condensateur lcc type milfeuil

IV/ ETUDE DE FP4: " DETECTER LES OBSTACLES"
IV-1/ SCHEMA FONCTIONNEL DE DEGRE 2 DE FP4
FS41
FS42
Vssalve
Vsvalid
GENERER
UN SIGNAL
PERIODIQUE
DE BASSE
FREQUENCE
GENERER
UN SIGNAL
PAR SALVES
DE 40 kHz
FS44
V3
METTRE
EN FORME
VUS
VRUS
Réception
U.S.
FS43
Emission
U.S.
CONVERTIR
ELECTRIQUE /
SIGNAL
ULTRASONIQUE
VUSamp
VUSc
FS49
FS45
FS46
FS47
FS48
CONVERTIR
SIGNAL
ULTRASONIQUE
/ ELECTRIQUE
ADAPTER
AMPLIFIER
DETECTION
CRETE
METTRE
EN
FORME
Vdétect
FS4A
VObstDétect
EVALUER LA
DISTANCE DE
L’OBSTACLE
IV-2/ DESCRIPTION DES FONCTIONS SECONDAIRES DE FP4
FS41: "GENERER UN SIGNAL PERIODIQUE DE BASSE FREQUENCE"
Rôle: Cette fonction permet de générer des impulsions de courte durée, toutes les 20 ms
environ.
FS42: "GENERER UN SIGNAL PAR SALVES DE 40 KHz"
Rôle: FS42 contient un astable réglé sur la fréquence de 40 kHz. L'ensemble FS41 - FS42
permet d'obtenir en Vssalve des salves de courte durée à 40 kHz toutes les 20 ms.
1
FS43: "METTRE EN FORME"
Rôle: Mise en forme du signal Vssalve.
FS44: "CONVERTIR ELECTRIQUE / SIGNAL ULTRASONIQUE"
Rôle: Un émetteur piézo électrique permet l'émission d'ondes ultra soniques par salves de
40 kHz.
FS45: "CONVERTIR SIGNAL ULTRASONIQUE / ELECTRIQUE"
Rôle: Un récepteur piézo électrique ne reçoit l'écho des salves émises qu'après une éventuelle
réflexion sur un obstacle.
FS45 génère donc en VRUS des salves de faibles amplitudes, de courte durée, à 40 kHz,
toutes les 20 ms. Le décalage entre les salves émises et les salves reçues dépend de la distance
entre le capteur ultrasonique et l’obstacle éventuel.
FS46: "ADAPTER"
Rôle: Adaptation d'impédance.
FS47: "AMPLIFIER"
Rôle: Cette fonction amplifie le signal en sortie du récepteur Ultra Sonique.
FS48: "DETECTION CRETE"
Rôle: Pendant les échos des salves, FS48 crée un signal quasi continu de valeur égale à la
valeur maximale de VUS.
FS49: "METTRE EN FORME"
Rôle: Mise en forme du signal VUSc et génération d’un signal Vdetect, image de la distance
entre le capteur ultrasonique et l’obstacle.
FS4A: "EVALUER LA DISTANCE DE L'OBSTACLE"
Rôle: Si l'obstacle se situe à moins de 1 m de l'avant du chariot, le signal Vdétect est validé.
Dans le cas contraire, celui-ci n'est pas pris en compte.
2
IV-3/ FLUX D'INFORMATIONS
Compléter le tableau des Entrées / Sorties des différentes fonctions secondaires de FP4.
Noms des signaux
Provenance Destination
Nature
Rôle
Vsvalid
Vssalve
V3
Emission U.S.
Réception U.S.
