Rapport de Stage

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Présentation de SOURIAU I - Historique

Figure 1 : Historique du groupe Souriau Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 1

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

1917 : Monsieur SOURIAU a créé une entreprise de 20 employés dans un atelier de 500m², consacrée à la réparation des magnétos pour automobile. 1924: Création de BURNDY Engineering Company. 1956 : Monsieur DROGO crée la société JUPITER. 1978 : Implantation à York pour la production de connecteurs. 1984 : Création d'une unité d'assemblage en République dominicaine. 1989 : Acquisition de SOURIAU/JUPITER et de BURNDAY Corp par FRAMATOME. Création de FCI. 1998 : Création, au sein de FCI, d’une Division autonome MAI (Militaire, Aéronautique et Industrie) intégrant : SOURIAU : Connecteurs destinés à l’aéronautique et à l’industrie. JUPITER : Connecteurs destinés à la marine et à l’industrie lourde. BURNDY : Connecteurs industriels et connecteurs propriétaires pour l’aéronautique. 2003 : Création d'une unité d'assemblage au Maroc. (SOURIAU Maroc) Création de SOURIAU Inde.

II – Domaine d’activité et de marché Le Groupe SOURIAU conçoit, fabrique et commercialise des connecteurs électriques et optiques allant des connecteurs standard, spécifiques à des normes nationales et internationales, à des systèmes complexes d'interconnexions. Ces connecteurs sont utilisés dans des conditions extrêmes (température, pression …)

Figure 2 : Exemples de connecteurs

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 2

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

C’est trois principaux marchés sont : L'aéronautique : avions civils et militaires, hélicoptères, A380, A350,... La défense & l'espace : marine militaire, communications, satellites, véhicules spatiaux. L'industrie : ferroviaire, géophysique, instrumentation, environnement de production, compétition automobile.

Figure 3 : Exemples de systèmes utilisant ces connecteurs Au bout de 90 ans d’évolution, le groupe a 1900 personnes reparties sur les quatre continents, l'Asie, l'Afrique, l'Amérique, l'Europe. Elle s'adresse à des marchés où la fiabilité est un impératif. Sa force commerciale est présente sur 14 pays pour environ 5000 clients. Parmi ces clients, certain sont de renommé mondiale, il y a les groupes : THALES, EADS/AIRBUS, BOEING, BOMBARDIER (Canada), DASSAULT, ROLLS-ROYCE, SCHNEIDER, FERRARI, CITROEN… SOURIAU Maroc, une filiale du groupe, s’occupe de l’assemblage des connecteurs. Elle est certifiée ISO 9001 version 2000, EN 9100 version 2003 (Spécifique pour l’industrie aéronautique), AQAP 2110 indices 1 version 2003, DSCC version 2007. Elle produit presque 5 millions de connecteurs par an. On chiffre d’affaire en 2006 était d’environ 1,5 Milliard d’Euros.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 3

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

III – Organigramme

Figure 4 : Organigramme du groupe SOURIAU Maroc

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 4

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Présentation du projet I- Introduction générale : L’informatique industrielle a une grande importance dans la productique, sa mise en œuvre est souvent faite à base des automates programmables. Les ordinateurs peuvent aussi être à la base de cette automatisation mais ils ne peuvent malheureusement pas communiquer seuls avec les systèmes de puissance. Cette communication ne peut se faire qu’avec l’intervention d’un autre système. L’objectif du sujet « Carte d’interfaçage entre l’utilisateur et la machine pour la gestion des défauts » est de réaliser une carte permettant de bloquer la machine lors du défaut et la débloquer via la saisie d’un code confidentiel spécifique du défaut. Cette carte permet de faire une surveillance par une simulation de l’état de la machine (en fonctionnement ou en défaut) en laissant un enregistrement (historique) sur PC. Pour réaliser cette carte, nous avons jugé nécessaire de commencer par le coté matériel c'est-à-dire l’étude des composants qui entrent dans sa réalisation en particulier le microcontrôleur PIC16F877 qui est le cerveau de la carte et par la suite le coté logiciel. Le coté logiciel est divisé en deux parties car pour une communication série il nous faut un logiciel côté carte (Programmation du microcontrôleur PIC 16F877) et un logiciel côté PC (Labview, Visual Basic, Java Script ...). Notre projet se finalise par une réalisation pratique de la carte et par une interface sous Visual Basic.

