Exam national SI 2013

8 4 س علوم المهندس شعبة العلوم والتكنولوجيات مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية NS46 الصفحة 1 16 SYSTEME DE GESTION DUNE SERRE Le sujet comporte 4 situations dvaluation SEV SEV1 Analyse fonctionnelle sur 8 points SEV2 tude du mcanisme douverture et fermeture des volets sur 18 points SEV3 tude de larotherme sur 26 points SEV4 Conditionnement et traitement du signal de la temprature sur 28 points Les 4 SEV sont indpendantes et peuvent tre traites dans un ordre quelconque aprs lecture de lintroduction et du fonctionnement du systme en page 2 Toutes les rponses doivent tre rdiges sur les documents rponses DREP XX Les pages portant en haut la mention DREP XX Couleur Jaune doivent tre obligatoirement jointes la copie du candidat mme si elles ne comportent aucune rponse Le sujet est not sur 80 points Le sujet comporte au total 16 pages Le sujet comporte 3 types de documents Pages 02 07 socle du sujet comportant les situations dvaluation SEV Couleur blanche Pages 08 14 Documents rponses portant la mention DREP XX Couleur Jaune Pages 15 et 16 Documents ressources portant la mention DRES XX Couleur Rose Aucun document nest autoris Sont autorises les calculatrices de poche y compris celles programmables

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 2 16 Fig 2 -Un arotherme lectrique Pour pouvoir cultiver toute lanne sans se soucier des conditions climatiques les cultivateurs ont recours la culture en intrieur notamment lutilisation de serres Une serre fig1 est une structure qui peut tre parfaitement close en verre ou en plastique transparent destine la culture et la protection des plantes lgumes fleursetc Lobjectif tant de crer un environnement favorable leur dveloppement La serre protge aussi les plantes des intempries en gnral grle pluies abondantes vent contre les maladies en effet le feuillage reste bien au sec Dans ce milieu favorable les plantes se dveloppent plus vite Le principe de gestion de la serre consiste dabord maintenir la temprature lintrieur de la serre entre TMIN et TMAX en C Chauffage Le chauffage est assur par un arotherme lectrique fig2 ci-contre Un arotherme est un appareil autonome servant chauffer un espace spcifique Il est form de rsistances chauffantes et dun ventilateur Lorsque la temprature lintrieur de la serre dtecte par un capteur de temprature modle LM 35 DZ descend moins de TMIN lunit de traitement base du PIC 16F876 commande la mise en marche de larotherme puis larrte lorsque la temprature atteint TMIN 2C Aration Lorsque la temprature dpasse TMAX lunit de traitement entame lopration daration naturelle par louverture des volets des quatre portails de la serre ces derniers se referment lorsque la temprature baisse TMAX - 2C En plus le systme de gestion assure la commande de la pompe darrosage pour effectuer lirrigation des plantes des moments prcis de la journe I INTRODUCTION II FONCTIONNEMENT Fig 1-Une serre Le systme de gestion dune serre objet de notre tude est destin en gnral assurer entre autres et dune faon automatique Le maintien de la temprature lintrieur de la serre entre deux valeurs TMIN et TMAX Chauffage et aration favorable au dveloppement des plantes

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 3 16 Dans le but dapprhender le fonctionnement global du systme de gestion de la serre et de son environnement on propose de lui appliquer quelques outils de lanalyse fonctionnelle afin Didentifier et dexprimer ses fonctions Didentifier les solutions constructives adoptes Pour cela le candidat doit lire attentivement lintroduction et le fonctionnement du systme Cette tape consiste isoler le produit systme de gestion dune serre cest--dire tablir sa frontire identifier les acteurs extrieurs qui interagissent avec lui On dfinit les fonctions de service que le produit tablit avec tous ces acteurs extrieurs Complter alors le diagramme des interactions de la fig 3 du DREP 01 page 8 en se rfrant au tableau descriptif des fonctions reprsentes dans la mme page 4 pts Nous allons maintenant chercher comment le concepteur a traduit les fonctions de service en fonctions techniques par lidentification des solutions constructives proposes Complter alors sur DREP 01 page 8 Fig4 le diagramme FAST simplifi 4 pts Les conditions climatiques rigoureuses respecter lintrieur de la serre exigent que laration soit contrle au fil de la journe par louverture ou la fermeture automatique des volets des portails de la serre Ces volets coulissants sont entrains par un motorducteur voir DRES 02 page 16 Le fonctionnement prolong provoque le glissement de la courroie sur la poulie La solution prvue pour rsoudre ce problme exige alors lapplication dune tension approprie sur la poulie rceptrice SEV 1 8 pts Analyse fonctionnelle Tche1 Dfinition de lenvironnement du systme 4 pts Tche2 Identification des solutions constructives 4 pts SEV 2 18 pts tude du mcanisme douverture et fermeture des volets

