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

Werkboek · hoofdstuk 40Integratieproject: de klimaatmodule

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

Dit is jullie projectmap. De opdrachten volgen de fasen van het project. Oefenen zijn korte voorbereidingen, alleen of met twee: waarden terugvinden, eisen meetbaar maken, een meetketen narekenen, versie 5 naspelen, logregels lezen. Toepassen zijn de echte projectopdrachten van het team, elk met een rubric: van het programma van eisen over de dimensionering, de labo's en de code tot het testplan, de analyse, het rapport, de verdediging en de peer-evaluatie. Uitdagen vraagt transfer: een fout vinden in logbestanden, ontwerpen tegen grijze dagen, een debat, een onderzoek, een beter energiebeheer, versie 2 en de eindevaluatie. Alles is Habitat-werk: bewaar het in het portfolio.

8× oefenen13× toepassen7× uitdagen± 1135 min0/28 gedaan

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.

Hoe lees je een opdracht?

Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

één stap, direct toepassen

40.1

Welk hoofdstuk, welke waarde?

Oefenen4Begrijpen15 min

gedaan

Elk getal van de module werd in een ander hoofdstuk berekend of beslist. Gebruik het ontleedblad en de kerngetallen in het handboek.

Vul de tabel aan.

onderdeel	waarde met eenheid	hoofdstuk
warmteverlies van de module
bruikbare energie van de twee batterijen
debiet per goot
lichtdoel op het kweekbed
streefwaarde en band van de pH
drempels van het kasdak
I²C-adres van de SHT31
laadtoestand waaronder de lampen alleen zonnestroom krijgen
stroom van de twee groeilampen
aantal plantplaatsen

b
Kies één waarde uit de tabel. Wat verandert er in het project als ze 20 % groter blijkt? Geef minstens één getal.

40.2

Habitat: eisen meetbaar maken

Oefenen4Habitat20 min

gedaan

Een ander team schreef deze eisen voor zijn module. Maak ze meetbaar: een grootheid, een grens met eenheid, een toets, en het hoofdstuk waar de grens vandaan komt.

Herschrijf elke eis.

vage eis	meetbare eis en criterium	toets	hoofdstuk
De module moet warm genoeg blijven.
De batterijen moeten lang genoeg meegaan.
De pomp moet genoeg water geven.
De data moeten bewaard worden.
De pH moet goed blijven.

b
Welke van jouw eisen kan je niet in één testweek toetsen? Wat schrijf je dan in het testrapport?

40.3

Habitat: het N²-diagram lezen

Oefenen5Habitat20 min

gedaan

Gebruik het N²-diagram en de interfacetabel uit het handboek (rij = wat een deelsysteem levert, kolom = wat het krijgt).

Het N²-diagram van het voorbeeldteam.

a
Welke interfaces ontvangt de besturing, en welke geeft ze?
b
De rij van data is leeg. Wat betekent dat? Blijft dat zo in Expert?
c
De lampen geven tot 190 W warmte aan de lucht. In welk vakje hoort die interface? Moet ze in de tabel?
d
Welke interface lag aan de basis van het probleem met de ACS712? Waarom vond je het pas door twee documenten naast elkaar te leggen?

40.4

Energie: een grijze dag doorgerekend

Oefenen5Rekenen25 min

gedaan

Dinsdag 9 maart was grijs. Tussen 6 en 22 uur gaf het daglicht op het bed gemiddeld 52 µmol/(m²·s), nooit meer dan 120. De panelen leverden die dag 1,05 kWh. Om 6 uur stond de laadtoestand op 37 %. Het basisverbruik zonder lampen is 230 Wh per dag; de convector (12 W) stond 4,3 uur aan. De batterijen hebben samen 3072 Wh (2 × 120 Ah × 12,8 V).

a
Hoeveel lampenergie was nodig om van 6 tot 22 uur 200 µmol/(m²·s) te halen? (Volle lampen: 190 W geeft 200 µmol.)
b
Hoeveel zou de module die dag dan in totaal verbruiken?
c
Hoeveel energie zat er om 6 uur in de batterijen boven de 20 %?
d
De lampen kregen die dag maar 0,80 kWh en de lichtsom was 6,0 mol. Leg uit waarom, en noem de eisen die botsen.

40.5

Habitat: hoe lang zonder bijvullen?

