TEKNIK direkt
TEKNIK Direkt • har en tydlig struktur och koppling till centralt innehåll åk 7–9 i Lgr11
• består av åtta kapitel med tydliga och konkreta
kunskapsbeskrivningar, välskrivna och berättande texter samt vardagsnära uppgifter
TEKNIK Direkt
• innehåller programmering anpassad till den reviderade kursplanen • har en uttömmande Sammanfattning efter varje kapitel och Plussidor som erbjuder ett fördjupat innehåll
• har Uppslaget med kontrollfrågor, sökfrågor, diskussionsfrågor
och fördjupande frågor med koppling till förmågorna i Lgr11 samt Praktiska uppgifter som är konkreta uppgifter att göra enskilt, i par eller i grupp
• avslutas med facit som har förslag på svar till kontrollfrågorna och en begreppslista som förklarar centrala teknikbegrepp
Teknik Direkt består av läroboken och en lärarhandledning. I lärarhandledningen finns hjälp för planering och bedömning, svar och kommentarer till frågorna och de praktiska uppgifterna i läroboken, ytterligare praktiska uppgifter samt prov med bedömningsstöd. Teknik Direkt finns också som digitalt läromedel och som onlinebok.
ISBN 978-91-523-3801-8
Teknik Direkt Omslag.indd 1
2018-01-03 11:47
Sanoma Utbildning postadress :
Box 30091, 104 25 Stockholm Alströmergatan 12, Stockholm www.sanomautbildning.se info@sanomautbildning.se
besöksadress : hemsida : e - post :
Order/Läromedelsinformation telefon : telefax :
författare :
08-587 642 10 08-587 642 02
Maria Svensson, Maria Högfeldt Rudervall, Bengt Nylén, Bo Nylén, Bengt Olsson, Git Börjesson, Monica Chocron och Inga-Lill Sjöström redaktör : Helena Fridström, Kenneth Lovén layout : Lars Öhman/Interpunkt bildredaktör : Lars Öhman/Interpunkt
Teknik Direkt ISBN 978-91-523-3801-8 © 2018 Författarna och Sanoma Utbildning AB, Stockholm Tredje upplagan Första tryckningen
Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av lagen om upphovsrätt. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt Bonus Copyright Access avtal, är förbjuden. Sådant avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnares huvudman eller Bonus Copyright Access. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare. Tryck: GPS group, Bosnien och Hercegovina 2018
01-05_Kapitel 0.indd 2
2018-01-03 08:08
TILL LÄSAREN Nya Teknik Direkt är en omfattande omarbetning av den tidigare upplagan. Innehåll, kontrollfrågor och arbetsuppgifter är helt anpassade till den nya kursplanen i Lgr11.
Uppgifterna på Uppslaget och Praktiska uppgifter är markerade med symboler. På så sätt framgår det tydligare vilken av teknikens förmågor som uppgiften fokuserar på.
Teknik Direkt är indelad i 8 kapitel. Alla kapitel börjar med ett foto, en förteckning över kapitlets innehåll och en lista med vad kapitlet fokuserar på. Bokens kapitel är i sin tur indelade i mindre avsnitt, som inleds med en tydlig och konkret beskrivning av vad avsnittet handlar om och en lista med de begrepp som är centrala. Samtliga avsnitt avslutas med Kan du? som består av ett antal kontrollfrågor. Kontrollfrågorna är ett stöd för dig när du arbetar med texten. I slutet av varje kapitel fin s Sammanfattningen. Där fin s också Plussidor, Uppslaget och Praktiska uppgifter. Plussidorna har ett fördjupat innehåll för dig som blivit intresserad och vill läsa mer. Uppslaget är två sidor med arbetsuppgifter. Det handlar om så väl kontrollfrågor för hela kapitlet, frågor där du får identifiera ch analysera tekniska lösningar, frågor där du får värdera och ta ställning, som frågor där du får förklara och beskriva tekniska begrepp. På Uppslaget fin s även begreppsbilder som låter dig ta ställning till påståenden om teknik och en teknikbild där du får refl ktera över teknik i din omgivning. Praktiska uppgifter ger dig möjlighet att pröva och utveckla egna idéer.
01-05_Kapitel 0.indd 3
Identifiera ch analysera tekniska lösningar Identifiera ch lös problem med teknik Teknikens begrepp och uttrycksformer Konsekvenser av teknikval Drivkrafter bakom teknikens utveckling Kontrollfrågor
Sist fin s facit till Kan du? och Kommer du ihåg? som underlättar läxläsning och när du läser på inför prov. Där fin s också en begreppslista med förklaringar till de centrala teknikbegreppen.
Lycka till med dina teknikstudier!
