SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 1 / 6 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE Durée : 2h

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1 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 1 / 6 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE Durée : 2h SÉCATEUR ÉLECTRIQUE : CONCEPTION DE LA FONCTION DÉTECTION DE LA POSITION DE LA GÂCHETTE Centres d'intérêt abordés : Thématiques : CI9 Acquisition et conditionnement des informations I4 Transformation d'une grandeur physique à mesurer en une grandeur mesurable par capteur à sortie analogique Activités proposées : Compétences attendues : 1 Analyse de la fonction amplification Expliciter les caractéristiques d'entrée et de sortie du conditionneur 2 Conception de la fonction détection de la position de la gâchette et simulation du montage complet Décrire et représenter l'évolution du signal en entrée et en sortie des différents éléments Ressources matérielles : Ressources documentaires : Micro ordinateur équipé du logiciel de simulation Microsim PSpice Notice d'utilisation du logiciel de simulation Microsim PSpice PRÉSENTATION L'objectif de ce TP est de concevoir et de simuler partiellement le montage qui détecte la position de la gâchette du sécateur électrique. L'action sur la gâchette commande un moteur électrique qui entraîne, selon son sens de rotation, la fermeture ou l'ouverture des lames. Un capteur à effet Hall mesure la position relative de la gâchette par rapport à un point milieu à l'aide du champ magnétique produit par deux aimants. Ce capteur produit une tension VG proportionnelle à la position de la gâchette : cette tension augmente lorsqu'on appuie sur la gâchette et diminue quand on la relâche. En position centrale de la gâchette le moteur est à l'arrêt pour limiter la consommation d'énergie et pour éviter les soubresauts intempestifs dûs au tremblement du doigt. 1 SCHÉMA FONCTIONNEL DE 1ER DEGRÉ Appui sur la gâchette CAPTAGE DE LA POSITION DE LA GACHETTE FP1 VG AMPLIFICATION FP2 VS DETECTION DE LA POSITION DE LA GACHETTE FP3 VF VM VO COMMANDE DU MOTEUR DES LAMES FP4

2 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 2 / 6 2 DESCRIPTION DES FONCTIONS PRINCIPALES 2.1 CAPTAGE DE LA POSITION DE LA GÂCHETTE (FP1) Cette fonction est réalisée par un capteur à effet Hall (capteur magnétique). Il fournit une tension VG continue proportionnelle à la position de la gâchette : - VG = 0 quand la gâchette est relâchée. - VG = 0,25 V quand la gâchette est en position centrale (ou point milieu.) - VG = 0,5 V quand elle est complètement enfoncée. 2.2 AMPLIFICATION (FP2) La tension délivrée par le capteur est insuffisante pour commander la fonction de détection. Cette information est donc amplifiée : la tension de sortie VA vaut 20 V lorsque VG = 0,5 V. 2.3 DÉTECTION DE LA POSITION DE LA GÂCHETTE (FP3) Cette fonction fournit 3 informations logiques représentatives de la position de la gâchette : - VM = '1' lorsque la gâchette est en position centrale (pour commander l'arrêt du moteur). Pour éviter les soubresauts intempestifs, la gâchette est considérée en position centrale lorsque la tension VG est comprise entre 0,2 V et 0,3 V, c'est-à-dire lorsque la tension VA est comprise entre 8 V et 12 V. - VO = '0' lorsque la gâchette est relâchée (pour commander l'ouverture des lames). - VF = '0' lorsque la gâchette est enfoncée (pour commander la fermeture des lames). L'ensemble de ces éléments est regroupé dans le tableau ci-dessous : VG (V) 0 0,2 0,3 0,5 Position gâchette relâchée médiane appuyée VA (V) VO '0' '1' '1' VM '0' '1' '0' VF '1' '1' '0' 3 SCHÉMA STRUCTUREL Le schéma structurel (à compléter lors du TP) est donné à la page suivante. Il ne comprend que les fonctions FP2 et FP3. Le capteur à effet Hall utilisé pour capter la position de la gâchette n'est pas disponible en simulation. Il est remplacé par le générateur de signaux V1. ANALYSE THÉORIQUE (À FAIRE AVANT LE TP) 4 ANALYSE FONCTIONNELLE Encadrer sur le schéma structurel fonctions principales FP2 et FP3.

