Document pour le professeur : branchement du module Picaxe

CONFORT ET DOMOTIQUE
Commande à distance d'une maison domotique
Commandes des moteurs des volets de la maison numérique.
(Document de travail pour les professeurs).
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 1/10
CONFORT ET DOMOTIQUE
Commande à distance d'une maison domotique
1) Schéma fonctionnel.
Convertir une
captb_ma
tension
Secteur
alternative
230V
monophasée du
_v1
+5V
maplus
secteur en une
Gérer le fonctionnement
de +5V isolée
des volets:
galvaniquement.
Alimentation
b0_mb
Réseau
Commander informatique
TCP-IP
Commander
b1_mb
des
sur Ordinateur
et lire des
sur l'état de
+5V
la maison
rotation et la vitesse des
_pwr
couple
_mot
moteurs 1 et 2.
l'énergie
électrique en
énergie
mécanique
(mouvement de
rotation)
"Moteur a" à
courant continu
b2_ma
b3_ma
 Lire les capteurs des
Convertir de
positions basse et haute
l'énergie
des deux volets.
 Surveiller le courant
moteur
mbplus
_pwr
mbmoins
_pwr
IP-Power
Convertir de
électrique aux moteurs.
composants
informations
 Commander le sens de
mamoins
 Distribuer l'énergie
domotiques
Navigateur internet
_pwr
FP1
+5V
tension continue
à distance
capth_ma captb_mb capth_mb
_v2
v1
_v2
Microcontrôleur
et pont en H
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 2/10
électrique en
énergie
mécanique
(mouvement de
rotation)
"Moteur b" à
courant continu
Réduire la
vitesse et
Volet1
augmenter le
couple
(réduit la
consommation
en courant)
Motoréducteur
Réduire la
vitesse et
augmenter le
couple
(réduit la
consommation
en courant)
Motoréducteur
Volet2
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2) Structure de FP1 "Gérer le fonctionnement des volets".
Pourquoi avoir choisi un microcontrôleur PICAXE?
 microcontrôleurs performants (entrées-sorties logiques, convertisseur
analogique-numérique, ...).
 outil de programmation gratuit "PICAXE Programming Editor".
(basic "picaxe", module de programmation graphique sous forme d'organigramme,
outil de simulation, ...).
 faible coût.
 carte d'expérimentation en vente dans le commerce (A4 Technologie, Go-tronic, ...).
Schéma structurel de la carte CHI035:
 R9=0 (strap) donc V+PIC=V+PWR (on utilise +5V
pour la commande et la puissance.
 Les transistors MOS Q1 à Q4 ne seront pas utilisés.
+5V
mbpwr+
+5V
MB
couple_mot
mbpwr-
capth_mb
captb_mb
mapwr+
MA
mapwr-
captb_ma
capth_ma
Moteurs à
courant
Capteurs
continu
de
positions
0V
b0_mb
 Penser aux résistances
de tirage au +5V en sortie
de l'IP-Power.
Voir schéma.
b3_ma
b2_ma
b1_mb
Moteur b
Moteur a
Commandes Moteurs en
provenance de l'IP-Power
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 3/10
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Comment brancher les sorties de l'Ip-Power?
Ce schéma est à câbler pour les quatre sorties b0_mb, b1_mb, b2ma et b3ma.
Out +
bo_mb
Vcc
+5V
Bornier de sortie de l'IP-Power
Roff
Les sorties b0_mb,
b1_mb, b2ma et b3ma
10k
auront ainsi soit l'état
logique 0 soit 1
Tableau de commande des sorties de IC1 (PIXAXE-18M2) à destination de IC2 (L293D)
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 4/10
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Schéma d'implantation des composants de la carte CHI035:
R9
Nomenclature de la carte CHI035:
Reférences
Désignations des composants
R1, R2, R3, R4, R5,
Résistance 1/4W
R7, R8 et R10
R6
Résistance 1/4W
R9
Strap
R11
Résistance 1/4W
C1
Condensateur polyester
C2
Condensateur 16V electrochimique
C3, 4
Condensateur polyester
D1, D2, D3 et D4
Diode
IC1
Microcontroleur
IC2
Circuit intégré de commande en puissance
de 2 moteurs (2 sens de rotation)
Q1, Q2, Q3 et Q4
Transistor MOS
SW1
Bouton poussoir miniature
CT1
Prise de téléchargement PICAXE
 Les résistances R5, R7 et R8 ne sont pas soudées
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 5/10
Valeurs
10k
4,7k
0
22k
100nF
100F
220nF
1N4001
PICAXE 18M2
L293D
IRF520
A fermeture
NO
3.5mm stereo
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Carte d'expérimentation CHI035, microcontrôleur PICAXE 18M2 et circuit intégré de
puissance L293D (double pont en H) :
Face composants de la carte CHI035:
Câble USB AXE027 pour
programmer le PICAXE
couple_mot
capth_mb
+5V
captb_mb
+5V
MB
PICAXE
MA
L293D
18M2
captb_ma
+5V
capth_ma
+5V
Placer des
étiquettes
0V
sur les fils
Prise de connexion au réseau
Face cuivre de la carte CHI035:
b3_ma
(=broche 9 du PICAXE)
+5V
d'alimentation en énergie
électrique basse tension 0, +5V.
