Projet Bateau

APP Priphrique

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Projet : contrle automatiquede l'coute d'un voilier (modlisme)

Plan :

Prsentation du thme contrle automatique de voilePetit lexique sur le thme de la voileAllures d'un voilierDcoupage fonctionnel du banc d'essaisLes capteurs & actionneurs du banc d'essaisSpcificationsEvaluationMthode de travail, qualit logicielle

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Prsentation du thme contrle automatique de voile

Bateau de modlisme tlcommand

servo-moteur

couteRcepteur HF

batterie

Tlcommande40- 41 Mhz

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Systme rel voulu (navigation en eau):

servo-moteur

coute

Girouette

Rcepteur HF

Carte C167batterie

Tlcommande40- 41 Mhz


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Systme rel voulu :Seuls les lments influants sur le bordage automatique de voilesont montrs (Girouette C167 -Servo-moteur d'coute - batterie)

servo-moteur

La girouette donne la direction du vent par rapport la proue du bateauLe servo-moteur de tension d'coute rgle l'angle de la voile en consquence :

Loi de commande

coute

Girouette

Carte C167batterie

Angle girouette

Angle voile


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Systme rel amlior(navigation en eau):En plus de la commade automatiquedes voiles, le C167 sera capablede renvoyer au pilote des informations(angle du vent apparent, angle de roulisniveau de batterie...)

servo-moteur

coute

Rcepteur HF

Carte C167batterie

Tlcommande

Emetteur HF

Pupitre de rception

LCD

40- 41 Mhz

433 Mhz

Srie asynchrone


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banc d'essais (ventilateur non reprsent)

Plateau pivotant, motoris (moteur courant continu + rducteur)

Rotation libre de l'axe : le bateau peut rouler (giter)

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Petit lexique du moussaillon

poulie

coutes

Bras command

proueTRIBORDBABORD

Gran

d-voil

efoc

, Angle d'ouverture de voile

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Petit lexique sur le thme de la voile

ProuePoupe

Safran de gouvernail

Grand-voile Foc

Quille

pont

MtTribord = droite du bateau dans le sens de dplacementBabord = gauche du bateaudans le sens de dplacement

coque

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Petit lexique sur le thme de la voile

Grand-voileFocle point

dcoute

le point de drisse

le point d'amure

la drisse de foc

la drisse de grand-voile

la bme de foc

la bme de grand-voile

le pa

taras

(hau

ban a

rrire

)

Pont du bateaule hale-baspivot du foc

coute du foccoute

de gr

and-v

oile

grement

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Allures

Le bateau ne peut pas remonter au vent (vent debout)A partir d'un angle de 45 environ, la navigation est possible (prs serr). Les voiles sont alors bordes au maximum ( = 0)

Au fur et mesure que l'angle augmente (le bateau descend le vent), les voiles s'ouvrent de plus en plus jusqu' atteindre 90 en vent arrire.

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Codeur incrmental

girouette

Carte C167 + carte de commande

Gestion bateau Servo-moteur

Tendeur voile

Batterie

Accu 7V2

Module RF

Rcepteur 433MHz

Module RF

UC PIC? C167?

asynchrone

Gestion messages

Ecran LCD

Affichage messages

Module RF

Rcepteur tlcommande 40 / 41 MHz

Emetteur 433MHz

Moteur cc

Rotation table

acclromtre

Angle de roulis

Lgende Embarqu sur systme rel (eau)

Instrumentation pour bateau de table

Amlioration systme (retour d'informations)

Pupitre pilote

Dcoupage fonctionnel du banc d'essais

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Les capteurs & actionneurs du banc d'essais

La tlcommande de modlisme (40/41MHz) Module RFRcepteur tlcommande 40 / 41 MHz

5V

Tension d'un canal

20 ms

1ms 2.0ms environ

Priode fixe, 20 ou 25ms, selon modleL'information transmise est contenue dans la dure de l'impulsion

Valeur mini 1msValeur neutre 1,50 msValeur maxi 2,0ms

NB : toujours brancher la tlcommande avant lercepteur

Rception des deux voies sur le C167 (une seule utiliser normalement).Entres C167 :P2.8 : voie 1P2.9 : voie 2

4

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Le moteur courant continu

Signaux de commande :1 bit de sens 1 bit modul PWM pour la variation de vitesse

Variation de la vitesse : la PWM

t

Sortie PWM

Vcc = 5VValeur moyenne

Sortie PWM Tension analogique = valeur moyenne du signal PWM

T

th

Valeur moyenne=T hT .Vcc= .VccRapport cyclique :=

T hT

R

C

Moteur cc

Rotation table2

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Variation de vitesse :

Q4 et Q5 forment un push-pull pour piloter le MOS de puissance.

D1 est la diode dite de roue libre. Elle prolonge la circulation du courant moteur quand le MOS Q2 est coup (bloqu)

Structure (MOS + Moteur + Diode) de hacheur simple quadrant : tension & courant moteur sont positifs (impossibilit d'inverser la vitesse, impossibilit de freiner)

Moteur cc

Rotation table4

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Gestion du sens :

La ligne PWM contrle toujours la tension prsente sur l'induit du moteur (bornes de la diode)

L'interrupteur 2 voies, S1, dfinie le sens :S1 en haut : le courant (provenant du +12V) circule dans le moteur de A vers BS1 en bas : le courant circule dans le moteur de B vers A

Moteur cc

Rotation table4

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Le moteur courant continu: schma complet

La gestion de sens se fait par l'intermdiaire d'un relais.

