conception et réalisation d'un moteur stirling
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Conception et Réalisation d'un moteur Stirling
Etudiants : Ludwig BIADALLA Paul CHESNEL Arnaud NOUVELLON Antoine LEBEGUE Maxime PHILIP
Projet de Physique P6-3 STPI/P6-3/2009 – Groupe 27
Enseignant-responsable du projet : Daniel RELLO
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INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE ROUEN Département Sciences et Techniques Pour l’Ingénieur
BP 8 – place Emile Blondel - 76131 Mont-Saint-Aignan - tél : 33 2 35 52 83 00 - fax : 33 2 35 52 83 69
Date de remise du rapport : 22/06/09
Référence du projet : STPI/P6-3/2009 – 27
Intitulé du projet : Conception et réalisation d'un moteur Stirling
Type de projet : Expérimental
Objectifs du projet :
Le but de ce projet est de réaliser et comprendre le fonctionnement d’un moteur Stirling. Nous devons tout d’abord comprendre le principe de base du moteur Stirling, puis choisir un modèle de moteur à réaliser. Une fois le modèle bien définit, le moteur sera réalisé en suivant précisément les plans. Dans le cas où un moteur fonctionnerait, nous devrons trouver un moyen de mesurer sa vitesse et sa puissance, puis réaliser ces mesures.
Par ailleurs, le projet vise à déterminer les différentes applications du moteur Stirling.
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TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS .................................................................................................................. 5
1. Introduction ....................................................................................................................... 6
2. Méthodologie / Organisation du travail ............................................................................. 7
3. Travail réalisé et résultats ................................................................................................. 9
3.1. Histoire, Intérêts et Applications du moteur Stirling ................................................... 9
3.1.1. Histoire du moteur Stirling .................................................................................. 9
3.1.2. Intérêts du moteur Stirling ................................................................................. 10
3.1.3. Applications du moteur Stirling ......................................................................... 10
3.2. Principe de fonctionnement et types de moteurs Stirling ......................................... 12
3.2.1. Principe de fonctionnement du moteur Stirling ................................................. 12
3.2.2. Diagramme de Clapeyron ................................................................................. 13
3.2.3. Types de moteurs Stirling ................................................................................. 14
3.3. Réalisation du moteur type « Nivea » ...................................................................... 16
3.3.1. Théorie .............................................................................................................. 16
3.3.2. Réalisation du moteur ....................................................................................... 16
3.3.3. Résultats ........................................................................................................... 18
3.3.4. Limites .............................................................................................................. 18
3.4. Mesure de la vitesse de rotation .............................................................................. 19
3.4.1. Méthode de mesure .......................................................................................... 19
3.4.2. Principe du montage ......................................................................................... 19
3.4.3. Fabrication du montage .................................................................................... 20
3.4.4. Exploitation du montage ................................................................................... 20
3.5. Mesure de la puissance ........................................................................................... 21
3.5.1. Etude théorique de la puissance ...................................................................... 21
3.5.2. Etude pratique de la puissance ........................................................................ 21
4. Conclusions et perspectives ........................................................................................... 22
4.1.1. Conclusion de groupe ....................................................................................... 22
4.1.2. Conclusions et perspectives personnelles ........................................................ 22
5. Bibliographie ................................................................................................................... 25
6. Annexes .......................................................................................................................... 26
6.1. Schéma de montage du moteur ............................................................................... 26
6.2. Nomenclature du montage de mesure de la vitesse ................................................ 27
6.3. Schémas électriques et typons du montage de mesure de la vitesse ..................... 28
6.4. Listings des programmes ......................................................................................... 31
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REMERCIEMENTS
Nous tenons à remercier les personnes externes au groupe qui on permit la réalisation de ce projet :
- Tout d’abord Mr Hubert ROUSSEL, pour avoir réalisé tout ces moteurs Stirling « Nivea » et bien d’autres, pour avoir permis la réalisation de moteur Stirling à partir de matériaux de récupération et pour nous avoir donné par le biais de son site internet tant d’information sur le moteur et sa réalisation.
- Puis la société ERCIM Circuits Imprimés, pour la réalisation des circuits imprimés et la programmation par ordinateur du microcontrôleur du montage de mesure de la vitesse.
- Le site internet Doumai Electronique pour les schémas et explications du montage de mesure de la vitesse.
- Les personnels et enseignants du labo du D1.
Et enfin bien sur, merci à Mr RELLO, pour les conseils et l’aide qu’il nous a apporté, en particulier pour nous avoir évité de nous lancer dans la réalisation de modèles trop compliqués pour notre niveau.
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1. INTRODUCTION
Le semestre 4 a permis aux INSAïens d’expérimenter une UV de réalisation de projet : l’UV P6-3. L’objectif de cette unité de valeur est simple : réunir des étudiants autour d’un thème les motivant tous afin d’encourager le travail en communauté, tout en élargissant leur culture scientifique. Le choix du thème était laissé libre à l’élève, de façon à ce que ce soit en accord avec son emploi du temps, et, bien sûr, avec son intérêt pour le sujet.
Pour notre part, tout est parti de cinq étudiants plutôt séduits par l’idée d’étudier, de comprendre et de réaliser un moteur Stirling. Nous avions tous suivi des cours de Thermodynamique en P1, et l’intérêt que nous avions porté à cette matière nous a indéniablement poussés à choisir ce projet.
Ainsi, tous les mercredis, de 15h00 à 16h30, nous nous réunissions, avec notre enseignant de projet M. Rello, soit en J116, soit dans l’atelier du D1, afin de discuter de l’avancement du projet, des moteurs réalisables, des problèmes rencontrés, etc.
Le réel point fort de ce projet était que l’on n’avait pas vraiment de directives à suivre ; ainsi, dès le premier jour, M. Rello a insisté sur le fait que nous avions carte blanche, mais qu’il fallait cependant se concentrer sur la réalisation d’un moteur relativement simple à notre niveau. C’est pourquoi nous nous sommes très rapidement attelés à réaliser le moteur Stirling le plus simple dont les plans sont disponibles sur Internet, le moteur NIVEA.
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2. METHODOLOGIE / ORGANISATION DU TRAVAIL
Initialement, nous avions prévu de découper notre temps de travail, donc notre semestre, en trois phases de poids différents. En effet, la réalisation concrète du moteur s'entoure inévitablement de travaux en amont et en aval. Ainsi, la première partie, où la première phase, fut celle consacrée à réunir les données nécessaires à la réalisation du moteur (plans, liste des composants …). L'enthousiasme suivant le début de l'UV aidant, cette phase fut achevée en deux semaines.
Au début de l'UV, notre objectif était de scinder le groupe de travail en deux sous-groupes afin de mener de front la conception de deux moteurs Stirling différents, dans un souci d'optimisation du rendement. N'arrivant pas à nous décider à temps quant au second moteur, nous avons donc dû changer de stratégie.
Très vite, nous nous sommes rabattus sur la solution suivante : commencer par étudier ensemble un moteur simple, pour le réaliser de la meilleure des manières, afin de tenter de disposer d'un moteur opérationnel.
