TÉLESCOPE ETX90PE-LNT Contrat contrôleur moteur

Transcription

Baccalauréat STI Électronique 2010
Épreuve de construction électronique
TÉLESCOPE ETX90PE-LNT
Contrat contrôleur moteur
Académie d'Aix-Marseille
Lycées technologiques de la Méditerranée et de Don Bosco
Contrat Controleur moteur (V1.0).odt - 18/01/10
Thème 2010 : Télescope ETX90PE-LNT
1/19
Contrat Controleur moteur (V1.0)
Sommaire
Le déroulement de l'épreuve..........................................................................................3
L'astronomie...................................................................................................................5
Le télescope ETX90PE-LNT de Meade............................................................................6
1 -Questions d'ordre général...............................................................................................................6
2 -Utilisation du télescope...................................................................................................................6
2.1 -1ère mise en service................................................................................................................6
2.2 -Configuration...........................................................................................................................7
2.3 -Utilisation.................................................................................................................................7
2.4 -L'alignement automatique.......................................................................................................7
2.5 -Stellarium ................................................................................................................................7
3 -Communications entre les objets techniques.................................................................................8
3.1 -La communication entre l'Autostar et les cartes moteur.......................................................8
3.2 -La communication entre l'Autostar et le LNT........................................................................8
4 -Étude du matériel............................................................................................................................9
4.1 -L'alimentation..........................................................................................................................9
4.2 -La motorisation........................................................................................................................9
Le système didactisé.....................................................................................................10
5 -Analyse fonctionnelle....................................................................................................................10
6 -Distribution des alimentations......................................................................................................10
6.1 -Raquette - Télescope - Contrôleur moteur – Capteurs optiques – Carte alignement..........10
6.2 -Raquette - Contrôleur moteur – Capteurs optiques.............................................................11
6.3 -Raquette – Carte alignement.................................................................................................11
7 -Fabrication et tests.......................................................................................................................12
8 -L'alimentation................................................................................................................................12
9 -Le capteur optique........................................................................................................................13
9.1 -Étude de la fonction « Capter la rotation du moteur »........................................................13
9.2 -Étude de la fonction « Calibrer le capteur optique »...........................................................13
10 -La commande du moteur............................................................................................................15
10.1 -Étude de la fonction « Moduler la tension d'alimentation du moteur »............................15
11 -La régulation de vitesse..............................................................................................................16
11.1 -Étude de la fonction « Mesurer le déplacement angulaire du moteur »..........................16
11.2 -Étude de la fonction « Réguler la vitesse du moteur ».....................................................18
12 -La communication entre le contrôleur moteur et la raquette...................................................19
12.1 -Étude de la fonction « Communiquer avec la raquette »...................................................19
13 -Validation du fonctionnement du contrôleur moteur.................................................................19
2/19
Le déroulement de l'épreuve
Deux éléments interviennent dans l’épreuve :
▪
Le dossier fourni par le candidat.
▪
L’oral face au jury composé d’un professeur de Physique Appliquée et d’un professeur de
Construction Électronique, lesquels professeurs ont pris connaissance au préalable du dossier
proposé par le candidat.
Déroulement de l’épreuve :
Épreuve orale, durée 40 minutes :
▪
Environ 10 minutes d’exposé du candidat présentant son travail.
▪
Environ 20 minutes d’interrogation ayant trait à l’exposé ou au contenu du dossier.
▪
Environ 10 minutes d’expérimentation matérielle et/ou logicielle.
L’évaluation
L’épreuve a pour coefficient 9 :
▪
2 points affectés à la notation du dossier du candidat. La non production d’un dossier original
(exemple : deux dossiers identiques photocopiés) entraîne ipso facto la non évaluation par les
membres du jury des dossiers incriminés. De plus, les membres du jury s’assureront lorsque
les documents fournis par le candidat sont des originaux, que le candidat en est bien l’auteur.
▪
7 points affectés à la notation de la prestation orale du candidat (1 point pour l'exposé oral de
10mn, 4 points pour les 20mn de questions et 2 points pour les 10mn de TP).
▪
Outre le dossier et la prestation orale permettant l’évaluation du candidat, les membres du jury
ont accès à la Fiche Livret Scolaire du candidat établie par l’équipe pédagogique de
l’établissement (professeurs de Physique Appliquée, de Construction Mécanique, de
Construction Électronique). A la vue des informations portées sur cette fiche, les membres du
jury peuvent, si cela s’avère judicieux, ajuster la note du candidat si la Fiche Livret Scolaire
traduit un résultat scolaire plus satisfaisant que la prestation à l’examen. En conséquence la
note pourra être augmentée. Les points additionnels éventuels affectés au candidat ne peuvent
excéder 2 points sur 20.
Le jour de l’oral, l’élève se présentera muni de :
▪
Un double de son dossier,
▪
Les documentations techniques nécessaires à l’analyse des fonctions citées au contrat.
▪
Un diaporama pourra être projeté à l’initiative du candidat mais la « forme » ne devra pas
prendre le pas sur le « fond ». L’exploitation des documents et divers schémas se fera sur
transparents ou diapos.
Le dossier du candidat
Le dossier fourni par le candidat doit être une production personnelle. Il n’excédera pas 50 pages. Il
peut être dactylographié ou manuscrit, le choix étant laissé au candidat. Un dossier manuscrit est tout à
fait recevable dès lors qu’il est soigné, correctement présenté, clair et propre. Dans les deux cas, seuls des
documents originaux présentés dans le dossier sont recevables et susceptibles d’une évaluation. Le dossier
devra être paginé.
3/19
Doit apparaître dans le dossier :
▪
Une page de garde stipulant le nom du candidat, son établissement, le nom du contrat qui lui a
été confié, le nom des coéquipiers.
▪
Un sommaire.
▪
La rédaction claire des compte-rendus des études demandées dans le contrat.
▪
Les études des fonctions doivent être illustrés par des extraits de schémas structurels et de
documentation constructeur s'ils sont exploités, des résultats de mesures, de simulations...
▪
La liste des TP de physique appliquée effectués
▪
Le TP de contrôle de Physique Appliquée.
▪
Les comptes-rendus des travaux pratiques de Construction Mécanique.
Contenu du dossier / Épreuve orale
Ce tableau précise à minima quel doit être le contenu de votre dossier et les points sur lesquels vous serez
évalué lors de l'épreuve orale.
Dossier
Interrogation
orale
Travaux
Pratiques
Présentation :
•
La problématique : Observer facilement un objet céleste
•
L'astronomie