II- Cahier de Charge :

1. Objectif du Projet : Chaque cycle machine commence par l’action de l’opérateur sur un bouton poussoir, si le temps d’un cycle dépasse une durée donnée « deux fois cycle machine », cela sera traité comme un arrêt ou défaut. La machine devrait se bloquer et n’autoriser sa remise en marche, qu’après l’opérateur ait introduit un code pour justifier l’erreur.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 5

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Figure5 : Détection de l’impulsion Notre tâche sera de réaliser une carte électronique d’interface entre machine et utilisateur qui réalise ce fonctionnement, avec enregistrement de tous les arrêts sur un ordinateur. Quand il y a le défaut, la carte doit le signaler à l’opérateur via l’afficheur LCD et au superviseur via l’ordinateur afin de mettre la machine hors service et déclencher le comptage du temps d’arrêt. Après l’intervention -fin du défaut- pour débloquer notre machine, notre carte va demander la saisie d’un code de défaut, c’est là, ou elle met la machine sous tension et met fin au comptage.

2. Description du Projet : -La carte doit afficher des messages sur un LCD et lire les codes saisis à travers un clavier matriciel 12 touches. -La carte doit communiquer avec le PC via la liaison série RS232, elle lit les commandes de la machine (Sorties TOR 5V), et transmet l’état de la machine accompagnée du code saisie en cas de défaut à l’application VB. -L’application enregistre les temps d’arrêts dans une base de données toute en signalant la justification de chaque défaut.

3. Travail demandé :     

Programmation du microcontrôleur PIC16F877. Simulation de la carte électronique. Création d’une interface programmée sous VB. Faire la réalisation pratique. Installation et test sur la machine.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 6

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

III- Schéma synoptique:

CARTE INTERFACE A BASE

Machine pour encollage des connecteurs aéronautiques

DE

PIC 16F877

6 B R O C H E S

AFFICHEUR

LCD

-Affichage des messages.

-Saisie du Code.

7 B R O C H E S

CLAVIER MATRICIEL

ORDINATEUR -Communication

-Interface VB.

via RS232.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 7

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Pour réaliser cette carte, nous avons jugé nécessaire de commencer par le coté matériel c'est-à-dire l’étude des composants qui entrent dans sa réalisation en particulier le microcontrôleur PIC16F877 qui est le cerveau de la carte.

Matériel I- Microcontrôleur Le cerveau de notre application est le microcontrôleur PIC, alors, nous ne pourrions pas passer au choix sans avoir une idée générale de ce que c’est un microcontrôleur et ses caractéristiques.



Qu’est ce qu’un microcontrôleur ?

Un PIC est un microcontrôleur, c’est 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 des composants externes. Les PICs sont des composants à jeu d’instructions réduit. L’avantage est que plus le nombre d’instructions est réduit, plus le décodage du code est facile. La figure ci-dessous montre les éléments minimums d’un microcontrôleur.

Horloge Reset

Unité centrale (CPU)

Mémoire Morte (ROM)

Mémoire vive (RAM)

Entrées / Sorties

Monde extérieur

Bus (Adresses, Données, Contrôle)

Figure 6: Eléments minimums d'un microcontrôleur L’unité centrale ou CPU (Central Processing Unit) est le cœur du microcontrôleur. C’est l’équivalent du microprocesseur trouver dans un ordinateur mais avec une puissance généralement moindre. C’est cette unité centrale qui exécute le programme et pilote ainsi tous les autres éléments. La mémoire morte ou ROM (Read Only Memory) est une mémoire dont le contenu a été défini une fois pour toutes ; contenu qui est conservé même en cas de coupure du Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 8

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

courant. Elle contient le programme que va exécuter l’unité centrale. C’est donc elle qui personnalise le circuit, puisque c’est elle qui définit sa fonction. Mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) est une mémoire dans laquelle l’unité centrale peut lire et écrire à tout instant. Elle est utilisée dans les phases de calcul du programme, pour stocker des résultats intermédiaires par exemple, mais elle sert aussi à stocker les variables d’une application. Les entrées / Sorties constituent le dernier élément du microcontrôleur et peuvent revêtir des aspects très divers. Ces Entrées / Sorties vont permettre au microcontrôleur de communiquer avec le monde extérieur, donc c’est à ce niveau que vont être connectés les claviers, afficheurs, relais…