Nous sommes donc passés le plus vite possible en phase de conception, en commençant par acheter le matériel nécessaire aux premiers ouvrages. Cette phase est celle qui prend le plus de temps. En effet, la réunion de tous les composants nécessaires fut relativement longue, bien que les matériaux manquant ne soient pas les premiers à être installés. Très vite, nous avons investi le laboratoire du D1, afin de bénéficier de tous les outils possible.
Etant presque tous dans des thématiques différentes, nous communiquions le plus souvent par courriers électroniques, donnant des rendez-vous au D1 pour ceux qui n'avaient pas cours. Ainsi il fut très rare que l'on se retrouve au grand complet pour discuter du moteur, même sur notre créneau de P6-3. Nous nous retrouvions la majeure partie du temps le matin, plusieurs jours par semaines, sur notre temps libre. Malgré cela, la réalisation s'est bien déroulée, et la quasi-totalité du temps, deux personnes minimum travaillaient dessus de façon simultanée.
Par ailleurs, la partie consacrée aux mesures nous a pris très peu de temps, le montage pour mesurer la vitesse ayant été réalisé très rapidement (aux vacances de Pâques), et nous avions déjà en tête le montage à faire pour calculer la puissance. Ceci dit, le moteur rechigne à tourner pour le moment, ainsi nous n'avons pas pu effectuer ces mesurer pour le moment.
Enfin, nous avons dû réaliser le rapport écrit et préparer le rapport oral. Nous nous sommes découpés le dossier en parties respectives. Chacun à pu faire une partie du dossier.
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Voici l’organigramme de répartition du travail au cours de ce projet :
• Recherches Internet globales : tout le groupe• Types de moteurs et plans : Maxime• Montage de mesure de la vitesse : Ludwig• Mesure de la puissance : Antoine
Recherches Internet et Plans
• Achat et transport des matériaux : Maxime et Antoine• Préparation et usinage des différentes parties du moteurs : Maxime, Antoine, Paul et Arnaud
• Assemblage des parties : Ludwig, Maxime, Antoine et Paul• Réusinages, recollages et réglages : Ludwig, Maxime, Antoine et Paul• Mesures : Ludwig, Maxime et Antoine• Film : Ludwig
Réalisation du moteur Nivea
• Achats, fabrication, programmation et tests : Ludwig
Réalisation du montage de mesure de la vitesse
• Mise en relation des parties et mise en forme : Ludwig• Intro et conclusion : Maxime• Histoire et Application du moteur : Arnaud• Interêts du moteur : Ludwig• Principe de fonctionnement et types de moteurs : Antoine• Réalisation du moteur : Paul• Mesure de la vitesse de rotation : Ludwig• Mesure de la puissance : Antoine
Réalisation du rapport
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3. TRAVAIL REALISE ET RESULTATS
3.1. Histoire, Intérêts et Applications du moteur Stirling
3.1.1. Histoire du moteur Stirling
Le pasteur, mécanicien et métallurgiste Robert Stirling est né le 25 octobre 1790, à Gloag dans le comté de Perthshire en Ecosse. Il est mort le 6 juin 1878 à Galston. Il était le troisième enfant d'une famille en comprenant huit. Son grand-père paternel fabriquait des batteuses, son grand-père maternel était agriculteur.
Il poursuivit de brillantes études à l'université d'Edimbourg de 1805 à 1808. Ensuite, il se tourna vers des études de théologie à l'université de Glasgow pour devenir pasteur.
Il se maria le 10 juillet 1819 avec Jean Rankin. Ils eurent sept enfants. Quatre d’entre eux devinrent ingénieurs dans les chemins de fer.
La vie de Robert Stirling se déroule durant le XIXème siècle qui voit de nombreuses découvertes scientifiques et techniques. C'est probablement ce bouillonnement d'idées, sa curiosité naturelle et son pragmatisme qui pousseront Robert Stirling à inventer « le moteur à air chaud » appelé aussi « moteur à combustion externe » ou plus communément moteur Stirling. Le brevet fut déposé le 27 septembre 1816 et fut effectif le 20 janvier 1817.
A cette époque, il arrivait fréquemment que des chaudières à vapeur explosent et fassent des victimes. Les problèmes de conception, la qualité encore médiocre des matériaux, une quasi-absence de règles d'utilisation et de maintenance sont à l'origine de ces sinistres. Ceci a probablement motivé Robert Stirling à imaginer un moteur sans chaudière soumise à de trop fortes pressions.
Le principe de fonctionnement est relativement simple : la combustion est externe (à l’inverse du moteur thermique qui possède une combustion interne). Le fluide
principal, de l'air à modeste pression, est soumis à 4 cycles représentables sur le diagramme de Clapeyron : chauffage isochore, détente isotherme, refroidissement isochore puis compression isotherme. C’est donc, tout comme le moteur thermique, un moteur 4 temps.
Son frère James industrialisa ce moteur en 1843. Il utilisa ce moteur dans l’usine où il était ingénieur. On utilisa également le moteur Stirling dans le monde agricole et dans l'industrie jusqu'en 1922 pour pomper de l'eau ou entraîner des générateurs de courant électrique. Mais l’invention ne connut pas tout l'essor que Robert Stirling et son frère James auraient pu souhaiter, probablement pour des raisons de compétitivité. En effet, les machines à vapeur et autres machines thermiques, bien que plus dangereuses, surpassèrent rapidement le moteur Stirling par leur compétitivité en performance. Enfin, vers la fin du dix-neuvième siècle, le moteur à combustion interne, ou moteur à explosion, commença à s'imposer toujours pour des raisons de performances. Par la suite, le moteur électrique fut introduit, utilisé actuellement pour toutes les applications domestiques.
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Il a fallu attendre 1938 pour que la société Philips investisse dans le moteur à air chaud. Des applications furent développées dans le domaine automobile notamment. Un moteur compact de plus de 200 chevaux, avec un rendement supérieur à 35% vit le jour (rendement actuel des moteurs thermiques : 25-30%). Malheureusement, pour des raisons de mise en pratique et économiques, la commercialisation n’eu pas lieu.
On peut dire que deux siècles après son invention, le moteur à air chaud, ou Stirling, n’a pas une renommée et une répandue à la hauteur de ses performances et avantages.
3.1.2. Intérêts du moteur Stirling
Malgré le pauvre succès du moteur Stirling à l’heure actuelle, on peut voir qu’il possède un intérêt certain, surtout à notre époque, où l’écologie est en vogue. Voici la liste des avantages de ce moteur :
- le silence de fonctionnement : il n'y a pas de détente à l'atmosphère comme dans le cas d'un moteur à combustion interne, la combustion est continue à l'extérieur du ou des cylindres. De plus, sa conception est telle que le moteur est facile à équilibrer et engendre peu de vibrations.
- le rendement élevé : fonction des températures des sources chaudes et froides. Comme il est possible de le faire fonctionner en cogénération (puissances mécanique et calorique), le rendement global peut atteindre plus de 40% (sachant que les meilleurs moteurs thermiques atteignent 30% de rendement).
- la multitude de "sources chaudes" possibles : combustion de gaz divers, de bois, sciure, déchets, énergie solaire ou géothermique...
- l'aptitude écologique à répondre le mieux possible aux exigences environnementales en matière de pollution atmosphérique. Il est plus facile de réaliser dans ce type de moteur une combustion complète des carburants. On peut imaginer par exemple un moteur de voiture hybride utilisant la chaleur perdue par le moteur thermique pour faire fonctionner le moteur Stirling.
