1. Prévisions des crues.

2. Prévisions des incendies.

3. Mesure de la pollution de l’air.

4. Contrôle de l’environnement dans une serre.

5. Contrôle de machines industrielles.

6. Gestion de l’éclairage public.

1. Réaliser un programme permettant de générer un signal PWM en sortie de l’Arduino.
2. Visualiser le signal à l’oscilloscope.
3. Réaliser un filtre analogique permettant de récupérer la valeur moyenne.

1. Exemples de systèmes en boucle ouverte  et en boucle fermée :

Positionnement d’un robot.
Vitesse d’un véhicule.
Maintien de la station debout chez l’homme.

2. Vocabulaire et définitions :

Définition d’un système, entrée, sortie.
Régime transitoire.
Régime permanent.
Différents types d’excitations.

Impulsion de dirac.
Echelon.
Rampe.
Signal sinusoïdal.

Identification par réponse indicielle

Cette méthode consiste à soumettre le système à un échelon et à analyser sa réponse.

Identification par réponse fréquentielle

Lorsque l’étude de la réponse indicielle est insuffisante pour identifier le système (doute sur l’ordre par exemple), il est parfois indispensable d’étudier sa réponse fréquentielle. (diagramme de Bode).

Système passe-bas d’ordre 1.

Système passe-bas d’ordre 2.

Le signal audio  est séparé en TROIS signaux distincts (3 voies) à l’aide de 3 filtres

• un filtre pour les aigus (tweeter)
• un filtre pour les médiums (medium)
• un filtre pour les basses (woofer).

Ces filtres passifs sont implantés directement dans l’enceinte.

Le but de ce TP est d’étudier les  trois filtres :

Etude théorique : (transmittance complexe, fréquence de coupure)

Simulation avec le logiciel ISIS : tracé des diagrammes de Bode (gain et phase)

Mesures  :  l’oscilloscope numérique et  GBF  pour tracer  les diagrammes de Bode  (gain et phase)

Mise en œuvre de l’un des trois filtres

Comment déterminer la nature d’un filtre sans calcul ?

Etude d’un filtre d’après son schéma BF et HF.

TD : Filtres audio pour enceintes 3 voies

A partir des schémas électriques, déterminer la nature de chaque filtre par une étude BF et HF.
Indiquer sur chaque schéma électrique quel est le filtre correspondant à chaque voie.
Indiquer sur le diagramme de Bode quel est le filtre correspondant à chaque voie.
Déterminer le ou les fréquences de coupure pour les trois filtres.

1. Etude théorique du filtre RC ( gain et déphasage)
2. Simulation avec le logiciel ISIS ( tracé des diagrammes de Bode : gain et déphasage )
3. Mesures point par point ( tracé des diagrammes de Bode  : gain et déphasage)

1. Exemples d’utilisations de filtres analogiques.
2. Définitions : transmittance, gain, différence de phase, fréquence de coupure, bande passante, diagramme de Bode.
3. Filtres parfaits. Notions de gabarits. Approximations possibles.
4. filtre passe bas du 1er ordre : Forme canonique, gain, déphasage, réalisations possibles, action sur un signal périodique.

Un circuit simple est soumis à une tension sinusoïdale u_E(t).

L’objectif est de déterminer les caractéristiques de la tension u_S(t) (amplitude et phase à l’origine) pour différentes fréquences du signal d’entrée.

Simulation à l’aide du logiciel ISIS.
Réalisation du montage et mesures à l’oscilloscope.

Importance du régime sinusoïdal

En électrotechnique.
En analyse du signal.
En transmission du signal.
Autres domaines (mathématiques,mécanique, physique…)

Expression mathématique d’un signal sinusoïdal

Amplitude, valeur efficace.
Fréquence, pulsation.
Phase à l’origine.
Déphasage entre deux signaux.

