Projet : contrôle automatique de l'écoute d'un voilier (modélisme)

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1 Projet : contrôle automatique de l'écoute d'un voilier (modélisme) Plan : Présentation du thème «contrôle automatique de voile» Petit lexique sur le thème de la voile Allures d'un voilier Découpage fonctionnel du banc d'essais Les capteurs & actionneurs du banc d'essais Spécifications Slide 1

2 Présentation du thème «contrôle automatique de voile» Bateau de modélisme télécommandé Mhz Télécommande écoute Récepteur HF servo-moteur batterie Slide 2

3 Présentation du thème «contrôle automatique de voile» Système réel voulu (navigation en eau): Girouette Mhz Télécommande écoute Récepteur HF servo-moteur batterie Carte STM32 Slide 3

4 Présentation du thème «contrôle automatique de voile» Système réel voulu : Seuls les éléments influants sur le bordage automatique de voile sont montrés (Girouette STM32 - Servo-moteur d'écoute - batterie) Girouette La girouette donne la direction du vent par rapport à la proue du bateau Le servo-moteur de tension d'écoute règle l'angle de la voile en conséquence : écoute Angle girouette α Loi de commande Angle voile θ servo-moteur batterie Carte STM32 Slide 4

5 Présentation du thème «contrôle automatique de voile» Système réel amélioré (navigation en eau): En plus de la commade automatique des voiles, le STM32 sera capable de renvoyer au pilote des informations (angle du vent apparent, angle de roulis niveau de batterie...) Récepteur HF Mhz 433 Mhz Télécommande LCD servo-moteur écoute Pupitre de réception Emetteur HF Série asynchrone batterie Carte STM32 Slide 5

6 Présentation du thème «contrôle automatique de voile» banc d'essais (ventilateur non représenté) Rotation libre de l'axe : le bateau peut rouler (giter) Plateau pivotant, motorisé (moteur à courant continu + réducteur) Slide 6

7 Petit lexique du moussaillon BABORD proue TRIBORD foc poulie Grand-voile écoutes Bras commandé θ, Angle d'ouverture de voile Slide 7

8 Petit lexique sur le thème de la voile Mât Tribord = droite du bateau dans le sens de déplacement Babord = gauche du bateau dans le sens de déplacement Grand-voile Foc Poupe Safran de gouvernail coque pont Proue Quille Slide 8

9 Petit lexique sur le thème de la voile la drisse de grand-voile le point de drisse la drisse de foc gréement le point découte Grand-voile le pataras (hauban arrière) Foc la bôme de foc écoute de grand-voile le hale-bas la bôme de grand-voile le point d'amure écoute du foc pivot du foc Pont du bateau Slide 9

10 Allures Le bateau ne peut pas remonter au vent (vent debout) A partir d'un angle α de 45 environ, la navigation est possible (près serré). Les voiles sont alors bordées au maximum ( θ = 0 ) α Au fur et à mesure que l'angle α augmente (le bateau descend le vent), les voiles s'ouvrent de plus en plus jusqu'à atteindre 90 en vent arrière. Slide 10

11 Découpage fonctionnel du banc d'essais accéléromètre Angle de roulis Codeur incrémental girouette Gestion bateau Carte STM32 + carte de commande Servomoteur Tendeur voile Module RF Ecran LCD UC PIC? C167? Affichage messages Gestion messages Accu 7V2 Batterie Module RF Récepteur télécommande 40 / 41 MHz Moteur cc Emetteur 433MHz Rotation table Module RF asynchrone Pupitre pilote Récepteur 433MHz Légende Embarqué sur système réel (eau) Instrumentation pour bateau de table Amélioration système (retour d'informations) Slide 11

12 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais La télécommande de modélisme (40/41MHz) Période fixe, 20 ou 25ms, selon modèle L'information transmise est contenue dans la durée de l'impulsion Valeur mini 1ms Valeur neutre 1,50 ms Valeur maxi 2,0ms 4 Module RF Récepteur télécommande 40 / 41 MHz 5V Tension d'un canal 1ms à 2.0ms environ 20 ms NB : toujours brancher la télécommande avant le récepteur Slide 12

