radar de recul ultrasonique
DESCRIPTION
explication détaillé des étapes de réalisation d'une circuit électronique d'un radar de recul avec le routage du carteTRANSCRIPT
Radar de Recul Ultrasonique
Dans notre projet, nous sommes chargés de réaliser un dispositif électronique qui sert à déterminer l’existence d’un obstacle à l’arrière d’un véhicule où sont placés l’émetteur et le récepteur et l’obstacle, conformément au dessin ci-dessous
La Technologie ultrasons:Le phénomène utilisé dans ce cas est la réflexions des ondes ultrasonores. Les ondes ultrasonores sont des ondes sonores donc des ondes mécaniques.Cependant, leurs fréquences sont plus élevées que 20khz. De ce fait elles sontinaudibles donc pas perceptibles par l’oreille humaine. Il n’y a donc pas de gènepour l’utilisateur.Le radar de recul ultrasonique possède un émetteur et un récepteur à ultrasonsplacés côte à côte. L'émetteur génère une onde ultrasonore en arrière du véhicule.En présence d'un obstacle, une partie de l'onde est réfléchie vers le récepteur. Leconducteur du véhicule est renseigné sur cette distance par un signal visuel.
Le Principe de fonctionnement :
Le principe est basé sur la mesure de temps écoulé entre l’émission et le retourde l’onde ultrasonique. L’onde ultrasonore se propage à la vitesse duson dans l’air environnant, soit 342 m/sec. Dès qu’un obstacle est rencontré, l’onderevient vers le transducteur.cet onde reçue serai convertit en une signal électrique qui subit des différents manipulations afin de fonctionner le compteur suivant la distance à l’obstacle .
Génération du signal
Emission du signal
TX
obstacle
RX
Réception de signal
Amplificateur
+
comparateur
monostable
compteur
horloge LED
Afin d’étudier le modèle théorique du schéma de ce radar , on utilise un logiciel spécifique (PROTEUSVSM :ISIS /ARES).
La paire de transducteur
Pour réaliser ce projet on utilise deux transducteurs piézoélectriques. Cette paire de transducteurs nous permis de transformer de l’énergie électrique en énergie sonore (pour le transducteur émetteur) et de convertir le signal sonore reçu en un signal électrique utile. Tout le montage doit être construit autour de ces composants et va dépendre de leur fonctionnement.
Le tableau ci-dessus représente les données du constructeur de transducteur R/T40-16:
48%
1 2
3
RV147k
12
U3:A
40106
34
U3:B
40106
56
U3:C40106VSS=GND
R8
680k
D101N4148C1
330p
Q0
I. Oscillateur Emetteur d’impulsions:
Le module d’émission se résume au schéma de principe suivant :
Schéma électronique :
Horloge à 40 kHz
Amplificateur de puissance
Transducteur d’émission
TX
1. Etage d’horloge à 40kHz :Le transducteur émetteur est excite par un signal formé d’impulsion à la fréquence de résonance 40KHZ. Pour avoir cette valeur, on doit avoir une valeur précise de résistance dans le boucle de contre réaction. En effet, les impulsions d’horloges sont du au bloc dérivateur de tensions formés des résistances dans le contre réactions, un port inverseur à hystérésiset un condensateur qui délivre une signal triangulaire à cause de déchargement et chargement (pendant la période T) d’où dans la sortie on a une tension dérivée qui est rectangulaire.par suite la période de ces impulsions sont réglables par un potentiomètre.Pour avoir la fréquence désirée (40 kHz), il faut fixer R8=22KΩ et le potentiomètre est à valeur approché de 40%. Diagramme de fonctionnement :
T1=RCLn(Vt+/Vt-)
T1=RCLn(vdd-Vt-/vdd-Vt+)
2. transmission de puissance au transducteur (émetteur) :
48%
1 2
3
RV147k
12
U3:A
40106
34
U3:B
40106
56
U3:C40106VSS=GND
R8
680k
Si on alimenter l’émetteur directement avec le signal d’horloge généré. Deux problèmes se sont opposés à L’utilisation de cette solution :
- Le transducteur se comporte comme un circuit RLC série et donc perturbe lesignal d’horloge, ce qui est néanmoins peu contraignant. -La puissance transmise au transducteur est faible, ce qui est très contraignantcar c’est ce qui va principalement limiter la portée du radar.
Donc on utilise des circuits intégrée inverseur 40106 comme doubleur de tension (voir schéma4). Au lieu d’avoir 9V d’amplitude crête à crête, il y a 18V.