Le télescope ETX90PE-LNT de Meade :
•
Questions d'ordre général


•
Utilisation du télescope



•
Communications entre les objets techniques



•
Étude du matériel

Le système didactisé :
•
Analyse fonctionnelle

•
Distribution des alimentations

•
Fabrication et tests
•
Étude des fonctions demandées dans le contrat
•
Validation du fonctionnement de la carte didactisée





Lors de l'évaluation orale, il sera demandé au candidat de resituer dans le thème les supports des TP de
physique présentés dans le dossier et d'en expliquer leur fonctionnalité.
4/19
L'astronomie
L'astronomie
•
Définir le terme astronomie.
•
Avec quel autre mot ne doit-il pas être confondu ?
•
Définir les objets célestes suivants :
•
étoile
•
planète
•
satellite
•
constellation
•
système solaire
•
galaxie
•
voie lactée
•
Comment repérer depuis la Terre un objet céleste dans le ciel ?
•
Qu'est-ce que le catalogue « Messier » ? Donner un exemple.
•
Qu'appelle-t-on magnitude ?
•
Pourquoi la date, l'heure et le lieu d'observation sont des paramètres importants pour le repérage d'un
objet céleste ?
•
Distinguer les deux instruments d'observation que sont la lunette astronomique et le télescope.
•
Différencier les télescopes de Newton et Cassegrain.
•
Expliciter les termes d'optique :
•
objectif
•
oculaire
•
longueur focale
•
rapport d'ouverture f/D
•
monture
•
Expliquer pourquoi la motorisation d'un télescope est souhaitable.
•
Quelles sont les différentes montures d'un télescope ? Expliquer brièvement.
5/19
Le télescope ETX90PE-LNT de Meade
1 - Questions d'ordre général
•
Pourquoi le diamètre et la longueur focale de l'objectif sont des critères de choix importants d'un
télescope ?
•
Donner les valeurs correspondantes pour l'ETX-90PE.
•
Exprimer la formule du grossissement d'un télescope.
•
Donner une application numérique à partir des caractéristiques du télescope ETX-90PE (oculaire au
choix de l'élève).
•
Énumérer les fonctions (modules) électroniques embarquées dans le LNT.
•
Quel est le nom donné au dispositif de visée ? Décrire brièvement sa composition et son utilisation.
•
Identifier les différents Objets Techniques de l'ETX-90PE.
•
Quel nom est donné à la raquette de commande des télescopes série ETX de Meade ?
•
Décrire brièvement le rôle de chacune de ses touches.
•
Indiquer le rôle des six menus principaux de l'Autostar.
•
Détailler et expliquer les étapes d'une procédure d'alignement d'un télescope classique (Sans LNT) sur
une monture équatoriale.
2 - Utilisation du télescope
Vous devez être capable d'utiliser et de configurer correctement le télescope. Pour cela, utilisez le mode
d'emploi et le matériel qui est à votre disposition. Les étapes ci-dessous doivent vous permettre
d'appréhender le fonctionnement du système. Cependant, rien ne saurait remplacer votre propre
curiosité pour tout comprendre.
2.1 - 1ère mise en service
• Suivre la procédure « Démarrage rapide » du mode d'emploi pour mettre en service le télescope.
Remarque : Le télescope a certainement déjà été configuré précédemment. Il est donc nécessaire de faire
un RESET de l'Autostar pour effectuer normalement la 1ère mise en service.
•
L'extrait de la procédure de « Démarrage rapide » du mode d'emploi donné ci-dessous correspond à
une ancienne version du firmware de l'Autostar. Rédiger la procédure correcte.
Extraits du paragraphe « Démarrage rapide » de la documentation du télescope ETX90PE-LNT
Mettez l’interrupteur d’alimentation en position ON. Un message de droit d'auteur apparaît sur l’affichage à cristaux liquides de l’Autostar,
suivi d’un avertissement sur le danger d’observer le Soleil. Appuyer sur la touche indiquée par le message de l’autostar pour accepter
l'avertissement sur le Soleil.
Le message "Getting Started" s'affiche. Appuyez sur ENTER pour passer ce message.
L'Autostar affiche alors : "Location Option: 1-Zipcode 2-City”". La fonction Zipcode est réservée à la mise en station en un lieu situé aux
États Unis d’Amérique.
Appuyez sur la touche 2 si vous voulez saisir le lieu de votre site d’observation dans la liste de pays et de villes. D'abord, à l’aide de la
touche de défilement, faites défiler les pays (inscrit par ordre alphabétique). Appuyez sur ENTER quand le pays souhaité s’affiche.
Ensuite, toujours à l’aide de la touche de défilement, faites défiler la liste de villes (elles aussi inscrites par ordre alphabétique). Appuyez
sur ENTER quand la ville la plus proche s’affiche.
"Modèle Télescope" s’affiche. A l’aide des touches de défilement, faites défiler la liste en boucle des modèles de télescope et appuyez
sur ENTER quand le modèle souhaité s’affiche.
