TP Arduino – Commande d’un moteur CC par pont en H (hacheur)

https://mistert.freeboxos.fr/circuit/proxy.php?id=mistert2_hacheur1&mode=open

https://mistert.freeboxos.fr/circuit/proxy.php?id=mistert2_hacheur2&mode=open

Sur le matériel fourni :

• Connecter le moteur CC à la sortie du pont en H.
• Relier les broches de commande du pont en H aux sorties numériques de l’Arduino (ici D3 et D6).
• Vérifier l’alimentation.
• Objectif : faire tourner le moteur dans les deux sens.

Entrer le code suivant et observer le comportement du moteur :

Programme de commande de moteur sur Arduino

// Commande d’un moteur CC avec PWM et pont en H
// Tout ou rien (100 %), mais map() est déjà en place pour préparer la suite
 
const int sortie_commande_AV_pont_H = 3;
const int sortie_commande_AR_pont_H = 6;
 
void setup() {
  pinMode(sortie_commande_AV_pont_H, OUTPUT);
  pinMode(sortie_commande_AR_pont_H, OUTPUT);
}
 
// Marche avant (par défaut 100 %)
void moteurAvant(int alpha_percent = 100) {
  int alpha_pwm = map(alpha_percent, 0, 100, 0, 255);
  digitalWrite(sortie_commande_AR_pont_H, LOW);
  analogWrite(sortie_commande_AV_pont_H, alpha_pwm);
}
 
// Marche arrière (par défaut 100 %)
void moteurArriere(int alpha_percent = 100) {
  int alpha_pwm = map(alpha_percent, 0, 100, 0, 255);
  digitalWrite(sortie_commande_AV_pont_H, LOW);
  analogWrite(sortie_commande_AR_pont_H, alpha_pwm);
}
 
void loop() {
 
  moteurAvant();     // avant 100 %
  delay(2000);
 
 
}

• Modifier l’appel dans loop() en utilisant moteurAvant(50);
• Observer le moteur : vitesse plus faible.
• Avec un multimère mesurer la tension moyenne sur le moteur.
• Avec l’oscilloscope :
  1. Capturer la tension aux bornes du moteur.
  2. Relever la largeur d’impulsion et le rapport cyclique (~50 %).
  3. Calculer la tension moyenne et vérifier que U_moy = 0,5 × U_alim.

• Modifier l’appel dans loop() en utilisant moteurArriere(70);
• Observer le moteur : marche arrière avec une vitesse plus élevée que pour 50 %.
• Avec un multimère mesurer la tension moyenne sur le moteur.
• Avec l’oscilloscope :
  1. Capturer la tension aux bornes du moteur.
  2. Relever le rapport cyclique (~70 %).
  3. Calculer la tension moyenne et vérifier que U_moy = -0,7 × U_alim.

• Modifier l’appel dans loop() en utilisant moteurAvant(50);
• Avec l’oscilloscope et la sonde de courant :
  1. Capturer la forme du courant moteur.
  2. Comparer avec le cas où le moteur est alimenté en continu.
  3. Expliquer pourquoi le courant est ici de forme quasi triangulaire : lien avec la PWM et l’inductance du moteur.
  4. Exercer un couple résistant sur le moteur (freinage à la main par exemple).

Que se passe-t-il sur l’amplitude moyenne et l’ondulation du courant ? Conclure sur l'intérêt du hacheur.

Lors d’un démarrage direct en PWM, le moteur reçoit immédiatement sa consigne (exemple : 100 %). Cela provoque :

• un appel de courant important,
• une accélération brutale,
• un risque de perte d’adhérence (patinage d’un robot, glissement d’un convoyeur),
• une usure plus rapide du système mécanique.

Pour éviter cela, on programme une rampe de vitesse : la consigne de PWM augmente progressivement.

Exemple de code :

void loop() {
  // Rampe de vitesse en marche avant
  for (int alpha = 0; alpha <= 100; alpha += 5) {
    moteurAvant(alpha);      // vitesse croissante
    delay(200);              // attendre 200 ms entre chaque pas
  }
 
  delay(2000); // maintenir pleine vitesse 2 s
 
  // Rampe de vitesse en marche arrière
  for (int alpha = 0; alpha <= 100; alpha += 5) {
    moteurArriere(alpha);
    delay(200);
  }
 
  delay(2000); // maintenir pleine vitesse 2 s
}

Travail demandé :

• Observer la différence de comportement avec et sans rampe.
• Mesurer le courant moteur avec l’oscilloscope.
• Expliquer en quoi la rampe améliore l’adhérence et limite les efforts mécaniques.

Règle:

• à position médiane du potentiomètre, le moteur est l'arrêt
• sur la partie gauche, le moteur tourne à gauche (vitesse max sur position max gauche)
• sur la partie droite, le moteur tourne à droite (vitesse max sur position max droite)

Objectif : Programmer la carte Arduino pour commander un moteur à courant continu via un pont en H, en saisissant les consignes directement depuis le moniteur série.

—

### Principe de fonctionnement 1. L’utilisateur entre au clavier :

1. le sens de rotation du moteur :

`F` pour *Forward* (horaire) ou `R` pour *Reverse* (antihoraire),

1. le rapport cyclique (en %),
2. la position à atteindre (en nombre d’impulsions du codeur).

