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Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE TÉL

Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE TÉLESCOPE ETX90 Dossier technique (v0.7) 23/11/09 Lycées technologiques de la Méditerranée et de Don Bosco Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE Sommaire A - Introduction..........................................................................................................................................................4 A.1 - Généralités sur l'astronomie .....................................................................................................................4 La lunette astronomique...........................................................................................................................4 Le télescope...............................................................................................................................................4 Les télescopes motorisés...........................................................................................................................6 Les différentes montures d'un télescope..................................................................................................7 B - Présentation de l'objet d'étude............................................................................................................................8 B.1 - Les caractéristiques principales de l’ETX-90PE........................................................................................9 B.2 - Les objets techniques du système............................................................................................................10 Diagramme sagittal.................................................................................................................................10 Les échanges...........................................................................................................................................11 B.3 - La raquette de commande Autostar.........................................................................................................12 Le clavier de l’Autostar...........................................................................................................................13 Les menus du fonctionnement proposés à l’affichage...........................................................................13 B.4 - La motorisation du télescope....................................................................................................................14 Les cartes moteurs..................................................................................................................................15 B.5 - Le panneau de contrôle............................................................................................................................16 Schéma des liaisons entre les objets techniques du système................................................................17 Protocole de communication Autostar/contrôleur de moteur................................................................18 B.6 - Le module Level North Technology (L.N.T.):...........................................................................................19 Introduction.............................................................................................................................................19 Présentation.............................................................................................................................................20 Photos des deux faces de la carte électronique du L.N.T.....................................................................21 Protocole de communication Autostar/module LNT...............................................................................22 C - Le Système didactisé.........................................................................................................................................23 C.1 - Présentation / compatibilité......................................................................................................................24 Présentation.............................................................................................................................................24 Analyse fonctionnelle de degré 1............................................................................................................25 Schéma fonctionnel de degré 1...............................................................................................................26 Compatibilités..........................................................................................................................................27 C.2 - La raquette................................................................................................................................................29 Présentation.............................................................................................................................................29 Schéma fonctionnel de degré 2...............................................................................................................30 Analyse fonctionnelle..............................................................................................................................31 Schéma structurel...................................................................................................................................36 C.3 - Le contrôleur de moteur AZ.....................................................................................................................37 Présentation.............................................................................................................................................37 Principe de fonctionnement du capteur optique....................................................................................39 Schéma fonctionnel de degré 2...............................................................................................................41 Analyse fonctionnelle..............................................................................................................................42 Schéma structurel...................................................................................................................................45 C.4 - La carte d'alignement (LNT).....................................................................................................................46 Présentation.............................................................................................................................................46 Principe de fonctionnement du capteur magnéto-inductif.....................................................................47 Schéma fonctionnel de degré 2...............................................................................................................48 Analyse fonctionnelle..............................................................................................................................49 Schéma structurel...................................................................................................................................52 D - Annexes..............................................................................................................................................................53 D.1 - Communication entre la raquette et les contrôleurs de moteurs...........................................................53 Protocole de communication...................................................................................................................54 Description des différentes commandes.................................................................................................55 D.2 - Le bus AUX................................................................................................................................................59 Présentation.............................................................................................................................................59 Protocole de communication...................................................................................................................59 Constitution du bus AUX.........................................................................................................................60 