L’écran affiche maintenant "Setup : Align."
Utilisez les flèches de la raquette de commande pour diriger le télescope vers le haut/bas et vers la droite/gauche, notamment pour
centrer les objets dans le champ de vision de l’oculaire.
Pour changer la vitesse de déplacement, appuyez sur une des touches numérotées de 1 à 9. 1 étant la vitesse la plus lente et 9 est le
plus rapide.
Assurez-vous que la commande de basculement du miroir est en position “UP”.
Pour repérer un objet, regardez dans le viseur en plaçant votre œil dans l’axe du viseur, sur côté du télescope, en orientant votre regard
parallèlement au tube principal. Faites la mise au point à l’aide de la molette.
6/19
2.2 - Configuration
•
Configurer le lieu d'observation en ajoutant un nouveau site (par exemple le lycée en recherchant ses
coordonnées géographiques sur www.geoportail.fr).
•
Effectuer la calibration des moteurs (nécessaire par exemple pour utiliser l'Autostar sur un autre
télescope).
•
Régler la date et l'heure.
2.3 - Utilisation
•
Rechercher à l'aide de l'Autostar la date de la prochaine éclipse totale du soleil.
•
Rechercher, également à l'aide de l'Autostar, l'heure du lever de la lune à Houston (Texas) le jour où
Apollo 11 s'est posé dans la Mer de la Tranquillité.
2.4 - L'alignement automatique
•
Compléter l'algorithme suivant correspondant à la phase d'alignement automatique :
DEBUT
Affichage « ©06 Meade[42F] AUTOSTAR »
Bip
Affichage « Bienvenue sur AUTOSTAR »
Affichage : « 0 pour aligner MODE pour menu »
Attente appui sur Touche « 0 » ou « MODE » (Si Touche « 0 » : Pas d'alignement automatique → FIN)
Affichage : « Temps obtenant »
...
2.5 - Stellarium
Connecter l'Autostar à un PC par la liaison série. Exécuter le logiciel Stellarium de sorte que la
communication s'établisse avec le télescope (un cercle indiquant la partie du ciel pointée par le télescope
doit être visible sur Stellarium).
•
Indiquer à Stellarium les coordonnées géographiques de votre lieu d'observation.
•
Noter les coordonnées de la partie du ciel pointée par le télescope au moment de sa mise sous tension
(après le bip) puis après avoir appuyé sur « MODE » (sans faire l'alignement automatique).
•
Observer la phase d'alignement automatique et compléter sur l'algorigramme précédent, la position du
télescope pour les étapes importantes de l'alignement.
•
Il est possible d'utiliser toutes les fonctionnalités de l'Autostar comme si l'on se trouvait en pleine nuit
un train d'observer les étoiles. Stellarium montre ce que l'on devrait voir dans l'oculaire du télescope !
Par exemple on peut pointer un astre proposé dans le menu « Tour Guide » et vérifier sur Stellarium le
pointage.
•
Stellarium permet d'accélérer ou de reculer le temps. Vérifier si la prochaine éclipse totale du soleil
sera visible de votre lieu d'observation.
7/19
3 - Communications entre les objets techniques
•
Identifier la partie du télescope où les signaux électriques associés aux informations du système sont
redistribuées. Décrire sa constitution
•
Nommer les différentes liaisons intervenant dans les échanges d'informations
•
Décrire les signaux électriques associés aux liaisons nommées précédemment.
3.1 - La communication entre l'Autostar et les cartes moteur
•
Flécher le cheminement des informations échangées entre la raquette et le contrôleur moteur AZ. (à
effectuer sur le schéma de câblage du télescope)
•
La trame suivante a été relevée sur le cordon reliant l'Autostar au télescope (CH1 : AZ_CLK ; CH2 :
AZ_DATA). Repérer les informations transmises et interpréter le message :
•
A l'aide d'un cordon adapté et d'un oscilloscope numérique, capturer et interpréter une trame de
communication lors de la rotation d'un moteur. Indiquer les conditions de mesure (moteur, vitesse,
sens de rotation).
3.2 - La communication entre l'Autostar et le LNT
•
Flécher le cheminement des informations échangées entre la raquette et le module L.N.T. (à effectuer
sur le schéma de câblage du télescope)
•
La trame suivante a été relevée sur le cordon reliant l'Autostar au télescope (CH1 : AUX_CLK ; CH2 :
AUX_DATA). Repérer les informations transmises, indiquez les octets émis par l'Autostar et ceux
envoyés par le LNT. Interpréter le message :
AUX_CLK
AUX_DATA
•
A l'aide d'un cordon adapté et d'un oscilloscope numérique, capturer et interpréter la communication
sur le bus AUX lors du BIP à la mise sous tension du télescope.
8/19
4 - Étude du matériel
4.1 - L'alimentation
•
Mesurer le courant consommé pour les différentes situations suivantes :
•
télescope au repos
•
dans le cas du suivi d'une étoile
•
