TP-Projet

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TP-Projet
ET3 EES C&C
Introduction
Le but de cette série de TP-Projet est d’étudier une chaine complète d’un
système de régulation de chauffage, depuis le capteur jusqu’à l’actionneur :
étude d’un transistor et de la résistance chauffante, mise en œuvre de deux
capteurs de température, conversion analogique-numérique, commande du
système à l’aide d’un système numérique (FPGA).
Ce mini-projet sera évalué en partie sur vos manipulations et sur un rapport.
Liste des composants utilisés :
Transistor : IRLD120
Résistance : 10W 6R8
Capteurs de température : LM335 Z, MCP9700
CAN : AD7822
FPGA : carte de développement Terasic, DE1.
AO : TLV2461
Regulateur de tensionr : LM7805
Recommandations et rappels :





La partie puissance (alimentation de la résistance chauffante) doit être
séparée de la partie électronique faible puissance (et surtout du FPGA !).
Les circuits faibles courants seront alimentés en 5V via le régulateur de
tension, qui sera lui-même alimenté par du 9V.
Pensez à mettre une limitation en courant sur les alimentations stabilisées
(< 800 mA).
Tous les niveaux de tension seront pris à 5V.
Les niveaux logiques du FPGA sont à 3.3 V.
Vous pouvez vous aider de simulation pour le dimensionnement (Altium).
Etude de l’actionneur
Caractérisation du transistor MOS
Etudier la datasheet du transistor. Mettre en évidence, à l’aide de montages
simples les principales caractéristiques (réelles) qui vous seront utiles lors d’une
utilisation en commutation.
Dimensionnement
Prévoir un montage permettant de commander le passage d’un courant continu
dans la résistance de puissance en tout ou rien. On souhaite obtenir une
puissance dissipée de l’ordre de grandeur de 2 à 3 W.
Calculer les différentes grandeurs de ce montage (courants, tensions et
puissances).
Mesurer ces grandeurs et comparez-les aux calculs.
Etude d’un capteur analogique
Etude du capteur analogique LM335 Z.
Etudier la datasheet du composant.
Proposer un montage pour utiliser ce capteur.
Vérifier le fonctionnement et caractérisez rapidement le capteur (vous pouvez
utiliser une sonde de température).
Rem : les tensions d’alimentations des circuits de conditionnement seront de 5V,
issues du régulateur de tension (différentes du 5V pour la puissance, les masses
étant par contre communes).
Conditionnement du capteur
Le but de cette partie est de modifier les signaux afin de les exploiter plus
facilement. Vous allez mettre en œuvre –au choix- soit une régulation analogique
« absolue » ou « différentielle ». Dans tous les cas, vous aurez besoin de filtrer le
signal avant de le comparer.
Mesure absolue
Prévoir et câbler un montage afin de soustraire la composante continue du
capteur, puis amplifier le signal obtenu (la tension obtenue devra être de l’ordre
du volt).
Tester votre montage « en boucle ouverte ».
Mesure différentielle
On veut mesurer l’élévation de température dans la boite par rapport à la
température de la pièce.
Proposer un montage permettant de mesurer cet écart de température (la
tension obtenue devra être de l’ordre du volt).
Le mettre en œuvre et vérifier son bon fonctionnement (en « boucle ouverte »).
Fonctionnement en tout ou rien
Proposer un montage permettant de contrôler la température de la boite à l’aide
d’une tension de consigne, soit par mesure absolue, soit par mesure
différentielle. La régulation se fera en « tout ou rien ».
Prévoir un montage à LED permettant d’indiquer si la résistance chauffe ou non.
Vérifier que le montage fonctionne correctement. Vous pourrez tester la
régulation à une température de consigne donnée.
Contrôle « numérique » de température
Mise en œuvre d’un CAN 7822
Etudier la datasheet du CAN.
Prévoir un code en VHDL permettant de contrôler le CAN (le signal CS sera mis à
0 en permanence).
Votre bloc VHDL aura les entrées suivantes :
- bit de start (SC) pour lancer une conversion sur un front montant.
- horloge permettant de piloter le cycle de conversion.
Les sorties seront les suivantes :
- signal EOC : end of conversion
Le câblage du CAN est le suivant :
CAN
Port GPIO DE1/DE2
AD7822BRZ (entrées) Numéro broche GPIO PORT GPIO 0 PORT GPIO 1
DB7
23
IO_A20
IO_B20
DB6
24
IO_A21
IO_B21
DB5
25
IO_A22
IO_B22
DB4
26
IO_A23
IO_B23
DB3
27
IO_A24
IO_B24
DB2
28
IO_A25
IO_B25
DB1
31
IO_A26
IO_B26
DB0
32
IO_A27
IO_B27
/CONVST
33
IO_A28
IO_B28
/CS
34
IO_A29
IO_B29
AD7822BRZ (sortie) Numéro broche GPIO PORT GPIO 0 PORT GPIO 1
EOC
35
IO_A30
IO_B30
Rem : : les autres signaux sont déjà fixés par la carte.
FPGA DE1
Port 0
Port 1
E21
E20
E22
F20
F21
E19
F22
E18
G21
G20
G22
G18
J21
G17
J22
H17
K21
J15
K22
H18
Port 0
Port 1
J19
N22
Piloter le CAN grâce à un bouton (switch ou key), puis en continu (à l’aide d’une
horloge bien choisie).
Etudier le bon fonctionnement du CAN : pleine échelle, quantum, courbe de
conversion, fréquence d’utilisation, à l’aide d’un signal externe.
Etude d’un capteur avec conditionnement intégré.
Etudier la datasheet du capteur MCP9700. Câblez le capteur en l’alimentant à
l’aide du 5V fourni par le FPGA (vérifier avant le niveau de tension fourni par le
FPGA).
Connecter le capteur au CAN et visualisez le code obtenu ainsi que la tension
analogique.
Etude du système bouclé
Etude en Tout ou rien.
Concevoir un projet sous quartus permettant de contrôler la température dans la
boite.
Modifier le projet afin de fournir la consigne à l’aide d’un mot de 8 bits fournis via
les switchs.
Vous prendrez une base de temps de l’ordre de la seconde pour l’échantillonnage
de la température.
Améliorations.
Modifier la commande en réalisant :
- une commande par hystérésis (choisir un seuil adapté et tester l’hystérésis à
l’aide d’une tension continue mise sur le CAN à la place du capteur).
- une commande par un moyennage bien adapté.
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