Carte de Pilotage des Electro aimants

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Irène Charpentier
il y a 7 ans
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1 Carte de Pilotage des Electro aimants But : Cette carte nous permet d effectuer le «relevé de quilles», elle est entièrement piloté par la partie informatique (sur 2 bits de commande) via le port parallèle. La séquence de relevage de quilles est la suivante : Nous sortons le bras de relevage de quilles (cf carte de pilotage des bras), nous permettant de dégager les électro-aimants du robot ; Nous descendons les électro-aimants (jusqu'à la butée basse) ; Nous alimentons les électro-aimants afin qu ils attirent magnétiquement les quilles ; Nous remontons les électro-aimants (jusqu'à la butée haute) et relevons les quilles en même temps ; Nous des-alimentons les électro-aimants, les quilles sont à présent relevés ; Nous rentrons le bras (cf. carte de pilotage des bras), pour ranger les électroaimants dans le robot. Cette carte regroupe deux grandes fonctions indispensables au relevé de quilles : Monter ou descendre les électro-aimants (F1) ; Alimenter ou pas les électro-aimants (F2). Etude fonctionnelle : Fonction 1 : A partir d un bit provenant du port parallèle, nous montons ou descendons une rampe de trois électro-aimants. Lorsque le bit est à l état bas (0v), nous alimentons un moteur permettant de faire monter les électro-aimants, jusqu'à rencontrer la butée haute qui vient des-alimenter le moteur laissant ainsi les électro-aimants en position haute. Si le bit est à l état haut (5v), nous faisons tourner le moteur dans l autre sens pour faire descendre les électro-aimants, jusqu'à rencontrer la butée basse. Fonction 2 : A partir d un bit provenant également du port parallèle, nous alimentons ou pas les électro-aimants. Lorsque le bit est à l état haut (5v), nous alimentons les trois électro-aimants. Nous les desalimentons lorsque le bit est à l état bas (0v). Remarque : au repos les deux bits sont à l état bas, les électro-aimants sont des-alimentés et en position haute. Afin d avoir une isolation entre la partie dite de puissance, et de commande, nous pilotons le moteur et les électroaimants via des relais (isolation magnétique). Le moteur est alimenté sous une tension de 12v, avec une inversion de polarité (+12v ou -12v) pour changer le sens de rotation.

2 Les électro-aimants sont alimentés sous une tension de 24v, chaque électro-aimant consomme 0,5A. Nous les avons câblés en parallèle ce qui une consommation totale de 1,5A sous 24v. Figure 1 : schéma fonctionnel de la carte. Fonctionnement : La partie électronique de «commande» : Figure 2 : partie électronique de «commande». Afin de piloter le moteur nous utilisons deux relais. Les contacts des relais seront câblés de tel sorte que lorsqu on alimente un des deux relais le moteur tournera dans un sens, si nous alimentons l autre relais (et des-alimentons le premier relais) le moteur tournera dans l autre sens. Par contre si

3 les deux relais sont alimentés, ou si les deux relais ne sont pas alimentés le moteur sera «éteint» (court-circuité). Nous avons placé un inverseur devant un des deux relais, donc par construction les deux relais ne peuvent pas être alimenté. Mais étant donné que nous avons placé les butées sur les jonctions bases-collecteurs des transistors Q2 et Q3, lorsque les électro-aimants sont en positions haute ou basse, les transistors sont bloqués, donc les deux relais sont relâchés, arrêtant ainsi le moteur. Pour alimenter les électro-aimants nous utilisons un seul relais, les électro-aimants seront alimentés tant que le bit de commande sera actif (à «1»). L inverseur : (L inverseur est composé de R1, R2 et Q1) Lorsqu en entrée nous avons un signal à l état bas (0 volt), le transistor Q1 est bloqué donc nous avons en sortie un signal à l état haut (~5 volts). Lorsqu en entrée, nous avons un signal à l état haut (5 volts), le transistor est saturé donc nous avons en sortie la tension VCEsat (~0,2 volt) soit un état bas. Afin d avoir un fonctionnement bloqué / saturé du transistor, il faut calculer la valeur des résistances R1 et R2 (respectivement résistances de base et de collecteur) en fonction du gain en courant (béta) du transistor. Le transistor choisi est le 2N2222, son gain en courant est compris entre 100 et 300. Pour nos calculs, nous choisirons le gain le plus défavorable c'est-à-dire 100. Calcul : Vcommande = 5v, nous considérons que le transistor est saturé (donc passant) dans ce cas Vbe = 0,7v (polarisation directe de la jonction base-émetteur) et Vce=VCEsat=0,2v VR1 = 4,3v donc Ib = 4,3 / R1. (1) VR2 = 5-0,2 = 4,8v d où Ic = 4,8 / R2. (2) Nous savons que le gain du transistor est de 100, donc Ic = 100 x Ib. (3) A partir des équations (1), (2) et (3) nous pouvons écrire : R2 = R1 (4,8 / 430), nous voulons une résistance de base assez grande pour ne pas consommer beaucoup de courant sur l entrée de commande. Nous posons donc R1 = 39K Ω. Alors R2 = (4,8 / 430) = 435,3 Ω, nous choisissons dans la série E12 une résistance de valeur supérieur afin de sur-saturer le transistor : R2 = 470 Ω. Commande relais : (Cette fonction est présente trois fois, elle est composée de [R3, REL1, Q2] ou [R4, REL2, Q3] ou [R5, REL3, Q4])

