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SESSION 2008
Brevet de Technicien Supérieur
CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en
MICROTECHNIQUES Épreuve E4 :
CONCEPTION PRÉLIMINAIRE d'un système microtechnique
Durée : 4 heures
Coefficient : 2 mécanisme de motorisation de serrure
DOSSIER corrigé Pages DC1 à DC8
DR4 corrigé
DR6 corrigé à partir des caractéristiques du réducteur et en prenant en considération
les rendements donnés, Déterminer le couple moteur nécessaire (réponse sur
feuille de copie)
Calcul du rapport de réduction :
[pic]
Relation sur le rendement global de la transmission :
[pic] Avec [pic]
On en déduit le couple moteur maxi : [pic] à l'aide des courbes caractéristiques du moteur principal (DR2), faire
apparaître le point de fonctionnement du moteur (réponse sur DR2).
donner les valeurs de la fréquence de rotation N et de l'intensité I aux
bornes du moteur (réponse sur DR2).
N = 10530 tr.min-1
I = 3,1 A
Calculer la durée de fonctionnement nécessaire pour 1 tour de serrure.
Conclure quant au respect des performances annoncées (réponse sur feuille
de copie)
Pour la fréquence de rotation moteur de 10530 tr/min, la vitesse de la roue
de sortie est de 19,4 tr/min soit 0,324 tr/s la durée de fonctionnement
pour un tour est alors de 3,1 s. Déterminer le courant absorbé par le moteur lorsque la serrure est en butée
(moteur bloqué en fin de course dans le mode configuration).
C'est le courant au démarrage donné dans la documentation constructeur : I
= 6,15 A
JustifieR l'intérêt de la fonction « adapter la puissance » entre l'unité
de traitement (Microcontrôleur DT18) et le moteur M1.
Une sortie du microcontrôleur ne peut délivrer qu'un courant de 20 mA sous
une tension Vcc .Le moteur peut consommer plus de 4A dans certaines phases
de fonctionnement du mécanisme sous une tension Vdd=Vcc. Une interface de
puissance est donc nécessaire.
à partir des documents techniques fournis (DT9) et des contraintes technico-
économiques, indiquer le schéma à utiliser pour réaliser l'adaptation de
puissance et l'inversion de sens de rotation du moteur M1. Justifier votre
réponse.
Montage D. Ce montage avec des transistors Mosfet permet de supporter le
courant absorbé par le moteur M1et le montage en H permet l'inversion du
sens de rotation
Completer le schéma proposé (DR2) décrivant la détection de la surcharge du
moteur M1 en fin de course Démontrer que la tension aux bornes de Rmesure est proportionnelle au
couple moteur (réponse sur DR2).
Umesure= Rmesure. IM1 IM1=Ki.C M1 => Umesure= Rmesure.Ki.C M1
=> Umesure est proportionnelle au couple moteur.
On modifie le schéma en remplaçant le potentiomètre RV1 par un pont
diviseur de tension. Calculer la valeur du composant R19. On prendra IM1
max= 6 A (réponse sur DR2).
UmesureMax= Rmesure. IM1Max= 0,033.6= 0.198 V = Vseuil VR2=4.5-
0.198=4.302 V
IR2=VR2/R2=4.302/1000=0.004302 A R19=0.132 /0.004302=30.68 Ohms Expliquer la désolidarisation de la roue de sortie du reste du réducteur. A
quoi sert-elle ? Dans quelle phase de fonctionnement ce système est il
indispensable. justifier vos réponses (réponses sur feuille de copie).
La serrure doit pouvoir être actionnée manuellement par l'utilisateur
lorsque le système dysfonctionne (panne ou épuisement des batteries). Le
rapport de réduction du réducteur rend cette manipulation impossible sans
risquer d'endommager les dentures des mobiles. Une rupture de la chaine
cinématique est donc indispensable pour assurer cette fonction. La solution actuelle permet de désaccoupler la roue de sortie du reste de
la chaine cinématique. Proposer une autre solution technologique
envisageable pour permettre la manipulation de la clé sans entraîner le
moteur principal (réponse sur feuille de copie).
Un limiteur de couple mécanique fonctionnant par adhérence aurait pu être
envisagé. A partir des documents ressources fournis et des contraintes technico-
économiques, indiquer le montage ou les composants nécessaires pour
réaliser l'adaptation de puissance et l'inversion de sens du moteur M2.
Justifier votre réponse.
Critères techniques :
Le moteur M2 absorbe 0,7A maximum
Les transistors des montages C et D acceptent sous Vcc des courants de
0,8 A et 6,6 A .Le montage B 1,2 A en pic de courant donc acceptable.
Critères économiques :
Pour un série de 1000 :
Montage B: (L293) *1000=1400E
Montage C : [(BCW67C*2)+(BCW65C*2)+(BYG22D*4)]*1000
=[0,18+0,18+0,060]*1000= 420 E
Montage D: (IRF7317)*1000=1400E (sans les 4 résistances de 47k?)
Le montage C est donc le plus adapté.