3 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 3 / 6 5 ANALYSE DE LA FONCTION AMPLIFICATION (FP2) Indiquer le nom du montage réalisé par l'ali repéré U1A et les résistances R1 et R2 : Etablir la relation liant VS. à VG, R1 et R2 : En déduire l'expression de l'amplification : A = VA / VG en fonction de R1 et de R2 : D'après les informations données dans la présentation, calculer la valeur de l'amplification A Calculer la valeur dela résistance R2 pour obtenirl 'amplification A calculée à la question précédente :

4 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 4 / 6 ANALYSE EXPÉRIMENTALE A l'aide du logiciel de simulation Microsim vous allez simuler le fonctionnement du montage. 6 ANALYSE DE LA FONCTION AMPLIFICATION 6.1 SAISIE DU SCHÉMA Effectuer la saisie du schéma de la fonction FP2. Enregistrer le sous le nom SECATEUR à la racine de votre lecteur (P:). Le capteur à effet Hall est remplacé par le générateur de signaux périodiques repéré V1. Le signal généré VG est une rampe de tension croissante de 0 à 0,5 V d'une durée de 10 ms afin de simuler un appui progressif sur la gâchette. Compléter, dans le tableau, les attributs du générateur pour obtenir le signal suivant : VG (V) 0,5 0 t T=10 ms Reporter ces valeurs dans les attributs du générateur. 6.2 SIMULATION ET VISUALISATION DES SIGNAUX Paramètre V1 V2 TR PER Valeur 10ms. Définir le type d'analyse qui permet de visualiser les signaux VG et VA pour une durée de Visualiser et imprimer les oscillogrammes de VG et VA. Mesurer la valeurs maximale de la tension VA et vérifier que l'amplification obtenue est celle voulue : 7 CONCEPTION DE LA FONCTION DÉTECTION DE LA POSITION DE LA GÂCHETTE 7.1 CALCUL DES RÉSISTANCES R3, R4 ET R5 DE FP3 Ces résistances ont pour rôle de générer les tensions de seuils des comparateurs : - VREF1 : tension limite gâchette relâchée / position centrale (8V). - VREF2 : tension limite position médiane / gâchette enfoncée (12V). Etablir l'expression littérale de VREF1 en fonction de VCC, R3, R4 et R5 :

5 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 5 / 6 Etablir l'expression littérale de VREF2 en fonction de VCC, R3, R4 et R5 : Calculer les valeurs des résistances R3, R4 et R5 pour obtenir les seuils donnés sachant que la somme des résistances : R3 + R4 + R5 = 66 kω : Choisir pour chaque résistance sa valeur normalisée dans la série E12 qui est constituée des valeurs suivantes (x 10 n kω) : 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, CÂBLAGE DES COMPARATEURS En vous aidant des informations sur le fonctionnement des montages comparateurs à ALI données à la page suivante, compléter le schéma structurel permettant d'obtenir les signaux VO et VF selon le fonctionnement décrit dans le tableau page 2. U3A: Justifier les liaisons réalisées et donner les noms des montages réalisés par les ALI U2A et

6 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 6 page 6 / 6 8 SIMULATION DU MONTAGE COMPLET sont : Effectuer la saisie du schéma (compléter celui utilisé précédemment). Les composants utilisés - Diode : D1N4148, - Résistance : R, - ALI : LM324. Effectuer toutes les autres étapes de la simulation (durée fixée à 10 ms). Visualiser et imprimer les signaux VA, VO, VF et VM. Mesurer la valeur des seuils de basculement des comparateurs : VREF1 et VREF2. Valider le fonctionnement du montage : Quelle est la fonction logique réalisée par les diodes D1 et D2 et de la résistance R6 : RAPPEL SUR LES MONTAGES COMPARATEURS DE TENSION Vcc R1 COMPARATEUR NON INVERSEUR A UN SEUIL Vd = Ve - Vref 8 si Ve > Vref Vd > 0 Vs = + Vsat Vd si Ve < Vref Vd < 0 Vs = - Vsat R2 Vref Vs Ve Vcc R1 COMPARATEUR INVERSEUR A UN SEUIL Vd = Vref - Ve 8 si Ve > Vref Vd < 0 Vd si Ve < Vref Vd > 0 R2 Vref Vs Ve Vs = - Vsat Vs = + Vsat