Capteur solaire parabolique

Sciences et technologies industrielles spécialité Génie électronique Capteur solaire parabolique hème n 7 Lycée St-aul 8 Bd Diderot 25000 Besançon rofesseur ressource : Mozzi Yves-Marie age 1

Les différents thèmes, auteurs, établissements 1. Mesureur d humidité : Agnès BONVILAIN, Lycée Victor Hugo Besançon (25). 2. Automatisation d une salle de traite (Thème Bac 2000) : hilippe BOSSARD, Lycée Sainte Marie Fénelon Lons Le Saunier (39). 3. Chariot filoguidé (Thème de Bac 1995) : ascal MAUCHAM, Lycée Jacques Duhamel Dole (39). 4. Thermomètre numérique : Fabrice JOBART, Lycée Armand eugeot Valentigney (25). 5. Horloge : Henri LAVAUD, Lycée Edgar Faure Morteau (25). 6. Station météo (Thème de Bac 1999) : Jean ierre MOREL, Lycée Louis Lumière Luxeuil Les Bains (70). 7. Capteur solaire parabolique (Thème de Bac 1997) Yves Marie MOZZI, Lycée Saint aul Besançon (25). 8. Aquarium (Thème de Bac 1993) : Christian RAULT, Lycée Raoul Follereau Belfort (90). 9. ositionnement d une antenne parabolique : Michel SOMMET, Lycée Victor Hugo Besançon (25). 10. Sonde d intubation (Thème de Bac 2001) : René TISSERAND, Lycée Augustin Cournot Gray (70). 11. Triangle de signalisation hilippe LEVIEILLE, Lycée Edgar Faure Morteau (25). age 2

Table des matières ages Les différents thèmes, auteurs et établissements 2 ositionnement prévisionnel des thèmes en fonction des contenus de programme d après les auteurs 4 Thèmes et contenus de programme 5 Fiche de description de thème 6 Dossier technique 7 Mise en situation du système 12 Analyse fonctionnelle du système et de l objet technique 16 Schémas structurels, nomenclature, documentation technique particulière 27 Documents de fabrication des maquettes de travaux pratiques Fiche descriptive des matériels avec évaluation des coûts non non age 3

ositionnement prévisionnel des thèmes en fonction des contenus de programme d après les auteurs Classe remière Terminale N Thème Trimestre 1 Trimestre 2 Trimestre 3 Trimestre 1 Trimestre 2 Trimestre 3 1 Mesureur d humidité 2 Automatisation d une salle de traite 3 Chariot filoguidé 4 Thermomètre numérique 5 Horloge 6 Station météorologique 7 Capteur solaire parabolique 8 Aquarium 9 ositionnement d une antenne parabolique 10 Sonde d intubation 11 Triangle de signalisation 12 13 14 age 4

= classe première, = classe terminale. = séquence pédagogique existante. Contenu de programme Thèmes Fonctions Eléments de structure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Système technique ou système mixte Objet technique (O.T.) Fonction d usage (F.U.) Individu Rôle Matière d œuvre Matière Energie Information Diagramme sagittal Organisation fonctionnelle d un objet technique : schéma fonctionnel. Niveau II Fonction usage. Niveau I Fonction globale Degré 1 Fonction principale (Fx) Degré 2 Fonction secondaire (FSx.y) Fonction annexe (FAx) Automatique Organisation d un Boucles ouverte, fermée système automatisé erturbation aramètres de réglage roportionnel Intégral Dérivé Informatique industrielle. Voir paragraphe C du programme Contenu de programme Thèmes Fonctions h. Eléments de structure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A) Traitement des signaux analogiques. Amplification 60 tension courant puissance Opérations 30 comparateur algébriques et Additionneur/soustracteur mathématiques Diviseur/multiplieur Intégrateur/dérivateur Filtrage 40 Conversion : générateurs commandés 15 asse bas asse haut Tension par courant Courant par tension Tension par tension Modulation 15 Courant par courant ar multiplication ar résistance commandée Démodulation ar détection d enveloppe B) roduction des signaux analogiques. roduction de signaux sinusoïdaux roduction de 35 35 A composants RC A circuits spécialisés Conformateur Signaux triangulaires signaux non sinusoïdaux Astable à opérateurs logiques Astable à circuits spécialisés Monostable à opérat. logiques Monostable à circ. spécialisés age 5

