Rapport d’éclairage public et mesure de la température

Rapport d’éclairage public et mesure de la température

Introduction Générale

Le nouveau contexte de mondialisation a poussé les entreprises ces dernières années à s’engager dans un processus de mise à niveau. Ce processus se divise en plusieurs niveaux dont le nombre varie en fonction du secteur et de la nature d’activité de l’entreprise. La majorité des entreprises marocaines se préparent à l’ouverture du marché qui va se traduire par la présence de nouveaux produits concurrents en termes de prix et de qualité. En outre, le recours à l’automatisation des procédés de commande est devenu un besoin impératif vu ses avantages de précision et de rapidité d’exécution des différentes tâches qui conduisent à l’amélioration de la service.

Dans ce travail, l'intérêt majeur est attribué à la recherche d’une solution permettant d’automatiser la commande de l’éclairage public avec un circuit programmable avec un prix réduit.

Ce rapport contient deux grands chapitres répartis comme suit :

Le premier chapitre concerne la description des différentes fonctions du dispositif d’éclairage public d’une façon générale et les distinctes applications. Ce chapitre est divisé à son tour en deux parties : La première a comme but la détermination des divers blocs et leurs constituants et la deuxième présente le bloc principal qui est le circuit programmable (PIC) gère les diverses fonctions et contrôle les différentes étapes de fonctionnement.

I. Introduction

Dans ce chapitre nous présentons une description détaillée de la solution adoptée pour répondre aux spécifications de notre cahier de charge et en abordant la conception détaillée de chaque partie du système afin d’obtenir une schématisation complète et précise.

II- Les différents blocs

Notre carte comme l’indique la figure ci dessous est menue de plusieurs unités qui assurent le bon fonctionnement de la carte de commande de l'éclairage public :

Une carte d’alimentation « alimentation stabilisé ». Ce bloc a pour but l’alimentation des différents blocs de la carte électronique.

Un microcontrôleur PIC 16F877A qui gère tous les traitements et les liaisons entre les différents blocs de la carte.

Un afficheur LCD (2 lignes, 16 caractères) qui permet d’afficher les résultats, le traitement faisant intervenir le microcontrôleur PIC.

Figure 1.1 : Schéma Synoptique de la carte

II-1- Le bloc d’alimentation

L'alimentation des amplificateurs opérationnels ce fait à l'aide d'une alimentation stabilisée de 5V et 15V On se basant sur l’étude précédente nous avons choisi le montage de suivant :

Un transformateur nous fourni une tension de 5v et de 15v qui est redressée par le pont de diodes et filtrée par les condensateurs de C1 et C2. Cette tension est ensuite régulée à 5v par U1 et 15v par U2, les capacités C2 et C3 servent à filtrer les bruits, leurs valeurs étant données par le constructeur du régulateur

On obtient :

 la sortie du régulateur une tension de 5 v assez stable pour ne pas perturber le circuit de commande.

 la sortie du régulateur une tension de 15 v assez stable pour le Capteur LM335.

II-2- Le capteur de lumière :

II-2- 1- Définition

Les capteurs de lumière sont des composants qui réalisent la conversion d'un signal lumineux en signal électrique. PHOTORESISTANCE OU LDR

Figure 2.3 : Schéma d’un capteur de lumière

II-2- 2-Fonctionnement

Une photorésistance est un composant électronique dont la résistivité varie (souvent une diminution) en fonction de l'augmentation de lumière qui l'atteint. On peut également le nommer résistance photo-dépendante (light-dependent resistor (LDR)) ou photoconducteur. Une photorésistance est composée d'un semi-conducteur à haute résistivité. Si la lumière incidente est de fréquence suffisamment élevée, les photons absorbés par le semi-conducteur donneront aux électrons liés assez d'énergie pour sauter dans la bande de conduction, les électrons libres (avec leurs trous d'électron) ainsi produits abaissant la résistance de l'ensemble.

II-3- Le capteur de Température

II-3- 1- Définition

Le capteur de température est un dispositif qui permet de transformer une grandeur physique

(Température) en une grandeur électrique (tension ou courant).