Författarna
2018-01-03 08:08
innehåll
1 2
Tekniken i centrum
6
Teknik löser problem 8
Uppslaget 16
Teknikens fyra funktioner 13
Praktiska uppgifter 18
Tekniska lösningar
20
Utvecklingsprocessen – från idé till produkt 22
Sammanfattning 42
Teknisk dokumentation 32
Plussidor 44 Uppslaget 46 Praktiska uppgifter 48
3
Teknikutveckling
50
Teknikutvecklingen går stegvis 52
Sammanfattning 68
Teknikutvecklingens drivkrafter 55
Plussidor 70
Utveckling av transporter på land 59
Uppslaget 72 Praktiska uppgifter 74
4
Tekniska system
76
Tekniska system och modeller 78
Sammanfattning 102
De tekniska systemens uppbyggnad 82
Plussidor 104
De tekniska systemens utveckling 88
Uppslaget 108 Praktiska uppgifter 110
01-05_Kapitel 0.indd 4
2018-01-03 08:08
5
Tekniska processer
112
Tidiga tekniska processer 114
Sammanfattning 138
Tekniska processer i industrin 119
Plussidor 140
Tillverkningsmetoder 124
Uppslaget 144
Människan i processen 130
Praktiska uppgifter 146
Industrins miljöarbete 133
6
Konstruktion och material
148
Belastning 150
Sammanfattning 184
Konstruktionsprinciper 153
Plussidor 186
Materialegenskaper 158
Uppslaget 188
Material 162
Praktiska uppgifter 190
Sammanfoga material 170 Broar 172 Hus 177
7
Styrteknik, reglerteknik och programmering
192
Tekniska lösningar med styr- och reglerteknik 194
Sammanfattning 214
Programmering och elektronik 204
Plussidor 216 Uppslaget 220 Praktiska uppgifter 222
8
01-05_Kapitel 0.indd 5
Människa och teknik
224
Rätt teknik ger en hållbar utveckling 226
Sammanfattning 250
Energianvändning för en hållbar utveckling 234
Plussidor 252
Nutidens och framtidens teknik 242
Uppslaget 256
Teknik påverkar vår framtid 248
Praktiska uppgifter 258
Facit 260
Register 281
Begreppslista 276
Bildförteckning 285
2018-01-03 08:08
KAPITEL 7
STYRTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH PROGRAMMERING
192-223_Kapitel 7.indd 192
2018-01-02 14:54
INNEHÅLL
Tekniska lösningar med styr- och reglerteknik 194 Programmering och elektronik 204
F O KU S PÅ ■■
Styr- och reglersystem i tekniska lösningar.
■■
Hur datorer styrs av program.
■■
Hur programmering kan användas för att styra elektronik och tekniska lösningar.
193
192-223_Kapitel 7.indd 193
2018-01-02 14:54
Programmering och elektronik Sedan elektroniken började användas i stor skala har den styrt tekniska lösningar med elektriska kretsar. Komponenterna sitter på ett kretskort och kretskortet styr elektriska strömmar så att elektroniken gör det vi vill. Det kan exempelvis handla om apparater som kan ta upp radiosignaler och skicka ut det som ljud ur en högtalare. Kretskortet kan bara göra exakt det som det är konstruerat för att göra. Om man vill ha en radio som även kan användas som högtalare till en mobiltelefon måste kretskortet ändras så att även den funktionen finns med. Det betyder för det mesta att man måste skaffa en helt ny produkt. AVS NITTET PROGRAMMERING OCH EL EK T R O N I K HANDLAR OM • hur man kan styra med programmering och elektronik • hur enkel programmering går till
BEGREPP • Programmeringsspråk
• Algoritm
• Binära talsystemet
• If-sats
• Maskinkod
• Logiskt uttryck
• Blockprogrammering
Datorprogram styr elektronik I dag blir det allt vanligare att elektronik styrs med hjälp av ett datorprogram. Det betyder att alla knappar, rattar, högtalare, lampor och andra delar sitter kopplade till ett avancerat kretskort och programmet talar om hur varje del ska användas. Om man vill 204
En transistorradio styrs med hjälp av elektroniken på ett kretskort. Det finns en knapp som slår på strömmen, en ratt som ställer in frekvensen, en annan ratt som justerar volymen och en högtalare som spelar upp radiosändningen.
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 204
2018-01-02 14:55
ändra funktionen räcker det ofta med att man byter ut eller ändrar programmet. Man säger att man gör en uppdatering. Många gånger handlar uppdateringar om att rätta till olika fel i programmet eller att det nya programmet fungerar lite bättre. Ibland handlar uppdateringen om att programmet innehåller helt nya funktioner.
Programmering handlar om att lösa problem med hjälp av en dator. En person skriver instruktioner med ett programmeringsspråk som datorn tolkar och styr olika processer utifrån.
Programmera Att programmera är att skriva instruktioner som talar om för en dator hur den ska utföra ett arbete. Du skriver instruktionerna i ett programmeringsspråk som datorn kan förstå. På så sätt är det du som bestämmer hur en dator ska styra de processer som utför arbetet.
Binära tal – språk för datorn Många saker som vi använder varje dag styrs av datorprogram. Mobiltelefoner, mikrovågsugnar, elektroniska leksaker, tjänster för streamad musik eller film, robotar, och bilar är bara några exempel på tekniska produkter som är programmerade. Vårt vanliga talsystem, decimalsystemet, har talet tio som bas och använder siffrorna 0–9. Datorer däremot, använder i stället det binära talasystemet, som har talet två som bas. Med det binära talsystemet kan man skriva alla tal enbart med siffrorna 0 och 1.
