rapportpfanidbelkacem 140305043828-phpapp01

29
UNIVERSITÉ CADI AYYAD FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES MARRAKECH عياضلقاضيمعة ا جاقنيات م و التعلوية ال كل مراكشDépartement de Physique Appliquée Filière d’Ingénieurs d’Etat en Systèmes Electriques et Télécommunications (ISET) RAPPORT DE PROJET Conception et réalisation des interfaces de puissances entre le calculateur de bord et les moteurs électriques d'un micro drone et la Gestion de son Alimentation Effectué par : NIDBELKACEM Mouhcine UWASEKURU Gisa Jean De Dieu Sous la direction de : M. ELWARRAKI (FSTG Marrakech) N° 3 Année Universitaire 2012 /2013

Upload: bessem-isitcom

Post on 18-Jul-2015

287 views

Category:

Art & Photos


0 download

TRANSCRIPT

UNIVERSITÉ CADI AYYAD

FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES

MARRAKECH

جامعة القاضي عياض كلية العلوم و التقنيات

مراكش

Département de Physique Appliquée

Filière d’Ingénieurs d’Etat en Systèmes Electriques

et Télécommunications (ISET)

RAPPORT DE PROJET

Conception et réalisation des interfaces de

puissances entre le calculateur de bord et

les moteurs électriques d'un micro drone

et la Gestion de son Alimentation

Effectué par :

NIDBELKACEM Mouhcine

UWASEKURU Gisa Jean De Dieu

Sous la direction de :

M. ELWARRAKI (FSTG Marrakech)

N° 3 Année Universitaire 2012 /2013

Rapport de fin d’année

2

REMERCIEMENT

Avant de présenter ce rapport, nous souhaitons remercier chaleureusement les

personnes qui nous ont aidés à mener à bien nos objectifs pour notre projet.

Nous exprimons notre profonde gratitude à Monsieur M.ELWARRAKI, qui est

à la fois notre encadrant, Chef de la filière ISET et Chef des projets pour sa

disponibilité, son suivi, ses efforts considérables et ses orientations lors du

déroulement de ce projet.

Nous adressons également nos remerciements à M. Doubabi et à M. Achour et

toutes les personnes du laboratoire, pour leurs chaleureux accueils et pour leur aide

considérable.

Nous tenons à remercier aussi tous les membres du jury pour leur bienveillance à

bien vouloir évaluer notre travail.

Rapport de fin d’année

3

LISTE DES FIGURES

Numéro de

la figure

Nom de la figure Page de la

figure

1 Accumulateur NiMH 6

2 Brochage du PIC16F877 8

3 Régulateur 5v 9

4 Montage finale, partie alimentation 11

5 Batterie chargée 12

6 Etat intermédiaire 13

7 Etat critique d la batterie 13

8 Symbole de l’hacheur 14

9 Schéma de principe d’un hacheur dévolteur 15

10 Chronogramme de H 15

11 Chronogramme d’Uc (dévolteur) 15

12 Schéma de principe du survolteur 16

13 Chronogramme d’Uc (survolteur) 16

14 Fonctionnement quatre quadrants 17

15 Etat des interrupteurs de l’hacheur quatre quadrants 17

16 Brochage du L298 19

17 Structure interne du L298 19

18 Montage complet de la partie de puissance 20

19 Schéma complet de simulation 21

20 Signaux d’entrée (jaune) et de sortie (rose), sens direct 22

21 Signaux d’entrée (bleu) et de sortie (vert), sens inverse 22

22 Batterie à l’état critique (Led rouge s’allume) 23

23 Batterie à l’état intermédiaire (Led jaune s’allume) 24

24 Batterie Chargée (Led verte s’allume) 25

LISTE DES TABLEAUX

Numéro du

tableau

Nom du tableau Page du

tableau

1 Logique décrivant le fonctionnement du pont en H 18

2 Fonctionnement du L298 20

Rapport de fin d’année

4

SOMMAIRE

Chapitre I : ALIMENTATION DE LA BATTERIE D’UN MICRODRONE ................... 6 I.Dimensionnement De La Batterie Du Micro Drone : .......................................................... 6

I.1. Définition de la Technologie : ..................................................................................... 6

I.2. La Charge : ................................................................................................................... 6 I.3. Les points forts du NiMH : ............................................... Erreur ! Signet non défini. I.4. La tension de la batterie .................................................... Erreur ! Signet non défini. I.5. Le courant nominal ........................................................... Erreur ! Signet non défini. I.6. Puissance consommée : ................................................................................................ 8

