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Centre National de l'Évaluation, des Examens et de l’Orientation Examen Nationa

Centre National de l'Évaluation, des Examens et de l’Orientation Examen National du Brevet de Technicien Supérieur Session Mai 2019 - Sujet - Page 1 25 Filière : Systèmes Electroniques - SE - Durée : 4H Épreuve : Electronique Coefficient : 35 Gestion d’irrigation d’une ferme agricole Pour faire face à la problématique de pénurie de l’eau, le Maroc a misé sur la généralisation de l’irrigation localisée. C’est une combinaison de plusieurs solutions permettant à la fois la rationalisation et la durabilité des modes de consommation. Dans ce sujet, on s’intéresse à l’étude d’un système de gestion de l’irrigation localisée d’une ferme agricole. Le système étudié est constitué des blocs suivants (Figure1) : - Un système d’alimentation qui permet de combiner les trois sources d’énergie : photovoltaïque, réseau électrique et groupe électrogène afin de répondre efficacement au besoin énergétique de la ferme. - Une station de pompage qui assure le remplissage du bassin de stockage et le lancement de l’irrigation. Cette station est commandée par un automate programmable industriel (API) - Un système de contrôle de l’irrigation, qui permet de collecter les mesures des différents capteurs implantés dans la serre (capteur de débit d’irrigation, capteurs de température et d’humidité du sol, capteurs de température et d’humidité de l’air, capteur du rayonnement global, capteur de croissance des plantes… etc.) et les transférer via une carte d’acquisition vers une salle de contrôle. - La salle de contrôle reçoit ces données et assure d’une part l’archivage et l’affichage des grandeurs mesurées et d’autre part la prise de décision de l’irrigation, selon des algorithmes adaptés à la nature de culture et au stade de croissance. L’ordre d’irrigation est envoyé vers la carte d’acquisition à travers une liaison sans fils. Cette liaison transmet ces ordres vers l’automate programmable industriel, qui gère l’ouverture et la fermeture des électrovannes. La description fonctionnelle du système d’irrigation d’une serre est donnée à la figure 2. Le schéma de principe de la carte d’acquisition des différentes grandeurs de la serre (Température, humidité, ensoleillement…etc.) est fourni à la figure 3. Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 2 25 Vue générale du système Figure 1 Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 3 25 Figure 2 Schéma fonctionnel du système d’irrigation Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 4 25 Schéma de principe de la carte d’acquisition Figure 3 Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 5 25 I. Capteur de température LM335. Le circuit LM335 est un capteur de température qui délivre une tension Uz linéairement proportionnelle à la température ambiante T(°C) dans la serre. Le montage de conditionnement est donné à la figure 4. Les amplificateurs opérationnels sont supposés parfaits.  A T = 0°C, Uz(0) = Uz0 = 2.73V.  Sensibilité du capteur : S = 10mV/°C. Q1. Exprimer Uz en fonction de T(°C). Q2. Exprimer Vr en fonction de R7, R8 et Vcc. Q3. Sachant que R4 = R5 et R9 = R10, montrer que l’expression de Vs s’écrit sous la forme : Vs = 5.(V1 – V2) Q4. En déduire l’expression de Vs en fonction de T(°C). II. Capteur d’humidité HIH_5030. Le capteur HIH_5030 délivre une tension proportionnelle à l’humidité ambiante, selon la caractéristique UO(V) = f(RH(%)) (figure 5) : Figure 4 Figure 5 Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 6 25 Q5. Calculer la sensibilité du capteur en V/RH%. Q6. Déterminer l’expression de la tension UO délivrée par ce capteur en fonction de l’humidité relative RH. Q7. Calculer les valeurs de la tension UO pour RH=30% et RH=70%. III. Etude du convertisseur analogique numérique CAN du PIC16F876 La sortie du capteur est connectée à l’entrée analogique RA0/AN0 du microcontrôleur PIC (voir annexe 1), ce qui permettra d’avoir la valeur numérique correspondante à l’humidité ambiante. Q8. Donner le principe de conversion utilisé par le CAN intégré au PIC. Q9. Donner la résolution du CAN intégré au PIC. Q10. Sachant que Vref + = Vcc= 5V et Vref - = 0V, calculer la valeur numérique du quantum. La configuration du convertisseur est la suivante :  Fréquence d’échantillonnage : fosc/32.  