0 0 0 1 1 0 1 0 128 64 32 16
8
4
2
Exempel: det binära värdet 00011010 ovan är i decimalsystemet 16 + 8 + 2 = 26. Programmering och elektronik
192-223_Kapitel 7.indd 205
1
205
2018-01-02 14:55
Datorer styrs av strömbrytare Lite förenklat kan en dator ses som mängder med sammankopplade strömbrytare. Strömbrytarna styrs inte bara av tangentbordet, utan också av andra strömbrytare som utför miljontals beräkningar per sekund. En strömbrytare är antingen på eller av. På samma sätt är strömmen på eller av i var och en av datorns alla kretsar. Det kallas digital teknik och styrs med hjälp av signaler som är uppbyggda av olika kombinationer av ström på och ström av. Signalerna kan översättas till serier av siffrorna 1 och 0. Om man till exempel vill ge kommandot ”5” till en dator ska man alltså lite förenklat använda signalserien ström av – ström på – ström av – ström på. Serien står för 0101, som är talet 5 skrivet i det binära talsystemet (se tabellen här nedanför). Alla digitala kommandon är uppbyggda av koder som består av ettor och nollor. Med hjälp av ettor och nollor har man även skapat en kod för alfabetet som datorn kan läsa. Koden kallas ASCII. Numera används oftast standarden Unicode som kan visa tecken för alla jordens skrift pråk. Tiosystemet
0
Binära tal
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 8
1
9
2
10
3
11
4
12
5
13
6
14
7
15
1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
Här visas hur talen 0–15 kan skrivas med det binära talsystemet.
Programmeringsspråk för människor Datorn förstår bara de elektriska signaler som står för ettor och nollor. Den här maskinkoden är svår för människor att förstå. Därför har vi skapat programmeringsspråk som är enklare för oss att skriva och läsa, och som ett annat datorprogram sedan kan översätta till maskinkod. Det fin s flera lika programmeringsspråk, till exampel JavaScript, Python, PHP, Ruby och Scala. Olika språk är bra för olika saker. De allra fle ta programmeringsspråken är baserade på engelska.
206
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 206
2018-01-02 14:55
C++
#include <iostream> int main() { std::cout << ”Hej!”; }
Java
public class Main { public static void main(String[] args) { System.out.println(”Hej!”); } } print(”Hej!”)
Python
Här är koder skrivna i programmeringsspråken C++, Java och Python. Koderna talar om för datorn att den ska skriva ut Hej! på skärmen.
Blockprogrammering Blockprogrammering är ett betydligt enklare sätt att programmera än att använda ett vanligt programmeringsspråk. I stället använder man sig av färdiga så kallade block. Blocken fungerar som ett slags byggklossar som man kan kombinera ihop på olika sätt till hela program. Blockprogrammering har blivit ett populärt verktyg för att lära ut grunderna i programmering i skolan, ofta redan på lågstadiet. Code och Scratch är två exempel på sådana programmeringsspråk.
Ett enkelt blockprogram som styr en Micro:bit så att den kan användas som stegräknare. let Steg = 0 input.onGesture( Gesture.Shake, () => { basic.showNumber(Steg) Steg += 1 } )
Så här ser koden för stegräknaren ut i programmeringsspråket JavaScript.
När man programmerar med Scratch använder man olika block. Programmet omvandlar blocken till kod som datorn kan förstå. I programmet till vänster dras 25 linjer i olika färg, bredd och vinkel av en jamande katt. Programmering och elektronik
192-223_Kapitel 7.indd 207
207
2018-01-02 14:55
Programmera så att datorn förstår När man vill lösa ett problem genom att programmera skriver man en instruktion, en algoritm. För att göra ett helt program behövs flera lgoritmer, alltså flera i struktioner. För att programmet ska fungera måste algoritmerna vara: 1. I rätt ordning – datorn kan inte förstå om den behöver göra instruktionen i en annan ordning. 2. Exakta – datorn kan inte förstå om du stavar fel eller glömmer ett tecken. 3. Fullständiga – datorn kan inte förstå om du har glömt att skriva något som den behöver göra, den kan inte tolka ofullständiga meningar så som en människa kan. Det fin s olika typer av instruktioner: ■■
■■
■■
Sekvens – kommandon som sker i tur och ordning. Villkor – olika val för kommandon. Om en sak händer, då ska ett kommando utföras, annars ska ett annat kommando utföras. Repetition – upprepar kommandon (loop). Kommandon kan upprepas för alltid. Kommandot kan också upprepas ett visst antal gånger, eller tills en viss händelse sker.
1. 1. 1.
2. 2. 2.
3. 3. 3.
1. 1. 1.
Ja Ja ? Ja ?? Nej Nej Nej
2a. 2a. 2a. 2b. 2b. 2b.
1. 1. 1.
2. 2. 2.
3. 3. 3.
1. 1. 1.
? ? ?
Nej Nej Nej Ja Ja Ja
2a. 2a. 2a.