II.Carte d’adaptation de le la tension: .................................................................................... 8

II.1. Choix d’un PIC : le 16F877 : ...................................................................................... 8

II.2. Choix de Régulateurs: ................................................................................................ 9 II.3. Programmation et configuration de l’ADC: ............................................................. 10 II.4. Programmation et Configuration du LCD : ............................................................. 10 II.5. Montage final et solution retenue: ............................................................................ 11

II.6. Algorithme du programme du Pic : .......................................................................... 11 II.7. Différentes Situations Rencontrées lors de la Simulation : ...................................... 12

Chapitre II : CONCEPTION ET REALISATION DES INTERFACES DE

PUISSANCES ENTRE LE CALCULATEUR DE BORD ET LES MOTEURS

ELECTRIQUES ..................................................................................................................... 13

I.INTRODUCTION .................................................................................................. 14 II.PRINCIPE ........................................................................................................................ 14 III.ETUDE DE L’HACHEUR ............................................................................................. 14

III.1. Définition ................................................................................................................ 14 III.2. Les types de l’hacheur ............................................................................................. 14

III.3. Technologie des interrupteurs ................................................................................. 16 IV. HACHEUR QUATRE QUADRANTS ........................................................................ 17

IV.1. Fonctionnement quatre quadrants ........................................................................... 17

IV.2. La carte de puissance. ............................................................................................. 17 V.LE ETAGE DE PUISSANCE ................................................. Erreur ! Signet non défini.

V.1.Définition ................................................................................................................... 18 V.2. Diagramme bloque du L298 ..................................................................................... 19 V.3. Le modèle utilisé ...................................................................................................... 20

VI.SIMULATION ................................................................................................................ 21

Chapitre III. REALISATION ............................................................................................... 23 I.MATERIELS UTILISES ................................................................................................... 23

II.Résultat de la réalisation : ................................................................................................. 23

CONCLUSION ........................................................................................................................ 26 LA BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................. 27 ANNEXE ................................................................................................................................. 28

Rapport de fin d’année

5

INTRODUCTION

La réalisation d'un micro drone nécessite la réalisation de plusieurs parties fonctionnelles

indispensables au bon fonctionnement de ce robot. Dans ce rapport on se concentrera sur

l’étude de la carte d’alimentation et de l’interface de puissance entre le calculateur de bord(le

microcontrôleur) et les moteurs électriques (moteur à courant continu). Ce rapport est

subdivisé en trois grandes parties :

La première partie se focalise sur l’étude de la carte d’alimentation. En effet cette partie

ne doit pas être négligée car une mauvaise alimentation entraine bien des conséquences non

souhaitables. On s’attache alors à présenter les étapes que nous avons suivi pour

dimensionner la batterie , à adapter la tension avec les différentes charges et à contrôler le

niveau de charge de la batterie afin d’informer l’utilisateur du micro drone du niveau de la

puissance dans la batterie.

La deuxième partie concerne l’étude de l’interface de puissance entre le microcontrôleur

(le calculateur) et les moteurs électriques. L’interface de puissance étudiée est un variateur de

vitesse pour un moteur à courant continu(MCC), son rôle est de faire amplifier la sortie du

calculateur et de varier la vitesse du moteur. En effet un signal continu (Pulse Width

Modulation : le PWM) bien avant synthétisé par le calculateur sera amplifié par un circuit de

puissance afin d’alimenter le MCC. Cette partie se concentre alors sur l’étude et le choix de ce

circuit de puissance qui permettrait de faire varier la vitesse du moteur et ainsi le faire tourner

dans les deux sens.

Dans la troisième partie, nous présentons une réalisation concernant la gestion de

l’alimentation.

Rapport de fin d’année

6

Chapitre I : ALIMENTATION EN PUISSANCE D’UN MICRODRONE

I. DIMENSIONNEMENT DE LA BATTERIE DU MICRO DRONE

Il est recommandé de déterminer les caractéristiques chimiques et électriques de la

batterie qui va servir comme alimentation du Quadri rotor.

I.1. Définition de la Technologie

Fig.1 Accumulateur NiMH

I.2. La Charge

Il est recommandé en pratique d'utiliser un chargeur qui détecte automatiquement la fin

de charge. Pour les chargeurs non équipés de détection de température, la détection n'est

fiable que pour une charge rapide, soit de l'ordre de C/1h ou même de C/15min [8] .