pour les différentes vitesses de rotation des moteurs.
•
pour les différentes vitesses de rotation du moteur d'azimut
•
pour les différentes vitesses de rotation du moteur d'altitude
•
Estimer l'autonomie du télescope en admettant qu'il ne fait que du suivi d'étoile et qu'il est alimenté
par des piles rechargeables (Voir document constructeur ENERGIZER NH15-2450). Comparer avec les
caractéristiques du télescope données par Meade dans le mode d'emploi.
•
Donner la tension d'alimentation du télescope lorsqu'il est alimenté par piles alcalines, par piles
rechargeables et lorsque les piles rechargeables sont déchargées.
4.2 - La motorisation
•
A partir des mesures de consommation effectuées précédemment, estimer le courant consommé par le
moteur d'azimut à pleine vitesse.
•
Mesurer la vitesse de rotation du télescope à pleine vitesse puis à partir de la documentation du
moteur et de la valeur du rapport de réduction, déduire la vitesse de rotation du moteur à plein régime.
•
Vérifier que le moteur MDP 1.16.011 est bien adapté.
9/19
Le système didactisé
5 - Analyse fonctionnelle
•
Repérer l'objet technique que vous devez étudier sur le schéma fonctionnel de degré 1.
•
Indiquer le rôle et la nature de ses entrées / sorties.
6 - Distribution des alimentations
L'alimentation des cartes didactisées dépend de la configuration utilisée. Il peut éventuellement être
nécessaire d'alimenter indépendamment une ou plusieurs carte(s).
6.1 - Raquette - Télescope - Contrôleur moteur – Capteurs optiques – Carte alignement
•
Le télescope étant alimenté par les piles, vérifier que l'ensemble des cartes est bien alimenté. Pour
cela, tracer le parcours du courant d'alimentation sur le schéma.
PILES
Bornier
débrochable
J1
VBATT
2
1
Alignement
1
2
3
4
VBATT
RJ11 femelle
Connecteur AUX
JP4
1
2
3
4
5
6
7
8
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
Connecteur HBX
RJ45 femelle
Télescope
VCC = 5V
1
2
3
4
VBATT
VBATT
D2
VCC
RJ45 femelle
Connecteur
Raquette
D2
RÉGULATEUR
5V
VO
3
J4
VCC = 5V
HE10
Vers carte
Controleur Moteur
NAPPE
2
Raquette
10 fils
10 10
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
GND
VI
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Capteurs
optiques
VALIM
1
3
J7
Vers Facade
Télescope
1
2
3
4
5
6
7
8
8
7
6
5
4
3
2
1
2
1
D1
VO
vers carte
MOTEUR AZ
RJ45 femelle
Port HBX
Vers Telescope
J2
VI
1
2
3
4
J6
J1
5V
1
RJ45 femelle
Vers Raquette
ou Port AUX
RJ45 male
Bornier
débrochable
RÉGULATEUR
D2
VALIM
JP3
1
2
3
4
5
6
7
8
RJ45 male
VBATT
1
2
3
4
CORDON CROISÉ TORSADÉ
D1
1
2
3
4
5
6
7
8
GND
1
2
3
4
J4
1
2
3
4
5
6
7
8
2
CORDON TORSADÉ RJ4/RJ8
JP6
HE10
Vers carte
Capteurs optiques
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
J2
J1
1
2
Bornier
débrochable
VCC
VBATT
D1
RÉGULATEUR
5V
1
VI
VO
3
VCC = 5V
2
GND
VALIM
Controleur moteur
10/19
6.2 - Raquette - Contrôleur moteur – Capteurs optiques
Rechercher sur quel connecteur d'alimentation (J1) il est nécessaire de brancher une alimentation
externe afin d'alimenter l'ensemble des cartes. Pour cela, tracer le parcours du courant d'alimentation
sur le schéma.
Vers Facade
Télescope
J6
1
2
3
4
5
6
7
8
RJ45 m ale
J7
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
D2
VBATT
VCC
RJ45 fem elle
Connecteur
Raquette
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Capteurs
optiques
8
7
6
5
4
3
2
1
J4
NAPPE
10 fils
HE10
Vers carte
Controleur Moteur
10 10
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
•
RJ45 m ale
J1
J1
8
7
6
5
4
3
2
1
2
1
1
2
D2
VBATT
VCC
VBATT
D1
HE10
Vers carte
Capteurs optiques
J2
RJ45 fem elle
Port HBX
Vers Telescope
J2
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Bornier
débrochable
D1
Bornier
débrochable
VALIM
RÉGULATEUR
RÉGULATEUR
5V
1
5V
1
VALIM
VI
VO
VCC = 5V
2
2
Raquette
3
GND
VO
VCC = 5V
GND
VI
3
Controleur moteur
6.3 - Raquette – Carte alignement
•
Proposer une solution permettant d'alimenter l'ensemble des cartes. Pour cela, tracer le parcours du
courant d'alimentation sur le schéma.
Bornier
débrochable
J1
VBATT
2
1
Alignement
D1
1
2
3
4
5
6
7
8
8
7
6
5
4
3
2
1
RJ45 male
VBATT
RÉGULATEUR
D2
VALIM
5V
1
VI
VO
3
VCC = 5V
GND
J4
1
2
3
4
5
6
7
8
2
RJ45 femelle
Vers Raquette
ou Port AUX
RJ45 male
Bornier
débrochable
J1
RJ45 femelle
Port HBX
Vers Telescope
VBATT
8
7
6
5
4
3
2
1
2
1
J2
D1
D2
VALIM
RÉGULATEUR
5V
VI
VO
3
VCC = 5V
Raquette
2
GND
1
11/19
7 - Fabrication et tests
Se référer au document annexe qui explique la procédure de montage et de test de la carte.
8 - L'alimentation
Étude de la fonction « Alimenter »
Analyser cette fonction et notamment préciser les points suivants :
•
Indiquer le rôle de cette fonction et la nature des entrées / sorties.
