L'étude porte sur une voiture télécommandée.

Il s'agit de faire varier la vitesse de la voiture en avant et en arrière en agissant sur un joystick.

Le moteur est accouplé à une roue par l'intermédiare d'un train d'engrenages ayant un rapport de réduction de R = 1 : 7.94

Le moteur de traction de la voiture est un moteur RS-540SH dont les caractéristiques sont données ci-dessous

MODELE		TENSION		A VIDE		AU RENDEMENT MAXIMUM
		Plage d'alimentation (V)	Essai	Vitesse	Courant	Vitesse	Courant	Couple	Pu
			V	tr/min	A	tr/min	A	mN.m	W
RS-540SH	7520	4.8 - 7.2	7.2	23400	2.40	19740	13	30.6	63.2
	6527	4.8 - 9.6	7.2	17550	1.6	14710	8.27	26.3	40.4

Relever dans ce tableau, la vitesse de rotation du moteur RS-540H 6527 au rendement maximal, puis calculer la vitesse de rotation $omega_r$ de la roue en rd/s (1 tour = 2$xxpi$ rd). En appliquant la relation V= $omegaxxR$ calculer la vitesse de la voiture en m/s puis convertissez-la en km/h. (R : rayon de la roue)

Connecter la voiture télécommandée à une alimentation stabilisée réglée sur 7.2V et mesurer la vitesse de rotation de la roue. Calculer la vitesse mesurée puis l'écart relatif entre la vitesse attendue et mesurée et justifier l'écart.

L'écart relatif est donné par le relation $Er=|("Valeur attendue"-"Valeur mesurée")/"valeur attendue"|$

La variation de la vitesse du moteur est commandée par un microcontrôleur. Une sortie de microcontrôleur est capable de fournir un courant 25mA maximum.

Q1. Relever dans le tableau ci-dessus la valeur du courant dont a besoin le moteur RS-540SH 6527 pour fonctionner à son rendement maximum. Conclure quant à la possibilité de connecter directement le moteur au microcontrôleur ?

Pour modifier le sens de rotation d’un moteur, il suffit d’inverser la polarité de son alimentation (les bornes + et -).

Cette inversion peut être réalisée à l’aide d’un pont en H, un montage électronique conçu à cet effet.

De plus, c'est une électronique de puissance permettant de supporter les courants importants.

Principe :

Dans un circuit électronique, les interrupteurs peuvent être remplacés par des transistors, qui agissent comme des commutateurs électroniques.

Ils sont pilotés par des signaux logiques TOR (Tout Ou Rien), c’est-à-dire des niveaux de tension correspondant à un état haut (1) ou bas (0).

Le schéma simplifié du pont en H utilisé pour commander le moteur de la voiture télécommandéeest le suivant :

Le schéma est présenté dans son état de repos, où les broches D1, D2, D6 et D7 du microcontrôleur sont au niveau logique bas (0).

• Fermeture des commutateurs K1 et K2 :

Elle s’effectue en appliquant un niveau haut (1) sur les broches D1 et D2.

• Ouverture des commutateurs K3 et K4 :

Elle est obtenue en appliquant un niveau haut (1) sur les broches D3 et D4.

• Comportement en l’absence de signal :

Lorsque les broches D1, D2, D5 et D7 sont à l’état bas, K1 et K2 restent ouverts, tandis que K3 et K4 sont naturellement fermés (état par défaut).

Q2. Indiquer ci-dessous les niveaux logiques faut-il mettre sur les broches du microcontrôleur pour effectuer une marche avant : UM et IM >0 :

• D1 :
• D2 :
• D6 :
• D7 :

Q3. Indiquer les niveaux logiques à mettre sur les broches du microcontrôleur pour ouvrir tous les contacts K1 à K4 ? (ARRÊT MOTEUR)

• D1 :
• D2 :
• D6 :
• D7 :

Q4. Quels niveaux logiques faut-il mettre sur les broches du microcontrôleur pour effectuer une marche arrière : UM et IM <0 ?

• D1 :
• D2 :
• D6 :
• D7 :

Algorithme du programme de commande du pont en H :

Début
	Faire une marche avant
	Attendre 2 secondes
	Arrêter la voiture
	Attendre 2 secondes
	Faire une marche arrière
	Attendre 2 secondes 
	Arrêter la voiture
Fin

Le pont en H sera piloté par un ESP8266 dont le brochage est donné ci-dessous.

Compléter le programme ci-dessous pour reproduire l'algorithme précédent.

