Ami Pro - BALINUIT.SAM

SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N° 9 page 1 / 8
GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE Durée : 2h
BALISE MARITIME : DÉTECTION DE LA NUIT (FP1)
PRÉSENTATION
1 RÔLE DE FP1
La fonction a pour rôle de produire un signal logique (NUIT) représentatif de l'éclairement extérieur.
Ce signal est au niveau logique '1' lorsque l'éclairement mesuré est inférieur au seuil fixé. Il permet la mise en
service automatique de la lampe de la balise dès la tombée de la nuit.
2 SCHÉMA FONCTIONNEL DE SECOND DEGRÉ DE FP1
Centres d'intérêt abordés : Thématiques :
CI9 Acquisition et conditionnement des
informations I4 Transformation d'une grandeur physique à mesurer en une
grandeur mesurable par capteur à
sortie analogique
Activités proposées : Compétences attendues :
1Tracer la fonction de transfert de la
photoréristance Identifier la grandeur physique à mesurer et la nature de l'information délivrée par le capteur
Mesurer les signaux en divers points du
système d'acquisition
2Simuler la fonction conversion
éclairement / tension Expliciter les caractéristiques d'entrée et de sortie du conditionneur
3Concevoir une partie et simuler le
fonctionnement du montage complet Décrire et représenter l'évolution du signal en entrée et en sortie des différents éléments
COMPARAISON
CONVERSION
ECLAIREMENT
TENSION
FS1.1
VE NUIT
FS1.3
FS1.2
GENERATION
D'UNE TENSION
DE REFERENCE
Eclairement
naturel
exterieur
VREF
Ressources matérielles : Ressources documentaires :
q Micro ordinateur équipé du logiciel de
simulation Microsim PSpice q Notice d'utilisation du logiciel de simulation q Dossier technique de la balise

3 RÔLE DES DIFFÉRENTES FONCTIONS SECONDAIRES DE FP1
3.1 CONVERSION ÉCLAIREMENT / TENSION (FS1.1)
Traduit l'éclairement naturel extérieur en une tension continue VE qui augmente avec l'éclairement.
La détection de l'éclairement est réalisée par une photorésistance (aussi appelée LDR). C'est une résistance
qui diminue lorsque l'éclairement augmente (voir la fiche technique du composant).
L'éclairement s'exprime en lux (lx). Le tableau suivant indique l'éclairement approximatif
correspondant à quelques situations caractéristiques :
- pleine lune : 0.1 lx - ampoule 60 W à 1 mètre : 50 lx
- lumière du jour : 1000 lx - plein soleil : 30 000 lx
3.2 GÉNÉRATION D'UNE TENSION DE RÉFÉRENCE (FS1.2)
Génère une tension VREF qui correpond à la limite d'éclairement jour / nuit. Ce seuil est fixé à 18 lx.
3.3 COMPARAISON (FS1.3)
Compare la tension VREF à la tension VE (image de l'éclairement) et produit un signal logique
(NUIT) au niveau haut lorsque l'éclairement reçu par la LDR est inférieur au seuil fixé.
4 SCHÉMA STRUCTUREL PARTIEL DE LA FONCTION FP1
Le schéma structurel (à compléter lors du TP) est donné ci-dessous :
ANALYSE THÉORIQUE (À FAIRE AVANT LE TP)
5 ANALYSE FONCTIONNELLE
?? Encadrer sur le schéma structurel les fonctions secondaires de FP1.
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6 ANALYSE DE LA FONCTION CONVERSION ÉCLAIREMENT / TENSION
?? A l'aide de la documentation technique de la LDR (page 7), déterminer graphiquement la valeur
de la résistance du capteur pour les éclairements : 1 lux, 10 lux, 100 lux et 1000 lux. On prendra les valeurs
sur la courbe MIN repérée par une flêche. Reporter ces valeurs dans le tableau ci-dessous.
Remarque importante : l'éclairement et la résistance variant sur une plage très importante, ces
grandeurs sont placées sur des axes avec une échelle logarithmique. Celle-ci est obtenue en séparant les
valeurs par des intervalles proportionnels à leur logarithme :
?? Etablir l'expression de VE, la tension aux bornes du capteur, en fonction de R1, R2 et V1.