- la fiabilité et la maintenance aisée : la relative simplicité technologique permet d'avoir des moteurs d'une très grande fiabilité et nécessitant peu de maintenance, et ainsi une bonne durée de vie.
- les utilisations très diverses : du fait de son autonomie et son adaptabilité au besoin et à la nature de la source chaude (du mW au MW).
On peut donc voir que le moteur Stirling porte un intérêt certain ! Mais s’il n’est pas utilisé communément aujourd’hui, c’est parce qu’il possède quelques désavantages comme son manque de souplesse dû au fait qu’il n’est actionné que par une convection de gaz, moins réactif qu’une explosion. Par ailleurs, le moteur Stirling ne promouvoit aucune énergie fossile commercialisable. Il est donc économiquement beaucoup moins intéressant pour les constructeurs.
3.1.3. Applications du moteur Stirling
A l'heure actuelle, le moteur Stirling n'est pas très connu et répandu, particulièrement en France. Cependant, on peut citer les domaines d'application suivants :
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La recherche et le monde universitaire : Le moteur Stirling fait l'objet d'études théoriques et de travaux pratiques afin de mieux connaître son fonctionnement, d'améliorer son rendement et augmenter sa compétitivité vis-à-vis d'autres sources d'énergie.
Les usages militaires : On trouve à l’heure actuelle des applications du moteur Stirling dans le domaine militaire :
- un sous-marin d'attaque suédois est équipé de moteurs Stirling pour sa production d'électricité auxiliaire afin d'assurer les fonctions vitales du bâtiment en cas d'indisponibilité de la source principale. Son silence de fonctionnement est un atout majeur dans cette application. Dans le même cadre, la marine australienne l'a aussi adopté pour un sous-marin de 3 000 tonnes de déplacement.
- des bâtiments de surface militaires utilisent également cette technologie à bord de corvettes ou de bateaux de détection de mines ou de surveillance acoustique.
Le domaine spatial : Certains satellites se procurent de l'énergie grâce à un moteur Stirling. Le rendement est particulièrement élevé vu les grandes différences de température disponibles. La source chaude est constituée par des radio-isotopes. L'utilisation de corps radioactifs n'est pas très écologique et présente des risques au moment de l'envol de la fusée. Sa justification vient du fait que des panneaux
solaires peuvent se salir ou être détruits dans certaines zones de l'espace, comme à proximité de Mars.
Les applications solaires : Quand on met à profit l'énergie du Soleil, on utilise une parabole réfléchissante qui concentre les rayons du soleil en un seul point : le foyer de la parabole où on installe le moteur Stirling. Aux Etats-Unis, on a installé dans le désert de grandes paraboles munies en leur foyer de moteurs Stirling afin de produire de l'électricité sans acheter de combustible ! (NB : les panneaux photovoltaïques ont un médiocre rendement, environ 15%. Par conséquent, à
puissance égale, leur surface est plus grande que celle des réflecteurs d'un moteur Stirling).
La recherche et l'exploitation océanographique : Le SAGA (sous-marin d'assistance à grande autonomie) opérationnel au cours des années 1990, permettait de faire plus de 150 milles nautiques de distance, de mener une campagne de 10 jours de travail par 300 m de fond. Il déplaçait plus de 500 tonnes en plongée et était mu par deux moteurs Stirling alimentés en fuel et oxygène liquide. Pour en savoir plus, allez voir la page SAGA.
Le monde industriel : La réversibilité du moteur Stirling est utilisée afin de produire du froid de façon industrielle. Son rendement est alors excellent. Dans ce type de fonctionnement, décrit sur ce site à la page faire du froid, on fournit de l'énergie mécanique au moteur. Le résultat est qu'on "pompe" de la chaleur à la source froide pour la restituer à la source chaude, comme un réfrigérateur domestique. Ce mode de fonctionnement est si efficace qu'on utilise ce type d'installation pour liquéfier des gaz. Paradoxe : utiliser le soleil pour produire de l'électricité qui à son tour entraînera un moteur Stirling pour faire du froid.
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3.2. Principe de fonctionnement et types de moteurs Stirling
3.2.1. Principe de fonctionnement du moteur Stirling
Le principe de base d’un moteur Stirling est simple, puisqu’il est régi par l’équation suivante :
Avec : P = Pression du Gaz V = Volume du gaz n = Nombre de mol R = Constante des gaz parfait T = Température
Il est important de savoir que contrairement aux autres moteurs thermiques, le Stirling est un moteur fermé (qui n’échange pas de matière avec son environnement) et que la chaleur qui lui est nécessaire à son fonctionnement lui est fourni par le milieu extérieur.
Le fonctionnement d’un tel moteur peut être décrit selon les 4 phases suivantes :
1) Un chauffage isochore (à volume constant) :
La source chaude cède de l'énergie thermique au gaz. Durant cette phase, la pression et la température augmentent tous les deux alors que le volume reste constant.
2) Une détente isotherme (à température constante) :
La pression du gaz ayant augmenté au-delà de la pression de l’autre côté du piston, et le rapport nRT étant constant, le volume va augmenter afin de permettre à la pression de diminuer. Le piston, en vert, se déplace alors. Le gaz fournit pendant cette période de l’énergie mécanique.
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3) Un refroidissement isochore :
La source froide récupère l'énergie thermique du gaz. La température et la pression diminuent pendant cette phase.
4) Une compression isotherme :
La pression du gaz augmente au fur et à mesure que son volume diminue. On doit fournir de l'énergie mécanique au gaz pendant cette période.
3.2.2. Diagramme de Clapeyron
Les 4 phases du moteur Stirling sont théoriquement représentées par le digramme de Clapeyron :
Ces 4 phases de fonctionnement sont communes à tous les moteurs Stirling, bien qu’elles ne soient en réalité pas aussi distinctes.
Il est aussi possible d’utiliser avec certains moteurs un régénérateur. Celui-ci va récupérer la chaleur qui n’a pas été utilisé lors du refroidissement isochore, puis la restaurer au gaz lors du chauffage isochore. Cette action a pour effet d’augmenter de manière significative le rendement.
Il existe 3 types de moteur Stirling, que nous allons décrire dans la suite.
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3.2.3. Types de moteurs Stirling
1) Le type Alpha
Un Stirling alpha contient deux pistons de puissance séparés, un piston « chaud », et un piston « froid ». Le piston chaud est situé près de l'échangeur avec la plus haute température, et le piston froid est situé près du point d'échange de température la plus basse.
Ce type de moteur a un ratio puissance-volume très élevé, mais a des problèmes techniques, liés (fréquemment) aux températures trop élevées du piston chaud pour ses joints. En effet, sur ce type de moteur, les 2 pistons sont imperméables.
Exemple de moteur Alpha
2) Le type Bêta
Ce type de moteur se différencie des 2 autres car il n’est composé que d’un seul cylindre.
Il est composé de 2 pistons : un déplaceur, étanche ou non, et d’un piston moteur étanche. Le principe de fonctionnement reste le même, mais du fait de sa conception, il est impossible d’utiliser de régénérateur.