Les caractéristiques d’un chargeur sont :

1. Temps de charge (rapide t < 1 h, normal 14 h ou combiné).

2. Détection de fin de charge par (δv/δt) < 0, ou par le point d'inflexion

(δ²v/δt²) = 0 (valable uniquement pour les charges rapides).

3. Surveillance de la température de l'accumulateur.

4. Temporisation de sécurité.

5. Détection des accumulateurs défectueux.

6. Cycle de décharge puis de charge.

Lors de la conception de notre projet

nous avons choisi de travailler avec la

technologie du Nickel-hydrure métallique ou

NiMH qui représente un type d’accumulateur

électrique rechargeable utilisant l’hydrure

métallique [8] .

Rapport de fin d’année

7

Contient beaucoup plus d'énergie

que le nickel-cadmium

Peu sensible à l'effet mémoire

Simple à stocker et à transporter

Ne contient pas de cadmium

(élément toxique)

I.4. La tension de la batterie

On sait que la tension maximale dans le quadri rotor est de 5V, donc la tension nominale de

la batterie doit être supérieure à 5V. On sait que La tension nominale d’un élément NiMH est de

1,2V.

On en déduit que cette batterie doit être constituée de 8 éléments de NiMH donc

La tension nominale de la batterie est :

I.5. Le courant nominal :

D’après la plaque signalétique de la batterie utilisée on peut voir que le courant

Nominal est :

Notre quadri rotor est constituée de 5 éléments principaux:

4 moteurs électriques (mcc)

Autres composants (microcontroleurs, capteurs, recepteurs)

Un=8*1,2=9,6V

In = 1350mA

Rapport de fin d’année

8

I.6. Puissance consommée

Tout d’abord il faut savoir les puissances maximales consommées par chaque

équipement du micro drone à savoir qu’on va utiliser 4 batteries en parallèle ce qui veut dire

que la tension nominale reste la même : Un=9.6V

Alors que le courant nominal résultant sera égal bien évidemment à :

In = 4*1.35 = 5.4 A

On en déduit :

Puissances absorbées par les moteurs= (5V.1A).4=20W

Puissances absorbées par les autres équipements =1.4A.5V=7W

II. CARTE D’ADAPTATION DE LE LA TENSION

II.1. Choix d’un PIC : le 16F877

Dans notre projet nous avons choisi de travailler avec le PIC16F877A c’est un type de

microcontrôleur de la série « Midrange », qui se prête particulièrement bien à la

programmation en C. Les PIC de la série inférieure sont un peu justes en performance et en

capacité mémoire pour accueillir un programme issu d’un compilateur C ; mieux vaut les

programmer en assembleur. Les gammes supérieures (16 ou 32 bits) supportent sans

problème la programmation en C, mais comme ils sont des circuits plus complexes (et plus

chers), Le 16F877 (F comme « Flash ») semble le meilleur pour notre projet en terme de :

mémoire programme de taille suffisante (8K), nombreux périphériques intégrés et fréquence

de fonctionnement jusqu’à 20 MHz. Le brochage du pic16F877 est représenté sur la figure 2

[3].

Fig.2.Brochage du PIC16F877

Rapport de fin d’année

9

II.2. Choix de Régulateurs

Puisque la tension de fonctionnement du PIC, selon la fiche technique varie entre 2 à

5V, il faut choisir un régulateur qui va adapter la tension de la batterie à celle qu’on ne

peut pas dépasser aux bornes du microcontrôleur.

Dans notre cas on va essayer de travailler avec le circuit LM317S pour avoir une

tension variable en agissant seulement sur les valeurs des résistances pour choisir la

tension désirée.

Fig.3 Régulateur 5V

L’objectif de notre projet c’est la détection des différents niveaux de fonctionnement

de la batterie afin de permettre à l’utilisateur de savoir quand la batterie est chargée,

moyennement chargée ou lorsqu’elle est déchargée.

Pour se faire on va établir un programme en langage C qui permet de calculer pour

n’importe quelle valeur de la tension appliquée à l’entrée, sa puissance correspondante tout

en faisant l’image en courant de cette tension qui vient de l’alimentation et l’afficher sur un

Afficheur LCD.

Pour réaliser cette solution, le PIC16F877 permettra de contrôler la tension et le

courant de la batterie à travers le convertisseur analogique numérique interne du PIC

(ADC).

