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.