Cliquer sur l’image pour voir l’animation :« déphasage entre deux signaux sinusoidaux »

Travail à réaliser

Mise en oeuvre du capteur I2C TMP102.
Configuration en mode lecture 12 bits.
Visualisation des trames I2C.
Décodage des trames I2C.
Utilisation du bitscope.

Objectifs

1. Réaliser l’enregistrement d’un son.
2. Exporter les données ( .txt ou .wav)
3. Modifier les deux paramètres de la numérisation:
– Fréquence d’échantillonnage
– Nombre de bit par échantillon

Dégradation du signal lorsque la quantification diminue

Mise en forme des données

Problème : on veut déclencher un actionneur lorsque la grandeur mesurée par un capteur dépasse une certaine valeur.
Comparateur un seuil : caractéristiques, chronogrammes, algorithme, réalisation matérielle.
Comparateur deux seuils : caractéristiques, chronogrammes, algorithme, réalisation matérielle.
Exercice : mise en forme d’un signal I2C.

Objectifs

1. Mettre en œuvre un capteur de température avec affichage.
2. Déclencher un actionneur (buzzer puis ventilateur) lorsque la température dépasse une certaine valeur.
3. Afficher la température dans une page web.

Capteur analogique TMP36

Les capteurs numériques

Communication série, communication parallèle, communication synchrone et asynchrone, communication halfduplex, communication fullduplex.

La liaison I2C

Comment le maître identifie-t-il les différents « esclaves » ?, déroulement la communication I2C, trames émises, chronogrammes observés.

Exemples de dispositifs fonctionnant en I2C

Capteur de température TMP102, potentiomètre numérique AD5171, télémètre à ultrasons, accéléromètre, Nunchuk, ..

Librairie WIRE pour la liaison I2C

#include <Wire.h>, Wire.fonction()
begin(), requestFrom(adresse, quantite), beginTransmission(adresse) , endTransmission() , write(), available(),  read().

QCM

Capteurs analogiques. Capteurs numériques.

Différentes familles de capteur

Capteur tout ou rien.
Capteur analogique.
Capteur numérique.

Définitions

Etendue de mesure.
Domaine de linéarité.
Résolution.
Sensibilité.
Erreur absolue, erreur relative.
Rapidité.

Différentes normes utilisées en analogique

Définitions

Les actionneurs servent à réaliser une action et sont pilotés par le système. Ils sont donc en sortie du système. Par exemple, pour l’application «Mesure de la qualité de l’eau de mer dans le bassin», on pourrait actionner une électrovanne pour ajouter de l’eau dans le bassin.

Une électrovanne est une vanne commandée électriquement. Grâce à cet organe, il est possible d’agir sur le débit d’un fluide dans un circuit par un signal électrique.

Il existe deux types d’électrovannes :
– tout ou rien = Fermé/ouvert = actionneur TOR.
– proportionnelle = débit réglable = actionneur analogique.

Objectifs

1. Réaliser un programme Arduino permettant de commander un actionneur ANALOGIQUE via la liaison série.
2. Réaliser un flow Node Red permettant de commander un actionneur ANALOGIQUE.
3. Piloter un moteur 30 W à l’aide du slider

Notions abordées :

Fréquence d’échantillonnage.
Condition de Shannon.
Repliement de spectre.
Tension pleine échelle.
Résolution. Quantum. Erreur.
Troncature ou arrondi.
Eléments d’une chaîne de traitement analogique/numérique/analogique.

Insuffisance de la représentation temporelle.
Spectre d’un signal simple.
Exemple de signaux réels.
Comment obtenir le spectre d’un signal?
Exemple d’utilisation de la FFT : MP3.