Contenu de programme Thèmes Fonctions h. Eléments de structure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 C) Traitement des signaux logiques et/ou numériques. Commutation 30 Opérateurs logiques de base Multiplexeur/démultiplexeur Commutation Niveau logique technologie Entrance/sortance Commutation Marge de bruit Caractéristiques temporelles Codage 10 Codeur Décodeur Trans. de code Opérations arithmétiques binaires 10 Comptage 20 Mémorisation élémentaires Mémorisation multiples 30 Transcodeur Additionneur Soustracteur Comparateur U.A.L. Compteurs intégrés Décompteurs intégrés Bascules RS Bascules JK Bascules D A accès direct A accès séquentiel Lecture/écriture Lecture seule Traitement 50 Registre à décalage Structure de bus, interfaces programmé de Architecture fonctionnelle l information : Structure algorithmique org. matérielle et Eléments de langage : logicielle assembleur ou évolué D) Traitement des signaux logiques et/ou numériques. Captage de 20 Magnétoélectrique position, vitesse, température, Electrodynamique Optique rayonnement Thermoélectrique Contrainte : piézo-électrique Conditionnement 30 Contrainte : jauge Oscillateur à fréquence Oscillateur à rapport cyclique Oscillateur à amplitude Générateur à U commandée Générateur à I commandé E) Conversion de grandeurs électriques en grandeurs physiques. Elect./acoustique Elect./optique 30 Haut-parleur Diodes électroluminescentes Afficheur simple Afficheur multiplexé age 6

Contenu de programme Thèmes Fonctions h. Eléments de structure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 F) Transmission de l information. Conversion de 30 C.N.A. données C.A.N. Conversion fréquence/tension Conversion tension/fréquence Cod. Informat. 10 Modulation FSK Transmission 30 Coupleur optique non galvanique Transformateur Relais Trans. De Liaison série données num. Liaison parallèle G) Conversion et contrôle de l énergie. Conversion 20 Moteur cc à aimant perm. électr./mécanique Contrôle de 30 Moteur pas à pas Redresseur l énergie Gradateur Hacheur série à transistor Régulateur age 7

Nom du thème Etablissement ressource : Lycée St-aul - Besançon Auteurs : Yves-Marie Mozzi remière production : le 19/12/2000 Dernière mise à jour : le 19/12/2000 Origine du dossier : innovation pédagogique du lycée René errin (73). Dossier technique Fonctions, structures, composants constituants l objet technique - microcontrôleur 68hc11 - multiplexage et démultiplexage - monostable à circuit spécialisé et à portes logiques Automatique. - compteur décimal - affichage multiplexé 3 digits - CAN à sortie BCD 3digits CA3162E, décodeur BCD/7segments CA3161E - opérateurs logique de base, porte à collecteur ouvert, porte trigger - photorésistance, opto-coupleur, diode infra-rouge, capteur de température LM335,ILS - trigger à A.O.., comparateur, différentiateur - circuit spécialisé L298 de commande moteur, moteur c-c - alimentation continue régulée par zener et transistor ou par régulateur intégré Support disponible du système Maquette support paraboles avec 2 moto-réducteurs fournie lors du thème bac 97-98 Exploitation pédagogique Document ressource Maquettes développées. Maquette de F8 : détection des seuils de température Maquette de FS216, FS217 : détection température extérieure Maquette de FS23 à FS26 : détection neige artie opérative réelle ou didactisée. L O.T. gère le déplacement de paraboles concentrant l énergie calorifique solaire, et la pompe de mise en circulation du fluide caloporteur, tout en s autoprotégeant de tous aléas climatiques. Tendance technique Electronique Analogique. Electronique Numérique. Electronique rogrammée. Informatique Industrielle. remière STI 2nd trimestre ositionnement Durée : 11 heures pour les 2 séquences développées Outil informatique : simulation et développement. Evolution possible age 8

age 9

CATEUR SOLAIRE ARABOLIQUE age 10

SOMMAIRE résentation page 12 Fonctionnement du système page 13 Description des capteurs et actionneurs page 14 Analyse fonctionnelle - diagramme sagittal, schémas fonctionnels de niveau 1 et 2 page 16 - schéma fonctionnel du 1er degré page 17 Etude des fonctions principales F1 page 18 F2 page 19 F3, F4, F5 page 20 F6, F7 page 21 F8, FA page 22 Schémas fonctionnels du second degré page 23 Affectations des ports du microcontrôleur et tableau de sélection des entrées page 26 Schémas page 27 rogramme de poursuite du soleil page 35 age 11

