PPE 1

Projet Pluritechnique Encadre

Groupe 4

PAPERA Thomas

GUILLAUME Caroline

GAMBINI Julien

SCHOEN Robin

PPE 2

Introduction........................................................................................................................................................................................ 3

Analyse Fonctionnelle ........................................................................................................................................................................ 4

Diagrammes « bête à cornes » ainsi que FAST du système : ......................................................................................................... 4

Etude mécanique ............................................................................................................................................................................... 6

Phase de conception du prototype ................................................................................................................................................ 7

Liaison roue-galet ....................................................................................................................................................................... 7

Etude de la liaison axe rotor – galet ........................................................................................................................................... 9

Etude du maintien du galet ...................................................................................................................................................... 10

Etude de la liaison galet – arbre ............................................................................................................................................... 16

Etude de la liaison axe rotor – arbre ........................................................................................................................................ 17

Etude de la fixation et du réglage de l’effort de pression Galet - Roue ................................................................................... 19

Visualisation numérique sur Solidworks....................................................................................................................................... 21

Les Solutions pour la création du produit final............................................................................................................................. 22

Modification : Liaison roue-galet entraîneur ........................................................................................................................... 22

Modification : liaison galet - arbre ........................................................................................................................................... 22

Modification : Etude du maintien du galet .............................................................................................................................. 23

Modification : Etude de la liaison galet – arbre ....................................................................................................................... 23

Modification : Liaison Axe rotor - Arbre ................................................................................................................................... 24

Annexe : pièces utilisées pour le prototype ................................................................................................................................. 25

Etude électronique ........................................................................................................................................................................... 26

Programmation............................................................................................................................................................................. 26

Acquisition et Affichage de la puissance fournie en temps réel .............................................................................................. 26

Configuration et programmation du transistor de puissance .................................................................................................. 27

Réalisation d’un menu interactif .............................................................................................................................................. 27

Amélioration du rendu final ..................................................................................................................................................... 28

Circuit Electronique ...................................................................................................................................................................... 29

Prototype électronique ............................................................................................................................................................ 29

Circuit électrique final .............................................................................................................................................................. 30

Problèmes non-résolus ............................................................................................................................................................ 32

Annexes ........................................................................................................................................................................................ 32

Transistor ................................................................................................................................................................................. 32

Microcontrôleur ....................................................................................................................................................................... 32

Carte à Boutons Poussoirs ........................................................................................................................................................ 33

Carte Prototype ........................................................................................................................................................................ 33

Carte à LEDs.............................................................................................................................................................................. 33

Afficheur LCD ............................................................................................................................................................................ 34

Résistances ............................................................................................................................................................................... 34

Conclusion ........................................................................................................................................................................................ 35

PPE 3

Introduction

Nous avons choisi de travailler sur le vélo d’appartement car c’était un sujet qui offrait une multitude de possibilités

et qui comportait une partie mécanique et une partie électrique d’importances égales. La problématique à laquelle

nous devions réaliser une solution technique était la suivante : A partir d’un vélo d’appartement et d’un générateur

électrique, concevoir le système de conversion d’énergie. Autrement dit, ce projet consistait à transformer l’énergie

fournie par l’homme en énergie électrique et de dissiper cette énergie de manière visible. Le cahier des charges

fonctionnel imposait de concevoir une solution mécanique afin d’entrainer le générateur grâce à la roue avant du

vélo, d’acquérir en temps réel l’intensité ainsi que la tension fournie par ce générateur afin d’obtenir et d’afficher la

puissance fournie par le cycliste, et enfin d’imposer une charge résistive variable du générateur, avec un réglage par

électronique programmée.

Nous avons choisi de nous répartir suivant la manière suivante :

PAPERA Thomas et SCHOEN Robin travaillant sur la partie Mécanique du projet.

GUILLAUME Caroline et GAMBINI Julien travaillant sur la partie Electrique du projet.

PPE 4

Analyse Fonctionnelle

Diagrammes « bête à cornes » ainsi que FAST du système :

Utilisateur (Cycliste)Energie en Entrée

(Energie mécanique fournie)

Vélo+

Moteur (Générateur)

Convertir l’énergie mécanique en énergie électrique et en extraire la puissance fournie par l’utilisateur

Le produit rend service à l’utilisateur, ici le cycliste. Il agit sur l’énergie fournie par l’utilisateur (énergie mécanique) dans le but de la transformer en énergie électrique afin de calculer la puissance fournie par l’utilisateur.

