodra een onderdeel klaar is: elke sensor naast een referentie, elke tak met de stroomtang, de pomp met een maatbeker per goot, het dak met een blokje in de rail.
Integratietests: werkt elke interface zoals de tabel zegt? De I²C-scanner vindt vier adressen, de logger schrijft 17 kolommen, de pomp slaat aan in minuut 0 en niet in minuut 11.
Storingstests: je veroorzaakt een fout en kijkt of het systeem reageert zoals ontworpen. Wat er moet gebeuren, schrijf je vooraf op.
De testweek: de module draait zeven dagen alleen. Elke dag kijkt één teamlid in de logbestanden, zonder in te grijpen tenzij de planten of de veiligheid het vragen.

storingstest	wanneer	wat moet er gebeuren (vooraf)	wat de logger toonde	eis
stekker van de sensorkast los (5 min)	do 14:02	na 30 s alarm, noodprogramma voor de verwarming, lege cellen	alarm om 14:02:28, 5 regels zonder temperatuur	B2, B3, D2
vlotter met de hand omhoog (1 min)	do 14:15	na 10 s alarm, pomp uit	alarm om 14:15:08	W3, B2
stekker van de regelkast uit (2 min)	do 15:56	alles uit; daarna OPSTART, laadtoestand uit het EEPROM	OPSTART 15:58:00, DAG 15:58:06; 3 regels ontbreken	B1, E5, D1
lange druk op S1: onderhoud	wo 10:12	pomp uit, dak geblokkeerd, werklicht, ventilatoren vol	modus 4 van 10:12 tot 10:29	B4
blokje in de rail van het dak	deeltest, vr	na 12 s DAK_FOUT en alarm; kort drukken: opnieuw sluiten	zie K5 (voor de testweek)	K5
een taak die blijft hangen	deeltest (hoofdstuk 32)	de waakhond herstart de Mega na 2 s	herstart	B5

De simulatie als generale repetitie. Voor de module een week alleen blijft, draait het voorbeeldteam versie 5 in een simulatie: het programma krijgt nagebootste sensoren, en een model van de module (warmte zoals hoofdstuk 31, zon zoals hoofdstuk 20) reageert op wat het programma schakelt. Zo vind je fouten in de code voor ze in de echte module zitten. De testweek van dit hoofdstuk is zo'n simulatie; wie de module echt heeft (spoor A), vervangt ze door de eigen logbestanden.

Een model is geen meting

Een simulatie toont wat het programma doet met de module zoals je ze gemodelleerd hebt. Klopt het model niet (een dak dat minder koelt, een sla die meer verdampt), dan klopt de uitkomst ook niet. Schrijf daarom bij elk resultaat of het uit een meting, een berekening of een simulatie komt, en vergelijk het model met echte metingen zodra je ze hebt (E17, E36).

Links ontwerp je van het geheel naar de delen, rechts test je van de delen naar het geheel; elke stippellijn is een toets.

Uitleg · 40.19

De testweek: 8 tot 14 maart 2021

19/28

De testweek begon op maandag met een grijze start: laadtoestand 55 %, reservoir op 22 cm. Het logboek van het team:

wanneer	wat	gevolg in de logbestanden
ma 8 maart 0:00	start van de testweek; laadtoestand 55 %, reservoir 22 cm, EC 1,40, pH 5,86	—
ma en di	grijs (zonfactor 0,35 en 0,25), 3 tot 9 °C	laadtoestand onder 40 %: de lampen krijgen alleen zonne-overschot
wo 10:12-10:29	onderhoud: 13 L regenwater en 130 mL A + 130 mL B bijgevuld	modus 4; niveau van 18,9 naar 24,3 cm
wo en do	zonnig, tot 14 °C buiten	dak 10 en 14 keer open; batterijen vol, zonnestroom afgeknepen
do 14:00-16:00	storingstests: sensorkast, vlotter, stroom	alarmen, lege cellen, 3 ontbrekende regels
za	heel grijs (zonfactor 0,20)	laadtoestand van 77 naar 38 %; lichtsom 9,2 mol
zo 10:12	pH boven 6,5	waarschuwing in de meldingen; niemand in de module
ma 15 maart	pH bijgestuurd met pH-min, reservoir bijgevuld	(na de testweek)

Wat de vier grafieken tonen:

Temperatuur. 's Nachts de zaagtand van de verwarming rond 16-17 °C, overdag 18-19 °C op grijze dagen. Woensdag en donderdag stijgt de lucht tot 27,1 °C: dan gaat het dak 10 en 14 keer open. De verwarming vroeg 14,0 kWh warmte van het station, van 0,8 tot 4,3 uur per dag.
Energie. De panelen hadden 23,9 kWh kunnen leveren, maar de regelaar nam er maar 11,4 af: op de zonnige dagen waren de batterijen voor de middag vol, en 12,4 kWh bleef ongebruikt. Het verbruik was 10,2 kWh, waarvan 8,2 kWh voor de lampen.
Laadtoestand. Tussen 35 en 100 %. Onder 40 % van maandagavond tot dinsdagmiddag, van dinsdagavond tot woensdagochtend en van zaterdagavond tot zondagochtend: dan kregen de lampen alleen zonne-overschot. Nooit onder 20 %.
Voedingsoplossing. De pH stijgt gestaag, van 5,86 naar 6,59; zondag om 10:12 passeert ze 6,5. De EC zakt langzaam, van 1,40 naar 1,31: de sla neemt verhoudingsgewijs meer zouten op dan water. Het niveau zakt van 21,9 naar 14,6 cm, met het bijvullen van woensdag ertussen.

Gemiddelden per 10 minuten uit de logbestanden (simulatie). De grijze stippellijn in de tweede grafiek is wat de panelen hadden kunnen geven.

Code · 40.20

De testweek analyseren in Python

20/28

Zeven dagbestanden van 1440 regels lees je niet met het oog. Het script leest ze met het csv-moduul (hoofdstuk 28 en 30), maakt per dag een rapport en toetst een deel van de eisen. Twee keuzes: een lege cel wordt None en telt niet mee in een minimum; en 'overdag' begint voor K1 pas om 7 uur, omdat de module om 6 uur van de nacht- naar de daginstelling springt en even moet opwarmen (dat staat zo in het programma van eisen, niet achteraf bedacht).