résentation du système Le capteur parabolique est un système de production d énergie thermique par concentration de l énergie calorifique solaire. Ce système comporte deux parties distinctes : - une partie opérative comportant deux réflecteurs en forme de paraboloï des de révolution, deux motoréducteurs à courant continu permettant le déplacement des réflecteurs, deux chaudières situées au foyer des paraboles, une boucle de circulation du fluide caloporteur, une pompe mettant en mouvement le fluide, un ballon de stockage de l énergie thermique. - une partie commande apte à traiter les informations de position du soleil, chute de neige, vitesse du vent, luminosité, positions limites des paraboles, température extérieure, surpression dans la boucle de circulation, température de l eau du ballon et température de l eau dans la chaudière, commandes manuelles de l utilisateur pour transmettre aux actionneurs les ordres adaptés aux besoins de poursuite du soleil, d échange des calories, de protection du système contre les aléas climatiques ou la coupure d énergie EDF. Cette partie comprend donc des capteurs, une carte électronique, une batterie de secours. est ouest bas haut TYE Diamètre Surface oids oids uissance ression Température Raccord utile parabole total KW/h de service C plomberie CAT 3.60 m 10 m 2 330 kg 710 kg 6 3 bars 112 20*27 100 CAT 200 ¾ mâle 5.00 m 20 m 2 600 kg 1150 kg 12 3 112 20*27 ¾ mâle uissance moteur 0.06 kw 0.06 kw age 12

Fonctionnement du système Ce système est capable: en fonctionnement normal - de poursuivre la source lumineuse du soleil afin de pointer l axe des réflecteurs en direction de soleil. - de rattraper le soleil qui se lève tard dans la journée lorsque la poursuite normale n est plus possible. - de prendre, dès la tombée de la nuit, une position d attente du prochain lever du soleil en étant protégé des chutes de neige et des dépôts de poussières. - de transférer les calories collectées par les chaudières et le fluide caloporteur vers le réservoir de stockage. en cas d anomalies - de s auto-protéger des anomalies de fonctionnement du circuit hydraulique de transfert des calories vers le réservoir de stockage. Lors d un arrêt accidentel de la circulation du fluide caloporteur, les calories concentrées au foyer des réflecteurs ne seront plus évacuées. Le circuit hydraulique est alors en danger car il y a risque de surchauffe, de mise en ébullition du fluide et de surpression. D autre part, si la température de l eau contenue dans le ballon est proche de celle de l ébullition, il devient inutile et dangereux de continuer de vouloir stocker les calories. Dans ces deux cas, le système devra déplacer les réflecteurs de façon à ce que la concentration ne se fasse plus sur la chaudière mais soit décalée par rapport à celle -ci. - de s auto-protéger des chutes de neige en plaçant l axe des réflecteurs en position horizontal. - de s auto-protéger du vent en prenant une position de moindre résistance au vent. ( axe des réflecteurs vertical ) - de s auto-protéger de toute anomalie en cas de défaut d alimentation générale ( coupure de la tension secteur ). position en cas de chute de neige position en cas de vent position - en cas de chute de neige et de vent - ou en cas de coupure d alimentation age 13