PPE 5

Convertir l’énergie

mécanique humaine

en énergie électrique

Entraîner le moteur

grâce au mouvement

de rotation de la roue

Moteur à courant

continu

Entraîner par friction

Convertir l’énergie

Galet

Maintenir le galet

Eviter le porte-à -faux

Pièce en forme de U

Lier le galet à l’axe

du rotor

Arbre

Fixer le galet à

l’arbre

Provoquer la rotation

de l’arbre

Goupille

Permettre la rotation

de l’arbre dans la

pièce en U avec

glissement

Coussinet à collerette

Fixer l’arbre au rotor

du générateur

Vis de pression

Fixer le système

conçu

Assurer sa mobilité

Plaque de bois

Permettre un réglage

de pression entre la

roue et le galet

Lumières usinées sur

la plaque

Calculer la puissance

en temps réel et la

dissiper de manière

visible

Acquérir

l’information

Commander et gérer

des intervalles de

puissance

Afficher la puissance

en temps réel

Carte électronique

ECIO40P

Transistor

IRFZ44NPbF

Carte électronique

ECIO40P

Afficheur

EB005-00-3

PPE 6

Etude mécanique Le but de cette partie est de créer une solution technique permettant d’entrainer le générateur grâce à la roue du

vélo. Autrement dit, cette partie du projet consiste à créer un ensemble de pièces assurant la liaison entre la roue et

le rotor.

LE CAHIER DES CHARGES

DESCRIPTION DU SYSTEME

PPE 7

Phase de conception du prototype

Liaison roue-galet

Tout d’abord, les professeurs nous ont imposé une vitesse de pédalage variant de 60 à 100 tours par minutes.

60 tr/min < Vpédalage < 100 tr/min

ETUDE PROTOTYPE :

Nous avons donc procédé à un test d’effort de pédalage pour l’utilisateur. A l’aide d’un tachymètre sans contact,

nous avons mesuré la cadence de pédalage correspondant à l’intervalle demandé. GAMBINI Julien s’est proposé

pour pédaler. Il en a fait le constat suivant, 100 tr/min est un rythme élevé mais soutenable sur plusieurs minutes, 60

tr/min reste un rythme de repos où l’effort fourni est moindre.

Ensuite, nous avons calculé ce que les cyclistes appellent couramment le « braquet », c’est-à-dire le rapport :

=

= 2.9

Cela nous a permis de connaître la vitesse de rotation de la roue par rapport à la vitesse de pédalage de l’utilisateur. Ainsi, lorsque l’utilisateur fait un tour de pédales, la roue fait environ 2.9 tours. Puis, nous avons calculé le rapport de transmission entre la roue et le galet :

=

= 5

Il vient ainsi que lorsque la roue fait 1 tour, le galet en fait quant à lui, 5. Par conséquent, sachant que la vitesse de pédalage maximale imposée est de 100 tr/min, la vitesse de rotation maximale de la roue est donc de 290 tr/min. On en conclu que la vitesse de rotation maximale du galet est de 1450 tr/min.

Le cahier des charges impose une liaison entre la roue et le galet par friction. C’est la raison pour laquelle nous avons gardé le galet fourni par les professeurs. Puis nous avons remarqué pour que la liaison roue-galet entraîneur se fasse correctement, il fallait exercer une force continue du galet pour éviter tous glissements afin de transmettre l’énergie mécanique crée par la roue du vélo.

PPE 8

PHOTOS PROTOTYPE :

Schéma de principe

Force constante pour le contact roue- galet

Schéma de principe

Roue du vélo

Maintien

PPE 9

PROBLEMES OBSERVES AVEC LE PROTOTYPE :

Etude de la liaison axe rotor – galet Pour pouvoir fixer le galet à l’axe rotor du générateur, nous avons choisi de passer par l’intermédiaire d’un arbre. Ainsi, nous pouvons éloigner le générateur du galet et par conséquent éviter tout encombrement entre le générateur et la roue ou encore entre le générateur et le cadre du vélo (fourche avant fixant la roue).

ETUDE PROTOTYPE : En ce qui concerne le dimensionnement de l’arbre, nous avons choisi un diamètre de 18mm car le galet réutilisable comportait déjà une extrusion de même diamètre en son centre. Pour sa longueur, après avoir mesuré la distance séparant la roue de l’extrémité du cadre du vélo, nous avions tout d’abord choisi 110mm.