Exemple de moteur Bêta
3) Le type Gamma
Ce dernier type de moteur est composé de 2 cylindres et est doté d'un piston de puissance et d'un piston jouant à lui seul le rôle de déplaceur. Seul le piston moteur dispose d'un système d'étanchéité.
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Le déplaceur occupe successivement la zone chaude et la zone froide, chassant à chaque fois le gaz vers la zone opposée. Les variations de température que le gaz subit alors engendrent des variations de pression qui mettent en mouvement le piston moteur.
Le volume balayé par le déplaceur ne pouvant nécessairement pas être balayé par le piston de puissance, il constitue un volume mort. Pour cette raison, le moteur Gamma ne peut pas atteindre des rapports de compression élevés, ce qui limite les possibilités de rendement.
Exemple de type Gamma
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3.3. Réalisation du moteur type « Nivea »
3.3.1. Théorie
Ce moteur est un des plus simples à réaliser dans la théorie, c'est donc naturellement que nous nous sommes orientés vers celui-ci. En effet, la possibilité de faire un moteur avec des matériaux de récupération est attractive. De la même manière, sa petite taille nous conforter dans l'idée que sa réalisation ne devait pas être trop ardue. Le plan de ce moteur est présenté en annexe de ce dossier.
La pratique n'a malheureusement pas rejoint la théorie, puisque certaines étapes de la conception nous ont posé quelques soucis, puisqu'elles demandaient une très grande précision, tout en faisant attention à ne pas démonter ce qui avait déjà été fait …
Outils et matériaux utilisés :
Travaillant au D1, nous disposions de tous les outils nécessaires afin de concevoir le moteur. Beaucoup de composants étant issus de la récupération, très peu de matériaux furent achetés :
− boîtes “pellicule photo” et “crème NIVEA” − tube en laiton et baguette en plastique − perles utilisées dans la conception de bracelets − corde à piano Ø 1mm − éponge Scotch-brite − gants en plastique − un cd et un bouchon de liège − vis et écrous − glue, mastic, huile vaseline − pinces de modélisme − perceuse
3.3.2. Réalisation du moteur
La réalisation de ce moteur a débuté par l'usinage de la boîte NIVEA, en y perçant deux trous, l'un pour le passage de la corde à piano qui permettra au déplaceur de se mouvoir, l'autre pour que le gant au bout de la pellicule photo puisse faire son travail.
En parallèle, la bouteille en plastique fut découpée, afin de ne récupérer qu'une “couronne”, qui reliera les deux morceaux de la boîte NIVEA.
Nous avons choisi le mastic pour coller nos composants les plus volumineux tout en assurant l'étanchéité au niveau de jonction. De plus, le temps de séchage importait peu puisque nos réunions étaient souvent espacées de quelques jours.
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Toujours en parallèle, le portique de maintien du cd fut installé et collé sur la partie supérieure de la boîte, ainsi que le tube en laiton qui contiendra la corde en piano qui sera l'axe de rotation du cd. La boîte de pellicule photo fut également montée, ainsi que le tube en laiton qui fera passer la corde fixée au déplaceur. Des perles sont placées de part et d'autre du tube, afin de guides la corde pour le tube supérieur, et d'assurer l'étanchéité du moteur pour le tube inférieur.
Une partie délicate fut celle consistant à usiner le bouchon de liège, de telle manière que nous puissions faire tourner le cd sur l'axe, sans qu'il ne frotte au tube en laiton, et qu'il reste suffisamment de place de l'autre côté du cd pour fixer la bielle moteur, reliée au gant en plastique … Il a donc fallu être relativement précis, afin de ne pas dépasser un point de non-retour qui aurait obligé à recommencer l'opération.
Autre opération délicate, car lourde de conséquence sur la rotation du cd. Il s'agit de la fixation du bouchon de liège, centre du cd, sur la corde qui sert d'axe de rotation et qui l'entraînera. Il faut nécessairement que le cd soit parfaitement droit afin d'éviter tout frottement, mais il faut qu'il soit droit dans l'espace, chose plus compliquée. Heureusement, plus tard, en compensant par des petites masses sur le cd, nous arrivons à corriger ce
“désaxement”. De plus il faut respecter le déphasage de 90° entre la bielle moteur et le déplaceur, sans quoi le moteur ne tournerait jamais.
Il faut ensuite tout assembler, tout coller, tout étanchéiser, et huiler les zones où pourraient apparaître des frottements. Ensuite il faut placer les différentes cordes sur le moteurs, préalablement pliées pour obtenir les formes que l'on veut, une forme de Z pour la corde qui influera sur le mouvement du déplaceur (et permettra de régler la hauteur du déplaceur, non l'amplitude de celui-ci), et une corde droite qui servira de jonction avec la bielle moteur.
Nous avons eu quelques soucis quant aux réglages à effectuer. En effet, il nous a fallu dans un premier temps réduire l'amplitude du déplaceur, en rapprochant la fixation du Z sur le bouchon de l'axe de rotation du cd. Ensuite, de trop importants frottements sont apparus entre la perle fixée dans le bouchon de liège, et celle au bout du tube en laiton ; frottements fortement estompés par la vaseline. Egalement quelques soucis de déphasage, car celui-ci n'était pas complètement à 90°.
Il nous a fallu équilibrer totalement le cd, ce-dernier s'arrêtant toujours au même endroit, au terme d'un mouvement de balancier, preuve d'un problème d'équilibrage. De simples morceaux de scotch ont pallié à ce problème.
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3.3.3. Résultats
Après maints et maints essais, recollages, réglages, rééquilibrages, le moteur a réussi à tourner, difficilement, le samedi 20 juin 2009 à midi pile !
Nous avons pu, grâce au montage de mesure de la vitesse, déterminer qu’il tournait en moyenne à 45 tours/minute avec trois glaçons dessus et de l’eau à 70°C en dessous (soit un gradient d’environ 65-70°C avec la perte de chaleur dans le boitier du moteur). Nous n’avons pas pût mesurer la puissance car le moteur n’avais pas assez de couple pour effectuer des mesures. A cette vitesse là, on peut toutefois dire qu’elle était surement très faible.
Le moteur a pu enfin tourner après deux jours intensifs de réglages et de partielle reconstruction. Nous avons du régler l’inertie, la tension du gant, les hauteurs des cordes, etc …
La veille du jour J, Ludwig est retourné au labo pendant près de 6 heures afin de ré-usiner la partie rotative du CD : en effet, de la colle ayant coulé empêchait le CD de tourner correctement. Après un nettoyage et un recollage intensif des perles, après un coup d’huile de vaseline sur le tout, c’est en n’y croyant plus que le moteur s’est subitement lancé.
Nous avons donc atteint notre objectif : nous avons conçu et fabriqué un moteur Stirling.
3.3.4. Limites
Le moteur tourne, oui, mais assez lentement. Malgré le grand effort que nous avons fournit pour limiter les frottements et étanchéiser le moteur, nous n’avons pas atteints de très hautes performances.
Nous pensons connaitre l’un des problèmes majeur de notre montage : bien qu’ayant rééquilibré par deux fois le CD et ayant
ajusté l’inertie, le CD n’a jamais tourné vraiment droit. Nous avons également changé les perles qui se situaient à la base du CD. Nous pensons malgré tout que le problème vient des perles : en effet, étant conçues pour faire des bracelets, elles ne possèdent pas une très grande précision de fabrication. Il est très probable que les perles, frottant les unes contre les autres et n’étant pas parfaitement droites, ont du créer une perturbation dans la rotation du CD. Celui-ci ne tournant pas droit, l’inertie est altérée et le moteur à beaucoup de mal à terminer chaque tour.
