Utilisateur:Bjacquot
Repérage et Direction
Tous les calculs ont étés simulés sur LTSpice et les schémas/routages ont été élaborés sur EAGLE. Ma partie du projet n'ayant malheureusement pas abouti, j'ai volontairement décidé ne ne publier aucun résultat de simulation, aucun schéma et aucun routage.
Principe de fonctionnement
Le cahier des charges du concours nous autorise l'utilisation d'une balise émettrice à ultrasons ou infrarouge afin de guider le robot dans la zone d'arrivée. Cette balise peut être branchée sur secteur. nous avons fait le choix d'utiliser des signaux ultrasons pour se faire.
Le signal émit est donc reçu par l'un de ses homologue récepteur, qui sera ensuite traité par le microcontrôleur présent sur le robot afin de déterminer si oui ou non il faudra changer de direction.
Choix et caractéristiques des composants
Nous disposions d'un couple émetteur/récepteur ultrasons fonctionnant l'un avec l'autre. Il s'agit respectivement du modèle 400ST100 et 400SR100 conçus par Farnell. Les caractéristiques de ces deux composants se trouvent sur la datasheet ici : http://www.farnell.com/datasheets/81173.pdf.
Mais les données qui nous intéressent le plus sont leur impédance et leur fréquence propore, c'est a dire la fréquence pour celle ou l'on aura le moins de perte de gain.
| Impedance | Fréqunece | |
|---|---|---|
| 400ST100 | 700 Ω | 40.0 ±1.0 Khz |
| 400SR100 | 2000 Ω | 40.0 ±1.0 Khz |
Le transmetteur nécéssite une alimentaion commandée capable de fournir une tension d'amplitude 30V et de fréquence 40KHz. Quand au récépteur, il se comporte en générateur. Lorsqu'il reçoit un signal, il génère une tension alternative de la même fréquence que le signal reçu. Cepandant, l'amplitude du signal généré est très faible. (~0.1V)
Carte d'alimentation
Le premier problème qui se pose, c'est de passer du 230V-50Hz au 30V-40kHz.
Pour se faire, il a été décidé de génerer un signal de 30V DC pour alimenter ll'émetteur. Mais implanté au coeur d'un pont en H, dont l'ouverture deux à deux des transistors seront commandés a la fréquence nécéssaire au bon fonctionnement de l'émetteur.
Passage de l'Alternatif au Continu
Il faut adapter le courant alternatif avant de le redresser, c'est à dire ici diminuer son amplitude. Nous avons donc recours à l'utilisation d'un transformateur de tension monophasé. Il va nous permettre de passer d'une tension efficace de 230V au primaire à une tension de même forme pour lui donner une amplitude de 30V au secondaire. Le transformateur conserve la forme du signal ainsi que sa fréquence.
Suite au transformateur, la tension peut être redressée : on passe de l'alternatif au continu. Pour se faire, on utilise un pont de diodes (type Schottky) appelé "Pont de Graetz". On y associe un condensateur de lissage en dérivation par rapport a la charge.
La qualité du redressement dépend des dimensions de la capacité et de l'impédance de la charge; pour obtenir un lissage avec une faible chute de tension notée "ΔV" (ici inférieure ou égale à 1V) il faut que les dimensions provoquent une décharge qui s'étalera dans le temps. Ainsi, entre les deux périodes du signal sinusoïdal redressé, nous auront une chute de tension plus faible, soit une tension correctement lissée que l'on peut qualifiée de continue.
Génerateur de signal et Pont en H
Il nous faut, a partir de la tension continue, pouvoir alimenter et faire fonctionner à 30V - 40KHz. On implante alors l'émetteur ultrason dans un pont en H commandé par des transistors PNP et NPN. Les transistors sont commandés pour fonctionnés deux à deux, pour créer une tension dans un sens puis dans l'autre à la fréquence désirée.
| État des commutateurs | Résultat à la charge | |||
|---|---|---|---|---|
| S1 | S2 | S3 | S4 | |
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Aucune tension aux bornes de la charge. |
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Courant positif à travers la charge. |
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Courant négatif à travers la charge. |
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Charge court-circuitée. |
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Charge court-circuitée. |
Pour commander l'état (blocage ou saturation) des transistors, on les relie à un circuit intégré NE555 en astable. Le signal en sortie du NE555 est un signal "en créneau". En l'alimentant en +5V DC, on génère un créneau de 0 v à l'état bas et +5V à l'état haut. En outre, ce timer permet, en fonction des composants qui sont câblés sur ses pattes, de générer la fréquence voulue avec le rapport cyclique nécessaire. Le rapport cyclique est la durée à l'état haut divisée par la période temporelle. Ici, il nous faut un rapport cyclique de 1/2, soit la même durée à l'état haut comme à l'état bas. Le montage associé a cette fonction autour du timer est appelé "astable".
