Sujet ESTI 2011 pour le 29 février
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1. F s K F552 Canvrersion NTF analogique ou num rique NTA T SELECT Air D tection du d passement de temp rature TMAX_P w 3 T a D finition des liaisons fonctionnelles En entr es e T Fum es temp rature des fum es comprise entre 30 et 200 e T Air ambiant temp rature de l air de la pi ce chauffer e T Stockage temp rature de la r serve de pellets e SELECT s lection de la grandeur convertir g r e par le microcontr leur dans FP1 e VREF tension de r f rence pour la conversion VREF 2 56 V En sorties e _VF_AMP VAMB tensions analogiques repr sentatives des temp ratures mesur es NTF mot binaire de 8 bits relatif la valeur de la temp rature des fum es e NTA mot binaire de 8 bits relatif la valeur de la temp rature de l air ambiant e TMAX_P niveau logique significatif de la temp rature maximale des pellets 110 L tude portera sur FP5 et FS12 Bac G nie lectronique s 3 p Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel Page C7 sur 10 HIEELME1 Sujet Electronique tude de FP5 conversion temp rature lectrique L tude est limit e l acquisition de la temp rature des fum es tude de FS51 La fonction Captage FS51 est bas e sur l utilisation d un thermocouple et Fermer d obtenir une tension image de la temp rature des fum es Voir la caract ristique page CAN62. teint si MEMAFF 0 Les fonctions FS63 FS64 et FS65 sont des fonctions mat rielles dont le sch ma structurel est fourni page CR1 tude de FS61 gestion de l affichage en r gime normal Le microcontr leur utilise des donn es constantes m moris es en octets dans des tables en EEPROM pour g rer l affichage L expression des donn es en hexad cimal est la plus usit e pour la programmation Q7 Dans le tableau page CR reporter la valeur hexad cimale Hexa des octets indiqu s en binaire Ces donn es sont utilis es par FS61 pour l envoi en s rie sur DAFF des 7 bits d informations afficher L algorithme employ par le microcontr leur pour l envoi en s rie des 7 bits est le suivant Lire dans la table l octet de donn e afficher Sortir le LSB b0 de l octet lu sur DAFF G n rer une impulsion sur HAFF R p ter 6 fois D calage vers la droite des donn es binaires Nota Sortir le LSB b0 de l octet obtenu sur DAFF G n rer une impulsion sur HAFF Fin_r p ter Nota l action D calage vers la droite des donn es binaires consiste d caler de 1 rang vers la droite chacun des bits de l octet consid r le bit b0 est perdu le bit bi prend la place du bit bO le bit b2 prend la place du bit b1 etc 11001011 f Exemple avant le d calage AAA AN 01100101 On a relev les chronogrammes de DAFF et HAFF correspondants un envoi de 7 bits de donn es afficher une s q
3. En plus de la r gulation de temp rature et de puissance de chauffe les po les modernes actuels int grent un dispositif lectronique de r gulation d apport en pellets d extraction des fum es et de ventilation permettant d obtenir un rendement optimum Le dispositif de commande lectronique permet aussi un niveau de s curit de fonctionnement accru en int grant de nombreux dispositifs de contr les et de mesures Figure 1 1 LES PELLETS On appelle pellets les granul s de bois compact s utilis s comme combustible pour le chauffage Le calibre des granul s de bois varie entre 6 et 8 mm pour une longueur standard comprise entre 5 et 30 mm Les pellets de bonne qualit pr sentent une masse volumique variant de 600 kg m plus de 750 kg m Les pellets procurent des avantages incontestables C est un combustible cologique car il permet de recycler au maximum les r sidus de bois pour fournir une combustion plus propre que celle obtenue avec des combustibles fossiles Les missions de gaz nocifs dans l atmosph re sont r duites de m me que la production de cendres Il pr sente galement plusieurs avantages techniques il vite de la manutention par son conditionnement en sacs de 15 kg tr s faciles stocker Il permet une autonomie du po le de quelques jours ce qui est impossible avec les appareils traditionnels De plus la puissance calorifique massique des granul s de bois est de 4 9 kW kg alors que c
4. lectroniques Elles utilisent g n ralement un protocole de transmission asynchrone il n y a pas de signal d horloge transmis ce qui fait que pour fonctionner les deux appareils devront pr alablement tre configur s la m me vitesse de transmission en bps ou bit par seconde La vitesse de transmission correspond au d bit maximal de la liaison s rie Dans ce cas l information est transmise en continu sans temps de repos et la vitesse est d finie en consid rant tous les bits constituant la trame de transfert de donn es avec les bits de Start et de Stop Exemple de vitesse normalis e 9600 bps C blage de la liaison s rie Programmateur Microcontr leur te Aicrocontr leu horaire C ble 3 fils On se limitera ici la d finition protocolaire des signaux en sortie du microcontr leur Pour les changes d octets entre le microcontr leur du po le et le programmateur horaire chaque trame sur TXD sera compos e de 1 bit de d part Start 8 bit de donn es e 1 bit d arr t Stop Quand la ligne est au repos TXD est au niveau logique 1 Le d but de la trame est donn par le bit de d part un niveau logique 0 Puis viennent les donn es le caract re le bit de donn e de poids faible est envoy en premier suivi des 7 autres A la fin le bit d arr t remet la ligne TXD au niveau logique 1 Une nouvelle trame peut alors commencer ou bien TXD restera au repos au niveau logique 1 Rep
