VIGIPARK CONDITIONNEMENT DU SIGNAL TP N 2- SERIE 1 POSTE 10 Thème I4 Transformation d'une grandeur physique à mesurer en une grandeur mesurable par capteur à sortie analogique : Le conditionnement du signal. Le traitement des signaux numériques en sortie du capteur. COMPETENCES ATTENDUES : - expliciter les caractéristiques d entrée et de sortie du conditionneur éventuel, - identifier la grandeur physique à mesurer et la nature de l'information délivrée par le capteur, - mesurer les signaux en divers points du système d'acquisition, - décrire et représenter l évolution du signal en entrée et en sortie des différents éléments, - justifier un choix de capteur. Savoirs et savoir-faire associés : - B.32 Conditionnement du signal. Matériel à mettre en œuvre : - Poste informatique équipé du logiciel Proteus. Documents à utiliser : - Dossier technique du Vigipark. Conditions de réalisation : - En binôme. 3 heures. Critères d'évaluation : La compétence sera reconnue si l élève est capable de : - Calculer à partir d un schéma électronique et d une caractéristique du capteur de température CTN, la température de protection de la batterie. - Simuler sur le logiciel proteus la protection en température de la batterie et la protection en tension. Tp Vigipark page 1
Problème technique : - Lorsque la température de la batterie est trop élevée, le système de surveillance fig. 1 doit couper la charge de la batterie. - Lorsque la tension de la batterie est trop élevée, le système de surveillance doit couper la charge de la batterie. SCHEMA DE PRINCIPE : Ub : Tension batterie Up : Tension du panneau solaire PANNEAU SOLAIRE Up Ub BATTERIE - fig. 1 Travail à faire : 1. Gestion de la température de la batterie Surveillance de la charge de la batterie (Température T ( C) La résistance du capteur CTN (coefficient de température négatif) placée contre la batterie, diminue lorsque la température de la batterie augmente (voir dossier technique page 1). Le montage suivant permet de comparer le signal VE temp au signal V seuil. Lorsque la température de la batterie dépasse une certaine valeur (à calculer ci-après), VS temp = 0V. La charge de la batterie est alors interrompue. Vcc R22 10KΩ CTN B57500 M500 R26 6,8 KΩ T Vcc VE temp R24 47KΩ V seuil + - R27 47KΩ > VS temp - fig. 1 Vcc = 5V = 0V Tp Vigipark page 2
Question n 1 - A partir du schéma «fig. 1» et de la courbe de la CTN (dossier technique page 1), calculer la température à partir de laquelle la charge de la batterie est interrompue. Question n 2 A l aide de l explorateur de windows, Sélectionner le dossier Vigipark Elève suivant ce chemin : Poste de travail d :\terminale_s\vigiparktp1 Copier ce dossier (édition puis copier) et le coller dans le répertoire de votre classe. Modifier le nom en le remplaçant par le votre (clic droit sur le dossier Vigipark Elève et renommer) Remarque : Cette manipulation vous permettra d ouvrir les différents fichiers du logiciel proteus sans avoir à les sauvegarder. Ouvrir le fichier vigi_comp_temp.dns dans votre dossier créer ci-dessus. Remarque : la molette de la souris permet de zoomer sur le schéma. Avec l aide du manuel du logiciel proteus, positionner les points tests permettant de visualiser les tensions du schéma fig. 1. Sélectionner un graphe de simulation : DC SWEEP permettant de visualiser les tensions en fonction de la résistance de la CTN. Ouvrir le graphe de simulation et paramétrer : «valeur de fin» sachant qu il s agit de la valeur max. de la CTN. Appuyer sur la touche espace du clavier pour lancer la simulation. Modifier si nécessaire «valeur de fin» pour avoir un graphe lisible. Vérifier la valeur de la CTN calculée à la question précédente. Dessiner sur votre compte rendu le graphe en repérant chaque courbe (tension VE temp, V seuil et VS temp). Commenter l allure des trois courbes. Pour éliminer les problèmes d instabilité lorsque la température avoisine le seuil de déclenchement (Vseuil = 2,5V), le comparateur à un seuil est remplacé par un trigger. Question n 3 Ouvrir le fichier vigi_trigg_temp.dns Le signal VE temp (image de la