•
Reproduire l'extrait du schéma structurel correspondant à cette fonction. Vous flécherez par la suite
toutes les grandeurs citées dans votre étude.
•
Dessiner le schéma fonctionnel du 2ème degré et repérer les structures associées.
•
Préciser le rôle et le dimensionnement de chaque composant.
•
Expliquer comment et contre quoi cette alimentation est protégée.
•
Effectuer l'étude thermique du régulateur afin de justifier le choix d'un boitier TO220 plutôt qu'un
TO92 :
•
Dans les conditions de fonctionnement normale (en mesurant le courant consommé par la carte au
repos et lors de la rotation du moteur)
•
Dans le cas le plus défavorable (conditions de fonctionnement extrêmes : tension d'entrée et
courant fourni maximums)
•
Justifier le choix de la technologie du régulateur (comparativement à un 78L05 par exemple).
•
Justifier le choix de la technologie des diodes Schottky (comparativement à une 1N4007 par exemple).
•
Produire un tableau de caractéristiques faisant apparaître les valeurs minimum et maximum des
grandeurs suivantes :
•
•
Tension d'entrée
•
Tension de sortie VCC
•
Courant de sortie pour VCC
Conclure sur la capacité de cette fonction à alimenter convenablement la carte.
Analyse du courant de démarrage du moteur :
Au moment de son démarrage, un moteur consomme un courant important. Pour limiter ce pic de courant,
la mise en rotation du moteur n'est pas brutale mais suit une rampe d'accélération progressive.
L'objet de cette étude est de montrer que le démarrage progressif du moteur ainsi que le choix d'un fusible
temporisé permettent de s'affranchir de cette contrainte. Pour cela, il est demandé de :
•
Mesurer à l'oscilloscope le pic de courant consommé par la carte lors du démarrage du moteur
(remplacer le fusible par la résistance Rshunt de 1Ω, sans limiter le courant d'alimentation et
commander directement le moteur en positionnant JP7 sur la droite et en appliquant le potentiel
adéquat sur JPWM).
•
Effectuer la même mesure mais en pilotant le moteur à l'aide de la raquette.
•
Justifier le choix d'un fusible temporisé et du démarrage progressif du moteur.
•
A l'aide de la documentation constructeur du moteur, vérifier que le fusible protège correctement le
moteur lors d'un éventuel blocage de celui-ci.
•
Conclure
12/19
9 - Le capteur optique
9.1 - Étude de la fonction « Capter la rotation du moteur »
L'étude de cette fonction fait l'objet d'un TP de physique appliquée. Il est conseillé de s'y référer.
Présentation
Pour cette étude, programmer la carte avec le projet : étude du fonctionnement du capteur.mcp
Ce programme vous permet :
•
De commander la rotation du moteur à vitesse maximale dans les deux sens avec le bouton BP1.
•
D'augmenter progressivement le courant dans la LED infrarouge du capteur avec le bouton BP2.
Travail demandé
•
•
•
Expliquer le fonctionnement de la structure construite autour de U3:A et U3:B.
Justifier la présence de R15 et R16.
•
Enlever le cavalier JPK et placer un ampèremètre pour mesurer le courant dans LED3.
Visualiser les signaux E1 et ENCA avec un oscilloscope.
•
Le moteur étant en marche, étudier et expliquer l'influence de l'intensité de i LED3 sur l'allure des
signaux E1 et ENCA lorsque l'on fait varier le courant dans la LED.
•
Régler le courant dans LED3 afin d'avoir un rapport cyclique d'environ 50% pour ENCA.
Relever simultanément les signaux ENCA et ENCB pour les deux sens de rotation du moteur. En
déduire comment ces signaux permettent de détecter le sens de rotation du moteur.
Restructuration :
On souhaite évaluer la possibilité de remplacer la structure à base de résistances pondérées (R3 à R8) par
une structure du type R-2R. Pour cela, il est demandé de :
•
Redessiner le schéma structurel de cette fonction avec une structure R-2R.
•
Simuler le fonctionnent de cette structure (indiquer le courant fourni à LED3 pour chaque sortie du
PIC).
•
Tracer l'évolution du courant I LED3 en fonction de la valeur numérique du mot [RLED6..RLED1]
•
Conclure en comparant les avantages et les inconvénients de chaque structure.
9.2 - Étude de la fonction « Calibrer le capteur optique »
Présentation
Projet MPLAB utilisé : calibration capteur.mcp
La calibration est réalisée à l'aide de la fonction calibration_capteur() qui ajuste le courant dans la LED
infrarouge pour obtenir un fonctionnement optimal du capteur.
Cette fonction recherche la première et de la dernière valeur du courant iLED3 pour lesquelles les signaux
ENCA et ENCB sont rectangulaires. La valeur de configuration retenue correspond à la moyenne ces deux