Pythontestweek.py64 regelsDownload

# testweek.py - de logbestanden van de klimaatmodule toetsen aan het programma van eisenimport csv DAGEN = ["20210308", "20210309", "20210310", "20210311", "20210312", "20210313", "20210314"]NAAM = ["ma", "di", "wo", "do", "vr", "za", "zo"]  def getal(tekst):    """Tekst naar kommagetal; een lege cel (geen meting) wordt None."""    return float(tekst) if tekst != "" else None  def lees(dag):    with open("LOG/" + dag + ".CSV", newline="") as f:        return [{k: (v if k == "tijdstip" else getal(v)) for k, v in r.items()} for r in csv.DictReader(f)]  def uur(r):    return int(r["tijdstip"][11:13])  def dagrapport(rijen):    dag = [r for r in rijen if 7 <= uur(r) < 22 and r["temperatuur_C"] is not None]    nacht = [r for r in rijen if not 6 <= uur(r) < 22 and r["temperatuur_C"] is not None]    par = [r["licht_lx"] / 54 + 200 * r["lampen_pwm"] / 255 for r in rijen if 6 <= uur(r) < 22]    paren = list(zip(rijen, rijen[1:]))                    # (deze minuut, volgende minuut)    return {        "regels": len(rijen),        "T_dag": (min(r["temperatuur_C"] for r in dag), max(r["temperatuur_C"] for r in dag)),        "T_nacht": min(r["temperatuur_C"] for r in nacht),        "zon": sum(r["zon_Wh"] for r in rijen) / 1000,                    # kWh        "verbruik": sum(r["verbruik_Wh"] for r in rijen) / 1000,        "soc": min(r["soc_pct"] for r in rijen),        "lichtsom": sum(p * 60 for p in par) / 1e6,                       # mol/(m² dag)        "verwarming": sum(r["verw_pct"] for r in rijen) / 100 / 60,       # uur        "starts": sum(1 for a, b in paren if a["verw_pct"] == 0 and b["verw_pct"] > 0),        "dak": sum(1 for a, b in paren if a["dak"] == 0 and b["dak"] > 0),        "pH": max(r["pH"] for r in rijen),        "EC": min(r["EC_mScm"] for r in rijen),        "niveau": min(r["niveau_cm"] for r in rijen),    }  week = [dagrapport(lees(dag)) for dag in DAGEN]print("dag regels  T overdag  nacht   zon verbr  SoC licht verw starts dak  pH   EC niveau")for naam, d in zip(NAAM, week):    print(f"{naam}  {d['regels']:5d}  {d['T_dag'][0]:4.1f}-{d['T_dag'][1]:4.1f}  {d['T_nacht']:4.1f}  "          f"{d['zon']:4.2f}  {d['verbruik']:4.2f}  {d['soc']:3.0f}  {d['lichtsom']:4.1f}  {d['verwarming']:3.1f}"          f"  {d['starts']:3d}  {d['dak']:3d} {d['pH']:4.2f} {d['EC']:4.2f}  {d['niveau']:4.1f}")  def toets(code, tekst, fout):    print(f"{code}  {tekst:38s} {'gehaald' if not fout else 'NIET: ' + ', '.join(fout)}")  print()toets("K1", "overdag (7-22 h) nooit onder 17,5 C", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["T_dag"][0] < 17.5])toets("K2", "'s nachts nooit onder 15,5 C", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["T_nacht"] < 15.5])toets("K3", "nooit boven 30 C", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["T_dag"][1] > 30])toets("L1", "lichtsom minstens 11,0 mol per dag", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["lichtsom"] < 11.0])toets("E3", "laadtoestand nooit onder 20 %", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["soc"] < 20])toets("H1", "EC nooit onder 1,2 mS/cm", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["EC"] < 1.2])toets("H2", "pH nooit boven 6,5", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["pH"] > 6.5])toets("D1", "1440 regels per dag", [n for n, d in zip(NAAM, week) if d["regels"] != 1440])

Ook te downloaden20210308.CSVlogbestand van maandag (simulatie) · 1441 regels 20210309.CSVlogbestand van dinsdag (simulatie) · 1441 regels 20210310.CSVlogbestand van woensdag (simulatie) · 1441 regels 20210311.CSVlogbestand van donderdag (simulatie) · 1438 regels 20210312.CSVlogbestand van vrijdag (simulatie) · 1441 regels 20210313.CSVlogbestand van zaterdag (simulatie) · 1441 regels 20210314.CSVlogbestand van zondag (simulatie) · 1441 regels

De uitvoer:

dag regels  T overdag  nacht   zon verbr  SoC licht verw starts dak  pH   EC niveau
ma   1440  18.0-21.4  16.0  1.47  1.94   39  10.6  2.8   48    0 5.94 1.38  20.0
di   1440  18.0-20.2  16.0  1.05  1.08   36   6.0  4.3   70    0 6.00 1.38  19.0
wo   1440  17.9-27.0  16.0  2.54  1.09   35  21.4  3.0   43   10 6.16 1.37  18.6
do   1437  18.0-27.1  16.0  1.46  1.36   67  23.6  1.7   30   14 6.29 1.35  20.1
vr   1440  18.0-25.0  16.0  1.56  1.58   65  13.4  0.8   16    0 6.40 1.34  18.0
za   1440  18.0-20.1  16.0  0.84  2.05   38   9.2  2.3   41    0 6.48 1.33  16.6
zo   1440  18.0-25.2  16.0  2.50  1.13   35  15.1  2.6   40    0 6.59 1.31  14.6

K1  overdag (7-22 h) nooit onder 17,5 C    gehaald
K2  's nachts nooit onder 15,5 C           gehaald
K3  nooit boven 30 C                       gehaald
L1  lichtsom minstens 11,0 mol per dag     NIET: ma, di, za
E3  laadtoestand nooit onder 20 %          gehaald
H1  EC nooit onder 1,2 mS/cm               gehaald
H2  pH nooit boven 6,5                     NIET: zo
D1  1440 regels per dag                    NIET: do

Lees ze eerst per kolom. regels: donderdag ontbreken er drie (de stroomtest). licht: maandag, dinsdag en zaterdag onder 11,0 mol. starts: dinsdag 70 keer verwarmen op één dag, maar in één uur nooit meer dan 6 keer (eis K6, een aparte telling per uur). dak: alleen woensdag en donderdag. pH: zondag boven 6,5.

Twee eisen zijn niet gehaald (L1 en H2), en D1 geeft 'NIET' voor donderdag: dat is geen fout van de module maar van de toets, want de stroomtest stond in het testplan. Het testrapport noteert daarom 'ja' met een verklaring. Een toets in code is streng en eerlijk; het oordeel blijft werk voor mensen.