Capteur de poursuite (ou pointeur) : - Le détecteur de poursuite apte à reconnaître la direction des rayons lumineux solidaire des réflecteurs est placé de telle sorte que l ombre du mécanisme ne puisse jamais l atteindre quelque soit la position du soleil. - Il comporte une embase constituée d un plan perpendiculaire à l axe des réflecteurs supportant deux paires de phototransistors placés en opposition sur deux rayons perpendiculaires d un même cercle. - Un masque opaque maintenu à distance de cette embase vient projeter une ombre sur les phototransistors. - La taille du masque sera approprié pour que celui-ci projette simultanément une ombre sur les quatre phototransistors lorsque le réflecteur est parfaitement dirigé vers le soleil. - Dès qu un décalage angulaire se produit entre la direction des rayons lumineux et l axe des réflecteurs, le déséquilibre d éclairement d un phototransistor de l une ou de ces deux paires est détecté. hototransistor hototransistor Capteur de rattrapage : arabole Les quatre hototransistors sont à l ombre, l axe des paraboles est correct Un des quatre phototransistors est éclairé, les paraboles ne pointent pas vers le soleil Lorsque le soleil se lève tardivement ( ciel couvert le matin ) ou lorsque le pointeur est dirigé vers le bas ( position de survie totale ) le capteur de poursuite, décrit précédemment, ne peut plus remplir son rôle car les quatre phototransistors de ce pointeur sont tous à l ombre. L électronique détecte donc contrairement à la réalité la position «pointé vers le soleil». Un dispositif doit donc prendre en compte cette mauvaise interprétation. - Deux phototransistors, placés dans un plan parallèle à celui contenant l axe de révolution des deux réflecteurs et formant vers l ouest avec ces derniers un angle légèrement inférieur à 90 pour l un et légèrement supérieur à 90 pour l autre, sont placés contre l embase sur son coté ouest. - Lorsque les réflecteurs sont pointés vers la source lumineuse les deux phototransistors sont à l ombre et inactifs. age 14

Capteur de neige : - Il est constitué d un émetteur-récepteur infra-rouge. Le signal infra-rouge se réfléchit sur les flocons de neige. Anémomètre : La turbine ( partie tournante ) de l anémomètre est équipée d un petit aimant permanent. Le corps ( partie fixe ) de l anémomètre est équipée d un ILS ( Interrupteur à Lame Souple). A chaque tour de rotation de la turbine, le petit aimant vient fermer le contact de l ILS. La fréquence de fermeture de l ILS permet, après traitement électronique, d avoir une image ( tension continue ) de la vitesse du vent. Détecteur crépusculaire : Une photo-résistance réagit à la luminosit é extérieure Capteurs de positions limites des paraboles : Des index solidaires des axes de rotation coupent les faisceaux des fourches optiques judicieusement placées. Les fin de course seront placés de telle manière que la course d azimut (axe vertical) soit de 200 maximum et que la course de hauteur (axe horizontal) soit de 220 maximum. Actionneurs : Deux motoréducteurs à courant continu sont placés de telle manière qu ils puissent permettre les déplacements AZIMUT et HAUTEUR. La vitesse de rotation est de l ordre de 4tr/mn. age 15

ANALYSE FONCTIONNELLE Diagramme sagittal : R1 Soleil artie opérative Usager R9 R7 R6 R5 artie commande R2 R3 conditions météorologiques R8 R4 Réseau EDF Schéma fonctionnel de niveau 1 : Energie solaire Informations climatiques, position du soleil, et commandes manuelles Energie électrique 230V, 50Hz Chauffer Chaleur restituée Compte-rendu Schéma fonctionnel de niveau 2 : Energie solaire Transformer l énergie araboles + Motoréducteurs O.T.1 Transporter l énergie Circuit fluide caloporteur + ompe O.T.2 Stocker l énergie Ballon de stockage O.T.3 Chaleur restituée Informations climatiques, position du soleil, et commandes manuelles Energie électrique 230V, 50Hz artie commande O.T.4 Compte-rendu age 16

Schéma fonctionnel du 1er degré de O.T.4 commandes manuelles info capteurs interfaçage des entrées F2 S1 S2 S10 multiplexage des entrées S3 traitement des informations S7 interfaçage moteur F7 commande des moteurs S5 F3 S2 Vitesse du vent interfaçage capteur vent et affichage vitesse du vent F4 S4 S9 F1 S6 démultiplexage et mémorisation des sorties F5 S8 visualisation des états F6 états de fonctionnement visualisation vitesse alimentation secourue S5 +12V détection des seuils de température commande pompe FA +5V GND F8 S11 secteur 230v température ballon température circuit réglages seuils age 17

F1 : traitement des informations. Cette fonction permet de gérer les informations provenant des différents capteurs, afin de commander les moteurs ainsi que les voyants représentants l état du système. 3 S2 S3 2 traitement des informations 4 S7 S4 S9 2 3 S6 F1 S3 : 2 signaux logiques permettant de fournir à F1 l état des capteurs ( fin de courses, crépuscule, poursuite, mesure, neige, pression, température ). S4 : signal analogique proportionnel à la vitesse du vent. S9 : 2 signaux logiques indiquant : - si la température du ballon est supérieure au seuil préréglé, - si la température du circuit est supérieure au seuil préréglé, S2 : 3 signaux logiques permettant la sélection de l information du capteur désiré et la sélection de la donnée à transmettre sur les voyants. S6 : 2 signaux logiques permettant la validation de la donnée à transmettre sur les voyants. 1 signal logique indiquant l état de la donnée à transmettre sur le voyant sélectionné. S7 : 4 signaux logiques permettant la commande des deux moteurs dans les deux sens. age 18

