Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR 1

PRE-REQUIS

� Mesures avec les appareils de laboratoire.

� Connaissance : bascule D, filtrage

Lois de l'électricité.

� Savoir "lire" un schéma électronique.

CAPACITES TERMINALES

L’élève doit être capable :

� D'identifier la fonction de chaque structure.

� De contrôler les spécifications électriques de la carte.

� De justifier le choix de chaque structure.

� D'établir les équations d'entrées/sorties des fonctions secondaires.

� Mettre en œuvre un composant spécifique grâce à sa documentation technique.

MOYENS A LA DISPOSITION DE L'ELEVE

� Un poste informatique avec le projet élève installé ( logiciel de simulation ‘’ PCAD’’ ou

‘’PROTEUS’’.

� Cartes : Barrière Infra-Rouges

� Dossier technique.

� Poste de mesures (oscilloscope, alimentation de laboratoire double).

ELEMENTS A PLACER DANS LE DOSSIER ELEVE

� Synthèse de l'analyse structurelle réalisée avec l'appui de cette séquence.

Baccalauréat STI Génie Electronique

Thème de construction électronique

AUTOMATISME DE PORTAIL

LLYYCCEEEE AA..CCAAMMUUSS

77HH

Session 2011 SEQUENCE n°4

Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR 2

Schéma structurel du récepteur Infra Rouge :

8,2

k

R3

56

C3

57

2,2

uF

TP351

U352

7805

TP356

C3

58

1u

F

TP363

VDD

VDD

VDD

JP

35

2

TP357

C3

56

1uF

C354

100nF

1k

R3

57

VDD

C3

51

10

0n

F

C3

52

10

0u

F

TP360

JP353

10

k

R3

53

TP362

C3

55

22

0n

F

10

k

P352

TP354

JP354

TP364D3

52

rouge

TP35222k

R351

C3

59

47uF2

20

kP

35

1

TP355

TP353

27

0

R3

54

C3

53

10

0n

F

VDD

22

k

R3

52

JP351

1Q

2Q

3 CLK4 RST

5 D

6 S

33

k

R3

55

10 RST

11 CLK

12Q

13Q

8 S

9 D

Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR

3

Etude structurelle de FP3

a) Encadrez les différentes fonctions secondaires sur les schémas structurels

I. Etude de la fonction FS33 ‘’Capteur rayon lumineux Infra Rouge’’ :

Le capteur Infra Rouge permet de générer une d.d.p. VCAPTEUR_IR à partir d’un rayon lumineux Infra Rouge

modulé à la fréquence de 36kHz.

Présentation du spectre électromagnétique et des rayons lumineux :

Une DEL infrarouge possède un spectre étroit autour de 950nm de longueur d’onde.

Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR

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a) Soit la représentation fonctionnelle du capteur IR.

b) Le transistor de sortie T est bloqué, déterminez la valeur de VOUT, que vaut le courant dans R ?

c) Le transistor de sortie T est saturé, déterminez la valeur de VOUT, que vaut le courant dans R ?

d) A l’aide de la documentation technique du TSOP 4836, complétez le chronogramme suivant :

e) Les diodes Infra Rouge et le capteur sont –ils compatibles ?

f) Le circuit U355 est un TSOP4836. A l’aide de la doc. constructeur, quel est l’intérêt que ce circuit soit

accordé sur une fréquence porteuse de 36kHz ?

Expérimentation : a) Mesurez la fréquence et le rapport cyclique de la d.d.p. VCAPTEUR_IR.

b) Complétez VCAPTEUR_IR sur le chronogramme suivant :

R

T VOUT

=5V

Rayon IR modulé à 36kHz

absent présent absent présent absent

t

t

VCAPTEUR_IR

t

Etat du transistor T

Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR

5

t

Rayon IR

t

Vcapteur_IR

t

Vdiviseur

t

Vmodulation

Elève Etude de PF3: Barrière InfraRouge RECEPTEUR

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c) Mesurez le temps de retard td entre l’émission des impulsions infrarouges et le moment ou le récepteur

infrarouge devient actif.

d) Comparez le retard td mesuré au retard théorique (aidez vous de la documentation constructeur).

e) Quel est le nombre d’impulsions des LED infrarouges que recommande le constructeur pour un bon

fonctionnement du capteur infrarouge ?

f) Respectons-nous cette recommandation ?

g) Mesurez le temps tpo durant lequel la sortie du capteur est active à l’état bas (VAPTEUR_IR=’0’).

h) Comparez ce temps au temps théorique (aidez vous de la doc. constructeur).

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II. Etude de la fonction FS34 ‘’ Diviseur de fréquence’’ : a) Rappelez la table de vérité de la bascule utilisée.

b) Complétez VDIVISEUR sur le chronogramme précédant.

c) Déterminez la fréquence et le rapport cyclique obtenu en sortie de la bascule.

d) En absence de rayonnement IR quelles sont les valeurs que peut prendre VDIVISEUR ?