Rood: onder 11,0 mol/(m²·dag). De zonnige dagen geven twee keer meer licht dan nodig.

Woensdag en donderdag konden de panelen 6,5 en 6,9 kWh geven; de module nam er 2,5 en 1,5 kWh van af.

Naslag · 40.21

Het testrapport van het voorbeeldteam

21/28

Per eis de toets, het resultaat en het besluit. Van de 47 moet-eisen zijn er 43 gehaald, één voorlopig (K3: de zomer komt nog), één kan pas na vijf weken getoetst worden (W5) en twee zijn niet gehaald. Van de 7 wensen zijn er 5 gehaald, één niet (H4) en één pas na een jaar te toetsen (P2).

L1, de lichtsom. Op drie grijze dagen bleef de lichtsom onder 11,0 mol. De oorzaak is geen fout maar een botsing tussen twee eisen: E3 (nooit onder 20 %) en E4 (eerst de lampen afknijpen) winnen van L1. Opvallend: dezelfde week werd 12,4 kWh zonnestroom afgeknepen. Een grotere buffer of stroom van het station zou beide eisen laten samengaan (werkboek).

H2, de pH. De waarschuwing kwam op zondag om 10:12, maar niemand zag ze tot maandag. De module deed wat het ontwerp vroeg; het ontwerp vroeg te weinig. Twee oplossingen: vrijdag de pH preventief naar 5,8 brengen (bij +0,1 à 0,15 per dag blijft ze dan tot maandag onder 6,5), of de melding naar een telefoon sturen (E37).

code	eis	toets	resultaat (voorbeeldteam)	besluit
K1	overdag (7-22 h) minstens 17,5 °C bij de planten	logger, testweek	laagste 17,9 °C	ja
K2	's nachts (22-6 h) minstens 15,5 °C	logger, testweek	laagste 16,0 °C	ja
K3	hoogstens 30 °C	logger, zonnige dagen	hoogste 27,1 °C (do)	voorlopig
K4	ventilatoren vol boven 25 °C, dak open boven 27 °C; terug onder 24 en 25 °C	naspelen, logger	24 keer open (wo, do), drempels juist	ja
K5	het dak haalt zijn eindpunt binnen 12 s, anders alarm	deeltest: blokje in de rail	sluit in 6,8 s; met blokje alarm na 12 s	ja
K6	verwarming hoogstens 6 keer aan per uur	logger: starts per uur	hoogstens 6 (wo 5-6 h)	ja, net
K7	basisventilatie overdag minstens 11 m³/h	anemometer aan het rooster	11,9 m³/h	ja
K8	CO₂-klep alleen in DAG met het dak dicht	naspelen, code	in orde	ja
L1	lichtsom op het bed minstens 11,0 mol/(m²·dag)	logger: daglicht + lampen	ma 10,6, di 6,0, za 9,2	nee
L2	lampen vullen het daglicht aan tot 200 µmol/(m²·s), hoogstens 1 stap per 200 ms	logger, code	in orde	ja
L3	volle lampen: elk van 9 meetpunten ≥ 180 µmol/(m²·s)	PAR-meter, 's nachts	186 tot 214	ja
W1	1,2 L/min per goot (± 20 %)	maatbeker, 1 min per goot	1,08 tot 1,31; na bijstellen 1,19 tot 1,21	ja
W2	pomp in minuut 0-9 van elk uur, extra beurt als slappe sla verwacht wordt	logger, meldingen	7 extra beurten	ja
W3	de pomp draait nooit droog	vlotter met de hand omhoog	alarm na 8 s, pomp uit	ja
W4	minstens 5 dagen zonder bijvullen bij 6 L per dag	berekening, logger	36 L / 6 L = 6,0 dagen	ja
W5	reservoir lichtdicht: algen onder 5 · 10⁵ per mL	telling na 5 weken	pas na 5 weken	later
H1	EC tussen 1,2 en 1,8 mS/cm (bij 25 °C)	logger	1,31 tot 1,40	ja
H2	pH tussen 5,5 en 6,5	logger	5,86 tot 6,59; zo 10:12 boven 6,5	nee
H3	voedingsoplossing nooit boven 24 °C	logger	hoogste 23,0 °C	ja
H4	voedingsoplossing tussen 18 en 22 °C	logger	17,1 tot 23,0 °C	nee
H5	pH-sensor om de twee weken in twee punten geijkt, EC met ijkvloeistof	ijkverslag	−0,177 V/pH; 1,42 in 1,413	ja
E1	van maart tot oktober genoeg zonnestroom: saldo per maand ≥ 0	berekening PVGIS, testweek	maart +2,6, oktober +1,8 kWh/dag	ja
E2	de batterijen overbruggen de nacht in de slechtste maand	berekening	1,84 kWh (december)	ja
E3	laadtoestand nooit onder 20 %	logger	laagste 35 %	ja
E4	energiebeheer: onder 40 % lampen op zonnestroom, onder 20 % uit, onder 10 % alarm	logger (dinsdag)	dinsdag: lampen begrensd	ja
E5	laadtoestand elk uur in het EEPROM, na een stroomuitval hersteld	stekker van de regelkast uit	100,0 → 100,0 %	ja
E6	5 V-rail aan de sensorkast minstens 4,75 V	meten: pomp aan, SD schrijft	4,91 V	ja
E7	batterijen niet laden onder 0 °C	BMS-instelling, logger	laagste 16,0 °C	ja
E8	jaarverbruik hoogstens 700 kWh	berekening	±540 kWh	ja
B1	na een stroomuitval: alles uit, OPSTART 5 s, dan de gewone modus	stekker van de regelkast uit	15:58:00 OPSTART, 15:58:06 DAG	ja
B2	alarm bij: geen temperatuur 30 s, vlotter droog 10 s, reservoir onder 10 cm, dak-time-out, batterij onder 10 %	storingstests	sensor na 28 s, vlotter na 8 s	ja
B3	zonder temperatuur verwarmt de module met de gemiddelde inschakelduur	storingstest sensor	in orde	ja
B4	onderhoud: lange druk van 3 s; pomp uit, dak geblokkeerd, werklicht; na 60 min terug	woensdag	wo 10:12 tot 10:29	ja
B5	waakhond: een hangende taak herstart de Mega binnen 2 s	deeltest (hoofdstuk 32)	in orde	ja
B6	langste ronde van loop() hoogstens 100 ms	simulatie, micros()	48,8 ms	ja
B7	één taak per uitgang	code nalezen	in orde (pomp samengevoegd)	ja
D1	elke minuut een CSV-regel, één bestand per dag	logbestanden	1440; do 1437 (stroomtest)	ja
D2	een ontbrekende meting geeft een lege cel	storingstest sensor	5 regels	ja
D3	minstens een jaar op de kaart	berekening	±121 kB per dag: 1 GB ≈ 23 jaar	ja
D4	klok op UTC+1, hoogstens 1 min afwijking per maand	referentieklok	±5 s per maand (±2 ppm)	ja
D5	dag- en weekrapport in Python, gekoppeld aan de eisen	testweek.py	in orde	ja
V1	in de kweekruimte alleen 12,8 V en 5 V	checklist	in orde	ja
V2	zekering per tak en bij elke batterijpool	schema, keuring	in orde	ja
V3	niemand onder een bewegend dak	test in onderhoud	in orde	ja
V4	pH-min (salpeterzuur 0,50 mol/L) gelabeld, met bril en handschoenen	checklist	in orde	ja
C1	reservoir (65 kg vol) met zijn midden tussen 0,65 en 1,31 m van ligger A	rolmeter	0,98 m	ja
C2	dakmotor trekt 120 N zonder te blokkeren	trekproef met veerunster	120 N bij 3,4 A	ja
G1	statusled: rustig normaal, snel bij alarm, vast bij onderhoud	test	in orde	ja
G2	kasdak met de hand: korte druk op S1 naast de deur	test	in orde	ja
G3	wekelijks onderhoud (bijvullen, EC en pH) hoogstens 20 min	tijd opnemen	17 min	ja
G4	hydroponie hoogstens € 800	kostenraming	€ 788	ja
P1	48 plantplaatsen, om de 8,75 dagen een goot oogsten	teeltschema	in orde	ja
P2	minstens 100 kg sla per jaar	wegen, een jaar lang	model: 100 kg	later
O1	hoogstens 2 kg CO₂-eq per kg sla	levenscyclusanalyse	1,64	ja

