SCIENCES DE L'INGENIEUR

Niveau : Première générale, enseignement de spécialité SI

 
  1. L'électricité et ses risques
  2. Analyse fonctionnelle d'un robot
  3. Codage de l'information
  4. Acquisition de l'information : Les capteurs
  5. Communiquer
  6. Alimenter les systèmes
  7. Distribuer l'énergie électrique
  8. formulaire
 
  1. Les puissances de 10
  2. Utilisation de la calculatrice
  3. Ecrire des équations en LaTeX
  4. Lampe autonome
  5. Energie et autonomie
  6. Représentation de l'information
  7. Acquisition de l'information
  8. Communiquer : projecteur scénique
  9. Alimenter : Centrale hydroélectrique
 
  1. Eclairage de vélo
  2. Afficher une information lumineuse
  3. Projet Blob de Thomas Pesquet
  4. Fournir l’énergie électrique au V.A.E
  5. Tapis de course interactif
  6. Etude des capteurs du Robot
  7. Thermomètre numérique
  8. Décoder un mot mystère
  9. Faire varier la vitesse
 

D
É
C
O
N
N
E
C
T
É

TP : ELAIRAGE DE VELO

Note du compte rendu :

Note des validations :

1. Objectifs

Vérifier les performances d'un éclairage arrière d’un vélo à piles boutons définies par le cahier des charges tableau 1.

Dans le cadre de la conception de systèmes, dans un bureau d'études, une approche A.M.S permet de concevoir un objet technique (l'éclairage dans notre cas) et valider les exigences du cahier des charges établies en relation avec le client (A.M.S : Attendu, Mesuré et Simulé).

Avant de lancer la production du prototype, les ingénieurs utilisent des logiciels de simulation qui permettront de déterminer les écarts entre le cahier des charges (Attendu) et la simulation

Lorsque les écarts entre la simulation et le cahier des charges sont validées, on fabrique un prototype sur lequel on pourra effectuer les mesures et quantifier les erreurs par rapport au cahier des charges et/ou les simulations

Si le prototype est conforme, il sera présenté au client et fabriqué à grande échelle, si le client valide ses performances

Cahier des charges simplifié
Source lumineuse1 LED rouge
AlimentationPiles 2 x LR44
Autonomie>10h
Témoin d'usure des pilesOui
Poids<20g

Tableau 1

2. Simulation

Les ingénieurs ont conçu le montage suivant :

2.1. Simulation de l'alimentation électrique

Attendu : 2 piles LR-44

  • Rechercher sur Internet la tension d'une pile LR-44 :

  • Simuler la tension des 2 piles associées en série :

    • symbole
    électrique
    d'une pile

    Exécuter le logiciel Multisim et reproduire le schéma suivant

  • Renseigner la tension en volts de chaque pile

  • Cliquez sur le bouton pour lancer la simulation et relever la tension aux bornes des deux piles LR44

    • Relever la tension simulée éclairage éteint puis éclairage allumé (appuyer sur la barre d'espace du clavier, pour fermer l'interrupteur)

    2.2. Simulation de l'intensité du courant :

  • Lancer la simulation afin de relever le courant ILED1 et vérifiez que ce courant est inférieur à 50 mA, courant maximal préconisé par le constructeur

    • Faire valider vos simulations par le professeur

    3. Mesures

    3.1. Mesure de la tension des piles

    Pour mesurer la tension, utiliser la pince multimétrique.

    1. Placer le sélecteur sur la position V (Volts),
    2. Appuyer plusieurs fois sur le bouton jaune,
    3. pour obtenir un affichage DC (courant continu),
    4. Brancher les sondes sur la pince multimétrique et relever les tensions,
    5. Actionner l'interrupteur à glissière pour allumer ou éteindre l'éclairage.
    • éclairage éteint :
    • éclairage allumé :

    3.2. Ecarts :

    Les écarts peuvent être calculés en effectuant une simple soustraction ou en pourcentage. Dans ce dernier cas, on applique la relation suivante :

    Calculer les deux écarts :

    • E1 : écart entre la tension simulée et celle mesurée, éclairage éteint,
    • E2 : écart entre la tension simulée et celle mesurée, éclairage allumé.