II-3- 2- Brochage

II-4- Le potentiomètre de réglage

II-4-1-Définition

Un potentiomètre est un type de résistance variable à trois bornes, dont une est reliée à un curseur se déplaçant sur une piste résistante terminée par les deux autres bornes.

Figure 3.5 : Schéma d’un capteur de lumière

II-4-2-Fonctionnement

Les potentiomètres sont couramment employés dans les circuits électroniques. Ils servent par exemple à contrôler le volume d'une radio. Ils convertissent une position en une tension.

II-5- Le pic

II-5- 1- Définition

Une PIC n’est rien d’autre qu’un microcontrôleur, c’est à dire une unité de traitement de l’information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de réaliser des montages sans nécessiter l’ajout de composants externes.

II-5- 3- Identification du PIC

Pour identifier une PIC, on utilise simplement son numéro.

Les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie de la PIC, 16 indique une PIC Mid-Range.

Vient ensuite parfois une lettre L: Celle-ci indique que la PIC peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante.

Ensuite, on trouve :

 C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM

 CR pour indiquer une mémoire de type ROM

 Ou F pour indiquer une mémoire de type FLASH

-5- 5- Architecture du PIC

Structure d'un PIC :

Les PIC, au même titre que les microprocesseurs, sont composés essentiellement de registres ayant chacun une fonction bien définie. Les PIC possèdent également des périphériques intégrés, tels qu'une mémoire EEPROM, un timer, des ports d'entrées/sorties ou bien encore un convertisseur analogique/numérique comme le montre la figure suivante :

Selon le type de PIC utilisé, on retrouvera en interne un certain nombre de registres et périphériques possédant des caractéristi¬ques différentes. Les différences de caractéristiques selon le PIC utilisé sont :

 La taille de la RAM interne.

 La mémoire EEPROM intégrée.

 Le type de mémoire programme : FLASH, EPROM ou OTP et la taille de celle-ci.

 Le timer intégré.

 Les convertisseurs analogique/numérique intégrés.

II-5- 5- Choix du microcontrôleur

Le choix d’un microcontrôleur est important car c’est de lui que dépendent en grande partie les performances, la taille, la facilité d’utilisation et le prix du montage. Le PIC 16F877, possède plus de ports que les PICs (16F876 et 16F84), ce qui augmente d’autant le nombre d’entrées/sorties disponibles, il dispose de 33 lignes d’entrées/sorties reparties en cinq ports :

 Un port A de 6 bits (RA0 à RA5).

 Un port B de 8 bits (RB0 à RB7).

 Un port C de 8 bits (RC0 à RC7).

 Un port D de 8 bits (RD0 à RD7).

 Un port E de 3 bits (RE0 à RE3).

Ce PIC dispose de 35 instructions de base et de 4 sources d’interruptions :

 Interruption externe commune avec la broche RB0.

 Interruption due au TIMER.

 Interruption sur changement d’état des broches de port RB0 à RB1.

 Interruption de fin d’écriture en EEPROM.

Nous voyons donc que la mémoire RAM disponible du 16F877 est de 368 octets. Elle est repartie de la manière suivante :

 80 octets en banques 0, adresse 0X20 à 0X6F

 80 octets en banque 1, adresse 0XA0 à 0XEF

 96 octets en banque 2, adresse 0X110 à 0X16F

 96 octets en banque 3, adresse 0X190 à 0X1EF

 16 octets communs aux 4 banques, soit 0x70 à 0x7F= 0xf0 à 0xFF = 0x 170 à 0x17F == 0x1F à 0x1FF

Les différents ports entrés sorties du PIC 16F877A

Le PIC 16F877A comporte quatre ports entrées / sorties :

 Port A: c’est un port d’entrée sortie, il contient 6pin d’entrées /sorties de RA0 à RA5 repartie sur deux registres : le registre portA et le registre trisA. Le bit 6 et7 ne sont pas implémente, ils seront lus comme 0 .

Au moment de reset on doit forcer une valeur dans le registre ADCON1, pour pouvoir utiliser ce port en entrée/sortie de type générale.