VRUS
VUS
VUSamp
VUSc
Vdétect
VObstDétect
3
680k
Vcc = 5V
1uF
C5
1k
R5
47k
Vcc = 5V
Récepteur
US
47nF
C11
1N4148
10k
R1
2
3
22k
P2
Vc2
VRUS
3
Vraz
R12
U1:A
R11
D11
2
1
8
4
1uF
C2
1
LMC662A
U4:A
Vcc = 5V
470pF
C12
39k
R13
3
5
2
4
R
1
RCX
CX
U9:A
4538
470k
1k
1
2
3
1
U3:B
4093
7
6
4
18nF
C1
VUSc
Vduree
1N4148
D1
VUSamp
6
5
LMC662A
U5:A
Vcc = 5V
3
R3
VUS
100k
P13
U2:A
4093
Vssalve
R2
2
1
Vesalve
8
4
Vsvalid JVsvalid
2
1
4011
U7:A
10k
P1
2
3
U3:A
4093
Vref
2
1
8.2k
R4
V4
3
3
Vobst
6
5
1
LMC662A
U6:A
Vcc = 5V
8
4
4093
1k
R14
4011
Vcc = 5V
Vcc = 5V
Vb
4
VObstDetect
Vdetect
V3
U7:B
Vcc = 5V
Vevalid
C9U6
JVObstDetect
120
R15
C6U4
C8U7
C14U9
100nF 100nF
C4U3
Emetteur
US
JVEUS
100nF 100nF 100nF 100nF
C7U5
100nF 100nF
C13U1 C10U2
BD135
Q1
VEUS
Détecter les
obstacles
FP4
100u
C3
Vcc = 5V
IV-4/ SCHEMA STRUCTUREL DE FP4
4
5
680k
R11
1uF
C5
1k
R5
47k
10k
R1
2
3
22k
P2
Vc2
VRUS
3
Vraz
R12
Vcc = 5V
Vcc = 5V
J4
3
2
1
Récepteur
US
47nF
C11
1N4148
D11
2
U1:A
8
4
1
470pF
C12
39k
R13
1uF
C2
1
LMC662A
U4:A
3
5
2
4
R
1
RCX
CX
U9:A
4538
470k
1k
1
2
3
1
U3:B
4093
7
6
4
18nF
C1
VUSc
Vduree
JVduree
1N4148
D1
VUSamp
6
5
LMC662A
U5:A
Vcc = 5V
3
R3
VUS
100k
P13
U2:A
4093
Vssalve
R2
2
1
Vesalve
Vcc = 5V
Vsvalid JVsvalid
8
4
4093
2
1
4011
U7:A
10k
P1
2
3
U3:A
4093
Vref
2
1
8.2k
R4
V4
3
3
Vobst
6
5
LMC662A
1
V3
4011
4
VObstDetect
U7:B
Vb
JVObstDetect
120
C6U4
C8U7
C14U9
J1
RIBBON 14H LATCH
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
100u
C3
Vcc = 5V
Vcc = 5V
Détecter les
obstacles
PR FP4
3
2
1
JALIM
Emetteur
US
J3
R15
100nF 100nF
C4U3
3
2
1
JVEUS
100nF 100nF 100nF 100nF
C7U5
C9U6
100nF 100nF
C13U1 C10U2
BD135
Q1
VEUS
Vcc = 5V
Vcc = 5V
JVdetect
1k
R14
Vdetect
U6:A
Vcc = 5V
8
4
Vevalid
Vcc = 5V
IV-5/ NOMENCLATURE DE FP4
Repère
Désignation du matériel
Valeur
Qté
(Référence)
C4,C6,C7,C8,C9,C10,C13,C14 condensateur polyester LCC type Milfeuil
100 nF, 63 V
8
C11
condensateur polyester LCC type Milfeuil
47 nF, 63 V
1
C5,C2
condensateur polyester LCC type Milfeuil
1 µF, 63 V
1
C1
condensateur polyester LCC type Milfeuil
18 nF, 63 V
1
C3
condensateur chimique radial
100 µF, 25 V
1
C12
condensateur céramique à couche
470 pF
2
R5, R14,R2
résistance couche metall 1/4W 5%
1 Kohms
3
R11
résistance couche metall 1/4W 5%
680 Kohms
1
R12
résistance couche metall 1/4W 5%
47 Kohms
1
R15
résistance couche metall 1/2W 5%
120 ohms
1
R1
résistance couche metall 1/4W 5%
10 Kohms
1
R3
résistance couche metall 1/4W 5%
470 Kohms
1
R13
résistance couche metall 1/4W 5%
39 Kohms
1
R4
résistance couche metall 1/4W 5%
8,2 Kohms
1
P13
potentio monotour horizontal PT10LH
100 Kohms
1
P1
potentio monotour horizontal PT10LH
10 Kohms
1
P2