Rapport de fin d’année

10

Cette solution est établie sur 3 étapes

II.3. Programmation et configuration de l’ADC

Pour programmer l’ADC, il est nécessaire de passer par les 5 étapes suivantes (A, B, C,

D, E) [10]:

II.4. Programmation et Configuration du LCD

Pour visualiser un caractère, il suffit de le positionner sur le bus de données (codé en

ASCII), de mettre RS au niveau haut (caractère), R/W au niveau bas (écriture), et de

provoquer un front descendant sur l'entrée de validation de l'afficheur (E).

Après chaque action sur l'afficheur, il faut vérifier que celui-ci est en mesure de traiter

l'information suivante. Pour cela il faut aller lire l'adresse de la position du curseur (RS=0,

Rapport de fin d’année

11

R/W=1) et tester l'indicateur flag "Busy" (BF). Lorsque BF=1 l'affichage est en cours et

lorsque BF=0, l'affichage est terminé.

Si l'on tente d'écrire des données ou d'envoyer une commande à l'afficheur pendant que ce

dernier est en cours de traitement des données ou d'une commande précédente, le système

peut se planter, l'affichage s'affole et les deux circuits intégrés voient leurs températures

entrain de s’augmenter brutalement.

Avant cette procédure d'écriture, il faut tout d'abord initialiser l'afficheur de façon à définir

son mode de fonctionnement (dialogue en 4 ou 8 bits, sens de déplacement, visualisation du

curseur) [10].

II.5. Montage final et solution retenue

L'entrée AN1 du PIC reçoit la tension de la batterie, atténuée avec un rapport de

0.5208 par le pont diviseur constitué de R4 et R5, ce qui signifie qu'une tension de la batterie

de 9.6V se traduit par une tension mesurée de 5V.

L’entrée AN0 reçoit l’image du courant converti en tension à travers une résistance.

Nous avons utilisé deux diodes Zener (D4) et (D5) de 5V crête pour tout

dépassement qui pourrait se produire pour diverses raisons (surtension ou une surintensité).

Pour la partie Affichage, le LCD est lié avec le PORTB, les 3 LEDs sont directement liées

aux 3 bornes (RD0-RD1-RD2) du PORTD. Le PORTC sera dédié pour générer les signaux

PWM, RD6 et RD7 seront configurés comme entrées commandés par 2 Switch pour faire

tourner le moteur dans les 2 sens.

Fig.4 Montage de la simulation finale, partie alimentation

Rapport de fin d’année

12

II.6. Algorithme du programme du Pic

Les différentes fonctions dont on aura besoin dans le programme principal (Voir

Annexe) sont les suivantes :

Affichage sur LCD :

Lcd_Init(); Initiation du LCD

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Effacement du LCD

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);Déplacement du curseur

Lecture du résultat de conversion analogique numérique :

ADC_Read(0); Procédure qui permet de lire en une seule ligne de code la valeur

de l’image du courant qui signifie en même temps la puissance fournie par la

batterie, et de le convertir en une valeur numérique.

ADC_Read(1); Procédure qui permet de lire en une seule ligne de code la valeur

d’une tension analogique et de la convertir en une valeur numérique.

II.7. Différentes Situations Rencontrées lors de la Simulation :

Dans la pratique la grandeur qui varie lors de l’utilisation d’une batterie c’est sa

capacité et vu que dans la simulation sur ISIS on ne peut agir que sur la tension de la batterie

variant entre [0V – 9.6V] donc on essayer de varier cette tension afin de vérifier notre

programme et d’une part, et d’autre part de voir les différents cas possibles :

Si la tension est comprise entre [9.15 V – 9.6V]

Pour une tension = 9.20V Niveau de Puissance sera à 95%

Une LED Verte s’allume montrant que la batterie est encore chargée.

Fig.5 Batterie chargée

Rapport de fin d’année

13

Si la tension est comprise entre [8.55 V – 9.15V]

Pour une tension = 8.60V Niveau de Puissance sera à 89%

Une LED Orange s’allume montrant que la batterie est encore chargée.

Fig.6 Etat intermédiaire

Si la tension est inférieure à 9.15 V :

Pour une tension = 7.50V Niveau de Puissance sera à 78%

Une LED Rouge s’allume montrant que la batterie a atteint le niveau critique et il faut la

recharger.