Commandes C167 :P2.10 : SensP7.2 : Vitesse (PWM)

Moteur cc

Rotation table4

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Le servo-moteur Servo-moteur

C'est un actionneur qui reoit 3 fils:+5V 0VCommande PWM servo

3

5V

Tension d'un canal

20 ms

1ms 2.0ms environ

L'actionneur est constitu d'un corps et d'un disque mobile en rotation. Un bras viss sur le disque permet de tirer sur l'coute donc de border la voile

coute

L'angle (la position) du bras est une fonction affine de la dure de l'impulsion (les extrema angulaires sont vrifier sur site)

Commandes C167 :P7.1 : Position (PWM)

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La girouette

C'est un codeur incrmental. Il permet de donner des informations d'angle ou de position relatives.

Principe gnral:

3

Codeur incrmental

Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilit de reprer le sens de dplacement

Dtecteurs :LED + Photodiode + traitement

Dtecteur A

Dtecteur B

Dplacement du disque

Voie A

Voie B

5V

t

t Exemple de discriminateur de sens

D Q Ck

ChAChB

Sens

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La girouette Codeur utilis : AEDB-9140 (Agilent)

360 priodes sur 1 tour sur chaque voie3 canaux : A ,B et I(ndex)

3

Codeur incrmental

Electronique de traitement

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La girouette Dans le cas de ce capteur, ce ne sont pas les pistes qui sont en quadrature, mais la multitude de capteurs optiques qui crent la quadrature.

3

Codeur incrmental

Pistes en quadrature (voies A & B) : possibilit de reprer le sens de dplacement

Index, pour un reprage absolu

Entres C167 :P3.4 : voie AP3.6 : voie BP3.2 : Index

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L'acclromtre

C'est un acclromtre 2 axesBut : mesurer l'inclinaison par lecture de l'acclration de pesanteur sur les axes X et Y

Principe :

acclromtre2

Sensibilit du capteur :

Bateau vu de face

pont

quille

g XY

Entres C167 :P5.5 : entre XP5.6 : entre Y

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La batterie

Bien qu'elle ait pour rle de fournir l'nergie au bateau, elle est aussi considre comme un capteur (surveillance d'alimentation)

Principe ultra simple : Un pont diviseur est branch sur l'alimentation 12V (voir schma lectrique en dernire page).

R3 = 2,2kR2 = 4,7k

Entres C167 :P5.1 : Fraction de la tension batterie

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Module RF 1

Le module RF de communication

Il permet d'tablir une communication entre le bateau et le pilote. Le type d'information transmise est :

Niveau de tension batterieAngle de roulis...

Il travaille une frquence porteuse de 433 MhzLe protocole de transmission est classique :srie asynchrone, sans parit, 1 seul bit de stop, 9600 bauds

Commandes C167 :P2.11 : Sortie asynchrone

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Spcifications

Contrle des voiles (foc et grand-voile)A partir de l'angle du vent par rapport la proue, , (allure du bateau), imposer l'angle optimal des voiles, . On propose la loi suivante :

A l'intervalle [45 , 180] correspond, suivant une loi affine, l'intervalle [0 , 90], ceci bien sr pour les deux sens de rotations babord et tribord. A l'intervalle [0 , 45] on ferme totalement l'angle des voiles, = 0.

Priphriques utiliser : T3 en mode codeur incrmental, PWM1, ports..

Contrle du plateau L'utilisateur doit pouvoir faire tourner le bateau (babord, tribord) partir de la tlcommande de modlisme. Il doit y avoir proportionnalit entre la position du manche de commande et la vitesse de virage.Priphriques utiliser : Unit CAPCOM, PWM2, ports...

Surveillance du roulis du bateau et de la batterie Si un angle (entre la verticale et l'axe du mt) dpasse 45, les voiles ne doivent plus tre bordes. Un message doit tre envoy via la liaison 433MHz.Si la tension de batterie a perdu 20% de sa valeur initiale, un message doit tre envoy via la liaison 433MHz.Priphriques utiliser : ADC, ports...

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Evaluation

Aucun compte rendu n'est demand. Le projet constitut la formation, donc la prparations aux contrles individuels

Contrle crit comptant pour 50% de l'UV

Contrle individuel sur machine comptant pour 50% de l'UV

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Mthode de travail, qualit logicielle

Organisation, lancement du projet

Analyse des specifications. L'ensemble de l'quipe doit analyser les spcifications et tre sr de l'interprtation qui en est faite auprs de l'enseignant.

Rpartition du travail. Au dpart, le dcoupage doit se faire par priphrique. Chacun doit dvelopper entirement un module qui contiendra tout ce qui est ncessaire au fonctionnement du priphrique.

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Dveloppement logiciel en quipe : quelques rgles ...

Programmation modulaire:.c qui contient les fonctions.h le fichier d'entte (header) qui contient les prototypes des fonctionsPas de variables globales l'ensemble des modulesVariables globales autorises au sein d'un mme moduleConseill : une fonction de configuration de priphrique utilis en interruption aura pour paramtre d'entre les priorits d'interruption (ILVL, GLVL) meilleure lisibilitDans le header (.h), on doit trouver en commentaire :

le nom de l'auteur du module,le rle de chaque fonction, la liste des priphriques utiliss,la nature des tests de validation

Travailler avec des numros de version : nouveaux fichiers (.h et .c) pour chaque nouvelle version

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Ecriture de header

PWM.h

void fct_1(void) ;int fct_2(void) ;

#endif

#ifndef _PWM_H#define _PWM_H

PWM_H est une cl de compilation

Ces directives de compilation vitent de multiples inclusions dans le cas ou le header est inclus dans plusieurs fichiers.

principal.c

#include #include #include ...void main(void){..fct_1()..}

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Annexe : schma complet

Documents

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