PPE 10

Etude du maintien du galet La question du maintien du galet était selon nous, un élément important de notre projet. La liaison Galet/Roue par friction impose un effort pour éviter tous glissements et ainsi optimiser le rendement du système. De plus, nous avons eu une certaine appréhension quant au fait que l’effort de pression pour assurer au mieux la liaison de friction « pousse » le galet et pourrait donc risquer d’endommager l’axe moteur ou même le galet. Pour assurer ce maintien, nous nous sommes tout de suite penchés sur la solution qui consistait à créer une pièce en forme de U pour être sûr de maintenir le galet des deux côtés. Ainsi, nous avons donc envisagé une liaison pivot entre la pièce en U et le galet. Pour se faire, nous avons privilégié le « montage en chape » qui permet la réalisation d’une liaison pivot de manière rapide et économique.

ETUDE PROTOTYPE :

Schéma de principe

Au départ, nous nous posions des questions sur la qualité et la durée de ce montage compte tenu qu’il est adapté pour des efforts et vitesses faibles. Nous pensions que notre vitesse de rotation maximale du galet qui est de 1450 tr/min était trop élevée, tout comme l’effort de pression pour assurer au mieux l’entrainement par friction et éviter les pertes. Nous en avons donc parler aux professeurs qui nous ont indiqué que le « montage en chape » supportera sans problèmes les caractéristiques de notre système, d’autant plus que le vélo ne servira pas tous les jours.

PPE 11

DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS PROTOTYPE :

PHOTOS PROTOTYPE : Nous ne nous attarderons pas sur le dimensionnement de cette pièce, car elle a rapidement été modifiée par un de

nos professeurs pour y insérer des macarons permettant l’accueil de coussinets dont nous évoquerons le choix sur la

partie suivante. Cette personne s’est servie de la même base que celle de la pièce que nous avions auparavant

dessinée, il a ainsi conservé la hauteur de la pièce pour garder le même axe de révolution mais il en a modifié la

largeur pour la fixation des macarons.

Schéma de principe

En ce qui concerne le dimensionnement de la pièce en U, nous avions au départ choisi une largeur supérieure de 1mm à la largeur du galet de manière à avoir un jeu dans le but de laisser le galet se centrer seul avec la puisque la surface de contact du galet n’est pas plane mais très légèrement conique car la pièce a dû être réalisée par moulage. En ce qui concerne la hauteur de la pièce en U, nous avons choisi 75mm. Pour définir ce choix, nous sommes partis de la hauteur séparant la surface de contact du générateur avec le sol, au centre de l’axe du rotor qui était de 56mm. De plus, comme vu précédemment, l’arbre qui assure la liaison entre le galet et le générateur a un diamètre de 18mm, soit un rayon de 9mm. Ainsi, nous avons ajouté ce rayon aux 56mm précédents ce qui faisait 65mm. Enfin, nous avons ajouté 10mm de matière pour assurer la fiabilité de la pièce ce qui donnait au final une hauteur de 75mm. Les deux perçages pour faire passer l’arbre sont donc centrés à une hauteur de 56mm et ont pour rayon 9mm.

PPE 12

PROBLEMES OBSERVES AVEC LE PROTOTYPE :

La pièce en U, usinée par pliage n’a pas pu être usinée avec des angles droit mais seulement s’en rapprochant

(environ 87-89° de chaque côté) ce qui créait un jeu puisque l’axe du rotor n’était pas totalement aligné avec l’axe de

notre arbre. Ainsi, il fallait régler la question des angles de pliage de la pièce en U. Nous avions pensé à percer deux

trous de part et d’autre de la pièce en évitant le contact avec le galet pour y faire passer deux vis avec écrous et

jouer sur le serrage de ces deux vis pour rétablir un angle de 90°. D’autre part, la pièce en U a aussi été bombée sur

le dessous lors du pliage.

Etude de la liaison de pivot de l’arbre dans la pièce en U

ETUDE PROTOTYPE :

Pour assurer la rotation de l’arbre par rapport à la pièce en U qui est fixe, deux solutions s’offraient à nous, des coussinets à collerette ou des roulements à billes.