Choix du microcontrôleur :

Aujourd’hui le marché des circuits intégrés dispose d’une large gamme des microcontrôleurs (Microchip, Motorola, ST etc..). Mais, il reste toujours des critères principaux que nous devons retenir :  Les circuits de la famille doivent être facilement disponibles sur le marché.  Le prix des circuits doit être abordable.  La programmation de mémoire morte interne (celle qui contient le programme) doit être facile.  Les outils de développements doivent êtres aussi peu coûteux que possible. A l’heure actuelle, les circuits qui répondent le mieux à ces critères sont les microcontrôleurs de la famille PIC de Microchip. En effet, en les choisissant nous bénéficions d’un très large choix de références, d’une excellente disponibilité, d’un très faible prix unitaire et des outils de développement (logiciels) gratuit. Nous avons veillé à accorder à notre carte une multitude de voies, c'est-à-dire se baser en premier lieu dans le choix sur le nombre des pins garantis par le microcontrôleur. PIC 16F870 16F871 16F872 16F873 16F874 16F876 16F877

FLASH 2K 2K 2K 4K 4K 8K 8K

RAM 128 128 128 192 192 368 368

EEPROM Entrées/Sorties 64 22 64 33 64 22 128 22 128 33 256 22 256 33

A/D 5 8 5 5 8 5 8

Port // Port série NON USART PSP USART NON MSSP NON USART/MSSP PSP USART/MSSP NON USART/MSSP PSP USART/MSSP

Tableau 1: Caractéristiques des PIC16F87X

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 9

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

L’affichage LCD nécessite 6 sorties numériques, 7 entrées numériques pour le clavier, une entrée et une sortie numérique pour la communication carte machine comme l’indique le cahier de charge. La communication entre la carte et le PC se fait via le port série RS232 donc on utilise un microcontrôleur disposant d’un module de communication série. Trois microcontrôleurs de la famille PIC 16F87x répondent à ces critères : PIC

FLASH

RAM

EEPROM

I/O

PORT SERIE

16F871

2k

128

64

33

USART

16F874 16F877

4k 8k

192 368

128 256

33 33

USART/MSSP USART/MSSP

Tableau 2: Caractéristiques des PIC16F87X Tous les trois microcontrôleurs disposent d’un module de communication série asynchrone, et de 33 entrées/sorties ; la seule différence est la mémoire disponible. Notre choix définitif c’est fixé sur le 16F877 de par sa disponibilité et sa mémoire importante, puisque la taille mesurée de notre programme est d’environ 40 ko.

 Caractéristiques du PIC16F877 : a. Brochage:

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 10

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Figure 7: Brochage du PIC16F87 b. Les entrées/sorties PORT A : il possède 6 pins I/O numérotées de RA0 à RA5.Elles peuvent être utilisées en entrées analogiques ou entrées/sorties standard. PORT B : Ce port possède 8 pins I/O numérotées de RB0 à RB7. Elles sont utilisées uniquement en entrées/sorties standard. PORT C : Il a également 8 pins I/O numérotées de RC0 à RC7. Les pins RC6/TX/CK et RC7/RX/DT sont utilisées pour le mode USART « Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter » du PIC qui permet la communication série. PORT D : Il dispose également de 8 pins I/O numérotées de RD0 à RD7. Selon la configuration, il est soit un port d’I/O classique, soit un port d’interfaçage parallèle du PIC avec un système extérieur à microprocesseur. PORT E : Il ne comporte que 3 pins, RE0 à RE2. Ces pins peuvent être utilisées en entrées analogiques ou entrées/sorties standard. NB : Notez que pour tous les ports, la mise sous tension du PIC, et tout autre reset, force tous les bits utiles de TRISx à 1, ce qui place toutes les pins en entrées. c. Le module USART : Le PIC dispose de plusieurs modules pour communiquer avec un système extérieur (autre microcontrôleur ou ordinateur), à savoir PSP (Parallel Slave Port), MSSP (MasterSynchronous Serial Port), USART. Ce dernier fera l'objet de notre étude. L’USART est l’acronyme de ’’ Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter ’’. C’est donc un module qui permet d’envoyer et de recevoir des données en mode série synchrone ou asynchrone, selon sa configuration. Le module USART de notre PIC gère uniquement deux pins, à savoir RC6/TX/CK et RC7/RX/DT, qui doivent être configurés en entrée. Dans son fonctionnement, il manipule cinq registres : TXSTA et TXREG : Pour l’émission. RCSTA et RCREG : Pour la réception. SPBRG : (Serial Port Baud Rate Generator), permet de définir la fréquence de l’horloge utilisée pour la transmission. Les registres TXSTA et RCSTA contiennent les bits de statut et de contrôle de l’émission et la réception respectivement. Les registres TXREG et RCREG servent au stockage des données émises et reçues respectivement.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 11