 Port B : le pin RB0 qui, en configuration d’entrée, est de type << trigger de Schmitt >> quand elle est utilisée en mode interruption << INT >> .La lecture simple de RB0 se fait, elle, de façon tout à fait classique, en entrée de type TTL.

 Port C : c’est un port qui n’existait pas sur le 16F84. voyons donc, toujours au niveau de son utilisation classique, quelque soit les caractéristiques.

Il y a un registre TRISC localisé dans la banque1, qui permet de décider quelle sont les entrés et qu’elle sont les sorties. Le fonctionnement est identique celui des antres TRIS, sachant que le positionnement d’un bit à « 1 » place le pin en entrée, et que le positionnement de ce bit à « 0 » place le pin en sortie.

La mise sous tension du PIC, ou reset, force tous les bits utiles de TRISx à 1, ce qui place toutes les pins en entrée.

 Port D : ce port n’est présent que sur le 16F877.il fonctionne d’une façon identique aux autres, dans son mode de fonctionnement général.

Le registre TRISD comporte donc les 8 bits de direction.

Les 8 pins I/O, en mode entrée, sont de type « trigger de Schmitt ».le fonctionnement de ce port dépend de la valeur placée dans TRISE, qui concerne, a première vue, le port E. Mais au moment de mise sous tension, la valeur placée dans TRISE configure le PORTD en port I/O de type général.

 Port E : Ce port n’est présent que sur les PICs 16F877.

Il ne comporte que 3 pins, RE0, RE1 et RE2 contrairement aux autres ports, les bits non concernés de TRISE sont implémentées pour d’autres fonctions.

On remarque que les pins REx peuvent être utilisée comme pins d’entrées analogiques. C’est le registre ADCON1 qui détermine si ce port sera utilisé comme port I/O ou comme port analogique.

Au niveau électronique, les REx utilisées en entrée seront, une fois de plus, du type « trigger de Schmitt ».

Figure 4.7: Localisation des ports du 16F877A

Les particularités électriques :

Les pins d’alimentation sont placés d’une part et d’autre en position centrale du PIC. La connexion de MCLR au +5v, cette pin est utilisée pour effectuer un reset du composant en cas de connexion à la masse.

On trouve le quartz, qui peut être remplacé par un résonateur ou par un simple réseau RC. Les condensateurs de découplage, du fait de la fréquence plus importante du quartz utilisé, sont de valeur environ 15pF.

La tolérance sur ces composants permet d’utiliser d’autres valeurs.

II-7- L’afficheur LCD :

II-7- 1- Présentation

Les afficheurs à cristaux liquides sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes. Ils sont utilisés avec beaucoup de facilité. Ils sont pratiquement les seuls à être utilisés sur les appareils à alimentation par pile.

Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et ne se différent pas les unes des autres, seulement par leurs dimensions, (1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi par leurs caractéristiques techniques et leurs tension de services.

Certains sont dotés d’un rétro éclairage de l’affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées derrière l’écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en intensité (250mA max).

Figure 5.9: afficheur LCD

II-7- 2 - Brochage

Au dessus de l’écran à cristaux liquides proprement dit, on trouve une série de 14 broches aux rôles Suivantes :

 Broche 1 : masse ;

 Broche 2 : Vcc ;

 Broche 3 : luminosité ;

 Broche 5, R/W : sélection du mode lecture ou écriture :

 Broche 6, E : Commande des opérations d’écriture ou de lecture ;

 Broche 7à 14 : utilisées pour le transfert des données ou des instructions. Le transfert peut se faire sur 8 bits, toutes les broches sont alors utilisées, ou sur 4 bits, dans ce cas, seules les broches 11 à 14 sont utilisées.

Figure 6.10: Brochage d ‘un afficheur LCD

II-7- 3- Fonctionnement :

Un afficheur LCD est capable d’afficher tous les caractères alphanumériques usuels et quelques Symboles supplémentaires. Pour certains afficheurs, il est même possible de créer ses propres Caractères.

Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu’il faut envoyer sur les lignes D0 à D7 broches 7 A 14. Ces lignes sont aussi utilisées pour la gestion de l’affichage avec l’envoi d’instructions telles Que l’effacement de l’écran, l’écriture en ligne 1 ou en ligne 2, le sens de défilement du curseur.[7]

III- Conclusion :

Dans le premier chapitre, on a fait une petite initiation concernant les différents étages du dispositif en donnant une idée générale sur les caractéristiques technique et le brochage de chaque composant.

I-INTRODUCTION

Dans ce chapitre on va présenter le montage électronique et on va l’étudier et le simuler et réaliser ainsi la partie pratique.

II-les différentes étapes de la carte

II-1-Montage électronique

Le cahier de charge nous impose la réalisation d’interrupteur crépusculaire qui déclenche automatiquement l'éclairage public le soir et l'éteint le matin, et l’affichage de la température, luminosité et la valeur seuil de déclenchement de luminosité à l'obscurité.

Le principe de ce montage est très simple. Une LDR (cellule photorésistante LDR1) de type LDR03 est associée à une résistance (R1) pour former un pont diviseur résistif fournissant une tension dont la valeur est fonction de l'éclairement de la LDR. Le potentiomètre RV1, monté en pont diviseur également, fourni une tension dont la valeur est ajustable et permet d'ajuster la sensibilité, c'est à dire de modifier le seuil de luminosité à partir duquel le montage entre en action.

Nous disposons donc d'une part d'une tension dont la valeur dépend du taux d'éclairement de la LDR, et d'autre part d'une tension dont la valeur est déterminée par la position du curseur de RV1. Ces deux tensions sont convertie numériquement par le port A du PIC 16F877 et voici l’illustration du programme qui réalise la conversion analogique numérique :

ADCON1:=$80; //déclaration pour le CAN

x:=adc_read(0);

J:=adc_read(1);

Les deux tensions sont comparées en permanence par le pic à l’aide d’un programme approprié. Supposons que le potentiomètre RV1 est en position centrale, la tension sur son curseur est donc d'environ 2.5V par rapport à la masse (la moitié de la tension d'alimentation générale). Lorsque la LDR est dans la pénombre, sa résistivité est très grande, et la tension présente sur l'entrée Ra0 est donc grande aussi, en tout cas supérieure à la tension de référence de 2.5V imposée par RV1. Dans ces conditions, la sortie du port D du PIC est positive, le transistor Q1 conduit et la lampe L1 s'allume.

Si maintenant la LDR est éclairée, sa résistance ohmique chute énormément et la tension à ses bornes diminue en conséquence, suffisamment pour passer en-dessous du seuil de commutation (le seuil de commutation étant toujours égal à la tension de référence 2.5V). Dans ces conditions, la sortie du port D du PIC passe à 0V, le transistor Q1 se bloque et la lampe L1 s'éteint.

Le montage permet d'obtenir un légère hystérésis, ce qui signifie que le seuil d'allumage et le seuil d'extinction sont légèrement différents. Cela permet d'éviter un effet de "clignotement" lorsque la luminosité ambiante tourne autour du seuil de commutation. L'écart entre les deux seuils n'est pas très importante mais de valeur 250ms. Voici l’illustration du programme qui réalise la comparaison et la commande.

begin

J:=adc_read(1);

u:=adc_read(2);

if j>u then

begin

DELAY_ms(250);

portd.0:=1;

end

else

begin

portd.0:=0;

kp := Keypad_Released();

end ;

end;

La photorésistance LDR03 doit impérativement être positionnée de telle sorte qu'elle voit la lumière du jour mais pas la lumière de l'ampoule électrique. Sinon, on va trouver très drôle la réaction du montage, qui se comporte alors comme un bête clignotant. Ce qui s'explique facilement : à la tombée de la nuit, plus assez de lumière, donc allumage de l'ampoule. Dès que l'ampoule est allumée, le montage détecte la présence de la lumière et éteint donc l'ampoule.

Acquisition de la Température

Pour la mesure de la température on suit le même démarche que pour la luminosité mais en remplaçant la photorésistance LDR03 par un capteur de température LM 35.