potentio monotour horizontal PT10LH
22 Kohms
1
Q1
transistor NPN
BD135
1
D11,D1
diode
1N4148
2
U1,U2,U3
CI porte NAND CMOS dip 14
CD4093
3
U7
CI porte NAND CMOS dip 14
CD4011
1
support U1237
support CI tulipe 14 pts
U9
CI monostable CMOS dip 16
support U9
support CI tulipe 16 pts
U4,U5,U6
CI ampli op dip 8
support U456
4
CD4538
1
1
LMC662CN
3
support CI tulipe 8 pts
3
Emetteur Ultra Son diam ≈15mm, 40 KHz
Sound pressure level 120 dB
Récepteur Ultra Son diam ≈15mm, 40 KHz
sensitivity - 65 dB
cosse poignard Keystone
25
J3,J4
bornier à vis 3 plots
2
JALIM
bornier à vis 3 plots
1
1
1
6
J1
barrette tulipe femelle sécable 20 contacts
HE13
1
entretoise plastic noir M3X20M/F
4
connecteur HE10 mâle latch coudé 2 x 7 pts
Fiche autodénudante HE10 femelle pour
nappe 14 pts
circuit imprimé double face
1
1
1
7
IV-6/ SCHEMA D'IMPLANTATION DES COMPOSANTS
8
IV-7/ CIRCUIT IMPRIME
COTE COMPOSANTS
9
COTE CUIVRE
10
IV-8/ QUESTIONNAIRE SUR FP4
Etude de FS41
1) Fonction de montage autour de U1A :
2) Compléter le tableau :
Vsvalid
5V
0V
Etat de D11
Etat de C11
constante de temps
3) Expliquer le choix technologique de U1 (doc 4093 p1)
4) Calculer les grandeurs caractéristiques du signal de sortie (th, tb, T, rapport cyclique
K).
Calculer t1 = durée du 1èr niveau haut à partir de la mise sous tension (doc 4093 p2
pour les seuils).
5) Compléter le chronogramme général en traçant les signaux Vevalid et Vsvalid.
Etude de FS42
1)
Vsvalid
0V
5V
Vssalve
Quel est le rôle du signal Vsvalid?
2) Dans le 2ème cas, calculer la gamme de valeurs des grandeurs caractéristiques de
Vssalve (th', tb', T ', f '). Peut-on régler FS42 pour avoir f '= 40kHz nécessaire au
système à ultrasons.
3) Vérifier sur la Doc US page 1 et sur les courbes de la Doc USBis page 4, que le
système est optimal à 40 kHz.
4) Compléter le chronogramme général en traçant le signal Vssalve.
5) Gammes des fréquences audibles et ultrasoniques.
Etude de FS43
1) Relations V4 = f (Vssalve) et V3 = f (Vssalve)
2) Rôle de FS43
11
3) Compléter le chronogramme général en traçant le signal V3.
Etude de FS44
1) Vérifier le dimensionnement de (R15, R14), (Doc BD135 p1-p2)
Vérifier également le dimensionnement en puissance de R15
2) Compléter le tableau :
V3
0V
5V
Etat de Q1
Vb
VEUS
3) Compléter le chronogramme général en traçant les signaux Vb, VEUS, et en donnant
l'état de Q1, et l’état de l'émetteur US.
Etude de FS 45
Les signaux en sortie du récepteur sont de très faible amplitude.
1) Calculer l'écart de temps entre l'émission de la salve et la réception de la salve quand
l'obstacle se trouve à 50 cm et quand l'obstacle se trouve à 1,5 m du chariot.
2) Quel est le rôle de la résistance R1 ?