5. lt 22 PSZANOINT2 PD7 0C2 PSECT VENT 34 PEANLOD TEMP lt Pi FLAM lt PBSMOSI 2 APPRO_PELLETS lt 2 paemiso AREF 2 OMD_VENTI lt PE7ISCK ATMEGAS32 VCCE SV C27 C28 2 gai 10nF Bac G nie Electronique Session 2011 1NIEELME1 Documentation lectronique tude d un Syst me Technique Industriel Page CAN3 sur 7 Microcontr leur ATmega32 x Microcontr leur AVR 8 bits haute performance faible consommation Fr quence d horloge jusqu 16 MHz M moire non volatile de grande dur e r tention garantie 100 ans 25 M moire de programme FLASH 32 K octets organis e en16 K x 16 bits programmable in situ TK octets de m moire EEPROM pour la sauvegarde de donn es utilisateur Temps typique d criture d un octet en EEPROM de 8 5 ms 2 K octets de m moire de donn es SRAM Tension d alimentation 4 5 V 5 5 V CAN 10 bits 8 voies Horloge temps r elle oscillateur s par avec quariz externe Interface s rie programmable USART f 32 entr es sorties logiques programmables e o o e oeoo Organisation m moire interne Bo tier TQFP FLASH SRAM EEPROM m 500 00 EET REATIT Registres de ooi travail r fsi 520 00 Bo tier type CMS composant de surface directement soud sur le circuit imprim Registres des p riph riques 65F 60 CEE By piggt 23 KIPA ADOL PAG ADEN pa PAS A
6. tude d un cas de dysfonctionnement L tude va vous permettre d identifier l l ment mis en cause dans le cas d un mauvais fonctionnement signal par le tableau de bord du po le L affichage LED de FS65 permet aussi d informer l utilisateur sur des anomalies de fonctionnement page CAN3 Dans le cas pr sent l utilisateur est alert pour un mauvais fonctionnement la LED1 indique une alarme f et la LED 2 est allum e examine le po le et constate que i e l pot de combustion est propre et la chambre herm tique e le r servoir de pellets n est pas vide e la bougie d allumage s allume mais il n y a pas de flammes e les pellets n arrivent pas dans le pot de combustion li appelle le d panneur qui constate son tour que e la vis sans fin ne tourne pas le motor ducteur ne fonctionne pas et n est pas sous tension Le d panneur dispose dans son manuel de service d un algorigramme de d pannage en cas d alarme par la LED 2 page CR3 Q17 Identifier un des types de dysfonctionnement signal par l alarme LED 2 Q18 Tracer avec un stylo de couleur sur l aigorigramme de d pannage page CR3 le cheminement menant la solution pr conis e Q19 Entourer sur l algorigramme de d pannage page CR3 la proposition obtenue une des cases gris es Partie E tude de FP1 gestion des processus L objectif de l tude est de valider que le microcontr leur utilis a les capacit s pour assurer
7. Au r tablissement du courant le po le se met en refroidissement e ALLUMAGE MANQU Si pendant la phase d allumage aucune flamme n appara t le po le se met en position d alarme Bac G nie Electronique Session 2011 11IEELME Analyse Fonctionnelle tude d un Syst me Technique Industriel Page A4 sur 5 EUREEN LLOZ UOISS S nbiuo129 3 91499 Lg m E E 2 se gt D lt a FRS 7 3 a S a 2 8 ojl F 3 3 2 j 3 on c 71 i A Y Q D a ei 5 oi Partie Commande 7 Information visuelle I T Programmation S_DATA Eai i g horaire d port A Informations Consigne horajre oraire d port e FP4 visuelles Vitesse Ventilatio l Affichage ari R gime s i 7 7 Rui CSGS zi po le Consigne de T Acquisition et sa S Puissance Combustio des consignes bee mt signalisation Q pelats eu i S lec cof naaa o p eee d Allumage Extinctio l Acquisition des 2 Gestion RUE Ai ji i arme sonore Quantit de pellets commandes et r glages FP3 NE des ay 1 I QP processus e 3 y Extract Fum es eue oy eff Surveillance de PSECT UE i 50Hz pr sence du secteur FP8 et Ventilation l i Adaptation i T Air ambiant de puissance Conversion T Stockage Temp rature lectrique FP7 PS T Fum ep Activation apport combustible Fum es Pellets Stockage Alimentation Chauffa