F2 : interfaçage des entrées. Cette fonction permet la mise en forme des signaux issus des capteurs : fin de courses, crépuscule, poursuite, mesure, neige, pression, température. info capteurs interfaçage des entrées 4 S10 F2 14 S1 info capteurs : ensemble des signaux provenant des différents capteurs. - Fin de course haut, - Fin de course bas, - Fin de course ouest, - Fin de course est, - Fin de course centre, - Neige, - oursuite haut, - oursuite bas, - oursuite ouest, - oursuite est, - Mesure 1, - Mesure 2, - Crépuscule, - ression, - Température extérieure. S1 : 14 signaux logiques images de l état des capteurs. S10 : 4 signaux logiques correspondant à l état des capteurs fin de courses haut, bas, ouest, est. age 19

F3 : multipexage des entrées. Cette fonction permet de limiter le nombre de liaison arrivant sur F1. S2 S1 S5 S1 : 14 signaux logiques images de l état des capteurs. S2 : 3 signaux logiques permettant la sélection de l information du capteur désiré et de la donnée à transmettre. S3 : 2 signaux logiques permettant de fournir à F1 l état des capteurs ( fin de courses, crépuscule, poursuite, mesure, neige, pression, température ). S5 : signal logique signalant le fonctionnement normal du secteur. F4 : interfaçage capteur vent et affichage vitesse du vent. 3 14 multiplexage des entrées F3 Cette fonction permet d obtenir une tension continue proportionnelle à la vitesse du vent et d afficher sur 3 digits une information correspondante à la vitesse du vent. 2 S3 Vitesse du vent interfaçage capteur vent et affichage vitesse du vent F4 visualisation vitesse S4 S4 : signal analogique proportionnel à la vitesse du vent. F5 : démultipexage et mémorisation des sorties. Cette fonction permet de générer et de mémoriser l ensemble des états des variables de sortie. S2 S6 3 3 démultiplexage et mémorisation des sorties 15 S8 F5 S6 : 2 signaux logiques permettant la validation de la donnée à transmettre sur les voyants. 1 signal logique indiquant l état de la donnée à transmettre sur le voyant sélectionné. S8 : 15 signaux logiques permettant la commande des voyants. S2 : 3 signaux logiques permettant la sélection de l information du capteur désiré et de la donnée à transmettre. age 20

F6 : visualisation des états. Cette fonction permet de générer l émission de signaux lumineux indiquant les états de fonctionnement du capteur parabolique. S8 S11 15 visualisation des états F6 états de fonctionnement ( 16 voyants ) S8 : 15 signaux logiques permettant la commande des voyants. S11 : signal logique indiquant si T ballon - T circuit > seuil 3 Liste des voyants : Fonctionnement normal Crépuscule osition Survie hiver T chaudière > T ballon osition Nuit osition Survie totale T chaudière > seuil Neige Décalage T ballon > seuil osition Neige Coupure secteur Surpression Trop de Vent T extérieure > seuil osition Survie été F7 : interfaçage moteur. Cette fonction génère les signaux de puissance permettant la commande des moteurs Haut/Bas et Est/Ouest. commandes manuelles ( 4 boutons poussoirs + interrupteur M/A) S10 S7 5 4 4 interfaçage moteur F7 commande des moteurs à courant continu S7 : 4 signaux logiques permettant la commande des deux moteurs dans les deux sens. S10: 4 signaux logiques correspondant à l état des capteurs fin de courses haut, bas, ouest, est. age 21