Fig.7 Etat critique de la batterie

Rapport de fin d’année

14

Chapitre II : CONCEPTION ET REALISATION DES INTERFACES DE

PUISSANCES ENTRE LE CALCULATEUR DE BORD ET LE MOTEUR

ELECTRIQUE

I. INTRODUCTION

Cette deuxième partie de notre projet consiste à concevoir et à réaliser les interfaces de

puissances entre le calculateur de bord et le moteur électrique. Pour cela, nous allons réaliser

un variateur de vitesse pour le moteur à courant continu basé sur le principe de la modulation

de largeur d’impulsion MLI dite aussi PWM (pulse width modulation) et commandé par un

microcontrôleur PIC16F877.

II. PRINCIPE

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut faire varier la tension

d'alimentation à ses bornes mais dans ce cas une partie importante de l'énergie est consommée

par le dispositif d’alimentation. C’est pourquoi nous préférons d'alimenter de façon

discontinue avec un hacheur , un circuit de puissance permettant non seulement de convertir

une tension continue en une tension continue variable mais aussi de l’amplifier selon

l’application, et faire ainsi varier la tension moyenne à ses bornes. On parle alors de

Modulation par Largeur d'impulsions (MLI).

III. ETUDE DE L’HACHEUR

III.1. Définition

Un hacheur peut être réalisé à l’aide d’interrupteurs électroniques commandables à

l’ouverture et à la fermeture tels que les thyristors GTO ou les transistors bipolaires ou à effet

de champs à grille isolée [9].

Fig. 8: Symbole de l’hacheur

III.2. Les types de l’hacheur

III.2.1. Hacheur « dévolteur » ou hacheur « série »

Il est appelé hacheur série car l’élément commandé est placé en série avec la source.

Le schéma de principe d’un hacheur « abaisseur de tension » ou « dévolteur » est représenté

dans la figure 2

H est un interrupteur commandé et D une diode qui permet de transférer de la

puissance de la source à la charge [1].

Rapport de fin d’année

15

Fig. 9: Schéma de principe d’un hacheur dévolteur

Supposons que l’on ait pour H le chronogramme suivant (par un choix arbitraire de l’origine

des temps) :

Fig. 10 : Chronogramme de H

H est commandé périodiquement par un signal tel que :

H est fermé pour 0<t< αT

H est ouvert pour αT<t<T

On obtient pour la tension aux bornes de la charge le chronogramme suivant :

Fig 11 : chronogramme de Uc (dévolteur)

Alors la valeur moyenne de la tension de sortie :

< Uc >= α<Us> , 0< α<1

Donc on remarque que la valeur moyenne de Uc peut être ajustée en jouant sur la

valeur de α donc sur la commande de H.

Quelque soit la nature de la charge on aura : Uc = α<Us >, donc l’hacheur série est

bien un abaisseur de tension « dévolteur ».

III.2.2. Hacheur « survolteur » ou hacheur «parallèle » :

Il est appelé hacheur parallèle car l’élément commandé est placé en parallèle avec la

source.

Rapport de fin d’année

16

Le schéma de principe d’un hacheur « élévateur de tension » ou « survolteur » est

représente dans la figure 12.

.

Fig. 12 : Schéma de principe du survolteur.

On obtient pour la tension aux bornes de la source le chronogramme suivant :

Fig. 13 : Chronogramme de Uc (survolteur)

Ce qui donne pour la valeur moyenne Uc: Uc=<Us>/ α)

Donc l’hacheur parallèle est bien un élévateur de tension « survolteur ».

Il existe bien évidement d’autres types de hacheur comme le hacheur survolteur-

dévolteur...

III.3. Technologie des interrupteurs

Les « interrupteurs » que l’on rencontre dans l’hacheur sont des semi-conducteurs

utilisés en régime de commutation. L’état de l’interrupteur, fermé ou ouvert, peut souvent être

commandé grâce à un signal adéquat appliqué à une électrode de commande.

La conduction est le plus souvent unidirectionnelle, c'est-à-dire que l’interrupteur ne peut

laisser passer le courant que dans un seul sens (sous peine de détérioration du composant).Ils

peuvent être des transistors bipolaires, des MOSFET, des IGBT ou des thyristors….[9].

Rapport de fin d’année

17

IV. HACHEUR QUATRE QUADRANTS

IV.1. Fonctionnement quatre quadrants

Nous allons étudier un convertisseur qui assure non seulement la réversibilité en

courant, mais également la réversibilité en tension. Il s’agit alors de définir une structure qui

permet de travailler dans les quatre quadrants. Voir figure 14 [9].

Fig.14. Fonctionnement quatre quadrants

IV.2. La carte de puissance.