8. LR 6 20 24 28 32 Forward Voltage V Forward Voltage M Optocoupleur CNY75GB RE EN SUR ESS Les UE D nn CUS EE Es F0 2 0 1 Caract ristiques lectriques RE e de test Tension isoon Ve Bac G nie lectronique P i Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel 1HEELME Documentation Electronique Page CAN2 sur 7 pi Signalisation des alarme SIGNALISATION TYPE DE PROBL ME LED LED 2 Allumage manqu du feu LED 1 Extinction anormale du feu LEDO La temp rature du r servoir des granul s de bois d passe le seuil de s curit pr vu Surchauffe de la structure cause d une dissipation r duite de la chaleur LED 1 Fonctionnement anormal du ventilateur des fum es LED 2 Temp rature des fum es trop lev e ou panne de la sonde fum es f Sch ma structurel de FP1 5V c16 C26 i i H 5 100nF L 1C12 Programmantion Eg RA 4 RESET ecorscr 8 n Situ 8Mhz c29 T xraLt 1 T5pF ENA VAMPU D gt SE PAOIADCO 38 pataDcI pcertosc1 VAMBIANT gt 3 PAZADC2 PC7ITOSC2 vcons D 24 PASADOS Z2 PAGADCA PDORXD jS lt RXD VTHERMO_EXT gt 22 PASADCS PDITXD j gt xD L PAGIADCS PD2INTO jt PATIADCT PDGANTI ji PD4OC1B FE gt EXTRAC_FUMEES DAFF lt 40 paoroxcx PDSOCIA H gt BOUGIE HAFF t peur PDSACPA E Z TMAX _PEL MEMAFF
9. extrait Pour VCC 5 V La tension de sortie au niveau haut Von 4 9 V La tension de sortie au niveau bas Vo 0 1 V GND 8 Vec 16 Table de fonctionnement H 1 L 0 X sans importance NC pas de changement Z sortie en haute imp dance front montant L front descendant Q 1 tat logique de la sortie d indice n 1 Bac G nie lectronique n R Session 2011 a tude d un Syst me Technique Industriel 1HIEELME1 Documentation lectronique Page CAN sur 7 Diode lectroluminescente de 3mm bicolore MCLO39 Brochage et bo tier Les LED MCLO39 sont constitu es de deux LED de couleurs diff rentes assembl es dans le m me bo tier 3 broches amp Une LED est de couleur verte l autre de couleur rouge quand les i deux LED sont allum es la couleur r sultante est orang e RA Caract ristiques lectriques et optiques Ta 25 C i Gi Param tre Symbole Mini Typ Maxi U E J Longueur d onde a EN e ee ee om S a ov Longueur d onde H z muet Den ll ension inverse VR Etre Courbes d finissant le courant direct IF en fonction de la tension directe VF LED verte LED rouge AEssonnr FR RE 40 T 3 g AA 2 OLC au Er z MR S AJJ 5 N M O 7 A A O O S 3 AE ae e ALT p A on EF I F e PAALA LECCE 12 16 20 24 28 32
10. logique 1 et Vo une tension de sortie au niveau logique 0 On rappelle que le sch ma structurel est fourni page CR1 U1 est aliment par la tension VCC 5 V Un extrait de la documentation technique de U1 74HC4094 est pr sent page CAN1 Des extraits des documentations techniques de LED1 MCLO39 sont pr sent s page CAN2 Q12 Encadrer sur le document r ponse page CR1 les structures associ es aux fonctions FS64 et FS65 Q13 tablir l expression litt rale du courant hea circulant dans D1 1 quand celle ci est allum e Vous ferez appara tre dans l expression le param tre employ par le constructeur pour la tension alors pr sente en sortie Q6 de U1 Q14 On choisira pour la LED verte D1 1 une tension directe V 2 1 V Calculer la valeur num rique de hea Justifier sa conformit en pr cisant la donn e constructeur prendre en compte Q15 On consid re le mot binaire 1000010 pr sent sur les sorties Q6 Q0 de U1 indiquer l tat des 7 LED teinte ou allum e dans le tableau page CR2 Q16 Valider la coh rence des informations affich es par FS64 et FS65 en compl tant le tableau page CR2 l aide des indications de fonctionnement du tableau de bord du po le d crites dans le document analyse fonctionnelle page A4 Bac G nie Electronique Session 2011 Se 1HEELME1 Sujet lectronique tude d un Syst me Technique Industriel Page C4 sur 10 Partie D
11. 0 de pellets Verte Po le allum en r gime normal e LED 1 10 de pellets Orange en mode clignotant Extinction LEDO aucune modification r glage usine Rouge Alarme en cours LED 1 10 de pellets LED 2 20 de pellets 3 5 Dispositifs de s curit Le po le est quip de diff rents dispositifs de s curit e SONDE DE TEMP RATURE FUM ES Elle rel ve la temp rature des fum es commande ou arr te l approvisionnement en combustible lorsque la temp rature des fum es descend au dessous de la valeur programm e e SONDE DE TEMP RATURE DU R SERVOIR DE COMBUSTIBLE Si la temp rature d passe la valeur de s curit 110C cette sonde interrompt imm diatement le fonctionnement du po le II sera n cessaire de r armer manuellement la sonde pour red marrer le po le apr s refroidissement e S CURIT LECTRIQUE L alimentation lectrique du po le et de la carte lectronique sont prot g es par fusibles e RUPTURE DU VENTILATEUR D VACUATION DES FUM ES Si le ventilateur s arr te l approvisionnement en pellets s arr te imm diatement et un message d alarme s affiche e RUPTURE DU MOTOR DUCTEUR Si le motor ducteur s arr te le po le continue fonctionner jusqu ce qu il atteigne le niveau minimum de refroidissement ABSENCE MOMENTAN E DE COURANT LECTRIQUE Si une coupure de courant lectrique intervient pendant le fonctionnement du po le les r glages sont conserv s