TX
II. Le module de réception :
Vers le monostable
1) L’amplification :Les ultrasons qui ont été émis vont revenir affaiblis vers un récepteur d'ultrasons, mais toujours à une fréquence de 40 KHz. Il est important donc d'amplifier sélectivement ce signal de façon à pouvoir réaliser une remise enforme du signal en s'étant affranchi des parasites extérieurs On utilise deux amplificateurs TL084 montés en série afin d’amplifier lesignal pour pouvoir le distinguer du bruit parasite par un filtrage pass haut de fréquence de coupure égale à 40Khz.D’après les valeurs données ce montage amplifie la tension avec un coefficient de 6510=650
En effet A1=R4 / (R1+Zc3)=65
A2=R6 / (R5+Zc5)=10
Amplification
Détection
Tension vréf
Comparateur
C7
10n R6
100kC810n
D12
1N4148
D10
1N4148
Mais, en pratique les valeurs d’amplification sont inférieurs aux valeurs théorique ceci est à cause des amplificateurs qui ne sont pas parfaits.
2) Etage de détection
Après avoir amplifier le signal reçu, on effectue la détection à l’aide de circuitde la figure .Dans un premier temps on va éliminer la partie négative par la diode D1, puis àL’aide de détecteur de crête on enlève l’onde haute fréquence (filtre passe bas).
Circuit de détection
10
98
411
U2:C
TL084
12
1314
411
U2:D
TL084PACKAGE=DIL14
R110k
50%
RV3
10k
+V
cc
+V
cc
-Vcc
-Vcc
9V
détecteur
monostable
3) Le comparateur
Fonctionnement : - Si Ve=V+ > V- =Vseuil=Vréf *(R18/( R7+Tr1)) ε>0
D’où Vs=+vcc
- Si Ve=V+ < V- =Vseui Vs=-vcc
Le potentiomètre permet de régler cette tension seuil selon la distance à partir de
lequel le signal passe.
Ainsi, on branche à la sortie un amplificateur suiveur afin de faire l’adaptation
d’impédance pour éviter la chute de courant.
Montage :
Schéma complet du circuit d’amplification :
III. Le monostable Fonctionnement : lorsque la tension venu du comparateur > Vseuil c.-à-d. 1 à l’entrée du premier inverseur (U4:D) et la sortie est 0, qui est la tension de la cathode de la diode alors que on a une tension de 9 V à l’anode d’où Va>Vk diode passant, par suite la tension à l’entrée du deuxième inverseur (U4:E) est pratiquement faible à l’ordre de quelque mV ce qui implique que la sortie est égale à 1. Cette sortie est relié à l’entrée Enable du compteur alors le compteur est en état d’arrêt .
Dans le cas contraire la sortie du premier inverseur serait à 1 d’où Vk>Va iode bloqué, par suite la tension à l’entrée du deuxième inverseur est égale à 9V et la sortie est égale à 0, ce qui déclenche le fonctionnement du compteur.
VI1
VO3
GN
D2
U27809
R1210k
3
21
411
U4:A
TL084
5
67
411
U4:B
TL084
50%
12
3
RV3
1k
C410n
C510n
R13100k
D121N4001
C6
10n
R14
100k
10
98
411
U4:C
TL084
R15
10k
C7
10n12
1314
411
U4:D
TL084
R16
470k
R17
6k8
C8
10n
C910n
R1810k
R1910k
C1010u
C11100u
VD
D
RX
+12V
monostable
1312
U4:D
40106
1110
U4:E
40106
R10
100k
D11
1N4148
R19470K C11
220n
recepteur amplificateurEnable
9V
Schéma fonctionnel:
IV. le module de comptagePrincipe de fonctionnement générale :
Impulsion de comptage
1 -L’horloge :
Le principe utilisé est l’incrémentation d’un compteur à chaque valeur de distance précise parcourus par le signal ultrasonique. dans notre cas, on a le fréquence d’horloge f=330Hz pour RV1=47k(100%) et f=3,33KHz pour RV1=0 . Etant donnée la vitesse de propagationdes ultrasons, on déduit cette distance :f=1 /T=v/(2d) d=v /(2f) ; v=342m/s
horloge compteur
Afficheur(diodes LED)
+
Buzzer
Monostable
Le schema:
Allure des impulsions (en rouge) suivant
le charge et le décharge du condensateur
(en vert).
