Cours:ProjetsCovid19
En raison du confinement, nous allons interrompre le projet habituel pour réaliser un projet tuteuré et une étude et réalisation un peu spéciale. Les deux seront orientées simulation et contrairement aux autres années on vous propose quatre projets différents.
Ce que vous avez sous les yeux dans cette page est donc un seul projet, celui qui sera suivi par Mr MOUTOU.
Corrections partielles disponibles avec autorisation
Projet Robotique
Nous allons essayer dans ce projet de réaliser un robot suiveur de lumière. La réalisation finale ne sera pas aussi spectaculaire que le robot CPLD habituel, puisque nous ne verrons pas grand chose bouger avec la simulation. Il n'empêche que l'étude sera suffisamment approfondie pour une éventuelle réalisation finale (qui ne vous sera pas demandée).
Comme pour le projet habituel, il s'agit de réaliser un Robot sans aucun processeur.
Études préliminaires
L'objectif du projet tuteuré était lié d'une certaine manière à ce que nous allons faire maintenant. La grande différence c'est que dans la partie projet tuteuré on ne vous a proposé aucune contrainte technologique. Maintenant que nous allons utiliser Tinkercad, nous sommes donc limités par les composants que connaît ce logiciel.
Les trois parties ci-dessous peuvent être réalisées en parallèle.
Étude des capteurs de lumières
Vous allez utiliser Tinkercad pour tester les trois capteurs de lumière disponibles dans ce logiciel :
- photorésistance
- photodiode
- phototransistor
Il n'est pas difficile de trouver des montages pour ces éléments sur Internet.
Votre étude va consister à réaliser les trois montages (de manière séparée ou pas) pour dimensionner la résistance de chacun des montages qui permet de définir la tension de commutation. Vous le ferez à l'aide d'une simulation en changeant les résistances pour que lors de la simulation, le positionnement du capteur d'éclairage à moitié donne une tension de sortie de votre montage soit d'environ Vcc/2 = 2,5V.
Indications :
- On utilisera une alimentation continue pour réaliser les 5V.
- Les capteurs sont analogiques mais seront reliés à de la logique discrète. La technologie disponible dans Tinkercad est la technologie HC qui est caractérisée par une tension de commutation aux environs de Vcc/2. Si la tension est inférieure à Vcc/2 elle sera considérée comme un 0 logique, autrement elle sera prise comme un 1 logique.
La page Tinkercad correspondante pourra être partagée. Il est possible de valider cette étape par une simple copie d'écran de la simulation montrant les curseurs de luminosité au centre et les voltmètres aux environs de 2,5V
Étude de la partie puissance
Étude préliminaire de la PWM
Vous allez utiliser Tinkercad pour tester une réalisation particulière de la MLI (ou PWM). Pour réaliser une PWM, on a besoin d'un compteur et d'un comparateur, mais il n'y a pas encore de comparateur digital disponible dans Tinkercad pour le moment !!! On vous demande donc de remplacer le comparateur par un additionneur. Les composants utilisés sont donc :
- 74HC93 compteur binaire sur 4 bits mais doit être cascadé (chercher sur internet)
- 74HC283 additionneur 4 bits utilisé en comparateur
Indications : Vous avez besoin d'une sortie qui est à 1 si A > B (comparateur). Or l'additionneur possède une sortie retenue qui est à 1 si A+B>15 soit donc A>15-B. La présence du 15-B au lieu du B veut dire que votre PWM fonctionnera à l'envers, ce qui n'est pas gênant si on le sait.
Le test se fera à l'aide d'un oscilloscope, d'une alimentation continue réglée à 5V et d'un GBF qui réalisera l'horloge. Attention l'horloge est entre 0 et 5V !
Ajout de la partie puissance
Nous allons maintenant remplacer l'oscilloscope par un moteur. Pour cela nous avons besoin d'un élément de puissance. Nous allons utiliser pour cela un transistor nMOS (MOSFET) de puissance. Cherchez sur internet comment cela s'utilise.
Une fois le transistor branché, ajouter le moteur. Pour information, pour avoir une vitesse stable il faut une fréquence au moins égale à 3 kHz qui sera réalisée avec un GBF.
La page Tinkercad correspondante devra être partagée pour une évaluation par l'enseignant.
Étude de la partie génération de fréquence
La réalisation de la partie puissance nécessite une fréquence d'au moins 3kHz. On vous demande d'étudier et de réaliser cette fréquence à l'aide d'un NE555.
Le NE555 (minuterie 555 dans Tinkercad) étant très courant, vous n'aurez aucun problème à trouver un montage sur internet. Réalisez et testez votre montage.
Il doit exister des calculateurs de résistances et capacités à mettre autour du NE555 pour obtenir telle ou telle fréquence. Nous vous indiquons ici le premier que nous avons trouvé :
La page Tinkercad correspondante devra être partagée pour une évaluation par l'enseignant.
Réalisation : le projet final
Vous allez maintenant assembler les études réalisées dans la section précédente pour la réalisation finale.
La réalisation finale va consister à ajuster les études de la section précédente pour les faire tenir sur des cartes séparées. En clair, vous aurez à ce stade deux pages tinkercad complètes qui devront pouvoir être connectées à la carte principale qu'il faudra réaliser. Pour information, nous ne parlons que de deux cartes pour capteurs, PWM et NE555 car PWM et NE555 seront sur la même carte.
Carte capteurs
On dispose maintenant de 4 capteurs de lumière (identiques). On vous demande pour cela de choisir le capteur le moins cher (recherche sur internet) et de dupliquer 4 fois son montage (capteur + résistance) de la section précédente.
Vous ajouterez un connecteur pour pouvoir la connecter à la carte principale sachant que l'alimentation de 5V viendra de la carte principale. En clair l'alimentation présente lors des essais devra disparaître et être remplacée par des bornes dans le connecteur.
La page Tinkercad correspondante devra être partagée pour une évaluation par l'enseignant. A ce stade, aucune simulation n'est demandée (pas d'alimentation). Nous sommes plus intéressé par la connectique.
Carte PWM et NE555
On dispose maintenant de deux PWM, une par moteur. Dupliquer donc le montage compteur + additionneur + nMOS + moteur et prévoyez le connecteur correspondant.
Ajouter aussi la génération de fréquence autour de la minuterie 555 sur cette même carte.
L'alimentation de 5V viendra de la carte principale.
La page Tinkercad correspondante devra être partagée. A ce stade, aucune simulation n'est demandée (pas d'alimentation). Nous sommes plus intéressé par la connectique.
Carte principale
Il nous faut ajouter un dispositif qui, en fonction de la lumière, permette au robot de tourner pour aller vers la source de lumière. C'est la partie commande qui peut être réalisée par un simple circuit combinatoire. En principe cette partie est plutôt réalisée par un microcontrôleur mais ici on utilisera des circuits discrets.
Réalisation de la table de vérité
On vous demande d'écrire la table de vérité. Les entrées seront les 4 capteurs qui sont disposés comme indiqué dans la figure ci-contre. Il y aura 8 sorties (4 par moteur).
Implantation de la commande
L'implantation des 8 sorties est ingérable avec Tinkercad. Vous allez donc en choisir une, simplifier son équation et l'implanter.
Partie Alimentation
Puisque nous réalisons un robot, vous aurez à prévoir une alimentation générale 5V (autonome) qui servira à toutes les cartes, aux moteurs....
La page Tinkercad correspondante devra être partagée pour une évaluation par l'enseignant. A ce stade, nous sommes surtout intéressé par la connectique.
