Azza BOUTOUR
4 Jan 2016
Bureau d’étude d’électronique
Pilotage d’un servomoteur
via une liaison Infrarouge


Rapport de BE...
Azza BOUTOUR
4 Jan 2016
Table des matières
‣ Introduction 

‣ Étude théorique 

‣ Réalisation et mesures 

‣ Conclusion 

...
Azza BOUTOUR
4 Jan 2016
Introduction :
Cette année le bureau d’étude nous propose de travailler sur le pilotage à distance...
Azza BOUTOUR
4 Jan 2016
ÉTUDE THÉORIQUE :
- Émetteur Infrarouge:
1- Réglage de pwm de commande du servomoteur
La configurat...
Azza BOUTOUR
4 Jan 2016
comme tH <tL et que comme condition pour le
fonctionnement du servomoteur donc on a tH >tL,
on inv...
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4 Jan 2016
500kΩ.Le graphique proposé permet de déduire la sortie de la tension collecteur V C .
L'impédance ...
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4 Jan 2016
La simulation sur LTSPICE
nous donne la forme d’onde
en entrée et a la sortie du
bloc amplificateur...
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4 Jan 2016
référence commandée par potentiomètre. Si Ve>Vseuil alors Vs=+Vsat  (Vsat
est légèrement inférieur...
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1- Polarisation du photo transistor:
Le composant crée un courant électrique en fonction
de l’inte...
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Après passage par le bloc détecteur de crête, on obtient un
signal prêt à être comparé
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Rapport BE D'elec