Oefenen4Habitat15 min

gedaan

Het reservoir is binnen 60 × 40 cm en vol bij 25 cm; onder 10 cm volgt een alarm. Als de pomp draait, staat er ±3,9 L water in de slang en de goten.

a
Hoeveel liter per cm? Hoeveel liter is bruikbaar tussen 25 en 10 cm?
b
Na hoeveel dagen volgt het alarm op warme dagen (6 L per dag)? En bij het gemiddelde van de testweek (4,3 L per dag)?
c
Hoeveel lager meet de druksensor terwijl de pomp draait? Wat zou er gebeuren bij een reservoir op 11 cm als versie 5 het niveau altijd zou meten?
d
Zondagavond staat het reservoir op 14,6 cm. Hoeveel regenwater en stamoplossing voeg je toe om terug op 25 cm te komen?

40.6

Van spanning naar pH en EC

Oefenen5Rekenen20 min

gedaan

pH-module:

U = 2, 50 - 0, 18 \cdot (pH - 7)

in volt. EC-module: 0,50 V per mS/cm. ADC van de Mega: 10 bit, 5 V,

U = ruw \cdot 5/1024

(hoofdstuk 22). Omrekenen naar 25 °C:

EC_{25} = EC / (1 + 0, 02 \cdot (T - 25))

(hoofdstuk 13).

a
Welke ruwe ADC-waarde hoort bij pH 5,8? En bij pH 6,5?
b
De Mega leest 548 op de pH-ingang. Welke pH is dat? Komt er een waarschuwing?
c
Hoeveel pH is één stap van de ADC? Is dat fijn genoeg?
d
De EC-module geeft 0,600 V; de oplossing is 18,0 °C. Wat is de EC bij 25 °C? Valt ze in de band van 1,2 tot 1,8? Wat als je niet omrekent?

40.7

Wat doet versie 5? Naspelen

Oefenen5Programmeren25 min

gedaan

Speel versie 5 na (het handboek, blad 'klimaat.ino versie 5'). Bij elke meting (om de 2 s) lopen meten(), acties() en loggen(), daarna taakModus(), taakDak() en taakLampen(). Wat gebeurt er bij de eerstvolgende meting?

Vul de tabel aan.

situatie	toestand vooraf	wat versie 5 doet
di 11:04:10	DAG; verwarmen = nee; luchtT 17,8 °C
wo 13:30:00	DAG; warm = nee; dak DICHT; luchtT 27,3 °C; lux 30 000; RV 55 %
za 02:15:00	NACHT; de pomp stopte om 02:10; de druksensor meet nu 9,6 cm
di 09:20:00	DAG; laadtoestand 32 %, de batterijen laden; grens 100; lampstand 100; daglicht 5400 lx
do 14:02:30	DAG; de SHT31 antwoordt al 30 s niet
wo 10:29:00	ONDERHOUD sinds 10:12; S1 wordt 3 s ingedrukt

Hint

Kijk voor elke rij welke if-regels in meten() en acties() waar zijn, en daarna wat taakModus() met de alarmen doet.

40.8

Habitat: logregels lezen

Oefenen4Habitat15 min

gedaan

Vier regels van woensdag en drie van zondag uit de testweek (kolommen: blad 'Het logformaat van versie 5'):

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
2021-03-10 10:11,24.0,70.2,0.14,10.36,26643,13.90,58.9,0,0,0,18.4,6.02,1.39,18.9,1,0
2021-03-10 10:12,24.1,64.8,0.88,10.42,26786,13.86,59.2,49,0,0,18.4,6.02,1.39,18.6,4,0
2021-03-10 10:20,22.9,67.0,1.04,10.86,27933,13.88,61.5,60,0,0,18.5,6.05,1.38,24.3,4,0
2021-03-10 10:21,22.8,67.2,1.04,10.92,28076,13.89,61.8,60,0,0,18.5,6.05,1.38,24.3,4,0
2021-03-14 10:11,23.5,71.3,0.14,6.69,17189,13.63,49.1,0,0,0,18.3,6.48,1.33,16.6,1,0
2021-03-14 10:12,23.6,71.2,0.14,6.72,17281,13.63,49.3,0,0,0,18.3,6.50,1.33,16.3,1,0
2021-03-14 10:13,23.6,71.0,0.14,6.76,17374,13.63,49.5,0,0,0,18.3,6.51,1.34,16.4,1,0

a
Wat gebeurde er woensdag om 10:12? Welke kolommen tonen het?
b
Het niveau springt tussen 10:12 en 10:20. Hoeveel liter kwam erbij? Klopt dat met de 13 L die het team bijvulde?
c
Waarom zakt de luchtvochtigheid om 10:12 van 70 naar 65 %?
d
Zondag: de pH gaat van 6,48 naar 6,51. Om 10:12 staat er een waarschuwing in de meldingen. Waarom niet eerder, en waarom niet in de kolom alarm?

