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A - Présentation 30mn

Nous exploitons le schéma structurel, le schéma fonctionnel de premier degré et la décomposition fonctionnelle suivante

où la fonction brossage n’est pas représentée. On accède aux différentes pages des structures par le menu « Projet »

1) Indiquer les 2 fonctions principales mises en œuvre pour la commande de la brosse.

2) Entourer les structures selon la décomposition fonctionnelle. Spécifier le composant support du logiciel

3) Pour chacune des fonctions, indiquez si elle est matérielle ou mixte (avec partie logicielle).

4) Préciser la caractéristique pour chaque signal, SensMB, EnMB, VitMB, VitMBv, IMot, ViaMb, image de l’information ou de l’énergie qu’il porte : niveau logique actif, rapport cyclique, courant, potentiel

Le courant dans le moteur à flux permanent, est proportionnel au couple résistant que lui impose la brosse. Il s’agit de l’effort

qu’elle supporte. Lorsque l’effort augmente, le courant augmente également.

Bac 2011 - Roomba.

Séquence N° 05 (TP)

Commande de la brosse et des roues.

CCoonnddiittiioonnss Travail en binôme durée 6 heures.

MMooyyeennss

Poste de mesure, station informatique

Robot RED et maquette

Algo brosse1, brosse2

Notice RS385SH et PIC18F4331 PPrréérreeqquuiiss

Utilisation de Flowcode et de Proteus,

Moteur CC à flux permanent

Valeur moyenne d’un signal rectangulaire

Conversion analogique numérique.

Afin de pouvoir parcourir et nettoyer la salle efficacement, les roues et la brosse tournent dans chaque sens. Un tapis sera

détecté par la mesure du courant dans le moteur de la brosse, image de l’effort qu’elle produit. Cette mesure informe

également le robot de son blocage. Les structures de commande de ces 3 moteurs étant similaires, on se limite à l’étude des

structures relatives à la brosse.

Amplification de puissance

Elaboration des signaux de commande

Détection du courant max

Conversion Analogique / Numérique

Conversion Courant / Couple

Conversion Courant / Tension

Consigne

de Courant SensMB

EnMB

VitMB

Ecart IMot

VitMBv

ViaMB

Rotation

De la brosse + -

VIMB

Image du courant, N

Chaine directe

Commander la brosse

Ordre de nettoyage

Chaine de mesure

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B - Commander les moteurs 2h

Nous observons les structures de commande de la brosse, jointes et mettons la tension uM aux bornes du moteur en relation

avec les bits produits par le microcontrôleur. Nous admettrons que les bits VITMBV et VITMB sont complémentaires.

5) Lister les 3 bits produits par le contrôleur et qui commandent la brosse.

6) Quel est celui qui arrête la brosse en forçant le blocage des transistors T22 et T23 ?

7) Quelle combinaison sur les deux autres rend UM négative ?

8) Compléter les chronogrammes joints en idéalisant les transistors T20 à T23.

9) Calculer la valeur moyenne compte tenu des chronogrammes

10) Par quel moyen le contrôleur peut-il choisir la fréquence de rotation de la brosse ?

Nous observons comment le contrôleur choisit la vitesse de la brosse. Pour cela, nous disposons de la décomposition

fonctionnelle du générateur MLI ou PWM, jointe et de la notice du microcontrôleur référencé 18F4331.

11) Compléter le chronogramme du bit PWM en s’appuyant sur la décomposition fonctionnelle.

12) Calculer le rapport cyclique de ce bit avec les valeurs : PDC = 150 et PTPER = 200. En déduire dans le cas où SENSMB est au niveau bas.

13) Entourer sur la notice en page 182, les blocs internes au µC en relation avec la broche VITMB.

14) Relever l’équation donnant la fréquence du générateur PWM en mode « free running », page 193

Nous exploitons maintenant l’algorigramme « brosse1» et la notice du microcontrôleur

15) Relever la fréquence, FOSC, de l’astable pilotant les générateurs PWM, à partir du bloc n°1 « choix fréquence oscillateur» de l’algorigramme.

16) Relever le rapport de division, PTMRPS, du diviseur de fréquence, prescaler, à partir de la valeur affectée au registre PTCON0 dans le bloc n°2 « config generateurs PWM ». Ce rapport peut réduire la fréquence amenée aux générateurs PWM.

17) Calculer la période du bit VITMB

18) A l’aide du paragraphe joint « affectation d’un registre 16 bits », compléter le bloc « choix période » afin d’affecter le registre PTPER de la valeur 200.

19) Compléter le bloc « choix rapport cyclique » afin de l’amener à 75%

Nous validons ces ajouts avec la maquette. Nous exploitons la notice du microcontrôleur et les structures jointes

20) Tester le programme en l’état et vérifier sans le robot que le rapport cyclique et la période sont bien conformes aux calculs précédents.