Etude de FS46
1) Nom du montage autour de U4 – Rôle de celui-ci.
Etude de FS47
1) Nom du montage autour de U5- Taux d'amplification- Relation VUSamp = f (VRUS).
2) Tracer sur le chronogramme général le signal VUSamp.
Etude de FS48
1) Compléter le tableau :
Etat de D1
Etat de C1
Constante de temps
Durée totale de charge
ou de décharge
Passante
Bloquée
12
2) Est-ce que la décharge est totale (durant les salves) ?
3) Expliquer alors le nom de cette fonction secondaire
4) Tracer le signal VUSc sur le chronogramme général
Etude de FS49
1) Nom du montage autour de U6.
Expression de Vref ( gamme de valeurs possibles ).
2) Tracer le signal Vdetect sur le chronogramme général.
Etude de FS4A
1) Calculer la durée ∆t d'activation de l'entrée Reset à partir de l'instant de la mise sous
tension.
2) Nom du montage autour de U9 et sur quel signal se déclenche t-il (Doc 4538 p1).
3) Calculer les valeurs extrêmes de l'impulsion ∆T de la sortie Q de U9 (Doc 4538 bis).
Peut-on régler P2 pour que la durée ∆T corresponde à la distance parcourue par les
ultrasons lorsqu'un obstacle se trouve à 1m du chariot.
On supposera maintenant que P2 est réglé sur cette valeur.
4) Relations Vobst et VobstDetect en fonction de Vdetect et Vduree.
5) Tracer les signaux Vduree, VobstDetect sur le chronogramme général. Conclure.
13
6) Attention, il ne faut pas que l'écho d'une salve coïncide avec l'impulsion de Vduree
crée à partir de la salve suivante. Est-ce que ceci peut se produire ?
7) Vérifier la compatibilité en tension entre la sortie de FS4A et l'entrée du PIC (Doc
PIC : caractéristiques électriques et Doc CD4011 p3)
Etude de la documentation technique de l’ampli. Op. LMC662CN
1) Valeur de la résistance d'entrée ? Est-elle proche du cas idéal ? Comparer avec d'autres
Aop classiques (Doc LMC662CN p2).
2) Valeur du taux d'amplification propre Av0 de l'Aop : Est-elle proche du cas idéal ?
Comparer avec d'autres Aop classiques. Trouver une phrase dans la Doc qui s'y
rapporte (Doc LMC662CN p1 –p2).
3) Vérifier que cet Aop est adapté au fonctionnement en alimentations non symétriques
(cas du thème ) (Doc LMC 662CN p1).
Etude de la documentation technique du capteur à ultrasons
1) Les performances d’un émetteur à ultrason sont- elles meilleures quand son niveau de
pression acoustique ( « sound pressure level » ) est élevé ou faible ? (doc E/R US bis
p3)
2) Les performances d’un récepteur à ultrason sont- elles meilleures quand sa sensibilité
( « sensitivity » ) est élevée ou faible ? (doc E/R US bis p3)
14
Instant de la mise
sous tension
Pas d'obstacle
Chronogramme général
Obstacle à 50 cm
Obstacle à 1,5m
Vevalid
t1
tb
T
T
Vsvalid
Vssalve
V3
Etat de
Q1
Vb
VEUS
VUS
VUSamp
VUSc
Vdetect
Vduree
VObstDetect
15
IV-9/ Manipulations sur FP4
1) Proposer une méthode de mesurage pour valider le fonctionnement de toutes les
fonctions secondaires.
Pour faire la mise au point de la carte 4, vous pouvez connecter directement les 2
capteurs sur les borniers à vis J3 et J4.
2) Visualiser ( et / ou mesurer les caractéristiques principales ) tous les signaux décrits
lors de l’étude théorique précédente Interpréter
Entre autres :
- Observer le signal Vraz à la mise sous tension du système
- Obtenir séparément les 3 parties du « chronogramme général » ( sans obstacle,
puis avec un obstacle à 2 distances différentes )
- Visualiser l’image du courant de base du transistor Q1
3) Manipulations logicielles
16