12. BACCALAUR AT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Sp cialit g nie lectronique Session 2011 tude des Syst mes Techniques Industriels Dur e 6 heures coefficient 8 LE PO LE PELLETS Tout document interdit Calculatrice fonctionnement autonome autoris e Circulaire 99 186 du 16 11 99 Ce sujet comporte A Analyse fonctionnelle du syst me A1 A5 B Construction m canique Questionnaire B1 B3 Documents r ponse BR1 BR4 Documentation BAN1 BAN3 C lectronique Questionnaire C1 C10 Documents r ponse CR1 CR5 Documentation CAN CAN7 Vous r pondrez aux questions sur copie d examen en s parant la partie m canique de la partie lectronique Les documents r ponse sont rendre dans tous les cas avec votre copie m me si vous n y avez pas r pondu Bac G nie lectronique a p j Session 2011 aq Etude d un Syst me Technique industriel 11IEELME1 ANALYSE FONCTIONNELLE 1 Mise en situation Les po les pellets ou granul s de bois sont la version moderne et pratique du po le bois traditionnel Dans le contexte actuel de recherche d conomie d nergie et de d veloppement durable le remplacement des dispositifs de chauffage individuels traditionnels les vieux po les au rendement tr s inf rieur 70 par des po les granul s de bois haut rendement est particuli rement recommand
13. DCE i pan E PAT ocr M moire vive tzo Fa seur iz OND libre 3 pA Pe nasca PCS TASEN Pee TD IPO C UNN POZ FOA TRO CARLA az Matte Ta Larmes EASE S7FFF CAN de l ATmega32 L ATmega32 dispose d un convertisseur analogique num rique 10 bits approximation successive pouvant tre lu sur 8 bits Ce convertisseur peut tre connect 8 voies analogiques d entr es s lectionnables Par s lection la tension de pleine chelle est soit appliqu e sur AVCC soit une source interne de r f rence de 2 56 V La relation donnant le r sultat de la conversion est _ VIN 2 g Vref avec VIN tension d entr e convertir M r sultat exprim en d cimal n r solution 8 ou 10 bits selon l usage Vref tension de r f rence pour la pleine chelle AVCC 5 V ou VREF 2 56 V selon la s lection Bac G nie lectronique Session 2011 Da 1NEELME1 Documentation lectronique gt tude d un Syst me Technique Industriel Page CAN4 sur 7 Liaison s rie de type RS 232 RS 232 est une norme standard du bus de communication bidirectionnel de type s rie sur trois fils un fil de transmission de donn es TXD un fil de r ception de donn es RXD et la masse La standardisation est lectrique m canique et protocolaire Les liaisons RS 232 sont fr quemment utilis es dans l industrie pour changer des donn es entre deux appareils
14. S quence d un chargement Affichage des donn es es ne es RENE RE DR5 question Q15 LED1 LED 2 LED 1 LEDO LED 1 LED 2 D1 1 D1 2 Verte Rouge compl ter avec E pour teinte ou A pour Allum e DR6 question Q16 FS64 t do fonctionnement du po le Eoo n ie a ca ii sie D Bac G nie Electronique x AENA i 3 Session 2011 Etude d un Syst me Technique industriel Page CR2 sur 5 1T1EELME1 Documents r ponses Electronique DR7 questions Q18 et Q19 Algorigramme de d pannage ALARME LED 2 La chambre de combustion get herm tique etle pot de combustion est propre QUI ALLUMAGE SR NON La bougie s allume QUI La carte m re donne la tension au composant Les pellets tombent QUI dans le pot de combustion QUI MON Le motor ducteur fonctionne OUI NON La carte m re donne la tension au composant QUI NON out La t mme s allume La vis sans firi NON tourne OUI Le r servoir est vide ou c est le er allumage NON La temp rature de la sonde fum e augmente contr le QUI oul Bac G nie Electronique z 5 Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel Page CR3 sur 5 ANEELME Documents r ponses Electronique DR8 question Q31 Extrai
15. Sachant que la fonction de transfert de la fonction captage FS51 est VFUMEES S T Fum es C avec S constante de sensibilit en V C Q34 Calculer S la constante de sensibilit du captage en pV Q35 Compl ter les colonnes Temp rature et VFUMEES du tableau r ponse page CR4 tude de FS52 Le sch ma structurel associ la fonction amplification FS52 est donn page CANG Un extrait de la documentation technique de IC9 TLV271 est pr sent page CAN7 On a observ que la temp rature des fum es volue lentement on peut donc consid rer que la tension VFUMEES est quasiment continue sur la dur e d une mesure page CANG Pour la suite de l tude de FS52 nous adopterons le sch ma structurel simplifi suivant R31 Q36 Dans ce cas identifier le comportement des condensateurs C5 C10 et C17 du sch ma structurel Q37 En vous aidant des applications typiques de l amplificateur lin aire int gr TLV271 page CAN7 identifier le nom de la structure r alis e par FS52 Q38 crire la fonction de transfert litt rale VF_AMP AVFUMEES en utilisant les r f rences des composants du sch ma ci dessus puis calculer sa valeur num rique Q39 Compl ter la colonne VF_AMP du tableau r ponse page CR4 On rappelle que cette tension analogique VF_AMP est fournie la fonction FS12 pour tre convertie Bac G nie lectronique Session 2011 11EELME1 Sujet Electronique tud