21) Forcer le bit ENMB dans le bloc n°5 au niveau bas à l’aide du paragraphe « PWM Output Override » p.202 sur la notice

22) Corriger le bloc n°6 afin que la brosse tourne dans le sens correspondant à la collecte des poussières.

23) Réaliser l’essai du programme avec le robot. Nous pourrons réaliser plusieurs essais avec différents rapports cycliques

C - Mesure du courant dans le moteur 1h30

Nous établissons la relation entre le courant qui traverse le moteur de la brosse vis-à-vis de son l’image, N, en sortie du CAN,

interne au microcontrôleur. C’est le potentiel V7 en broche 7 du microcontrôleur qui forme l’entrée du CAN.

24) Exprimer N en fonction du potentiel en broche 7 du processeur CI7, sachant que le convertisseur admet 5V comme tension de pleine échelle et 8 comme résolution.

25) Exprimer le potentiel V7 vis-à-vis du potentiel aux bornes de R102. Pour cela, nous ignorons les condensateurs.

26) Proposer une méthode, schéma à l’appui, afin de vérifier ce dernier résultat sans utiliser le processeur.

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27) Réaliser la mesure et commenter les éventuels écarts vis-à-vis du calcul compte tenu des tolérances des résistances.

28) Exprimer le courant dans le moteur vis-à-vis de la tension aux bornes de la résistance R102.

29) Exprimer le nombre N en sortie du CAN vis-à-vis du courant dans le moteur

Nous chargeons le processeur de gauche, U1, avec le programme « affiche_caractere_recu » et complétons l’algorigramme

brosse2 afin d’afficher la valeur de N, image du courant dans le moteur. Nous gardons à l’esprit que ce courant est lui-même

l’image du couple, ou effort, qu’exerce la brosse.

30) Compléter l’algorigramme brosse2 afin qu’il envoie le nombre N vers l’afficheur

31) Tester le programme avec la maquette et le robot et constater l’affectation de l’affichage selon l’effort appliqué à la brosse.

D - Protection matérielle contre les surintensités 1h

Nous observons les structures matérielles situées entre les 2 bits VITMB et VITMBV. Elles protègent le robot lors d’un effort

de la brosse trop important. Nous exploitons pour cela la notice du moteur et la simulation protect_I

32) Relever le courant de blocage, stall, sur la notice.

33) Dans la simulation :

Ajouter en ViMB, un générateur de tension PWLIN balayant toute la plage de 0 à 0,5V.

Ajouter en VitMB, un générateur PULSE produisant un bit de rapport cyclique 75%.

Placer la librairie « spicemod » dans le répertoire de la simulation

Placer les sondes et réaliser la simulation mixte (mixed)

Imprimer les chronogrammes les bits VitMB, VitMBv et le potentiel ViMB

34) Indiquer l’état de la brosse sur les chronogrammes et résumer en quelques phrases le fonctionnement des structures en tenant compte de la brosse.

E - Mise en œuvre de l’ensemble 1h

Nous reprenons notre algorigramme brosse2 et l’améliorons. Nous notons que la led orange s’allume si le processeur de

gauche reçoit l’octet de valeur 255 et s’éteint avec la valeur 254. Nous exploitons la notice du moteur et le schémas des

structures.

35) Modifier l’algorigramme afin d’allumer la LED orange et arrête la brosse si le courant dépasse 0,8 A.

36) En observant sur la notice du moteur, sa caractéristique vitesse, N, en fonction du couple, torque, indiquer en quelques lignes comment le robot contrôle la vitesse de sa brosse selon la nature plus ou moins résistante du sol nettoyé.

37) Les deux solutions, matérielle et logicielle, de contrôle de la vitesse de la brosse sont-elles complémentaires ? Argumenter la réponse.

38) Noter ce qu’il y a de commun entre ou ce qui distingue les structures de commande des 2 roues et celles de la brosse.

§§§§

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UM

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Chronogrammes à compléter

Ecrire les amplitudes UM

SENSMB

VITMB

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Décomposition fonctionnelle d’un générateur PWM du contrôleur

Chronogramme du bit PWM à compléter

PDC

PWM

PTMR

PTPER

Affectation d’un registre 16 bits

Le processeur ne peut affecter que 8 bits simultanément. Pour affecter un registre long de 16 bits, il réalise donc deux affectations successives.

CMP A

B

(A < B)

CMP A

B

(A > B)

CNT > +

R

PTPER

PDC / 4

CP

PWM

PTMR

Exemple avec la valeur 1200 à affecter au registre PTPER

1200 = 4B0h

REG (16bits)

REGH (8bits) REGL (8bits)

Processeur 1

21

PTPER ppv 4B0h

PTPERH ppv 04h PTPERL ppv B0h