IMA5 2019/2020 P05 : Différence entre versions

De Wiki de Projets IMA
(Carte de commande)
(Semaine 3)
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==== Cellule photovoltaique====
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Pour ce qui est de la cellule photovoltaique, c'est une cellule 3 Watts délivrant une tension de 5,5 Vcc sous 540 mA. La tension peut néanmoins atteindre jusque 10V en pointe, il faudra donc prendre en compte cela dans la réalisation du système. L'idéal serait de placer deux cellules en parallèle afin de doubler le courant pour être certain d'avoir suffisamment de courant pour alimenter le moteur avec seulement la cellule. L'autre solution est de recharger une seconde batterie à l'aide du panneau solaire puis d'utiliser cette seconde batterie lorsque suffisamment rechargée. Dans le cas de l'utilisation unique de cellules photovoltaïques,
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*on peut soit faire un système simple qui consisterait à placer deux diodes à chacune des alimentations (pile et cellule) pour empêcher un retour et la tension la plus élevée devrait prendre le pas sur l'autre pour ainsi fournir  la tension la plus élevée.
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*Dans un second cas on peut réaliser un commutateur entre nos deux sources d'alimentation. En vérifiant constamment l'état du panneau solaire en récupérant ses valeurs de courant/tension avec le microprocesseur il est alors possible de réaliser une stratégie de gestion énergétique du véhicule que le microprocesseur pourrait renvoyer au commutateur en temps réel. Les premiers schémas de ce système sont notés ci dessous :
 
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Version du 10 octobre 2019 à 16:39

Présentation générale

  • Nom du projet : Étude d'un système mécatronique piloté par Arduino
  • Membre du projet : Hugo Delbroucq
  • Superviseurs du projet : Mr Florian Chevalier
  • Résumé :À partir d'un assortiment robotique comprenant un motoréducteur et différentes roues et engrenages, le but de ce projet est de proposer un moyen de contrôler le fonctionnement d'un système mécatronique comme un véhicule électrique. Le travail consiste à piloter le moteur électrique à partir d'un Arduino en régulant par exemple la vitesse, à partir d'une consigne et des données des différents capteurs du système. Le développement d'un banc de test contrôlé de manière indépendante, avec mesure de vitesse et contrôle du couple appliqué sur les roues du véhicule permettra d'en évaluer complètement les performances.






Description

Le








Objectifs

Le but de ce projet est de proposer une méthode à travers un banc de caractérisation afin d'identifier les différentes propriétés électriques et mécaniques d'un système mécatronique. Ce projet va se dérouler en effectuant les étapes suivantes :

  • Concevoir le système mécatronique avec le matériel fournit par l'encadrant
  • Concevoir le banc de caractérisation
  • Analyser les différentes valeurs obtenues du système
  • Proposer différents modes de contrôle de ce véhicule et les implémenter à l'aide d'une carte arduino
Les objectifs suivants sont pour le moment secondaires et à effectuer une fois la liste des tâches si dessus réalisées :
  • Faire une carte de type PCB afin de contrôler le véhicule au lieu d'utiliser une carte arduino
  • Ajouter une alimentation de type panneau solaire et définir un mode d'utilisation énergétique, puis ajouter ce mode dans la carte de commande.




Préparation du projet

Cahier des charges



Choix techniques : matériel et logiciel

Matériel à disposition :
Description Fournisseur Nombre Lien Photo
Assortiment robotique 917D14 GoTronic 1 assortiment robotic Mfa.jpg
Carte de puissance GoTronic 1
Board Arduino GoTronic 1
BreadBoard 1
Câbles Dupont 30
Cellule Solaire GoTronic 1 [1]


Matériel nécessaire au projet
Description Fournisseur Nombre Prix Numéro Fabricant Lien externe
L293B Mouser 2 511-L293B [2]
ATMEGA328P-AU Mouser 1 556-ATMEGA328P-AU [3]
Quartz 16MHz Farnell 1 2308720 [4]
header 1*5 Mouser 1 CES-105-01-TS [5]
pin header 2x3 icsp Mouser 1 M20-9970345 [6]
pin header 1x2 alim Mouser 1 3-644456-2 [7]
Amplificateur opérationnel Mouser 8 TL082CDT [8]
Régulateur tension panneau solaire Mouser 1 SPV1040TTR [9]
Régulateur alimentation moteur Mouser 1 TLV75530PDBVR [10]
Régulateur tension arduino Mouser 1 REG104GA-5-2K5 [11]
diode Mouser 4 ES3D [12]
led Mouser 2 599-0091-007F [13]
Pile 9V Mouser 2 6LF22XWA-B12 [14]
led Mouser 2 599-0091-007F [15]
C0603 1nF Mouser 5 C0603X102K5RAC3316 [16]
C0603 4.7uF Mouser 5 C1608X5R1A475K080AE [17]
C0603 10pF Mouser 5 C0603C100K4GACTU [18]
C0603 10nF Mouser 5 C0603X103K1RAC3316 [19]
C0603 22nF Mouser 5 C0603S223J5RACAUTO [20]
C0603 22pF Mouser 5 C0603C220J5GAC7411 [21]
C0603 100nF Mouser 5 C0603C104K5RAC3121 [22]
R0603 3k3 Mouser 5 CRCW06033K30FKEAC [23]
R0603 10k Mouser 5 CRCW060310K0FKEAC [24]



Liste des tâches à effectuer

Calendrier prévisionnel de type Gant (Planning prévu en rouge et réalisé en vert)





Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Tâche Heures S1 Heures S2 Heures S3 Heures S4 Heures S5 Heures S6 Heures S7 Heures S8 Heures S9 Heures S10 Heures S11 Heures S12 Heures S13 Total
Rédaction du wiki
Prise en main du sujet
Commande de matériel
Documentation
Rédaction de schémas
Tests
Carte
Total

Introduction


Cahier des charges


Semaine 1

Identification du moteur présent dans le kit

D'après la datasheet le moteur que nous allons utiliser est un moteur à courant continu avec un mode opérationnel allant de 1.5V à 3V (0.2A à 0.8A) La table de réduction suivante est donnée en fonction de différents rapports de réduction :

Table de réduction (tour par min) :
Rapport de réduction 1,5V 3V
4 : 1 1850 3700
16 : 1 462 925
64 : 1 115 231
256 : 1 29 57
1024 : 1 7 14
4096 : 1 2 4

Néanmoins, on peut lire sur le site GoTronic les caractéristiques suivantes :11700 tour/min pour un rapport de 1 : 1 (contrairement à ce que laisse supposer la table de réduction fournie avec le kit) (lien du moteur) Il faudra donc vérifier ses caractéristiques. Afin de vérifier cette table, nous allons maintenant coupler (avec un rapport de réduction 1 : 1 une roue à ce moteur. Cette méthode pourra être ensuite réutilisé pour la création du banc de caractérisation. 3 méthodes sont possibles dans l’immédiat :

  • 1. Calculer le rayon de la roue puis calculer la distance parcourue par celle ci en une minute afin de retrouver par calcul le nombre de tour en une minute(nécessite de l'espace)
  • 2. Utiliser un marqueur sur la roue et compter manuellement le nombre de tours par minutes (Plus simple mais moins précis)
  • 3. Utiliser un stroboscope, lorsque la roue paraîtra immobile, la fréquence du stroboscope et la fréquence de rotation de la roue seront alors en correspondance, ce qui permettra de calculer le nombre de tours par min de la roue (solution optimale)

Détermination des paramètres du système à étudier

Nous allons maintenant retourner sur l'étape principale de notre sujet, établir la méthode de caractérisation. Afin de réaliser le banc de caractérisation, il est nécessaire de définir les différentes caractéristiques à caractériser.


Semaine 2

Cette semaine a pour objectifs de réaliser le plan de travail pour les prochains mois ainsi que la commande de matériel. La séparation des tâches sera présente en début du wiki.

Carte de commande

Pour rappel, le système à piloter et à tester est un véhicule électrique à 4 roues. Le moteur est un moteur à courant continu (MCC). Afin de pouvoir faire la commande des composants, j'ai réalisé un schéma rapide de la potentielle carte qui aura surement plusieurs modifications au fil des prochaines semaines. Fichier:IMA5P4A1920 V1.pdf Tout d'abord nous allons exploiter un driver de moteur L293B afin d'avoir un courant suffisant pour alimenter le moteur. Ce driver a pour particularité de pouvoir délivrer un courant maximal de 1A au lieu de 0.6 pour son cousin le L293D. Néanmoins sa tension de sortie minimale est de 5V. Afin d'atteindre les 3V max du moteur à courant continu il va nous falloir instaurer une limite au niveau de la pin de contrôle du L293B. La valeur moyenne envoyée devra en effet être de (3*256)/Ualim. On peut voir ci dessous le schéma logique associé au L293D est le suivant :

Schéma bloc du L293B

Sur ce driver on peut installer entre deux et 4 moteurs comme le décrit le schéma plus haut, la moitié gauche du montage consiste en une commande bidirectionnelle du moteur permettant d'installer jusqu'à deux moteurs et la partie droite à un montage monodirectionnelle permettant d'installer deux fois plus de moteurs soit 4. Dans notre cas de figure, le montage s'effectue comme sur la moitié gauche du schéma car nous possédons un seul moteur que l'on souhaite contrôler de manière bidirectionnelle. Les diodes sur le schéma peuvent être ajoutées mais sont supposées optionnelles d'après la datasheet.


Il restera notamment à prendre en compte les composants actifs dans la liste de matériel pour la possible recharge de la batterie à l'aide d'une cellule photovoltaïque.

Semaine 3

Cellule photovoltaique

Pour ce qui est de la cellule photovoltaique, c'est une cellule 3 Watts délivrant une tension de 5,5 Vcc sous 540 mA. La tension peut néanmoins atteindre jusque 10V en pointe, il faudra donc prendre en compte cela dans la réalisation du système. L'idéal serait de placer deux cellules en parallèle afin de doubler le courant pour être certain d'avoir suffisamment de courant pour alimenter le moteur avec seulement la cellule. L'autre solution est de recharger une seconde batterie à l'aide du panneau solaire puis d'utiliser cette seconde batterie lorsque suffisamment rechargée. Dans le cas de l'utilisation unique de cellules photovoltaïques,

  • on peut soit faire un système simple qui consisterait à placer deux diodes à chacune des alimentations (pile et cellule) pour empêcher un retour et la tension la plus élevée devrait prendre le pas sur l'autre pour ainsi fournir la tension la plus élevée.
  • Dans un second cas on peut réaliser un commutateur entre nos deux sources d'alimentation. En vérifiant constamment l'état du panneau solaire en récupérant ses valeurs de courant/tension avec le microprocesseur il est alors possible de réaliser une stratégie de gestion énergétique du véhicule que le microprocesseur pourrait renvoyer au commutateur en temps réel. Les premiers schémas de ce système sont notés ci dessous :

Semaine 4

Semaine 5

Semaine 6

Conclusion


Documentation

Archives