  1. 1. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 Bureau d’étude d’électronique Pilotage d’un servomoteur via une liaison Infrarouge 
 Rapport de BE, Page 1
  2. 2. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 Table des matières ‣ Introduction 
 ‣ Étude théorique 
 ‣ Réalisation et mesures 
 ‣ Conclusion 
 Rapport de BE, Page 2
  3. 3. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 Introduction : Cette année le bureau d’étude nous propose de travailler sur le pilotage à distance d’un servomoteur en utilisant une transmission Infrarouge. Le montage se compose donc d’un émetteur infrarouge réalisé sur une plaquette PCB, et un récepteur Infrarouge réalisé sur une autre plaquette. L’émetteur est composé de plusieurs blocs : De même, le récepteur est décomposé de plusieurs petits blocs pour faciliter l’étude Dans un premier temps, je rappellerai les contraintes imposés par le cahier des charges, ensuite j’essaierai de détailler le fonctionnement de chacun des blocs ainsi que le dimensionnement des composants et leurs valeurs possibles et enfin je vous exposerai les mesures réalisées en séance, je les analyserai en terme d’ordre de grandeur et je les comparerai aux productions théoriques afin de pouvoir valider le fonctionnement de chacun des blocs des deux cartes. Rapport de BE, Page 3
  4. 4. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 ÉTUDE THÉORIQUE : - Émetteur Infrarouge: 1- Réglage de pwm de commande du servomoteur La configuration astable permet d'utiliser le NE555 comme oscillateur. Deux résistances et un condensateur permettent de modifier la fréquence d'oscillations ainsi que le rapport cyclique. L'arrangement des composants est tel que présenté par le schéma ci-contre. Dans cette configuration, la bascule est réinitialisée automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsion perpétuelle comme ci-dessous. On cherche à générer un signal permettant de faire varier l’angle du servomoteur sur toute sa gamme angulaire. Le servomoteur peut être piloter par modulation à largeur d’impulsion variant entre 0,9 et 2,1 ns pour 20 ms. Plusieurs conditions doivent être vérifiées. L’inverseur rectifiant le MLI de contrôle nous impose tH=0,693(RA + RB)C et tB=0,693 RBC.D’après le schémas du BE nous avons une résistance variable Rv ,1 avec un rapport β variant de 0 à 1. Avec la notice constructeur on déduit : RA=R1+(1−β)Rv,1 et RB=R2+βRv ,1 . En réinjectant cette deuxième équation dans le calcul de tB on trouve tB=0,693R2C+0,693βRv,1C , où le premier produit de cette somme correspond à 0,9 ms, et le deuxième terme doit donc valoir pour β=1 (donc au maximum) un temps de 1,1 ms. On en déduit les deux relations suivantes : R2 C=1,3ms±2⋅10 −3 ms Rv ,1 C=1,58 ms±3⋅10 −3 ms Ces valeurs données permettant de rester dans la gamme voulu. De plus, on a une relation sur tH+tB qui nous assure 0,693(R1+Rv,1+R2)C=20ms , soit en remplaçant par les valeurs déduites précédemment : R2 C=26ms±2⋅10 −2 ms 2- Génération d’un signal adapté à la transmission Rapport de BE, Page 4
  5. 5. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 comme tH <tL et que comme condition pour le fonctionnement du servomoteur donc on a tH >tL, on inverse le signal. Comme le montage est a peu près le même que celui plus on reprend les calcul précédents où l'on peut identifier RA à R3 et RB à R7 . En posant RA=48RB ,on obtient bien un rapport cyclique de 50. Puis, il faut (1/f)=tH+tB=0,693×50xRBC c'est-à-dire RBC=5,78μs±3ns . On choisit : C4 =1,43nF , donc : R7 = 220kΩ et R3 = 1kΩ . 3- Polarisation en LED Infrarouge : Le LM7805 IMPOSE 5V en sortie maximale. La diode nous impose un courant de 100mA qui limite sa tension à 1,3 V pour une transmission maximum d’intensité. On a donc R6 I =3,5 , soit R6 = 35Ω Dans mon montage, J’ai pris R6 = 50Ω. - Récepteur Infrarouge: 1- Polarisation du photo transistor: 
 Un phototransistor est un transistor bipolaire dont la base est sensible au rayonnement lumineux. Pour simplifier on peut dire que lorsque la base est éclairée le phototransistor est équivalent à un interrupteur fermé entre l'émetteur et le collecteur et lorsque la base n'est pas éclairée, c'est équivalent à un interrupteur ouvert. Le problème de ce composant c’est que comme la diode, il ne fonctionne pas à Vcc.La puissance incidente de quelques mW/m2, on prend R1 = Rapport de BE, Page 5