PPE 13

Vitesse de rotation du galet :

ωgalet =

= 152 rad/s

Vitesse linéaire du galet :

De plus, d’après le GDI (Guide du Dessinateur Industriel) ; P = 1.5 MPa. Une fois la vitesse et la pression connue, nous avons recherché l’effort correspondant.

Or, par définition : D’où : = 594 N On en conclut donc que l’effort maximal que l’on peut imposer sur les coussinets est de 594 N, et par

conséquent que la poussée de la roue sur le galet devait être inférieure à 594 N. Or, après discussion avec les professeurs, nous avons validé le choix de coussinets à collerette puisque nous cherchions juste à trouver une adhérence donc un effort bien moindre aux 594 N. Nous avons donc commandé deux coussinets sur le site internet de HPC La référence des coussinets est METC 18-22-22. Les deux coussinets que nous avons commandés sont en bronze puisqu’ils peuvent supporter une vitesse linéaire de 5m/s et nous sommes à 1.368m/s. Les coussinets en polymère ne pouvaient quant à eux seulement 1.2m/s. Mise en plan coussinet :

PPE 14

Pièce SOLIDWORKS :

Schéma de principe

Solution adoptée

PPE 15

PHOTO PROTOTYPE :

PROBLEMES OBSERVES AVEC LE PROTOTYPE :

Nous avons pu remarquer la

présence de jeu, comme vu

précédemment :

Le désaxage de la roue par

rapport au galet

Le galet ne s’autocentre pas à

cause du désaxage, il y a donc

une création de frottement

PPE 16

Etude de la liaison galet – arbre Nous nous sommes ensuite penchés sur la liaison reliant le galet à l’arbre. Le galet, lors de son mouvement de rotation avec la roue, doit pouvoir entrainer l’arbre qui lui doit entrainer le rotor du générateur.

ETUDE PROTOTYPE : Pour lier le galet à l’arbre, nous avons tout de suite pensé qu’il fallait éviter toutes pertes, glissements, frottements. Pour nous, le plus simple nous a semblé de mettre une goupille à travers le galet et l’arbre, pour fixer ces deux pièces qui formeraient par conséquent un groupe cinématique. Ainsi, la rotation du galet au contact de la roue du vélo entrainerait par la même rotation, l’arbre moteur.

Coussinets

Axe

Support coussinet

Flexion du support en U

Goupille

Liaison Complète

Schéma de principe

La pièce en U, sous la pression

exercée par la roue du vélo sur

le galet, se déforme. Il y a une

flexion du support en U.

PPE 17

PROBLEME OBSERVES AVEC LE PROTOTYPE : Passage difficile de la goupille pour le montage et le démontage.

Etude de la liaison axe rotor – arbre Maintenant que la stabilité du galet est assurée, que le galet entraîne l’arbre et que l’arbre peut tourner, il ne reste plus qu’à étudier la liaison pour relier l’axe du rotor à l’arbre et ainsi entraîner le générateur en pédalant.

ETUDE PROTOTYPE : Nous avions tout de suite remarqué que l’axe du rotor était taraudé. Nous avions donc pensé à faire un trou taraudé dans notre arbre mais, les professeurs nous ont affirmé qu’il fallait que le système puisse tourner dans les deux sens. D’autre part, nous avons donc pensé se servir des deux méplats qui étaient sur cet axe du rotor et donc de relier l’arbre à celui-ci par deux vis de pression, une sur chaque méplat. Nous avons donc ajouté deux perçages à notre arbre.

Mise en plan :

PPE 18

Photo SOLIDWORKS :

Schéma de principe

Détails de la liaison

PPE 19

PHOTO PROTOTYPE :

Etude de la fixation et du réglage de l’effort de pression Galet - Roue La dernière partie de notre réflexion concerna la fixation de toutes les pièces au plateau du vélo. Les professeurs

nous ont imposé un réglage de sorte à pouvoir déplacer notre ensemble pour faciliter les améliorations ou le

démontage. Nous avons tout de suite choisi de pouvoir créer ces réglages par des lumières. Cependant, nous

voulions au départ pouvoir créer plusieurs lumières pour déplacer notre ensemble horizontalement comme

verticalement et même en rotation. Seulement, cela imposait de créer plusieurs plaques de fixations et des usinages

qui s’avéraient longs et complexes. Les professeurs nous ont donc indiqué qu’il fallait se concentrer sur le réglage

vertical, celui-ci étant le plus important pour faire varier la pression sur le galet ou encore faciliter le démontage.