La carte de puissance joue le rôle d'une carte d'interface entre la carte de commande

(le microcontrôleur) et la partie motrice (le moteur) comportant des composants mécaniques,

elle nous permet de commander les moteurs à courant continu suivant les ordres fournis par la

carte de commande.

Notre carte de puissance est composée de quatre ponts en H, ce dernier est constitué de

quatre transistors qui travaillent comme des interrupteurs et permettent d'obtenir quatre états

selon la façon dont ils sont commandés, ce principe est représenté par la figure 15 [8].

Fig. 15: Fonctionnement d’un Pont H.

Cas 1: La roue est libre, tous les interrupteurs sont commandés ouverts (T1, T2, T3 et

T4 ouverts), aucune tension n'est appliquée au moteur : il est déconnecté.

Rapport de fin d’année

18

Cas 2: La marche avant(Sens1), deux interrupteurs sont commandés fermés et deux

autres ouverts (T1 et T4 fermés et T2 et T3 ouvert), on applique au moteur la tension de la

batterie.

Cas 3: La marche arrière(Sens2), deux interrupteurs sont commandés fermés et deux

autres ouverts (T2 et T3 fermés et T1 et T4 ouverts), mais, à l'inverse du cas précédent, on

applique au moteur la tension de la batterie, avec une polarité inverse.

Cas 4 : Le frein, deux interrupteurs de la même polarité du pont en H sont commandés

fermés (T1, T2, T3 et T4), les pôles du moteur sont court-circuités, ce qui freine le moteur.

Cet état est rarement utilisé. (Cas non représenté sur la figure).

Un pont en H est donc simplement un interrupteur qui relie la batterie au moteur. Cet

interrupteur est généralement commandé par deux entrées logiques : In1 et In2.

Tableau.1.Logique décrivant le fonctionnement du pont en H

In1 In2 Moteur

0 0 Arrêt

0 1 Sens1

1 0 Sens2

1 1 Arrêt

Dans ce projet, nous ne connectons pas directement le moteur à l’alimentation via le

Pont H car cela provoquerait d’une part une consommation importante de l’énergie, d’autre

part le Pont H constitué généralement de quatre transistors de rapport cyclique différent, ceci

provoque un retard du signal de sortie. C’est ainsi que l’utilisation du circuit de puissance

intégrant deux Pont H de même rapport cyclique et qui amplifie le signal d’entrée semble le

plus convenable pour notre projet.

V. ETAGE DE PUISSANCE

V.1.Définition

L’étage de puissance (driver) utilisé est un circuit intégré L298 pour les moteurs à courant

continu. Ce circuit offre un double pont en H pour former une interface avec microcontrôleur.

Le L298N se décline dans un boîtier Multi watt à 15 pins schématisé dans la figure 17 [6]

Rapport de fin d’année

19

Fig.16. Brochage du L298

V.2. Diagramme bloque du L298

Fig.17.Structure interne du L29

Les caractéristiques du circuit intégré L298 sont les suivantes :

Intensité maximale : 2A par pont ;

Alimentation de puissance de 5.5V à 50V ;

Type de boîtier : Multiwatt15 ;

Dissipation puissance totale : 25w ;

Trois entrées par pont : In1, In2 et ENABLE fonctionnant comme suit :

Rapport de fin d’année

20

Tableau 2.Fonctionnement du L298

Entrées Sorties Fonction

ENA = 1 In1=1 ; In2=0 Out1=1 ; Out2=0 La marche avant

In1=0 ; In2=1 Out1=0 ; Out2=1 La marche arrière

In1=In2 Out1=1 ; Out2=1 ou

Out1=0 ; Out2=0

Le frein

ENA=0 In1=X ; In2=X Rien Pas de rotation

V.3. Le modèle utilisé

Fig.18.Montage complet de la partie de puissance.

L'interface utilisée entre la commande (sortie du microcontrôleur) et la puissance (entrée

du moteur) se base sur le circuit intégré de puissance L298. La sortie du microcontrôleur (le

signal PWM) est reçue et amplifié par le L298. C’est la sortie du L298 qui est utilisée pour

alimenter la MCC. Pour changer le sens de rotation du moteur, il suffira de fermer ou ouvrir

les switchs SW3 et SW4 selon les besoins comme le montre la table de vérité, tableau 2. La

vitesse de rotation du moteur varie selon la puissance de la batterie, selon qu’elle chargée ou

pas en d’autre terme selon le rapport cyclique du PWM puisque, il est définit par le niveau de

la batterie.

