ETUDE ET REALISATION Robot suiveur de ligne COPYRIGHT LAGIN GARY BOGOSS 1ère année IUT
SOMMAIRE Introduction Présentation générale du sujet Cahier des charges I) Description du fonctionnement...p4 Schéma de principe Fonctionnement II) Réglage des courants du capteur droit et capteur gauche...p5 Structure des phototransistors Dimensionnement des résistances pour réguler le courant. III) Conception du circuit commandant les moteurs à partir des informations issues des capteurs...p7 Table de vérité respectant le cahier des charges et explications Logigramme Vérification du fonctionnement avec les leds correspondant à l état des moteurs ( avec l alimentation paillasse5 V). IV) Conception des hacheurs qui alimenteront les moteurs...p9 Montage Darlington pour amplifier le β (+ dimensionnement de Rb). Protection des moteurs Validation du cahier des charges (voir si les capteurs influence bien l état des moteurs respectifs. V) Réalisation d une structure qui temporisera le robot lorsqu il y a un obstacle à moins de 20 cm...p11 Réalisation d n comparateur et d un seuil référence. Réalisation d une structure qui supprime la composante négative Calcul de la temporisation et dimensionnement des composants pour le monostable. Chronogramme et interprétation VI) Schéma structurel du robot (partie commande sous 5 v et partie puissance sous 9 V)...P17 VII) Conclusion et perspectives...p18 Annexes technique 2
Introduction Présentation générale du sujet : Nous souhaitons réaliser un robot qui puisse se déplacer en suivant une ligne noire sur fond blanc. Dans ce sujet, nous allons utiliser un parcours en forme de 8, ce qui impliquera une intersection au milieu. Le robot devra continuer tout droit à l intersection, mais en cédant la priorité si un autre robot arrivée en même temps. L alimentation sera assurée par une pile de 8,4V(associé) à un régulateur pour délivrer 5V utile à l électronique de commande ) et un coupleur de 4 piles de 1,2V(délivrant 4,8V utile aux actionneurs). Cahier des charges : Courant dans les photodiodes compris entre 3 ma et 10 ma. Courant max dans les phototransistors sera de 50 ua. Cg et Cd sont des capteurs permettant de suivre la ligne noire : Les capteurs délivrent un «0» logique lorsqu ils voient la couleur blanche et délivre un «1» logique lorsqu ils voient la couleur noire. Le télémètre doit signaler la présence d un obstacle à moins de 20 cm à 45 sur la droite de l avant du robot. Il délivre alors un «1» logique. Le robot doit aussi aller tout droit à l intersection. Nous disposons de circuits intégrés à portes NON-ET (4portes) et de circuits intégrés à portes NON-OU (4 portes). 3
I. Description du fonctionnement Schéma de principe. 4
Fonctionnement Les capteurs : Utilisation d optocoupleurs Les circuits commandes : Circuit logique combinatoire permettant de commander les hacheurs respectifs (donc les moteurs). Les hacheurs : Utilisations d un montage Darlington. Les moteurs : Moteurs protégés par les diodes de roue libre Télémètre : Signal continu qui variera en fonction de la distance Vref : Création d un pont diviseur pour régler la tension de seuil Comparateur : utilisation d un AOP en régime non linéaire Suppression de la composante négative : Montage à diode indispensable pour le monostable. Temporisation : Utilisation d un monostable qui va prolonger la temporisation II. Réglage des courants du capteur droit et capteur gauche 1-Structure des optocoupleurs. 5
2-Dimensionnement des résistances pour réguler le courant Courant réglable entre 3 ma et 10 ma dans les photodiodes : P permettra de faire varier le courant et de régler la sensibilité»,5 du capteur. La résistance de buttée permettra d avoir un courant maximal de 10 ma. Imax= 10mA=. Imin=. P=. 1 R1=350 Ω P=. 350=816 Nous allons prendre un valeur de P la plus proche de 816Ω dans la série E» : P=1 kω. Nous allons prendre une valeur de R1=350Ω dans la série E24 :R1=360 Ω. Ce qui impliquera un Imin et un Imax sensiblement plus petit que la théorie. Vérification : Imax pratique=9.72 < 10 ma Imin pratique=2.57< 3 ma Le cahier des charges est respecté. Courant maximal de 50 ua dans les phototransistors Imax=4,8V/R2 R2=4,8v/50 ua=96 Kohms série E24 :Ω Imax=48V/100K=48 ua<50ua Le cahier des charges est respecté. Pour plus de précisions nous aurions pu utiliser 3 résistances en série pour se rapporcher de 50 ua. Série E24 :62 k+33 k+ 1K=96 KΩ Cependant, cette méthode n est pas économique et surchargera inutilement la carte électrique. 6