Uitgewerkt voorbeeld · 40.22

Foutzoeken met de logger: de klep klikt voortdurend

22/28

Een ander team hing de sensorkast SK-1 op 40 cm boven de convector: daar kwam de kabel van 3 m net toe. De eerste ochtend hoort een bewoner de klep van de convector aan één stuk klikken. De sla staat er goed bij, de statusled knippert rustig. Het logbestand van maandag, 7:00 tot 7:08:

tijdstip,temperatuur_C,vocht_pct,verbruik_Wh,zon_Wh,licht_lx,batterij_V,soc_pct,lampen_pwm,verw_pct,dak,water_C,pH,EC_mScm,niveau_cm,modus,alarm
2021-03-08 07:00,18.7,83.5,3.51,0.04,107,12.95,46.5,252,0,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:01,18.3,83.7,3.47,0.04,110,12.95,46.4,252,0,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:02,18.1,83.9,3.53,0.04,114,12.94,46.3,252,37,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:03,18.9,83.2,3.58,0.05,117,12.94,46.2,252,47,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:04,19.0,83.3,3.47,0.05,121,12.95,46.0,252,0,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:05,18.5,83.5,3.47,0.05,124,12.95,45.9,252,0,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:06,18.2,83.8,3.47,0.05,128,12.95,45.8,252,0,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:07,18.2,83.7,3.60,0.05,131,12.94,45.7,252,70,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0
2021-03-08 07:08,19.2,83.1,3.51,0.05,135,12.94,45.6,252,13,0,16.9,5.86,1.40,21.8,1,0

Waar zit de fout, hoe bevestig je ze, en hoe los je ze op?

De sensor (blauw) volgt de pluim van de convector, de lucht bij de planten (groen) blijft rond 18 °C. De verwarming (rood) klapt aan en uit.

Gegeven

het logbestand hierboven (kolommen: blad 'Het logformaat van versie 5')
verwarming aan onder 18 °C, uit boven 19 °C (hoofdstuk 31); eis K6: hoogstens 6 keer aan per uur
een referentiethermometer bij de planten, op 1,2 m hoogte

Gevraagd

wat het logbestand zegt
een hypothese en een test die één ding verandert
de oplossing en de hertest

Oplossing

1
Lees wat de module zelf vertelt. Geen alarm (kolom alarm 0, modus 1): de module denkt dat alles in orde is. Maar verw_pct springt van minuut tot minuut: 0, 37, 47, 0, 70, 13 %. De verwarming gaat binnen één minuut aan en weer uit. Geteld over een uur: 14 keer aan tussen 7 en 8 uur, tegenover ±4 op dezelfde ochtend in de testweek. Eis K6 is ruim overschreden.
2
Vergelijk met een referentie. Tussen 7 en 9 uur meet de SHT31 gemiddeld 18,6 °C, de referentie bij de planten 18,0 °C. De sensor meet warmer dan de lucht waarin de planten staan, en de temperatuur in het logbestand springt tot 1 °C per minuut: veel sneller dan een ruimte met 80 kJ/K kan opwarmen (hoofdstuk 31).
3
Hypothese. De sensor zit in de warme luchtstroom van de convector. Zodra die blaast, meet hij binnen een minuut 19 °C en schakelt de verwarming uit; de luchtstroom stopt, de sensor koelt af tot onder 18 °C, en de klep gaat weer open. De regeling regelt de lucht rond de sensor, niet de module.
4
Test die één ding verandert. Hang de referentiethermometer naast de SHT31, boven de convector. Zijn ze het daar eens, dan meet de sensor juist en is de plaats fout. Hang daarna alleen de sensorkast om, midden in de ruimte op planthoogte, en laat de rest zoals het was.
5
Oplossen en hertesten. Na het verplaatsen: een nacht loggen en tellen. In het model valt de verwarming terug naar ±4 starts per uur en verdwijnt het verschil met de referentie. Noteer de verplaatsing in de interfacetabel (I7: de plaats van de sensor hoort bij de afspraak).

Antwoord

De sensorkast hangt in de warme lucht van de convector: de verwarming schakelt 14 keer per uur en de sensor meet ±0,5 °C te warm. De sensorkast moet midden in de ruimte hangen, niet boven de warmtebron (hoofdstuk 31).