    3.3. Mesure du courant circulant dans la LED1

    On ne peut pas mesurer le courant sans modifier le circuit imprimé, mais on peut mesurer la tension aux bornes de la résistance R1, calculer le courant en appliquant la loi d'Ohm, sachant que R1=43Ω

    Rappel de la loi d'Ohm :

    Placer la pince multimétrique en position V, comme indiqué ci-dessous :

    Relever la tension mesurée, calculer l'intensité du courant I en appliquant la loi d'Ohm. Enfin calculer l'écart entre la Mesure et la Simulation:

    Faire valider vos mesures par le professeur

    4. Résistance interne des piles

    L'écart entre la simulation et la mesure, lorsque l'éclairage est allumé, est trop important.

    On a remarqué précédemment que la tension des piles chute lorsqu’on allume l’éclairage. Pour avoir un modèle plus fiable de la pile (en pointillés ci-dessous), on rajoute une résistance interne en série avec les piles comme suit :

    D’après les deux tensions mesurées précédemment, calculer la tension aux bornes de la résistance interne Rint.

    Avec le courant mesuré, calculer la résistance interne des piles en appliquant la loi d’Ohm.

    Modifier le schéma de simulation en ajoutant la résistance interne avec sa valeur, relever nouvelles valeurs de tension et courant simulés : LED allumée, puis conclure sur la fiabilité du nouveau modèle

    Faire valider vos simulations par le professeur

    5. Vérification de l'autonomie de l'éclairage

    La simulation se fera avec le logiciel MapleSim. Charger le fichier Eclairage.msim

    Compléter le schéma en rajoutant :

    • La résistance R1 (Electrical – Analog – Common – Resistor) dans l’onglet Inspector, mettre le paramètre R à 43 Ω,
    • La diode (Ideal Diode) et paramétrer Vknee à 2V,
    • Un ampèremètre (Electrical – Analog – Sensors – Current Sensor),
    • Une sonde de courant (I) : faire un clic droit sur le fil reliant P1 de la pile à la résistance R1 « Attach Probe » et cochez a bonne case.

    Cliquer sur le quadrillage afin qu’aucun composant du schéma ne soit sélectionné et mettre dans le paramètre Rint, la résistance interne que vous avez calculée précédemment. Lancer la simulation en cliquant sur le triangle bleu de la barre d’icônes.

    Insérer une capture d'écran de votre simulation

    Relever sur le graphique le temps à partir du moment où le courant atteint 7 mA, valeur qui ne permettra plus à la diode de s’éclairer suffisamment pour que le cycliste soit bien vu. Quel est l'état de charge des piles à ce moment là ?

    Recherchez l'écart A-S de l'autonomie et conclure

    Faire valider par le professeur

    6. Amélioration du produit

    Toutes les 10h, l'utilisateur doit ouvrir le boîtier et remplacer les piles boutons. Ce qui représente un coût supplémentaire et peu freiner son l'achat.

    Recherchez sur Internet les caractéristiques des éclairages arrière des vélos et proposez des améliorations pour augmenter l'autonomie et remplacer les piles boutons.

    Parmi les batteries ci-dessous, en choisir une qui pourrait remplacer les piles boutons, sans trop modifier le boitier de l'éclairage.

    Réf.30250351743104755402035
    Haut.3.0mm3.5mm4mm4mm
    Larg.20mm17mm47mm20mm
    Long.50mm43mm55mm35mm
    Ah0.250.33.50.3

    Faire valider par le professeur

    Refaire la simulation en remplaçant les plies boutons par une batterie li-ion (Battery - Electrochemical - Lithium-ion). Replacer une sonde pour relever l'état de charge de la batterie

    Ajuster la valeur de la capacité CA en Ah du modèle de la batterie que vous avez choisie.

    Lancer la simulation en augmentant le temps de simulation afin de visualiser la décharge complète de la batterie

    Insérer une capture d'écran de votre simulation.

    Relever l'intensité maximale circulant dans la diode, l'autonomie de l'éclairage puis conclure. Proposer une solution afin d'augmenter encore l'autonomie. Refaire les simulations et relever cette nouvelle autonomie.

    Faire valider par le professeur

    Fond : Texte : Tables :