APP Priphrique
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Projet : contrle automatiquede l'coute d'un voilier (modlisme)
Plan :
Prsentation du thme contrle automatique de voilePetit lexique sur le thme de la voileAllures d'un voilierDcoupage fonctionnel du banc d'essaisLes capteurs & actionneurs du banc d'essaisSpcificationsEvaluationMthode de travail, qualit logicielle
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Prsentation du thme contrle automatique de voile
Bateau de modlisme tlcommand
servo-moteur
couteRcepteur HF
batterie
Tlcommande40- 41 Mhz
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Systme rel voulu (navigation en eau):
servo-moteur
coute
Girouette
Rcepteur HF
Carte C167batterie
Tlcommande40- 41 Mhz
Prsentation du thme contrle automatique de voile
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Systme rel voulu :Seuls les lments influants sur le bordage automatique de voilesont montrs (Girouette C167 -Servo-moteur d'coute - batterie)
servo-moteur
La girouette donne la direction du vent par rapport la proue du bateauLe servo-moteur de tension d'coute rgle l'angle de la voile en consquence :
Loi de commande
coute
Girouette
Carte C167batterie
Angle girouette
Angle voile
Prsentation du thme contrle automatique de voile
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Systme rel amlior(navigation en eau):En plus de la commade automatiquedes voiles, le C167 sera capablede renvoyer au pilote des informations(angle du vent apparent, angle de roulisniveau de batterie...)
servo-moteur
coute
Rcepteur HF
Carte C167batterie
Tlcommande
Emetteur HF
Pupitre de rception
LCD
40- 41 Mhz
433 Mhz
Srie asynchrone
Prsentation du thme contrle automatique de voile
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Prsentation du thme contrle automatique de voile
banc d'essais (ventilateur non reprsent)
Plateau pivotant, motoris (moteur courant continu + rducteur)
Rotation libre de l'axe : le bateau peut rouler (giter)
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Petit lexique du moussaillon
poulie
coutes
Bras command
proueTRIBORDBABORD
Gran
d-voil
efoc
, Angle d'ouverture de voile
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Petit lexique sur le thme de la voile
ProuePoupe
Safran de gouvernail
Grand-voile Foc
Quille
pont
MtTribord = droite du bateau dans le sens de dplacementBabord = gauche du bateaudans le sens de dplacement
coque
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Petit lexique sur le thme de la voile
Grand-voileFocle point
dcoute
le point de drisse
le point d'amure
la drisse de foc
la drisse de grand-voile
la bme de foc
la bme de grand-voile
le pa
taras
(hau
ban a
rrire
)
Pont du bateaule hale-baspivot du foc
coute du foccoute
de gr
and-v
oile
grement
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Allures
Le bateau ne peut pas remonter au vent (vent debout)A partir d'un angle de 45 environ, la navigation est possible (prs serr). Les voiles sont alors bordes au maximum ( = 0)
Au fur et mesure que l'angle augmente (le bateau descend le vent), les voiles s'ouvrent de plus en plus jusqu' atteindre 90 en vent arrire.
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Codeur incrmental
girouette
Carte C167 + carte de commande
Gestion bateau Servo-moteur
Tendeur voile
Batterie
Accu 7V2
Module RF
Rcepteur 433MHz
Module RF
UC PIC? C167?
asynchrone
Gestion messages
Ecran LCD
Affichage messages
Module RF
Rcepteur tlcommande 40 / 41 MHz
Emetteur 433MHz
Moteur cc
Rotation table
acclromtre
Angle de roulis
Lgende Embarqu sur systme rel (eau)
Instrumentation pour bateau de table
Amlioration systme (retour d'informations)
Pupitre pilote
Dcoupage fonctionnel du banc d'essais
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
La tlcommande de modlisme (40/41MHz) Module RFRcepteur tlcommande 40 / 41 MHz
5V
Tension d'un canal
20 ms
1ms 2.0ms environ
Priode fixe, 20 ou 25ms, selon modleL'information transmise est contenue dans la dure de l'impulsion
Valeur mini 1msValeur neutre 1,50 msValeur maxi 2,0ms
NB : toujours brancher la tlcommande avant lercepteur
Rception des deux voies sur le C167 (une seule utiliser normalement).Entres C167 :P2.8 : voie 1P2.9 : voie 2
4
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Le moteur courant continu
Signaux de commande :1 bit de sens 1 bit modul PWM pour la variation de vitesse
Variation de la vitesse : la PWM
t
Sortie PWM
Vcc = 5VValeur moyenne
Sortie PWM Tension analogique = valeur moyenne du signal PWM
T
th
Valeur moyenne=T hT .Vcc= .VccRapport cyclique :=
T hT
R
C
Moteur cc
Rotation table2
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Le moteur courant continu
Variation de vitesse :
Q4 et Q5 forment un push-pull pour piloter le MOS de puissance.
D1 est la diode dite de roue libre. Elle prolonge la circulation du courant moteur quand le MOS Q2 est coup (bloqu)
Structure (MOS + Moteur + Diode) de hacheur simple quadrant : tension & courant moteur sont positifs (impossibilit d'inverser la vitesse, impossibilit de freiner)
Moteur cc
Rotation table4
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Le moteur courant continu
Gestion du sens :
La ligne PWM contrle toujours la tension prsente sur l'induit du moteur (bornes de la diode)
L'interrupteur 2 voies, S1, dfinie le sens :S1 en haut : le courant (provenant du +12V) circule dans le moteur de A vers BS1 en bas : le courant circule dans le moteur de B vers A
Moteur cc
Rotation table4
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Le moteur courant continu: schma complet
La gestion de sens se fait par l'intermdiaire d'un relais.