  6. 6. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 500kΩ.Le graphique proposé permet de déduire la sortie de la tension collecteur V C . L'impédance équivalente du circuit est : La formule de τ vient H(ω), nous avons donc : τ = (R3R4C1)/(R3+R4). On a Les fréquences qui nous intéressent sont autour des 5 kHz, soit une pulsation de coupure de 31,4⋅103s−1 , donc un τ=0,032ms . pour C1=20nF , on a : R3= 100kΩ et R4 = 100kΩ . - Isolation de l’étage: L'intérêt majeur d'une isolation d'étage est d'éviter l'influence de certains montages sur d'autres, qui peuvent générer des impédances supplémentaires non-désirées, donc une altération du signal. L'AOP MCP6002 a l'avantage de consommer fort peu de courant et d'être de type "rail-to- rail" (très faible tension de déchet en sortie), ce qui le rend particulièrement attrayants dans les montages où la tension d'alimentation est faible comme ici. Il n'y a donc pas d'influence de la tension d'alimentation de l'AOP sur la sortie du suiveur. - Amplification de gain variable: De manière générale, l’amplitude du signal reçu peut être assez faible, l’amplificateur permettra une meilleure reconstitution du signal de commande du servomoteur. Un amplificateur de gain variable est utilisé. L’amplificateur est alimenté en asymétrique. Un gain raisonnable serait de 10 au plus, on a donc : D’ou : R7/R5 = 4 et Rv2 = 10R6 On prend : R7=10kΩ , R5 = 2,2kΩ et Rv2 =100kΩ Rapport de BE, Page 6
  7. 7. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 La simulation sur LTSPICE nous donne la forme d’onde en entrée et a la sortie du bloc amplificateur. signal_amp : signal amplifié, irsignal_buff: signal à l’entrée. On voit bien que le signal a été amplifié. 2- Reconstitution du signal de commande du servomoteur: - Détecteur de crête La démodulation s’effectue via le détecteur de crête. Le détecteur de crête ou détecteur de la valeur maximale est un montage qui garde en mémoire la valeur crête du signal d’entrée. Le circuit équivaut à une diode sans seuil en série avec C, elle conduira dès que Ve sera supérieure à la tension aux bornes du condensateur ( es fluctuations supérieurs à 5 KHz ne sont pas désirées). Le cas échéant, elle chargera ce dernier à cette nouvelle valeur de tension. Si Ve < Vs, la diode sera bloquée et la tension aux bornes de C restera inchangée. On déduit du schémas un taux R2 C2=32μs . R2 = 200KΩ ET C2= 10 nF. Pour le tester, il suffit de mettre un signal sinusoïdal: On effectue la simulation du signal toujours sur LTSPICE. On voit bien l’effet capacitif. Le signal n’est clairement pas parfait. Des réglages au niveau du logiciel sont à faire pour améliorer la qualité de la simulation. - Comparateur à seuil réglable Le comparateur permet de régler à l'aide d'une résistance variable le seuil à partir duquel on considère le signal comme codant un code positif ou non, en fonction de la tension de Rapport de BE, Page 7
  8. 8. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 référence commandée par potentiomètre. Si Ve>Vseuil alors Vs=+Vsat  (Vsat est légèrement inférieur à la tension VCC de d’alimentation),Sinon Vs=-Vsat  Réalisation et Mesures : - Émetteur Infrarouge: 1- Génération d’un signal adapté à la transmission Nous obtenons à la sortie du servomoteur le signal suivant. 2- Polarisation en LED Infrarouge : On se positionne au point de polarisation qui assure un maximum de transmission d’intensité lumineuse. - Récepteur Infrarouge: Rapport de BE, Page 8
  9. 9. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 1- Polarisation du photo transistor: Le composant crée un courant électrique en fonction de l’intensité lumineuse. Il ne fonctionne pas a Vcc. Le signal est bruité, Quand il n’y a pas de signal lumineux, Ve = 5V -Signal après action de la capacité : Il y a suppression de la composante continue. - Signal Repolarisé après passage de la capacité: on rajoute Vmoy=Vcc/2. Ça permet de remédier au problème de l’amplificateur asymétrique. Le signal quand obtient est bien centré. La moitié dusignal est au dessus de Vmoy et l’autre moitié est en dessous de Vmoy. 2- Reconstitution du signal de commande du servomoteur: -Détecteur de crête Rapport de BE, Page 9
  10. 10. Azza BOUTOUR 4 Jan 2016 Après passage par le bloc détecteur de crête, on obtient un signal prêt à être comparé Comparateur à seuil réglable : Grâce a la sonde on règle avec précision le seuil du comparateur. On obtient à la sortie le signal final comparé. c’est ce signal qu’on envoie au servomoteur. Conclusion : Pour ce premier BE d’électronique, le travail nous a été facilité vu qu’on a pas eu à réaliser nos plaques PCB nous même. En plus, entre chaque bloc fonctionnel, un Jumper a été prévu pour le tester. J’ai pu donc les tester séparément afin de maximiser mes chances d’avoir un montage complet qui fonctionne. L’approche du bureau d’étude est particulièrement interessante vu qu’on doit dimensionner nous même nous composants en se basant sur les Datasheet et en gardant en tête que nous n’avions pas toutes les valeurs possibles des composants au magasin. Ce qui est intéressant aussi c’est de devoir tester, et voir nous même l’effet chaque bloc, en comparant signal de sortie et signal d’entrée. J’ai eu aussi la chance d’assister a la présentation d’une personne qui a utilisé un logiciel de simulation LTSPICE pour mieux comprendre son montage. J’ai décidé de m’en servir un peu pour la rédaction de ce compte rendu, il est encore pas maitrisé comme vous avez pu le constater mais cela m’aurait servis de préparation pour le BE à venir. Rapport de BE, Page 10

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