Klopt dit? Hetzelfde symptoom (veel korte beurten) kan ook een te smalle hysterese of een te grote verwarming zijn. Daarom verander je telkens maar één ding en kijk je opnieuw in het logbestand. Een minimum aantijd van 2 minuten in de code (werkboek) beschermt de klep ook tegen zo'n fout, maar lost de oorzaak niet op: de sensor zou nog altijd de verkeerde lucht meten. Het model rekent met een pluim van +3 °C boven de convector (rekenwaarde); de grafiek is dus een simulatie, zoals de testweek.

Naslag · 40.23

De foutzoektabel van de module

23/28

Per symptoom de mogelijke oorzaken, de waarschijnlijkste eerst, met een test die telkens één ding controleert. Begin altijd bij wat de module zelf vertelt: de statusled, de meldingen en de logbestanden. Voeg de fouten toe die jullie zelf vinden: zo groeit de tabel mee met de module.

symptoom	mogelijke oorzaak (waarschijnlijkste eerst)	test (telkens één ding)	oplossing
alles donker, statusled uit	zekering van de omvormer (1 A); BMS schakelde af; stekker van de regelkast	12,8 V op de rail? 5 V na de omvormer?	oorzaak van de zekering zoeken, dan vervangen; batterijen laden
statusled knippert snel	een alarm: geen temperatuur, vlotter, niveau, dak of batterij	de meldingen (#) en de kolom alarm lezen	de oorzaak oplossen, dan kort drukken op S1
lampen zwak op een grijze dag	laadtoestand onder 40 %: het energiebeheer; LDR ziet een lamp; lamp of MOSFET defect	logger: soc_pct, lampen_pwm, licht_lx naast elkaar	bij een lage laadtoestand is het een ontwerpkeuze (eis L1, werkboek)
pomp slaat om de paar seconden aan en uit	twee taken schrijven naar pin 9	elke plaats in de code die de pomp schakelt opzoeken	één eigenaar (versie 5)
een goot krijgt weinig water	kraantje dicht of verstopt; wortels in de verzamelbuis; pomp zuigt lucht	maatbeker aan het einde van elke goot, 1 min	kraantje bijstellen, goot reinigen bij het oogsten
elk uur een niveau-alarm in minuut 1 tot 9	niveau gemeten terwijl er water in de goten staat	niveau_cm per minuut rond minuut 0	niveau pas 2 min na de pomp (versie 5); reservoir bijvullen
pH springt als de pomp aanslaat	gedeelde massadraad (hoofdstuk 21)	pH-kolom rond minuut 0 en 10	eigen retourdraad per tak naar het sterpunt
pH loopt op tot boven 6,5	normale stijging (0,1 à 0,15 per dag); niemand stuurde bij	pH per dag in de logger	pH-min na een proeftitratie; vrijdag preventief
EC zakt na het bijvullen	alleen regenwater bijgevuld	EC voor en na het bijvullen	10 mL A en 10 mL B per liter bijgevuld water
temperatuur leeg in de logger	SHT31 los, kabel van 3 m, pull-ups	I²C-scanner: staat 0x44 erbij?	stekker, kabel, pull-ups nakijken (hoofdstuk 30)
klep van de convector klikt tot 14 keer per uur	sensorkast in de warme lucht van de convector; hysterese te smal	starts per uur; referentiethermometer bij de planten	sensorkast midden in de ruimte (hoofdstuk 31); eventueel een minimum aantijd
dak blijft half open, alarm	blokje of ijs in de rail; eindeloop defect; zekering 5 A	melding 'dak haalt zijn eindpunt niet'; eindeloop met de hand	vrijmaken, dan kort drukken: het dak sluit opnieuw
laadtoestand 100 % terwijl de spanning zakt	de teller is lang niet opnieuw geijkt	rustspanning 's morgens tegenover soc_pct	de batterijen één keer laten vollopen tot 14,2 V
logbestand ontbreekt of is leeg	kaart vol of weg; naam niet 8.3; stroom viel weg voor close()	melding 'SD'; kaart in de laptop	kaart vervangen; bestandsnaam nakijken (hoofdstuk 30)
module te warm met het dak open	zon op een zomerdag groter dan dak en ventilatoren aankunnen	temperatuur tegenover zonnestroom	schaduwdoek of nachtscherm als zonnescherm (versie 2)

Uitleg · 40.24

Fase 5 · het technisch rapport

24/28

Een technisch rapport is geschreven voor iemand die het project niet volgde, maar er verder mee moet: een volgend team, een ingenieur van het station, de jury. Die lezer leest eerst de samenvatting, dan de figuren, en pas daarna de tekst. De opbouw volgt de fasen:

onderdeel	wat erin staat	bij het voorbeeldteam
titelblad	titel als boodschap, team, datum, versie	Eigen stroom, eigen sla: de klimaatmodule van Habitat in een testweek (versie 1.0)
samenvatting	een halve bladzijde: doel, aanpak, belangrijkste getallen, besluit	zie hieronder
inleiding	probleem, doel, afbakening, spoor	alleen de kweekruimte, niet de woonmodule; spoor B
programma van eisen	de eisen per groep, met herkomst; de volledige tabel in een bijlage	54 eisen, 47 moet
ontwerp per deelsysteem	berekening, keuze en schema, per eigenaar	energiebudget, waterkringloop, warmtemodel, licht, voeding
integratie	N²-diagram, interfacetabel, de problemen die je vond	18 interfaces, 6 problemen
besturing	versies, blokschema, toestandsdiagram; de code in een bijlage	klimaat.ino versie 5
testen	testplan, storingstests, testweek, testrapport	43 van 47 moet-eisen gehaald
besluit en aanbevelingen	antwoord op het doel; wat beter moet, gekoppeld aan eisen	L1 en H2: twee voorstellen
bronnen	alles wat je gebruikte, zo dat een ander het terugvindt	PVGIS, datasheets, hoofdstukken
bijlagen	code, logbestanden, tekeningen, ijkverslagen	klimaat.ino, zeven logbestanden

De samenvatting van het voorbeeldteam (één alinea, alle getallen erin):

De klimaat- en energiemodule van Habitat moet 48 kroppen sla telen op eigen zonnestroom, met een geregeld klimaat en een logger. We stelden 54 eisen op, waarvan 47 moet-eisen, rekenden de energie-, water- en warmtebalans na, voegden vijf versies van de besturing samen tot klimaat.ino versie 5 en lieten de module een week alleen draaien in een simulatie met hetzelfde programma (8-14 maart 2021). 43 moet-eisen zijn gehaald, één voorlopig (de zomer komt nog) en één kan pas na vijf weken getoetst worden. Twee zijn niet gehaald: op drie grijze dagen bleef de lichtsom onder 11,0 mol/(m²·dag), omdat het energiebeheer de lampen afknijpt onder 40 % laadtoestand, terwijl op de zonnige dagen 12,4 kWh zonnestroom ongebruikt bleef; en zondag steeg de pH boven 6,5 zonder dat iemand de waarschuwing zag. We stellen een grotere buffer of stroom van het station voor, en meldingen die een telefoon bereiken.