Mesurer sur le document réponse la course minimale nécessaire du mobile III
pour obtenir le débrayage avec le mobile IV (réponse sur feuille de copie).
Course minimale mesurée sur le document réponse : 3 mm (6 mm échelle 2)
[pic] Cette course étant également celle de la fourchette, en déduire
l'excentration minimale du secteur denté repérée e sur le schéma (réponse
sur feuille de copie).
L'excentration du secteur doit être égale à la moitié de la course soit 1,5
mm. Concevoir à main levée la solution
Voir document réponses DR4 corrigé Préparer la cotation de la fourchette :
[pic] Décrire le principe de la mesure de la course angulaire pour les 3 familles
de capteurs
Le microrupteur envoie une information binaire lors de la détection d'un
obstacle sur la roue de sortie. Un comptage doit être effectué.
La fourche opto électronique envoie une information binaire lors du passage
d'un signal lumineux obtenu par les ajours dans la roue de sortie. Un
comptage doit également être effectué.
Le potentiomètre délivre une tension variable proportionnelle à la course
angulaire.
Représenter sous forme de croquis une solution d'implantation pour chaque
type de capteur
Corrigé solution microrupteur
[pic]
Corrigé solution potentiomètre [pic]
Corrigé solution fourche opto-électronique [pic]
Choisir la solution qui semble la plus appropriée dans le respect des
contraintes d'encombrement
Les contraintes d'encombrement permettent d'éliminer la solution par
potentiomètre de recopie. C'est la fourche opto qui a l'encombrement le
plus réduit. Choisir la solution qui semble la plus appropriée dans le respect des
contraintes de prix.
C'est la solution par fourche opto électronique qui semble la plus
appropriée pour les contraintes d'encombrement et de prix. Dans le cas des solutions par incrémentation définir d'une manière générale
la solution permettant de déterminer un point zéro d'origine distinct des
autres points de la course.
Pour la solution par microrupteur, il faudrait implanter deux microrupteurs
et ajouter un bossage correspondant au point 0 Pour la solution par fourche opto, il suffit, compte tenu du composant
sélectionné, de réaliser une fente plus large que les autres pour
distinguer le point 0 (solution choisie par l'industriel). On choisit la fourche opto-électronique CPI-250 décrite sur le DT14.
Indiquer la caractéristique de ce composant qui permettra de distinguer le
point zéro ?
Cette fourche possède 2 phototransistors. Un ajour de 0.3 mm permet la
commutation des phototransistors l'un après l'autre, alors qu'un ajour de
1mm permet la commutation des 2 phototransistors. Le point Zéro sera
réalisé par un ajour de 1mm distinct des autres ajours de 0.3 mm.
A partir des données du cahier des charges déterminer le nombre de fentes
nécessaires
La précision demandée est de 12°, soit [pic] fentes sur la périphérie de la
roue de sortie.
Schématiser et coter les formes de la roue permettant le comptage des
impulsions et la distinction du point zéro (réponse sur DR6)
Voir document réponse DR6 corrigé Calculer la résistance R9.
VF=1.1 v => VR9= VDD-VF=4.5-1.1= 3.4 v R9= 3.4/0.005=680 ? Pour la gestion de l'affichage spécifique au système (2,3,M,H,A,I,-) on
utilisera un microcontrôleur. Chaque segment de l'afficheur absorbe un
courant de 10 mA sous une tension de 2V déterminer le ou les composants à
intercaler entre le microcontrôleur et l'afficheur. Déterminer sa (leurs)
valeur(s) (réponse sur DR6).
Composants à intercaler : 7 résistances :
Valeur :
[pic] = 2,5/0,01= 250 ?
Le buzzer sera piloté par le microcontrôleur. D'après les caractéristiques
électriques du microcontrôleur et les contraintes d'encombrement minimal
des composants, choisir le buzzer (DT15) et compléter le schéma entre le
microcontrôleur et le buzzer avec la solution adaptée (réponse sur DR6).
Justifier les réponses. Déterminer l'intensité moyenne cumulée en prenant en compte la fréquence
d'utilisation.
Calcul de l'intensité cumulée :
[pic]
[pic]
I = 0,847 mA calculer la capacité nécessaire des batteries en mA.h pour respecter
l'autonomie annoncée.
Nombre d'heures : 24*100 = 2400 h
Capacité minimale : 2033 mAh Choisir la ou les batterie(s) à insérer dans le boitier de mécanisme de
commande de serrure répondant aux données du cahier des charges. Justifier
vos réponses à partir des données du cahier des charges et en minimisant le
prix.
Détermination des piles : dans le respect des contraintes d'encombrement de
prix et pour les caractéristiques électriques : LR6 - AA. à partir des données fournies, Déterminer la durée d'utilisation maximale
cumulée (en heures) de la batterie de la télécommande.
La pile de la télécommande CR2016 a une capacité de 80 mAh. La consommation
du circuit est de 20 mA.
En cumulé, la durée d'utilisation possible est donc de 4h en déduire l'autonomie (en jours) de la télécommande.
L'utilisation étant de 16 s par jour, le nombre de jour d'utilisation nj