Les entrées de commandes
en provenance de l'IP-Power
sont soudées ici
Enlever cette
b2_ma
couche de
(=broche 8 du PICAXE)
protection avant
les soudures
b1_mb
(=broche 7 du PICAXE)
b0_mb
(=broche 6 du PICAXE)
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3) Description des entrées et des sorties de FP1:
Attribution de noms sur les entrées des port B et C du PICAXE :
captb_mb = pinC.2 ; définit le nom de l'entrée "capteur bas" du moteur b du volet 2
capth_mb = pinC.1 ; définit le nom de l'entrée "capteur haut" du moteur b du volet 2
captb_ma = pinC.6 ; définit le nom de l'entrée "capteur bas" du moteur a du volet 1
capth_ma = pinC.7 ; définit le nom de l'entrée "capteur haut" du moteur a du volet 1
b0_mb = pinB.0 ; définit le nom de l'entrée 0 de commande (sortie de l'IP_Power) du
moteur b du volet 2
b1_mb = pinB.1 ; définit le nom de l'entrée 1 de commande (sortie de l'IP_Power) du
moteur b du volet 2
b2_ma = pinB.2 ; définit le nom de l'entrée 2 de commande (sortie de l'IP_Power) du
moteur a du volet 1
b3_ma = pinB.3 ; définit le nom de l'entrée 3 de commande (sortie de l'IP_Power) du
moteur a du volet 1
couple_mot = C.0 ; définit le nom de l'entrée analogique de mesure de la tension image
du courant moteur
La mesure du courant du moteur permet de mesurer le couple du moteur.
couple_mot est branché sur V+PWR car si le courant des moteurs est trop important
(blocage du moteur), la valeur de V+PWR risque de baisser (on peut dépasser Imax
délivrable par l'alimentation).
Remarque: le circuit L293D possède une protection thermique.
Attribution de noms sur les sorties des port B et C du PICAXE :
mbplus_pwr = B.7 ; définit le nom de la sortie de commande en puissance mbplus_pwr
du moteur b du volet 2
mbmoins_pwr = B.6 ; définit le nom de la sortie de commande en puissance mbmoins_pwr
du moteur b du volet 2
maplus_pwr = B.5 ; définit le nom de la sortie de commande en puissance maplus_pwr
du moteur a du volet 1
mamoins_pwr = B.4 ; définit le nom de la sortie de commande en puissance mamoins_pwr
du moteur a du volet 1
mapwr+ et mapwr- sont les sorties de puissance du moteur a
mbpwr+ et mbpwr- sont les sorties de puissance du moteur b
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4) Comment commander les moteurs dans deux sens de rotation?
Rappel:- un pont en H permet de distribuer la puissance électrique et de changer le signe
de la tension aux bornes du moteur à courant continu donc son sens.
Il est composé de 4 interrupteurs électroniques (transistors de puissance en
commutation)
Les transistors possèdent une
Vcc = +5V
tension de "déchet" en saturation
T4
Umot=mbplus_pwr-mbmoins_pwr>0
T1
Le moteur tourne dans le sens +
mbmoins_pwr
mbplus_pwr
M
Umot
T2
T3
 Un transistor bloqué est équivalent à un
interrupteur ouvert.
 Un transistor saturé est équivalent à un
GND
interrupteur fermé.