III. Conception du circuit commandant les moteurs à partir des infos issues des capteurs Table de vérité respectant le cahier des charges et explications : Equations de la table de vérité. Le cahier des charges nous impose des ci ( 4 portes NON ET) et des CI ( 4 portess NON OU) chaque boitier CI correspondra à un circuit commandant un des moteurs. 7
2-logigramme Pour le moteur Gauche Pour le moteur droit 8
3-Vérification de fonctionnement avec les LED correspondant à l état des moteurs Les diodes s allument bien en fonction des entrées. L allumage des diodes en fonction des entrées T, Cg et Cd correspond bien à la table de vérité écrite précédemment. Le cahier des charges est respecté. IV-Conception du hacheur qui alimentera les moteurs 1-montage Darlington NPN pour amplifier le hfe (béta du transistor) T1 :2N2219 T2 :2N2222 hfet1=hfet2=100 vbe1=vbe2=0,6v avec hfe=hfe1xhfe2=10000 vbe=vbe1+vbe2=1,2v Ce montage est indispensable pour que le courant ib fasse commuter correctement le transistor équivalent du montage Darlington. 9
Dimensionnement de rb Rb=(5v-vbe)/1mA=(5-1,2)/1mA=3,8/1mA=3,8 KOhms Série E24 : Rb=3,9 KOhms 2-Protection des moteurs La diode de roue libre permet de protéger la structure des effets inductifs du moteur lorsque le transistor se bloque. 3-validation du cahier des charges Nous pouvons valider le cahier des charges car le robot suit bien la line noire et va tout droit à l intersection du circuit «huit». 10
V-Réalisation d une structure qui temporisera le robot lorsqu il y a un obstacle à moins de 20 cm. 1- Réalisation d un comparateur et d un seuil de référence Fonction de transfert Vt=f(d) 2.5V 0.5V Réalisation de vref P : réglage de la tension de référence P=10Kohms Vmin= (5xR2)/(R1+R2+P)=0,5 Vmax=5x(R2+P)/R1+R2+P=2,5V Vmax-Vmin=2,5-0,5=2V 11
5P/ (R1+R2+P)=2 =>5P=2(R1+R2+P) 3P=2(R1+R2) R1+R2=(3/2)P R1=(3/2)P-R2 R1=(3/2)P-2,4 K R1=12,6 K Série E 24 R1= 12 kohm =>Vmax=5(R2+P)/(3/2)P+P 5R2+5P /(5/2)P=2,5 R2=2,4 Kohms Série E24 R2=2,4 kohms Réalisation d un comparateur 12
Fonction de transfert Vs=f(Télémètre) Lorsque : Vtélémètre>Vref alors Vs=-5V cela veut dire que la distance <20cm Vtélémètre< Vref alors VS=5V cela veut dire que la distance > 20cm Le choix du comparateur inverser correspond bien à nos attentes. 2-Réalisation d une structure qui supprime la composante négative Pour respecter les conditions d fonctionnement d un montage monostable, il faut que nous supprimions la partie négative du signal de sortie du comparateur. 13
Voici la structure proposée Cette diode peut être considérée comme une diode de rappel (dans le cas d une diode idéale) Interprétation Si Vcomp1=-5V alors Vcomp2=0,6V (niveau logique 0) Si Vcomp1=5V alors Vcomp2=Vcomp1 (niveau logique 1) 3-Calcul de la temporisation et dimensionnement des composants pour le monostable Vitesse angulaire (vitesse de rotation d une roue) W=(60 π N )/30=π Vitesse moyenne linéaire (sur une distance) V=π.33mm=103,7 mm.s-1 Distance minimale autorisée pour la temporisation :94mm+20cm=294mm tmin=d/v=294/103,7#3 s (cas d une ligne droite) 14
Malheureusement dans certain cas, la distance peut être rallongée suivant le type de parcours, ce qui implique un temps de temporisation un peu plus long. Pour s assurer que le robot 1 soit bien passé devant le robot 2, nous mettons une temporisation de sécurité de 4 secondes au robot 2. Dimensionnement des composants pour le monostable T=1,1R.C On impose un condensateur de 10 pf (car série plus restreinte que la série E24) R4/1,1xC=1/(1,1x10^-6)=400 Kohms Série E24 : R=390 Kohms 15
Chronogramme et interprétation Tant que D>20 cm, Vref>VTélémètre et Vcomp1=+4v Lorsque D<20 cm, il y a basculement avec Vcomp1=-5V Entre ses deux états (Vref=VTélémètre), il ya un front dynamique descendant pour générer le monostable. Elimination des composants négatives pour respecter les conditions de fonctionnement du monostable. Le monostable se déclenche sur front descendant de Vcomp2, à cet instant il y aura un prolongement de la tension Vt de 4 secondes 16
VI-Schéma structurel 17
VII) Conclusion et perspectives Annexe technique. Prix total (HT) 50, 18 euros Prix total à la vente 50,18 x 2,5v= 72 euros (TTC) Prix total (hors télémètre et capteurs)=15 euros soit 37 euros TTC 18