SCIENCES DE L'INGENIEUR

Niveau : Terminale générale, enseignement de spécialité SI

Le contrôle du déplacement, de la position ou de la vitesse d’un mobile est un problème rencontré sur un grand nombre de systèmes automatisés ou grand public (mouvements d’un robot, d’un chariot, vitesse d'une voiture ...). Les systèmes de détection conventionnels (détecteurs de position par contact ou de proximité) ne fournissent que des informations tout ou rien (TOR) ; ils ne répondent donc qu’imparfaitement au problème posé. Une des solutions consiste à utiliser un codeur optique de position.

C’est un capteur de position angulaire,

• lié mécaniquement à un arbre qui l’entraîne, son axe fait tourner un disque qui lui est solidaire. Le disque comporte une succession de parties opaques et transparentes.
• une lumière émise par des Diodes Electro- Luminescentes (DEL), traverse les fentes de ce disque créant sur les récepteurs photoélectriques un signal analogique .
• électroniquement ce signal est amplifié puis converti en signal carré , qui est alors transmis à un système de traitement.

Codeur optique à impulsions et top zéro

Les zones blanches laissent passer le faisceau lumineux : le niveau logique du capteur =1

Les zones grises empèchent le passage du faisceau lumineur : Le niveau logique du capteur = 0

Imaginez que le capteur est le point rouge pour pha et vert pour Z et se trouvent sur l'axe rouge vertical et sont qu'ils sont fixes.
Faites tourner le disque dans le sens indiqué et compléter les chronogramme ci-dessous

(cliquez sur le graphique pour changer l'états).

Vérifier les chronogrammes

Les signaux carrés issus d’un codeur permettent après traitement de connaître :

• La position d’un mobile : en comptant le nombre de créneaux
• La vitesse d’un mobile : en calculant la fréquence des créneaux
• Le sens de déplacement d’un mobile : voir page suivante en fonction du type de codeur

Il existe deux types de codeurs optiques :

4.1 - Le codeur incrémental

4.2 - Codeurs optique Absolu

Son disque peut comporter un grand nombre de piste.

Le codage des pistes est soit en binaire naturel soit en binaire réfléchi (ou code de gray)

Code binaire réfléchi

Ph	G	F	E	D	C	B	A
0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1
2	0	0	0	0	0	1	1
3	0	0	0	0	0	1	0
4	0	0	0	0	1	1	0
5	0	0	0	0	1	1	1
6	0	0	0	0	1	0	1
7	0	0	0	0	1	0	0
8	0	0	0	1	1	0	0
9	0	0	0	1	1	0	1
10	0	0	0	1	1	1	1
11	0	0	0	1	1	1	0
12	0	0	0	1	0	1	0
13	0	0	0	1	0	1	1
14	0	0	0	1	0	0	1
15	0	0	0	1	0	0	0
...	Etc ..
126	1	0	0	0	0	0	1
127	1	0	0	0	0	0	0

Code binaire (naturel)

Ph	G	F	E	D	C	B	A
0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1
2	0	0	0	0	0	1	0
3	0	0	0	0	0	1	1
4	0	0	0	0	1	0	0
5	0	0	0	0	1	0	1
6	0	0	0	0	1	1	0
7	0	0	0	0	1	1	1
8	0	0	0	1	0	0	0
9	0	0	0	1	0	0	1
10	0	0	0	1	0	1	0
11	0	0	0	1	0	1	1
12	0	0	0	1	1	0	0
13	0	0	0	1	1	0	1
14	0	0	0	1	1	1	0
15	0	0	0	1	1	1	1
...	Etc ...
98	1	1	0	0	0	1	0
99	1	1	0	0	0	1	1

La résolution est la distance parcourue par le mobile entre 2 points d’un codeur. Elle est souvent exprimée en mm ou en degré. Afin de calculer la précision obtenue avec un codeur, il faut avant tout bien observer la partie mécanique (mouvement circulaire ou de translation, présence d’un réducteur ou non, etc … ). La précision d’un codeur correspond :

1. Au déplacement rectiligne d’un mobile entre 2 impulsions dans le cas d’un codeur incrémental ou de 2 secteurs dans le cas d’un codeur absolu. Cette distance est souvent exprimée en millimètre.

