3.3 Partie commande

Le microcontrôleur doit commander les différentes fonctionnalités du système.
Il doit assurer les fonctions suivantes :

- Commander les relais et les commutateurs de la carte de puissance.
- Mesurer la résistance de la fiole.
- Mesurer la tension aux bornes du condensateur.
- Afficher les données sur un écran LCD.

3.3.1 Choix du microcontrôleur:

Le microcontrôleur choisi est le PIC18F45K50 de Microship.
Ce choix est justifié par le fait que ce microcontrôleur possède suffisamment d'entrée/sortie pour assurer le fonctionnement du système.

Le tableau suivant compare les caractéristiques du pic18F45K50 avec les autres familles de PIC :

3.3.2 Mesure de la tension:

La mesure de la tension permet au système de contrôler la charge des condensateurs. En effet, le système doit s'arrêter de charger les condensateurs lorsque la tension choisie par l'utilisateur est atteinte.

Le cahier des charges précise que la tension de décharge est comprise entre [1000 V, 2300 V], donc la charge des 8 condensateurs mis en parallèle est comprise entre [125 V, 287 V]. Le système de mesure de tension doit donc pouvoir une tension comprise dans cette plage.

Etant muni d'un convertisseur analogique numérique, le microcontrôleur permet d'avoir en entrée une tension analogique maximale de 5V.

Le système de mesure comprend un pont diviseur qui permet d'avoir une tension image, inférieure à 5V, de la tension à mesurer.

Les résistances R1 et R2 sont calculées de telle manière à faire correspondre une tension image de 5V à une tension supérieur à la tension maximale que nous pouvons mesurer (287 V). Si on fait correspondre la tension image de 5 V à une tension de 305 V :

Alors :

(R1/R2) = (Ve/Vi) - 1 = 60

On peut donc prendre :
R1 = 60 kOhms
R2 = 1 kOhms

La tension image Vi doit être lue par le microcontrôleur. Or pour isoler galvaniquement le microcontrôleur du reste du système, un optocoupleur linéaire est mis en place.

L'optocoupleur linéaire :

Le système d'optocoupleur linéaire est composé d'un amplificateur opérationnel en amont, de l'optocoupleur linéaire et d'un amplificateur opérationnel suiveur an avale (cet amplificateur est facultatif)

L'amplificateur opérationnel mis en amont, permet de régler le courant Ip1 : Ip1 = Vi / R1
De même Ip2 = Vout / R2

Les courants Ip1 et Ip2 sont liés au courant If (à l'entrée de l'optocoupleur) par les relations :

Ip1 = K1 x If
Ip2 = K2 x If

Etant donné que les photodiodes sont similaires, alors K1=K2 donc Ip1 = Ip2

Or, la documentation de l'optocoupleur (IL300) précise que la valeur maximale que peut prendre le courant If est de 60 mA.
Il faut donc choisir les résistances R1 et R2 de telle manière à respecter cette condition pour assurer le fonctionnement linéaire de l'optocoupleur.

Les valeurs prises de R1 et R2 sont : R1=R2= 12 kOhms

Mesure de la tension:

Afin de vérifier le fonctionnement du système de mesure de tension, les tests ont été effectué sur des valeurs comprises entre 15V et 30V.

Résultats de mesure

On peut remarquer que les résultats obtenus sont imprécis. Cette imprécision est due au coefficient induit par l'optocoupleur.
Par vérification expérimentale, ce coefficient a pris dans les différentes mesures, des valeurs différentes de la valeur type indiquée dans la datasheet.
La documentation indique que le coefficient K3 induit par l'optocoupleur a une valeur type de 1, mais peut prendre des valeurs comprise entre [0.56, 1.65]

Pour palier ce problème, nous avons modifié ce coefficient, en mettant des coefficients multipliées par la tension image Vi (en amont de l'optocoupleur), de telle manière à minimiser l'erreur aux moindres carrés entre les valeurs à mesurer, et les valeurs trouvées.

Les résultats obtenues après la correction ont été plus précises, avec une erreur minimale inférieure à 1 V.

Les courbes obtenues représentent les résultats obtenus avant et après la linéarisation :

La courbe bleue : Représente les valeurs qui doivent être mesurées dans un cas idéal.
La courbe rouge : Représente les résultats obtenues avant la correction linéaire.
La courbe verte : Représente les résultats obtenues après la correction.

Exemple de mesure de tension

3.3.3 Mesure de résistance:

Le principe de mesure de résistance de la fiole est assez similaire au principe de mesure de tension.

La fiole est mise en série avec une résistance de valeur connue (On a pris une résistance de R = 46.5), puis attaquée par une tension de 5V.
On mesure alors la tension aux bornes de la résistance R puis on en déduit la résistance de la fiole par la relation du pont diviseur.

Exemple de mesure:


pic_comparaison.jpg

pic18.jpg

pont_diviseur.jpg

mesure_tension.jpg

il300.jpg

resultat_1.jpg

courbes.png

resultats_2.jpg

tension_a_mesurer.jpg

tension_mesuree.jpg

mesure_resistance.jpg

resistance1.png

resistance2.png