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

II- Afficheur LCD Les afficheurs LCD sont des périphériques de sorties qui permettent d’afficher efficacement des messages. Dans notre système, il permet de montrer dans un premier temps si la machine est bloquée ou non. Dans un second temps il permet à l’opérateur de visualiser le code qu’il a tapé pour qu’il puisse le valider ou l’annuler. Il affiche des caractères ASCII sur 20 colonnes et 2 lignes pour notre application.

Figure 11 : Photo d’un LCD Après avoir alimenté le LCD, nous devons l’initialiser pour qu’il fonctionne correctement. Nous pouvons ainsi régler le mode « 4 bits » qui permet d’envoyer les données quatre par quatre, l'aspect du curseur, le défilement, le nombre de pixels par caractères… Il comprend également des fonctions toutes faites, comme effacer l'écran, placer le curseur à tel ou tel endroit... (Voire Annexe -III –page :6) Pour afficher un caractère, il suffit de l’envoyer sur le bus de données (codé en ASCII), d’activer l’écran (RS au niveau haut), de le mettre en mode écriture (R/ au niveau bas), et de provoquer un front descendant sur l'entrée de validation de l'afficheur (E).

III - Clavier Matriciel Le clavier est un élément très utilisé dans n’importe quel système, c’est un des meilleurs moyens qu’une personne interagisse sur un système. Ce périphérique d’entrées n’est pourtant constitué que d’interrupteur. (Voire Annexe - II –page : 4)

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 12

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

C3

C2

C1

L4 L3 L2 L1

Figure 13 : Schéma électrique d’un clavier

Figure 14 : Photo du clavier Dans notre système nous utilisons un clavier matriciel 12 touches, géré par le microcontrôleur. Pour savoir la touche lue, il suffit de balayer chaque ligne pour savoir laquelle est active (niveau haut) en faisant défiler une alimentation (niveau haut) d’une colonne à une autre.

RD5 RD4 RD3

RD1

16F877

RD0 RD6 RD7

Figure 15 : Schéma électrique d’un clavier branché au PIC Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 13

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

IV- Liaison RS232 Les liaisons séries permettent la communication entre deux systèmes numériques en limitant le nombre de fils de transmission. La liaison série aux normes de RS232 est utilisée dans tous les domaines de l’informatique.

1. Protocole de transmission Afin que les éléments communicants puissent se comprendre, il est nécessaire d'établir un protocole de transmission. Ce protocole devra être le même pour les deux éléments afin que la transmission fonctionne correctement. Le microcontrôleur contient une interface appelée USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter), qui permet d’utiliser une liaison RS232 pour recevoir ou transmettre des données. Il utilise seulement deux broches Rx et Tx, pour transmettre ces informations. Pour l’utiliser, il faut paramétrer cinq registres : TXSTA et TXREG pour la transmission, RCSTA et RCREG pour la réception et SPBRG pour définir l’horloge.

Tx : Branche de transmission. Rx : Branche de réception. M : Masse.

Figure 16 : Câblage de la liaison RS232 entre deux Machines Dans notre application nous envoyons seulement des données, donc nous avons utilisé la broche Tx pour transmettre. Le protocole RS232 permet d’envoyer des trames composées d’un bit Start, d’un octet de données, et d’un ou de deux bits Stop. Un bit de parité peut permettre de vérifier si les trames envoyées sont correctes ou pas. Le récepteur et l’émetteur doivent être à des vitesses identiques pour que la liaison fonctionne. Lorsque la machine se bloque le PIC envoie 100 comme code du blocage sur le port série, lorsque la machine sera débloquer par un code bien défini, le PIC envoie ce code sur le port série.