Procédure d’affichage

La procédure d’affichage ce fait à l’aide d’un afficheur LCD deux ligne 16 colonnes de type LM032 capable d’afficher tous les caractères alphanumériques usuels et quelques Symboles supplémentaires. Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu’il faut envoyer sur les lignes D0 à D7. Ces lignes sont aussi utilisées pour la gestion de l’affichage avec l’envoi d’instructions telles Que l’effacement de l’écran, l’écriture en ligne 1 ou en ligne 2, le sens de défilement du curseur.

lcd_init(portb);//initialisation de l'afficheur LCDsur le portB

lcd_cmd(lcd_cursor_off);//etiendre le curseur de l'afficheur LCD

Lcd_Cmd(LCD_CLEAR);// effacer le contenu de l'afficheur

lcd_cmd(lcd_cursor_off);//etiendre le clavier

tlong := (x*5000);

t := longint(tlong shr 10);

ch:= t div 100000;

lcd_chr(2,3,48+ch);

ch:= integer(t div 10000)mod 10;

lcd_chr(2,4,48+ch);

ch:= integer(t div 1000)mod 10;

lcd_chr(2,5,48+ch);

lcd_chr(2,6,'.');

ch:= integer(t div 100)mod 10;

lcd_chr(2,7,48+ch);

ch:= integer(t div 100) mod 10;

lcd_chr(2,8,48+ch);

ch:= integer(t div 10) mod 10;

Alimentation du pic

Les pins d’alimentation du PIC 16E877 sont placés d’une part et d’autre en position centrale du PIC. La connexion de MCLR au +5v, cette pin est utilisée pour effectuer un reset du composant en cas de connexion à la masse.

Brochage du quartz

La tolérance sur ces composants permet d’utiliser d’autres valeurs.

Alimentation stabilisée

On désire réaliser une alimentation stabilisée pouvant débiter un courant IMAX et imposer une tension UMAX. On utilise pour cela le montage proposé sur la figure 3.11

Celui ci est composé :

- d'un transformateur de rapport M.

- d'un pont de diodes où chacune d'entre elles possède une tension de seuil notée VD.

- d'une capacité C.

- d'un régulateur intégré CI.

Pour comprendre la façon de choisir ces différents composants, il faut d'abord s'intéresser au fonctionnement du montage complet.

La figure 3.12 indique l'évolution de la tension aux bornes de la capacité C quand le montage fonctionne à vide (VCvide) et en charge (VCcharge) dans le cas où la capacité C serait correctement dimensionnée.

On suppose que l'on allume le dispositif à t=0. Pour la première période T de la tension secteur, trois instants t1, t2 et t3 peuvent être définis :

- t1 est l'instant où la tension Vc (t) est maximale.

- t2 est l'instant où la tension Vc (t) est égale à la tension V (t).

- t3 est l'instant où la tension Vc (t) est de nouveau maximale.

III -les étapes de réalisation pratique de la carte

III-1. Le typon:

Pour préparer le typon on a recours au même logiciel de simulation qui est ISIS produit par la société LABCENTER ELECTRONICS.

L’ISIS est un éditeur de création de schémas électroniques ; il fait de même toutes les manipulations de simulation analogique et logique à fin d’atteindre un résultat bien précis.

Un typon est une image du circuit imprimé. Les pistes sont en noir et le reste doit être transparent à la lumière. L'idéal est d'imprimer avec une imprimante jet d'encre sur du papier transparent spécial jet d'encre. Il faut régler l'impression sur 'papier photo épais' pour avoir un maximum d'encre sur le papier et obtenir un noir plus opaque. La photocopieuse et l'imprimante laser convient aussi.

III-2. Insolation:

Le temps d'insolation est très important. Si ce dernier est trop long les rayons UV passeront au travers les zones noires du typon, et inversement on aura du mal à révéler notre plaque. Les étapes à suivre pour réaliser cette opération on suit la démarche ci-dessous :

• Découper la plaque d'époxy à la taille du typon en laissant une marge de 1 cm au moins.

• Positionner le typon dans le bon sens sur la vitre de l'insoleuse. (vue coté composant)

• Retirer la pellicule protectrice de la plaque (au dernier moment).

• Poser cette plaque avec le coté vert sur le typon dans l'insoleuse et fermer le capot.

• Insoler environ 1 à 5 minutes.