D'après le schéma ci-contre, nous calculons a partir des caractéristiques du signal désiré les grandeurs des composants nécéssaires.
Il nous est possible de traiter ce signal comme un signal logique. En effet, on peut modeliser ce créneau en "tout ou rien". Lorsque l'on arrive à l'état haut, on a un signal logique qui vaut 1, lorsque l'on est à l'état bas, on a un signal valant 0.
Le problème posé par le schéma astable est que, pour commander le pont en H, une seule sortie logique ne peut remplir le role de commande a elle seule dans la mesure ou il faut le même signal en opposition de phase sur les transistors antagonistes.
La solution est simple : on utilise une porte logique type "OU", que l'on connecte sur S2 et S3. Il faut et il suffit de connecter les deux entrées du composant entre elles au signal de sortie se trouvant à la patte 3 de l'astable. Les transistors S1 et S4 sont connectés directement à la patte 3 de l’astable.
| Entrée | Sortie | |
| A | B | A OU B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Tout ceci nous permet donc, à partir d'une prise EDF, d'alimenter l(es) émmetteur(s) ultrason pour indiquer au robot la position de la zone d'arrivée. Ces signaux sont reçus a la même fréquence, mais avec une amplitude très faible.
Carte Récepteur
Amplification du signal reçu
Si le récépteur reçois un signal ultrason à une fréquence f, il se comporte comme un générateur. En effet, il émet un signal a ses bornes, un signal sinusoidal de même fréquence que le signal ultrason envoyé par l'émetteur. Cependant, l'amplitude du signal est trop petite pour être traitée par un microcontroleur. On peut amplifier le signal reçu pour lui donner une meilleure amplitude, à l'aide du montage suivant : Un amplificateur inverseur.
Le gain en sortie de cet amplificateur se calcule avec la relation suivante :
L'idée est de créer un montage amplificateur à deux étages pour amplifier le signal 50 fois. Les amplificateurs étant alimentés en +5VDC/Ov, on ne peut exercer une amplification trop forte sans quoi le circuit intégré sature et créer un écrêtage.
Détecteur de crête et offset
En sortie de l'amplificateur à étage, nous plaçons un montage détecteur de crête pour transformer la sinusoïde en une "enveloppe" c'est à dire lui donner une forme de signal en créneau.
A la sortie du détecteur de crête, nous avons donc un signal en créneau mais dont l'état bas est en dessous de zéro. il faut additionner cette tension variable a une composante continue ou offset.
Nous utilisons donc un montage sommateur pour additionner la tension amplifiée et sous forme de créneau afin qu'elle aie une forme logique : un temps à l'état haut lorsque le récepteur détecte un signal, à l'état bas sinon.
Le signal peut donc être au final traité par le microcontroleur, s'il détecte le signale il ordonne la direction, sinon rien.
Système éclate-ballon
I-Conception
On a besoin d’un support qui doit maintenir un ballon et fixer le servomoteur afin qu’on puisse utiliser le système. Pour ça on a choisi un support long qui suit les règles de la coupe et qui nous convient pour notre mécanisme, là on a la vue de face et la vue de gauche :
Là puisqu’on a un peu une idée sur la forme on va un peu le finir avec les dimensions demandés et les allègements pour avoir un une pièce la plus compacte avec un poids faible pour que le robot soit rapide, pour le fonctionnement on peut voir sur l’image qu’les flèches en jaune montre que la rotation du servomoteur nous permet d’avoir un translation de la tige rouge pointue, ainsi pour la flèche bleu qui montre le sens contraire.
II- Réalisation :
Puisqu'on a trouvé la forme et les dimensions, maintenant pour créer la pièce on doit trouver la matière et comment faire pour la concrétiser, donc on trouvé que l’impression 3D est la meilleur solution entre nos mains car on a une imprimante WITBOX 3D à l’IUT, ce qui nous va très bien parce que le plastique est une matière très légère et l’impression 3D va nous donner un modèle avec grande précision.
Pour imprimer on doit créer un modèle 3D sur le logiciel Sketchup, après la création on exporte le modèle 3D sur Cura pour l’imprimer.
SKETCHUP logiciel création de modèles 3D
CURA logiciel d'impression modèles 3D
Modèle 3D
Fixation du ballon
Pour cette partie on a pensé à une solution simple et efficace, en s'inspirant de la ceinture on a essayé d'utiliser le même principe, comme ce que vous allez voir sur la photo ci-dessous :
III- Finalisation
Pour finaliser on a réuni les deux parties par une surface d’aluminium