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III. Etude de la fonction FS35 ‘’Filtrage’’ : a) Quelle est la nature du filtre composé de R351 – R352 et C356.

b) Visualisez à l’oscilloscope la d.d.p. au point TP 353 puis complétez VMODULATION sur le

chronogramme précédant.

c) En interrompant la réception infrarouge, mesurez la d.d.p. au point TP353.

d) D’où provient cette d.d.p. ?

e) En interrompant la réception infrarouge, quelles sont les d.d.p. possibles que l’on peut avoir aux bornes de

R352 ?

f) Quel est alors le rôle du condensateur C354 ?

g) Rayonnement infrarouge capté, visualisez à l’oscilloscope la tension au point TP353. Observez ce qu’il se

passe en retirant puis en remettant le cavalier JP353, répétez l’opération plusieurs fois pour bien voir le

phénomène. Décrivez le phénomène observé.

h) A quoi est dû le phénomène « d’écrasement du signal »?

i) Trouvez dans la doc. constructeur du LM567 la valeur de la résistance d’entrée (broche 3 � IN).

j) Renseignez les valeurs de RTH, RIN et VO sur le modèle équivalent du filtre donné ci-dessus :

RTHC354

100nF

TP353

C3561uF

ETH

RIN

VO

VMODULATION

k) Etablir à l’aide d’un logiciel de simulation le diagramme de Bode du gain du filtre :

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IV. Etude de la fonction FS36 ’’Détecteur de fréquence’’ : a) En utilisant la doc. constructeur, déterminez le fonctionnement du circuit LM567, lorsque

VMODULATION présente ou non un signal à la fréquence de 300Hz.

b) Précisez la particularité de l’étage de sortie en broche n°8.

c) Justifiez alors la présence de R353.

d) A l’aide de la doc. constructeur, déterminez théoriquement la fréquence centrale fo pouvant être détecté par

la structure utilisée.

e) En faisant varier aux extrêmes l’ajustable P352, calculez la plage possible de la fréquence centrale fo.

f) Faisceau infrarouge coupé, mesurez expérimentalement la plage de la fréquence centrale fo aux valeurs

extrêmes de P352 en prenant comme point de mesure la broche 5 du LM567 (VCO).

g) A quelle valeur doit-on régler P352 pour obtenir une fréquence centrale de 300Hz ?

h) Vérifiez expérimentalement le réglage de P352 : la LED D352 doit s’allumer lorsque le signal d’entrée de

300Hz est détecté.

i) Mesurez la bande de fréquence pour laquelle le signal infrarouge est détecté.

Procédure :

- Réception faisceau infrarouge ;

- Visualisez à l’oscilloscope le signal du VCO en broche 5 ;

- Tournez dans le sens horaire le potentiomètre P352 jusqu’à qu’il n’y ait plus détection infrarouge puis revenir

doucement jusqu’à ce que la LED s’allume et reste allumée � détection du faisceau infrarouge ;

- Mettre un cache sur le capteur, la LED s’éteint, mesurer la fréquence fmin du VCO ;

- Faire la même opération dans le sens anti-horaire de P352 pour mesurer la fréquence fmax du VCO.

j) Calculez en pourcentage la bande de fréquence de détection par rapport à la fréquence centrale fo de

300Hz.

k) Comparez la valeur trouvée à la valeur donnée par la doc. du constructeur.

l) Par quel composant de la structure pouvons nous réduire cette plage de détection afin d’augmenter la

sélectivité du détecteur ?

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m) Quel est l’intérêt de cette structure ?

n) Qu’indique la DEL rouge D352 quand elle est allumée, puis éteinte ?

o) Quand le faisceau infrarouge est détecté, calculez le courant entrant dans la broche n°8 du LM567.

p) Ce courant est-il compatible avec le circuit ?

q) Complétez VDETECTION et état de la DEL D352 sur les chronogrammes suivants :

3s t

VMODULATION=TP353

t

VDETECTION

t

Etat de la DEL D352

t

UC359

t

DETECTION_OBSTACLE

Vo=2V

VDD/2=2,5V

VDD=5V

>15s

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V. Etude de la fonction FS37 ’’Temporisation’’ :

S

1D

C1

R

9

13

1112

10

8

U351:B

4013

R35533k

C35947uF

VDETECTION

R3561k

D3541N4148

P351220k

TP357

DETECTION_OBSTACLE

TP355TP364

a) Rappelez le rôle d’un monostable.

b) Quelle fonction remplie l’entrée S du CI U351:B ?

c) Quelle fonction remplie l’entrée RST (ou R) du CI U351:B ?

d) A l’aide de la doc. constructeur, quelle entrée est prioritaire sur l’autre ?

e) On considère un bref passage à ‘1’ de VDETECTION, que prend la sortie Q ?

f) Que se passe t-il pour le condensateur C359 ?

g) Précisez la constante de temps de charge du condensateur C359.

h) Pour quelle valeur de tension aux bornes de C359 aura lieu la remise à ‘0’ de la sortie Q ?

i) Calculez le temps minimum et maximum réglable par P351 avant que le RESET intervienne.

Remarque : le condensateur est initialement déchargé (à t=0s, uC359=0V).

j) Pouvons-nous régler la temporisation préconisée dans la présentation de FS37 ?

k) Que se passe t-il pour le condensateur C359 au moment ou la sortie Q passe à ‘0’ ?

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l) La décharge du condensateur C359 est elle lente ou rapide ? Justifiez.

m) Pourquoi décharger rapidement le condensateur C359 ?

n) Que se passe t-il si une personne reste devant le faisceau infrarouge pendant plus de 5s ?

o) Complétez UC359 et DETECTION_OBSTACLE sur les chronogrammes précédents.

Expérimentation : a) Régler l’ajustable P351 pour obtenir une impulsion de 5s sur DETECTION_OBSTACLE pour une

détection d’obstacle brève.

b) Question pour un champion - ☺☺☺☺ Est-ce un monostable redéclenchable ou non redéclenchable ? Justifiez !

VI. Synthèse de la carte récepteur infrarouge :

Complétez le tableau suivant :

DETECTION_OBSTACLE

Niveau logique Durée de l’impulsion

Détection d’obstacle brève <5s

Détection d’obstacle longue >5s

Pas d’obstacle