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 4 16 En se rfrant au DRES 02 page 16 Sur le DREP 02 page 9 1- Complter les liaisons cinmatiques du tableau 1 3pts 2- Sur le tableau 2 reprsenter par une flche ou le sens du dplacement de chacun des volets suivant les deux sens 1 ou 2 de rotation de la poulie motrice 2 pts 3- La forme de la courroie est indique sur le tableau 3 donner le nom de cette courroie et citer deux de ses avantages 1pt 4- Lors de la transmission de mouvement par courroie lun de ses brins est mou tandis que lautre est tendu indiquer parmi les cas prsents sur le tableau 4 ceux qui sont corrects Remarque le sens de rotation est reprsent sur la poulie motrice 2 pts La poulie motrice est entraine par un motorducteur dont les caractristiques sont les suivantes - Frquence de rotation du moteur est Nm 1500 trmin - Le rapport de rduction du rducteur est r 115 - Le diamtre primitif des deux poulies est Dp 8594 mm Rpondre sur DREP 03 page 10 1- Calculer la vitesse de rotation de la poulie motrice Npm en trmin 2 pts 2- Dterminer la vitesse de dplacement des volets VV en ms 2 pts 3- Dterminer le temps douverture des volets sachant quune fois les deux volets sont carts on a un accs de 3 m 1pt 4- On a constat quen ralit le temps douverture ou de fermeture est variable cause du glissement entre courroie et poulies Le constructeur prvoit alors de rsoudre ce problme par utilisation dun systme de rglage de tension en agissant sur lentraxe entre les deux poulies Le schma technologique reprsent sur le DREP 03 page 10 montre le systme de rglage agissant sur le dplacement axial de la poulie rceptrice 41 Dcrire lopration raliser pour pouvoir tendre la courroie 1pt 42 Proposer une autre solution pour tendre la courroie 1pt On dsire reprsenter graphiquement la solution constructive dfinie par la zone A du schma technologique du document DREP 03 page 10 La chape est fixe sur la plaque par une vis tte cylindrique hexagonale creux CHC et une rondelle lastique Grower Complter alors la partie du dessin en respectant les consignes cites ci-dessus 3pts Tche 1 Comprhension de fonctionnement 8 pts Tche2 tude des dplacements des volets 7 pts Tche 3 Reprsentation graphique 3 pts

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 5 16 Larotherme est constitu essentiellement de trois rsistances chauffantes dun moteur asynchrone monophas dune hlice pour la ventilation de la chaleur dgage par les trois rsistances Dans le but dapprhender le comportement nergtique de larotherme on propose dtudier son fonctionnement dans les deux modes toile et triangle La plaque signaltique du moteur asynchrone monophas porte les indications suivantes P 1KW V 230 V cos 085 rendement 08 Le moteur est branch entre la phase 3 et le neutre sur le document DREP 04 page 11 1 Calculer la puissance nominale Pa absorbe par le moteur 2 pts 2 Calculer le courant Im absorb par le moteur 2 pt 3 Calculer la puissance ractive Q consomme par le moteur 1pt 4 Calculer sa puissance apparente S 2 pt Sachant que lon dispose dune source triphase avec neutre 230-400V les trois rsistances de larotherme peuvent tre montes en toile ou en triangle on relve sur leur plaque signaltique R 10 On rappelle que la mise en marche ou larrt de larotherme est assure par le microcontrleur toutefois le couplage en toile ou en triangle est manuel Les rsistances sont groupes en toile Sur le document rponse DREP 04 page 11 1- Dterminer la valeur du courant IR 2 pts 2- Dterminer la puissance thermique Ptoile consomme par lensemble des rsistances chauffantes 3pts 3- Calculer le courant Iph1 dans la phase 1 2 pts Quand la puissance thermique dissipe est insuffisante les rsistances sont alors couples en triangle comme indiqu sur le document DREP 04 page 11 Sur le document rponse DREP 05 page12 4- Dterminer la valeur du courant IR 2 pts 5- Dterminer la puissance thermique Ptriangle consomme par lensemble des rsistances chauffantes 3pts 6- Sachant que Ptoile vaut 15870 W dterminer le rapport Etoile Triangle P P 2 pt 7- Conclure 2 pt Le passage de ltoile au triangle est assur manuellement par le commutateur C YD 1- Sur le DREP 05 page12 Complter le schma de puissance 3pts Tche 1 tude du moteur de larotherme 7 pts SEV 3 26 pts tude de Larotherme Tche 2 tude des rsistances chauffantes de larotherme 16 pts Tche 3 Cblage de larotherme et choix des appareils de commande 3 pts