2b. 2b. 2b.
Exempel på sekvens i program Trumman i en speldosa är, som vi har sett, ett slags program i form av metallpiggar. I en elektronisk speldosa kan det ersättas av ett enkelt datorprogram. Instruktionen kan till exempel se ut så här: 1. Spela ton A 2. Vänta 0,1 sekunder 3. Spela ton B 4. Vänta 0,1 sekunder 5. Spela ton A och C 6. …
208
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 208
2018-01-02 14:55
Exempel på villkor i program Ett vanligt sätt att styra ett program är att använda villkor eller if-satser. Om villkoret är sant händer något. Om villkoret är falskt händer något annat. En lampa med skymningssensor kan styras av ett program. Instruktionen kan vara: 1. Är det ljust? a. Om ljust, slå av strömmen b. Annars, slå på strömmen
Exempel på repetition i program I en del städer använder man sig av olika färger på avfallspåsarna för sopsortering. Till exempel gröna påsar för matavfall och blå påsar för plast. På avfallsanläggningen sorterar en robot påsarna och programinstruktion kan vara: 1. Vilken färg på påsen? a. Om grön, putta påsen till vänster b. Om blå, putta påsen till höger c. Annars, låt påsen vara 2. Börja om
För att underlätta sopsorteringen har man i Oslo infört ett system med olika färger på soppåsarna. Gröna påsar innehåller matrester och blå påsar innehåller plast. Ett datorprogram får ett värde från en ljussensor. Värdet tolkas och översätts till en färg. Därefter skickar programmet en signal till en arm som knuffar gröna påsar till vänster, blåa till höger och låter övriga färger ligga kvar på bandet. Programmering och elektronik
192-223_Kapitel 7.indd 209
209
2018-01-02 14:55
Logiskt uttryck I exemplet med skymningssensorn är det en fotoresistor som mäter ljuset och skickar mätvärdet till datorn som ett tal. Programmet kan avgöra om det är ljust och mörkt genom att se om talet är större eller mindre än ett speciellt värde som man har bestämt i förväg. När man ska jämföra olika värden i ett program använder man sig av logiska uttryck. Till exempel: ==
Lika med
!=
Inte lika med
<
Mindre än
>
Större än
<=
Mindre än eller lika med
>=
Större än eller lika med
Alla större fyrar i Sverige har numera en ljussensor monterad. Syftet är att spara energi och lampor. En datorstyrd skymningssensor har ett program som tar emot en signal från en ljussensor. Signalen tolkas som ljust eller mörkt och beroende på tolkningen skickar programmet en signal som slår av eller på lampan.
Kommandot i==3 ställer frågan ”är i lika med 3?”. Kommandot i=3 sätter variabeln i till 3.
Resultatet av ett logiskt uttryck blir antingen sant eller falskt. Om resultatet blir sant kommer programmet att göra vissa saker och om resultatet blir falskt kommer programmet att göra något annat. Logiska uttryck gör det möjligt för programmet att göra på olika sätt beroende på saker som förändras när programmet kör.
210
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 210
2018-01-02 14:55
Felsökning När programmet inte fungerar som det ska, behöver man felsöka. Man letar efter buggar, det vill säga fel i programmet. När man felsöker är det bäst att dela upp programmet i mindre bitar och undersöka dem en del i taget. Är instruktionen skriven i rätt ordning? Är den tillräckligt exakt? Är den fullständig?
Många programmerare arbetar i dag i spelbranschen, men det är för närvarande brist på erfarna datorspelsutvecklare. Här är en grupp spelutvecklare hos företaget Lionbyte i Nacka.
Programfel kan vara av tre olika typer: Syntaxfel betyder att instruktionen inte följer programspråkets inbyggda regler. Programmet kan inte komma vidare tills dess att alla syntaxfel är rättade. Exekveringsfel betyder att programmet gör någonting som inte är tillåtet när det körs, till exempel att programmet försöker dividera ett tal med noll. Exekveringsfel gör så att programmet kraschar. Logiska fel betyder att programmet fungerar, men att det fin s ett tankefel i programkoden som gör så att resultatet inte blir det förväntade. Denna typ av fel är de svåraste att upptäcka eftersom programmet inte ger något felmeddelande även om det inte fungerar som man vill. Programmering och elektronik
192-223_Kapitel 7.indd 211
211
2018-01-02 14:55
När man ska använda programmering Innan man börjar programmera är det viktigt att fundera på vad programmet ska användas till, alltså vad det ska göra i den tekniska lösningen. Det är därför viktigt att först sätta sig in i problemet som ska lösas med hjälp av programmeringen. På samma sätt som när man löser andra tekniska problem så behöver man: ■■
förstå förutsättningarna
■■
göra en grov modell av hur programmet kan se ut
■■
skriva programmet
■■
testa programmet
■■
utvärdera programmet
I tekniska lösningar som styr och reglerar använder man elektriska komponenter. Några exempel är tekniska lösningar som styr med hjälp av ljus eller värme. Själva styrningen kan göras av ett enkelt kretskort eller med en liten dator. Ett kretskort kan bara göra det som det är konstruerat att göra. En dator kan göra en sak, programmeras om och sedan göra en annan sak.
