Carte de commande du bras et du tapis roulant
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- Marin Cormier
- il y a 6 ans
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1 But Carte de commande du bras et du tapis roulant Cette carte est destinée à commander la sortie du bras qui a pour but d'activer les totems. Elle est également destinée à contrôler la rotation du tapis roulant. Elle est le fruit d'une simplification et d'une adaptation de la carte de commande de deux bras du robot de l'année précédente. En effet l'année précédente cette carte était capable de commander deux bras dans les deux sens. Ici nous n'avions besoin de commander les moteurs que dans un seul sens. La carte a donc été simplifiée en conséquence. Nous avons en entrée deux bits de commande : un provenant du micro-contrôleur, et l'autre provenant des capteurs de trop plein des balles. Il y a également une entrée correspondant au capteur de fin de course du bras. Entre la partie électronique faible puissance (commande, capteurs, ) et la partie électronique de puissance (ponts en H, moteurs, ), nous placerons des optocoupleurs afin d avoir une isolation optique. Cette isolation, nous permet de protéger la partie électronique faible puissance et lui permet d être moins sensible aux bruits générés par la partie de puissance. Pour que ce système soit entièrement efficace, il faut aussi prévoir deux alimentations indépendantes (une pour chaque partie). Le bras Le bit du microcontrôleur commande la sortie du bras quand la stratégie le juge opportun. Quand le bit de commande du bras est au niveau haut pour la première fois, le bras s'ouvre et arrive en butée. Il active alors le capteur de fin de course qui fonctionne normalement à l'état ouvert. Ainsi le capteur de fin de course est équivalent à un interrupteur fermé et court-circuite le bit de commande. L'entrée de commande est alors équivalente à un «zéro» logique et le moteur arrête donc de tourner. Cependant il faut remarquer que le bras ne peut être refermé par une pression extérieure. En effet, cette pression aura pour effet de libérer le capteur, et le bit de commande étant toujours à l'état haut, le moteur sera activé (nous revenons dans le cas de la première ouverture). Le tableau suivant résume le fonctionnement de la commande du bras. ouverte Position du capteur de fin de course fermée Commande 0 logique (0V) N/A N/A 1 logique (5V) Alimentation du moteur du bras N/A Tableau du Fonctionnement de la commande du bras Le tapis Le bit de commande provenant du capteur de trop plein sert à commander la rotation du tapis roulant en fonction du nombre de balles présentes dans le robot. En effet le capteur délivre un «un» logique lorsque son faisceau n'est pas coupé ; et quand il y a trop de balles à l'intérieur du robot, la dernière balle coupe le faisceau et le capteur renvoie donc un "zéro" logique. La rotation
2 du tapis roulant est donc stoppée pour que le robot ne ramasse plus de balles. Le tableau suivant montre le fonctionnement du tapis en fonction de la commande. Commande 0 logique (0V) oui 1 logique (5V) non rotation du tapis Tableau du Fonctionnement de la commande du tapis roulant Quant à l'entrée du capteur de fin de course du bras, elle sert à couper l'alimentation des moteurs lorsque ceux-ci sont en butée.
3 Schéma bloc Fonctionnement Fonctionnement de la partie puissance Comme je l'ai dit plus haut, cette carte résulte de la simplification de la carte de l'année dernière, où les moteurs devaient être commandés dans les deux sens de rotation. D'où le choix des ponts en H.