16. cillateur d horloge pour tre ex cut par l ATmega32 L horloge de l ATmega32 utilise un oscillateur externe quartz Le sch ma structurel est donn page CAN3 Q27 Calculer le nombre d instructions du programme en d cimal Q28 Calculer combien d instructions par seconde le microcontr leur du po le est capable d ex cuter Q29 Expliquer en quoi consiste la programmation in situ Q30 Justifier pourquoi la programmation in situ est particuli rement adapt e au mod le de microcontr leur ATmega32 utilis ici page CAN4 Partie F tude de FP4 programmation horaire d port e L tude va permettre de valider les changes d informations entre FP1 le microcontr leur sur la carte m re et le programmateur horaire FP4 La fonction principale FP4 est repr sent e dans le sch ma fonctionnel de ter degr page A5 du document analyse fonctionnelle Le programmateur d port fix sur un mur pr s du po le est en communication directe avec FP1 en fait avec le microcontr leur sur la carte m re I permet l affichage de la programmation horaire du chauffage et sa modification l aide d un clavier DESCRIPTION DES L MENTS A c ble de liaison s rie 3 fils B programmateur horaire C carte m re du po le avec le microcontr leur E connecteur s rie Les changes de donn es liaison S_DATA sur le sch ma fonctionnel entre le microcontr leur et le progra
17. crocontr leur On l appellera Td tect Q48 l aide des caract ristiques du microcontr leur page CAN4 calculer le temps qu on appellera Tparam n cessaire la sauvegarde en EEPROM des param tres de r glage du po le soit dix octets Des mesures pratiques ont permis de constater que le temps de disparition de l alimentation VCC du microcontr leur apr s la disparition du secteur est au minimum de Talim_off 300 ms Q49 crire la condition entre Td tect Tparam et Talim_off afin de valider le bon fonctionnement du dispositif de sauvegarde lors d une coupure du secteur Bac G nie Electronique Session 2011 AHEELME1 Sujet lectronique tude d un Syst me Technique Industriel Page C10 sur 10 DOCUMENTS R PONSE DR1 question Q6 Action manuelle BEC o BEC NS tat de BP1 VAE HIS RAR Ouvert ou Ferm en V 1 ou 0 DR2 questions Q7 et Q8 i Q7 Q8 Octets m moriser pour un fonctionnement normal Valeur correspondantes au chronogramme repr sent En binaire En Hexa b6 b5 b4 b3 b2 bi b0 DR3 questions Q9 et Q12 Sch ma structurel des fonctions FS63 FS64 et FS65 74HC4094 NOTATION LED_V LED verte LED_R LED rouge LED_J LED jaune Bac G nie Electronique Session 2011 D 11EELME4 Documents r ponses Electronique tude d un Syst me Technique industriel Page CR1 sur 5 DRA question Q11
18. e d un Syst me Technique Industriel Page C8 sur 10 tude de FS12 conversion analogique num rique On proc de la conversion de la tension VF_AMP en une valeur num rique binaire Pour cela on utilise le convertisseur analogique num rique int gr au microcontr leur page C ANA Le microcontr leur a s lectionn l entr e VF_AMP et la r f rence de tension interne de 2 56 V Le sch ma fonctionnel de FS12 se r sume alors la repr sentation suivante Sortie Entr e CONVERSION m analogique AIN num rique VF_AMP NTF n bits FS12 VREF 2 56V On d finit pour NTF l utilisation d une valeur num rique binaire sur n 8 bits Q40 Compl ter les deux derni res colonnes NTF en d cimal et en hexad cimal du tableau r ponse page CR4 Partie H tude de FP8 surveillance de la pr sence du secteur Par cette tude vous allez valider le dispositif de sauvegarde des param tres de r glage du po le en cas de d faillance du secteur La fonction principale FP8 est repr sent e dans le sch ma fonctionnel de 1er degr page AS du document analyse fonctionnelle Sch ma structurel de FP8 SECTEUR 230V eff 50Hz PHASE NEUTRE D gt PSECT VPSECT CNY75GB dk Un extrait de la documentation de l optocoupleur CNY75GB est fourni page CAN2 Bac G nie lectronique Session 2011 11IEELME1 Sujet Electronique tude d un Syst me Technique Indu
19. elle d un bon bois de chauffage n est que de 4 4 kW kg 2 Analyse fonctionnelle du produit 2 1 Fonction d usage La fonction d usage du po le pellets est de chauffer un local Bac G nie lectronique A S z Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel ANEELME1 i Analyse Fonctionnelle Page A1 sur 5 L actigramme est le suivant Modifier l apport de combustible R giage de la temp rature Local temp rature T4 7 Local temp rature T2 Energie 220 volts Chauffer Pellets c Air frais Fum es ext rieur cendres Po le pellets 2 2 Cahier des charges fonctionnel Dans ce diagramme des interacteurs les principaux l ments ext rieurs du po le sont repr sent s avec leurs associations Aspect Ext rieur nergie Electrique pellets Local chauffer D finition de la fonction de service et des fonctions contraintes PO OT QE 1e POUR T i n a eae a FSP1 chauffer un local avec des pellets FC4 s adapter au local FC1 faciliter l entretien et le r glage FC5 respecter l esth tique FC2 respecter les normes FC6 aspirer de l air frais FC3 s adapter au r seau Bac G nie lectronique Session 2011 tude d un Syst me Technique industriel Page A2 sur 5 1NIEELMNE1 Analyse Fonctionnelle 3 Pr sentation de l objet technique 3 1 Constituti