Toepassen

meerdere stappen, in een context

40.9

Fase 1: het programma van eisen van jullie module

Toepassen5Habitat60 min

gedaan

Vertrek van het programma van eisen van het voorbeeldteam (handboek, fase 1). Pas het aan aan jullie spoor en jullie keuzes. Elke eis krijgt een criterium dat vastligt voor je test.

a
Werk minstens twaalf eisen uit, uit minstens zes groepen (de rest op een extra blad).
code eis moet / wens criterium toets hoofdstuk
b
Welke eisen van het voorbeeldteam passen niet bij jullie spoor? Wat doen jullie ermee?
c
Zoek twee eisen die met elkaar kunnen botsen. Welke gaat voor, en waarom?
d
Hoeveel eisen telt jullie programma, en hoeveel daarvan zijn moet-eisen?

Zo wordt dit beoordeeld

Meetbaar	Elke eis heeft een grootheid, een grens met eenheid en een toets; geen 'goed' of 'genoeg'.
Vooraf	Het criterium ligt vast en is niet afgestemd op een resultaat dat al bekend is.
Herkomst	Bij elke eis staat het hoofdstuk van de berekening of beslissing.
Botsingen	Minstens één botsing herkend en beslist, met een reden.

40.10

Fase 1: planning, eigenaars en interface-afspraken

Toepassen5Habitat45 min

gedaan

Twaalf weken van drie lestijden (pas aan aan jullie school: vakanties, toetsen). Maak jullie planning, verdeel de eigenaars en leg de interfaces tussen jullie deelsystemen vast.

De planning: kleur per fase de weken in en zet een ruitje bij elke mijlpaal.

fase	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0 · start: teams en rollen
1 · programma van eisen
1 · interfaces vastleggen
2 · dimensioneren
3 · 12,8 V-net en regelkast
3 · hydroponie opstarten, ijken
3 · klimaat.ino v5 samenvoegen
4 · integreren, storingstests
4 · testweek
5 · analyse en technisch rapport
5 · verdediging
logboek en portfolio

b
De eigenaars.
rol naam tweede verantwoordelijke eerste taak
energie
water en voeding
klimaat en licht
besturing en data
integrator
c
Kies vier interfaces die jouw deelsysteem met een ander verbinden. Schrijf de afspraak zo precies dat iemand anders ze kan testen.
code van → naar afspraak (waarde, eenheid, pin of adres) test
d
Wat ligt op het kritieke pad? Waar plannen jullie een buffer?

Zo wordt dit beoordeeld

Planning	Alle fasen, in een logische volgorde, parallel waar het kan; de testweek na de integratietests.
Eigenaars	Elk deelsysteem heeft een eigenaar en een tweede; de integrator is benoemd.
Interfaces	Vier afspraken met waarde, eenheid en pin of adres, en een test die een ander kan uitvoeren.
Kritiek pad	De keten keuring → besturing in de module → integratietest → testweek benoemd, met een buffer.

40.11

Fase 2: energie voor jullie maand

Toepassen6Habitat60 min

gedaan

Kies een maand (het voorbeeld hieronder is november). Gebruik de tabel per maand in het handboek (fase 2, energie) en: PVGIS geeft in november 1,66 Wh per Wp per dag; basisverbruik zonder lampen 230 Wh; lampen gedimd in november gemiddeld 1672 Wh per dag; de convector (12 W) staat in november ±3 uur per dag aan; twee batterijen, samen 2,46 kWh bruikbaar.

a
Hoeveel zonnestroom leveren de panelen op een gemiddelde dag van jullie maand?
b
Hoeveel verbruikt de module op die dag, met gedimde lampen en de convector?
c
Hoeveel lichturen met volle lampen zou de zonnestroom toelaten zonder te dimmen?
d
Uit de batterijen komt 's nachts 1640 Wh (tabel). Volstaat één batterij? En twee?
e
Wat stellen jullie voor die maand voor? Onderbouw met getallen.

Zo wordt dit beoordeeld

Gegevens	Juiste waarden voor de gekozen maand, met herkomst (PVGIS, hoofdstuk 20, handboek).
Rekenwerk	Energie in Wh of kWh, vermogen in W; tussenstappen zichtbaar.
Nacht	De nacht apart bekeken: wat de batterijen moeten leveren, tegenover wat bruikbaar is.
Voorstel	Een voorstel dat uit de getallen volgt, met de eis die erdoor gehaald of geraakt wordt.