Activation du canal AN0.  Justification à droite de la valeur numérique.  Seules les entrées AN0, AN1, AN2, AN3 et AN4 sont analogiques. Q11. Sur le document réponse DR1, Indiquer le mot de configuration du registre ADCON0. Q12. Sur le document réponse DR1, Indiquer le mot de configuration du registre ADCON1. Q13. Sur le document réponse DR1et pour les valeurs de Uo égales à 1,7V et 2,97V, déterminer les valeurs numériques respectives, en hexadécimal, fournies par le convertisseur. Q14. Sur le document réponse DR1, Compléter la fonction de conversion. IV. Etude de la liaison RS485 La connexion entre le microcontrôleur Pic16F876, l’automate programmable industriel et la carte de communication est assurée par le réseau de terrain Modbus. Ce réseau se base sur la liaison RS485. Le circuit MAX485 assure l’adaptation des niveaux de tension entre le PIC et l’API. Le document constructeur de ce circuit est donné en annexe 2. Q15. Donner la vitesse de transmission maximale du circuit MAX485 et le nombre de transmetteurs supportés par la ligne RS485. La transmission se fait à 9600 bauds, 8 bits de données, 1 bit de start, parité paire et 1 bit de stop. Q16. Avec ces caractéristiques, combien de bits sont nécessaires à la transmission d’un octet ? Q17. Calculer la durée de transmission d’un caractère. Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 7 25 Q18. On veut transmettre l’octet 0x9A, compléter sur le document réponse DR1, la trame envoyée sur la broche Tx du PIC16F876. V. Communication I2C Les données issues des différents capteurs sont stockées dans la mémoire EEPROM 24AA128. Le document constructeur du circuit 24AA128 est donné en annexe 3. Q19. Quelle est la fréquence maximale de l’horloge (SCL) supportée par la mémoire ? Q20. En consultant le document annexe 3 et le schéma structurel de l’ensemble, donner l’adresse de la mémoire EEPROM sur le bus I2C. La donnée de la température du sol correspond à la valeur 0x015D. On désire stocker cette valeur en mémoire aux cases consécutives d’adresses 0x1AFE et 0x1AFF. Q21. Sur le document réponse DR1, donner la trame I²C qui correspond à l’écriture de la valeur de la température en mémoire. Les adresses mémoires consécutives 0x246A et 0x246B contiennent respectivement les données 0x7B et 0x8A. Q22. Sur le document réponse DR2, donner la trame I²C qui correspond à la lecture de ces deux cases mémoires. VI. Etude du bus AS-i : L’automate programmable contrôle les états des capteurs et actionneurs tout ou rien à travers le bus AS-i dont les détails sont donnés en annexe 4. Le schéma de la structure de commande est donné à la figure 6. Figure 6 Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session Mai 2019 - Filière : Systèmes Electroniques - SE - Épreuve : Electronique Page 8 25 Q23. Donner les caractéristiques du bus AS-i en complétant le tableau du document réponse DR2. Q24. Calculer la durée totale d’une transaction entre une station maître AS-i et une station esclave. Q25. Suite à une extension du système, on a procédé à l’installation d’un nouvel esclave. Donner la trame de requête maître et réponse esclave permettant de lui affecter l’adresse 12. Q26. On désire forcer les quatre électrovannes de l’esclave 7 à l’état 1. Donner sur le document réponse DR2 la trame de requête maître. Q27. Compléter sur le document réponse DR2 les chronogrammes de la trame de requête de la station maître AS-i (le bit de contrôle de parité PB, le codage Manchester et les signaux sur le câble AS-i). VII. Commande de la station de pompage : Le remplissage du réservoir de stockage est commandé par l’automate programmable industriel (API), selon le cycle de fonctionnement suivant : - Le démarrage d’un cycle est lancé lorsque le niveau de remplissage du bassin est bas et l’interrupteur marche m est actionné. - La pompe MP1 démarre à grande vitesse (MP1GV) jusqu’à ce que le niveau de remplissage du bassin soit au milieu. - Ensuite, la pompe MP1 repasse à petite vitesse (MP1PV) jusqu’à ce que le niveau de remplissage du bassin soit haut. Q28. Compléter le GRAFCET de commande sur le document réponse DR3. Les variables X1, X2 et X3 représentent respectivement les états logiques des étapes 1, 2 et 3. Q29. Déterminer l’expression logique de l’action MP1GV. Q30. Déterminer l’expression de la uploads/Geographie/ elec-2019.pdf