Zinnen die iets bewijzen. Een rapport overtuigt met getallen, eenheden en criteria:

zwak	sterk	waarom
De batterij is groot genoeg.	In december leveren de batterijen 's nachts 1,84 kWh van de 2,46 kWh die bruikbaar is (75 %).	getal, eenheid en de grens ernaast
De test was geslaagd.	Met de vlotter omhoog volgde na 8 s een alarm en stopte de pomp (eis W3: binnen 10 s).	wat, wanneer en tegen welk criterium
We denken dat de sensor slecht hing.	Boven de convector las de SHT31 0,5 °C hoger dan de referentie bij de planten; op de nieuwe plaats verdween het verschil.	een meting in plaats van een mening
Zie grafiek.	Figuur 7 toont dat de laadtoestand dinsdag onder 40 % bleef: de lampen kregen alleen zonne-overschot.	de tekst zegt wat de figuur bewijst
Alles werkte goed.	43 van de 47 moet-eisen zijn gehaald; L1 en H2 niet (zie 6.3).	eerlijk, ook over wat niet lukte

Bronnen. Vermeld alles wat je gebruikte, zo dat een ander het terugvindt: wie, wat, welke versie, wanneer geraadpleegd (hoofdstuk 2). Bijvoorbeeld: Europese Commissie, Joint Research Centre. PVGIS, versie 5.3. Brussel, 60° zuid, 1,40 kWp. Documentatie gecontroleerd op 30 september 2026; de getallen zijn rekenwaarden uit het cursusmodel. Voor een datasheet: de fabrikant, het onderdeel en de revisie. Voor dit boek: StemExpert Intermediate, hoofdstuk 20: Zonne-energie dimensioneren.

Een rapport vertelt hoe hard we gewerkt hebben

Een rapport vertelt wat er is, waarom, en hoe goed het werkt. Het logboek bewaart het verhaal van het werk; het rapport bewaart het resultaat. Wat niet lukte, hoort er wel in: met de oorzaak en een voorstel.

Uitleg · 40.25

Fase 5 · de verdediging voor een jury

25/28

De verdediging duurt twintig minuten: tien minuten presenteren, tien minuten vragen. De jury (de leraar, een collega, iemand van buiten de school) kent het programma van eisen en heeft het rapport gelezen. Ze wil drie dingen weten: begrijpen jullie je eigen ontwerp, zijn jullie keuzes onderbouwd, en zijn jullie eerlijk over de grenzen?

Het storyboard legt de dia's vast voor je ze maakt: één boodschap per dia, als titel geschreven ('De batterijen dekken de nacht, niet de grijze week'), met één figuur die ze bewijst.
Iedereen spreekt, elke eigenaar over zijn deelsysteem. De integrator opent en sluit.
De demo toont de module aan het werk: een hand op de SHT31 en de ventilatoren slaan aan, de vlotter omhoog en de statusled knippert snel, de logger die live een regel schrijft. Houd een plan B klaar (een filmpje, een logbestand).

Vragen die een jury stelt, en wat een sterk antwoord bevat:

vraag van de jury	waar het echt over gaat	wat een sterk antwoord bevat
Waarom twee batterijen en geen drie?	dimensioneren en afwegen	de nacht in december (1,84 kWh van 2,46); een derde zou de afgeknepen zonnestroom van een zonnige dag bewaren voor een grijze, maar kost geld en CO₂ (hoofdstuk 38)
Hoe weet je dat je simulatie klopt?	model tegenover werkelijkheid	de waarden komen uit hoofdstuk 19, 20 en 31; C++ en Python geven dezelfde week; valideren doe je met echte logbestanden (E36)
Wat gebeurt er als de SHT31 uitvalt?	fail-safe ontwerp	alarm na 30 s, noodprogramma met de gemiddelde inschakelduur (eis B2, B3), getest op donderdag
Waarom aan/uit en geen PID?	regeltechniek	de convector kan alleen aan of uit; met 1 °C hysterese hoogstens 6 starts per uur; PID past bij een traploze verwarming (E39)
Kan de module zonder het station?	systeemgrens	energie: van februari tot november wel, in december en januari niet; warmte: nee; water: het kasdak vangt 4,0 m³ tegenover 2,2 m³ nodig
Wat hebben jullie niet getest?	eerlijkheid	de zomer (K3), de algen (W5), de opbrengst van een jaar (P2); en de testweek was een simulatie
Wie had zondag de pH moeten zien?	eigenaarschap	de eigenaar van water en voeding; het ontwerp stuurde de melding naar niemand: voorstel in de aanbevelingen

Een vraag die je niet kan beantwoorden

Zeg wat je wel weet, wat je niet weet, en hoe je het zou uitzoeken. 'Dat hebben we niet getest; de logger zou het tonen als we de sensorkast een week in de zon hangen' is een sterk antwoord. Raden is dat niet.

Acht dia's, tien minuten: de balansen en de testweek krijgen de meeste tijd.

De verdediging: één figuur per boodschap, en een jury die vragen stelt over de getallen.

Naslag · 40.26

Beoordeling: eindrubric, peer- en zelfevaluatie

26/28

De jury en de leraar beoordelen het project met de eindrubric; het team gebruikt dezelfde rubric voor de zelfevaluatie (werkboek). Per criterium kies je het niveau dat het best past, met bewijs: een berekening, een logbestand, een regel in het logboek. De eindscore is de som van niveau × gewicht, gedeeld door 4. Het voorbeeldteam haalde niveau 3 op alles en niveau 4 voor testen en data-analyse: 80 op 100.

