Site créer le 17/02/2000 - Dernière mise à jour le 25/06/2003
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Interupteur à commande optique Ce mini-projet à été réalisé en 2000 en binôme (S. FRIANT et moi-même) durant nôtre deuxiéme année du cycle ingénieur à l'ESEO. Ce mini-projet entre dans le cadre des mini-projet de micro-processeur. Voici le plan du rapport de mini-projet contenu dans cette page :
L'objectif de ce mini-projet était de développer un dispositif de commutation de l'allumage et de l'extinction d'une source lumineuse de puissance à partir d'un message optique de commande. Ce système devait être conçu à base de microprocesseur. Le cahier des charges étant déjà rédigé, nous rappellerons brièvement ici les différentes fonctions matérielles et logicielles qu'il comportait. Fonctions Matérielles Voici les 5 points issus du Cahier des Charges :
Fonctions logicielles La fonction du logiciel à développer pour l'interrupteur est de pouvoir détecter une commande optique constituée de deux impulsions lumineuses perceptibles lorsque la luminosité ambiante est comparable à celle du 21 décembre entre 18h00 et 8h00 et de générer un signal permettant l'envoi de la commande précisée dans les fonctions matérielles ci-dessus. Contraintes Ce projet devra être réalisé en 6 semaines et compris dans un module de mini-projet de 6 * 4h. Un prototype doit être fourni à l'issue de ces 6 semaines, ainsi que la documentation de ce système. II - Fonctionnement de l'Interrupteur Détection de l'éclairage ambiant et de la commande optique La fonction de détection de l'éclairage ambiant et la détection de la commande optique ont été réalisées à partir d'un seul et unique dispositif de détection de la lumière. On utilise pour cela une photodiode montée en inverse dans un filtre RC dont on contrôle la charge et la décharge de la capacité. Le rôle de la photodiode est de laisser passer plus ou moins de courant (en inverse) en fonction de l'éclairement. On mesure alors le temps de charge de la capacité qui dépend donc de l'éclairement de la photodiode. Le schéma suivant montre le dispositif de détection de la lumière :
Pour démarrer une mesure, on fait passer la sortie du PIC à l'état haut (+Vcc). La mesure de la charge de la capacité est effectuée à l'aide d'une entrée logique du PIC. Pour décharger la capacité, on fait passer la sortie du PIC à l'état bas (GND) et la capacité se décharge rapidement dans le PIC. Remarque : La constante de temps RC à été calculée de façon à ce que l'entrée du PIC ne passe pas à l'état haut au bout de 50 ms lorsque la photodiode est dans l'obscurité. La partie microProcesseur a pour but d'assurer le fonctionnement du système. Le type de microProcesseur nous était imposé, à savoir, un PIC. Nous avons choisi d'utiliser un PIC16F84 puisqu'il possède un compteur interne et permet de gérer une interruption de dépassement de ce compteur. Ce microProcesseur est cadencé à 4 MHz et le compteur interne s'incrémente toutes les 256 µs. Le microProcesseur est utiliser pour lancer périodiquement une mesure d'éclairement. Cette mesure est ensuite comparée à la mesure précédente ce qui permet de détecter de brusques changements d'éclairement. Dès que deux impulsions lumineuses successives sont détectées, le microProcesseur est chargé d'ouvrir le circuit de puissance et d'allumer la led de contrôle pendant 500 ms. Le rôle de la partie puissance de la carte électronique est de générer un train d'impulsion de 240 V AC. Pour des questions de perturbations électriques sur le secteur, il nous était demandé de générer une commande constituée de périodes entières de sinusoïdes. Nous avons choisi d'utiliser un triac couplé avec un optotriac pour réaliser cette fonction. Le schéma suivant montre la partie puissance de la carte :
Cette partie puissance est pilotée par le microprocesseur qui autorise ou non le passage de courant dans le TRIAC. Ce programme a pour objectif, une fois implanté dans le pic, de générer une commande à chaque fois que le dispositif détecte deux impulsions de lumière (issues d'un appel de phares par exemple). Ce programme a été écrit en langage C pour un PIC. Le programme est constitué de deux parties :
