Carte de Pilotage des Electroaimants

Carte de Pilotage des Electro-aimants
But :
Cette carte nous permet d’effectuer le « relevé de quilles », elle est entièrement piloté par la partie
informatique (sur 2 bits de commande) via le port parallèle. La séquence de relevage de quilles est
la suivante :
•Nous sortons le bras de relevage de quilles (cf carte de pilotage des bras), nous permettant
de dégager les électro-aimants du robot ;
•Nous descendons les électro-aimants (jusqu'à la butée basse) ;
•Nous alimentons les électro-aimants afin qu’ils attirent magnétiquement les quilles ;
•Nous remontons les électro-aimants (jusqu'à la butée haute) et relevons les quilles en même
temps ;
•Nous des-alimentons les électro-aimants, les quilles sont à présent relevés ;
•Nous rentrons le bras (cf. carte de pilotage des bras), pour ranger les électroaimants dans le
robot.
Cette carte regroupe deux grandes fonctions indispensables au relevé de quilles :
•Monter ou descendre les électro-aimants (F1) ;
•Alimenter ou pas les électro-aimants (F2).
Etude fonctionnelle :
Fonction 1 :
A partir d’un bit provenant du port parallèle, nous montons ou descendons une rampe de trois
électro-aimants. Lorsque le bit est à l’état bas (0v), nous alimentons un moteur permettant de faire
monter les électro-aimants, jusqu'à rencontrer la butée haute qui vient des-alimenter le moteur
laissant ainsi les électro-aimants en position haute. Si le bit est à l’état haut (5v), nous faisons
tourner le moteur dans l’autre sens pour faire descendre les électro-aimants, jusqu'à rencontrer la
butée basse.
Fonction 2 :
A partir d’un bit provenant également du port parallèle, nous alimentons ou pas les électro-aimants.
Lorsque le bit est à l’état haut (5v), nous alimentons les trois électro-aimants. Nous les des-
alimentons lorsque le bit est à l’état bas (0v).
Remarque : au repos les deux bits sont à l’état bas, les électro-aimants sont des-alimentés et en
position haute.
Afin d’avoir une isolation entre la partie dite de puissance, et de commande, nous pilotons le moteur
et les électroaimants via des relais (isolation magnétique).
Le moteur est alimenté sous une tension de 12v, avec une inversion de polarité (+12v ou -12v) pour
changer le sens de rotation.

Les électro-aimants sont alimentés sous une tension de 24v, chaque électro-aimant consomme 0,5A.
Nous les avons câblés en parallèle ce qui une consommation totale de 1,5A sous 24v.
Figure 1 : schéma fonctionnel de la carte.
Fonctionnement :
La partie électronique de « commande » :
Figure 2 : partie électronique de « commande ».
Afin de piloter le moteur nous utilisons deux relais. Les contacts des relais seront câblés de tel sorte
que lorsqu’on alimente un des deux relais le moteur tournera dans un sens, si nous alimentons
l’autre relais (et des-alimentons le premier relais) le moteur tournera dans l’autre sens. Par contre si

les deux relais sont alimentés, ou si les deux relais ne sont pas alimentés le moteur sera « éteint
» (court-circuité). Nous avons placé un inverseur devant un des deux relais, donc par construction
les deux relais ne peuvent pas être alimenté. Mais étant donné que nous avons placé les butées sur
les jonctions bases-collecteurs des transistors Q2 et Q3, lorsque les électro-aimants sont en
positions haute ou basse, les transistors sont bloqués, donc les deux relais sont relâchés, arrêtant
ainsi le moteur.
Pour alimenter les électro-aimants nous utilisons un seul relais, les électro-aimants seront alimentés
tant que le bit de commande sera actif (à « 1 »).
•L’inverseur :
(L’inverseur est composé de R1, R2 et Q1)
Lorsqu’en entrée nous avons un signal à l’état bas (0 volt), le transistor Q1 est bloqué donc nous
avons en sortie un signal à l’état haut (~5 volts).
Lorsqu’en entrée, nous avons un signal à l’état haut (5 volts), le transistor est saturé donc nous
avons en sortie la tension VCEsat (~0,2 volt) soit un état bas.
Afin d’avoir un fonctionnement bloqué / saturé du transistor, il faut calculer la valeur des
résistances R1 et R2 (respectivement résistances de base et de collecteur) en fonction du gain en
courant (béta) du transistor.
Le transistor choisi est le 2N2222, son gain en courant est compris entre 100 et 300. Pour nos
calculs, nous choisirons le gain le plus défavorable c'est-à-dire 100.
Calcul :
Vcommande = 5v, nous considérons que le transistor est saturé (donc passant) dans ce cas Vbe =
0,7v (polarisation directe de la jonction base-émetteur) et Vce=VCEsat=0,2v
VR1 = 4,3v donc Ib = 4,3 / R1. (1)
VR2 = 5-0,2 = 4,8v d’où Ic = 4,8 / R2. (2)
Nous savons que le gain du transistor est de 100, donc Ic = 100 x Ib. (3)
A partir des équations (1), (2) et (3) nous pouvons écrire :
R2 = R1 (4,8 / 430), nous voulons une résistance de base assez grande pour ne pas consommer
beaucoup de courant sur l’entrée de commande. Nous posons donc R1 = 39K .Ω
Alors R2 = 39000 (4,8 / 430) = 435,3 , nous choisissons dans la série E12 une résistance de valeurΩ
supérieur afin de sur-saturer le transistor : R2 = 470 . Ω
•Commande relais :
(Cette fonction est présente trois fois, elle est composée de [R3, REL1, Q2] ou [R4, REL2, Q3] ou
[R5, REL3, Q4])