Les commandes du LNT..........................................................................................................................61 Résumé des différentes commandes du LNT.........................................................................................63 Capture du dialogue entre la raquette et le LNT lors de la phase d'alignement..................................64 E - Suivi des modifications......................................................................................................................................65 Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 2/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE A - Introduction A.1 - Généralités sur l'astronomie En matière d’observations astronomiques, l’utilisation de deux types d’instruments est à envisager : • La lunette astronomique construite selon le principe de la réfraction. • le télescope construit selon le principe de la réflexion. La lunette astronomique Son invention précède celle du télescope. Elle date de la fin du XVIe siècle. Au cours du siècle suivant Galilée va construire et développer les premières lunettes astronomiques. C’est avec celles-ci qu’il va faire ses observations du ciel et révolutionner la connaissance de notre univers. La réfraction correspond à la déviation d’une onde qui survient en général au passage entre deux milieux de nature différente. Ce phénomène est exploité dans la construction des lunettes astronomiques : la lumière émise par un objet lointain est concentrée en un point (le foyer) par une première lentille de verre. Une seconde lentille, plus petite, grossit l’image en ce point et permet son observation. Le télescope Il date de la seconde partie du XVIIe siècle et on doit son évolution à Isaac Newton. Un miroir est utilisé pour réfléchir et concentrer les rayons de lumière au niveau du foyer. L’utilisation d’un miroir à la place d’une lentille de verre permet la construction de plus grands appareils avec des grossissements plus importants. Contrairement aux lunettes astronomiques il existe de nombreux modèles de télescopes. Nous nous bornerons à différencier le télescope de Newton et le Cassegrain : Télescope de Newton : du nom de son inventeur, il possède un second miroir pour réfléchir la lumière vers un oculaire placé sur le côté du tube du télescope. Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 3/64 Source Wikipédia Source Wikipédia Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE Télescope Cassegrain : Encore appelé télescope catadioptrique, il se caractérise par une ouverture pratiquée au centre de son miroir primaire. Le second miroir renvoie donc la lumière au travers du premier vers un oculaire placé derrière le tube optique. Télescope Maksutov-Cassegrain : Il s'agit d'une évolution du télescope précédent. Une lame correctrice associée à un miroir secondaire convexe sphérique améliore l'image en supprimant les aberrations optiques. Source Wikipédia Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 4/64 Source Wikipédia Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE Les télescopes motorisés Vus de la Terre, les objets célestes semblent se déplacer en décrivant un arc de cercle. Cela est dû à la rotation de la Terre autour de son axe vertical (polaire). D’où la nécessité de motoriser le déplacement de l’instrument d’observation pour suivre l’évolution des astres. Le système de coordonnées célestes peut être matérialisé comme une sphère enveloppant la Terre et son atmosphère sur laquelle sont repérés les différents astres. Ainsi on localise un objet céleste à partir de coordonnées déterminées par des lignes imaginaires appelées ascension droite (longitude céleste) et déclinaison (latitude céleste). De même le pôle nord céleste prend place au sommet de cette sphère et correspond approximativement à l’emplacement de l’étoile polaire. Source Wikipédia Remarque : Par la suite le terme d'altitude (noté ALT) correspondra à la déclinaison et celui d'azimut (AZ) à l'ascension droite. Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 5/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE Les différentes montures d'un télescope On distingue deux types de coordonnées des objets célestes : • Les coordonnées équatoriales qui tiennent compte de l’inclinaison de l’axe verticale terrestre. • Les coordonnées azimutales qui utilise le zénith, soit la verticale du point d’observation. Cela donne les deux montages suivants d’un télescope : La monture équatoriale La monture altazimutale Le télescope est placé sur son trépied incliné de telle manière à s’aligner en direction de l’étoile polaire (pôle nord céleste). Il s’agit du réglage de la déclinaison. Ensuite, il suffit de faire tourner la base du télescope pour compenser la rotation de la Terre. La base du télescope est maintenue parallèle au sol et le suivi des objets célestes se fait selon les deux plans horizontal (azimut) et vertical (altitude). Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 6/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE B - Présentation de l'objet d'étude Le télescope MEADE ETX90PE-LNT choisi comme support d’étude du thème 2010 fait partie d’une large gamme d’instruments d’observation fabriqués par la société MEADE. La série ETX s’adresse au plus grand nombre et se caractérise par le faible encombrement de ses instruments, ainsi qu’une grande facilité d’utilisation. Le télescope ETX-90PE se présente comme le premier choix de la série après la lunette ETX-80AT. Il est suivi par d’autres modèles plus puissants tels que les télescope ETX-105 et ETX-125. Le télescope ETX-90PE est équipé d’une motorisation pour le suivi automatique des objets célestes. Sa mise en service et son utilisation s’effectue simplement à partir d’une raquette de commande (type Autostar #497) et ses nombreux menus intégrés. Il est notamment possible de pointer très facilement un objet céleste préenregistré dans une base de données de 30000 références ! La technologie MEADE L.N.T. (Level North Technology) assure l’horizontalité, l’orientation et le réglage de l’heure automatique du télescope. Un chercheur à grand champ à point rouge « Smartfinder » est également une des fonctionnalités disponible sur ce modèle pour faciliter l’opération de pointage initiale. Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 7/64 ATTENTION DANGER Surtout ne pas chercher à observer le soleil avec le télescope. Risque de brûlures graves de l'oeil Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE B.1 - Les caractéristiques principales de l’ETX-90PE Optique : > Système optique : Maksutov-Cassegrain > Diamètre utile du miroir primaire : 96mm > Longueur focale : 1250mm > Rapport d’ouverture : F/D 13.8 > Grossissement maximum théorique : 225 x > Lentilles correctrices : Verres BK7 classe A Mécanique : > Diamètre du tube : 10.4cm > Longueur du tube : 27.9cm > Matériau du tube : Aluminium > Monture : A fourche Électrique : > Entraînement : 2 moteurs à courant continu > Commandes électroniques : 9 (vitesses manuelles) sur les 2 axes > Smartfinder : diode (projection point rouge) > Module LNT : - niveau, boussole électroniques - horloge de précision - chercheur point rouge > Alimentation : continue 12V Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 8/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE B.2 - Les objets techniques du système Diagramme sagittal 2 10 Utilisateur 8 PC 7 9 1 4 3 5 6 A A: Embase motorisée B: Fourche motorisée C: Module LNT : Interfaces de commande ETX-90PE B C Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 9/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE Les échanges Informations Nature des informations échangées 1 Communication avec contrôleurs moteurs AZ et ALT 2 Communication avec module LNT 3 Déplacement du tube selon le plan vertical (déclinaison / ALT) 4 Déplacement du tube selon le plan horizontal (ascension / AZ) 5 Champ magnétique terrestre et inclinaison 6 Lumière de l'objet céleste observé 7 Image agrandie de l'objet céleste observé 8 Commandes du télescope et affichage menus et informations depuis/vers l'utilisateur 9 Commandes et affichage menus et informations depuis/vers l'utilisateur via PC 10 Informations de commande et de contrôle Dossier technique (v0.7) - 23/11/09 10/64 Épreuve de construction électronique – Baccalauréat 2010 Télescope ETX-90PE B.3 - La raquette de commande uploads/Management/ dossier-technique-v0-7.pdf