Rapport de fin d’année

21

VI. SIMULATION

Pour faire la simulation de notre conception à l’interface de puissance déjà proposé qui

est bien un hacheur quatre quadrants. Nous avons fait la simulation sur ISIS afin de pouvoir

relier la partie alimentation avec la partie de puissance. Pour cela nous avons fait intégrer le

programme qui concerne la partie puissance dans celui de l’alimentation. Au niveau du pic

16F877A, nous avons utilisé le port D pour gérer la partie puissance.

Fig.19. Schéma complet de simulation.

Rapport de fin d’année

22

Fig.20. Signaux d’entrée (jaune) et de sortie (rose), le moteur tourne en sens direct.

- Amplitude du signal d’entrée=2.5*2=5v,

-Amplitude du signal de sortie=6*2=12v

On remarque que le signal est bien amplifié.

Fig.21. Signaux d’entrée (bleu) et de sortie (vert), le moteur tourne dans le sens inverse.

De même -Amplitude du signal d’entrée=2.5*2=5v,

-Amplitude du signal de sortie=6*2=12v.

On remarque que le signal est bien amplifié.

Ainsi, nous avons réalisé une interface de puissance entre le calculateur (le microcontrôleur) et

le moteur courant continu.

Rapport de fin d’année

23

Chapitre III. REALISATION

I. MATERIELS UTILISE

Pour la réalisation de notre projet nous aurons besoin des composants suivants :

PIC16F877A.

Potentiomètre 1K.

Quartz 4MHz.

2 capacités de 20pF.

3 Leds (Verte-Jaune-Rouge).

Afficheur LCD (ECM1602A).

3 Résistances 50.

1 Résistance 100.

Les fils.

Générateur de tension.

II. Résultat de la réalisation :

Lors de la mise en énergie nous avons rencontré les situations suivantes :

Fig.22.Batterie à l’état critique (Led rouge s’allume)

Rapport de fin d’année

24

Fig.23.Batterie à l’état intermédiaire (Led jaune s’allume)

Rapport de fin d’année

25

Fig.24.Batterie chargée (Led verte s’allume)

Rapport de fin d’année

26

CONCLUSION

Au cours de ce projet, nous avons procédé à l’étude de la carte d’alimentation (la batterie,

les régulateurs de tension et les éléments qui vont nous aider à visualiser le niveau de la

batterie comme le PIC et le LCD) et de l’interface de puissance entre le microcontrôleur et

les quatre moteurs électriques du micro drone.

Pour ce faire nous avons conçu un schéma électronique traduisant notre cahier des

charges tout en commençant par le développement d’un programme permettant de gérer les

différents niveaux de la batterie et de générer un signal PWM qui a servi comme outil

important dans la deuxième partie de ce projet. Ce signal a été reçu et amplifié par un circuit

de puissance afin d’alimenter le MCC ; permettant ainsi de varier la vitesse du moteur et sa

rotation dans les deux sens.

Après différentes simulations à l’aide du logiciel Isis, nous sommes passés à la

réalisation ; Malgré les difficultés rencontrées nous avons pu réaliser la partie gérant

l’alimentation de la batterie mais suite à non disponibilté du matériel et la contrainte du temps

nous n’avons pas pu réaliser la partie concernant l’interface de puissance.

En dépit des problèmes rencontrés, ce projet nous a permis d’enrichir les connaissances

théoriques acquises au sein de la faculté et de toucher à la réalité de la vie professionnelle

ainsi de chercher des solutions pratiques aux problématiques rencontrées

Rapport de fin d’année

27

LA BIBLIOGRAPHIE

Les livres consultés :

[1]. Luc LASNE : Professeur agrégé à l’Université de Bordeaux 1, DUNOD. Rappel

de cours, exercices et problèmes d’électrotechnique.

[2] Christophe François : Professeur agrégé de génie électrique en TS1 et TS2 au lycée Louis

Rascol d’Albi, Ingénieur de l’Ecole Supérieure de l’électricité et de l’Ecole Centrale de

Nantes.

Liens :

[3] www.technologuepro.com

[4] www.technologuepro.com/montages-electroniques/variateur-vitesse-moteur-16.html

[5]www.memoireonline.com/10/08/1600/m_mise-en-oeuvre-partie-perception-d-un-

robot9.html

[6] www.robosapiensindia.com/resources/L298.pdf

www.robot-maker.com/index.php/blog/11/entry-11-schema-de-principe-de-la-carte-de-

puissance/

[7] fr.farnell.com/national-semiconductor/lmd18200t/pont-3a-55v/dp/9488030

[8] fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_H

Anciens rapports :

[9] Conception et réalisation des interfaces de puissances entre le calculateur de bord et les

moteurs électriques d'un micro drone.

