vendredi 27 janvier 2017

Fabrication d'un petit traqueur solaire


Je vous propose aujourd'hui la construction d'un petit traqueur solaire, c'est à dire un dispositif qui tourne sur lui-même afin de toujours faire face à la direction d'où provient la lumière.

Le montage est constitué de composants classiques (aucun microcontrôleur): 
  • Un moteur à courant continu.  Il m'a semblé préférable d'utiliser un modèle dont la vitesse de rotation est réduite par un système d'engrenages, du genre qu'on utilise pour entraîner les roues d'une base robotique.
  • Une paire de photorésistances
  • Deux amplificateurs opérationnels sur le même circuit intégré.  J'ai utilisé un modèle CA1458 (identique à LM1458).
  • Deux transistors NPN et deux transistors PNP.  J'ai choisi les modèles 2N4401 et 2N4403, qui m'avaient donné de bons résultats dans une expérience similaire.
  • Quelques diodes, résistances et potentiomètres.

Circuit et principe de fonctionnement

Il s'agit d'un circuit classique, j'ai utilisé la version publié sur le site de CdS Electronics, qui vendent un kit pour le réaliser, si par hasard vous ne disposez pas du matériel nécessaire.  J'ai indiqué sur ce schéma une tension d'alimentation de 12 V, dans les faits j'ai utilisé une pile de 9 V car c'était plus pratique (pour éviter les fils qui s'emmêlent, il est pratique que tout le circuit, incluant l'alimentation, soit superposé au moteur de façon à ce que tout tourne ensemble).


Voyons voir comment ça fonctionne...  Du côté gauche du schéma, les deux photorésistances sont branchées en série.  Si les deux photorésistances sont éclairées exactement de la même façon, la tension au point A sera de 6 V.  Mais si la photorésistance 1 reçoit plus de lumière que la photorésistance 2, la tension au point A deviendra supérieure à 6 V.  Si la photorésistance 2 reçoit plus de lumière que la photorésistance 1, c'est le contraire:  la tension au point A devient inférieure à 6 V.  Notez que le point A est branché à la fois à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur A, et à l'entrée inverseuse de l'amplificateur B.

Jetons maintenant un oeil un peu plus à droite:  4 résistances sont également branchées en série:  un potentiomètre de 100 kΩ, une résistance fixe de 15 kΩ, un potentiomètre de 20 kΩ et une résistance fixe de 47 kΩ.

Le potentiomètre de 100 kΩ sert à assurer la symétrie de votre circuit:  vous ajustez sa valeur pour que le circuit demeure immobile lorsque la lumière se trouve droit devant lui.  Le potentiomètre de 20 kΩ sert à ajuster la sensibilité du circuit:  plus sa valeur est faible, plus le circuit sera "nerveux" et impatient de changer d'orientation.  Plus la résistance de ce potentiomètre est grande, plus votre circuit exigera une grande différence de luminosité avant de se donner la peine de tourner.

Une fois les deux potentiomètres réglés à leur valeur optimale, la tension au point B et la tension au point C conserveront une valeur constante, qui ne dépendra pas de l'éclairement.   De plus, si vous observez ce groupe de 4 résistances, vous devriez convenir que la tension du point B est toujours plus élevée que la tension du point C.

Nous disposons maintenant de suffisamment d'informations pour analyser le comportement des deux amplificateurs opérationnels.  L'absence de rétroaction nous permet de conclure qu'ils agissent tous les deux en comparateurs de tension (j'ai déjà écrit un article sur les comparateurs de tension, si vous voulez en savoir un peu plus sur le sujet).

La sortie de l'amplificateur A sera d'une dizaine de volts si la tension du point A devient plus élevée que celle du point B, et nulle si c'est le contraire.

La sortie de l'amplificateur B sera d'une dizaine de volts si la tension du point A devient moins élevée que celle du point C, et nulle si c'est le contraire.

Il ne reste plus qu'à parler de la partie droite du circuit, qui est constituée du moteur, de 4 transistors et de 4 diodes:  il s'agit d'un pont en H, un circuit spécialement conçu pour permettre à un moteur électrique de tourner dans deux directions différentes.  Je n'analyserai pas en détail cette partie du circuit, je vous réfère plutôt à cet article sur le pont en H.

Nous pouvons constater que 3 situations sont possibles:
  • Si l'éclairement est similaire pour les deux photorésistances, la tension du point A aura une valeur plus petite que la tension du point B, et plus grande que la tension du point C.  La sortie de l'amplificateur A (point D) sera nulle, et la sortie de l'amplificateur B (point E) sera nulle aussi.  Par conséquent, le moteur ne tourne pas.
  • Si la photorésistance 1 est plus éclairée que la photorésistance 2, la tension du point A devient plus grande que la tension du point B.  La sortie de l'amplificateur A (point D) devient environ 10 V, alors que la sortie de l'amplificateur B (point E) est nulle.  Le moteur tourne dans une direction.
  • Si la photorésistance 2 est plus éclairée que la photorésistance 1, la tension du point A devient plus petite que la tension du point C.  La sortie de l'amplificateur A (point D) est nulle, alors que la sortie de l'amplificateur B (point E) prend une valeur d'environ 10 V.  Le moteur tourne dans l'autre sens.



Voici une vidéo du traqueur solaire pendant qu'on déplace une lampe autour de lui:


  

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)



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