40.12

Fase 2: pomp en goten meten en bijstellen

Toepassen6Labo50 min

gedaan

De pomp (pomp B, hoofdstuk 11) haalt 4,8 L/min bij 1,56 m met de slang van 16 mm. Een verdeler bovenaan het rek voedt de vier goten, elk met een kraantje. Laat de pomp draaien met een testprogramma dat alleen D9 hoog zet, en vang het water aan het einde van elke goot één minuut op in een maatbeker.

a
Meet het debiet van elke goot, voor en na het bijstellen.
goot hoogte (van boven) voor bijstellen (L/min) na bijstellen (L/min)
1 hoogste
2
3
4 laagste
samen
b
Vergelijk de som met het werkpunt. Waarom krijgt de laagste goot het meest?
c
Meet het niveau in het reservoir vlak voor de pompbeurt, in minuut 5 en 3 minuten na de pompbeurt. Vergelijk met de 1,6 cm uit het handboek.
moment niveau (cm)
voor
minuut 5
3 min na
d
Bereken het hydraulische vermogen en het rendement van de pomp.

Zo wordt dit beoordeeld

Meetmethode	Eén minuut per goot, maatbeker afgelezen tot op 10 mL, pomp in een vaste stand.
Bijstellen	Alle goten na bijstellen binnen 1,2 ± 0,05 L/min; opnieuw gemeten.
Niveau	Drie momenten gemeten; verschil vergeleken met de berekening, afwijking verklaard.
Besluit	Eis W1 getoetst, en de meting in het logboek en het testrapport.

40.13

Fase 2: de warmte narekenen

Toepassen6Habitat45 min

gedaan

H = 20,2 W/K, met nachtscherm 16,3 W/K (hoofdstuk 19); convector 800 W; buffer 200 L + 60 L water (4186 J/(kg·K)); verwarmen onder 18 °C overdag en 16 °C 's nachts; ventilatoren vol +40 W/K, dak open +60 W/K.

a
Hoeveel warmte verliest de module bij −8 °C buiten, overdag en 's nachts? Hoeveel reserve heeft de convector?
b
Hoeveel warmte spaart een nachtscherm in een nacht van 8 uur bij 2 °C buiten en 16,5 °C binnen?
c
De buffer levert een nacht lang (8 h) gemiddeld 150 W aan de lucht. Hoeveel graden koelt ze af?
d
Een zonnige lentemiddag: 1,4 kW zon, 14 °C buiten. Welke H is nodig om onder 27 °C te blijven? Volstaan de ventilatoren alleen? Het dak alleen?

Zo wordt dit beoordeeld

Formules	P = H · ΔT en Q = m · c · ΔT juist gebruikt, met eenheden.
Rekenwerk	Tussenstappen zichtbaar; W en Wh, J en MJ niet door elkaar.
Interpretatie	Elk resultaat vergeleken met een grens: de 800 W, de 27 °C, de nacht.
Verband	Verwijzing naar de testweek of naar hoofdstuk 18, 19 of 31.

40.14

Fase 2: EC en pH ijken en bijsturen

Toepassen6Labo50 min

gedaan

Volg de werkwijze van de proef in het handboek (fase 2, voedingsoplossing). Draag een bril en handschoenen bij het werken met pH-min.

a
Tweepuntsijking van de pH-module.
buffer spanning (V) stabiel na (s)
pH 7,00
pH 4,00
b
Bereken de helling in V per pH en de spanning bij pH 5,8. Is de sonde in orde (−0,18 V per pH ± 10 %)?
c
Het reservoir staat op 15,2 cm. Hoeveel regenwater en stamoplossing voeg je toe om terug op 25 cm te komen?
d
Na het bijvullen is de pH 6,6 in 60 L. Een proeftitratie op 1 L vraagt 1,6 mL pH-min. Hoeveel geef je, en hoe?
e
Welke veiligheidsregels volg je, en waarom giet je stamoplossing A en B nooit samen?

Zo wordt dit beoordeeld

IJking	Twee buffers, sonde gespoeld, stabiele waarden, helling en nulpunt berekend.
Bijsturen	Juiste hoeveelheden met eenheden; dosis in twee helften met rondpompen.
Veiligheid	Bril, handschoenen, zuur in water, gelabelde fles; A en B apart.
Logboek	Tijd, niveau, EC en pH voor en na, dosis genoteerd.

