Capteurs Et Actionneurs; L'iNterrupteur En Tant Que Capteur Numérique; Détection De La Lumière À L'aIde Du Phototransistor; Émission De Signaux À L'aIde De La Lampe À Incandescence - fischertechnik Mobile Robots II Manual De Instrucciones

3 Capteurs et actionneurs

Nous savons à présent que notre bloc le plus important, l'interface,
« interagit » avec l'ordinateur. Ce qui nous intéresse maintenant, c'est la
façon dont notre interface peut détecter les signaux provenant de
l'environnement. Commençons par les entrées. Dans le langage du métier,
les entrées ou les signaux d'entrée sont souvent appelés des inputs. Or, un
ordinateur, et l'Intelligent Interface en est bien un, peut seulement détecter
et traiter des signaux électriques. Nous devons donc rendre les stimuli de
l'environnement « traitables par l'ordinateur ». C'est pourquoi tous les
capteurs sont des convertisseurs transformant le « sens de la perception »
souhaité en un signal électrique. Étant donné que nous ne voulons pas
exclusivement suivre en « aveugles » les notices de montage, il est indiqué
de consacrer un peu de temps aux propriétés fondamentales des capteurs
dont nous disposons. Ceci est d'autant plus important que nous pourrons
très bien, plus tard, compléter l'interface de nouvelles applications que nous
définirons nous-mêmes.
3.1 L'interrupteur en tant que
capteur numérique
Les niveaux logiques simples « 0 » et « 1 » sont
représentables à l'aide d'un interrupteur. Le
système des coffrets fischertechnik utilise des
interrupteurs à saut de précision munis de con-
tacts inverseurs. La particularité des interrupteurs
à saut réside dans leur comportement à la
commutation. Si nous actionnons lentement et
prudemment le bouton de commande rouge, nous sentons un point de
poussée net au dépassement duquel le contact de commande effectue la
commutation avec un léger déclic. Si nous relâchons lentement le levier de
commutateur, il nous faut « faire sortir » le levier nettement plus loin que le
point de commutation initial pour obtenir une commutation inverse. Cette
différence entre les positions mécaniques de branchement et de débranche-
ment est appelée hystérésis. L'hystérésis de commutation des contacts ou
autres circuits électroniques est une propriété importante. Si elle n'existait
pas, c'est-à-dire si le point de branchement était identique au point de
débranchement, il s'ensuivrait de graves problèmes dans le traitement des
signaux. Des parasites minimes tels qu'un tout léger tremblement à l'instant
de la commutation « simuleraient » pour l'interface plusieurs actionnements,
et il ne serait pas possible de compter des événements avec
précision. L'interrupteur est en version à inverseur. Nous pourrons ainsi dans
nos expériences exploiter les deux positions de départ imaginables, c'est-à-
dire ouvert au repos et fermé au repos.
3.2 Détection de la lumière à l'aide du
phototransistor
Le phototransistor est un composant électronique
semi-conducteur dont les propriétés électriques
dépendent de l'intensité lumineuse. Un transistor
ordinaire est un composant à trois raccordements.
Ces raccordements sont appelés Émetteur, Base et
Collecteur. Sa fonction principale est d'amplifier les
signaux faibles. Un courant faible provenant d'un signal et circulant dans la
base du transistor entraîne un courant beaucoup plus fort au collecteur du
transistor. L'amplification du courant peut être d'un facteur supérieur à 1000.
Le phototransistor du coffret ne possède cependant que deux raccordements.
Où est passé le troisième ? Avec notre transistor, nous voulons détecter de
la lumière. Tout le monde connaît les cellules photovoltaïques permettant de
produire du courant à partir de lumière solaire. Le phototransistor est à
considérer comme une combinaison de la cellule photovoltaïque miniature
et du transistor. La base n'est pas conduite vers l'extérieur (c'est pourquoi
elle est en pointillé sur la figure). À sa place, les impulsions de lumière
incidente (photons) produisent un très faible courant photoélectrique amplifié
ensuite par le transistor et disponible pour traitement au collecteur. Pour
que tout ceci puisse fonctionner comme décrit, le phototransistor nécessite
une connexion supplémentaire. Comme celle-ci est incluse dans l'interface,
nous n'avons pas besoin de nous y intéresser davantage. Le phototransistor
peut s'utiliser aussi bien comme capteur numérique que comme capteur
analogique. Dans le premier cas, il sert à la détection de transitions
clair/sombre nettes, p. ex. une ligne marquée. Il peut cependant aussi
distinguer des quantités de lumière d'intensité différente et le phototransis-
tor fonctionne alors capteur analogique.
3.3 Émission de signaux à l'aide de la
lampe à incandescence
L'émission de signaux lumineux simples est assurée par la lampe à
incandescence. Pour conserver nos termes techniques : la lampe devient un
actionneur optique. La structure d'une lampe à incandescence est vraiment
simple. Une ampoule de verre dans laquelle on a fait
le vide renferme un mince fil de tungstène enroulé en
spirale et tendu entre deux broches de raccordement.
Lorsque du courant circule à travers la spirale, le fil
s'échauffe jusqu'à l'incandescence. Comme il n'y a pas
d'oxygène dans l'ampoule, le fil ne brûle pas et la
lampe a donc une longue durée de vie. Par suite des
fortes contraintes thermiques auxquelles est soumis le
filament boudiné, celui-ci se dilate à chaque branchement et se rétracte de
nouveau au débranchement. Ces mouvements minimes conduisent un jour
ou l'autre au « grillage » de la lampe par suite d'une fatigue du
matériau.Une application possible de la lampe à incandescence est l'af-
fichage d'états de contact. Grâce à la programmation d'une lampe cligno-
tante, on peut également produire des messages d'avertissement. Nous au-
rons encore besoin de la lampe dans un autre cas. En la combinant à deux
phototransistors on obtient un capteur spécial dont les propriétés permettent
de détecter des lignes. La lampe fonctionne comme source de lumière per-
mettant au phototransistor de détecter un marquage de couleur au moyen
de la lumière différemment réfléchie. Une particularité de la lampe utilisée
dans le coffret fischertechnik est la lentille optique contenue dans l'ampoule
de verre. Le faisceau de lumière est ainsi mieux focalisé et la détection des
marquages p. ex. est plus fiable.
3.4 Moteurs à courant continu comme
source de force mécanique
Les moteurs à courant continu sont des actionneurs importants pour les
systèmes mobiles. Le coffret « Mobile Robots II » contient deux types de
moteurs. Bien qu'ils soient assez différents mécaniquement, leur structure
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