20. essous du creuset sera vid toutes les 1 2 semaines seulement suivant la qualit du granul de bois 3 3 Tableau des principales caract ristiques Caract ristiques techniques Puissance calorifique totale maximale Rendement maximal Temp rature maximale des fum es en sortie Capacit du r servoir Consommation horaire de pellets Tension et fr quence d alimentation Masse nette Valeurs 9 5 kw 8170 kcal 94 1 180T 44 litres Min 0 6 kg h Max 2 0 kg h 230 Volt 50 Hz 160 kg Bac G nie Electronique Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel Page A3 sur 5 1HEELME1 Analyse Fonctionnelie 3 4 Description du tableau de bord Le tableau de bord permet l utilisateur de commander r gler et contr ler le fonctionnement du po le Constitution A Bouton de r glage de la ventilation B Bouton de r glage de la temp rature C Bouton de r glage de la flamme D Touche d allumage et d extinction ON OFF E Touche de chargement des granul s de bois LED1 LED bicolore allumage extinction alarmes LED 2 14 0 1 2 5 LED jaune indiquent le niveau de chargement des granul s de bois quantit de pellets ou la signalisation d alarme Indication de la LED1 bicolore Indication du niveau de chargement des granul s teinte Po le en attente d allumage LED 2 2
21. ge Local T2 menna e Tr mie A en combustible B C D E G L Cend Local T1 Partie op rative DE ed 2 pdd S0219do1 saediouuid suogouos g ue sodwoo p Se 2jg0d np SINEUUONOE s p puewwoo ep onbiuonoes elued el seed g ejeod np 16 p 1 p JSUUOHOUO CWJYIJS BACCALAUR AT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Sp cialit g nie lectronique Session 2011 tude des Syst mes Techniques Industriels Dur e Conseil Lecture du sujet Partie A Partie B Partie C Partie D Partie E Partie F Partie G Partie H LE PO LE PELLETS lectronique l e 4 h 30 15 min 15 min 10 min 60 min 15 min 50 min 20 min 30 min 55 min Bac G nie lectronique Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel lectronique 1HEELME1 SUJET Note importante pour la lecture des sch mas structurels o Le symbole Q n apparait pas sur l indication des valeurs des r sistances Exemples i 120 correspond 120 Q 3 9k correspond 3 9 kQ 1M correspond 1 MQ Le symbole F n apparait pas sur l indication des valeurs des condensateurs Exemples tu correspond 1 uF 10n correspond 10 nF Partie A analyse fonctionnelle e Qi Relever deux avantages apport s par l int gration de l lectronique dans un po le Q2 Indiquer la valeur du rendement maximal du po le pellets Q3 Citer deux a
22. ionnement du dispositif d affichage qui permettra l utilisateur d identifier un mode de fonctionnement du po le Le sch ma fonctionnel de 2 me degr de FP6 est donn ci dessous i DAFF C_AFF Gestion de 7 l affichage Eae Affichage Information en MEMAFF multicolore meme r gime normal D_REG fonctionnement F564 Conversion s rie parall le et M morisation F561 Gestion de C_ALRM rare DALRM l affichage HALRM Information en MEMALRM quantit de r gime alarmes Affichage pellet ou alarmes D_ALRM F565 F562 Q4 Conversion lectrique acoustique F566 C_ALRM_S Alarme sonore Les fonctions FS61 et FS62 sont des fonctions logicielles Les signaux d entr es de FS61 et FS62 sont issus de la fonction gestion des processus FP1 et ne sont pas tudi s sch ma fonctionnel de 1 r degr page A5 sur le document analyse fonctionnelle Bac G nie lectronique Session 2011 11EELME Sujet lectronique z j i A Etude d un Syst me Technique Industriel Page C2 sur 10 Les signaux de sorties de FS61 et FS62 sont e DAFF mot binaire de 7 bits transmis en s rie HAFF horloge de synchronisation de la transmission active sur un front montant e MEMAFF niveau logique autorisant l affichage des donn es transmises Les donn es sont affich es si MEMAFF 1 l affichage est
23. iveur Amplificateur inverseur R2 Ri ve 4 Amplificateur de diff rence R2 RI Ys __RITR2 R2 Ve ORI y4 v2 R L L L ys p 232 RVI R3 R4 RI R2 Bac G nie Electronique Session 2011 a 11IEELME Documentation lectronique tude d un Syst me Technique Industriel Page CAN7 sur 7
24. la gestion des processus n cessaires au fonctionnement du po le Cette fonction est r alis e par un microcontr leur ATmega32 Un extrait de la documentation de l ATmega32 est fourni page CAN4 Le sch ma structurel associ FP1 est donn page CAN3 Q20 D finir la principale diff rence de comportement qui caract rise une m moire donn e volatile aussi appel e m moire alt rabie par rapport une m moire donn e permanente Q21 Donner les 2 types de m moire donn e volatile utilis s couramment dans les syst mes industriels Q22 Relever la capacit disponible et le type de m moire donn e volatile de l ATmega32 Q23 Pr ciser le type de donn e stock e en m moire SRAM Q24 Expliquer ce qu est une m moire EEPROM Q25 Sachant que la sauvegarde d un param tre de r glage est stock e sur 2 mots de 8 bits calculer le nombre maximal de param tres pouvant tre sauvegard s en m moire EEPROM de l ATmega32 Q26 La m moire de programme de l ATmega32 est une m moire FLASH Citer deux autres utilisations de m moire FLASH dans le domaine grand public Bac G nie lectronique Session 2011 S 11EELME1 Sujet Electronique tude d un Syst me Technique Industriel Page C5 sur 10 Le programme est m moris entre l adresse 0000h et 3803h Chaque instruction qui le compose n cessite 2 octets Un octet d instruction n cessite un cycle une p riode de l os