Vcc = +5V
T4
Umot= mbmoins_pwr - mbplus_pwr <0
T1
Le moteur tourne dans le sens mbmoins_pwr
mbplus_pwr
M
Umot
T2
T3
GND
- la valeur du courant qui circule dans le moteur dépend du couple du moteur.
- la valeur de la tension Umot aux bornes du moteur fixe la vitesse.
 Une technique de commande pour changer la vitesse s'appelle la
Vcc = +5V
modulation de largeur d'impulsion MLI (ou PWM en anglais).
Elle permet de modifier la tension aux bornes du moteur, qui se
T4
comporte comme un filtre passe bas, donc la vitesse de rotation.
T1
mbmoins_pwr
mbplus_pwr
M
T2
Umot
T3
Umot
t
Umot_moyen
rapport cyclique
= = th/T
th
T
GND
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Commande à distance d'une maison domotique
Commande à partir de la page de contrôle à distance de l'Ip-Power
Montée:
Descente:
Arrêt:
Remarque: Si OUT1 et OUT2 sont sur "On", alors le moteur est arrêté.
Résultat des mesures à vide (sans charge):
Sorties de l'IP-Power
= entrées du
PICAXE-18M2
b1_mb
b0_mb
0
0
0
1
mbmoins_pwr
0V
0,8V
mbplus_pwr
0V
4,1V (ou PWM)
Tension aux
bornes du
moteur b
Umotb max
0V
3,3V
Sorties du PICAXE-18M2
1
0
4,1V (ou PWM)
0,8V
-3,3V
1
1
+5V
+5V
0V
Sorties de l'IP-Power
= entrées du
PICAXE-18M2
b3_ma
b2_ma
0
0
0
1
mamoins_pwr
0V
0.8V
maplus_pwr
0V
4,1V (ou PWM)
Tension aux
bornes du
moteur a
Umota max
0V
3,3V
Sorties du PICAXE-18M2
1
0
4,1V (ou PWM)
0,8 V
-3,3V
1
1
+5V
+5V
0V
Etat du moteur b
Arrêté
Tourne dans le
sens plus
Tourne dans le
sens moins
Arrêté
Etat du moteur a
Arrêté
Tourne dans le
sens plus
Tourne dans le
sens moins
Arrêté
Un moteur consomme environ 260mA à vide.
Imot augmente en fonction du couple qu'on demande au moteur.
Nous avons développé un dispositif de sécurité contre un blocage du moteur (Imot très
grand, proche du courant de court-circuit).
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CONFORT ET DOMOTIQUE
Commande à distance d'une maison domotique
couple_mot est branché sur V+PWR car si le courant des moteurs est trop important
(blocage du moteur), la valeur de V+PWR risque de baisser (on peut dépasser Imax
délivrable par l'alimentation).
Remarque: le circuit L293D possède une protection thermique.
5) Programme en basic
Le BASIC a été préféré à l'outil de programmation graphique pour faciliter la
programmation du microcontrôleur (plus de possibilités).
Traam_Mais_Dom_Com_Mot_v2.bas
 Le programme est commenté pour permettre une compréhention des enseignants qui
souhaiteraient le modifier.
6) Comment programmer?
Voir documents: Installation_des_drivers et Programmer_PICAXE.
7) Quelles sont les pistes d'activités "élèves"?
Les élèves de collèges ne doivent pas travailler sur ce type de programme (trop
complexe) mais sur des activités d'identification des composants électroniques sur une
carte électronique avec découverte d'une solution microprogrammée pour automatiser
un système domotique (on peut simplement injecter le programme dans le circuit et
vérifier son fonctionnement).
- le professeur a:
- soudé et repéré les fils sur la carte CHI035.
- installé les logiciels PICAXE
- les élèves peuvent: câbler la carte CHI035 avec le'IP-Power, les capteurs et les
moteurs des volets.
- identifier les composants électroniques sur la carte électronique CHI035 .
- chercher le rôle et les avantages d'une solution microprogrammée.
- chercher de quoi est composée une solution microprogrammée (microcontrôleur +
programme).
- mettre en œuvre une solution microprogrammée (édition d'un programme et
programmation du circuit intégré.
- mise en place d'une procédure de test du fonctionnement de l'automatisme.
- routage de la carte (on donne le schéma et le pcb non routé).

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