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 6 16 La tension vT la sortie du capteur est une image de la temprature Cette tension faible variation est applique un filtre R1C1 passif de type passe-bas du 1er ordre fig7 ci-contre On admet que le signal vTt est compos dune composante continue VT et de perturbations du secteur vPet quon peut considrer sinusodales frquence constante vPet VPeMAX sin t ce qui nous permet alors lemploi de la notation complexe VP Rpondre directement sur DREP 06 page 13 1 On demande dexprimer VPs en fonction de VPe et des lments du montage R1 et C1 en dduire la fonction de transfert T VPs VPe 4 pts 2 Mettre T sous la forme 1 1 j T -- exprimer 0 en fonction de R1 et C1 3pts 3 Pour C1 33 F calculer la valeur de R1 pour avoir une frquence de coupure f0 5Hz 3pts Aprs filtrage la tension VF peut tre considre comme limage exacte de la temprature prleve Mais sa valeur reste faible 0 500 mV dans la plage de mesures 0 50C Pour pouvoir exploiter toute lchelle du convertisseur analogique numrique du microcontrleur qui est de 0 5V on propose alors damplifier VF de telle sorte qu la temprature maximale 50C la valeur de la tension VA la sortie de lamplificateur soit gale 5V VA 5V v T VF Capter Filtrer Amplifier LM 35 DZ C1 R1 VF v T A R2 R3 AOP1 VA SEV 4 28 pts Conditionnement et traitement du signal de la temprature Tche1 tude du filtre 10 pts Tche2 tude de lamplificateur 8 pts R1 C1 Fig 7 Filtre RC VPe VPS T en C VT Tension la sortie du capteur 250mV 0 25C Fig 5 Acquisition et conditionnement Fig6 Courbe derponse du capteur LM35DZ T en C

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 7 16 R2 R3 VF VA AOI Fig 8 Montage amplificateur Pour cela on utilise un amplificateur linaire base damplificateur oprationnel figure 8 ci-dessous 1 Quel serait alors le module valeur numrique de lamplification F A V V A 2 pts 2 Exprimer A en fonction de R2 et R3 3pts 3 Pour R1 R2R3 10K compensation des courants doffset calculer les valeurs de R2 et R3 3pts Le signal de sortie VA doit normalement varier entre 0 V et 5 V pour une variation de la temprature entre 0C et 50C Ce signal VA est ensuite appliqu lentre RA0 du port A du microcontrleur DRES 01 page15 En se rfrant au principe de gestion de la temprature lintrieur de la serre expliqu dans le paragraphe II page 02 des deux graphes montrant ltat des volets ferms ou ouverts et de ltat de larotherme en marche ou larrt en fonction de la variation du signal VA figures 9 et 10 ci-dessous 1 Complter lorganigramme du DREP 07 Page 14 6 pts Le microcontrleur ncessite en principe une temporisation tmpT entre deux conversions analogiquenumrique successives Cette temporisation trois niveaux imbriqus est ralise par la routine incomplte du DREP 07 page 14 2 On vous demande de complter la routine de temporisation tmpT DREP 07 page 14 4 pts Tche3 Programmation 10 pts VA TMIN VA TMIN 2C tat de larotherme VA tat des volets VA 0 0 En marche Ouverts 5V 5V VA TMAX - 2C VA TMAX larrt Ferms Fig 9 Fig 10 Rpondre directement sur DREP 06 page 13

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 8 16 nergie lectrique Temprature Systme de gestion dune serre Serre plantes Eau 4 pts Tableau descriptif des fonctions 4 pts Fonction de service Description FP1 Permettre lutilisateur de cultiver des plantes dans les meilleures conditions FP2 Arroser les plantes FP3 Maintenir une temprature convenable lintrieur de la serre FC1 tre aliment en nergie lectrique DREP 01 Pompe Arotherme Capteur LM 35 DZ Ouvrir les volets Systme de transmission de mouvement Grer une serre Maintenir une temprature convenable lintrieur de la serre Arroser ou irriguer SEV 1 8 pts Analyse fonctionnelle Tche1 Diagramme des interactions 4 pts Tche2 Identification des solutions constructives 4 pts Fig 3 Fig 4 Utilisateur