[10] Réalisation et gestion de l’alimentation du micro drone.

Rapport de fin d’année

28

ANNEXE Le programme utilisé

#include <built_in.h>

// LCD module connections

sbit LCD_RS at RB4_bit;

sbit LCD_EN at RB5_bit;

sbit LCD_D4 at RB0_bit;

sbit LCD_D5 at RB1_bit;

sbit LCD_D6 at RB2_bit;

sbit LCD_D7 at RB3_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;

sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;

sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit;

sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;

sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;

sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;

// End LCD module connections

void main() {

unsigned short current_duty; // Déclaration

des variables utilisées

float c;

float i;

float v;

float x;

int u;

float y;

float a;

int b;

int unit;

int diz;

int diz1;

int f1;

int unit1;

CCP1CON=0; // Activation du signal PWM1 ;

CCP2CON=0;// // Activation du signal PWM2 ;

ADCON1 = 0x00;

TRISA3_bit = 1;

TRISA2_bit = 1;

TRISC = 0; //Déclaration du PORTC comme sortie

PORTC = 0; // Initialisation duPORTC;

TRISB = 0;

TRISD6_bit=1;

TRISD7_bit=1;

TRISD0_bit=0;

TRISD1_bit=0;

TRISD2_bit=0;

adc_init();

a= ADC_Read(0);

a= ADC_Read(0);

if ( a >=972 ){

PORTD= 0x01;

}

else if ( a>=910 & a <972 ) {

PORTD= 0x02;

}

else {

PORTD=0X00;

delay_ms(10);

PORTD= 0x04;

}

Lcd_Init();

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear

display

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

PWM1_Init(5000); //

Initialisation du 1er signal PWM1;

PWM2_Init(5000); //

Initialisation du 2ème signal PWM2;

PWM1_Start(); // Génération

du 1er signal PWM1;

PWM2_Start(); // Génération

du 2éme signal PWM2;

while(1){

a= ADC_Read(0);

if ( a >=972 ){

PORTD= 0x01;

Rapport de fin d’année

29

}

else if ( a>=910 & a <972 ) {

PORTD= 0x02;

}

else {

PORTD=0X00;

delay_ms(10);

PORTD= 0x04;

}

v= ADC_Read(1); // lecture du

pin RA1;

x=5*v/1023;

current_duty =x*255/5; //

Conversion da la valeur lue;

if(PORTD.F6==1 & PORTD.F7==0){ //

Faire tourner le moteur dans le 1er sens si le switch

est à 1 0;

PWM1_Set_Duty(current_duty);

PWM2_Set_Duty(0);

}

else if(PORTD.F6==0 & PORTD.F7==0){ //

Arreter le moteur si le switch est à 0 0;

PWM2_Set_Duty(0);

PWM1_Set_Duty(0);

}

else if(PORTD.F6==1 & PORTD.F7==1){ //

Arreter le moteur si le switch est à 1 1;

PWM2_Set_Duty(0);

PWM1_Set_Duty(0);

}

else if(PORTD.F6==0 & PORTD.F7==1) { //

Faire tourner le moteur dans le 2ème sens si le

switch est à 0 1 ou 1 1;

PWM2_Set_Duty(current_duty);

PWM1_Set_Duty(0);

}

x=(9.7)*v/1023;

u=x*10;

unit= (u % 10) ;

diz=(u/10)% 10;

y=1*a/1023;

b=y*100;

unit1= (b % 10) ;

diz1=(b/10)% 10;

f1=(b/100)% 10;

Lcd_Chr(1, 1,'P');

Lcd_Chr(1, 2,'u');

Lcd_Chr(1, 3,'i');

Lcd_Chr(1, 4,'s');

Lcd_Chr(1, 5,'s');

Lcd_Chr(1, 6,'a');

Lcd_Chr(1, 7,'n');

Lcd_Chr(1, 8,'c');

Lcd_Chr(1, 9,'e');

Lcd_Chr(1, 10,':');

Lcd_Chr(1, 12, f1+48);

Lcd_Chr(1, 13,diz1+48);

Lcd_Chr(1, 14, unit1+48);

Lcd_Chr(1, 15,'%');

} }