LRSD2018

IUT de Cergy-Pontoise dep GEIi Neuville

TR détection d'objets

TR

Objet

déplacement

Rayon infra rouge

distance

5V( usb)

Led rouge

Cahier des chargesLed rouge : elle signale la présence de l'objet détecté, en clignotant à 2hz . L' objet à détecter : Il est simulé par un papier blanc d'une surface de 10cm² .. Distance de détection : Elle devra atteindre 10 cm ( si possible ).Parasitage : Le TR sera insensible à l’éclairage du lieu ou il est installé ( lumière parasite) . Alimentation : mono tension , en 5V, par exemple V d'une prsie USB . Module de détection : il incorpore un CNY70, ce module est nommé « det » .

Le module « det » émet un rayon de lumière infrarouge à 900nm. Lorsque ce rayon est réfléchi par un objet, il éclaire en retour le capteur situé dans « det ». Le courant de sortie du capteur est proportionnel à la lumière qu'il reçoit . Les lumières parasites provenant du soleil ou de l’éclairage ambiant s'additionnent à la lumière réfléchie.

Première partie : Étude du module « det » rype DC

R

A

B

C

DA B C D

CNY70 c'est écrit dessus ! R = 100ohms ( câblée )

CNY70Doc sur internetcny70.pdf VISHAY

5V

Montage papier

ov VsRs

det

R

Calculs préparatoiresQ1 Quel est la valeur de Id Sachant que V diode = 2V.Travail à faire : câblez et mesurez Avec Rs = 10Kohms Observez la tension Vs Pointer « det » vers un éclairageQue se passe t'il ?

Lumière parasite

Id

objet

Seconde partie : Étude dite en pulsé (AC)

5V

papier

ov VsRs

det

R

Analyse des problèmes rencontrés en DC Le courant issu du capteur est provoqué aussi bien par de la lumière infrarouge qui se reflète sur la cible, que par les lumières parasites ( à 980nm) présentes dans les éclairages ou les rayons du soleil . En DC on ne sait pas faire la différence entre toutes ces sources, cela limite la distance de détection à .. quelques centimètres voire des mm... pour gagner en distance de détection et en fiabilité on passera à la solution 2.

G D

S

1Khz

FP2 FP3FP1

Filtre 1Khz détection

FP1 Trigger de Schmidt (Cd4093) alimenté en 5v, il fournit un signal carré à 1KHz Ce signal commande la Gate d'un Dmos « IRFD110 » ( doc sur internet) Ce Mos fonctionne en bloqué/saturé, il provoque l'allumage ou l'extinction de la LED située dans le module « det » . Le rayon infrarouge produit est modulé à 1Khz. le IRFD110 est saturé pour Vgs >=2,5v . il est compatible avec du 5V

Id courant issu du capteur présent dans « det », il provoque la tension Vs = R.Id Choix de Rs dans un premier temps on choisit 10kohms Ensuite, on adaptera R, pour détecter dans une pièce a éclairée ( 1000lux).

FP2 Filtre actif passe bande vers 1Khz ( pic entre 900 à 1500 ) Il sera composé d' AOP modernes de type, rail to rail fonctionnant en 5V type ST9272 Il comporte un premier étage avec un AOP monté en suiveur Il est suivi par une structure de Rauch ( dernière page de ce document ) possédant un gain de -2 minimum ,et un coefficient de qualité proche de 0,2.. N'oubliez pas ; vous travaillez en 5V , il faudra créer une masse virtuelle à 5V/2 FP3 détection. Le signal issu de FP2 est amplifié , et comparé à un seuil .. Ce seuil est placé le plus bas possible, sans pour autant atteindre le niveau des .

parasites, qui baignent naturellement tous les signaux électriques ..La LED indique la présence d'un objet , clignotera à 2Hz ( +-50%).

Travail à faire Vous allez concevoir, un dispositif fonctionnant en 5V

Petit conseilTravaillez d’abord sur FP2 , calculez le filtre passe bande en visant 1KHz , vérifiez par la simulation qu'il possède le gain et la bande passante demandée , ensuite câblez le avec des éléments réels , et relevez ses caractéristiques ( Bode ) , c'est en connaissant la fréquence qu'il laisse passer ( son pic ) , que vous pourrez calculer et mettre en œuvre FP1 ..Faites ce qu'il faut pour que votre TR possède les caractéristiques demandées dans le cahier des charges placé page 1 .. Et ne rêvez pas, une distance de détection de 20cm c'est un exploit

Id

IRFD110

Vous avez réalisé un dispositif analogique pour détecter la passage d'objets .Vous allez maintenant réinvestir vos connaissances en utilisant un microcontrôleur .Vous utiliserez une carte NANO ( ARDUINO ) disposant d'un microcontroleur

Troisième partie : Étude avec un microcontroleur

usb USB

0v

ov

LEDext 1K

Travail à fairePremière étape , familiarisez vous avec Arduino Mettez en place la carte sur une plaque lab , installez la led externe sur la sortie D10 Faites la clignoter à 1Hz Seconde étape , placez un potentiomètre ( 10K à 100K) vers la sortie D152 Mettez cette sortie au niveau haut Reliez la sortie du potentiomètre vers A0 Faites une conversion AD , utilisez cette valeur pour faire clignoter +- rapidement la led ..Troisième partie En boucle , allumez le CNY70 ( D4) , faite adc sur A1 et comparez à la valeur de A0 Allumez la led ext si A1 > A0 ( mode DC) Quatrième partie .. passez au mode AC .. 1) éteignez la led du CNY70 ..attendez 1ms mesurez sur Va1  c'est le niveau de parasite vu par le capteur ..mettre dans VN 2) allumez la led , attendez 1ms Mesurez sur Va1 c'est le niveau éclairé ce sera VB à mettre dans VB 3) faite la différence VL = VB-VN , c'est la quantité retournée hors parasites Comparez à A0 et allumez la les ext

Lancez vous et Faites marcher ce tr le mieux possible

Améliorations possibles Sur le moniteur série d'arduino affichez du texte !Mais aussi envoyez un ordre au nano , pour faire evoluer le niveau du seuil ..

R

G D

S

det

ov

R

ovdécouplage

Aide au filtrage ; structures faciles à utiliser