TP9 Tondeuse RL500 Affichage Numerique de La Vitesse

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Section : S

Option : Sciences de lingnieur

Discipline : Gnie lectrique

Affichage numrique de la vitesse de la tondeuseSystme tudi : La tondeuse RL500 Type de document : Travaux Pratiques Classe : Terminale Date :

Mise en situation et objectifs du TP Ce TP a pour but dtudier la chane dinformation permettant dafficher numriquement la vitesse davancement de la tondeuse, en proposant et en validant une solution rpondant au cahier des charges donn. Travail demand I Amlioration de la tondeuse et dcoupage fonctionnel Dans le cadre dune seconde gnration de tondeuse automatique, le constructeur dcide dajouter un afficheur permettant de visualiser la vitesse de la tondeuse. De plus, sur ce nouveau modle RL600 de la tondeuse, lutilisateur a le choix entre 4 vitesses possibles. Ainsi, selon la densit de lherbe dans le jardin et la frquence dutilisation de la tondeuse, lutilisateur choisira la vitesse qui permettra doptimiser la tonte : Q dans un jardin frquemment tondu la tondeuse sera utilise en vitesse rapide Q dans un jardin o lherbe est haute la tonte avec une vitesse plus lente sera prfrable Les 4 vitesses possibles du moteur de la tondeuse sont les suivantes : Q vitesse 1 : 0 tr.s-1 (tondeuse larrt) Q vitesse 2 : 40 tr.s-1 Q vitesse 3 : 80 tr.s-1 Q vitesse 4 : 120 tr.s-1 On se propose dans ce TP dtudier la chane dinformation permettant de convertir la vitesse relle de la tondeuse en un chiffre reprsentatif affich sur un afficheur de type 7 segments :

Moteur de la tondeuse

Odomtre

VF

Convertisseur Frquence / Tension

VT

Convertisseur Analogique / Numrique

NTranscodeur 3

FP1

FP2

FP3

FP4

FP5

7

Affichage de la vitesse

FP6

Schma fonctionnel de la chane dinformation

Caractristique de la fonction FP2 : Le capteur mesurant la vitesse de rotation du moteur de la tondeuse est un odomtre. Cet odomtre dlivre un signal VF dont la frquence fo est proportionnelle la vitesse relle v du moteur de la tondeuse :

fo = k.vavec : Q fo la frquence du signal VF en Hz (Hertz) Q v la vitesse de rotation relle du moteur de la tondeuse en tr.s-1 (tour par seconde) Q k une constante de proportionnalit qui vaut 1 Hz.s.tr-1 (Hertz par (tour par seconde)), soit 1 tr-1 Par exemple, si le moteur de la tondeuse tourne la vitesse de 60 tr.s-1 alors la frquence du signal VF la sortie de lodomtre sera fo = 60Hz. Caractristique de la fonction FP3 : La fonction lectronique FP3 a pour but de dlivrer une tension VT proportionnelle la frquence fo du signal VF. La fonction de transfert de FP3 est une fonction affine :

VT = a.fo+bavec : Q Q Q Q VT la tension (en volt) de sortie de FP3 proportionnelle la vitesse relle du moteur fo la frquence du signal VF en Hz (Hertz) a = 150 mV.Hz-1 (Milli-Volt par Hertz) b = 3 V (Volt)www.gecif.net Page 1 / 4

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II Etude de la fonction FP4 Convertisseur Analogique / Numrique II 1 Rle de la fonction FP4 La fonction FP4 a pour but de convertir la tension VT en un mot binaire N exprim sur 3 bits B0 B1 et B2 :

VT

Convertisseur Analogique / Numrique

FP4Schma fonctionnel de FP4

B0 B1 B2

Comme le montre le schma structurel ci-dessous, la fonction FP4 est compose de 3 comparateurs de tension :