Belysningen styrs med hjälp av en fotoresistor. Det är en komponent som släpper igenom eller stoppar strömmen vid olika ljusstyrka. När mörkret faller tänds i detta fall julbelysningen.
212
Temperaturen styrs med hjälp av en termistor som släpper igenom eller stoppar ström vid olika temperaturer. Luft ärmepumpen värmer eller kyler i detta fall beoende på temperatur.
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 212
2018-01-02 14:55
En dator kan programmeras om när den ska lösa ett nytt problem. Här skär en vattenjetstråle ut detaljer ur en stålplatta. Rörelsen styrs av ett CNC-program i en dator. När en annan form ska skäras ut ändrar man bara programmet.
KAN DU? 1. Vad är det binära talsystemet? 2. Vad är skillnaden mellan maskinkod och programmeringsspråk? 3. Ge exempel på några vanliga programmeringsspråk. 4. Ge exempel på tre viktiga saker du behöver tänka på när du skriver algoritmer. 5. Sekvens, villkor och repetition är tre olika programinstruktioner. Vad innebär de? 6. Vad är en if–sats? 7. Vad innebär blockprogrammering?
VILKA HÖR IHOP? A. Lika med
1. <
B. Större än
2. ==
C. Mindre än eller lika med
3. !=
D. Mindre än
4. >
E. Inte lika med
5. <=
F. Större än eller lika med
6. >=
Programmering och elektronik
192-223_Kapitel 7.indd 213
213
2018-01-02 14:55
Sammanfattning TEKNISKA LÖSNINGAR MED STYR- OCH REGLERTEKNIK Många tekniska lösningar har processer som kontrollerar. De brukar kallas styrning och reglering. SKILLNAD MELLAN STYROCH REGLERTEKNIK
ÅTERKOPPLINGSSTYRD REGLERTEKNIK
Styrteknik innebär att en människa måste trycka på en knapp eller dra i en spak för att kontrollera. Reglerteknik innebär att den tekniska lösningen styr och kontrollerar automatiskt.
Handlar om att man styr med återkoppling. Det betyder att en sensor känner av och skickar information till ett kontrollorgan som styr vad som ska hända. Ett exempel är en termostat på ett element som slår av eller på värmen vid en speciell temperatur.
MEKANISK STYRNING
Man kan styra mekaniskt med till exempel en ratt eller en spak. Med servo eller relä kan man få extra styrka eller slå på en stark ström med en svag ström. STYRA PÅ AVSTÅND
Med hjälp av elektriska signaler, radiosignaler och ljus kan man styra tekniska lösningar på avstånd. PROGRAMSTYRD REGLERTEKNIK
Innebär att den tekniska lösningen styrs av ett program och att den gör likadant varje gång programmet startas.
214
RISKER OCH SÄKERHET MED REGLERTEKNIK
När man styr och reglerar med hjälp av automatik så är det också viktigt att tänka på risker och säkerhet. Till exempel får ju en självkörande bil inte plötsligt löpa amok eller bli kontrollerad av kriminella. Bestämmelser och lagar behöver också anpassas till den nya tekniken. Samtidigt kan reglerteknik göra tekniska lösningar säkrare.
AUTONOMA FORDON
Utvecklingen går mycket snabbt och nu fin s teknik för autonoma eller självkörande fordon. De här fordonen använder sig av många olika sensorer som ”känner av” omgivningen och kan på så sätt undvika mänskliga misstag. PNEUMATIK OCH HYDRAULIK
Man kan också styra med hjälp av pneumatik och hydraulik. Då använder man luft ller olja för att förstärka och överföra kraft ch rörelse. Det är så servostyrning och servobromsar fungerar. Med servo kan man styra ett stort fartyg med en liten spak.
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 214
2018-01-02 14:55
PROGRAMMERING OCH ELEKTRONIK Tekniska lösningar kan styras och kontrolleras med hjälp av elektronik. Med hjälp av en dator kan man programmera tekniska lösningar. STYRA OCH KONTROLLERA MED ELEKTRONIK
Med hjälp av elektronik komponenter kan man styra och kontrollera tekniska lösningar. Det kan handla om att se till så att en strömbrytare sluter en elektrisk krets så att en lampa lyser, att en termostat slår på ett element när temperaturen sjunker under en viss nivå eller att en fotoresistor slår på en lampa när det blir mörkt.
PROGRAMMERING
SEKVENS, VILLKOR OCH REPETITION
För att programmera behövs det människor som tänker ut smarta lösningar och skriver datorprogram. Datorer kan bara göra exakt det som de är programmerade att göra. Det fin s många olika programmeringsspråk. Man kan programmera med text eller med block.
Sekvens betyder att programmet innehåller instruktioner som ska göras i tur och ordning. Villkor, eller if-satser, innebär att programmet skall kontrollera något och beroende på vad kontrollen visar göra olika saker. Repetition eller loop innebär att programmet kör samma instruktion ett visst antal gånger eller om och om igen.