Avec plus de temps devant nous, nous aurions pu peut être améliorer cela, et espérer gagner en vitesse et en puissance.
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3.4. Mesure de la vitesse de rotation
3.4.1. Méthode de mesure
Une vitesse s’obtient avec la formule v=d/t, c'est-à-dire la distance divisée par le temps. Ici, le montage étant un moteur faisant tourner un CD nous ne parlerons pas de distance mais de tours. La vitesse s’exprime alors non pas en m/s ou en km/h mais en tours/minute.
Pour mesurer cette vitesse il faut donc pouvoir mesurer le nombre de tours pour un temps donné. Pour cela, on trouve plusieurs méthodes :
‐ La mesure par stroboscope : on utilise un stroboscope réglable manuellement en fréquence, on peint la moitié du CD en noir : pour une fréquence donné, on ne voit plus la partie noire mais plus que le CD en entier. Cette fréquence est égale à la vitesse de rotation du moteur. Néanmoins, cette méthode est assez imprécise.
‐ La mesure par tachymètre : on trouve 2 sortes de tachymètres. Tout d’abord ceux utilisant
un repère physique sur la roue comme un petit aimant (ex : tachymètre de vélos) détecté à chaque tour. Dans notre cas, un aimant, par son poids, déstabiliserait notre CD. Le deuxième type de tachymètre marche par mesure optique. On trace un repère en noir sur le CD, le tachymètre émet un signal optique, qui ne se réfléchit pas sur la trace noire. Le tachymètre peut donc détecter le nombre de passage de cette trace noire.
Pour notre moteur, nous choisirons donc la dernière alternative. On trouve dans le commerce des tachymètres optiques complets. Cependant, ceux-ci coutent relativement cher, et de plus nous ne l’aurions pas vraiment réalisé nous même. C’est pourquoi nous avons décidé d’en fabriquer un nous même.
3.4.2. Principe du montage
Comme expliqué dans la partie précédente, la mesure de la vitesse est une composante du nombre de tours pour un temps donné. Il faut donc un dispositif qui détecte la trace noire et donc les tours du CD, et un système mesurant le temps. Enfin un micro contrôleur doit se charger de diviser le nombre de tours par le temps.
Le montage étant relativement compliqué, j’ai cherché sur internet des schémas permettant de réaliser ce tachymètre. J’ai alors trouvé un modèle utilisant un système de diode émettrice et réceptrice, affichant le nombre de tours/minute directement sur des afficheurs LED. Il permet de détecter des vitesses de rotation comprises entre 30 et 9999 tours/minute (limité par les 4 chiffres de l’afficheur) et d’afficher le résultat toute les secondes indépendamment de la vitesse de rotation.
Le principe par ailleurs est relativement simple. La diode émettrice émet un signal lumineux (du domaine de l’invisible dans notre cas mais observable avec un objectif de camera). Celui-ci est réfléchit sur le CD. Au passage de la trace noire, le signal ne se réfléchit plus, la diode réceptrice ne reçoit plus de signal et fait chuter la tension à la sortie du capteur. En fait, grâce à un microcontrôleur, les tensions sont écrêtés et sortent du capteur sous
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la forme d’un signal rectangulaire +10V/-10V correspondant aux tours du CD.
Ce signal est récupéré par le circuit de calcul et affichage. Ce dernier fait osciller un courant stable (source 220V secteur transformé, bien plus stable qu’une pile) au travers d’un quartz de 8.192Mhz. En effet 8192 est une puissance de 2 (2^13=8192) permettant alors
une mesure du temps extrêmement précise (de l’ordre du millième de seconde). Ces deux signaux sont alors transmis à un microcontrôleur PIC (PIC 16F84) qui est programmé par ordinateur. On peut alors coder son propre programme et effectuer tout type de calculs. Le microcontrôleur se chargera également du signal d’affichage envoyé aux 4 afficheurs à segments.
Les schémas électriques ainsi que le programme du microcontrôleur PIC sont disponibles en annexe.
3.4.3. Fabrication du montage
J’ai alors commencé la réalisation du montage au cours des vacances d’avril de Pâques. Le site internet fournissait les deux typons permettant la fabrication des circuits imprimés. N’ayant pas le matériel pour imprimer ces circuits, j’ai fait fabriquer ces circuits dans une petite entreprise d’électronique à Toulouse. J’ai par ailleurs commandé les différents composants que je ne possédais pas, notamment le microcontrôleur PIC. Ce dernier fut programmé sur un des ordinateurs de l’entreprise qui a fabriqué les circuits imprimés.
Ensuite je me suis attaqué à l’assemblage électronique des composants sur le circuit. Cela ne fut pas très simple, notamment parce qu’il fallait souder un CMS sous un circuit intégré. J’ai du par ailleurs trouver une alternative pour le transformateur 220V/9V car le modèle présenté sur le site était introuvable. J’ai pu trouver un transformateur d’un vieil appareil inutilisé qui fournissait alors une tension 9V alternative, redressé en continu par un pont de diodes.
Après 2 jours de préparation, le montage fut terminé. Il fonctionna du premier coup. Je l’ai en effet testé avec un petit moteur électrique branché sur une pile de 9V sur lequel j’ai collé un CD.
Le montage indique parfaitement la vitesse du moteur électrique, celui-ci allant jusqu’à 1500 tours/minute. L’affichage se rafraichit bien toute les secondes et il permet de mesurer assurément de petites vitesses de rotation.
3.4.4. Exploitation du montage
Ce tachymètre pourra donc être utilisé pour mesurer la vitesse du moteur Stirling. Par ailleurs, son capteur étant de petite taille et relativement léger, il pourra se fixer sur le portique du moteur afin d’afficher continuellement la vitesse de rotation. Pour utiliser le tachymètre, il faudra donc faire une trace noire sur le CD afin de détecter chaque tour. Après mes propres expériences, j’ai pu remarquer qu’il vaut mieux peindre la moitié du CD afin d’obtenir une parfaite détection des tours.
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3.5. Mesure de la puissance
Deux moyens existent afin de calculer la puissance d’un moteur. Le premier réside en l’étude théorique à l’aide du diagramme de Clapeyron. La deuxième, plus objective à notre échelle, réside en l’étude expérimentale.
3.5.1. Etude théorique de la puissance
Nous avons vu précédemment que le fonctionnement du moteur était dicté par le diagramme de Clapeyron. En mesurant l’aire de ce diagramme, on peut calculer l’énergie de ce moteur. En divisant cette énergie par le temps nécessaire pour effectuer un tour, on obtient alors la puissance.
Or : ∆
. On obtient donc ainsi la puissance du moteur.
Cette étude est peu réaliste à notre échelle car la puissance du moteur est bien trop faible. Les variations de volumes sont tellement faibles que la moindre erreur de mesure entrainerait de lourdes erreurs de calcul.