40.15

Fase 3: een minimum aan- en uittijd voor de verwarming

Toepassen6Programmeren45 min

gedaan

De klep van de convector gaat een beperkt aantal schakelingen mee (hoofdstuk 31). In het foutzoekvoorbeeld schakelde ze 14 keer per uur. Voeg aan acties() van versie 5 een minimum aantijd en uittijd van 2 minuten toe, als extra bescherming. Het noodprogramma zonder temperatuur laat je zoals het is.

a
Welke variabele heb je extra nodig, en welke constante?
b
Schrijf de nieuwe regels die de twee regels voor verwarmen in acties() vervangen.
c
Speel na: overdag, grenzen 18 en 19 °C, start met verwarmen = nee en de laatste wissel lang geleden.
tijd (s) luchtT (°C) verwarmen na deze meting
0 17,9
60 19,2
120 19,4
150 17,8
240 17,7
d
Wat is het nadeel? Welke eis kan erdoor in gevaar komen?

Zo wordt dit beoordeeld

Code	Compileert, gebruikt millis() via nu, geen delay(); alleen de verwarming verandert.
Test	Naspeeltabel juist ingevuld, ook de gevallen waar de minimumtijd ingrijpt.
Afweging	Nadeel benoemd (doorschot, K1) en tegen het voordeel (klep, K6) afgewogen.
Plaats	De wijziging staat op één plaats; het noodprogramma blijft werken.

40.16

Fase 3: de pomp als toestandsdiagram

Toepassen5Tekenen30 min

gedaan

In versie 5 staat de pomp in één regel: pomp = (DAG, NACHT of ALARM) en (minuut < 10 of extraBeurt) en geen water- of niveau-alarm. Teken dezelfde logica als toestandsdiagram met vier toestanden: UIT, BEURT, EXTRA en GEBLOKKEERD (hoofdstuk 32: begin, toestanden, overgangen 'gebeurtenis [voorwaarde] / actie').

a
Teken het toestandsdiagram.
b
Vul de overgangen in.
van naar gebeurtenis [voorwaarde]
c
Waarom koos het team in de code toch voor één regel, en voor het dak wel voor een toestandsmachine?

Zo wordt dit beoordeeld

Diagram	Vier toestanden, een begin, elke overgang met gebeurtenis en voorwaarde.
Volledig	Ook de overgangen naar en uit GEBLOKKEERD en de extra beurt.
Juist	Het diagram doet hetzelfde als de regel in de code.
Uitleg	Het verschil tussen een uitgang die alleen van de invoer afhangt en een die geheugen nodig heeft.

40.17

Fase 4: het testplan met storingstests

Toepassen6Habitat45 min

gedaan

Stel het testplan op vóór de integratietests. Voor elke storingstest schrijf je vooraf op wat er moet gebeuren.

a
Werk acht tests uit, waarvan minstens vier storingstests.
eis test (wat je doet) criterium (vooraf) wanneer wie
b
Welke test is gevaarlijk voor mensen of planten? Hoe maak je hem veilig?
c
Welke eisen toets je in de testweek, welke apart, en welke alleen met een berekening?

Zo wordt dit beoordeeld

Volledig	Acht tests, elk bij een eis, met criterium vooraf, moment en verantwoordelijke.
Storingen	Minstens vier storingstests met de verwachte reactie van de module.
Veiligheid	Gevaarlijke tests herkend en veilig gemaakt.
Planning	Testweek, deeltests en berekeningen logisch verdeeld.

40.18

Fase 4: de testweek analyseren

Toepassen6Analyseren50 min

gedaan

Het dagrapport van het script testweek.py (handboek) voor de testweek, en wat de panelen per dag hadden kunnen geven (kWh): ma 1,47, di 1,05, wo 6,49, do 6,91, vr 2,93, za 0,84, zo 4,19.

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

a
Welke dagen halen eis L1 (lichtsom ≥ 11,0 mol) niet? Leg per dag uit waarom, met de kolommen zon en SoC.
b
Bereken per dag welk deel van de mogelijke zonnestroom echt werd afgenomen. Wat valt op?
dag ma di wo do vr za zo
afgenomen (%)
c
Schrijf een functie starts_per_uur(rijen) die een woordenboek {uur: aantal keer dat de verwarming aanslaat} teruggeeft.
d
Welke vraag over de module kan je met deze logbestanden niet beantwoorden? Welke kolom of meting zou je toevoegen?