25. mmateur horaire sont r alis s par l interm diaire d une liaison s rie de type RS 232 page CAN5 Pour l affichage chaque caract re n cessite l envoi du code ASCII lui correspondant Un extrait de la table est fourni page CR4 Pour afficher l heure sur le programmateur par exemple 17 35 5 codes ASCII sont envoy s vers le programmateur par le microcontr leur et via la liaison s rie en respectant le protocole de transmission Bac G nie lectronique Session 2011 11IEELME1 Sujet Electronique tude d un Syst me Technique Industriel Page C6 sur 10 a31 Compl ter la colonne D cimal de l extrait de table de caract res ASCII page CR4 Q32 A l aide de la documentation page CAN5 tablir page CR4 ie chronogfamme de TXD pour l envoi successif des caract res 3 et 5 afin d afficher 35 sur l cran du programmateur Q33 Sachant que la vitesse de transmission est configur e pour un d bit de 9600 bps bits par seconde calculer la dur e en ms d une trame d envoi d un caract re Partie G tude d une chaine d acquisition de temp rature L tude va permettre de valider la cha ne d acquisition de la temp rature des fum es grandeur essentielle pour FP1 dans l optimisation du rendement du po le Organisation fonctionnelle de 2 me degr des acquisitions de temp rature SATA TS UMR OR SR me Nas tr Devosneeuus N r p n A H ANP ns Amplification
26. on du po le PARTIES EXT RIEURES e Carcasse Figure 1 page A1 compos e de panneaux de mati res diff rentes fonte c ramique t les d acier 3 e Tableau de bord constitu de 3 boutons de r glages de 2 boutons poussoirs et de 6 LED voir paragraphe 3 4 page A4 PARTIES INT RIEURES Figure 2 Tr mie lAN r servoir de combustibles pellets Syst me d alimentation en combustible compos d un motor ducteur entra nant une vis sans fin Chambre de combustion D compos e d une cavit en mat riaux r fractaire d un creuset de r ception des pellets et d un dispositif d allumage e Syst me d aspiration d air ventilateur lectrique 5 qui aspire l air frais en M et vacue les fum es en ii Syst me d air chaud ventilateur lectrique plus grille 3 2 Principe de fonctionnement Les granul s pellets sont vers s l int rieur d un r servoir tr mie de 20 40 litres permettant d assurer une autonomie de 15 72 heures lis sont ensuite amen s gr ce une vis sans fin dans un petit creuset o une r sistance lectrique permet d enflammer le combustible Des ventilateurs am nent l air primaire air frais dans le foyer et soufflent l air chaud dans la maison Tout ceci est contr l et r gul par un dispositif lectronique microprocesseur en fonction de nombreux param tres mesur s et de consignes Un bac cendres situ en d
27. r sentation d une trame soit 10 bits transmetire Dur e d un bit r e On utilise ici la logique positive un niveau logique 1 5 V un niveau logique 0 0 V Bac G nie lectronique Session 2011 11IEELME1 Documentation lectronique tude d un Syst me Technique Industriel Page CAN5 sur 7 Courbe de r ponse de FS51 VFUMEES en fonction de T Fum es YFUMEES 100 200 CO T fum es Sch ma structurel associ Sch ma structurel non simplifi de FS52 VFUMEES D gt IC9 c10 TLV271 la fonction amplification FS52 gt VF_AMP Bac G nie Electronique Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel 11IEELME1 Documentation lectronique Page CANS sur 7 Amplificateur lin aire int gr TLV271 Caract ristiques g n rales e La tension de sortie est comprise entre VCC et 0 V pas de tension de d chet e Tension d alimentation de 2 7 V 16 V Imp dance d entr e tr s lev e ri 1000 GQ courant d entr e nul Applications typiques En fonctionnement non lin aire Comparateur 2 seuils non inverseur ME qa Comparateur 1 seuil ki B Vs VCC si Ve gt Vref V Vref Vs 0 si Ve lt Vref a L Avec les 2 valeurs de Vs les seuils Vth som donn s par Via RIARI prep BL En fonctionnement lin aire Montage su
