Bac 2011 - stielectronique.fr
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1. BACCALAUR AT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Sp cialit g nie lectronique Session 2011 tude des Syst mes Techniques Industriels LE PO LE PELLETS lectronique Dur e Conseill e 4 h 30 Lecture du sujet 15 min Partie A 15 min Partie B 10 min Partie C 60 min Partie D 15 min Partie E 50 min Partie F 20 min Partie G 30 min Partie H 55 min Bac G nie lectronique Etude d un Syst me Technique Industriel Session 2011 lectronique 111EELME1 SUJET Note importante pour la lecture des sch mas structurels Le symbole Q n apparait pas sur l indication des valeurs des r sistances Exemples 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 1u correspond 1 pF 10n correspond 10 nF Partie A analyse fonctionnelle Q1 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 avantages 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 seront2. examine le po le et constate que e le 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 Il appelle le d panneur qui constate son tour que e la vis sans fin ne tourne pas e 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 algorigramme 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 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 CAN 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 rable par rapport une m moire do
3. 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 A5 du document analyse fonctionnelle Sch ma structurel de FP8 R76 SECTEUR 22k 230V eff 50Hz PHASE IC NEUTRE 100k 1N4004 gt PSECT CN14 VALIM y PSECT CNY75GB Un extrait de la documentation de l optocoupleur CNY75GB est fourni page CAN2 Bac G nie Electronique Session 2011 11IEELME1 tude d un Syst me Technique Industriel Sujet Electronique 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
4. du secteur Bac G nie lectronique Session 2011 11IEELME1 tude d un Syst me Technique Industriel Sujet Electronique Page C10 sur 10
5. 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 1er 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 Il 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 programmateur 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 Electronique z
6. interpr t s par la fonction de gestion FP1 Le sch ma fonctionnel de 2 me degr de FP3 est le suivant Action manuelle Conversion m canique lectrique AE En entr e les actions manuelles consistent en un ou plusieurs appuis sur un m me Allumage bouton poussoir Extinction Conversion QP En sortie VE ou QP sont des niveaux Quantit ER m canique lectrique logiques significatifs de l action manuelle de pellets y Les structures associ es aux fonctions FS31 et FS32 sont identiques l tude ne portera que sur FS31 Bac G nie Floctnique Session 2014 gt Etude d un Syst me Technique Industriel Page C1 sur 10 111EELME1 Sujet Electronique Sch ma structurel de FS31 Action manuelle vec BP1 i m AE 2 R12 VCC 5V RI VA E 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 fonctionnement 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 DAFF C_AFF Gestion de H l affichage HAFF Affichage Information en Enan multicolore P
7. _AMP VAMB tensions analogiques repr sentatives des temp ratures mesur es e 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 TMAX_P niveau logique significatif de la temp rature maximale des pellets 110T L tude portera sur FP5 et FS12 Bac G nie Electronique CR RE f Session 2011 Etude d un Syst me Technique Industriel 11IEELME1 Sujet Electronique Page C7 sur 10 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 permet d obtenir une tension image de la temp rature des fum es Voir la caract ristique page CAN6 Sachant que la fonction de transfert de la fonction captage FS51 est VFUMEES S T Fum es C avec S constante de sensibilit en uV C Q34 Calculer S la constante de sensibilit du captage en V C 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 1C9 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 e
8. a Session 2011 Etude d un Syst me Technique Industriel Page C6 sur 10 111EELME1 Sujet Electronique Q31 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 le chronogramme 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 Amplification NTF ou NTA Conversion analogique num rique F552 ELECT D tection du d passement de temp rature FS54 TMAX_P A A NE AA NO DNA CO me mn eme ne qe 0e 0 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
9. la programmation Q7 Dans le tableau page CR1 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 b1 prend la place du bit bO le bit b2 prend la place du bit b1 etc Exemple avant le d calage ETOCS Ti apr s un d calage 0 On a relev les chronogrammes de DAFF et HAFF correspondants un envoi de 7 bits de donn es afficher une s quence de chargement Ils sont donn s ci dessous S quence d un chargement BD OO 20 40 6 SM a t us BO B1 B2 B3 B4 B5 B6 Q8 Identifier en compl tant avec une croix X la ligne du tableau page CR1 qui correspond au chronogramme repr sent de DAFF Bac G nie Electronique z 3 i Session 2011 Etude d un Syst me Technique Industriel 11IEELME1 Sujet Electroniq
10. nn 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 Electronique z i i Session 2011 Etude d un Syst me Technique Industriel Page C5 sur 10 11IEELME1 Sujet lectronique 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 oscillateur 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
11. r gime norma i D_REG g n fonctionnement FS61 Conversion 5 s rie parall le et C ALRM Gestion de DALRM M morisation z l affichage HALRM Information en MEMALRM quantit de D_ALRM r gime alarmes Affichage pellet alarmes F562 F565 Q4 Conversion lectrique acoustique F566 Alarme sonore C_ALRM_S 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 1er degr page A5 sur le document analyse fonctionnelle Etude d un Syst me Technique Industriel Page C2 sur 10 Sujet lectronique Bac G nie Electronique Session 2011 ATIEELME1 Les signaux de sorties de FS61 et FS62 sont e DAFF mot binaire de 7 bits transmis en s rie e 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 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
12. s FS64 et FS65 Q13 tablir l expression litt rale du courant liea 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 liea 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 QO 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 Ad tude d un Syst me Technique Industriel Sujet Electronique Bac G nie Electronique Session 2011 1IEELME1 Page C4 sur 10 Partie D 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 et la LED 2 est allum e
13. st quasiment continue sur la dur e d une mesure Q36 Dans ce cas identifier le comportement des condensateurs C5 C10 et C17 du sch ma structurel page CAN6 Pour la suite de l tude de FS52 nous adopterons le sch ma structurel simplifi suivant R31 VFUMEES D VF_AMP IC9 TLV271 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 f VFUMEES 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 CR On rappelle que cette tension analogique VF_AMP est fournie la fonction FS12 pour tre convertie Bac G nie Electronique B z A Session 2011 Etude d un Syst me Technique Industriel Page C8 sur 10 111EELME1 Sujet Electronique 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 CAN4 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 Eie CONVERSION SAD analogique AIN num rique VF_AMP NTF n bits F512 VREF 2
14. sur VALIM pour laquelle le transistor de l optocoupleur 1C13 sera travers par un courant IC 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 microcontr leur On l appellera Td tect Q48 l aide des caract ristiques du microcontr leur page CANA 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
15. ue Page C3 sur 10 Etude 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 Ils 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 U1 sur le document r ponse page CR2 en fonction des signaux DAFF HAFF et MEMAFF Etude de FS64 et FS65 affichage des informations de fonctionnement On rappelle que Vo est une tension de sortie au niveau 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 CAN Des extraits des documentations techniques de LED1 MCL039 sont pr sent s page CAN2 Q12 Encadrer sur le document r ponse page CR1 les structures associ es aux fonction
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