Daarnaast beoordeelt elk teamlid zichzelf en de anderen op vijf punten (peer-evaluatie), van 1 (zelden) tot 4 (altijd). Grote verschillen tussen zelf- en peer-evaluatie bespreek je in een kort teamgesprek.

criterium	gewicht	1 · begint	2 · op weg	3 · goed	4 · uitstekend
programma van eisen en interfaces	10 %	eisen vaag, zonder toets	meetbaar, maar herkomst of criterium ontbreekt vaak	alle eisen meetbaar, met criterium, toets en hoofdstuk; interfacetabel volledig	ook: botsende eisen opgemerkt en beslist
dimensionering	15 %	berekeningen ontbreken	berekeningen met fouten in eenheden of aannames	energie, water, warmte, licht en voeding juist nagerekend, met herkomst	ook: gevoeligheid getoond (wat als het grijs is, wat als het vriest)
bouw en veiligheid	10 %	niet volgens het schema	werkt, maar pas na ernstige herstellingen gekeurd	volgens het schema, zekering per tak, sterpunt, in één keer gekeurd	ook: nette bekabeling, alles gemeten en genoteerd
besturing en code	15 %	versie 5 draait niet	draait, maar niet alle situaties getest	draait, alle naspeeltests en storingstests in orde	ook: een eigen uitbreiding, getest en uitgelegd
testen en data-analyse	20 %	geen testplan	testplan, maar criteria achteraf of analyse met de hand	testplan vooraf, storingstests, testweek met een script getoetst	ook: niet-gehaalde eisen tot op de oorzaak ontleed
technisch rapport	15 %	onvolledig	alle delen, maar zonder getallen of bronnen	volledig, met getallen, figuren die in de tekst uitgelegd worden, bronnen	ook: kort, helder, klaar voor een volgend team
verdediging	10 %	geen presentatie of demo	presentatie, maar vragen ontweken	storyboard gevolgd, iedereen spreekt, vragen met getallen beantwoord	ook: eerlijk over grenzen, sterke demo met plan B
samenwerking en logboek	5 %	logboek leeg	logboek onvolledig	logboek elke les, eigenaars kennen elkaars interfaces	ook: conflicten opgelost en genoteerd

Peer- en zelfevaluatie

criterium	1 · zelden	4 · altijd
komt afspraken en deadlines na	levert te laat of niet	op tijd, en meldt vooraf als het niet lukt
kwaliteit in het eigen deelsysteem	berekeningen of bouw met fouten	juist, gemeten, gedocumenteerd
bewaakt de eigen interfaces	verandert een pin of waarde zonder te melden	overlegt met de andere eigenaar, past de tabel aan
helpt anderen	werkt alleen	legt uit, test mee, deelt wat hij kan
houdt het logboek mee bij	nooit	elke les: wie, wat, probleem, volgende stap

Uitleg · 40.27

Wat de module nog niet kan, en wat Expert toevoegt

27/28

De module werkt: ze teelt, regelt, beheert haar energie en houdt alles bij. Maar de testweek toonde ook haar grenzen. Ze reageert op wat er nu is, ze voorspelt niet; ze meldt, maar alleen aan wie in de module staat; ze vertrouwt op één sensor per grootheid; en haar gedrag is getest in een model dat nog niet op echte metingen geijkt is.

wat de module nog niet kan	gevolg (testweek of berekening)	wat Expert toevoegt
een melding bereikt niemand buiten de module	de pH-waarschuwing van zondag werd pas maandag gezien	sensornetwerk en MQTT naar een centrale computer en een telefoon (E37)
aan/uit-regeling	zaagtand van 1 °C, tot 6 starts per uur	PID-regeling met een traploze verwarming (E39)
het energiebeheer reageert, maar voorspelt niet	dinsdag lampen afgeknepen, woensdag ±4 kWh zonnestroom ongebruikt	verbruik en zon voorspellen (E41, E43), opslag en het 48 V-net van het station (E19-E24, E27)
één temperatuursensor	sensor los: blind verwarmen	sensorfusie en foutdetectie (E40), redundantie en FMEA (E46)
het model is niet geijkt op metingen	de testweek is een simulatie	parameters schatten uit logbestanden (E17, E36), de digitale tweeling (E49)
geen noodstop in hardware	hangt de Mega, dan beslist alleen de waakhond	noodstoplogica met poorten (E23)
CO₂ niet gemeten	de klep gaat open op tijd, niet op concentratie	een CO₂-sensor en minuutgemiddelden (E6, E14)
de MPPT is een zwarte doos	je weet niet waarom hij afknijpt	buck- en boostomzetters en MPPT zelf (E24)

In Expert bouw je het brein van het station: een centrale computer die de meetkas (laag 1) en de klimaatmodule (laag 2) verbindt met de woonmodule, metingen verzamelt, een digitale tweeling meedraait (een simulatie zoals de testweek van dit hoofdstuk, maar geijkt op de echte module) en setpoints terugstuurt. De Mega blijft de module regelen, met versie 5 als basis; het brein zegt haar wat het beste setpoint is. Het ontwerpproces wordt het V-model in het groot, met een eisenboom en een FMEA (E45, E46). Het echte station EDEN ISS in Antarctica werkte zo: een serre die zichzelf regelde, bewaakt door een controlecentrum op afstand (hoofdstuk 36).

De Mega's blijven regelen; het brein kijkt mee, rekent vooruit en stuurt setpoints terug.

Het geheel · 40.28

De tweede laag is af

28/28

De klimaat- en energiemodule is de tweede laag van Habitat. Elk deel van Intermediate leverde er iets aan, en in dit hoofdstuk kwam alles samen: meten met een onzekerheid (I1), modellen met hun geldigheidsgebied (I2), krachten op dak en vloer (I3), de chemie van de voedingsoplossing en de batterij (I4), de drie balansen (I5), de elektronica van sensor tot MOSFET (I6), Python en C++ (I7), regelen en toestanden (I8), de plant zelf (I9), en ontwerpen met data (I10).

Waar het vandaan komt. De meetkas van Fundamental (F33) was hetzelfde project in het klein: 36 eisen, één programma met tellers, een testweek met een laptop. Nu: 54 eisen, vijf versies samengevoegd, een logger en een analyse in Python, en een verdediging voor een jury.

Waar het naartoe gaat. Expert neemt de module over als bouwsteen van het brein van het station. Het warmtemodel met twee knopen wordt de kern van de digitale tweeling (E17), de aan/uit-regeling een PID-regeling (E39), het energiebeheer een voorspellend beheer met het 48 V-net van het station (E24, E41), de meldingen een sensornetwerk (E37), en het programma van eisen een eisenboom in het V-model (E45). Het integratieproject van Expert (E49) volgt dezelfde fasen, voor het hele station.

Tien delen, negenendertig hoofdstukken, één module.

F33 Integratieproject: de meetkas

Het eerste integratieproject: dezelfde fasen, in het klein.

