Allumage automatique des phares, système d'aide au stationnement, bac SPCL Mayotte 2022.

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Allumage automatique des phares.
Le système d'allumage automatique des phares doit mesurer la valeur de l’éclairement pour déclencher l'allumage ou l’extinction des phares à la place du conducteur. Cette mesure s'effectue par un capteur de luminosité placé sur le pare-brise (généralement derrière le rétroviseur central).
Dans cette partie, on se propose d’étudier le fonctionnement d’un dispositif d’allumage automatique des phares d’un véhicule en utilisant le matériel disponible au laboratoire de physique d’un lycée. On étudie tout d’abord un capteur de luminosité.
Afin de déterminer les caractéristiques du capteur de luminosité choisi, le montage suivante est réalisé. On mesure simultanément la valeur de la résistance Rp entre les bornes de la photorésistance à l’aide d’un ohmmètre et l’éclairement E que la photorésistance reçoit à l’aide d’un luxmètre.

Q27 - Proposer une méthode permettant de faire varier l’éclairement reçu par la photorésistance pendant l’expérience.
Faire varier la tension d'alimentation de la source lumineuse.
 Q28 - À partir des valeurs expérimentales fournies, tracer la courbe Rp = f(E).

Q29 - Décrire l’évolution de la valeur de la résistance en fonction de l’éclairement.
La résistance Rp diminue lorsque l'éclairement augmente.
 Q30 - Indiquer qualitativement pourquoi la photorésistance peut être utilisée comme capteur de luminosité pour le dispositif d’allumage automatique des phares.
La photorésistance convertit la grandeur physique  à mesurer( l'éclairement)  en une grandeur électrique ( la résistance).
C'est un capteur de luminosité.

 Les spécifications techniques du système d’allumage automatique étudié sont données ci-après.
Niveau d'allumage des phares  : 1000 lux (± 25%)
Niveau d'extinction des phares : 3000 lux (±25 %).
temporisation < 20 s.
Q31 - À l’aide du graphique tracé précédemment et des spécifications techniques ci-dessus, déterminer la valeur de résistance Rp(allumage) associée à l’allumage des phares et la valeur de résistance Rp(extinction) associée à leur extinction.
Rp(allumage) = 1,2 kW ; Rp(extinction) =0,7 kW.
 On souhaite réaliser une simulation de la commande de l’allumage et de l’extinction des phares à l’aide d’un montage intégrant un microcontrôleur. On réalise d’abord un conditionneur selon le montage ci-dessous.
 le générateur correspond au microcontrôleur qui délivre une tension UG = 5,0 V ;
 la photorésistance a pour valeur Rp ;
 un conducteur ohmique de résistance R = 10 kW est placé en série avec la photorésistance.

L’allumage des phares est commandé par la valeur de la tension UR aux bornes du conducteur ohmique, donnée par la relation suivante : UR = UG × R / ( R+ RP).
Q32 - En utilisant les résultats de la question précédente, calculer la valeur de UR (allumage) au moment de l’allumage des phares et celle de UR (extinction) au moment de l’extinction des phares.
UR (allumage) =5,0 x 10 /(10+1,2) =4,46 ~4,5 V.
UR (extinction) =5,0 x 10 /(10+0,2) =4,9 V.


Dans la partie du montage mesurant l’éclairement ambiant à l’aide de la photorésistance, le microcontrôleur lit la tension UR sur l’entrée analogique A0 et la convertit en un nombre entier N compris entre 0 et 1023. La valeur de la tension UR aux bornes de la résistance R et le nombre N sont proportionnels. Lorsque la tension lue est maximale (5,0 V) le nombre vaut N = 1023. Q33 - En déduire les nombres retournés par le microcontrôleur pour l’allumage et l’extinction des phares, notés respectivement Nallumage et Nextinction.
Coefficient de proportionnalité : 1023 / 5 =204,6.
N = 204,6 UR.
Nallumage=204,6 x4,5~921.
Nextinction. =204,6 x4,9 ~1003.
 Q34 - Pour faire le bilan des résultats obtenus, recopier et compléter le tableau suivant.