Commandes C167 :P2.10 : SensP7.2 : Vitesse (PWM)
Moteur cc
Rotation table4
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Le servo-moteur Servo-moteur
C'est un actionneur qui reoit 3 fils:+5V 0VCommande PWM servo
3
5V
Tension d'un canal
20 ms
1ms 2.0ms environ
L'actionneur est constitu d'un corps et d'un disque mobile en rotation. Un bras viss sur le disque permet de tirer sur l'coute donc de border la voile
coute
L'angle (la position) du bras est une fonction affine de la dure de l'impulsion (les extrema angulaires sont vrifier sur site)
Commandes C167 :P7.1 : Position (PWM)
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
La girouette
C'est un codeur incrmental. Il permet de donner des informations d'angle ou de position relatives.
Principe gnral:
3
Codeur incrmental
Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilit de reprer le sens de dplacement
Dtecteurs :LED + Photodiode + traitement
Dtecteur A
Dtecteur B
Dplacement du disque
Voie A
Voie B
5V
t
t Exemple de discriminateur de sens
D Q Ck
ChAChB
Sens
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
La girouette Codeur utilis : AEDB-9140 (Agilent)
360 priodes sur 1 tour sur chaque voie3 canaux : A ,B et I(ndex)
3
Codeur incrmental
Electronique de traitement
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
La girouette Dans le cas de ce capteur, ce ne sont pas les pistes qui sont en quadrature, mais la multitude de capteurs optiques qui crent la quadrature.
3
Codeur incrmental
Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilit de reprer le sens de dplacement
Index, pour un reprage absolu
Entres C167 :P3.4 : voie AP3.6 : voie BP3.2 : Index
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
L'acclromtre
C'est un acclromtre 2 axesBut : mesurer l'inclinaison par lecture de l'acclration de pesanteur sur les axes X et Y
Principe :
acclromtre2
Sensibilit du capteur :
Bateau vu de face
pont
quille
g XY
Entres C167 :P5.5 : entre XP5.6 : entre Y
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
La batterie
Bien qu'elle ait pour rle de fournir l'nergie au bateau, elle est aussi considre comme un capteur (surveillance d'alimentation)
Principe ultra simple : Un pont diviseur est branch sur l'alimentation 12V (voir schma lectrique en dernire page).
R3 = 2,2kR2 = 4,7k
Entres C167 :P5.1 : Fraction de la tension batterie
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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais
Module RF 1
Le module RF de communication
Il permet d'tablir une communication entre le bateau et le pilote. Le type d'information transmise est :
Niveau de tension batterieAngle de roulis...
Il travaille une frquence porteuse de 433 MhzLe protocole de transmission est classique :srie asynchrone, sans parit, 1 seul bit de stop, 9600 bauds
Commandes C167 :P2.11 : Sortie asynchrone
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Spcifications
Contrle des voiles (foc et grand-voile)A partir de l'angle du vent par rapport la proue, , (allure du bateau), imposer l'angle optimal des voiles, . On propose la loi suivante :
A l'intervalle [45 , 180] correspond, suivant une loi affine, l'intervalle [0 , 90], ceci bien sr pour les deux sens de rotations babord et tribord. A l'intervalle [0 , 45] on ferme totalement l'angle des voiles, = 0.
Priphriques utiliser : T3 en mode codeur incrmental, PWM1, ports..
Contrle du plateau L'utilisateur doit pouvoir faire tourner le bateau (babord, tribord) partir de la tlcommande de modlisme. Il doit y avoir proportionnalit entre la position du manche de commande et la vitesse de virage.Priphriques utiliser : Unit CAPCOM, PWM2, ports...
Surveillance du roulis du bateau et de la batterie Si un angle (entre la verticale et l'axe du mt) dpasse 45, les voiles ne doivent plus tre bordes. Un message doit tre envoy via la liaison 433MHz.Si la tension de batterie a perdu 20% de sa valeur initiale, un message doit tre envoy via la liaison 433MHz.Priphriques utiliser : ADC, ports...
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Evaluation
Aucun compte rendu n'est demand. Le projet constitut la formation, donc la prparations aux contrles individuels
Contrle crit comptant pour 50% de l'UV
Contrle individuel sur machine comptant pour 50% de l'UV
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Mthode de travail, qualit logicielle
Organisation, lancement du projet
Analyse des specifications. L'ensemble de l'quipe doit analyser les spcifications et tre sr de l'interprtation qui en est faite auprs de l'enseignant.
Rpartition du travail. Au dpart, le dcoupage doit se faire par priphrique. Chacun doit dvelopper entirement un module qui contiendra tout ce qui est ncessaire au fonctionnement du priphrique.
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Mthode de travail, qualit logicielle
Dveloppement logiciel en quipe : quelques rgles ...
Programmation modulaire:.c qui contient les fonctions.h le fichier d'entte (header) qui contient les prototypes des fonctionsPas de variables globales l'ensemble des modulesVariables globales autorises au sein d'un mme moduleConseill : une fonction de configuration de priphrique utilis en interruption aura pour paramtre d'entre les priorits d'interruption (ILVL, GLVL) meilleure lisibilitDans le header (.h), on doit trouver en commentaire :
le nom de l'auteur du module,le rle de chaque fonction, la liste des priphriques utiliss,la nature des tests de validation
Travailler avec des numros de version : nouveaux fichiers (.h et .c) pour chaque nouvelle version
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Mthode de travail, qualit logicielle
Ecriture de header
PWM.h
void fct_1(void) ;int fct_2(void) ;
#endif
#ifndef _PWM_H#define _PWM_H
PWM_H est une cl de compilation
Ces directives de compilation vitent de multiples inclusions dans le cas ou le header est inclus dans plusieurs fichiers.
principal.c
#include #include #include ...void main(void){..fct_1()..}
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Annexe : schma complet