I2 Experimenten ontwerpen en rapporteren

Het verslag en de bronvermelding van het technisch rapport.

I11 Druk en hydraulica

Het werkpunt van de pomp en de druksensor in het reservoir.

I13 Chemische bindingen en stofeigenschappen

De EC van de voedingsoplossing en de temperatuurcompensatie.

I15 Zuren, basen en pH

De pH, de tweepuntsijking en het bijsturen met pH-min.

I16 Redox en batterijen

De LiFePO4-batterijen en de coulombteller.

I19 Warmtetransport en isolatie

Het warmteverlies van 20,2 W/K.

I20 Zonne-energie dimensioneren

Panelen, batterijen en energiebeheer: het budget dat hier herrekend is.

I25 Van analoog naar digitaal

Dimmen met PWM en het daglicht in µmol.

I29 Microcontrollers programmeren in C++

Versie 1, pinnen.h en taken met millis().

I30 Datalogging en communicatie

De logger, I²C en de klok van versie 2.

I31 Regelsystemen

Hysterese, het warmtemodel met twee knopen en het noodprogramma.

I32 Toestandsmachines

De modi en het dak als toestandsmachines: het kader van versie 5.

I36 Hydroponie en voedselproductie

Het NFT-rek, de lichtsom en de opbrengst.

I38 Duurzaam ontwerpen

De voetafdruk van de module en de keuze van de batterijen.

I39 Data visualiseren en eerste stappen in AI

De extra pompbeurt uit de beslisboom, en grafieken die niet misleiden.

E17 Warmteoverdracht kwantitatief

Het warmtemodel van het station: de kern van de digitale tweeling.

E24 Vermogenselektronica en elektrische machines

De MPPT-regelaar van binnen.

E37 Embedded systemen en IoT

Meldingen die iemand bereiken: een sensornetwerk met MQTT.

E39 PID-regeling

Van aan/uit naar PID.

E41 Van data naar model: regressie

Het verbruik en de zon van morgen voorspellen.

E45 Systems engineering en het V-model

Het V-model en de eisenboom voor het hele station.

E49 Integratieproject: het brein van het station

Het integratieproject van Expert: het brein van het station.

HabitatDe tweede laag van Habitat is af. Nieuw in het stationsdossier: het programma van eisen van de module (54 eisen, 47 moet), 18 interfaces, klimaat.ino versie 5 met een logformaat van 17 kolommen, het testrapport van een testweek, en de eindbalans: met dimmen ±540 kWh per jaar (tekort alleen in december en januari), ±2,2 m³ water per jaar (het kasdak vangt er 4,0), en warmte van het station (±2 kWh per maartdag).

Samenvatting

In het kort

Integreren is nagaan of delen die elk werken, ook samen werken. De plaats waar ze elkaar raken, heet een interface: een waarde, een pin, een adres, een eenheid, een tijdzone.
Een project met vier eigenaars en een integrator loopt in vijf fasen: eisen, dimensioneren, bouwen en programmeren, integreren en testen, rapporteren en verdedigen, met mijlpalen en een logboek.
Het programma van eisen van de module telt 54 eisen (47 moet), elk meetbaar, met een vooraf vastgelegd criterium, een toets en het hoofdstuk waar de waarde vandaan komt.
Het N²-diagram en de interfacetabel leggen 18 interfaces vast; door budget, schema en code naast elkaar te leggen vond het voorbeeldteam zes integratieproblemen vóór de testweek.
Met dimmen daalt het verbruik van 3,27 naar ±1,5 kWh op een gemiddelde maartdag en naar ±540 kWh per jaar; alleen december en januari komen tekort, en de twee batterijen blijven nodig voor de nacht.
Water: 4,8 L/min over vier goten, ±3,9 L onderweg als de pomp draait, 6 warme dagen zonder bijvullen, ±2,2 m³ per jaar. Warmte: 20,2 W/K, convector 800 W, buffer 1,09 MJ/K; op zonnige dagen dak en ventilatoren samen.
Klimaat.ino versie 5 voegt vijf versies samen met vier regels: één klok, nergens delay(), één eigenaar per uitgang, de modi als kader; ze schrijft elke minuut 17 kolommen.
Testen gaat van deeltest over integratie- en storingstest naar een testweek; de logbestanden worden in Python getoetst aan het programma van eisen.
In de testweek werden 43 van de 47 moet-eisen gehaald; L1 (lichtsom op grijze dagen) en H2 (pH op zondag) niet: de oorzaken zijn een botsing tussen eisen en een melding die niemand bereikte.
Het technisch rapport begint met een samenvatting vol getallen; de verdediging volgt een storyboard; de eindrubric en de peer-evaluatie beoordelen resultaat en samenwerking.

Begrippen

Wat je nu kent

integrator: Het teamlid dat bewaakt dat de deelsystemen op elkaar passen: programma van eisen, interfaces, planning en testrapport.
interfacetabel: Lijst van alle plaatsen waar twee deelsystemen elkaar raken, met per interface de afspraak (waarde, eenheid, pin, adres), de eigenaar en de test.
N²-diagram: Vierkante tabel met de deelsystemen op de diagonaal; het vakje in rij A en kolom B zegt wat A aan B levert.
deeltest: Test van één onderdeel of deelsysteem apart, zodra het klaar is (een sensor, een tak, de pomp).
integratietest: Test van de samenwerking tussen deelsystemen: werkt de interface zoals afgesproken?
storingstest: Test waarbij je bewust een fout veroorzaakt (sensor los, vlotter omhoog, stroom eraf) om na te gaan of het systeem zoals ontworpen reageert.
testweek: Systeemtest waarin het systeem een week alleen draait, terwijl de logger alles bijhoudt.
lichtsom: Het aantal mol lichtdeeltjes (PAR) dat op één dag op een vierkante meter valt, daglicht en lampen samen: DLI, in mol/(m²·dag).
afknijpen: Wat een laadregelaar doet als de batterij vol is: hij neemt minder zonnestroom af dan de panelen kunnen leveren.
één eigenaar per uitgang: Ontwerpregel: één enkele taak in het programma beslist over een pin; andere taken vragen, ze schakelen niet zelf.
technisch rapport: Verslag van een ontwerp: van eisen over berekeningen en keuzes tot tests en besluit, zo dat een ander het kan nagaan en verderzetten.
verdediging: Presentatie van een ontwerp voor een jury, gevolgd door vragen, waarin je je keuzes met getallen onderbouwt.

Aan de slag in het werkboek28 opdrachten, van oefenen tot uitdagen