Initialement Vc=0 d’où Vs=+Vcc
Ensuite le condensateur se charge jusqu’à
qu’il Atteint 2/3Vcc , pendant cette période
Vs=+VCC.
à Vc=2/3Vcc ,Vs passe à l’état nul pendant
la période de décharge du C jusqu’à que
Vc=1/3Vcc
9 8
U4:F
40106
C10
33nF
R12
5.6k34%
RV147k
clk
CLK
14
E13
MR
15C
O12
Q0
3
Q1
2
Q2
4
Q3
7
Q4
10
Q5
1
Q6
5
Q7
6
Q8
9
Q9
11
U14017
R1
1k
Q1
2N2222
Q2
2N2222Q3
2N2222
R2
1k
R3270R
R4180R
R568R
R6
1k
R7
1k
BUZ1
BUZZER
AK
D1LED-GREEN
AK
D2LED-GREEN
AK
D3LED-GREEN
AK
D4LED-GREEN
AK
D5LED-GREEN
AK
D6LED-GREEN
AK
D7LED-RED
AK
D8LED-RED
AK
D9LED-RED
monost
able
horloge
emet
teur
+Vcc
2 -Le Compteur :Description générale :Pour l’étage de comptage , on utilise le modèle 4017 (Johnson decade counter 10 decoded output)ce compteur se met à zéro par un logique 1 sur son reset ligne . il avance sur le front montant du signal d'horloge et à condition que l’entrée Enable soit à l’état bas.
Comme on a vue précédemment, lorsque il ya du signal reçue par RX, l’entrée enable est à l’état haut d’où ce compteur reste en état d’arrêt dans son état courant ,et lorsque aucune signal n’est détecté l’ l’entrée enable est à l’état bas et le compteur commence son incrémentation. A chaque cycle d’horloge une seule sortie se met à l’état haut d’où le diode correspondant relié à cette sortie s’allume ainsi le transistor correspondant devient passant par suite le buzzer s'alimente et se met à fonctionner en nous donnant un signal sonore audible.
Seulement la sortie Q0 du compteur est reliée au bloc d’émetteur, à l’aide d’une diode son utilité est la suivante :
Si le compteur fonctionne ( on n’a pas un obstacle ) la diode est bloqué car Vk>Vad ce qui implique la génération normale des impulsions d’horloge à l’aide de dérivations du tension du condensateur .
Lorsqu’on a un obstacle le compteur s’arrête, et Va>Vk d’où la diode est passant
La génération des impulsions serait stoppée.
Alors, d’une façon générale, ce radar donne un signal lumineux et sonore lorsqu’il n y’a pas un obstacle. Et, si on a pas ce signal, c à d il y a un obstacle à l’arrière et il ne serait loin que lorsque cette signal revient.
Schéma complet du compteur:
Schéma complet du circuit de radar :
Data sheets:
compteur(4017)
CL
K14
E13
MR
15C
O12
Q0
3
Q1
2
Q2
4
Q3
7
Q4
10
Q5
1
Q6
5
Q7
6
Q8
9
Q9
11
U14017
VI1
VO3
GN
D2
U27809
48%
1 2
3
RV147k
R1
1k
Q1
2N2222
Q2
2N2222Q3
2N2222
R2
1k
R3270R
R4180R
R568R
R6
1k
R7
1k
D101N4148C1
330p
12
U3:A
40106
34
U3:B
40106
56
U3:C40106VSS=GND R8
680k
50%
1 2
3
RV21k
1312
U3:D
40106
R9
5k6
C233N
R10
100k
1110
U3:E
40106
D11
1N4148
98
U3:F
40106
R11470k
C3220n
R1210k
3
21
411
U4:A
TL084
5
67
411
U4:B
TL084
50%
12
3
RV3
1k
C410n
C510n
R13100k
D121N4001
C6
10n
R14
100k
10
98
411
U4:C
TL084
R15
10k
C7
10n12
1314
411
U4:D
TL084
R16
470k
R17
6k8
C8
10n
C910n
R1810k
R1910k
C1010u
C11100u
BUZ1
BUZZER
VD
D
AK
D1LED-GREEN
AK
D2LED-GREEN
AK
D3LED-GREEN
AK
D4LED-GREEN
AK
D5LED-GREEN
AK
D6LED-GREEN
AK
D7LED-RED
AK
D8LED-RED
AK
D9LED-RED
12
J1
CONN-H2
12
J2
CONN-H2
12
J3
CONN-H2
Le transistor(2N2222) :
Les inverseurs(40106) :
Les amplificateurs(TL084) :
Les diodes(1N4148) :
schéma de routage :
Liste complet des composantes :
Bloc Emetteur :
Circuit intégré Résistances Condensateurs TransducteurU3 :40106 R8=22KΩ
Potentiomètre RV1=47ΩC11=330pF Quartez T-40
Bloc Récepteur :
Circuit intégré Résistances Condensateurs Transducteur