   Exemple : Avance du chariot de déplacement horizontal d’un magasin automatique

         

2. Au déplacement angulaire d’un mobile entre 2 impulsions dans le cas d’un codeur incrémental ou de 2 secteurs dans le cas d’un codeur absolu. Cet angle est souvent exprimé en degré.

   Exemple : Rotation d’un télescope astronomique pour suivre une planète

         

Le système d’antiblocage des freins permet de freiner sans perdre l’adhérence et ainsi de réduire les distances de freinage tout en maîtrisant sa trajectoire. C’est un élément de sécurité essentiel d’une voiture ou d’une moto.

La photo montre le disque de frein, son disque ABS et son capteur.

Le disque ABS est composé de 120 dents métalliques réparties toute sa circonférence. Il est fait de métal.

Q1. La moto peu rouler par n’importe quelles conditions météorologiques. Quel type de capteur est-il préférable d’installer sur la moto ?

? Un capteur lumineux Un capteur inductif Un capteur à ultrasons

Q2. La moto possède une roue d’un diamètre de 600 mm. Si le motard roule à 120km.h^-1 combien de tours effectue la roue chaque seconde.

\\

Q3. En déduire le nombre d’impulsions délivrées chaque seconde.

\\

Q4. Calculer la période du signal électrique délivrée par le capteur.

\\

Q5. Sachant que le système abs est installé sur les deux roues de la moto, expliquer comment on peut détecter un blocage.

Calculer la résolution en points/tour nécessaire du codeur.

Calculer la fréquence de fonctionnement.

Calculer la résolution nécessaire du codeur.

Calculer le nombre de pistes de piste nésessaires pour effectuer un tour de poulie.

Calculer le nouveau diamètre de la poulie pour effectuer un déplacement de 1.4m pour 1 tour de codeur. Calculer la résolution du codeur en points/tour du codeur pour garder une précision de 5mm, puis en déduire le nombre de pistes totales.

On suppose que le codeur possede une résolution de 512 points/tour. Calculer la nouvelle précision. Le disque s'arrête sur le mot binaire suivant : 1 0000 0011. Calculer la distance parcourue.

Le codeur incrémental de la photo ci-dessous permet de contrôler l'avance du papier dans une imprimante jet d'encre

Source de l'image :https://arduino.blaisepascal.fr/

Le codeur relatif possède une résolution de de 200 points/tour

La roue dentée accouplée au codeur entraîne le papier par l'intermédiaire d'un train d'engrenages dont le rapport de réduction est de 1:8.9

Q1. Déterminer la précision de déplacement du papier en mm, s'il est entraîné par un cylindre de 10mm de diamètre

Q2. Vérifier que la précision d'impression est de 1440 dpi (dpi = dot per inch ou points par pouces, avec 1 inch = 2.54cm)

Q3. Calculer le nombre d'impulsions générées par le codeur pour une feuille A4 de longueur L=297 mm

Q4. En déduire le format nécessaire pour stocker ce nombre d’impulsions dans une variable (8, 16, 32 ou 64 bits)

Le codeur incrémental de la photo ci-dessous permet de contrôler la position de déplacement horizontale de la tête d'impression

Source de l'image :https://www.crepp.org/

la bande transparente permet de générer les impulsions lors du déplacement de la tête d'impression

La résolution d'impression horizontale de l'imprimante doit être de 5760 dpi

Q5. Calculer la précision du codeur

Q6. Calculer le nombre d'impulsions générées lorsque la tête parcourt la largeur d'une feuille A4 l=210mm. En déduire le format nécessaire pour stocker ce nombre dans une variable

Le projecteur peut tourner sur lui-même de 360°. Un codeur absolu binaire, ayant une résolution de 1024 points, permet de connaître sa position angulaire.

Q1. Calculer la précision angulaire

Q2. On suppose que la position 0° renvoie le mot binaire 0b00 0000 0000 déterminer le mot binaire à atteindre pour déplacer la lyre de 45°.

Q3. Le codeur renvoie le mot hexadécimal 0x1D3. Déterminez la position angulaire du la lyre.