ETUDE PROTOTYPE :

PHOTOS PROTOTYPE :

Schéma de principe

Nous avons donc choisi de faire une seule plaque en bois

sur laquelle nous avons fixé tout l’ensemble par

l’intermédiaire de vis-écrous, en rentrant les têtes de vis

dans le bois. Dans cette même plaque, nous avons choisi

de percer deux lumières à chaque extrémité pour assurer

le réglage en profondeur. En ce qui concerne le

dimensionnement des perçages, nous nous sommes

adaptés aux vis qui nous étaient proposées.

PPE 20

PROBLEMES OBSERVES AVEC LE PROTOTYPE :

Générateur

Concentricité

ParallélismeFaux rond

Réglage par cales

L’insertion des macarons

dans la pièce en U a

légèrement déplacé l’axe de

révolution de l’arbre qui était

encore plus décalé par

rapport à l’axe du rotor.

Nous avons donc essayé un

réglage par cales.

PPE 21

Visualisation numérique sur SolidWorks

Avant de passer à l’usinage, nous avons préféré créer nos pièces sur le logiciel SolidWorks, puis nous les avons

assemblées de façon à tester les solutions que nous avions envisagées avec MECA3D. Nous avons ainsi pu valider nos

solutions.

Générateur

Réglage par les vis de fixation du générateur

Concentricité

Parallélisme Faux rond

PPE 22

Les Solutions pour la création du produit final

Modification : Liaison roue-galet entraîneur

Produit final : Devant le problème rencontré nous avons décidé d'en utiliser un en caoutchouc, pour que la roue adhère correctement au galet. De plus, nous avons changé la forme de celui-ci pour un auto-centrage avec la roue.

Modification : liaison galet - arbre

Produit final : Pour le dimensionnement de l'arbre, un diamètre de 20 mm, pour le nouveau galet. Pour la longueur, il suffit que l'arbre soit supérieur ou égal à 110 mm.

AXE

Auto centrage

Déplacement de l’axe et du galet

Liaison complète

Galet modifié

PPE 23

Modification : Etude du maintien du galet

Produit final : Suite aux différents problèmes rencontrés, un jeu se créait, ce qui rendait difficile l'entrainement du galet. Pour y remédier, nous avons décidé d'utiliser une plaque en aluminium sur laquelle nous avons fixé deux rectangles en aluminium perpendiculairement à la plaque de manière à remplacer la pièce en U. Avec ce système nos angles étaient respectés et le système ne subissait plus de déformations.

Modification : Etude de la liaison galet – arbre

Produit final : En décidant d'utiliser une goupille pour fixer le galet par rapport à l'axe, le système formait un groupe cinématique et il n'était plus possible de le démonter. C'est pourquoi nous avons décidé de coller le galet à notre axe. Il est toujours possible de démonter et la liaison est assurée.

La pièce en U n'était plus utile dans notre projet. De plus l'arbre utilisé pour notre prototype n'était pas du même diamètre que celui du projet final. C'est pourquoi nous avons remplacé les coussinets par des roulements à aiguilles, que nous avons pu récupérer gratuitement. Ces roulements à aiguilles nous permettent d'avoir une vitesse du galet supérieure tout comme le rendement car les frottements sont diminués. Enfin le fait d'utiliser des coussinets nous a encore fait gagner du jeu au niveau de l'axe. Le fait d'utiliser des roulements à aiguilles nous permet aussi d'être plus précis.

PPE 24

Modification : Liaison Axe rotor - Arbre

Produit final : Le fait de pouvoir faire quelques réglages au niveau de l'axe du rotor grâce aux vis de pression nous permettait de palier un minimum face au défaut de l'axe du rotor (suite à l'usure et à une chute). Nous avons donc conservé cette idée. Mais nous avons décidé de rajouter une pièce pour assurer la liaison entre l'axe du rotor et l'axe de notre arbre.

Pour créer la liaison entre l’arbre et l’axe du rotor

nous avons utilisé une liaison annulaire qui permet

un mouvement de translation de l’arbre et du galet

de gauche à droite pour compenser le désaxage de

la roue.