 E(lx)
 Rp(kW)
 UR (V)
 N
Allumage
 1000
 1,2
 4,5
 921
Extinction
 3000
 0,7
 4,9
 1003
Dans la partie du montage commandant l’allumage ou l’extinction d’une diode électroluminescente (DEL), qui est reliée à la sortie numérique n°11, le microcontrôleur délivre une tension qui peut prendre deux valeurs : 5 V (état « haut » ou « high ») ou 0 V (état « bas ou « low »).
Q35 - Recopier l’extrait de l’algorithme ci-dessous et le compléter pour que le microcontrôleur puisse commander l’allumage ou l’extinction de la diode électroluminescente (DEL) en fonction de la luminosité ambiante.
On exécute une boucle. Si la valeur de N est inférieure à 921. alors placer la sortie n°11 dans l’état haut
 Si la valeur de N est supérieure à 1003. alors placer la sortie n°11 dans l’état bas
On laisse un délai de 250 ms et on relance la boucle.

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 Système d'aide au stationnement.
Lors d’une manœuvre en marche arrière le conducteur est informé par un signal sonore de la présence d’un obstacle. La fréquence de ce signal augmente quand la distance qui sépare le véhicule de l’obstacle diminue.
Zone de détection : 0,1 à 1,7 m ; Intensité de fonctionnement : < 350 mA ; Fréquence de fonctionnement des capteurs : 40 kHz.
Q19 - Après avoir identifié le domaine des ondes acoustiques (audible, infrason, ultrason) associé à la fréquence de fonctionnement des capteurs, proposer une explication de l’intérêt d’utiliser ces ondes acoustiques.
40 kHz appartient au domaine des ultrasons.
L'oreille ne doit pas entendre  les ondes émises par l'émetteur.
 Q20 - Indiquer si les ondes acoustiques sont des ondes longitudinales ou des ondes transversales.
Les ondes acoustiques sont longitudinales.
 Le système d’aide au stationnement utilise des capteurs qui peuvent jouer deux rôles : celui d’émetteur et celui de récepteur d’une onde acoustique. Le principe physique est le même que celui de l’échographie.
Le calculateur a accès aux informations suivantes :
 la valeur de l’intervalle de temps Dt séparant l’émission de la réception de l’onde acoustique par les capteurs ;
 la valeur de la vitesse de propagation de l’onde acoustique dans l’air dans les conditions d’utilisation : v = 3,4×102 ± 0,1×102 m·s –1 .
Q21 - Tracer le chemin parcouru par l’onde acoustique depuis l’émission jusqu’à la réception, lorsqu’un de ces capteurs fixés sur le parechoc arrière du véhicule fait face à un obstacle plan (mur).

Q22 - Nommer le phénomène physique subi par l’onde au niveau du mur dans la situation représentée précédemment.
Réflexion de l'onde.
 Q23 - Déterminer la valeur de la distance entre le parechoc et l’obstacle si l’intervalle de temps Dt entre l’émission et la réception a pour valeur 5,0 ms.
2 d = 340 Dt ; d =340 x5,0 10-3 / 2 = 0,85 m ~ 0,9 m
L'incertitude-type liée à l’horloge du boîtier, sur la mesure de la durée Dt, a pour valeur u(Dt) = 0,10 x Dt,. L'incertitude-type sur la valeur de la distance d dépend des incertitudes-types sur la durée Dt du parcours et sur la célérité v de l’onde .
Q24 - Calculer la valeur de l’incertitude-type u(d) pour la distance d. Puis exprimer le résultat de la mesure de d avec l’incertitude-type associée.
u(d) = d[ (u(Dt) / Dt)2 + (u(v) / v)2]½ =0,85 [0,01+(10 / 340)2]½ =0,09 ~0,1 m.
d = 0,9 ±01 m
 Chaque capteur fonctionne alternativement en mode émetteur puis en mode récepteur. Le capteur est constitué d’un matériau piézo-électrique qui génère des impulsions acoustiques de durée Dt1 = 0,5 ms, avec une périodicité Dt2 = 10 ms. La figure ci-après illustre ce fonctionnement (la figure n’est pas à l’échelle).

Q25 - Montrer que la durée de chaque impulsion empêche le dispositif d’aide au stationnement de fonctionner correctement pour une distance véhicule-mur inférieure à une valeur de l’ordre de 0,1 m.
Pendant la durée d'émission, la réception est impossible.
0,5 10-3  x 340 / 2 =0,085 ~0,1 m.
 Q26 - Montrer que si on souhaite augmenter la zone de détection des capteurs, c’est-à-dire augmenter la valeur de la distance maximale dmax = 1,7 m, il sera nécessaire d’agir sur un des paramètres du capteur que l’on précisera.
dmax =340 / 2 Dt.
Il faut augmenter Dt2.

  
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