valeurs, elle est stockée dans la variable config_led.
Le micro-contrôleur PIC utilise les ressources suivantes :
•
Le PORTB pour faire varier le courant dans la LED infrarouge.
•
Le module CCP1 et le Timer2 pour générer le signal PWM de commande du moteur.
La fonction « capture » du module « MOTION FEEDBACK MODULE ». Cette fonctionnalité permet de
mesurer la durée entre deux fronts sur ces entrées, ce programme l'utilise uniquement pour détecter si
il y a eu ou non des fronts sur ENCA et ENCB.
Une fois complété, le programme vous permet :
•
•
De réaliser une calibration du capteur avec le bouton BP1.
•
De commander la rotation du moteur à 25% de la vitesse maximale avec le bouton BP2.
13/19
Algorigramme de la fonction calibration_capteur()
Début
Configurer RA3 et RA4
en mode « Capture »
Les ✱ indiquent les parties qui sont à
compléter dans le listing de la fonction
✱
Mettre le courant
dans LED3 à 0
Mettre le moteur en
rotation à vitesse max
max = min = 0
non
RLED1-RLED6
> 000000 ?
oui
RAZ indicateur de
front sur ENCA
✱
RAZ indicateur de
front sur ENCB
✱
Temporisation 2ms
✱
Présence de fronts
sur ENCA et sur
ENCB ?
oui
non
max = 0 ?
oui
non
min = PORTB
config_led = (max + min) / 2
TRISB = config_led
max = PORTB
Arrêter le moteur
Augmenter le courant
dans LED3
Configurer RA3 et RA4
en mode « Encodeur »
Fin
Travail demandé
•
•
Expliquer quel est le rôle des registres TRISB et PORTB.
•
Toutes les sorties du PORTB étant à 0, déterminer l'intensité du courant dans LED3 pour les valeurs
suivantes de TRISB : 0x3F ; 0x2D ; 0x1C.
(Vous pouvez vérifier vos résultats en fixant manuellement ces valeurs dans les registres avec la
fenêtre « Watch » dans MPLAB).
•
A l'aide de l'algorigramme et du listing de la fonction calibration_capteur(), expliquer comment le
programme fait varier le courant dans la led.
•
Identifier à quelles entrées de « Capture » sont connectés les signaux ENCA et ENCB (voir
documentation du PIC2431 section 16.1).
•
Déterminer quelle doit être la configuration des registres CAP2CON et CAP3CON pour détecter la
présence de fronts sur ENCA et ENCB.
•
Rechercher quels sont les bits du registre PIR3 qui indiquent que des fronts ont été détectés sur ENCA
et ENCB (voir documentation du PIC2431 section 9).
•
Compléter le listing de la fonction calibration_capteur() conformément à l'algorigramme.
Tester le fonctionnement en vérifiant qu'après la calibration du capteur, le rapport cyclique des
signaux ENCA et ENCB est bien d'environ 50%.
14/19
10 - La commande du moteur
10.1 - Étude de la fonction « Moduler la tension d'alimentation du moteur »
L'étude de cette fonction fait l'objet d'un TP de physique appliquée. Il est conseillé de s'y référer.
Analyser cette fonction et notamment préciser les points suivants :
•
•
•
Identifier la famille et le type de chaque transistor.
•
Compléter le tableau suivant en mesurant les différentes tensions demandées. Pour cela, vous pouvez
placer les cavaliers JP7 et JP8 sur la position de droite et fixer les états de PWM et SENS avec des fils
connectés aux borniers d'alimentations.
ATTENTION : pour éviter de griller le fusible lors des tests du moteur (courant d'appel au
démarrage), limiter le courant de l'alimentation à 500 mA.
SENS
VCE Q5
VCE Q6
VGS Q1
VGS Q2
VGS Q3
VGS Q4
rotation
0
0
1
0
1
•
PWM
1
A partir de vos mesures, donner l'état des transistors dans le tableau suivant. Justifier.
SENS
0
1
PWM
Q5
Q6
Q1
Q2
Q3
Q4
0
1
0
1
•
Vérifier que les tensions VGS mesurées sont compatibles avec les caractéristiques des transistors.
•
Déduire les 4 schémas électriques équivalents du pont en H pour les différentes valeurs de SENS et de
PWM. Préciser l'état du moteur.
•
Montrer que le pont en H ne peut pas être mis en court-circuit.
•
Justifier la présence des résistances R24 et R25.
•
Expliquez pourquoi il n'est pas nécessaire d'ajouter des diodes de roues libres dans le pont en H.
•
Indiquer par des schémas le trajet du courant moteur lorsque SENS=0 et que PWM passe de 1 à 0.
•
Indiquer par des schémas le trajet du courant moteur lorsque SENS=1 et que PWM passe de 1 à 0.
•
Expliquer comment le signal de commande PWM permet de faire varier la vitesse du moteur.
•
Montrer qu'il n'est pas nécessaire d'équiper les transistors Q1 et Q2 d'un dissipateur thermique.
15/19
11 - La régulation de vitesse
Présentation
La régulation de vitesse permet de contrôler la vitesse de rotation du moteur afin que le déplacement du
télescope soit conforme aux consignes envoyées par la raquette.
La consigne envoyée par le télescope indique le nombre de pas que doit effectuer le moteur sur une durée
de 6,5536ms (voir Annexe D.1 du dossier technique).