13 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais Le moteur à courant continu Variation de vitesse : 4 Moteur cc Rotation table Q4 et Q5 forment un push-pull pour piloter le MOS de puissance. D1 est la diode dite de «roue libre». Elle prolonge la circulation du courant moteur quand le MOS Q2 est coupé (bloqué) Structure (MOS + Moteur + Diode) de hacheur simple quadrant : tension & courant moteur sont positifs (impossibilité d'inverser la vitesse, impossibilité de freiner) Slide 13

14 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais Le moteur à courant continu Gestion du sens : 4 Moteur cc Rotation table La ligne PWM contrôle toujours la tension présentée sur l'induit du moteur (bornes de la diode) L'interrupteur à 2 voies, S1, définie le sens : S1 en haut : le courant (provenant du +12V) circule dans le moteur de A vers B S1 en bas : le courant circule dans le moteur de B vers A Slide 14

15 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais Le moteur à courant continu: schéma complet 4 Moteur cc Rotation table La gestion de sens se fait par l'intermédiaire d'un relais. Slide 15

16 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais 5V Le servo-moteur C'est un actionneur qui reçoit 3 fils: +5V 0V Commande PWM «servo» Tension d'un canal 1ms à 2.0ms environ 3 écoute Servomoteur L'actionneur est constitué d'un corps et d'un disque mobile en rotation. Un bras vissé sur le disque permet de tirer sur l'écoute donc de border la voile 20 ms L'angle (la position) du bras est une fonction affine de la durée de l'impulsion (les extrema angulaires sont à vérifier sur site) Slide 16

17 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais La girouette C'est un codeur incrémental. Il permet de donner des informations d'angle ou de position relatives. Principe général: Détecteurs : LED + Photodiode + traitement 3 Détecteur A Détecteur B Codeur incrémental Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilité de repérer le sens de déplacement Déplacement du disque Voie A Voie B 5V t t ChA ChB D Q Ck Sens Exemple de discriminateur de sens Slide 17

18 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais La girouette Codeur utilisé : AEDB-9140 (Agilent) 360 périodes sur 1 tour sur chaque voie 3 canaux : A,B et I(ndex) 3 Codeur incrémental Electronique de traitement Slide 18

19 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais La girouette Dans le cas de ce capteur, ce ne sont pas les pistes qui sont en quadrature, mais la multitude de capteurs optiques qui créent la quadrature. 3 Codeur incrémental Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilité de repérer le sens de déplacement Index, pour un repérage absolu Slide 19

20 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais L'accéléromètre C'est un accéléromètre 2 axes But : mesurer l'inclinaison par lecture de l'accélération de pesanteur sur les axes X et Y Principe : 2 accéléromètre pont X g Y quille Bateau vu de face Slide 20

21 Les capteurs & actionneurs du banc d'essais Le module RF de communication Il permet d'établir une communication entre le bateau et le pilote. Le type d'information transmise est : Niveau de tension batterie Angle de roulis... Il travaille à une fréquence porteuse de 433 Mhz Le protocole de transmission est classique :série asynchrone, sans parité, 1 seul bit de stop, 9600 bauds 1 Module RF Slide 21

22 Spécifications Contrôle des voiles (foc et grand-voile) A partir de l'angle du vent par rapport à la proue, α, (allure du bateau), imposer l'angle optimal des voiles, θ. On propose la loi suivante : A l'intervalle α [45, 180 ] correspond, suivant une loi affine, l'intervalle θ [0, 90 ], ceci bien sûr pour les deux sens de rotations babord et tribord. A l'intervalle α [0, 45 ] on ferme totalement l'angle des voiles, θ = 0. Contrôle du plateau L'utilisateur doit pouvoir faire tourner le bateau (babord, tribord) à partir de la télécommande de modélisme. Il doit y avoir proportionnalité entre la position du manche de commande et la vitesse de virage. Surveillance du roulis du bateau et de la batterie Si un angle (entre la verticale et l'axe du mât) dépasse 45, les voiles ne doivent plus être bordées. Un message doit être envoyé via la liaison 433MHz. Si la tension de batterie a perdu 20% de sa valeur initiale, un message doit être envoyé via la liaison 433MHz. Slide 22