U4 :TL084 R18=10KΩ
R17=6.8KΩ
R16=470KΩ
R19=10KΩ
R15=10KΩ
R14=100KΩ
R13=100KΩ
R12=10KΩ
PotentRV3=10KΩ
C11=100F
C8=10nF
C9=10nF
C7=10nF
C10=10F
C6=10nF
C5=10nF
C4=10nF
Quartz R-16
Bloc monostable:
Circuit intégré Résistances Diodes Condensateurs
U3 : 40106 R10=100KΩ
R11=470KΩ
D11:1N4148 C3=220nF
Bloc horloge:
Circuit intégré Résistances Condensateurs
U3 : 40106 R9=5.6KΩ C2=33nF
Potent RV2=47KΩ
Bloc compteur :
Circuit intégré Résistances Diodes Transistors
U1 :4017 R2=1KΩ
R3=270Ω
R4=180Ω
R5=68Ω
R6=1KΩ
R7=1KΩ
R12=1KΩ
D1,D2,D3,D4,D5,D6 :
LED-GREEN
D7,D8,D9:LED-RED
Q1,Q2,Q3:2N2222
V. Préparation du circuit imprimé :
La réalisation du circuit s’établie en plusieurs étapes dont, la confection du typon, la préparation de
la plaque, l'insolation, la révélation, la gravure, le nettoyage, l'étamage, le perçage, le montage, le
nettoyage de la résine et enfin comme toute œuvre qui se respecte, le vernissage.
L'Insolation :
Les plaques photosensibles sont revêtues d'un papier protecteur opaque qui protège la face
photosensible de l’ultra violet pendant son stockage.
On dispose le typon sur la glace de l'insoleuse, ensuite on retire le papier de protection de la plaque,
puis on présente la face cuivrée photosensible sur le typon, puis on referme l'insoleuse.
Après, on allume l'insoleuse pendant une période de temps qui ne dépasse pas quelques minutes.
Après cette étape, le dessin apparaît :
La révélation :
Le produit révélateur se présente sous forme de poudre à diluer dans un litre d'eau. On utilisera un
bac pour ce faire, on prend un bidon de 5L genre liquide lave glace ou refroidissement qui une fois une
face découpée au cutter (attention les doigts) font d'excellents bacs avec poignée et permettent de ranger le
matériel une fois terminé.
La plaque sortie de l'insoleuse présente le dessin du circuit déjà visible. Il faut plonger cette plaque
dans le produit révélateur jusqu'à ce que le dessin apparaisse parfaitement.
Le rinçage :
On fait sortir la plaque et la rincer avec de l’eau.
La gravure :
Cette étape dure de 5 à 25 min, et elle consiste à plonger la plaque verticalement dans la graveuse
qui contient une solution de perchlorure de Fer (FeCl3).
Enfin, il faut rincer de nouveau la plaque et imbibez rapidement à l’aide d’un chiffon d’alcool et
frottez la plaquette pour retirer la résine qui a protégé le cuivre à l'endroit des pistes pendant la gravure.
Le perçage :
On utilise une mini perceuse avec support, et pour la plupart des composants classiques on utilisera
un forêt de 0,7mm et pour les plus gros 0,8mm et 1mm.
Le montage :
On mettra en place les composants en commençant par les plus petits, en veillant au sens pour ceux
qui sont polarisés. On effectuera les soudures à l'aide d'un fer à souder, puis on coupera les pattes des
composants à ras de la soudure.
Conclusion :
Pour clôturer ce rapport, il serait intéressant de noter que les séances passées lors de cet études de
projet nous étaient très bénéfiques du fait qu’on c’est familiarisés avec tant de nouveaux concepts
qui nous sont indispensable pour nous les futurs ingénieurs. On a appris comment analyser un
schéma électrique et différencier ses différents étages ainsi que leur rôles et modes de
fonctionnement. Encore, on a bien appris a concevoir les circuits imprimés et on est passés par
toutes les étapes qui mènent à son obtention.