SUIVEURS SOLAIRES
IV.7. Composants électroniques utilisés
Avant d’entamer la simulation et la réalisation du suiveur, commençons tout d’abord par le choix des différents systèmes utilisés pour réaliser la carte de commande et de puissance.
IV.7.1. Pont en H
Vu que le suiveur tourne dans deux sens, on utilise alors un pont en H. Il tient son nom de la forme en H du circuit autour du moteur, voir Figure IV.11 : son rôle est
-Commander le sens de rotation d’un moteur (à courant continu ou pas à pas) - Inverser la polarité.
-Varier la vitesse du moteur.
Figure IV.11: pont en H
Les interrupteurs fonctionnent deux par deux. Le A est associé au D et le B est associé au C. Dans le schéma Figure IV.11, le moteur est à l’arrêt car tous les interrupteurs sont ouverts.
Université Djilali Liabes-SBA Page | 82 Sur le schéma Figure IV.12 de gauche : les interrupteurs A et D sont fermés. Le courant entre par la patte gauche du moteur et sort par sa droite. Le moteur tourne.
Sur le schéma de droite : les interrupteurs B et C sont fermés. Le courant entre par la patte droite du moteur et sort par sa gauche. Le moteur tourne donc dans le sens inverse !
Figure IV.12: Sens du courant en fonction de l’état des interrupteurs
On peut aussi associer le A au C et le B au D.
Lorsqu’un moteur est en roue libre Figure IV.13 (c’est-à-dire qu’il tourne à cause de sa force d’inertie mais pas à cause du courant), il génère un courant, ce courant peut être utilisé dans le pont en H comme frein électromagnétique. Le moteur s'envoie son propre courant à l'envers ! Ça permet de contrôler l'arrêt du moteur plutôt que de le laisser en roue libre.
Figure IV.13 : Frein électromagnétique créé par l'inertie du moteur
Remarque : Si tous les interrupteurs A, B, C, D ou A et B, ou C et D sont fermés il
se produit un court-circuit. En revanche, il faut les protéger des retours de tensions avec des diodes placées aux bons endroits comme montré sur le schéma de la figure IV.14:
Université Djilali Liabes-SBA Page | 83
Figure IV.14:Pont en H avec transistors NPN, diodes
IV.7.2. Capteur LDR
Le suiveur envisagé suit le soleil. Des photorésistances type LDR sont utilisées
dans ce cadre. Une photorésistance (également appelée résistance
photo-dépendante ou cellule photoconductrice) est un composant électronique dont
la résistivité varie en fonction de la quantité de lumière incidente : plus elle est éclairée, plus sa résistivité baisse voir figure IV.15.
Figure IV.15: Caractéristiques du capteur LDR
Certains composés, à l'instar du sulfure de cadmium (SCd,) possèdent la particularité physique d’avoir une résistance qui varie en fonction de l'éclairement reçu. La résistance vérifie les lois suivantes :
R =L/
σ A,
(IV.1)R = α.E
-γ (IV.2) 1 . L . R et R E A
(IV.3)Université Djilali Liabes-SBA Page | 84 Avec : R : la résistance du matériau
: la conductivité du matériau qui dépend de l'éclairement reçu
L : la largeur de la bande du semi-conducteur photosensible
A : la surface de la bande du semi-conducteur photosensible
E : l'éclairement
α
: constante dépendant du matériau, de la température et du spectre durayonnement
: constante généralement comprise entre 0.5 et 1. Or, la grandeur mesurée dans
le cas d'une photorésistance est le courant de sortie.
Il vérifie la loi d’Ohm U=RI d'où : I .A.U L
(IV.4)
Afin d'optimiser le capteur et que le courant I soit assez important pour être mesuré, la surface A d'exposition du semi-conducteur doit être grande vis-à-vis de sa largeur de bande. Pour cette raison le semi-conducteur est disposé en "serpentin" voir figure IV.16.
Figure IV.16: Caractéristiques du capteur LDR
IV.7.3. Microcontrôleur PIC pour circuit de commande
Afin de simplifier le circuit de commande on se base sur un microcontrôleur. C’est un ordinateur monté dans un circuit intégré (en notation abrégée µc ou encore MCU en anglais).
Les avancées technologiques en matière d’intégration, ont permis d’implanter sur une puce de silicium de quelques millimètres carrés la totalité des composants qui
Université Djilali Liabes-SBA Page | 85 forment la structure de base d’un ordinateur. On peut décomposer la structure interne d’un microcontrôleur en trois parties voir figure IV.17 :
-Les mémoires
-Le processeur
-Les périphériques
Les mémoires sont chargées de stocker le programme qui sera exécuté ainsi que
les données nécessaires et les résultats obtenus.
Le processeur est le cœur du système puisqu’il est chargé d’interpréter les instructions du programme en cours d’exécution et de réaliser les opérations qu’elles contiennent.
Au sein du processeur, l’unité arithmétique et logique interprète, traduit et exécute les instructions de calcul.
