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