Groepswerk - Mini-Auto

1. Een eigen mini-auto maken

Welkom bij het opwindende avontuur van het bouwen van je eigen mini-auto! In dit project voor leerlingen van de eerste graad zullen we samen de fascinerende wereld van techniek verkennen terwijl we stap voor stap leren hoe we een kleine, zelfgemaakte auto kunnen creëren. Door middel van leuke en educatieve activiteiten zullen we niet alleen ontdekken hoe auto's werken, maar ook belangrijke concepten zoals aerodynamica en energie begrijpen. Laten we samen aan de slag gaan en jouw creativiteit de vrije loop laten in het bouwen van jouw unieke mini-auto! 

2. Het technisch reglement 

2.1 Criteria

1. Dit is een groepswerk:

• iedereen heeft zijn of haar taak

• iedereen werkt samen en niet individueel

• bij problemen verhelp je dit als groep, de leerkracht is een noodoplossing

• je overlegt samen als groep en beslist niet in je eentje

2. Je mini-auto wordt aangedreven op één van de volgende manieren:

   • elastische kracht - BASIS

   • ballonenergie (windkracht) - BASIS

   • elektrische energie (permanente aandrijving - batterij) -  BASIS tot GEVORDERD

   • elektrische energie (permanente aandrijving - batterij) - GEVORDERD

   • elektrische energie (aandrijving via Microbit - batterij) - EXPERT

3. Respecteer de volgende afmetingen:

   • minimumafmetingen 70 op 150mm 

   • maximumafmetingen 100 op 225mm 

   • de hoogte mag je vrij kiezen 

4. Minstens twee functionele onderdelen moeten ontworpen worden met Tinkercad en geprint op de 3D-printer.

5. Te gebruiken materiaal:

   • Recyclagematerialen die je zelf mee van thuis brengt.

   • Het recyclagemateriaal mag van oud speelgoed zijn maar geen volledig wagentje. Wielen mogen wel. 

   • Materiaal dat in de klas aanwezig is.

   • Zelfontworpen en 3D-geprintte onderdelen. 

6. Maken van je project

   • Voor het maken van je wagen mag je gebruik maken van het gereedschap en machines uit de klas .

   • Wil je hulp inroepen van experten zoals je leerkrachten, leerkrachten van een andere klas, leerlingen uit een andere richting, … dat kan alleen maar positief en verrijkend zijn. DOEN! 

7. Als ultieme test zullen we twee wedstrijden houden respectievelijk binnen elke categorie:

   • Afstandsrace (gebruik je energie zuinig) 

     • De wagen die de langste afstand aflegt wint. 

     • Na de startlijn mag de wagen niet meer manueel geduwd of verder getrokken worden. 

     • Voor de startlijn mag er eventueel een lanceersysteem gebruikt worden. (helling, elastieken, kunstmatige wind, …) 

     • De afstand van de startlijn en het voorste punt van de racewagen na stilstand wordt gemeten (tot op 0,5 cm nauwkeurig). 

     • Bij twijfel beslist een klasjury. 

   • Snelheidsrace (gebruik je energie snel en krachtig) 

     • De wagen die het snelst 5 meter aflegt wint. 

     • Na de startlijn mag de wagen niet meer manueel geduwd of verder getrokken worden. 

     • Voor de startlijn mag er eventueel een lanceersysteem gebruikt worden. (helling, elastieken, kunstmatige wind, …) 

     • De afgelegde tijd tussen de startlijn en de aankomstlijn wordt gemeten (tot op 1/10 van een seconde). 

     • Bij twijfel beslist de klasjury. 

De twee delen van de race doen jullie met dezelfde wagen, extra onderdelen toevoegen of weglaten mag niet (verwisselen/herstellen wel). 

3. Ontwerp

4. Inspiratie

5. Klipmotor - TT-motor model

Elke motor wordt bediend met behulp van twee BBC micro:bit IO-pinnen die stuursignalen naar een motorstuur-IC sturen: pinnen 15 en 16 voor Motor 1 en pinnen 13 en 14 voor Motor 2.

De signalen van de BBC micro:bit maken gebruik van een techniek genaamd Pulse Width Modulation (PWM) om de spanning over de motoren te regelen, wat vervolgens hun snelheid bepaalt. PWM-signalen zijn blokgolven waarbij de ‘AAN’- en ‘UIT’-tijden zijn ingesteld op een specifieke verhouding, ook wel de duty cycle genoemd.

• Als de ‘AAN’- en ‘UIT’-tijden gelijk zijn, is de duty cycle 50%.

• Als de ‘AAN’-tijd langer is, is de duty cycle groter dan 50%.

• Als de ‘UIT’-tijd langer is, is de duty cycle kleiner dan 50%.

Omdat de PWM-signalen de spanning regelen die bij de motoruitgangen wordt geleverd, is het gemiddelde vermogen dat aan de motoren wordt toegevoerd gelijk aan de duty cycle. Hoe hoger de duty cycle, hoe sneller de motor draait. Dit wordt geïllustreerd in het onderstaande diagram:

De PWM-signalen van de BBC micro:bit gaan echter niet rechtstreeks naar de motoren, omdat de stroomvereisten van de motoren veel te hoog zouden zijn voor de BBC micro:bit om te leveren. In plaats daarvan sturen de signalen een motorstuur-IC aan, dat een ‘H-brug’-circuit bevat voor elke motor (deze naam komt van het feit dat het schakelschema lijkt op een hoofdletter ‘H’).

Elke H-brug bestaat uit vier Field Effect Transistors (FET’s) die als schakelaars fungeren en in paren worden aangestuurd. In dit geval is er een paar FET’s voor elk van de pinnen 13, 14, 15 en 16.

Het onderstaande diagram toont een voorbeeldscenario voor het Klip Motor-bord:

• Voor Motor 1 stuurt pin 15 een PWM-besturingssignaal, dat de bijbehorende FET’s inschakelt. Pin 16 wordt op 0V gehouden, waardoor de bijbehorende FET’s worden uitgeschakeld. Dit maakt stroomdoorgang door de motor mogelijk (zoals aangegeven door de rode pijlen), waardoor de motor vooruit draait.

• Voor Motor 2 wordt het PWM-signaal via pin 14 gestuurd, terwijl pin 13 op 0V wordt gehouden. Hierdoor stroomt de stroom in de tegenovergestelde richting van Motor 1, waardoor Motor 2 achteruit draait.

Als in plaats daarvan de pinnen 16 en 14 een PWM-besturingssignaal zouden ontvangen, zouden de motoren in de omgekeerde richting draaien.