+VT R1 A

+

+ +

B0

R2 VCC B R3

+

B1

+

R4On donne Vcc = 24 V et R1=R2=R3=R4=8.2 k

C

-

B2

Schma structurel de FP4

II 2 Mesure de la vitesse davancement de la tondeuse. II 2 1 En utilisant le schma structurel de FP4 calculez la tension seuil prsente sur chacune des entres inverseuses des comparateurs. Ces trois tensions seront appeles VA, VB et VC : II 2 2 Saisissez dans le logiciel de simulation Proteus le schma structurel de FP4 en utilisant les composants suivants : Q Vcc : une pile CELL Q R1, R2, R4 et R4 : composant RES Q Les comparateurs de tension : composant TL084 (bibliothque OPAMP) aliment entre 0V (borne 11) et 24 V (borne 4) II 2 3 Le signal VT, image de la vitesse du moteur de la tondeuse, sera ici gnr par le gnrateur de signaux trapzodal nomm PULSE. Pour gnrer un signal triangulaire l'aide d'un gnrateur PULSE dans Proteus il faut rgler le rapport cyclique (nomm Largeur impulsion ) 0 s en plus de rgler correctement les niveaux de tension (niveau maximal et niveau minimal) et de temps (temps de monte, temps de descente et priode). Configurez le signal triangulaire VT afin quil simule une variation de vitesse allant de 0 tr.s-1 150 tr.s-1 avec une priode de 1 seconde. Les chronogrammes des signaux VT, B0, B1 et B2 seront affichs dans un graphe ANALOGUE et devront tre nomms correctement. Lancez la simulation puis relevez les signaux VT, B0, B1 et B2 sur votre compte rendu dans un repre gradu.T.P. : Affichage numrique de la vitesse de la tondeuse www.gecif.net Page 2 / 4

II 2 4 Quelles sont les 4 plages de vitesse du moteur dtectes par la fonction FP4 ? Pourquoi les 3 seuils de vitesse dtects par FP4 ne correspondent pas aux 3 valeurs relles de la vitesse de la tondeuse ? III Etude de la fonction FP5 Transcodeur III 1 Rle de la fonction FP5 Le rle de la fonction FP5 est de convertir les 3 signaux logiques B0, B1 et B2 en 7 signaux logiques alimentant chacun un segment dun afficheur 7 segments : a b B0 c Transcodeur d B1 e f B2 FP5 gSchma fonctionnel de FP5

On rappelle ci-dessous le nom de chacun des segments dun afficheur, ainsi que le motif reprsentant les chiffres de 03: a

f g

b

e d

c

Lafficheur aliment par les 7 sorties de FP5 devra indiquer un chiffre entre 0 et 3 reprsentant la vitesse du moteur de la tondeuse, parmi les 4 vitesses possibles, selon le tableau suivant : Vitesse du moteur 0 tr.s-1 40 tr.s-1 80 tr.s-1 120 tr.s-1 III 2 Affichage de la vitesse davancement de la tondeuse III 2 1 Complter ci-dessous la table de vrit de la fonction FP5 : Vitesse du moteur 0 tr.s-1 40 tr.s-1 80 tr.s-1 120 tr.s-1Table de vrit de la fonction FP5

Chiffre affich 0 1 2 3

Entres de FP5 B2 B1 B0 a b

Sorties de FP5 c d e f g

Chiffre affich sur lafficheur

III 2 2 Proposez une quation logique simplifie au maximum pour chacune des 7 sorties de FP5 : a = b = T.P. : Affichage numrique de la vitesse de la tondeuse www.gecif.net Page 3 / 4

c = d = e = f = g = III 2 3 Afin de minimiser lencombrement du montage et sa consommation lectrique, le cahier des charges impose de raliser la fonction FP5 en utilisant un seul circuit intgr, cest--dire seulement 4 portes logiques mais de mme type. Proposez une solution pour raliser la fonction FP5 en utilisant un seul circuit intgr de la srie 4000 : a B2 b c B1 d e B0 f g On rappelle ci-dessous lensemble des circuits logiques contenant 4 portes 2 entres et disponibles sous Proteus dans la bibliothque CMOS. Rappel : vous navez droit qu un seul circuit parmi ces 6 pour raliser FP5 : Fonction Circuit 4 portes ET 4081 4 portes OU 4071 4 ET-NON 4011 4 OU-NON 4001 4 OU-Exclusif 4070 4 OU-Exclusif-NON 4077

Astuce pour la solution 4 portes : essayez de raliser le logigramme du segment e en r-utilisant en priorit les quations trouves pour les autres segments. Ainsi le segment e ne vous cotera quune seule nouvelle porte logique.III 2 4 Saisissez puis simulez votre solution dans le logiciel Proteus en mode interactif : Q Q Q Q Les entres B0, B1 et B2 seront simules en utilisant trois gnrateurs LOGICSTATE. Les 4 portes logiques seront obtenues en utilisant un seul composant 4xxx.IEC de la bibliothque CMOS Les niveaux logiques fixes seront simuls si besoin en utilisant un gnrateur LOGICSTATE configur dfinitivement 0 ou 1. Les 7 sorties de FP5 seront relies directement un afficheur 7 segments logique 7SEG-DIGITAL

IV Conclusion et validation IV 1 Vous venez dtudier une solution permettant dafficher la vitesse de la tondeuse parmi 4 vitesses diffrentes. Expliquez en quelques mots les amliorations apporter la solution prcdente si on voulait affiner la mesure en affichant la vitesse parmi 20 vitesses diffrentes. Ces amliorations touchent-elles FP3, FP4 ou FP5 ? T.P. : Affichage numrique de la vitesse de la tondeuse www.gecif.net Page 4 / 4