Les périphériques ont pour tâche de connecter le processeur avec le monde
extérieur dans les deux sens. Soit le processeur fournit des informations vers l’extérieur (périphérique de sortie), soit il en reçoit (périphérique d’entrée). Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d'intégration, une plus faible consommation électrique, une vitesse de fonctionnement plus faible (de quelques mégahertz à plus d'un gigahertz) et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels.
Les microcontrôleurs permettent de diminuer la taille, la consommation électrique et le coût des produits. Ils ont ainsi permis de démocratiser l'utilisation de l'informatique dans un grand nombre de produits et de procédés.
IV.7.4. Identification des Pics
Le nom PIC n'est pas officiellement un acronyme, bien que la traduction en « contrôleur d'interface périphérique » soit généralement admise. Cependant, à l'époque du développement du PIC1650 par General Instrument, PIC était un acronyme de « Programmable Intelligent Computer » ou « Programmable Integrated Circuit
Université Djilali Liabes-SBA Page | 86 Un PIC est généralement identifié par une référence de la forme suivante : xx(L)
XX yy- zz voir tableau IV.2:
Tableau IV.2: Identification des Pics
Xx Famille du composant, actuellement « 12, 14, 16, 17 et 18 ».
L Tolérance plus importante de la plage de tension
XX Type de mémoire programme
C EPROM ou EEPROM
CR PROM
F Flash
yy Identificateur.
zz vitesse maximale du quartz de pilotage.
Exemple :
IV.7.5. Choix des PIC
Le choix d’un PIC est directement lié à l’application envisagée selon les critères suivants :
Nombre de pattes d’entrées-sorties.
Taille de mémoire de programme ROM et de la mémoire vive RAM
Puissance du processeur : Type, largeur de bus, fréquence
Consommation électrique (tension de fonctionnement- courant consommé)
Le prix, la disponibilité, l’expérience
Le tableau IV.3 illustre un comparatif des caractéristiques de quelque PICs
Tableau IV.3 : Caractéristiques de quelques pics.
Mem prog en octets RAM en octets EPROM en octets fmax en MHz E / S Boîtier 12C508 512x12 25 - 4 6 8 broches 16C72A 2048x14 128 - 20 22 28 broches 16F84 1024x14 68 64 20 13 18 broches 916F628 2028x14 224 128 20 16 18 broches 16F876 8192x14 368 256 20 22 28 broches 16F877 8192x14 368 256 20 33 40 broches
Université Djilali Liabes-SBA Page | 87
IV.7.6. Structure interne du pic 16f876
Notre choix est porté sur le microcontrôleur 16F876, au vu de ses propriétés diverses :
- Disponibilité au laboratoire ICEPS. - Bonne qualité et robustesse du produit. - Extensible en matière de programmation.
IV.7.6.a. Brochage et caractéristiques principales
Le PIC16F876A est un circuit intégré de 28 broches (Figure IV.18) :
Figure IV.18: Brochage du pic 16F876
RA0 à RA5 sont les pattes d'entrées/sorties du port A.
RB0 à RB7 sont les pattes d'entrées/sorties du port B.
RC0 à RC7 sont les pattes d’entrées/sorties du port C.
Individuellement, chaque broche des ports A, B et C ne peut débiter plus de 20
mA ou absorber plus de 25 mA. Le total des intensités débitées par le port A ne peut dépasser 50 mA et par le port B, 100 mA. Le total des intensités absorbées par le port A ne peut dépasser 80 mA et par le port B 150 mA.
Université Djilali Liabes-SBA Page | 88
OSC1/CLOCKIN et OSC2/CLOCKOUT sont les pattes d'horloges. Plusieurs types
d'horloges peuvent être utilisés: externe, à quartz ou à circuit RC. La figure IV.19 (A, B et C) montre les schémas de câblage en version RC et quartz. L'oscillateur à quartz présente une meilleure précision que l'oscillateur RC.
A : Oscillateur à Quartz.
B : Horloge externe.
C : Oscillateur RC.
Figure IV.19: Schéma de câblage de l’oscillateur.
La fréquence de l'horloge interne du PIC est obtenue en divisant par 4 la fréquence de l'horloge externe. Pour un quartz à 4 MHz, la fréquence interne est donc de 1 MHz et la durée d'un cycle est de 1 µs.
MCLR/VPP est la patte de Reset et d'entrée de la tension de programmation. Les
circuits PIC intégrant en interne le circuit de Reset automatique à la mise sous tension, cette broche doit être reliée à la VDD en utilisation normale.
VSS et VDD sont les pattes d'alimentation. VDD doit être comprise entre 2 et 6 V en
utilisation. Lors de la programmation, VDD doit être comprise entre 4,5 V et 5,5 V et VSS
Université Djilali Liabes-SBA Page | 89
IV.7.6.b. Structure interne
La figure IV.20 présente l'architecture interne du PIC 16F876, commune à la majorité des microcontrôleurs PIC. Le PIC 16F876 est un microcontrôleur 8 bits
d'architecture de type RISC (Reduced Instructions Set Computer), ce qui signifie « calculateur à jeu réduit d'instructions ». Les instructions sont en effet au nombre de 35.
Figure IV.20: Architecture interne du PIC