De plus, le diagramme de Clapeyron est un diagramme idéal, qui suppose que toute l’énergie thermique reçue par le moteur est convertie en énergie mécanique. En réalité, il est extrêmement difficile que toute l’énergie thermique atteigne le moteur suite aux pertes par diffusion. De plus, et c’est d’autant plus vrai à notre échelle, les frottements entrainent une perte importante d’énergie et donc de puissance.
Une étude théorique se révèle donc inefficace pour un moteur comme le nôtre. Il est donc préférable de réaliser une étude pratique.
3.5.2. Etude pratique de la puissance
En pratique, la puissance d’un moteur nous est fournie par la formule suivante : ω
Avec : = Puissance C = Couple moteur = Vitesse de rotation
Afin de déterminer le couple, on utilise la formule suivante :
Avec : C = Couple R = Rayon F = Force
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En pratique, une roue avec une canule est fixée sur l’axe du moteur. Une masse est alors posée à côté du moteur. Elle est suspendue à un dynamomètre et est relié à un fil horizontal qui passe au dessus du rouleau. Le but réside alors à faire frotter le fil dans la canule. Le moteur transmet son énergie à la masse. Le poids de ce dernier se retrouve alors réparti entre le dynamomètre et le moteur. La différence de poids enregistrée sur le dynamomètre est la force imposée par le moteur. En la multipliant par le rayon de la canule, on obtient le couple. En multipliant ce souple par le rayon de la canule, on obtient la puissance du moteur.
Il faut néanmoins faire attention à ce que le fil ne bloque pas dans la canule ce qui entrainerait des dommages sur le moteur. Il faut que le fil continue à glisser dedans.
4. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
4.1.1. Conclusion de groupe
En conclusion, on peut dire que ce projet fût une excellente opportunité de découvrir le travail de groupe, d’ailleurs omniprésent dans notre futur métier d’ingénieur.
Malheureusement, ce qui a manqué au groupe, c’est peut-être un meneur. En effet, de ce fait, le travail a été plutôt mal réparti parmi les participants, ce qui est dommage autant pour les élèves travaillant plus que pour ceux travaillant moins.
Cependant, il est important de préciser que nous sommes parvenus à notre objectif, qui était de réaliser et de comprendre le moteur Stirling. Cela n’a d’ailleurs pas été chose aisée, puisqu’il faut admettre que, même si le moteur NIVEA reste le moteur le plus simple de réalisation, le fait qu’il soit composé de matériaux de récupération le rend plus fragile, et nous avons dû ainsi nous y reprendre à plusieurs fois pour fixer perles, tubes en laiton, gant en vinyle, etc.
La gestion du temps fût sans nul doute une de nos erreurs, nous avons en effet fini entièrement notre moteur Stirling peu de temps avant la fin de l’UV, et même si nous n’avons aucune fuite d’air a signaler, il restait sans doute des frottements trop importants, que nous n’avons pu identifier et empêcher.
Nous recommencerions volontiers ce projet du début, mais en corrigeant nos erreurs de timing et de répartition des tâches.
Quoi qu’il en soit, ce projet, sous la tutelle de M. Rello, fût réellement intéressant tant du point de vue scientifique et technique que du point de vue humain.
4.1.2. Conclusions et perspectives personnelles
Maxime :
En conclusion personnelle de ce projet, je dirais tout d’abord que le point fort majeur de l’UV P6-3 fût la possibilité de travailler en groupe. En effet, le travail en communauté permet non seulement d’apprendre à gérer la répartition des tâches et le temps, mais il nous a aussi permis de travailler sur un élément concret, le moteur Stirling, application directe de ce que l’on avait vu avec M. Rello durant l’UV Thermodynamique P1. De plus, le fait de travailler à plusieurs autour d’un même sujet, à fortiori choisi par motivation, enlève ce manque de dynamisme que l’on pouvait trouver dans les UV de P6-1 et P6-2, où les sujets et les manipulations sont imposées.
Concernant le projet « Conception et réalisation d’un moteur Stirling », je dirais qu’il y a très peu de points négatifs. En effet, notre enseignant nous a laissé « carte blanche », en
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nous aidant toutefois en cas de problèmes, ou d’interrogations. L’avantage de ce projet en particulier fût, à mon sens, le fait de pouvoir autant travailler sur l’étude théorique que sur la pratique. Certains sujets ne comprennent uniquement que de la recherche documentaire, d’autres uniquement que de la manipulation. Le projet Stirling m’a ainsi permis non seulement de me documenter sur ce moteur, mais également d’en construire un moi-même, à l’aide de seulement quelques matériaux de récupération. Ce fût une expérience à la fois constructive et ludique.
Je dirais que, si je devais refaire mon choix de projet, je reprendrais le moteur Stirling, mais en essayant peut-être de réaliser un moteur plus « complexe », compte tenu des leçons que nous avons pu tirer au cours de ce projet, et notamment en terme de gestion de temps et de répartition des tâches.
Quoi qu’il en soit, ce projet fût une réelle opportunité de pouvoir m’initier à travailler en communauté autour d’un sujet scientifique, ce qui s’apparente un peu au métier d’ingénieur auquel je me destine.
Antoine :
Cette EC a été l’occasion pour moi de réaliser un véritable de groupe, bien qu’un des membres ne se soit pas suffisamment impliqué. J’ai aussi pu découvrir le fonctionnement d’un moteur Stirling et les différents types, bien que le principe soit toujours le même. Ce qui m’a intéressé, ce sont les applications de ces moteurs, comme par exemple le refroidissement de processeurs d’ordinateur.
La partie réalisation fut aussi très instructive. Maxime et moi avions tous les 2 une façon opposée d’aborder le problème. Alors qu’il voulait suivre le plan au détail près, je suis plutôt du genre à faire avec les moyens du bord et d’improviser en fonction de ce que nous avons sous la main. Il me semble que le fait de travailler avec des personnes ne partageant pas forcément votre point de vue est bien plus enrichissant que l’inverse.
Néanmoins, il me semble que l’un des principaux problèmes que nous avons eu est qu’il n’y avait pas de chef de projet. Au final, tout le monde prenait des décisions. Elles n’étaient pas forcément mauvaises, ni même contradictoires, mais sans personne à qui y référer, il était plus difficile de s’organiser efficacement. Ce problème fut réglé vers la fin. Maxime fut le moteur du groupe et c’est lui qui nous motiva et nous organisa tous afin de mener à bien ce projet.
Ludwig :
Pour conclure ce projet, je dirais qu’il fut très intéressant, à plusieurs niveaux. Tout d’abord sur le plan social, il nous a montré ce qu’était un travail de groupe, et que cela n’est pas si aisé, particulièrement quand chaque membre du groupe possède des emplois du temps différents. Il a fallu repartir les tâches, mais progresser ensemble. Bien que Maxime aie naturellement une âme de manager, il nous manquait un vrai leader défini, quelqu’un qui s’occuperait particulièrement de la cohésion et de la progression du groupe.
Par ailleurs, sur le plan scientifique et technique, j’ai trouvé particulièrement intéressant et enrichissant le fait de monter soit même un projet à but scientifique de A à Z. Mr Rello nous à donné carte blanche et nous somme partis de rien pour créer un moteur. Notre seule consigne : « Fabriquer un moteur Stirling ». Mr Rello nous a seulement indiqué de ne pas se lancer dans quelque chose de trop compliqué, et nous a donné quelques conseils sur le moteur Nivea, mais nous as laissé entièrement autonomes. De plus ce type de projet fait intervenir et applique des connaissances vues en cours comme la thermodynamique pour notre cas.