F8 : détection des seuils de température. Cette fonction permet à partir des capteurs de température ballon et circuit de générer les signaux logiques : - T ballon > seuil1, - T circuit > seuil2, - T ballon - T circuit > seuil3, température circuit température ballon réglages seuils ( seuil1, seuil2, seuil3 ) détection des seuils de température F8 2 commande pompe S9 S11 S9 : 2 signaux logiques indiquant : - si la température du ballon est supérieure au seuil préréglé, - si la température du circuit est supérieure au seuil préréglé,. S11 : signal logique indiquant si T ballon - T circuit > seuil 3 FA : alimentation secourue. Cette fonction permet à partir de la tension secteur 230V d obtenir une tension continue de 5V, une tension continue de 12V, et une information logique signalant le fonctionnement normal du secteur. En cas de coupure de la tension secteur, ces tensions sont obtenues automatiquement à partir d une batterie de 12V. La batterie est automatiquement rechargée pendant la phase de fonctionnement normal alimentation secourue FA +12V +5V GND S5 secteur 230v S5 : signal logique signalant le fonctionnement normal du secteur. age 22

F2 : interfaçage des entrées : schéma fonctionnel de second degré émission lumière réception lumière Conversion signal lumineux / signal électrique FS21 mise en forme FS22 signal logique fin de course ( X 5 ) signal I.R émis signal I.R réfléchi émission I.R FS23 réception I.R FS24 amplification mise en forme FS25 génération d une temporisation FS27 comptage FS26 signal logique détection neige intensité lumineuse du soleil Conversion signal lumineux / signal électrique FS29 détection seuil et mise en forme FS210 signal logique poursuite ( X 4 ) intensité lumineuse du soleil mesure1 intensité lumineuse du soleil mesure2 intensité lumineuse du soleil Conversion signal lumineux / signal électrique FS211 Conversion signal lumineux / signal électrique FS213 Conversion signal lumineux / signal électrique FS2111 détection seuil et mise en forme FS212 détection seuil et mise en forme FS214 détection seuil et mise en forme FS2112 fonction ou FS215 signal logique détection lumière signal logique détection crépuscule température extérieure Conversion température / signal électrique FS216 filtrage et comparaison avec seuil réglable et hystérésis FS217 signal logique température extérieure pression du circuit d eau Conversion pression / signal électrique FS218 détection seuil FS219 signal logique pression du circuit age 23

F8 : détection des seuils de température. schéma fonctionnel de second degré température circuit réglage seuil 1 réglage seuil 3 détection température circuit > seuil1 FS81 différenciateur comparaison FS84 signal logique état T circuit signal logique état T circuit - T ballon FS83 adaptation commande pompe température ballon détection température ballon > seuil2 FS85 signal logique état T ballon réglage seuil 2 FS82 F8 F7 : interfaçage moteur : schéma fonctionnel de second degré commande manu haut aiguillage commande auto haut fin de course haut FS72 commande manu bas commande auto bas fin de course bas aiguillage FS72 adaptation commande moteur haut/bas auto /manu sélection mode fonctionnement FS73 FS71 commande manu est aiguillage commande auto est fin de course est FS72 commande moteur est/ouest commande manu ouest aiguillage commande auto ouest fin de course ouest FS72 F7 age 24

F4 : interface vent et affichage vitesse. schéma fonctionnel de second degré capteur ILS mise en forme détecteur de crête signal analogique proportionnel à la vitesse FS41 FS42 can à sorties multiplexées décodeur afficheurs visualisation vitesse FS43 FS44 FS45 F4 FA : alimentation. schéma fonctionnel de second degré secteur 230v abaissement tension redressement filtrage FSA1 FSA2 FSA3 régulation détection secteur signal logique de présence secteur FSA4 FSA6 +12V batterie aiguillage régulation +5V FSA8 FSA5 FSA7 FA age 25

Affectation des ports du 68HC11 Signaux affectation S3 : 2 signaux logiques permettant de fournir à F1 l état des capteurs ( fin de courses, crépuscule, poursuite, mesure, neige, pression, température ). S9 : 2 signaux logiques indiquant : - si la température du ballon est supérieure au seuil préréglé, - si la température du circuit est supérieure au seuil préréglé. S7 : 4 signaux logiques permettant la commande des deux moteurs dans les deux sens : bas, haut, Est, Ouest S2 : 3 signaux logiques permettant la sélection de l information du capteur désiré et de la donnée à transmettre. S4 : signal analogique proportionnel à la vitesse du vent. C0 et C1 C2 C3 C4, C5 C6, C7 B0, B1, B2 E0 S6 : 2 signaux logiques permettant la validation de la donnée à transmettre sur les voyants. 1 signal logique indiquant l état de la donnée à transmettre sur le voyant sélectionné. B5, B6 B7 Tableau de sélection des entrées B2 B1 B0 signal envoyé en C0 signal envoyé en C1 0 0 0 fin de course haut poursuite ouest 0 0 1 fin de course bas poursuite est 0 1 0 fin de course ouest mesure 1 ou mesure 2 0 1 1 fin de course est crépuscule 1 0 0 fin de course centre pression 1 0 1 neige T extérieure 1 1 0 poursuite haut Coupure secteur 1 1 1 poursuite bas age 26