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 215
215
2018-01-02 14:55
PlusSidor Vanliga komponenter i elektronikkretsar När man löser problem med hjälp av elektronik använder man sig av kretsar med olika komponenter. Det kan handla om kretsar som slår av och på ström, kretsar som känner av ljus, ljud, temperatur eller strömstyrka. Det kan också handla om att styra hur mycket ström som skall släppas fram i en krets eller släppa fram ström i pulser så att exempelvis en lampa lyser olika mycket eller blinkar. Här följer en beskrivning av de vanligaste komponeterna i elektronikkretsar.
Resistor Resistorns (motståndets) funktion är att minska strömmen i kretsen. Motståndet mäts i Ohm. Större motstånd anges med prefix, ill exempel kilo (k) eller Mega (M). 1 kΩ = 1 000 Ohm. 1 MΩ = 1 000 000 Ω. Genom olika färgringar på motståndet kan man se hur stort motståndet är. Den första ringens färg talar om motståndets första siffra, den andra ringens färg talar om motståndets andra siffra, den tredje ringens färg talar om hur många nollor man ska lägga till och den fjärde ringens färg talar om hur stor felmarginal motståndet kan ha – ju lägre procent desto bättre.
Potentiometer Om du vill styra hur starkt en lampa ska lysa kan du använda en dimmer. I en dimmer sitter en potentiometer. Potentiometern är en resistor som kan ställas in för olika stora motstånd. Potentiometrar används till exempel som volymkontroll till en högtalare eller som dimmer i en lampa.
Tolerans Multiplikator Andra siffra Första siffra Tolerans Multiplikator Andra siffra Första siffra Tolerans Multiplikator Andra siffra Första siffra
Fotoresistor Om du vill att utebelysningen ska tändas när det blir mörkt kan du styra den med en fotoresistor. En fotoresistor är ett ljuskänsligt motstånd. Ju starkare ljus som lyser på fotoresistorn, desto mindre blir resistansen genom motståndet. Fotoresistorer kan bland annat användas för att styra belysning så att lampor tänds automatiskt när det blir mörkt.
216
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 216
2018-01-02 14:55
Tolerans Multiplikator Andra siffra Första siffra
Termistor När ugnen nått rätt temperatur slås värmen av. Det sker med hjälp av en termostat som reglerar värmen. En termostat innehåller ofta en termistor. En termistor är ett värmekänsligt motstånd. Det fin s två olika typer där motståndet i termistorn antingen ökar eller minskar vid ökad temperatur. Termistorer används förutom i termostater också i termometrar och som överhettningsskydd.
Diod Det fin s två olika typer av elektrisk spänning; likström och växelström. Likström har en fast plus- och minuspol och går alltså alltid i samma riktning. Batterier levererar likström. I växelström byter strömmen riktning hela tiden. I Sverige använder vi oss av 230 volts växelström i våra vägguttag. Strömmen byter riktning 50 gånger per sekund (50 Hertz). En diod släpper bara igenom ström åt ett håll. Det gör att dioden kan göra om växelström till likström. Den fungerar som en likriktare.
K B
Lysdiod Lysdioden (LED, light emitting diode) är en diod som lyser när ström går genom den. I dag fin s lysdioder i olika färger; röda, gröna, gula, orange, blå och vita. Det fin s också lysdioder som kan växla färg. LED-lampor har utvecklats mycket snabbt de senaste åren och har många fördelar jämfört med den traditionella glödlampan. De är mycket strömsnålare och de håller längre. Eftersom lysdioden är en diod släpper den bara igenom ström åt ena hållet. Utvecklingen av de blå lysdioderna gav Nobelpriset i fysik år 2014.
NPN B
K E
NPN
E E
PNP
PNP
B
E K K
B B
K E
NPN
E B K
PNP
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
1
217
1 192-223_Kapitel 7.indd 217
2018-01-02 14:55
PlusSidor Transistor Transistorn är en av 1900-talets största uppfinni gar och i dag fin s transistorer i nästan alla elektroniska apparater. Transistorn har två vanliga användningsområden; som förstärkare eller som strömbrytare. Transistorn har tre anslutningar. De kallas för emitter (E), bas (B) och kollektor (K). En liten ström till basen gör att transistorn leder en ström mellan kollektor och emitter. Det gör att transistorn kan fungera som grundenheten i ett digitalt system med binära signaler, alltså en dator (se Grindar och IC-krets). En modern dator har små chip som innehåller åtskilliga miljoner transistorer. Det fin s två olika typer av transistorer (NPN och PNP) beroende på vilken väg huvudströmmen skall gå genom dem. I en NPN-transistor går strömmen ut genom emittern och i en PNP-transistor går strömmen in genom emittern. På symbolerna intill ser du skillnaden.
K K
B B
E EK
NPN NPN
B NPN
E E
B B
E K K E
PNP PNP
B K
PNP
Kondensator Kondensatorn går att ladda upp och kan liknas vid ett litet uppladdningsbart batteri. Den används bland annat i kamerablixtar och i bilens tändning. Den används också till att stabilisera spänning och för att spärra likström. Kondensatorns laddningsförmåga mäts i Farad (F).