4 En effet un pont en H n'est présent en général dans un circuit que pour cette fonction. Pour avoir une explication plus détaillée sur le pont en H, consultez la datasheet du L298N (le pont en H le plus utilisé), et pour le principe général, je vous renvoie au rapport 2005, annexe 11. Tout ce qu'il nous faut savoir ici, c'est que le pont en H a deux entrées, nommées In1 et In2. Selon la combinaison des entrées, nous avons en sortie une commande moteur différente (détaillée dans le tableau suivant). In1 In2 État du moteur 0 0 arrêt 0 1 rotation dans un sens 1 1 rotation dans l'autre sens 1 0 arrêt Tableau du Fonctionnement d'un pont en H Nous avons donc cette année conservé des ponts en H pour un souci de simplicité, mais aussi car c'est un composant prévu pour l'alimentation d'un moteur, donc moins sensible à la chaleur due au courant de puissance et à la commutation. Comme nous n'avons néanmoins besoin que de faire tourner les moteurs dans un seul sens, nous avons fixé une entrée à 1 (+5V) pour chaque pont en H. Nous commandons ainsi chaque moteur uniquement avec l'autre entrée. Nous utilisons donc un L298N, un composant qui dispose de deux ponts en H dans le même composant. Ainsi nous pouvons nous servir d'un pont en H par moteur et un seul composant est nécessaire pour les deux moteurs. Le L298N doit être alimenté en 12V, et nous devons également lui fournir une tension de référence (+5V) pour les entrées. Il faut donc prévoir en plus un régulateur de tension pour transformer le 12V en 5V dans la partie puissance. Nous ne pouvons en effet pas réutiliser le 5V de la partie commande, pour des problèmes d'isolation. Remarque : il faut bien veiller à isoler les deux circuits, en particulier ne pas utiliser la même masse pour les deux circuits! Nous avons cependant en sortie du pont en H affecté au bras une vitesse de rotation trop importante. La solution de l'année dernière était d'utiliser l'entrée «enable» du pont en H pour faire varier le rapport cyclique en sortie. En effet le L298N dispose de deux entrées «enable» (une par pont en H). Nous relions donc l'entrée «enable» de ce pont en H à un circuit, nommé «circuit pulse», qui génère un signal PWM. Ce générateur PWM consiste en un NE555 monté en astable. La fréquence du signal carré en sortie doit avoir une fréquence assez élevée afin que la vitesse de rotation du moteur soit constante. Le montage n'a pas été modifié cette année par rapport à l'année dernière. Je vous réfère donc toujours à l'annexe 11 du rapport 2005 pour plus d'explications. Cependant, à l'issue des tests, nous nous sommes aperçus que la vitesse de rotation du bras était encore trop importante. Nous avons donc remédié à cela en rajoutant une résistance en série avec le moteur, afin de diminuer la tension à ses bornes. Nous avons testé à l'aide d'un potentiomètre la valeur adéquate, et nous avons trouvé finalement R8 = 22Ω. Remarque : cette résistance a été rajoutée à quelques jours seulement de la Coupe, et donc n'est pas correctement placée en réalité. En effet, elle se trouve après le pont en H et non pas directement en série avec le moteur. Cet emplacement est normalement réservé à une résistance de très faible valeur afin de mesurer le courant de charge. Fonctionnement de la partie commande La partie commande a été grandement simplifiée. Elle se résume à l'illustration suivante.
5 Illustration de la Partie commande Le seul calcul à faire est celui de la résistance de commande. Nous avons choisi un optocoupleur 4N25, modèle assez répandu. Sachant que le courant de diode doit être supérieur ou égal à 5mA pour pouvoir saturer le transistor (d'après les graphiques de la datasheet), il est aisé de calculer la valeur de cette résistance. Toujours d'après ces graphiques pour un courant de 5mA la tension de chute de la diode est de 1.1V. On a alors R3 = R1 = (5-1.1)/0.005 = 780Ω. Sachant que le courant doit être supérieur à 5mA, la valeur de la résistance doit être inférieure à 780Ω. Nous choisissons donc la valeur dans la série E12 : R3 = R1 = 680Ω. Le capteur de fin de course est de type NO (Normally Open). Il est relié directement en parallèle avec la diode de l'optocoupleur. Ainsi, lorsque le capteur est relâché et la commande active, la diode émet de la lumière et le moteur est alimenté. Dès que le bras est sorti, il enclenche le capteur qui court-circuite la diode. Celle-ci n'émet alors plus de lumière et le moteur s'arrête. Témoins lumineux Afin de vérifier les tensions d'alimentation, nous avons placé une LED rouge pour l'alimentation 12V et une verte pour l'alimentation 5V. Nous avons également monté deux diodes en parallèle avec les moteurs, pour vérifier que celui-ci est alimenté. Ces témoins sont très utiles en cas de panne pour le débogage. Remarque : la diode correspondant au bras ne fonctionne pas idéalement. En effet, l'ajout de la résistance de 22 Ω de dernière minute diminue le courant dans cette diode. Il faut donc redimensionner la résistance de protection de la diode R12.
6 Schéma global électrique
7 Nomenclature Nom Valeur / Référence Divers R1, R3, R9 680Ω 1/4W R2, R4 4.7kΩ 1/4W R5 6.8kΩ 1/4W R6 1kΩ 1/4W R7 22Ω R8 0Ω fil conducteur (emplacement pour mesure du courant de charge) R10 180Ω 1/4W R11, R12 470Ω 1/4W R13 22kΩ 1/4W R14 330Ω 1/4W C1 1µF Chimique polarisé C2 10nF Tantale LED1 Rouge Diamètre 3mm LED2 Verte Diamètre 3mm LED3 Rouge Diamètre 3mm LED4 Rouge Diamètre 3mm D1, D2, D3, D4 MR852RL Diode de puissance T1 2N2222A TO18 OK1, OK2 4N25 IC1 L298N Multiwatt15 IC2 IC3 C-GRID NE555N L7805CV Connecteur Molex
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