Les mouvements

Transmission

Schéma de principe

PPE 25

Annexe : pièces utilisées pour le prototype Pièces fournies :

Le vélo d’appartement : Taille adulte. Entrainement de la roue par Plateau – Pignon – Chaîne. Le générateur : MY1016 – 450W – 36V – 2000 tr/min

Le galet : Pièce utilisée pour les projets pluritechniques encadrés lors de l’année 2011 que l’on a choisi de récupérer

pour éviter des usinages supplémentaires.

C’est ce galet qui assure l’entrainement par friction de la roue.

Goupille : Diamètre 3mm, longueur 30mm

2 Vis de pression : M5, longueur 8mm

8 vis et écrous pour fixer la pièce en U ainsi que 2 vis et écrou avec rondelles pour passer dans les lumières.

Pièces Commandées

2 coussinets à collerette : Matière bronze

Pièces réalisées et usinées

Un arbre qui assure la liaison mécanique avec le générateur :

Une Pièce en forme de U qui assure le maintien de l’ensemble Galet + Arbre et la coaxialité avec l’arbre moteur.

Une Plaque pour l’ensemble réalisé comportant deux lumières ainsi que 8 trous lamés pour rentrer les têtes de vis.

PPE 26

Etude électronique Les but de cette partie est de concevoir une solution électrique permettant d’acquérir le courant et la tension en

sortie de moteur et ainsi afficher la puissance fournie par le moteur. Il sera ensuite rajouté différentes commandes

pour l’utilisateur.

Programmation La programmation a été réalisée grâce au logiciel Flowcode et fut la partie la plus longue à réaliser. Elle sera menée à

bout en trois phases distinctes correspondant chacune à un programme qui sera amélioré tout au long du projet.

Acquisition et Affichage de la puissance fournie en temps réel

Nous avons décidé d’utiliser la carte E-block prototype (EB01630) afin de pouvoir concevoir notre circuit

électronique et ainsi acquérir le courant et la tension. L’afficheur LCD (EB005-00-3) nous permettra d’afficher les

données désirées comme la puissance par exemple. Nous avons pensé à ajouter des LEDs (EB004-00-2) pour rendre

le produit ergonomique et ludique vis-à-vis de l’utilisateur.

Un premier programme a été conçu afin de nous familiariser à nouveau avec le logiciel que nous n’avions pas utilisé

depuis quelques temps. Le programme consistait tout simplement à récupérer le courant et la tension fournie à la

sortie du moteur, effectuer le produit des deux afin d’obtenir la puissance suivant la formule suivante :

Il a fallu faire concorder les entrées et les sorties du microprocesseur avec les connexions attribuées dans le

programme.

Nous avons donc choisi de mettre les acquisitions du courant et de la tension sur le port A du microprocesseur car

c’est un des ports comprenant le moins de connexions. L’afficheur LCD a besoin de 6 connexions, nous l’avons donc

connecté sur le port B. Les diodes électroluminescentes ont été connectées sur le port C.

Les premiers essais furent réalisés sans les LEDs. Lors du premier test, aucun composant ne semblait réagir. Nous

avons donc décidé de revoir notre programme, en vain. Nous suspections alors les composants. Après les avoir

changé et refait des essais, nous nous sommes rendu compte que le microprocesseur et l’afficheur ne fonctionnaient

pas.

Après le changement, le résultat de notre travail n’était pas convainquant puisque l’acquisition était mauvaise et

l’afficheur annonçait 0 watts, 0 volts et 0 ampères. Le problème venait de l’acquisition, les valeurs étaient lues en

tant que tension, or le microprocesseur ne prend en charge que les nombres entiers ou les octets.

Nous avons ensuite rajouté un seul intervalle de puissance à fournir afin de configurer les LEDs. L’intervalle n’était

pas défini et n’avais pas d’importance pour les tests. Les LEDs furent donc configurées. La simulation fonctionnait à

présent à merveille, mais lors de la compilation, les LEDs 4 et 5 ne fonctionnaient pas. Le problème n’est toujours

pas résolu, nous avons donc choisi de le contourner en ne connectant seulement les LEDs 0, 1, 2, 6 et 7.

Il restait alors à calibrer les valeurs affichées avec celle données par l’alimentation lors des essais, pour cela il a suffi

simplement de diviser les valeurs entrantes avec le bon coefficient. Ce programme était très concis et simple. Il ne

contenait pas de macros, simplement un algorithme principal. Il fut enregistré afin de ne pas perdre le travail

effectué.