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Pour ma part, voulant faire le département Mécanique, la fabrication d’un montage et l’application de notions de thermodynamique, matière qui m’intéresse beaucoup, fût très enrichissant.
Les leçons à tirer de ce projet ? Monter un projet n’est pas si simple. Il faut pouvoir gérer un groupe, repartir son temps de travail. Par ailleurs, nous avons pu nous rendre compte que la théorie parait souvent bien plus simple que la pratique.
Enfin, concernant mes perspectives personnelles, le moteur Stirling étant un sujet qui m’intrigue (encore un peu et oui !) et m’intéresse, je pense refaire un moteur personnellement chez moi aux grandes vacances. Dans tout les cas, voulant aller en Mécanique, je ne compte pas m’arrêter à ce premier projet scientifique.
Pour terminer, je recommande ce projet à toute personne qui souhaite mettre en pratique des notions de physique qui peuvent paraitre abstraites sur le papier mais qui fonctionne bel et bien en réalité.
Arnaud :
Cette U.V est très innovante car elle permet de travailler en groupe, ce que l'on n'a pas l'habitude de faire ou alors très rarement. Cela nous apprend à nous organiser au sein d'un groupe, notamment à repartir les tâches. De plus le sujet de notre projet de P6-3, réalisation d'un moteur Stirling était très intéressant et concret. Nous avons pu appliquer les connaissances théoriques que l'on a apprises au cours de notre cycle STPI et particulièrement les connaissances de l' U.V P1.
Actuellement utilisé par la NASA ou l'armée le moteur Stirling n'est pas encore très connu mais a de bonnes perspectives pour l'avenir. Ce projet ma donné envie de m'intéresser au développement de ce moteur ainsi qu'à ses applications.
Paul :
Selon moi, la P6-3 a été non seulement un moyen de pouvoir travailler en groupe, mais également de pouvoir étudier et approfondir un sujet scientifique qui me passionne, à savoir la thermodynamique, ici à travers le moteur Stirling. Le fait de se réunir hebdomadairement pour discuter et concevoir notre moteur fût réellement intéressant, bien qu'il fût assez difficile pour moi d'être présent à chaque séance, mon statut de Sportif de Haut Niveau me prenant un temps relativement élevé dans mon emploi du temps. De plus, le fait d'avoir réussi à faire tourner le moteur, même à vitesse réduite, fût satisfaisant, dans la mesure où c'était notre objectif principal de départ. Mais il faut dire aussi que l'UV ne rassemblait pas uniquement de la pratique, mais aussi certaines études théoriques, qui furent tout aussi intéressantes à mener.
Finalement, pour conclure, je dirais que ce projet fût à la fois une aventure humaine avant tout, couplée à une étude et une réalisation scientifique en continuation avec nos cours de thermodynamique des 3 premiers semestres d'INSA.
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5. BIBLIOGRAPHIE
[1] Lien internet : http://www.moteurstirling.com (valide à la date du 18/06/2009).
[2] Lien internet : http://www.photologie.fr (valide à la date du 18/06/2009).
[3] Lien internet : http://pagesperso-orange.fr/doumai/Tachymetre/Tachymetre.htm (valide à la date du 18/06/2009).
[4] Lien internet : http://ecolib.free.fr/textes/energie/Sterling.html (valide à la date du 18/06/2009).
[5] Lien internet : http://www.moteur-stirling.com/modeles.htm (valide à la date du 18/06/2009).
[6] Lien internet : http://www.projetstirling.fr/index.php?option=com_frontpage&Itemid=1 (valide à la date du 18/06/2009).
[7] Lien internet : http://etudiant.univ-mlv.fr/~mduarte/application.html (valide à la date du 18/06/2009).
[8] Lien internet : http://famg.club.fr/Fichiers/MoteurStirling.html (valide à la date du 18/06/2009).
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6. ANNEXES
6.1. Schéma de montage du moteur
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6.2. Nomenclature du montage de mesure de la vitesse
Nomenclature capteur : Résistance Condensateur Circuit Intégré Diode Picots
R1, R6, R7 R2 R3 R4 R5 C1, C2, C3 C4, C5, C6, C7 C8 U1 U2 D1 D2 X0, X5, XS
100k 10k 1k 1M 150 100 uF - 6,3V 4,7 µF - 16V 100 nF LM 393 + support 8B MAX 232 + support 16B Réception Infrarouge Émission Infrarouge Masse, +5V, Sortie.
Nomenclature afficheur : Résistance Condensateur Circuit Intégré Quartz Diode Transistor Transformateur Entretoise Vis Connecteur Picot
R1 à R8 R9 à R12 R13 R14 R15 C1, C2 C3 C4 C5 C6 , C7 C8 U1 à U4 U5 U6 U7 Q1 D1, D2 D3 T1 à T4 TR1 M3 x 10mm M3 x 5 mm X5, XE, X0 XM
180 1.2k 220 100k 10k 12 pF Céramique 220 µF 16V 22 µF 16V 100 nF CMS 1206 100 µF 16V 1 µF LTS 546 + 2 supports 24B ULN2803 + support 18B 16F84 20MHz + support 18B 7805 + Radiateur + vis - écrou 8.192 MHz 1N 4148 pont 1A BC 327 9V - 1.5VA 3 pour fixation de la carte 3 Connecteur 3 broches Masse
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6.3. Schémas électriques et typons du montage de mesure de la vitesse
Schéma électrique du capteur :
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Schéma électrique de l’afficheur :
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Typon et schéma de montage du capteur :
Typon et schéma de montage de l’afficheur :
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6.4. Listings des programmes
Programme utilisé dans le microcontrôleur TIC du montage de mesure de la vitesse :
REM TACHYMETRE.BAS
REM BasicPic
REM Quartz de 8.196MHz, pas de chien de garde, power.. Off.
INCLUDE "C:\BASICPIC\16F84.inc"
BYTE VU,VD,VC,VM,I,J,K
BYTE PER0,PER1,P0,P1,P2,N,F,FD REM Pour la vitesse VU unités, VD dizaines, VC centaines, VM milliers.
BYTE U,D,C,M,AFF REM Pour l'affichage
BYTE NP0,NP1,NP2 REM Nombre de périodes dans 1 seconde.