température) est simulé dans ce montage par un générateur pulse. Paramétrer ce générateur (clic gauche puis droit sur VE temp), pour obtenir un signal triangulaire de période 10ms, avec un temps de montée de 5ms et de descente de 5ms (VE temp max = 5V). Positionner les points tests VE temp et VS temp dans le diagramme «Analogue analysis». Appuyer sur la touche espace du clavier pour lancer la simulation. Dessiner sur votre compte rendu le graphe. Mesurer à l aide du curseur les deux seuils et noter les sur le graphe. Lancer à nouveau la simulation en cliquant sur le de la barre d outils en bas de l écran. L écran de l oscilloscope apparaît. Agir sur le potentiomètre R21 pour le mettre au minimum. Relever l allure de l oscillogramme en notant le signal en abscisse, le signal en ordonné, les deux seuils avec leurs valeurs. Commenter sa forme. Tp Vigipark page 3
2. Gestion de la tension de la tension de la batterie Lorsque la tension de la batterie est trop élevée (supérieure à environ 14V), le système de surveillance doit couper la charge de la batterie. Vcc R24 47K R27 47K VCC U6A 8 Tension batterie : VBat 3 2 1 Vbat R30 68K 4 LM358N VS tension bat R33 15K VE tension bat Question n 4 Ouvrir le fichier vigi_comp_tension.dns Positionner les points tests permettant de visualiser : - la tension de la batterie (Vbat), - la tension VE tension bat (tension image de Vbat), - la tension de seuil Vseuil, - la tension de sortie de l amplificateur opérationnel VS tension bat. Positionner et paramétrer un générateur sur l entrée Vbat pour simuler une évolution de la tension de 0V à 15V (durant 10s) et de 15 v à 0V (durant 10s). Faire apparaître un graphe de simulation (analogue analysis) pour visualiser les points test de 0s à 20s (programmer le temps de fin à 20s clic droit puis gauche sur le graphe de simulation). Dessiner sur votre compte rendu le graphe de simulation e. Noter la tension Vbat à partir de laquelle la sortie VS tension bat passe de 1 à 0 (arrêt de la charge de la batterie). Commenter cette valeur. Tp Vigipark page 4
3. Synthèse Un montage diodes (D1 et D2) et résistance R8 permet de délivrer le signal Vs Charge : - Vs Charge = 1 : autorise la charge de la batterie, - Vs Charge = 0 : n autorise pas la charge de la batterie. Question n 5 Ouvrir le fichier vigi_charg_bat.dns Programmer des générateurs sur VE temp et Vbat permettant de simuler successivement : - un défaut de température situé entre les instant t0 = 0s et t1 = 10s, - Puis un défaut tension (Vbat trop élevée) situé entre les instant t1 = 10s et t2 = 20s. Visualiser sur un graphe (analogue analysis) Vs Charge, Vtemp et Vbat. Dessiner sur votre compte rendu le graphe. Reprendre et compléter sous le schéma la synthèse suivante : SI la température de la batterie est inférieure à.. C, ET/OU (conserver la fonction logique correcte) SI la tension de la batterie est.à.volt, ALORS la charge de la batterie est autorisée, non autorisée (conserver la bonne réponse). Le montage diodes (D1 et D2) et résistance R8 réalise une fonction logique. Question bonus Pour les best of the best, je ne suis pas certain qu il y en aient dans cette classe, une question en plus. Lorsque la tension de la batterie est inférieure à 10,3V, la batterie est dite en décharge profonde. Une LED commandée par un signal V alarme = 1, permet de signaler ce défaut à l utilisateur. Question n 6 Sur le fichier proteus actuel concevoir un montage comparateur permettant de délivrer un signal V alarme = 1 lorsque Vbat est inférieure à 10,3V. Simuler le fonctionnement. Imprimer le graphe et le schéma sur la même feuille. Commenter les courbes. Tp Vigipark page 5
CAPTEUR DE TEMPERATURE (CTN) REFERENCE : B57500 M500 Résistance à 25 C : 10KΩ B 25/100 : 3988 K R CTN 1 * B( T = R0 e 1 298 ) Puissance max. pour T=25 C P max = 60 mw Résistance tolérance R/R N = +-3% Capacité thermique (dans l'air) T = 20s Constante de temps (dans l'air) C TH = 60 mj/k R é s i s t a n c e e n f o n c t i o n d e l a Te m p é r a t u r e 17000 16000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 T( C ) Tp Vigipark page 6