2. Configuration des registres : La communication série est mise en marche en positionnant le bit7 (SPEN) du registre RCSTA à « 1 ». Cette communication utilise les bits RC6(réception) et RC7 (transmission) qui seront configurées en entrées. Pour que la transmission soit sur 8 bits, on met le bit 6 (TX9) du registre TXSTA à « 0 ». Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 14

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Pour définir la vitesse de communication asynchrone, le PIC dispose du registre SPBRG. Il permet de définir le débit qui sera utilisé pour les transferts. C’est le même registre utilisé pour l’émission et la réception. Nous utilisons la communication à haute vitesse, c'est-à-dire BRGH = 1. Nous avons la formule suivante:

Debit 

Fosc Fosc  SPBRG  1 16 * ( SPBRG  1) Debit *16

Comme on a Fosc = 4 Mhz et que le débit idéal est de 9600 bauds :

4.10 6 4.10 6 SPBRG   1  25  Debitréel   9615bauds 9600 * 16 16 * (25  1) (débit _ réel )  (débit _ idéal ) 9615  9600 Erreur    0.16%. (débit _ idéal ) 9600 SPBRG =25

Débit réel = 9615bauds

Erreur = 0.16%

3. Principe d’adaptation PIC- RS232: Passons maintenant au principe d’adaptation entre le PIC et le port série Rs232. Le PIC utilise les niveaux 0V et 5V pour définir respectivement des signaux « 0 » et « 1 ». La norme RS232 définit des niveaux de +12V et –12V pour établir ces mêmes niveaux. Nous aurons donc besoin d’un circuit chargé de convertir les niveaux des signaux entre PIC et PC. La pin TX du PIC émettra en 0V/5V et sera convertie en +12V/-12V vers notre PC. La ligne RX du PIC recevra les signaux en provenance du PC, signaux qui seront converti du +12V/12V en 0V/5V par notre circuit de pilotage du bus. Notons que la liaison étant full-duplex, émission et réception sont croisées, chaque fil ne transitant l’information que dans un seul sens. Nous utiliserons le célèbre circuit MAX232 pour effectuer cette adaptation de niveaux. Ce circuit contient un double convertisseur à double direction. Autrement dit, il dispose de :  2 blocs, nommés T1 et T2, qui convertissent les niveaux entres en 0V/5V en signaux sortis sous +12V/-12V. En réalité, on n’a pas tout a fait +12V et -12V, mais plutôt de l’ordre de +8,5V/-8,5V ce qui reste dans la norme RS232.  2 blocs, nommés R1 et R2, qui convertissent les niveaux entres en +12V/-12V en signaux sortis sous 0V/5V. Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 15

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Figure17 : Schéma électrique de l’adaptation de tension

V- schéma électronique et autres composants:

Figure18 : Schéma électronique Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 16

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

 Condensateur céramique : « C1,C2 :22pf » L'ajout d'un condensateur en dérivation, donc en parallèle sur Co, va provoquer une diminution de la fréquence de résonance parallèle du quartz. Ce phénomène peut être utilisé pour régler la fréquence suivant le besoin. Les fabricants prennent en compte ce point lors de la découpe du quartz pour avoir la fréquence correcte pour une charge donnée. Par exemple, un quartz 32,768 kHz - 6 pF ne fonctionnera à cette fréquence que s'il est utilisé avec un circuit dont la capacité est de 6 pF.  Alarme buzzer : Un bipeur est un élément électromécanique ou piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand on lui applique une tension, dans notre application il bipe 5 fois lorsque le pic bloque la machine.  Relais : Un relais est un appareil dans lequel un phénomène électrique (courant ou tension) contrôle la commutation On / Off d'un élément mécanique (on se trouve alors en présence d'une relais électromécanique) ou d'un élément électronique (on a alors affaire à un relais statique). C'est en quelque sorte un interrupteur que l'on peut actionner à distance. Dans notre application on utilise le relais pour activer et désactiver le bouton poussoir de la machine.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 17

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Le microcontrôleur est un composant qui ne fait seulement ce qu’on lui demande, il ne peut fonctionner de lui-même. C’est là que le programmeur intervient, il va lui indiquer comment traiter les données, ce qu’il faut faire avec, et où et quand les trouver. Nous avons codé le PIC en Assembleur. De même pour le PC, lorsqu’il reçoit les informations par la liaison RS232, si le programmeur ne conçoit pas un logiciel, pour lui indiquer ce qu’il doit faire, il ne fera rien, alors on a traité ces informations par le logiciel VB.