Zo wordt dit beoordeeld

Lezen	L1 per dag verklaard met zon en laadtoestand, niet alleen vastgesteld.
Rekenen	Verhoudingen juist; het afknijpen op zonnige dagen herkend.
Code	De functie werkt op de rijen van het script (verw_pct, tijdstip) en telt een start als 0 → meer dan 0.
Kritisch	Een echte grens van de logbestanden, met een concrete aanvulling.

40.19

Fase 5: het technisch rapport

Toepassen6Habitat120 min

gedaan

Schrijf het rapport volgens de opbouw in het handboek. Elke eigenaar schrijft het hoofdstuk van zijn deelsysteem; de integrator schrijft de samenvatting, de integratie en het testrapport.

a
De samenvatting: hoogstens 150 woorden, minstens vijf getallen met eenheid.
b
De inhoudstafel.
c
De drie belangrijkste getallen uit jouw hoofdstuk, met eenheid, herkomst en de eis die ze toetsen.
getal met eenheid herkomst (berekening, meting, simulatie) eis
d
De bronnenlijst: minstens vier bronnen, zo dat een ander ze terugvindt.

Zo wordt dit beoordeeld

Structuur	Alle onderdelen in de juiste volgorde; de samenvatting kan alleen gelezen worden.
Getallen	Elke bewering met getal, eenheid en criterium; herkomst vermeld.
Figuren	Elke figuur genummerd, met titel, en in de tekst uitgelegd.
Eerlijk	Wat niet lukte staat erin, met oorzaak en voorstel; bronnen volledig.

40.20

Fase 5: de verdediging voorbereiden

Toepassen5Habitat60 min

gedaan

Tien minuten presenteren, tien minuten vragen. Gebruik het storyboard en de jurytabel uit het handboek.

a
Het storyboard.
dia tijd boodschap als titel figuur wie
b
Zes vragen die de jury jullie kan stellen, en jullie antwoord met een getal.
vraag antwoord (met getal)
c
De demo: wat toon je, wat moet er gebeuren, en wat is plan B?

Zo wordt dit beoordeeld

Storyboard	Eén boodschap per dia, als titel; tijden tellen op tot 10 minuten; iedereen spreekt.
Vragen	De moeilijke vragen voorzien (niet-gehaalde eisen, simulatie), antwoorden met getallen.
Demo	Concreet, met verwachte reactie en een plan B.
Afwerking	Figuren leesbaar van achteraan in de klas.

40.21

Peer- en zelfevaluatie

Toepassen5Habitat25 min

gedaan

Beoordeel jezelf en je teamgenoten met de criteria uit het handboek, van 1 (zelden) tot 4 (altijd). Geef iedereen één top en één tip.

a
Scores.
criterium ikzelf teamlid 2 teamlid 3 teamlid 4
komt afspraken en deadlines na
kwaliteit in het eigen deelsysteem
bewaakt de eigen interfaces
helpt anderen
houdt het logboek mee bij
b
Top en tip.
teamlid top: wat ging goed? tip: wat kan beter?
c
Vergelijk je zelfevaluatie met wat de anderen over jou schreven. Wat valt je op?

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

40.22

Foutzoeken: halve lampen in het donker

Uitdagen7Analyseren35 min

gedaan

Bij een ander team verplaatste een teamlid in de testweek de LDR met haar kapje naar een steun boven het rek, 'omdat ze daar beter bereikbaar is'. Vrijdagavond valt het op dat het verbruik lager is dan anders, en niemand klaagt. Hun logbestand van vrijdag 12 maart, eerst 12:00, dan 21:00 tot 21:04:

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
2021-03-12 12:00,24.3,69.4,0.38,6.56,16864,13.77,91.3,0,0,0,20.2,6.32,1.36,19.7,1,0
2021-03-12 21:00,20.6,77.8,2.01,0.00,5240,13.09,83.4,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:01,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.2,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:02,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.1,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:03,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.0,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:04,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,82.9,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0

a
Wat is er vreemd aan de avondregels? Vergelijk de kolommen licht_lx en lampen_pwm met wat je verwacht.
b
Geef twee mogelijke verklaringen en een test die ze uit elkaar houdt, telkens met één verandering.
c
Stel dat de LDR k lux ziet per PWM-stap van de lampen. Bereken k uit het logbestand, en toon dat de lampen dan tot rust komen rond de stand in het logbestand.
d
Welke eis en welke interface zijn geraakt? Hoeveel lichtsom verliest het bed op zo'n avond (18 tot 22 uur)? Hoe los je het op?