Pour effectuer cette régulation, le micro-contrôleur PIC utilise les ressources suivantes :
•
Le Timer0 pour générer une interruption toutes les 6,5535ms.
•
La fonction « Quadrature Encoder Interface » du module « MOTION FEEDBACK MODULE ». Cette
fonction permet de comptabiliser le nombre de fronts reçus sur les entrées ENCA et ENCB.
•
Les filtres de bruit du module « MOTION FEEDBACK MODULE » pour filtrer les entrées QEA et QEB.
• Le Timer2 avec le module PWM de CCP1 pour générer le signal de commande du moteur.
La partie logicielle des fonctions « Mesurer le déplacement angulaire du moteur » et « Réguler la vitesse
du moteur » est réalisée par la fonction de traitement d'interruption regulation().
Cette fonction est appelée toutes les 6,5536ms afin de comparer le déplacement effectué par le moteur à la
consigne envoyée par la raquette et d'agir sur le signal PWM en conséquence.
11.1 - Étude de la fonction « Mesurer le déplacement angulaire du moteur »
Projet MPLAB utilisé : mesurer – réguler.mcp
Travail demandé
•
•
Analyser et commenter la partie du listing de la fonction initialisation() relative à la configuration du
Timer0. Déterminer quelle sera la durée de son cycle de comptage.
•
Analyser et commenter la partie du listing de la fonction initialisation() relative à la configuration des
interruptions. Expliquer brièvement ce qui va se passer lorsque le Timer0 va déborder.
•
La valeur du registre de configuration de l'encodeur QEICON est fixée à '00010100'. A l'aide de la
documentation technique du PIC18F2431 (section 16.2) :
•
▪
Indiquer quel est le nom donné au compteur de position.
▪
Indiquer dans quel mode est configuré le module QEI (Quadrature Encoder Interface).
▪
Expliquer comment le compteur de position est incrémenté ou décrémenté en fonction des
signaux ENCA et ENCB.
Le micro-contrôleur utilise des filtres numériques afin d'éliminer les parasites présents sur les signaux
ENCA et ENCB (voir
documentation technique du PIC18F2431 section 16.3). Le principe de
fonctionnement de ces filtres est le suivant :
Les signaux sont échantillonnés à une fréquence réglable. Un changement d'état sur les signaux ne
sera pris en compte que si cet état reste stable pendant au moins 3 périodes d'échantillonnage.
▪
Déterminer la période d'échantillonnage des filtres (voir fonction initialisation()). En déduire à
quelle condition un changement d'état sur les entrées QEA ou QEB sera pris en compte.
▪
Compléter les chronogrammes des signaux ENCA et ENCB en sortie du filtre.
16/19
TCY
t
ENCA à
l'entrée
du filtre
t
ENCB à
l'entrée
du filtre
t
ENCA à
la sortie
du filtre
t
ENCB à
la sortie
du filtre
t
▪
•
Compte tenu de la structure utilisée pour générer les signaux ENCA et ENCB, justifier l'utilisation
de ce filtrage.
Vérifier le fonctionnement de cette fonction avec MPLAB. Pour cela :
▪
Visualiser la variable compteur_status dans MPLAB et la remettre à zéro le cas échéant.
▪
Vérifier pour les deux sens de rotation la valeur de cette variable lorsque vous faites tourner
manuellement de 1 tour l'axe du moteur.
17/19
11.2 - Étude de la fonction « Réguler la vitesse du moteur »
Projet MPLAB utilisé : mesurer – réguler.mcp
Ce programme vous permet :
•
Avec BP1 : de démarrer ou stopper la régulation de vitesse du moteur suivant la vitesse définie par la
variable consigne (initialement 0x200000).
•
Avec BP2 : de commander la rotation du moteur à vitesse maximale dans les deux sens.
Travail demandé
•
•
Rechercher, à l'aide du dossier technique, à quelle vitesse de rotation correspond la valeur de consigne
0x200000.
•
Relever le signal ENCA avec un oscilloscope lorsque la régulation de vitesse est en marche et vérifier
que la vitesse de rotation du moteur est bien conforme à la consigne.
•
Rechercher quelle doit être la valeur de la consigne de vitesse pour obtenir une vitesse de rotation du
moteur de 50 tr/s.
Vérifier votre résultat par la mesure en modifiant la valeur de la variable consigne.
•
Analyser et commenter la partie du listing de la fonction initialisation() relative à la configuration du
Timer2 et du module CCP1 afin de déterminer la fréquence du signal PWM.
•
Identifier la ligne du PIC utilisée pour fournir le signal PWM. Justifier ce choix.
•
Indiquer la relation existant entre la valeur du registre CCPR1L et le rapport cyclique du signal PWM.
•
Relever le signal PWM avec un oscilloscope lorsque la régulation de vitesse est en marche avec une
valeur de la variable consigne = 0x200000.
Mesurer la fréquence et le rapport cyclique du signal PWM et vérifier qu'ils sont conformes à ce vous