PPE 27

Configuration et programmation du transistor de puissance

Nous avons copié le programme précédent l’avons amélioré de manière à ajouter la commande du transistor de

puissance (PWM). Ce composant servira à faire forcer l’utilisateur en fonction du travail qu’il fournit. Lorsque

l’usager sera au-dessus de l’intervalle de puissance, le PWM enverra du courant au moteur afin de le faire forcer.

Quand l’utilisateur sera en-dessous de cet intervalle, le PWM diminuera le courant envoyé au moteur afin de faciliter

l’effort de l’utilisateur.

Nous avons découvert cette fonctionnalité dans Flowcode au cœur de ce PPE. Nous nous sommes donc documenté

sur la fonction de PWM. La configuration se fait grâce à un cycle de courant.

Le transistor ne laissera passer le courant que par intermittence, ici le transistor laisse passer 29% du courant total.

Une macro a été créée afin de placer les fonctions du PWM dans l’algorithme principal.

Nous n’avons rencontré qu’un seul problème dû au PWM, le brochage de celui-ci. La commande du transistor

s’effectue sur le port C 1 (broche 16). Or il y a déjà une LED connecté sur cette broche. Nous avons donc désactivé la

LED correspondante et nous n’utiliserons que les LEDs 0, 2, 6 et 7. Le problème restant étant de connecter la patte

du transistor à cette broche. Nous sommes aujourd’hui incapables de résoudre le problème.

Réalisation d’un menu interactif

Les fonctionnalités du cahier des charges étant réalisées, nous avons choisi de faire un menu

afin que l’utilisateur sélectionne l’intervalle de puissance qu’il souhaite en fonction de son

niveau de performances par exemple.

Pour cela nous avons fait appel à une nouvelle macro et nous avons dû rajouter des boutons.

Nous les avons donc connecté sur le port D. Le port D est le port le plus complet et nous

permet donc de pouvoir utiliser tous les boutons. Nous avons choisi d’utiliser la carte de

boutons poussoirs (EB007-00-1). Lorsque le programme se déroule dans l’algorithme principal,

un seul bouton est actif et permet de rentrer dans le menu. Ce même bouton permettra

ensuite de valider le choix de l’utilisateur et donc de retourner dans l’algorithme principal. Les

autres boutons permettent de sélectionner des intervalles différents (voir fig. 2).

Nous n’avons pas rencontré de problèmes particuliers dans la réalisation de ce menu.

En revanche, nous ne savions pas exactement quels intervalles mettre dans celui-ci et nous

comptions modifier cela lors des essais réels une fois la partie mécanique terminée.

Figure 2

Figure 1

PPE 28

Amélioration du rendu final

Une fois le programme terminé, nous avons décidé d’améliorer le rendu final en soignant la présentation du

programme sur le logiciel et en ajoutant quelques petites modifications :

Un bouton de marche/arrêt a été ajouté.

Les annotations de chaque bouton, chaque LEDs, du DutyCycle ont été créées.

Des messages pour l’utilisateur ont été ajoutés comme lors de la validation de l’intervalle de puissance, la

mise en marche ou l’arrêt, l’entrée dans le menu.

Figure 3

PPE 29

Circuit Electronique

Prototype électronique

La partie mécanique et électrique du projet étant séparées, il a fallu tester la programmation sans les composants

mécaniques finals. Pour cela nous disposions d’une alimentation externe simulant l’énergie fournie par le moteur en

phase générateur. Le circuit électronique fut donc adapté à ces conditions :

PPE 30

Nous avons créé un pont diviseur résistif de tension car selon la vitesse de rotation et les caractéristiques du moteur,

le courant fourni serait trop élevé pour les composants électriques du circuit.

En simulation, nous avons pris deux tensions variables de 0 à +5 V. Ces tensions seront divisées par 10 selon le calcul

suivant :

Les résistances autour du point A sont de plus faibles valeurs car la Résistance sera remplacée par une résistance

variable qui permettra de dissiper l’énergie fournie par le cycliste (sous forme de chaleur). C’est pour cela qu’une

résistance de faible valeur ( ) a été placée entre l’acquisition du courant et la masse du circuit.

Les tests du circuit ont été satisfaisants. Nous n’avons pas rencontré de problèmes particuliers.

Il fallait à présent réaliser le montage final raccordé au moteur.