Hint

Om 21 uur is de zon al lang onder. Wat zou licht_lx dan moeten zijn? En wat doet taakLampen() met veel 'daglicht'?

40.23

Grijze dagen: vier manieren om de lichtsom te halen

Uitdagen7Ontwerpen50 min

gedaan

Eis L1 werd op drie grijze dagen niet gehaald. Op dinsdag was ±2,53 kWh nodig en ±1,57 kWh beschikbaar (zon plus batterij tot 20 %); dezelfde week bleef op zonnige dagen 12,4 kWh zonnestroom ongebruikt. Vier voorstellen:

A: een derde LiFePO4 van 120 Ah (+1,23 kWh bruikbaar; ±100 kg CO₂-eq per kWh capaciteit, hoofdstuk 38);
B: twee extra panelen van 350 Wp (+0,70 kWp; ±600 kg CO₂-eq per kWp, hoofdstuk 38);
C: stroom van het 48 V-net van het station via een omzetter naar 12,8 V (Expert, E24);
D: op grijze dagen het lichtdoel verlagen tot 160 µmol/(m²·s) (lichtsom 9,2 mol).

a
Reken per voorstel wat het op een dag zoals dinsdag oplevert. Haalt de module dan eis L1?
b
Vergelijk met een criteriatabel (minstens vier criteria, met gewichten).
criterium gewicht A B C D
c
Welke keuze maken jullie? Welke eisen veranderen in versie 2 van het programma van eisen?

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Per voorstel het effect op dinsdag, met eenheden; de rol van de laadtoestand bij A begrepen.
Criteria	Minstens vier criteria (effect, CO₂, afhankelijkheid, eenvoud) met gewichten en onderbouwde scores.
Keuze	Volgt uit de tabel; nadelen eerlijk vermeld.
Eisen	De gevolgen voor het programma van eisen (L1, E3, E8, O1) uitgeschreven.

40.24

Debat: mag de module zelf pH-min doseren?

Uitdagen6Argumenteren30 min

gedaan

Eis H2 faalde omdat niemand de waarschuwing zag. Voorstel: een doseerpompje met pH-min, gestuurd door versie 5: geef 20 mL als de pH boven 6,3 komt, hoogstens drie keer per dag. Stelling: 'De module moet de pH zelf bijsturen.'

a
Zoek twee argumenten voor en twee tegen.
voor tegen
b
Wat gebeurt er als de pH-sonde defect raakt en 7,5 aangeeft terwijl de pH 5,8 is? Welke beveiligingen zou je inbouwen?
c
Hoe beslist het team? Welke eis komt erbij in het programma van eisen?

40.25

Onderzoek: wat kost een graad 's nachts?

Uitdagen7Onderzoeken45 min

gedaan

's Nachts verwarmt de module onder 16 °C en stopt boven 17 °C. Een lagere nacht spaart warmte van het station, maar de sla groeit bij een lagere nachttemperatuur ook anders (hoofdstuk 34: bij 16,5 °C 27 % minder nachtademhaling dan bij het dagoptimum). H = 20,2 W/K, met nachtscherm 16,3 W/K; een nacht duurt 8 uur.

a
Hoeveel extra warmte vraagt 1 °C hoger per nacht? En per winter van 150 nachten? En met een nachtscherm?
b
Waarom zou je de nacht toch niet op 12 °C zetten? Noem twee redenen (plant en gebouw).
c
Ontwerp een proef om het effect van de nachttemperatuur op de oogst te meten. Welk probleem heb je met maar één module?

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Warmte per nacht en per winter juist, met en zonder scherm.
Redenen	Een plantreden (groei, ademhaling) en een gebouwreden (condens, schimmel) met herkomst.
Proefopzet	Eén variabele, herhalingen, loting; het probleem van pseudoreplicatie of van seizoen benoemd.
Afweging	Een besluit dat de warmte en de oogst tegen elkaar afweegt.

40.26

Code: een grens die meeschuift met de laadtoestand

Uitdagen7Programmeren45 min

gedaan

Tussen 20 en 40 % laat versie 5 de grens van de lampen 5 stappen per meting op- of afschuiven, naargelang de batterijen laden of leveren. Een teamlid stelt iets eenvoudigers voor: de grens evenredig met de laadtoestand, 0 bij 20 % en 255 bij 40 %.

a
Schrijf de regel die het schuiven vervangt.
b
Vul in.
laadtoestand (%) 20 25 30 35 40
grens
c
Dinsdag om 8 uur (laadtoestand 36 %, geen zon) en om 12 uur (38 %, de panelen laden). Wat doen de lampen bij elke regel?
d
Welke regel beschermt de batterijen beter, welke geeft meer licht? Hoe zou je het testen voor je het in de module zet?