28. striel Page C9 sur 10 En cas d une coupure du secteur EDF le microcontr leur utilise le signal PSECT issu de FP8 pour d clencher la sauvegarde des param tres de r glage en EEPROM avant la chute de l alimentation VCC Q41 Rappeler la fonction principale d un optocoupleur Justifier l utilisation de 1C13 dans ce contexte Q42 Avec les signaux VALIM et Vpz repr sent s sur le document r ponse page CR5 compl ter les chronogrammes de VD et de VPSECT en pr cisant les amplitudes des signaux page CR5 Q43 Identifier la condition sur VALIM pour laquelle le transistor de l optocoupleur 1C13 sera travers par un courant IC f Dans cette condition de fonctionnement on se propose de v rifier que l optocoupleur 1C13 travaille bien en r gime satur Q44 Donner l expression puis calculer la valeur du courant ID traversant la r sistance R75 Q45 Donner l expression puis calculer la valeur du courant IC traversant le transistor de l optocoupleur 1C13 prendre les valeurs typiques Q46 Montrer que le transistor de l optocoupleur 1C13 est bien satur utiliser le coefficient de sursaturation k Le signal PSECT est exploit sur chaque front descendant par le microcontr leur pour d tecter la pr sence du secteur L absence d un front descendant signale l absence du secteur Q47 l tude des chronogrammes page CR5 d terminer le temps maximal de d tection de l absence secteur par le mi
29. t de la table de caract res ASCII sue DE LEUR SR om omo ME one o DR9 question Q32 Dur e d un bit TXO pre D bat de la transmission lt lt 3 gt gt lt lt 5 gt gt pi 4 i i 1 t i t i t 1 t i DR10 questions Q35 Q39 et Q40 Temp rature e VF AMP a IIA en d cimal en Roue Bac G nie lectronique is z r Session 2011 tude d un Syst me Technique industriel Page CR4 sur 5 AUEELME1 Documents r ponses lectronique DR11 question Q42 VALIM NF wi Pr sence du secteur tins 325 VPSECT A timg Bac G nie Electronique z y Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel Page CRS sur 5 11IEELME Documents r ponses lectronique DOCUMENTATION Registre d calage 8 tages verrouillage 74HC4094 Description fonctionnelles Le 74HC4094 est constitu d un registre d calage de 8 tages associ un verrou 8 bits qui permet de transformer l information re ue en s rie sur l entr e D en une information CLK parall le sur les 8 sorties Q0 Q7 Sur chaque transition positive de l horloge les donn es entr es sont d cal es et m moris es par le verrou Les donn es entr es et m moris es dans le verrou apparaissent sur les sorties si l entr e OE est au niveau logique haut sorties 3 tats Caract ristiques lectriques
30. uence de chargement lis sont donn s ci dessous apr s un d calage 0 S quence d un chargement Ca 0 10 0 tius BO Bi B2 B3 Bd B5 B6 Q8 Identifier en compl tant avec une croix X la ligne du tableau page CR1 qui correspond au chronograrnme repr sent de DAFF Bac G nie lectronique z 3 F Session 2011 tude d un Syst me Technique Industriel Page C3 sur 10 AIEELME Sujet lectronique tude de FS63 conversion s rie parall le et m morisation On se propose d tablir la forme des signaux obtenus sur les 7 sorties QO Q6 de FS63 lis permettront par l interm diaire de FS64 et FS65 d informer l utilisateur sur le fonctionnement du po le On rappelle que le sch ma structurel est fourni page CR1 On a relev les signaux pr sents sur DAFF HAFF et MEMAFF page CR2 Ces signaux correspondent un fonctionnement normal du po le Un extrait de la documentation technique de U1 74HC4094 est pr sent page CAN1 Q9 Encadrer sur le document r ponse page CR1 la structure associ e la fonction FS63 Q10 Par d duction relever les fonctions r alis es par le circuit int gr U1 Q11 tablir les chronogrammes des sorties Q0 Q6 de U4 sur le document r ponse page CR2 en fonction des signaux DAFF HAFF et MEMAFF _ tude de FS64 et FS65 affichage des informations de fonctionnement On rappelle que Von est une tension de sortie au niveau
31. vantages de l usage de pellets comme combustible Q4 Relever le comportement du dispositif de s curit lorsque la temp rature du r servoir de pellets d passe 110 Partie B tude de FP3 acquisition et commande de r glage L tude va permettre de valider la conversion d actions manuelles ponctuelles en Signaux logiques qui seront interpr t s par la fonction de gestion FP1 Le sch ma fonctionnel de 2 me degr de FP3 est le suivant AE En entr e les actions manuelles consistent Action manuelle en un ou plusieurs appuis sur un m me Conversion m canique le ctrique Allumage bouton poussoir Extinction o Conversion GP En sortie AE ou QP sont des niveaux Quantit m canique lectrique logiques significatifs de l action manuelle de pellets F832 Les structures associ es aux fonctions FS31 et FS32 sont identiques l tude ne portera que sur F831 Bac G nie Electronique Session 2011 11EELME1 Sujet Electronique Etude d un Syst me Technique Industriel Page C1 sur 10 Sch ma structurel de FS31 Action manuelle vec y BP1 Li AE E R12 VCC 5V RT VAE Q5 Pour quel tat ouvert ou ferm de BP1 R12 est elle utile En d duire le nom qui est couramment donn cette r sistance Q6 Compl ter le tableau r sumant le fonctionnement page CR1 Partie C tude de FP6 affichage et signalisation L tude va permettre de valider le fonct
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