4 capteur de mesure ( x2 ) Interfaçage des entrées : FS2.9 et FS2.10 : poursuite du soleil FS2.11 à FS2.15 : mesure1 et 2 age 27

Interfaçage des entrées : FS2.1 et FS2.2 : fin de course FS2.111 à FS2.112 : crépuscule age 28

Interfaçage des entrées : FS2.16 et FS2.17 : T exterieure Multiplexage des entrées : F3 age 29

Interfaçage des entrées : FS2.3 à FS2.7 : neige FS2.18 à FS2.19 : pression Détections seuils températures : F8 age 30

Traitement des données : F1 Démultiplexage et mémorisation : F5 Visualisation : F6 age 31

Commande des moteurs : F7 age 32

Alimentation secourue : F6 age 33

Mesure vitesse du vent : F4 age 34

rogramme de poursuite du soleil ddrc equ $1007 portc equ $1003 portb equ $1004 memo1 equ $0101 memo2 equ $0102 ldaa #$f0 staa ddrc ldaa #%11110000 staa portc begin ldaa #%00001000 staa memo2 clr memo1 ldaa #%01100101 debut asl memo2 inca staa portb cmpa #%01101000 bge suite ************************* * test C0 * ************************* ldy #02 eti1 dey beq debut ldab portc andb #%00000001 beq eti1 ldx #02 boucle ldab portc andb #%00000001 beq eti1 dex beq un bra boucle ************************* un ldab memo1 orb memo2 stab memo1 bra debut ************************* suite cmpa #%01101010 beq fin ************************* * test C1 * ************************* ldy #02 eti2 dey beq debut ldab portc andb #%00000010 beq eti2 ldx #02 retour ldab portc andb #%00000010 beq eti2 dex ; configuration portc ; arrêt des moteurs ; commande multiplexeur beq un bra retour ************************* fin ldaa memo1 coma staa portc bra begin ; commande ; des moteurs age 35

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Capteur solaire parabolique Etude du capteur de température et de la détection de seuil Séquence n 1 Organisation Travail en binôme remière Durée estimée : 5 heures Type d apprentissage 0% 100% Acquérir Appliquer Choisir remière production : 15/11/2000 Mise à jour : Fonctions traitées et contenu de programme. Schéma fonctionnel de second degré Capteur de température Comparateur à un seuil et comparateur à hystérésis Différentiateur Activité de l élève ou du professeur par phase. hase 1 : l élève lit le dossier technique et répond sur feuille aux questions théoriques hase 2 : l élève recherche un mode opératoire et le propose au professeur qui le valide hase 3 : l élève fait ses relevés. le professeur contrôle. hase 4 : l élève compare les résultats expérimentaux aux résultats théoriques hase 5 : synthèse collective dirigée Compétences par phase. hase 1 : D identifier les structures réalisant une fonction donnée. E1 établir les relations entre grandeurs d entrée et grandeurs de sortie E2 justifier le dimensionnement des composants hase 2 : H2 élaborer le mode opératoire adéquat hase 3 : H3, H4 effectuer des mesures, traduire les résultats hase 4 : H5 juger la validité E4, H6 évaluer que la fonction requise est assurée D identifier les structures réalisant une fonction donnée. E4, H6 évaluer que la fonction requise est assurée Matériel et documentation nécessaires rérecquis Dossier technique du thème Cours sur le comparateur et l AO Documents techniques : LM335 LM324 Matériels de mesure age 39

