Exercice robot mobile 1ère SI

Conception robotique
ETUDE D’UN ROBOT MOBILE
I- Mise en situation
On se propose d’étudier la réalisation d’un petit robot mobile composé de :
2 capteurs T1 et T2 permettant de détecter un obstacle
2 voyants (led)
2 Servomoteurs (SM) sur lesquels sont montés des roues de diamètre Rs
1 buzzer (avertisseur sonore) + interface de puissance.
1 régulateur 5V
 Repérer ces différents éléments sur le schéma.
II- Etude des capteurs T1 et T2
1- Donner le niveau logique de A0 lorsque qu’un obstacle est détecté ( T1 fermé ) A
quelle tension cela correspond t-il ?
2- Donner le niveau logique de A0 si pas d’obstacle ( T1 ouvert ) . A quelle tension cela
correspond t-il ?
3- Les ligne A0 et A1 du port A sont t-elles des entrées ou des sorties ?
4- Pour savoir si le capteur T1 a heurté un obstacle, que doit faire le microcontrôleur :
une opération de lecture de A0 ou d’écriture de A0 ?
5- Une autre solution technique possible pour réaliser un détecteur d’obstacle serait la
suivante :
a- Donner la tension sur l’entrée A0 en
présence puis en absence d’obstacle
b- Calculer le courant dans R3 lorsque T1
fermé . On donne R3 = 10k
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III- Etude des voyants
Les deux leds sont pilotées par le microcontrôleur pour signaler une rotation à gauche ou à
droite du robot
1- compléter le tableau de fonctionnement ci-dessous :
A4
LED (allumée ou éteinte)
0
1
Note : le niveau logique 1 correspond à 5V
2- la ligne A4 du port A doit-elle être configurée en entrée ou en sortie ?
3- Pour allumer la led, le microcontrôleur doit réaliser une opération d’écriture ou de
lecture de A4 ?
4- Calculer la valeur de la résistance R1 pour limiter le courant dans la led à 20mA. On
donne Vled = 2V .(appliquer la loi des mailles !)
5- D’après la documentation constructeur du microcontrôleur, indiquer si A4 peut
commuter 20mA.
6- En Qbasic, pour mettre A4 à 1 on peut écrire PORTA.4 = 1 . On peut aussi réaliser
l’opération suivante :
PORTA = PORTA OR %00010000.
(le sigle % signifie mot en binaire)
Compléter la dernière ligne du tableau ci-dessous :
A7
X
A6
X
A5
X
A4
X
A3
X
A2
X
A1
X
A0
X
0
0
0
0
OR
0
0
0
1
PORT A
VALEUR
Ou
Logique
MASQUE
Résultat
Note : X = 0 ou 1 . on ne connaît pas à priori le contenu du port A. Les bits A0 à A3 et A5 à
A7 ne doivent pas être modifiés, seul A4 doit être mis à 1.
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7- En Qbasic, pour mettre A4 à 0 , on peut écrire PORTA.4 = 0. On peut aussi réaliser
une opération logique avec un masque (compléter le tableau ci-dessous, trouver
l’opération logique et la valeur du masque !)
A7
X
A6
X
A5
X
A4
X
A3
X
A2
X
A1
X
A0
X
X
X
X
X
?
X
X
X
0
Compléter : PORTA = PORTA …..
PORT A
VALEUR
opération
Logique
MASQUE
Résultat
……………….
IV- Etude de l’interface de puissance du Buzzer
1- Quel niveau logique doit-on avoir en sortie B0 pour commuter le relais (et activer le
buzzer) ?
2- Calculer le courant dans le relais sachant que la résistance interne du relais est de
110
3- D’après la documentation technique de l’uln2803, indiquer si ce composant est
capable de commuter le courant dans le relais.
ULN2803
4- L’utilisation d’un relais pour commuter la puissance au buzzer est-il réellement justifié
ici, sachant que le buzzer consomme 75mA ? Proposer un schéma sans le relais
(compléter ci-dessous) :
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V- Etude des servomoteurs
Un servomoteur est composé d’un moteur à courant continu, d’un réducteur
(engrenages) et d’une électronique de commande avec un potentiomètre qui permet
d’asservir la position de l’arbre en sortie à un angle déterminé (entre 0 et 180° environ).
Pour utiliser le servomoteur comme un moteur de propulsion (pouvant tourner
normalement ) , il est nécessaire d’effectuer une modification mécanique (du type réalisé
en miniprojet)
1- La mesure de la vitesse de la roue avec un tachymètre donne N= 120tr/min
Calculer la vitesse de rotation du moteur (en tr/min) sachant que le rapport de réduction
est de 1/20
2- On donne V= R , avec :
 :vitesse angulaire en radian/s
R rayon de la roue en mètre ( R= 2cm à convertir en mètre )
V : Vitesse linéaire du véhicule en m/s
De plus on donne  = 2N
60
avec N : vitesse de rotation en tour/minute (Tr/min)
Calculer la vitesse V du véhicule en m/s . En déduire la vitesse V en km/h
3- Le servomoteur consomme 250mA sous 5V .
Calculer la puissance absorbée Pabs (On donne Pabs = U * I , avec U en volt, I en
ampère, Pabs en Watt)
Calculer la puissance mécanique (en watt) disponible en sortie sachant que cette puissance
est le produit du couple en sortie par la vitesse de rotation.
Ps = Cs*s . on donne Cs=0,08Nm et s=12,5rd/s Ps en Watt
En déduire le rendement = _ Ps__
Pabs
VI – Etude du régulateur 7805
Le régulateur 7805 permet d’obtenir une tension d’alimentation 5V à partir de la source 12V
(venant d’une batterie ou accumulateurs)
Calculer la puissance dissipée par ce régulateur sachant que le courant fourni est de 700mA.
(Rappel : P = U*I , U tension aux bornes du régulateur et I courant le traversant)
Cette puissance dissipée dans le régulateur est de l’énergie perdue par effet joules
(chaleur) !
Quelle est la puissance absorbée par le régulateur ? (Pabs = tension d’entrée * courant)
Quelle est la puissance fournie par le régulateur ? (Pfournie = tension sortie * courant )
Quel est le rendement du régulateur ? ( =Pfournie/Pabs)
Conclusion : Que faudrait-il faire pour améliorer le rendement ? (et donc limiter la puissance
perdue par effet joules dans le régulateur)
Note : Meilleur sera le rendement, meilleur sera l’autonomie de votre robot. En pratique, on
utilise le régulateur que pour alimenter la carte microcontrôleur 68HC11 qui nécessite du 5V
stabilisé. On alimente les servomoteurs avec 4 batteries de 1,2V (1,4V chargées) soit 5,6V
ce qui évite de perdre de la puissance dans le régulateur par effet joules !
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