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 CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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 CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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 CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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 100F 220nF 1N4001 PICAXE 18M2 L293D IRF520 A fermeture NO 3.5mm stereo CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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) Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 6/10 CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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 Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 7/10 CONFORT ET DOMOTIQUE Commande à distance d'une maison domotique 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 Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 8/10 CONFORT ET DOMOTIQUE 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). Traam_Mais_Dom_Com_Mot_doc_prof 9/10 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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