4 Etant donné que les sorties du port parallèle ne sont pas assez puissantes pour commander directement les relais, nous avons placé un transistor bipolaire pour chaque relais. La résistance interne du relais étant de 47 Ω sous 5v, il faut un transistor capable de fournir 106mA. Nous avons choisi le 2N2222 qui accepte un courant de collecteur assez élevé : 150mA (boîtier TO-18). Le transistor sera monté en émetteur commun. Lorsque nous alimentons l entrée de commande (+5v), un courant Ib traverse R3 et vient saturer le transistor Q2 dans ce cas un courant Ic circule et le relais «se colle» alimentant ainsi le moteur. Calcul de R3 : Remarque : la procédure est la même pour le calcul de R4 et R5 Vin = 5v, nous considérons que le transistor est saturé (donc passant) dans ce cas Vbe = 0,7v (polarisation directe de la jonction base-émetteur) et Vce=VCEsat=0,2v VR3 = 4,3v donc Ib = 4,3 / R3. (1) Ic = 106mA. (2) Nous savons que le gain du transistor est de 100, donc Ic = 100 x Ib. (3) A partir des équations (1), (2) et (3) nous pouvons écrire : Alors R3 = 430 / 0,106 = 4,06K Ω, nous choisissons dans la série E12 une résistance de valeur inférieur afin de sur-saturer le transistor : R3 = 3,9K Ω. De même : R4=R5=3,9K Ω. La partie électronique de «puissance» : Remarque : dans cette partie nous n étudierons que le réseau de contacts. Etant donné que nous devons faire monter et descendre les électro-aimants, il faut pouvoir piloter les moteurs dans un sens puis dans l autre. En effet lorsque nous alimentons un moteur à courant continu avec une tension positive, il tourne dans un sens. Puis lorsque nous l alimentons avec une tension négative, il tourne dans l autre sens. Nous avons déjà étudié le principe du pont en H auparavant, au lieu d utiliser un réseau de 4 transistors, nous mettrons deux relais possédant chacun un contact N.O. (normaly open) et un contact N.C. (normaly close). Le principe est le même que pour un pont en H :

5 Figure 3 : schéma de principe du réseau de relais. Témoins lumineux : Nous avons placé deux diodes (une jaune et une verte) sur les bornes du moteur (montées têtes bêches) pour visualiser si le moteur est alimenté et pour connaître son sens de rotation. Une diode verte est placée sur les électroaimants, nous permet de visualiser si ceux-ci sont alimentés. Nomenclature : Nom Valeur Divers R2 470Ω 1/4W R6 1KΩ 1/4W R7 2.2KΩ 1/4W R3 3.3KΩ 1/4W R4, R5 3.9KΩ 1/4W R1 39KΩ 1/4W D1, D2, D3 1N4007 D4 DEL Jaune D5, D6 DEL Verte Q1, Q2, Q3 2N2222 TO-18 REL1, REL2, REL3 NAIS JW2SN-DC5V 2 NO, 2 NC

6 Schéma électrique : Figure 4 : schéma de la carte complète.

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