1 1
Grindar och IC-krets Inom digitaltekniken använder man endast två tillstånd 1 eller 0, på eller av. En transistor kan användas som strömbrytare – av eller på. Genom att koppla transistorer på olika sätt kan man få fram olika kretsar som kallas för grindar. De används som delar på kretskort till exempelvis miniräknare, mobiltelefoner och datorer.
1& &
≥&1 ≥1
≥1 218
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 218
2018-01-02 14:55
En IC-krets består av många grindar tillsammans. På så sätt kan man få fler unktioner på liten yta.
På moderkortet i en dator sitter det många olika elektronikkomponenter.
Grindarna använder sig av logiska villkor. Det fin s tre grundläggande funktioner: OCH-, ELLER- samt ICKEfunktioner. Man använder sig av de engelska orden AND, OR och NOT. Varje grind har en eller flera i gångar och en utgång som alltid är 1 eller 0. NOT NOT-grinden inverterar in- och utgång. Om ingången är 1 blir utgången 0, om ingången är 0 blir utgången 1. AND AND–grinden har minst två ingångar. Vi kan kalla dem för a och b. Utgången blir 1 endast om a och b är 1. Om a eller0b 0 eller båda två är 0 blir utgången 0. 1 0
OR OR-grinden har också minst två ingångar. Utgången blir 0 endast om båda ingångarna är 0. Om a eller b är 1 blir utgången 1.
1
1
0
0 1
1 0
0
0 0 0
1
0 1 0 0 1 0
0
0 1
0
1 1
0 0 0 1 0 0
0 0
1 0
0
0
0 1
1
0
0 1
0
0 0
0 1 1 1
0 1
0
1 1
0
0 1
1
0 1
0 1 1 1
1 1
1
1 1
0
1
1
1 programmering 7. Styrteknik, 1reglerteknik1 och 1 0
192-223_Kapitel 7.indd 219
1
1
1
219
2018-01-02 14:55
Uppslaget KOMMER DU IHÅG?
FÖRKLARA BEGREPPEN
1. Vad menas med styrteknik?
■■
Pneumatik
2. Vad menas med reglerteknik?
■■
3. Vad är det för likhet och skillnad på pneumatik och hydraulik?
Hydraulik
■■
Sensor
4. Ge ett exempel på styrning.
■■
Algoritm
5. Ge ett exempel på reglering.
■■
Binärt talsystem
6. När har man nytta av återkoppling?
■■
Blockprogrammering
■■
Autonoma fordon
■■
Elektrisk krets
■■
IC-krets
7. Varför går det lättare att styra en bil med servostyrning? 8. Ge några olika exempel på hur man kan fjärrstyra apparater. 9. Vad kan sensorer användas till? 10. Vad är en termistor och till vad kan man använda den? 11. Vad är en fotoresistor och till vad kan man använda den? 12. Beskriv någon teknisk lösning som styrs med hjälp av programmering och hur det går till. 13. Varför har datorn ett programmeringsspråk och människorna ett annat?
FUNDERA OCH VÄRDERA
1. Alltmer i vår vardag blir digitaliserat. Redogör för fördelar och risker med detta. 2. Nu fin s teknik för självkörande fordon. Redogör för några fördelar. Vad behöver man utveckla för att tekniken ska fungera fullt ut?
BESKRIV OCH ANALYSERA
1. Beskriv skillnaden mellan styrteknik och reglerteknik. 2. Beskriv likheter och skillnader mellan pneumatik och hydraulik. 3. Beskriv hur man kan använda sig av mekanikens gyllene regel i hydraulik. 4. På vilket sätt kommer du i kontakt med termostater i din vardag? 5. Förklara skillnaden mellan programstyrd och återkopplingsstyrd reglerteknik. 6. Vilka tekniska lösningar i ditt hem innehåller elektronik? 7. Hur skulle man kunna använda reglerteknik för att förbättra säkerheten i trafiken?
3. Vilka för- och nackdelar har Internet?
220
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 220
2018-01-02 14:55
VAD TROR DU? Nej, om det händer något oväntat så behövs en pilot som kan ta över spakarna.
Skulle du vilja åka i ett plan utan pilot?
Ja, en mänsklig pilot kan bli trött och göra misstag. Det gör inte en dator. Nej, datorer kan hackas och tas över av terrorister eller andra kriminella.
Ja, det blir mycket billigare att flyga när man slipper betala piloternas löner.
VAD SER DU I BILDEN?
Var fin s styrning och reglering i bilden? Motivera.
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 221
221
2018-01-02 14:55
Praktiska uppgifter 1. Olika styrningar
a) Ge några exempel på tekniska system som kan använda • fjärrstyrning • tidsstyrning • röststyrning
En trappkontakt är en omkopplare med tre poler (1, 2 och 3), se figu en. Man kan koppla ihop antingen 2 och 1 eller 2 och 3. a) Rita en skiss som visar hur du kopplar samman två omkopplare med lampan och batteriet så att du kan tända och släcka från båda håll. b) Gör kopplingen som du ritat. c) Hur gör man om man vill ha tre strömbrytare som ska kunna slå på och av samma lampa?