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Séquence n 1 CATEUR SOLAIRE ARABOLIQUE Etude de la fonction «détection température du circuit > seuil» 1 ) Identification de la fonction secondaire FS81 : A partir du dossier technique fourni (analyse fonctionnelle, documents techniques), repérer et entourer sur le schéma structurel du document réponse 1 la fonction secondaire FS81. 2 ) Etude des structures réalisant la fonction secondaire FS81 : 2.1 En supposant les amplificateurs opérationnels idéaux, calculer le potentiel sur l entrée inverseuse ( broche 6 ) de U5. 2.2 Retrouver sur les schémas structurels, les tensions d alimentations de l amplificateur opérationnels U5 :B. 2.3 La température du circuit est imagée sur la maquette par une tension réglable à l aide d un potentiomètre. Donner en théorie la caractéristique de la fonction de transfert, tension de sortie de FS81 en fonction de la tension d entrée ( tension image de la température ). 3 ) Relevé expérimental de la fonction de transfert de FS81 : 3.1 Donner un mode opératoire afin de faire le relevé expérimental de la fonction de transfert. 3.2 Faire le relevé de cette fonction de transfert. uis tracer la caractéristique. 3.3 ourquoi la tension de sortie ne prend pas les valeurs théoriques supposées? 3.4 Sachant que la température est un phénomène physique qui évolue relativement lentement ( par rapport aux temps de réaction des composants électroniques ), justifier l emploi du circuit intégré LM324. 3.5 Si on avait à faire une comparaison plus rapide, quelle autre structure pourrait -on utiliser? 4 ) Identification de la fonction secondaire FS217 : A partir du dossier technique fourni (analyse fonctionnelle, documents techniques), repérer et entourer sur le schéma structurel du document réponse 2 la fonction secondaire FS217. 5 ) Etude des structures réalisant la fonction secondaire FS217 : 5.1 Quel est le rôle de R1 et C1? 5.2 En supposant que le curseur du potentiomètre 2 est en position central et que la tension de sortie ( sur la borne 1 de U1 :A ) est à +5V, donner la valeur du potentiel sur l entrée non inverseuse de l amplificateur opérationnel ( borne 2 de U1 :A ). age 41

5.3 En supposant que le curseur du potentiomètre 2 est en position central et que la tension de sortie ( sur la borne 1 de U1 :A ) est à 0V, donner la valeur du potentiel sur l entrée non inverseuse de l amplificateur opérationnel ( borne 2 de U1 :A ). 5.4 Donner la plage de variation de la tension issu de FS216. ( on supposera que la température extérieure peut varier dans la plage de température maximum de fonctionnement du capteur ). 5.5 Tracer la caractéristique théorique de transfert de la fonction secondaire FS217. 5.6 Faire le relevé expérimental de cette fonction de transfert. uis tracer la caractéristique. 5.7 Quel est l intérêt de faire ce type de comparaison ( comparaison à hystérésis )? 5.8 Quelle(s) solution(s) peut-on envisager afin d augmenter la largeur du cycle d hystérésis? 6 ) Identification de la fonction secondaire FS83 : Séquence n 1 A partir du dossier technique fourni (analyse fonctionnelle), repérer et entourer sur le schéma structurel du document réponse 1 la fonction secondaire FS83. 7 ) Etude des structures réalisant la fonction secondaire FS83 : 7.1 ourquoi peut-on supposer que l amplificateur opérationnel utilisé dans cette structure fonctionne en régime linéaire? 7.2 Donner l expression littérale du potentiel Ve+sur l entrée non inverseuse ( broche 10 de U5 ) en fonction de la tension Vtc ( tension image de la température du circuit ) et des résistances. 7.3 Donner l expression littérale du potentiel Ve- sur l entrée inverseuse ( broche 9 de U5 ) en fonction de la tension Vtb ( tension image de la température du ballon ), de la tension Vs83 et des résistances. 7.4 Donner la relation liant Ve+ et Ve-. 7.5 En déduire l expression littérale de Vs83 en fonction de Vtc et Vtb. 7.6 Faire l application numérique pour les différents cas de figure suivants : Vtc Vtb Vs83 2,7V 2,5V 1V 0,5V 4V 4V age 42

Séquence n 1 8 ) Mesures de Vs83 : Compléter le tableau de mesures ci-dessous. our cela vous effectuerez les réglages nécessaires des potentiomètres et vous mesurerez sur les points test T2, T3 et T4. Vtc = T... Vtb = T... Vs83 =T... 2,7V 2,5V 1V 0,5V 4V 4V age 43

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