VENTILATEUR DE PC THERMOREGULE

VENTILATEUR DE PC - SYSTEME SED
E - Concevoir
2015-2016
Système logique
Systèmes à événements discrets
Structures algorithmiques
Modifier un programme pour faire évoluer le comportement
du système
VENTILATEUR DE PC
THERMOREGULE
I.
PROBLEMATIQUE A RESOUDRE
1. INTRODUCTION
Le ventilateur doit permettre de réguler de manière optimale, la température à l’intérieur d’un boitier
de PC et en générant le moins de bruit possible.
Le ventilateur initial est un ventilateur 12V –2000 tr/min –126 m³/h - 31 dBA, non régulé en vitesse
ou température.
Nous nous proposons de modifier le ventilateur en rajoutant un capteur de température et en
modifiant la loi de commande du moteur.
2. DESCRIPTION DU MATERIEL
VENTILATEUR12VAMOTEURBRUSHLESSOUTRUNNER
N
S
S
N
Stator 2 bobinages (par paire)
Rotor aimant permanent
Capteur à effet Hall AH276
Dans ce type de moteur brushless, un capteur à effet hall est utilisé pour connaitre à tout
moment la position du rotor, et adapter en conséquence l’alimentation des bobines et le champ
magnétique. Le capteur va détecter le passage d’un pôle magnétique, et à partir cette
information le circuit de commande électronique assurera la commutation des bobines.
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGENIEUR
1
VENTILATEUR DE PC - SYSTEME SED
2015-2016
CARTEMICROCONTROLEURARDUINO
Entrées analogiques 8-10 bits/sorties
Entrées/sorties TOR broches 1-13
TOR broches A0 à A5
Sortie PWM : broches 3,5,6,9,10,11
Port USB pour la communication avec
Masse, 5V, 3,3V pour alimenter les
le PC et la programmation du µC et
capteurs par exemple
l’alimentation en 5V (500 mA max)
La carte Arduino Duemilanove est une carte à microcontrôleur basée sur l'ATmega168 dont les
principales caractéristiques sont rappelées ci-dessous :
Vitesse d'horloge
16 MHz
Microcontrôleur
ATmega328
Tension de fonctionnement
5V
Broches E/S numériques TOR
14 (dont 6 disposent d'une sortie PWM
modulation de largeur d’impulsion)
Broches d'entrées analogiques
6 (utilisables en broches E/S numériques TOR)
Intensité maxi disponible par broche E/S (5V)
40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé pour
l'ensemble des broches E/S)
Intensité maxi disponible pour la sortie 5V
Fonction de l'alimentation utilisée - 500 mA max
si port USB utilisé seul
Mémoire Programme Flash
32 KB dont 2 KB sont utilisés par le bootloader
Mémoire SRAM (mémoire volatile)
2 KB
Mémoire EEPROM (mémoire non volatile)
1 KB
CARTEFILLEDEPUISSANCE:DOUBLEPONTENH(L293D)
Reprise du brochage
de la carte mère
Moteur 2 : M2- M2+
Diodes d’états LED1, LED2
Moteur 1 : M1- M1+
Diode d’états LED1, LED2
La carte de puissance
permet de distribuer l’énergie « forte » aux
actionneurs (jusqu’à 12V / 1A)
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGENIEUR
2
VENTILATEUR DE PC - SYSTEME SED
2015-2016
CAPTEURDETEMPERATURE:THERMISTANCETTF3A103
Résistance de 10kΩ à 25°C
CONTROLEDUMICROCONTROLEURAVECPYTHON
Ouvrir le fichier intitulé : « ventilateur.py »
Exécuter le programme
Position turbine
Température
Informations
destinées aux
Chaîne d’informations
ACQUERIR
CAN
TRAITER
ucontroleur
interfaces H/M
COMMUNIQUER
CNA
Consignes
Air à
Ordres : sens, vitesse
Energie
ventiler
Chaîne d’énergie
d’entrée
ALIMENTER
Régulateur
DISTRIBUER
Double pont en H
CONVERTIR
Moteur Brushless
ACTION
TRANSMETTRE
Axe
Pales
Air ventilé
II.