(Utiliser la formule du diviseur de tension donnée à la page 8) :
?? Calculer VE pour les éclairements : 1 lux, 10 lux, 100 lux et 1000 lux. Reporter ces valeurs dans
le tableau :
?? Tracer la caractéristique VE = f(éclairement) pour un éclairement compris entre 1 et 1000 lux
(en utilisant l'échelle logarithmique sur l'axe des abscisses). Indiquer comment varie la tension VE en
fonction de l'éclairement :
éclairement (lx)
1 2 3 4 5 6 78910 100 1000
une décade
20 30
éclairement R1 (Ω)VE (V)
1
10
100
1 000
éclairement (lx)
1 2 3 4 5 6 78910 100 1000
20 30
VE (V)
1
0
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ANALYSE EXPÉRIMENTALE
A l'aide du logiciel de simulation Microsim, vous allez simuler le fonctionnement du montage en
fonction de l'éclairement.
L'analyse expérimentale comporte trois parties :
- le tracé de la fonction de transfert de la photorésistance (à comparer à la notice technique),
- la simulation de de la fonction conversion éclairement / tension,
- la conception d'une partie du montager pour obtenir le fonctionnement souhaité et la
vérification par simulation.
7 TRACÉ DE LA CARACTÉRISTIQUE RÉSISTANCE EN FONCTION DE
L'ÉCLAIREMENT DE LA PHOTORÉSISTANCE : R1 = F(ECL)
7.1 SAISIE DU SCHÉMA
Composants utilisés :
- Source de courant continu : IDC.
(Compléter ses attributs)
- Photorésistance : LDR.
- Elément de paramétrage : PARAM.
- Masse : AGND.
- Label : GLOBAL.
88 Effectuer la saisie du schéma. Enregistrer le sur votre lecteur personnel sous le nom : BALISE1.
7.2 DÉFINITION DU TYPE D'ANALYSE ET DES PARAMÈTRES
88 Pour réaliser une analyse du fonctionnement du montage en fonction de l'éclairement (LUX), il
faut déclarer ce paramètre dans l'élément PARAM. Dans la boite de dialogue, écrire le nom du paramètre
dans NAME1 et préciser sa valeur par défaut dans VALUE1 :
- NAME1=LUX
- VALUE1=1
88 Pour réaliser l'analyse en continu en fonction du
paramètre éclairement (de 1 à 1000 lux), il faut utiliser le type
d'analyse DCSweep et compléter les attributs comme indiqué
ci-contre :
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7.3 VISUALISATION DE LA CARACTÉRISTIQUE R1 EN FONCTION DE
L'ÉCLAIREMENT
88 En utilisant la loi d'ohm et les fonctions mathématiques du logiciel, visualiser la caractéristique
R1 en fonction de l'éclairement. Pour visualiser la caractéristique dans une échelle logarithmique (comme
dans la fiche technique), cliquer sur les boutons repérés ci-dessous :
Imprimer la caractéristique R1 = f (éclairement). Comparer avec celle donnée dans la fiche technique :
8 SIMULATION DE LA FONCTION CONVERSION ÉCLAIREMENT / TENSION (FS1.1)
On réalise cette simulation pour visualiser la tension VE (aux bornes du capteur) en fonction de
l'éclairement et pour mesurer la valeur de VE à 18 lx qui constitue le seuil de basculement VREF du
comparateur. Le schéma structurel de la fonction est donné à la page 2.
88 Saisir le schéma du circuit à simuler : la fonction FS1.1 seule (sous le nom BALISE2). La
source de tension V1 (composant VDC) sera réglée à 5V. Placer un marqueur pour visualiser la tension VE.
On conservera les paramètres d'analyse : éclairement variant de 1 à 1000 lx.
88 Visualiser (sans imprimer) la courbe VE = f(éclairement) pour un éclairement compris entre 1 et
1000 lx (abscisses en échelle logarithmique). Comparer la courbe obtenue à celle établie théoriquement :
88 Mesurer précisement la valeur de la tension VE correspondant à un éclairement reçu de 18 lx :
9 CALCUL DE LA RÉSISTANCE R3
Le pont R3 - R4 génère la tension de seuil VREF du comparateur (limite jour / nuit : 18 lx).
?? Etablir l'expression littérale de VREF en fonction des éléments du montage :
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