Circuit électrique final

Après avoir créé le prototype, nous avons conçu un nouveau circuit électrique en fonction du PWM, du moteur et de

la résistance variable :

Nous avons rajouté le transistor de puissance en série avec le moteur afin de gérer le rapport cyclique de courant

variable de ce dernier. Il est relié à la broche 16 du microprocesseur par défaut.

PPE 31

Nous avons rencontré différents problèmes au cours de cette phase de réalisation,

Premièrement, la commande du transistor se situe sur la broche 16 (port C 1), par conséquent, la LED 1 connectée

sur le port C s’allume en fonction du signal électrique émis par le PWM (éclairage de la LED estompé). Nous avons

donc essayé de contourner ce problème en changeant la broche associée à la commande du transistor :

PPE 32

En appliquant ce changement, le PWM est connecté à la broche 36. Malheureusement, lors des nouveaux essais, le

signal émis par le PWM se situait toujours sur la broche 16 …

Deuxièmement, un des gros problèmes que nous avons rencontré était que la partie mécanique n’étant pas encore

terminée, nous ne pouvions pas réaliser de tests en conditions réelles, avec le moteur. Nous ne savions donc pas

comment configurer les rapports entre les tensions et les courants entrants et sortants, et nous ne savions pas

exactement comment configurer les caractéristiques du PWM (voir fig. 4).

Problèmes non-résolus

Aujourd’hui, il reste encore des points sur lesquels nous n’avons pas su faire la lumière.

D’abord le transistor n’est pas soudé comme il le faudrait en série avec notre générateur (moteur).

Nous n’avons pas su connecter la commande du transistor sur le port C déjà utilisé par l’ensemble des LEDs.

Annexes

Transistor

Le transistor IRFZ44NPbF conçu par International Rectifier est un transistor MOSFET de polarité N-Channel.

Courant débité continu : 49 A

Tension VDS maxi. : 55 V

Dissipation de puissance : 94 W

Résistance : 17,5 mΩ

Microcontrôleur

L’ECIO40P (PIC18F4455) est un circuit intégré de 40 broches.

G D

S

PPE 33

Carte à Boutons Poussoirs

La carte de boutons poussoirs EB007-00-1 comporte 8 boutons à deux positions : 1 et 0.

Lorsqu’un des boutons est enfoncé, un courant de 5 V est délivré. Lorsque le bouton est au repos aucun courant

n’est délivré (0 V).

Carte Prototype

La carte prototype EB-016-00-2 comporte trous de contacts électriques. Elle se connecte à l’ECIO40 par

l’intermédiaire de deux fiches.

Carte à LEDs

La carte à LEDs EB004-00-2 possède 8 LEDs alimentées en 3,3 V.

PPE 34

Afficheur LCD

L’afficheur LCD EB005-00-3 peut afficher jusqu’à 16 caractères simultanément sur deux lignes de 9 caractères. Il n’a besoin que de 5 connexions à l’ECIO40 afin de fonctionner. Son alimentation se fait sous 14 V. Ici les caractères pouvant être affichés :

Résistances

Dans le circuit électronique nous utilisons 4 résistances dont une résistance variable.

PPE 35

Conclusion

Pour conclure, nous sommes satisfaits du résultat de notre Projet Pluritechnique Encadré. Le prototype que nous

avons conçu en classe nous a permis de voir concrètement les différents problèmes de conception et nous a été utile

comme base du produit final. Celui-ci, en revanche, nous le trouvons très convaincant puisque nous avons réussi à

régler les défauts du prototype, ajouté au fait qu’il est plus esthétique. Nous avons réussi à répondre aux attentes

des professeurs concernant la réalisation d’un système de conversion d’énergie. Enfin, nous tenons à remercier

SCHOEN Michel, qui nous a été d’une aide précieuse pour la réalisation du produit final et la récupération de

matériaux. Malgré quelques petits problèmes rencontrés durant la phase de conception électrique, La

programmation a été réalisée de manière complète. En revanche, en ce qui concerne la réalisation du circuit

électronique, il restera quelques points qui n’auront pas su être résolus.

Ce projet nous a permis de développer un esprit d’équipe, chacun confrontant ses idées et s’adaptant à celles des

autres, ainsi que de prendre des décisions, ce qui nous offre un aperçu du travail d’ingénieur. Nous avons aussi

développé de nouvelles connaissances et réactualisé certaines acquises par le passé.