III-3. REVELATION:

Cette étape va dissoudre la résine qui à été exposé aux UV. Ce qui mettra le cuivre à nu et les pistes resteront protégées par la résine verte. Préparation du révélateur: Ce révélateur pourra vous servir pour une bonne dizaine de circuits.

Utilisation du révélateur:

 Verser votre révélateur dans une cuvette en plastique.

 Plonger la plaque qui vient d'être insolé.

 Rincer soigneusement la plaque sous le robinet en frottant avec les doigts jusqu'à ce qu'elle ne soit plus 'grasse' au toucher.

 Voila... elle est prête à être gravé. Notez que la résine protège encore les pistes.

Figure 2.5 : Schéma de la carte dans la révélateur

III-4-GRAVURE:

La gravure consiste à plonger le circuit dans un bain d'acide (Perchlorure de fer). Le cuivre mis à nu lors de la révélation sera dissous. Seules les pistes protégées par la résine resteront.

Utilisation de graver:

• Plonger la plaque d'époxy dans le bain d'acide. Temps : 5 à 30min suivant la graveuse...

• Lorsque tout le cuivre à disparu, sortez le circuit et rincez le sous l'eau.

• Frotter les pistes avec de l'acétone ou de l'alcool à brûler pour retirer la résine et ainsi apparaît les pistes de cuivres.

Figure 2.6 :Schéma de la carte dans le Perchlorure de fer

III-5- PERÇAGE:

L'opération de perçage est l'ultime étape dans la réalisation d'un circuit imprimé, si l'on fait abstraction de la mise en place des composants et du soudage.

• Une simple petite perceuse alimenté en 12 V suffit.

Figure 2.7 :Schéma d’ un perceuse

III-6.Test du circuit imprimé:

Si vous doutez de votre carte, utiliser un Ohmmètre ou un testeur de continuité pour vérifier:

• La continuité des pistes.

• L'absence de court-circuit.

Figure 2.8 :Schéma de la carte

III-7.Soudure:

L’opération de soudure est fait à l’aide d’un fer à souder et l’étain. On commencera par:

Des composants neutres: supports de C.Intégrés, connectiques...

• Passifs:

 Résistances. Utiliser un Gabarit de pliage et donner vous un sens de lecture des résistances. Les bandes de couleurs se lisant de la Droite vers la Gauche et de Haut en Bas.

 Condensateurs. Pour les plastiques ou non polarisé, donnez vous aussi un sens de lecture.

• actifs: Diodes, transistors, circuits intégrés si vous ne mettez pas de support.

ÎV- Conclusion

Ce dernier chapitre a été entamé par une réalisation pratique en exploitant une méthodologie d’analyse hiérarchique. Cette analyse a été suivie d’une explication détaillée des différentes étapes qu’il faut suivre pour la réalisation.

Enfin, le tout a été couronné par la réalisation pratique d'un dispositif automatique de commande de l’éclairage public avec un PIC 16F877A

Conclusion générale

L’élaboration de ce travail dans le cadre du projet de la fin d’étude, nous a permis d’approfondir nos connaissances théoriques en électronique et d’acquérir une bonne expérience au niveau de la réalisation pratique.

Lors de cette manipulation, on a essayé de fournir l’automatisation de l’éclairage public.

Ce travail constitue un des multiples aspects de la richesse des applications de l’outil informatique couplé avec l’électronique pour relever un défi dans le domaine de la planification sectorielle. En effet, il permet, dans notre cadre par exemple, de mettre à la disposition des responsables un moyen efficace et pertinent ce qui permet de satisfaire déjà le besoin principal pour lequel il a été élaboré.

Personnellement, notre projet de fin d’étude consiste à détailler ainsi qu'à réaliser une carte électronique de commande de l'éclairage public.

Ce projet nous a donné une meilleure idée sur la complémentarité entre le volet théorique et le volet pratique.

En fait, ce projet a été une source de découverte de plusieurs domaines d’études tels que l’informatique pour la programmation embarquée et le design des schémas électroniques, sans oublier le savoir-faire dans le domaine électronique qui consiste à réaliser pratiquement les circuits électroniques.

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