La mesure de l'éclairement La partie du programme permettant de mesurer l'éclairement est basée sur une mesure de temps. On utilise alors le compteur interne de 8 bits du PIC dont la période a été définie à sa valeur maximale, soit 256 µs. Ce compteur ne permettant pas de mesurer un temps supérieur à 66 ms., nous avons donc géré un compteur supplémentaire de 8 bits s'incrémentant lorsque le compteur interne dépasse sa capacité. Ceci permet alors de mesurer des temps pouvant aller jusqu'à 17 s. La mesure de l'éclairement est la fonction de base du microprocesseur puisqu'il est chargé de mesurer continuellement l'éclairement. Un cycle de mesure dure environ 80 ms, dont 66 ms sont utilisées au maximum pour mesurer la charge de la capacité permettant la mesure de l'éclairement comme il est expliqué dans la partie détection de l'éclairage à la page précédente et le reste du cycle pour décharger la capacité et gérer le signal de commande, ce qui constitue la seconde partie du programme. La création du signal de commande transmis à la partie puissance La partie du programme permettant la création du signal de commande se base sur la comparaison de deux mesures d'éclairement successives. Cette comparaison permet à l'aide d'expressions conditionnelles, de détecter les brusques changements d'éclairement. Cette partie du programme est alors chargée de mémoriser les augmentations brutales d'éclairement, appelées par la suite fronts montants, et les brutales diminutions de l'éclairement appelées par analogie fronts descendants. Dès que le programme détecte deux impulsions lumineuses, soit la séquence suivante : un front montant, suivi d'un front descendant, suivi d'un front montant et terminé par un front descendant, et que la durée de cette séquence est inférieure à 2 secondes, il est chargé de générer un signal de commande de la partie puissance. Le schéma électronique de la carte est donné en annexe. Le fichier au format Orcad Express est disponible dans le répertoire suivant : TINOROSSI\OrcadI2\Interrupteur\ Le schéma d'implantation des composants de la carte est donné en annexe avec le typon. Le fichier au format Orcad Layout est disponible dans le répertoire suivant : TINOROSSI\OrcadI2\Interrupteur\ La programmation du PIC a été effectuée à partir du programme réalisé en C en utilisant le compilateur C du logiciel MPLAB. L'implantation du programme dans le PIC a été effectuée avec le même logiciel en utilisant un programmateur de PIC. Le programme C est disponible dans le répertoire suivant : TINOROSSI\OrcadI2\Interrupteur\ Vérification du bon fonctionnement du PIC Alimentation Pour vérifier l'alimentation, il suffit de mesurer la DDP entre le plan de masse de la carte et la PIN 12 du PIC directement reliée à l'alimentation. On devrait ainsi mesurer +4.5V. Signal d'horloge Pour vérifier le fonctionnement de l'horloge du microprocesseur, il faut visualiser à l'oscilloscope la ddp entre la masse et la PIN 15 du PIC. Le signal mesuré doit être un signal sinusoïdal de fréquence 4 MHz. Signal _MCLEAR Pour que le PIC fonctionne, il faut que la PIN _MCLEAR (soit la PIN 4) soit à l'état haut. On peut donc vérifier ceci en mesurant la ddp entre la masse et la PIN 4. Vérification de la mesure de l'éclairage Lorsque le système fonctionne, le microprocesseur se charge d'effectuer une douzaine de mesures par seconde. Pour cela, il met à l'état haut sa sortie 1 à l'instant t0, attend que son entrée 2 passe à l'état haut, puis attend le temps t0 + 80 ms avant de recommencer une mesure. Ainsi, le signal visualisé sur la PIN 1 du PIC est un signal carré modulé en largeur d'impulsion, largeur qui dépend de l'éclairement. Vérification du signal de commande Pour s'assurer que le signal de commande est bien envoyé, il faut mesurer la tension présente sur la prise secteur femelle présente sur le coté de la carte. Il faut bien sur que la carte soit branchée sur le secteur. La led verte présente sur la carte permet aussi de vérifier que le signal de commande est bien transmis. Bien qu'elle soit commandée par une sortie différente de celle qui commande l'interface de puissance, le programme est prévu pour que la led s'allume si le signal de commande est envoyé. La conception d'un petit système à base de microProcesseur a été relativement intéressante. Ce mini projet nous a permis de réaliser entièrement et pour la première fois, une carte électronique ainsi que de développer le programme de gestion de la carte. Nous sommes cependant déçus par la pauvreté du contenu du sujet qui nous a été imposé. En effet, ce sujet n'a pas fait appel aux connaissances acquises en I1 en cours de microProcesseur. L'application proposée était beaucoup trop simple pour en proposer la réalisation dans un module de mini projet microprocesseur en I2. De plus, ce mini-projet ne relève pas pour nous, du travail d'un ingénieur. La conception de la carte électronique n'a pas nécessité de composants externes comme de la RAM, ROM, écran, Horloge RTC et clavier, ce qui a été le cas pour la majorité des mini projets de nos collègues. Nous avions pourtant initialement choisi un sujet nommé " Analyseur d'états logiques ", ou de tels composants auraient étés utiles, mais il nous a été refusé. Enfin, nous sommes néanmoins conscient que tous les étudiants ne souhaitent pas réaliser un mini projet microprocesseur orienté vers la conception Hardware. Mais pour des étudiants souhaitant poursuivre leurs études dans ce domaine, il est quand même dommage de devoir traiter ce genre de sujet.
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