2. Le programme :

1. commande le moteur à l’aide du pont en H,
2. fait varier la vitesse par PWM,
3. compte les impulsions du codeur incrémental,
4. arrête automatiquement le moteur lorsque la position demandée est atteinte.

—

### Travail demandé

1. Analyser le programme fourni.

2. Tester son fonctionnement à l’aide du moniteur série.

3. Observer le comportement du moteur selon :

1. le sens choisi,
2. le rapport cyclique,
3. la position demandée.

4. Améliorer le programme en ajoutant une rampe de vitesse pour la marche arrière.

// === Commande moteur CC avec pont en H et codeur incrémental ===
// Version optimisée avec fonction lireTexteSerie() pour lecture clavier
 
// --- Sorties PWM vers le pont en H ---
const int sortie_commande_AV_pont_H = 3;
const int sortie_commande_AR_pont_H = 6;
 
// --- Entrées codeur incrémental ---
const int canalA = 2;   // interruption 0
const int canalB = 11;
 
// --- Variables globales ---
volatile long compt = 0;     // compteur codeur (volatile car modifié par interruption)
String sens = "";
String consigne = "";
String position = "";
 
byte alpha = 0;          // consigne en PWM
byte alphafinal = 0;     // rampe progressive
int positionfinale = 0;
 
// --- Prototypes ---
void moteurAvant(int alpha_percent = 100);
void moteurArriere(int alpha_percent = 100);
void Reagir();
String lireTexteSerie(String messageInvite);
void choix_sens();
void choix_consigne();
void choix_position();
 
// === SETUP ===
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(sortie_commande_AV_pont_H, OUTPUT);
  pinMode(sortie_commande_AR_pont_H, OUTPUT);
  pinMode(canalB, INPUT);
 
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(canalA), Reagir, RISING);
 
  Serial.println("Système prêt !");
}
 
// === BOUCLE PRINCIPALE ===
void loop() {
  choix_sens();
 
  if (sens == "F" || sens == "R") {
    choix_consigne();
    choix_position();
 
    alphafinal = 50;  // démarrage progressif
 
    if (sens == "F") {
      Serial.println("→ Moteur sens horaire (avant)");
      digitalWrite(sortie_commande_AR_pont_H, LOW);
      compt = 0;
 
      while (compt < positionfinale) {
        moteurAvant(map(alphafinal, 0, 255, 0, 100));
        if (alphafinal < alpha) alphafinal++;
        delay(4);
      }
      moteurAvant(0);
      Serial.print("Position finale atteinte : ");
      Serial.println(compt);
    }
 
    else if (sens == "R") {
      Serial.println("← Moteur sens antihoraire (arrière)");
      digitalWrite(sortie_commande_AV_pont_H, LOW);
      compt = 0;
 
      while (-compt < positionfinale) {
        moteurArriere(map(alphafinal, 0, 255, 0, 100));
        if (alphafinal < alpha) alphafinal++;
        delay(4);
      }
      moteurArriere(0);
      Serial.print("Position finale atteinte : ");
      Serial.println(-compt);
    }
 
    Serial.println("Cycle terminé !");
  }
}
 
// === Fonction générique pour lecture série ===
String lireTexteSerie(String messageInvite) {
  Serial.println(messageInvite);
  String texte = "";
  char car = 0;
 
  while (car != '\n') {
    if (Serial.available() > 0) {
      car = Serial.read();
      if (car != '\n' && car != '\r') {
        texte += car;
      }
    }
  }
  texte.trim(); // Supprime espaces et retours éventuels
  return texte;
}
 
// === INTERRUPTIONS CODEUR ===
void Reagir() {
  if (digitalRead(canalB) == HIGH)
    compt++;
  else
    compt--;
}
 
// === Commandes moteur ===
void moteurAvant(int alpha_percent) {
  int alpha_pwm = map(alpha_percent, 0, 100, 0, 255);
  digitalWrite(sortie_commande_AR_pont_H, LOW);
  analogWrite(sortie_commande_AV_pont_H, alpha_pwm);
}
 
void moteurArriere(int alpha_percent) {
  int alpha_pwm = map(alpha_percent, 0, 100, 0, 255);
  digitalWrite(sortie_commande_AV_pont_H, LOW);
  analogWrite(sortie_commande_AR_pont_H, alpha_pwm);
}
 
// === Fonctions d’interaction ===
void choix_sens() {
  sens = lireTexteSerie("Quel fonctionnement souhaitez-vous ? (F = Forward, R = Reverse)");
}
 
void choix_consigne() {
  consigne = lireTexteSerie("Quel rapport cyclique souhaitez-vous (20 à 100 %) ?");
  alpha = map(consigne.toInt(), 0, 100, 0, 255);
  Serial.print("→ PWM = ");
  Serial.println(alpha);
}
 
void choix_position() {
  position = lireTexteSerie("Quelle position souhaitez-vous atteindre (20 à 2000) ?");
  positionfinale = position.toInt();
  Serial.print("→ Position finale = ");
  Serial.println(positionfinale);
}