BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR SYSTÈMES .capacités du convertisseur analogique numérique sur

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  • 15SEE4EL1 tude dun Systme Technique

    Session 2015 E-41 LECTRONIQUE

    BREVET DE TECHNICIEN SUPRIEUR

    SYSTMES LECTRONIQUES

    PREUVE E4tude dun Systme Technique

    Unit U4-1 LECTRONIQUE

    SESSION 2015

    Dure : 4 heures Coefficient : 4

    Matriel autoris :

    Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices programmables alphanumriques ou cran graphique condition que leur fonctionnement soit autonome et quil ne soit pas fait usage dimprimante. (Circulaire 99-186 du 16/11/99).

    Tout autre matriel est interdit.

    Documents rendre avec la copie :

    Documents rponse .................................................. BR1 BR4

    Ce sujet comporte :

    A- Analyse fonctionnelle du systme : A1 A4

    B- Sujet :

    Questionnaire : B1 B6

    Documents rponse : BR1 BR4

    Documentation : BAN1 BAN16

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Analyse Fonctionnelle 15SEE4EL1 Page : A1/4

    Prsentation du systme de surveillance de viabilit hivernale.

    1. Mise en situation

    Le systme de surveillance de viabilit hivernale, support de l'tude, s'appuie sur une station mtorologique capable de transmettre des alertes et d'tre interroge distance. Les principaux utilisateurs du systme sont :

    - les Prfectures, - les services de l'quipement, - les collectivits territoriales, - les exploitants autoroutiers, - les usagers de la route.

    Le systme permet, en temps rel, de connatre les conditions climatiques de circulation.

    Les paramtres mtorologiques surveills sont principalement :

    - les tempratures (de l'air ou du sol), - la pression atmosphrique, - la vitesse et la direction du vent.

    La station mtorologique, quipe de capteurs passifs (anmomtre, girouette) ou intelligents (dtecteur de verglas), est dote d'une capacit de traitement (calcul du point de rose pour l'mission d'une alerte sur la formation de nappes de brouillard).

    2. Architecture globale du systme de surveillance de viabilit hivernale.

    SMIR = Station Mtorologique Interrogeable Distance

    Poste de Maintenance

    Acquisition Paramtres

    Mtorologiques

    Traitement Maintenance

    Communication Messagerie

    vocale

    RS232

    RS232

    RS232 Liaison RF

    RTC

    RS485

    Station SMIR

    Poste de supervision

    Pa

    ram

    tr

    es

    m

    to

    rolo

    giq

    ues

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Analyse Fonctionnelle 15SEE4EL1 Page : A2/4

    3. Description fonctionnelle du systme de surveillance de viabilit hivernale

    La station mtorologique rpond trois grandes fonctionnalits :

    Acquisition des paramtres mtorologiques : Les grandeurs environnementales issues des capteurs sont collectes sur une 1re carte lectronique (rf visi75) qui communique ces grandeurs, la demande, par liaison RS485.

    Traitement des donnes mtorologiques : Les donnes collectes sont traites et interprtes afin de savoir si elles peuvent donner lieu des dclenchements d'alertes. Ces alertes sont transmises par liaison Radio Frquence vers un poste de supervision distant. Une seconde carte lectronique (rf visi37) considre comme le cur du systme rpond cette fonctionnalit.

    Communication par le Rseau Tlphonique Commut (RTC) : Les usagers de la route peuvent, en composant le numro de tlphone attribu la station, obtenir en temps rel les conditions climatiques du lieu d'implantation de cette dernire. Une troisime carte lectronique (rf visi79) ralise cette fonctionnalit en intgrant le dispositif de messagerie vocale. Remarque : la maintenance locale de la station est assure par la connexion via une liaison RS232 d'un ordinateur portable. La photo ci-dessous permet de distinguer l'assemblage des trois cartes lectroniques de la station dans son coffret.

    visi79

    visi75

    visi37

    Humidit Temprature Sol Temprature Air Vitesse Vent Direction Vent

    Acquisition Paramtres

    Mtorologiques

    Communication

    Messagerie vocale

    Informations Mto

    Traitement

    Maintenance

    Donnes de Supervision distante

    Donnes de maintenance

    Demandes Mesures

    Mesures

    Demandes Info Mto Donnes

    climatiques mises jour

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Analyse Fonctionnelle 15SEE4EL1 Page : A3/4

    VCC = 5V

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Analyse Fonctionnelle 15SEE4EL1 Page : A4/4

    VCC = 5V

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Sujet 15SEE4EL1 Page : B1/6

    SUJET

    Les quatre parties du sujet sont indpendantes. Les rponses aux questions sont rendre sur feuilles d'examen. Les documents rponse BR1 BR4 sont remettre dans tous les cas avec votre copie mme si vous ny avez pas rpondu.