Autre Représentation fréquentielle.
Décomposition d’un signal périodique.
Décomposition de signaux usuels.
Taux de distorsion harmonique.
Décomposition :carré, triangle, redressé, dent de scie, créneau.
Reconstitution Exemple du signal carré et triangle.
Déterminer la valeur moyenne et efficace à partir du spectre
Exploiter un spectre en dBV

Définitions

Les actionneurs servent à réaliser une action et sont pilotés par le système. Ils sont donc en sortie du système. Par exemple, pour l’application «Mesure de la qualité de l’eau de mer dans le bassin», on pourrait actionner une électrovanne pour ajouter de l’eau dans le bassin.

Une électrovanne est une vanne commandée électriquement. Grâce à cet organe, il est possible d’agir sur le débit d’un fluide dans un circuit par un signal électrique.

Il existe deux types d’électrovannes :
– tout ou rien = Fermé/ouvert = actionneur TOR.
– proportionnelle = débit réglable = actionneur analogique.

Objectifs

1. Réaliser un programme Arduino permettant de commander un actionneur TOR via la liaison série.
2. Réaliser un flow Node Red permettant de commander un actionneur TOR.
3. Réaliser un flow Node Red permettant de commander une led RVB

Objectifs

Relever les oscillogrammes et les spectres de signaux périodiques à l’aide de l’oscilloscope numérique.

u1 : signal sinusoïdal d’amplitude 5V et de fréquence 100Hz.

u2 : signal triangulaire d’amplitude 5V et de fréquence 100Hz.

u3 : signal carré d’amplitude 5V et de fréquence 100 Hz.

u4 : signal en créneaux 0/5V de rapport cyclique 75% , f = 100 Hz.

Travail à effectuer pour chaque signal

(1) Régler le GBF pour obtenir le signal voulu.

(2) Relever l’oscillogramme, avec les mesures de la valeur moyenne et de la valeur efficace.

(3) Relever le spectre du signal à l’aide la fonction FFT: (bouton Math, sur l’oscilloscope)

(4) Relever les amplitudes et les fréquences des différentes raies dans un tableau.

(5) Tracer le spectre d’amplitude U= fonction (f) avec U en V.

(6) Retrouver la valeur moyenne et la valeur efficace du signal à partir du spectre.

Analyse du son

Quelles sont les fréquences audibles?
Valeurs en dB.
Timbre d’un son.
Note la3 du diapason .
Spectre et spectrogramme.
Note la3 pour différents instruments.
Différents types de bruits.
Tonalités DTMF.
Spectres de signaux périodiques usuels.
Interférences destructives.
Reconstitution d’un signal périodique.
Formats audio MP3 (format destructif).

Spectrogramme d’un signal carré de fréquence 500Hz de durée 1s :

30 questions tirées des QCM 1 à 6

Définition

Un capteur TOR (tout ou rien) ne peut prendre que deux états (marche-arrêt).
Par exemple, on peut utiliser ce genre de capteur pour la détection de présence d’objets.
Un tel capteur ne renvoie donc que deux niveaux logiques:
• 0 = absence d’objet / interrupteur ouvert / système à l’arrêt
• 1 = présence d’objet / interrupteur fermé / système en marche

Objectifs

1. Câbler correctement un capteur TOR : bouton poussoir (BP)
2. Utiliser un bouton poussoir (BP) pour changer l’état d’une variable de type booléen.
3. Utiliser un bouton poussoir (BP) pour incrémenter ou décrémenter une variable de type entier.
4. Récupérer les données du bouton poussoir (BP) sous Node Red.

Notions révisées :

Période, fréquence, valeur crête à crête, rapport cyclique.
Valeur moyenne d’un signal périodique. (calcul ne nécessitant pas l’utilisation d’intégrales)
Valeur moyenne d’un signal périodique. (calcul nécessitant l’utilisation d’intégrales*)
Valeur efficace d’un signal périodique. (calcul ne nécessitant pas de l’utilisation d’intégrales)
Valeur efficace d’un signal périodique. (calcul nécessitant l’utilisation d’intégrales*)
Décomposition d’un signal périodique.
Valeur efficace de la composante alternative. UAC
*facultatif