Attention ! un mauvais pilotage peut entraîner un court-circuit et détruire le pont en H

Copier puis coller votre programme dans le logiciel Thonny, connecter le pont en H au microcontrôleur, exécuter le programme en présence du professeur

# Commande du moteur from machine import Pin import time # Configuration des broches du microcontrôleur D1 = Pin(5, Pin.OUT) D2 = Pin(4, Pin.OUT) D6 = Pin(12, Pin.OUT) D7 = Pin(13, Pin.OUT) # Mettre 1 ou 0 à la place de ? D1.value(?) D2.value(?) D6.value(?) D7.value(?) time.sleep(2) # attendre 2s ...

Appeler le professeur pour faire valider le programme, puis transférez-le dans le microcontrôleur et testez le programme sur la voiture.

Exécuter le programme suivant dans Thonny Python.

# Commande du moteur par MLI from machine import Pin, PWM frequence=1000 # Fréquence du signal MLI D1 = Pin(5, Pin.OUT) D2 = PWM(Pin(4), frequence) # MLI sur broche 2 D6 = Pin(12, Pin.OUT) D7 = Pin(13, Pin.OUT) D1.value(0) D2.duty(410) D6.value(0) D7.value(1)

Q5. Brancher la voie A d'un oscilloscope sur la sortie D2 du microcontrôleur, puis relever la période et le temps haut du signal. Préciser son unité.α

• Temps de l'état haut :
• Période du signal :

On définit le rapport cyclique $alpha=(TH)/T$

TH étant le temps à l'état haut et T la période du signal. α varie entre 0 et 1 (ou 0 à 100%).

Calculer le rapport cyclique α :

Connecter le pont en H sur le microcontrôleur que remarquez-vous ?

Brancher le potentiomètre linéaire sur l'entrée analogique A0 de l'EPS8266

Q6. Exécuter ce programme, observer les valeurs converties par le CAN, puis modifiez le programme afin d'afficher dans la console de Thonny Python le rapport cyclique $alpha$ en pourcent avec un pas de 1%.

# Modifier la vitesse en agissant sur le potentiomètre from machine import Pin, PWM, ADC import time frequence=10000 # Fréquence du signal MLI D1 = Pin(5, Pin.OUT) D2 = PWM(Pin(4), frequence) # MLI sur broche 2 D6 = Pin(12, Pin.OUT) D7 = Pin(13, Pin.OUT) pot = ADC(0) D1.value(0) D6.value(0) D7.value(1) while True: valeur=pot.read() D2.duty(valeur) print(valeur,end=" \r") time.sleep(0.1)

Le potentiomètre possède 3 bornes A, B et le curseur C qui se déplace sur la bande résistive du potentiomètre de telle sorte que :
R_AB = R_AC + R_CB.

Lorsque le joystick est au repos le curseur du potentiomètre est à mi-parcours entre A et B : R_AC = R_CB.

Les schémas ci-dessous représentent : à gauche le potentiomètre R_AB (le joystick), à droite le schéma simplifié qui forme un pont diviseur de tension.

La source de tension tension V_CC correspond à la tension d'alimentation du microcontrôleur ESP8266 :
V_CC = 3.3V.

Q7. Exprimer U_CB en fonction de R_AC, R_CB et V_CC, puis calculer la tension U_CB lorsque R_AC = R_CB.

$U_(BC)=?$

Q8. Dans le programme de la question Q6, quelle était la valeur minimale et maximale de la variable valeur, en déduire le nombre de bits du CAN puis calculer sa valeur lorsque le joystick est au repos.

$Val\eur_(min)=?$
$Val\eur_(max)=?$

Q9. Trouver le calcul à effectuer sur la variable valeur du programme précédent afin que valeur = 0 lorsque le joystick est au repos, puis atteigne au moins -1023 et +1023 pour ses positions extrèmes.

$"val\eur = (val\eur ...)$

On donne le programme suivant :

# Commander la vitesse du moteur avec un joystick from machine import Pin, PWM, ADC import time frequence=1000 # Fréquence du signal MLI D1 = PWM(Pin(5), frequence) # MLI sur broche D1 D2 = PWM(Pin(4), frequence) # MLI sur broche D2 D6 = Pin(12, Pin.OUT) D7 = Pin(13, Pin.OUT) pot = ADC(0) while True: valeur=pot.read() print(valeur,end=" \r") if valeur > 20: D1.duty(0) D2.duty(valeur) D6.value(0) D7.value(1) elif valeur < -20: D1.duty(-valeur) D2.duty(0) D6.value(1) D7.value(0) else : D1.duty(0) D2.duty(0) D6.value(1) D7.value(1) time.sleep(0.1)

Expliquez ce qu'il est censé faire, en y apportant votre modification de la variable valeur.