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 9 16 1 Tableau 1 3pts Reprsentation en 3D Dsignation de la liaison Degrs de libert Reprsentation sur le plan en deux vues Translation Rotation Translation Rotation Translation Rotation 2 Tableau 2 2 pts Mouvement de la poulie motrice Volet droit Volet gauche Sens 1 Sens 2 3 Tableau 3 1pt Forme de la courroie Nom Avantages 4 Tableau 4 2 pts 1er Cas 2me Cas 3me Cas 4me Cas Correct ou incorrect DREP 02 Tche 1 Comprhension de fonctionnement 8 pts SEV 2 18 pts tude du mcanisme douverture et fermeture des volets

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 10 16 1 2 pts 2 2 pts 3 1pt 4 Solutions pour tendre la courroie Zone A Chape Vis 1 Poulie rceptrice Ressort Mur Plaque Vis 2 Motorducteur Poulie motrice 41 1pt 42 1pt 1- Reprsentation de la solution constructive 3pts Tche2 tude des dplacements des volets 7 pts DREP 03 Tche 3 Reprsentation graphique 3 pts Chape Plaque

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 11 16 1- Pa 2 pts 2- Im 2 pt 3- Q 1pt 4- S 2 pts Ph1 Ph2 Ph3 N Im IR Iph3 Iph2 Iph1 R R M 1 R 1- IR 2 pts 2- Ptoile 3pts 3- Iph1 2 pts Ph1 Ph2 Ph3 N I R Iph3 Iph2 Iph1 R R SEV 3 26 pts tude de larotherme DREP 04 Tche 1 tude du moteur de larotherme 7 pts Tche 2 Cblage de larotherme et choix des appareils de commande 16 pts R

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 12 16 4- IR 2 pts 5- Ptriangle 3pts 6- toile triangle P P 2 pt 7- Conclure 2 pt 1- Complter le schma de puissance 3pts KM2 KM1 Q1 KM3 R1 M L N PE KM4 K1 A1 A2 K2 A1 A2 K3 A1 A2 K4 A1 A2 Q1 CYD Q2 F1 T1 F3 F4 PH3 PH2 PH1 N RL3 contact de commande de larotherme DREP 05 Tche 3 Cblage des rsistances chauffantes et du moteur 3 pts KM3 KM1 KM2 KM4

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 13 16 1 4 pts T VPs VPe 2 3pts 3 3pts R1 1 A VA VF 2 pts 2 3pts A VA VF 3 3pts R2 R3 DREP 06 Tche1 tude du filtre 10 pts Tche2 tude de lamplificateur 8 pts SEV 3 28 pts Conditionnement et traitement du signal de la temprature

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 14 16 2- routine de temporisation tmpT 4 pts tmpT Label Mnmonique Oprande Commentaire MOVLW Val3 Charger W par la valeur Val3 MOVWF cmpteur3 Charger W dans cmpteur3 b3 MOVLW Val2 Charger W par la valeur Val2 MOVWF cmpteur2 Charger W dans cmpteur2 b2 MOVLW Val1 Charger W par la valeur Val1 MOVWF cmpteur1 Charger W dans cmpteur1 b1 DECFSZ cmpteur1f Dcrmenter cmpteur1- sauter si 0 GOTO DECFSZ cmpteur2f Dcrmenter cmpteur2- sauter si 0 GOTO DECFSZ cmpteur3f Dcrmenter cmpteur3- sauter si 0 GOTO RETURN Retour au programme appellant Tche3 Programmation 10 pts DREP 07 1- Complter lorganigramme 6 pts

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 15 16 Volet gauche Volet droit Rducteur Systme pouliecourroie Fin de course Volet ouvert Contact de commande de larotherme Commun 24 V Chauffage RL3 24 V RL1 24 V Commun Input Output VDD 5V MCLR 5 V D Reset R C Vss OSC1 OSC2 C XTAL C C PIC16F876 RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RA6 RA7 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB0 RB1 Acquisition de la temprature conditionnent Fin de course Volet ferm -24V Vers circuit de commande de larotherme 24V Moteur courant continu aimant permanent 48V DRES 01

الامتحان الوطني الموحد للبكالوریا الدورةالعادیة 2012 - الموضوع مادة علوم المھندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات - مسلك العلوم والتكنولوجيات الكهربائية - NS46 الصفحة 16 16 DRES 02 Poulie rceptrice Poulie motrice Rducteur rouevis sans fin Moteur courant continu Bti fixe Volet droit Volet gauche Fin de course Ouverture Fin de course Fermeture Courroie Sens 1 Sens2