TRAVAIL DEMANDE
1. PILOTAGE DU MOTEUR SANS LE CAPTEUR A EFFET
HALL
•
temporisation : bibliothèque time.
•
signe de la tension d’alimentation :
moteur 1 : broche 4,
moteur 2 : broche 7
•
valeur de la tension d’alimentation (0-5V):
moteur 1 : broche 5,
moteur 2 : broche 6
•
configurer une broche en entrée ou sortie TOR :
pinMode(numero_broche,INPUT ou OUPUT) ;
•
changer l’état d’une broche (TOR 0V ou 5V) :
digitalWrite(numero_broche,LOW ou HIGH) ;
o
sleep(seconde) avec seconde un flottant
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGENIEUR
3
VENTILATEUR DE PC - SYSTEME SED
2015-2016
Travail 1 : Ecrire un programme permettant de commuter successivement les bobines du moteur à
intervalle régulier (commencer avec 1 seconde puis diminuer progressivement)
Travail 2 : Faire varier cette fréquence de commutation et déterminer la vitesse maxi atteignable
Conclusion 3 : Que pensez-vous de cette approche ?
2. PILOTAGE DU MOTEUR AVEC LE CAPTEUR A EFFET
HALL
Le capteur a effet Hall, renvoie une information sur la polarité du champ magnétique, donc la position
angulaire des pales avec une précision d’un quart de tour.
•
Lire l’état d’une broche (TOR 0V ou 5V) :
digitalRead(numero_broche) renvoie la valeur HIGH ou LOW
Travail 4 : Ecrire un programme permettant de commuter les bobines du moteur en fonction de
l’information issue du capteur à effet Hall
•
changer la tension (analogique entre 0 et 5V) d’une broche(MLI) :analogWrite(numero_broche,valeur_entre_0_et_255);
Travail 5 : Moduler la tension envoyée aux bobines, tracer la relation entre vitesse de rotation et
tension d’alimentation
Conclusion 6 : Que pensez-vous de cette approche ?
3. ASSERVISSEMENT EN VITESSE
Travail 7 : Ecrire un programme permettant de commuter les bobines grâce au capteur à effet Hall
en fonction d’une consigne en vitesse. Tracer l’évolution de la vitesse de rotation en fonction du temps.
4. PRISE EN COMPTE DE LA TEMPERATURE
•
récupérer la valeur analogique de la tension aux bornes de la thermistance :
§
tension 0-5V -> image numérique entre 0 et 1024
Travail 9 : Ecrire un programme permettant de prendre en compte la valeur de la température.
A vous d’imaginer un autre scenario…
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGENIEUR
4
VENTILATEUR DE PC - SYSTEME SED
2015-2016
ANNEXE
Principe de fonctionnement du moteur synchrone
1/8 de tours plus tard
Rotor (tournant)
N
N
S
N
S
N
Stator
(Fixe)
S
S
N
N
S
Stator
S
N
(Fixe)
N
Stator
(Fixe)
N
S
S
N
N
N
Les pôles Sud attirent les pôles Nord et inversement
…. 1/8 de tours plus tard
Instantané
N
S
Stator
(Fixe)
S
Les pôles Sud coïncident avec les pôles
Nord (le système est en équilibre)
1/8 de tours plus tard
N
N
S
S
S
S
S
….
1/8 de tours plus tard
N
S
N
N
N
S
S
S
Stator
(Fixe)
S
N
S
S
Stator
(Fixe)
S
N
S
N
N
Entrainé par son élan le rotor continu
sa course
N
Commutation des bobines
SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGENIEUR
Les pôles Sud attirent les pôles Nord et inversement
5