avez trouvé précédemment (stopper le programme pendant la régulation pour relever la valeur du
registre CCPR1L).
•
Observer et expliquer comment évolue le signal PWM lorsque l'on appuie légèrement avec le doigt sur
la grande roue dentée du moto-réducteur.
•
Toujours en appuyant légèrement avec le doigt sur la roue dentée du moto-réducteur :
•
▪
Mesurer la période du signal ENCA et en déduire la vitesse de rotation du moteur.
▪
Conclure sur l'efficacité de la régulation de vitesse.
Lorsque la raquette envoie une commande de rotation à vitesse maximale, les indicateurs binaires sont
fixés comme suit : regulation = 0 et vitesse_max = 1.
▪
Décrire par un algorigramme le traitement effectué par la fonction regulation() dans ce cas.
▪
Déterminer combien de temps le moteur va mettre pour atteindre sa vitesse maximale.
▪
A l'aide de votre étude de la fonction « Alimenter », justifier cette façon de mettre le moteur en
vitesse maximale.
18/19
12 - La communication entre le contrôleur moteur et la raquette
12.1 - Étude de la fonction « Communiquer avec la raquette »
Présentation
Projet MPLAB utilisé : communication.mcp
La fonction communication() fonctionne par interruption, elle est appelée à chaque fois qu'il y a un front
montant sur AZ CLK.
Les octets constituant le message reçu sont stockés dans le tableau octet[], le nombre d'octets reçus est
comptabilisé dans la variable indice_octet.
A la fin de la réception du 1er octet :
•
On identifie la commande reçue contenue dans octet[0].
•
Si la commande comporte plusieurs octets, on attend la fin de la réception.
•
On récupère éventuellement les valeurs contenues dans le message reçu (consigne de vitesse, valeur
de configuration du courant de la led du capteur optique ou nombre de pas pour la commande
« change error count »).
•
On prépare la réponse éventuelle en plaçant les octets à transmettre dans les cases octet[1] et
suivantes du tableau octet[].
•
On positionne les indicateurs binaires suivants :
▪
etat.reception : mis à '0' lorsque tous les octets constituant la commande ont été reçus.
▪
etat.emission : mis à '1' dans le cas ou le contrôleur moteur envoie une réponse à la raquette.
▪
SENS : indique le sens de rotation : '0' pour le sens horaire ; '1' pour le sens anti-horaire.
▪
etat.régulation : mis à '1' pour valider la régulation de vitesse lors de la réception d'une consigne
de vitesse, mis à '0' lors de la réception d'une commande « Arrêt du moteur ».
▪
etat.vitesse_max : mis à '1' lors de la réception d'une commande de rotation à vitesse maximale,
mis à '0' lors de la réception d'une commande « Arrêt du moteur ».
▪
demande_calibration : mis à '1' lors de la réception d'une commande de calibration du capteur
optique.
Tout ceci est effectué dans la structure switch case qui commence à la ligne 76 du fichier
communication.c
Travail demandé
•
Rechercher dans le dossier technique comment se déroule la communication entre la raquette et le
contrôleur moteur lorsque la raquette envoie les commandes suivantes :
▪
Arrêt du moteur.
▪
Rotation dans le sens horaire à vitesse maximale.
▪
Interrogation de la valeur de configuration de la led du capteur infrarouge.
•
Compléter les parties correspondantes du listing de la fonction communication().
Attention : Pour des raisons de compatibilité avec l'Autostar, il est nécessaire de décaler la valeur de
la variable config_led de 2 bits sur la gauche avant de la transmettre à la raquette.
•
Tester le fonctionnement des parties complétées en pilotant le contrôleur moteur avec la raquette.
13 - Validation du fonctionnement du contrôleur moteur
Vérifier que la carte donne satisfaction lorsqu'elle est utilisée en situation avec le télescope :
•
Programmer la carte avec le programme « Controleur moteur.mcp ».
•
Connecter la carte « Contrôleur moteur » au télescope. Mesurer de la vitesse de rotation du télescope
à différentes vitesses et dans les deux sens. Comparer avec un télescope réel.
•
Vérifier que la vitesse de rotation du suivi est bien de 15° / heure, comme avec L'Autostar lorsqu'il est
configuré pour utiliser le télescope en monture équatoriale.
19/19

TÉLESCOPE ETX90PE-LNT Contrat contrôleur moteur

Transcription

Documents pareils

Télescope Newton BELLATRIX 114/500 EM9

Télescope de Newton 114/900

TOUS AU COLLEGE DE 19 A 22 HEURES ! Ca y est ! Le moment

Télescope TASCO - TA49114500 - Bewear-Pro

Contrôle du miroir de télescope Dobson Meade 315 mm

Commission Cosmologie

Représentation à la même échelle du Soleil et des planètes de

Perl Télescope Dobson DUMBBELL 254 mm

Télescope TAROT - Observatoire de la Côte d`Azur