Zo wordt dit beoordeeld

Code	Juiste formule, geheel getal, alleen tussen 20 en 40 %; de andere twee gevallen blijven.
Tabel	Juist ingevuld, met de afronding van (int).
Vergelijken	Het verschil tussen reageren op de laadstroom en op de laadtoestand uitgelegd.
Test	Een testplan in de simulatie: lichtsom en laagste laadtoestand van een grijze week naast elkaar.

40.27

Habitat: versie 2 van de module

Uitdagen7Habitat50 min

gedaan

De ontwerpcyclus stopt niet bij de testweek. Gebruik jullie testrapport, logboek en foutzoektabel.

a
Drie verbeteringen, de belangrijkste eerst.
probleem (test of logboek) eis verbetering kost (€, CO₂ of tijd) effect
b
Werk één verbetering uit: een berekening, een schema of een stuk code.
c
Welke verbetering kan je pas maken met wat je in Expert leert? Welk hoofdstuk?

Zo wordt dit beoordeeld

Onderbouwd	Elke verbetering komt uit een test, een meting of het logboek, en hoort bij een eis.
Afweging	Kost en effect geschat; de belangrijkste eerst.
Uitwerking	Klopt, en een ander kan ze uitvoeren.
Vooruitblik	Concreet: welk hoofdstuk van Expert, en wat het oplost.

40.28

Habitat: eindevaluatie en op weg naar Expert

Uitdagen6Habitat40 min

gedaan

Beoordeel jullie project met de eindrubric uit het handboek. De leraar doet hetzelfde; daarna vergelijken jullie.

Zelfevaluatie van het project.

criterium	gewicht	niveau (1-4)	bewijs (berekening, logbestand, logboek)
programma van eisen en interfaces	10 %
dimensionering	15 %
bouw en veiligheid	10 %
besturing en code	15 %
testen en data-analyse	20 %
technisch rapport	15 %
verdediging	10 %
samenwerking en logboek	5 %

b
Bereken jullie score: de som van niveau × gewicht, gedeeld door 4.
c
Reflectie: wat was het moeilijkste aan het samenvoegen? Wat zou je een volgend team aanraden?
d
Welke drie dingen uit dit project neem je mee naar het brein van het station in Expert?

ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet

Ik kan een project van twaalf weken plannen met een team, met vaste eigenaars per deelsysteem, mijlpalen, een logboek en een integrator.
Ik 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.
Ik kan de interfaces tussen deelsystemen benoemen en vastleggen (N²-diagram, interfacetabel) en integratieproblemen opsporen door budget, schema en code naast elkaar te leggen.
Ik kan de energie-, water- en warmtebalans van de module narekenen met de waarden uit de vorige hoofdstukken, per dag, per maand en per jaar.
Ik kan meetketens van sensor tot getal narekenen, sensoren in twee punten ijken en de voedingsoplossing bijsturen.
Ik 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.
Ik kan een testplan opstellen met deeltests, storingstests en een testweek, en de logbestanden in Python toetsen aan het programma van eisen.
Ik kan systematisch foutzoeken met de logbestanden en meldingen: van symptoom naar oorzaak, met een test die telkens één ding controleert.
Ik kan een technisch rapport schrijven en je ontwerp verdedigen voor een jury, en je eigen werk en dat van je teamgenoten eerlijk beoordelen.

rol	naam	tweede verantwoordelijke	eerste taak
energie
water en voeding
klimaat en licht
besturing en data
integrator

criterium	ikzelf	teamlid 2	teamlid 3	teamlid 4
komt afspraken en deadlines na
kwaliteit in het eigen deelsysteem
bewaakt de eigen interfaces
helpt anderen
houdt het logboek mee bij

goot	hoogte (van boven)	voor bijstellen (L/min)	na bijstellen (L/min)
1	hoogste
2
3
4	laagste
samen

buffer	spanning (V)	stabiel na (s)
pH 7,00
pH 4,00

tijd (s)	luchtT (°C)	verwarmen na deze meting
0	17,9
60	19,2
120	19,4
150	17,8
240	17,7

eis	test (wat je doet)	criterium (vooraf)	wanneer	wie