• automatisk styrning • datorstyrning. b) Beskriv hur du tror att de olika systemen fungerar. c) Hur tror du att det blir i framtiden? Diskutera i par eller i grupp.
2. Mekanisk styrning
Du behöver: Wellpapp eller kartong, påsnitar, tejp, lim, ståltråd. Hur fungerar egentligen styrningen av locket på en pedalhink? Bygg en egen konstruktion som fungerar på samma sätt. Kanske kan du komma på andra typer av mekanisk styrning?
4. Serie- och parallellkopplingar av resistorer
Du behöver: En kopplingsplatta, en batterihållare och ett 9 V batteri, kopplingssladdar, en lysdiod, tre resistorer 330 Ω. Du ska göra några olika kopplingar med komponenterna ovan. Obs! Lysdioderna går sönder om du inte kopplar in ett motstånd i kretsen. a) Rita en krets där du kopplar ihop
3. Trappkontakter
Du behöver: 2 trappomkopplare, en lamphållare, en glödlampa, sladdar och ett batteri. Trappkontakter sitter uppe och nere i en trappa. Om lampan i trapphuset är tänd så kan du släcka den både om du står uppe eller nere. Är lampan släckt så kan du tända den både uppe och nere.
222
• ett batteri, en resistor och en lysdiod. • ett batteri, tre seriekopplade resistorer och en lysdiod • ett batteri, tre parallellkopplade resistorer och en lysdiod. b) Gör kopplingarna. c) Vilka slutsatser drar du angående serie- och parallellkoppling av resistorer?
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 222
2018-01-02 14:55
+
5. Serie- och parallellkopplingar av lysdioder
Så här fungerar volymkontrollen till en högtalare. Ändra nu din koppling så att den ser ut så här:
Du ska göra några olika kopplingar med komponenterna ovan. Obs! Lysdioderna går sönder om du inte kopplar in ett motstånd i kretsen. a) Rita en krets där du kopplar ihop • ett batteri, en resistor och en lysdiod.
+
Du behöver: En kopplingsplatta, en batterihållare och ett 9 V batteri, kopplingssladdar, tre lysdioder, en resistor 330 Ω.
Vad händer med lamporna när du vrider på potentiometern? Så här fungerar balanskontrollen på två högtalare.
• ett batteri, tre seriekopplade lysdioder och en resistor. • ett batteri, tre parallellkopplade lysdioder och en resistor. b) Gör kopplingarna. c) Vilka slutsatser drar du angående serie- och parallellkoppling av lysdioder?
6. Koppling med ett ställbart motstånd
Du behöver: En kopplingsplatta, en batterihållare och ett 9 V batteri, kopplingssladdar, två glödlampor och en potentiometer 100 kΩ.
I hemmet fin s i dag saker som vi styr och reglerar med hjälp av programmering, till exempel robotdammsugare. Tänk att du har fått i uppdrag att förbereda programmering av en självspolande toalett. a) Beskriv de olika stegen som krävs för att toaletten ska kunna spola efter att någon har använt den. Beskriv från det att någon lyfter locket och alla steg fram till att det är spolat. b) Om du gör om dina steg till ett programmeringsspråk, skulle det då innehålla if-satser? Beskriv var if-satserna behövs i dina steg. c) Välj ett programmeringsspråk och översätt dina steg till ett program.
+
Koppla en krets där du kan höja och sänka ljusstyrkan i en glödlampa med hjälp av en potentiometer. Koppla som du ser på kopplingsschemat.
7. Programmera en självspolande toalett
223
+
7. Styrteknik, reglerteknik och programmering
192-223_Kapitel 7.indd 223
2018-01-02 14:55
TEKNIK direkt
TEKNIK Direkt • har en tydlig struktur och koppling till centralt innehåll åk 7–9 i Lgr11
• består av åtta kapitel med tydliga och konkreta
kunskapsbeskrivningar, välskrivna och berättande texter samt vardagsnära uppgifter
TEKNIK Direkt
• innehåller programmering anpassad till den reviderade kursplanen • har en uttömmande Sammanfattning efter varje kapitel och Plussidor som erbjuder ett fördjupat innehåll
• har Uppslaget med kontrollfrågor, sökfrågor, diskussionsfrågor
och fördjupande frågor med koppling till förmågorna i Lgr11 samt Praktiska uppgifter som är konkreta uppgifter att göra enskilt, i par eller i grupp
• avslutas med facit som har förslag på svar till kontrollfrågorna och en begreppslista som förklarar centrala teknikbegrepp
Teknik Direkt består av läroboken och en lärarhandledning. I lärarhandledningen finns hjälp för planering och bedömning, svar och kommentarer till frågorna och de praktiska uppgifterna i läroboken, ytterligare praktiska uppgifter samt prov med bedömningsstöd. Teknik Direkt finns också som digitalt läromedel och som onlinebok.
ISBN 978-91-523-3801-8
Teknik Direkt Omslag.indd 1
2018-01-03 11:47