Etant donné que les sorties du port parallèle ne sont pas assez puissantes pour commander
directement les relais, nous avons placé un transistor bipolaire pour chaque relais. La résistance
interne du relais étant de 47 sous 5v, il faut un transistor capable de fournir 106mA. Nous avonsΩ
choisi le 2N2222 qui accepte un courant de collecteur assez élevé : 150mA (boîtier TO-18).
Le transistor sera monté en émetteur commun. Lorsque nous alimentons l’entrée de commande
(+5v), un courant Ib traverse R3 et vient saturer le transistor Q2 dans ce cas un courant Ic circule et
le relais « se colle » alimentant ainsi le moteur.
Calcul de R3 :
Remarque : la procédure est la même pour le calcul de R4 et R5
Vin = 5v, nous considérons que le transistor est saturé (donc passant) dans ce cas Vbe = 0,7v
(polarisation directe de la jonction base-émetteur) et Vce=VCEsat=0,2v
VR3 = 4,3v donc Ib = 4,3 / R3. (1)
Ic = 106mA. (2)
Nous savons que le gain du transistor est de 100, donc Ic = 100 x Ib. (3)
A partir des équations (1), (2) et (3) nous pouvons écrire :
Alors R3 = 430 / 0,106 = 4,06K , nous choisissons dans la série E12 une résistance de valeurΩ
inférieur afin de sur-saturer le transistor : R3 = 3,9K . Ω
De même : R4=R5=3,9K .Ω
La partie électronique de « puissance » :
Remarque : dans cette partie nous n’étudierons que le réseau de contacts.
Etant donné que nous devons faire monter et descendre les électro-aimants, il faut pouvoir piloter
les moteurs dans un sens puis dans l’autre. En effet lorsque nous alimentons un moteur à courant
continu avec une tension positive, il tourne dans un sens. Puis lorsque nous l’alimentons avec une
tension négative, il tourne dans l’autre sens. Nous avons déjà étudié le principe du pont en H
auparavant, au lieu d’utiliser un réseau de 4 transistors, nous mettrons deux relais possédant chacun
un contact N.O. (normaly open) et un contact N.C. (normaly close).
Le principe est le même que pour un pont en H :

Figure 3 : schéma de principe du réseau de relais.
Témoins lumineux :
Nous avons placé deux diodes (une jaune et une verte) sur les bornes du moteur (montées têtes
bêches) pour visualiser si le moteur est alimenté et pour connaître son sens de rotation.
Une diode verte est placée sur les électroaimants, nous permet de visualiser si ceux-ci sont
alimentés.
Nomenclature :
Nom Valeur Divers
R2 470Ω1/4W
R6 1KΩ1/4W
R7 2.2KΩ1/4W
R3 3.3KΩ1/4W
R4, R5 3.9KΩ1/4W
R1 39KΩ1/4W
D1, D2, D3 1N4007
D4 DEL Jaune
D5, D6 DEL Verte
Q1, Q2, Q3 2N2222 TO-18
REL1, REL2,
REL3 NAIS JW2SN-DC5V 2 NO, 2 NC