    Partie A : Acquisition de la temprature de la chausse Cette premire partie du sujet porte sur les modes de mesures employs par la carte Visi75 et plus prcisment sur l'acquisition de la temprature de la chausse. Le systme devant mettre une alerte lorsque celle-ci devient ngative, une sonde de type Pt100 4 fils est enfouie dans la chausse et noye dans une rsine spciale. Ltendue de mesure est juge suffisante de -50 C +100 C, la prcision doit tre de 0,5 C. Le traitement de cette partie renvoie aux documents BAN2 BAN6. Le concepteur du systme a choisi comme capteur de temprature une sonde platine Pt100 4 fils (document BAN2).

    Q1. Choisir, parmi les montages proposs dans la documentation, le branchement de cette sonde au bornier X2 de la carte visi75 (voir schma dans le dossier de prsentation document A3).

    Parmi les choix de sondes possibles, il a t prfr une sonde Pt100 de classe A.

    Q2. Indiquer les tolrances garanties sur la gamme de mesure. Justifier cette prfrence une sonde de classe B pourtant moins onreuse.

    Afin d'obtenir une mesure plus prcise, la mthode dite mesure de Kelvin a t utilise. Un gnrateur de courant est donc ncessaire.

    Q3. Identifier sur le schma structurel (dossier prsentation document A3) le composant intgrant cette fonction. Prciser, en vous rfrant la documentation du constructeur, la valeur du courant gnr.

    Q4. Prciser ltat des interrupteurs analogiques U1B et U1C permettant dalimenter la sonde.

    Sur la plage de mesure considre, il est jug possible de se limiter une expression de second degr pour la relation entre la rsistance Pt100 et la temprature.

    Q5. Exprimer, laide du document BAN2, la relation liant Rt la temprature et complter les colonnes 2 et 3 du tableau document rponse BR1.

    La tension aux bornes de la sonde Pt100 est applique sur les entres MTS1 et MTS2.

    Q6. Prciser le type de filtre ralis par les cellules R11-C11 et R14-C13.

    Q7. Justifier leur prsence.

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Sujet 15SEE4EL1 Page : B2/6

    La tension filtre issue de la sonde Pt100 est applique en mode diffrentiel sur les entres AIN3 et AIN4 du convertisseur analogique numrique MAX1402.

    Q8. Justifier lintrt de ce mode de mesure par rapport au mode commun.

    Le circuit U1B est un interrupteur analogique command par le signal numrique CD2. Des extraits de la documentation du composant MAX4605 sont donns documents BAN5 et BAN6. Nous allons nous intresser linfluence de ce composant sur la prcision de la mesure.

    Q9. Indiquer le niveau logique du signal CD2 permettant dalimenter la sonde Pt100. Montrer que le courant maximal (COM On-Leakage Current) driv par le circuit est ngligeable face au courant du gnrateur.

    Q10. Justifier la raison pour laquelle la mesure nest galement pas perturbe par la rsistance RON (5 ohms) qui reprsente pourtant 5% de R0.

    La rsolution effective du convertisseur analogique numrique MAX1402 (documents BAN3 et BAN4) est de 16 bits. La tension VREF gnre par U17 est de 2,5 V.

    Q11. Dterminer la valeur du quantum du convertisseur. Indiquer et justifier, en vous rfrant aux rsultats de la question Q5, si le cahier des charges peut tre respect avec cette valeur de quantum.

    Q12. Complter, sur la colonne 4 du tableau document rponse BR1, les rsultats de conversion obtenus sur 16 bits (en dcimal) pour les quatre tempratures proposes.

    Le convertisseur intgre un amplificateur gain programmable (PGA) dont lamplification peut tre rgle 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ou 128.

    Q13. Dterminer lamplification maximum du PGA permettant de ne pas dpasser les capacits du convertisseur analogique numrique sur toute ltendue de mesure.

    Q14. Complter, sur la colonne 5 du tableau document rponse BR1, les valeurs des tensions obtenues aprs amplification (valeur maximale dtermine prcdemment). Indiquer si la prcision sur la mesure de temprature de la chausse est ainsi amliore.

    La prcision du courant inject dans la sonde (15%) ncessite la mise en place d'une procdure d'talonnage destine mesurer la valeur relle du courant.

    Q15. Prciser ltat des interrupteurs analogiques U1B et U1C lors cette phase. Identifier la rsistance permettant ltalonnage du courant.

  • BTS SYSTMES LECTRONIQUES tude dun Systme Technique Session 2015

    U4.1 lectronique Sujet 15SEE4EL1 Page : B3/6

    Partie B : Contrle des acquisitions depuis une console

    Cette deuxime partie du sujet porte sur l'tude des modes de transmission srie utiliss sur la carte visi75 (fonction FP5 dont le schma structurel est donn page A4