Activité : Conception d'un « Voltmètre » pour la batterie de l'arbre
Problématique (Mise en situation)
L'arbre solaire possède un système de stockage (batterie ou supercondensateur) d'une tension nominale de 12V.
Pour optimiser l'énergie et protéger les composants, le microcontrôleur (type Arduino) doit surveiller l'état de charge de cette batterie.
Contrainte technique : Les entrées analogiques d'une carte Arduino ne supportent pas une tension supérieure à 5V. Si l'on branche directement la batterie, la carte sera détruite.
- Défi : Comment diviser la tension de la batterie par un facteur suffisant pour qu'elle devienne lisible par la carte ?
Travail Théorique (Modélisation)
Pour résoudre ce problème, on utilise un montage appelé pont diviseur de tension
Schéma de principe : On utilise deux résistances et placées en série aux bornes de la batterie (). On mesure la tension de sortie () aux bornes de
Questions à résoudre :
- La Formule : En utilisant la loi d'Ohm et la loi des mailles, la relation est :
- Calcul d'application : On fixe et on souhaite .
- Dimensionnement : Si on choisit une résistance , déterminez par le calcul la valeur de la résistance nécessaire.
- Sécurité : Une batterie chargée peut monter à 14.4V. Calculez la nouvelle valeur de avec le couple de résistances choisi. Le montage protège-t-il toujours la carte Arduino ?
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3. Simulation et Validation (Tinkercad Circuits)
Utilisez l'outil de simulation Tinkercad Circuits
pour valider votre conception :
- Étape A : Créez un circuit avec une alimentation de 12V et vos deux résistances et en série.
- Étape B : Insérez un voltmètre aux bornes de pour vérifier la tension .
- Étape C : Modifiez la tension du générateur pour simuler une batterie faible (11V) et une batterie en charge (14V). Notez les variations de .
- Si besoin voici un exemple de montage ici
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4. Analyse et Conclusion
- Conditionnement de signal : Pourquoi dit-on que le pont diviseur assure ici une fonction de « conditionnement de signal » ?
- Puissance : Ce montage est-il adapté pour alimenter un appareil de forte puissance (comme un moteur) à partir de la batterie ? Justifiez en citant l'inconvénient majeur du pont diviseur concernant la transmission de puissance
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Livrables attendus sur le dépot des devoirs:
- Le détail des calculs de et .
- Une capture d'écran de votre simulation Tinkercad.
- Une courte conclusion sur l'intérêt du pont diviseur pour la sécurité du projet Arbre Solaire.