BYTE V3,V2,V1,V0 REM Nombre représentant la seconde en additionnant les périodes
BYTE w_temp,status_temp
BIT CLOCK porta.4 REM Impulsions en provenance du capteur du moteur
ORG 0x0000 REM Reset Vector
GOTO main
ORG 0x0004 REM Vecteur pour le Timer
GOTO inter
ORG 0x0005
main:
trisb=0x00 REM portb en sortie
trisa=0x10 REM porta en sortie sauf pa4 entrée horloge
Option_reg=11010000b REM Interruption affectée au timer - 500µs si contenu Timer à 0x00 avec quartz 8.192M
intcon.7=1 REM Valide le régime général des interruptions
intcon.5=0 REM Interdit l'interruption Timer
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VU=0:U=0 REM Initialisation des variables vitesse
VD=0:D=0
VC=0:C=0
VM=0:M=0
AFF=0
Début:
intcon.5=1 REM Autorise l'interruption Timer sur le front montant
C0:
IF CLOCK=1 THEN GOTO C0 REM Attente d'un état 0 en provenance du capteur
N=1 REM N nombre de périodes mesurées
C1:
IF CLOCK=0 THEN GOTO C1 REM Attente d'un état 1 en provenance du capteur
TMR0=00 REM RAZ contenu du Timer
intcon.2=0 REM Flag Timer effacé
C5:
IF F=1 THEN REM Si F=1 on sort d'une interruption. Il faut ajouter 250 µs à la période
F=0 REM Remettre le Flag à 0
P0=P0+1 REM Ajout de 250 µs
IF P0=100 THEN P0=0:P1=P1+1 REM Une centaine de moins pour PO, une centaine de plus pour P1
END IF
IF CLOCK=1 THEN GOTO C5 REM On recommence tant que le capteur communique un état 1
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C6:
IF F=1 THEN REM Si F=1 on sort d'une interruption. Il faut ajouter 250 µs à la période
F=0 REM Remettre le Flag à 0
P0=P0+1 REM Ajout de 250 µs
IF P0=100 THEN P0=0:P1=P1+1 REM Une centaine de moins pour PO, une centaine de plus pour P1
END IF
IF CLOCK=0 THEN GOTO C6 REM On recommence tant que le capteur communique un état 0
IF P1>40 THEN GOTO C7 REM On recommence à mesurer la durée d'un tour tant que la durée < 500ms
N=N+1 REM Nbre de tours pris en compte dans la mesure
GOTO C5
C7:
GOSUB Conv4 REM Vers la conversion du résultat
GOTO Début REM On recommence une mesure
Conv4:
NP0=0:NP1=0:NP2=0 REM RAZ Nombre de périodes
V3=0:V2=0:V1=0:V0=0 REM RAZ Nombre représentant la seconde
Conv9: REM Calcul du nombre de périodes contenues dans 250ms.
V0=V0+P0 REM On additionne autant de fois que nécessaire P0 et P1
V1=V1+P1 REM afin d'obtenir 1 seconde.
IF V0>99 THEN
34
V0=V0-100
V1=V1+1
END IF
IF V1>99 THEN
V1=V1-100
V2=V2+1
END IF
IF V2>99 THEN
V2=V2-100
V3=V3+1
END IF
NP0=NP0+1 REM NP0 et NP1 nombre de périodes durant une seconde
IF NP0=100 THEN
NP0=0
NP1=NP1+1
END IF
IF NP1=100 THEN
NP1=0
NP2=NP2+1
IF NP2>4 THEN NP2=4 REM Ne pas dépasser 10000 trs/mn
END IF
IF V3=N THEN GOTO Conv10 REM N nombre de tours dont on a mesuré la période
GOTO Conv9
Conv10:
P0=0:P1=0:P2=0 REM Multiplication par 24 de la vitesse
Mult0:
IF NP0=0 THEN GOTO Mult1
P0=P0+24
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IF P0>99 THEN
P0=P0-100
P1=P1+1
END IF
IF P1>99 THEN
P1=0
P2=P2+1
END IF
NP0=NP0-1
GOTO Mult0
Mult1:
IF NP1=0 THEN GOTO Mult2
P1=P1+24
IF P1>99 THEN
P1=P1-100
P2=P2+1
END IF
NP1=NP1-1
GOTO Mult1
Mult2:
IF NP2=0 THEN GOTO Div100
P2=P2+24
NP2=NP2-1
GOTO Mult2
DIV100: REM Division par 100 de la vitesse (ce qui revient à une multiplication par 0,12)
FD=0
IF P2=0 THEN REM Si la vitesse est petite, pas de division par 100 du résultat(4 chiffres significatifs)
FD=1 REM Le flag petite vitesse est forcé à 1
GOTO DivF REM On garde P0 et P1 comme chiffres significatif (P2=00)
END IF
P0=P1 REM Grande vitesse. Division par 100. On garde P2 et P1 pour l'affichage
P1=P2
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DivF:
VU=0:VD=0:VC=0:VM=0
Conv1:
IF P0=0 THEN GOTO Conv2 REM Conversion en DCB de P0 et P1
P0=P0-1
VU=VU+1
IF VU=10 THEN
VU=0
VD=VD+1
END IF
IF VD=10 THEN
VD=0
VC=VC+1
END IF
IF VC=10 THEN
VC=0
VM=VM+1
END IF
' IF VM>9 THEN VM=10 REM Pas plus de 9999 trs/mn
GOTO Conv1
Conv2:
IF P1=0 THEN GOTO Conv3
P1=P1-1
VC=VC+1
IF VC=10 THEN
VC=0
VM=VM+1
END IF
IF VM>9 THEN VM=10 REM Pas plus de 9999 trs/mn
GOTO Conv2
Conv3:
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intcon.5=0 REM Inter interdites pendant le swap d'affichage
N=VU:GOSUB Decod:U=N REM Pour affichage des unités
N=VD:GOSUB Decod:D=N REM Pour affichage des dizaines
N=VC:GOSUB Decod:C=N REM Pour affichage des centaines
N=VM:GOSUB Decod:M=N REM Pour affichage des milliers
IF M=0x77 THEN M=0x00 REM Efface le 0 non significatif
IF FD=1 THEN
U=D:D=C:C=M:M=0
D=D OR 0x08 REM Petite vitesse affichage de pt
END IF
IF FD=1 AND VM<3 THEN REM Si vitesse inférieure à 30 trs/mn affichage des tirets
U=0x80:D=0x80
C=0x00:M=0x00
END IF
IF FD=0 AND VM>9 THEN REM Si vitesse supérieure à 9999 trs/mn affichage des tirets
U=0x00:D=0x00
C=0x80:M=0x80
END IF
P0=0:P1=0:P2=0 REM Initialisation des variables pour une nouvelle mesure
TMR0=0 REM Initialisation du contenu du Timer
intcon.2=0 REM Flag timer effacé
RETURN
Decod:
IF N=0 THEN N=0x77
IF N=1 THEN N=0x14
IF N=2 THEN N=0xB3
IF N=3 THEN N=0xB5
IF N=4 THEN N=0xD4
IF N=5 THEN N=0xE5
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IF N=6 THEN N=0xC7
IF N=7 THEN N=0x34
IF N=8 THEN N=0xF7
IF N=9 THEN N=0xF4
Return
inter:
asm movwf w_temp ; Sauvegarde des registre W et STATUS
asm swapf STATUS,0
asm movwf status_temp
AFF=AFF+1
IF AFF=16 THEN AFF=0
IF AFF=0 THEN porta=0x0F:portb=U:porta.0=0
IF AFF=4 THEN porta=0x0F:portb=D:porta.1=0
IF AFF=8 THEN porta=0x0F:portb=C:porta.3=0
IF AFF=12 THEN porta=0x0F:portb=M:porta.2=0
intcon.2=0 REM Prochaine interruption du Timer prise en compte
F=1 REM Forçage du Flag à 1. Indique au programme principal que l'on vient de passer une inter
asm swapf status_temp,0 ; Restitution des registres W et STATUS
asm movwf STATUS
asm swapf w_temp,1
asm swapf w_temp,0
asm retfie
END