Logiciel I –Assembleur Un microcontrôleur a besoin d’être programmé pour fonctionner correctement, alors Nous avons choisis d’utiliser le langage ASSEMBLEUR suite aux avantages suivants : -La rapidité de l’exécution. -la facilité pour structurer un programme -C'est le seul langage qui permette de comprendre réellement comment fonctionne votre application. Nous avons programmé cette partie avec le logiciel MPLAB. Si vous êtes intéressé vous pouvez voir les codes sur le cd donné avec le rapport.

Figure 19 : Logiciel pour programmer en assembleur

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 18

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

II– Visual Basic Le Visual Basic est un langage qui permet de mettre en place une interface graphique. Il facilite, par sa simplicité d’utilisation, le travail des opérateurs. C’est un langage qui est intuitif, ce qui permet de réaliser un logiciel rapidement, aussi il permet de gérer à des bases de données, c’est pour ces raisons que nous avons créé notre interface sous Visual Basic.

Figure 20 : Logiciel pour programmer en VB Les composants graphiques qui permettent un contrôle en temps réel sont les suivants : 

Un bouton Connexion/Déconnexion qui permet de se connecter à la liaison RS232, pour recevoir les codes d’erreur envoyés par le microcontrôleur.

Figure 21 : Logiciel connecté et déconnecté à la liaison RS232

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 19

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur



Une zone de texte qui indique si la machine est bloquée ou non.

Figure 22 : Indication sur l’état de la machine

 Un autre bouton qui permet d’afficher pour chaque arrêt le code d’erreur, le type d’erreur, l’heure de blocage et l’heure de déblocage dans une grille.

Figure 23 : Activation de l’affichage ou non des informations

La liaison RS232 demande une configuration spécifique, mais grâce à un composant « SerialPort » de Visual Basic, la configuration du port est très simplifiée, il suffit de régler les paramètres du SerialPort. Pour se relier à une base de données il faut créer un objet appelé « ADODB ». Il permet de simplifier la connexion à la base. Il a des méthodes qui permettent de lire, de modifier, … la base de données. (Voire Annexe IV- page:7 ; Explication des principales fonctions des codes VB des logiciels)

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 20

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

III- Tracé des circuits imprimés «TCI4» : TCI permet de tracer des circuits imprimés simple ou double face rapidement et d'imprimer chacune des couches sur papier ou sur transparent bureautique (pour obtenir un film directement exploitable). La taille du circuit est simplement limitée par la taille de la feuille d'imprimante. Il est possible de régler la taille des pistes, des trous et des pastilles avant de débuter le tracé.

Figure 24 : Schéma du logiciel TCI4 Nous avons utilisé ce programme pour tracer notre circuit imprimé :

Figure 25 : circuit imprimer de la carte. Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 21

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Nous avons étudié et conçu les différents logiciels, mais comment concrètement cette réalisation fonctionne. Comment l’assemblage de ces différents codes, parvient à un fonctionnement correct ?

Réalisation I – Fonctionnement Les paramètres du PIC, les codes d’erreur et la durée entre deux impulsions (cycle machine), doivent être préalablement réglés en fonction de la machine contrôlée. Les arrêts de la machine peuvent être ainsi détectés correctement. La carte doit les signaler à l’opérateur via l’afficheur LCD et au superviseur via le PC afin de mettre la machine hors service et de déclencher le comptage du temps d’arrêt. Pour débloquer la machine, la carte va demander la saisie d’un code d’erreur. La machine est de nouveau sous tension et met fin au compteur de cet arrêt, avec l’enregistrement du défaut sur un ordinateur. L’identification de la cause d’erreur se fait grâce au code que l’opérateur a tapé pour débloquer la machine. Ces données qui sont stockées dans des bases de données peuvent être traitées par un logiciel VB.

Notre construction

Figure 26 : Schéma structurel de l’ensemble des composants Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 22

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Réaction de la carte devant les divers cas : Si on a une durée entre deux impulsions successives inférieure à deux fois le temps de cycle machine, la machine est en fonctionnement normal. Le LCD affiche que la machine est en « mode normal ».

Figure 27 : Organigramme en fonctionnement normal

1. Traitement du blocage de la machine : Nous savons que pour démarrer chaque cycle, nous devons appuyer sur le bouton poussoir de la machine. Sans cette impulsion, le cycle ne commencera pas. Si nous désactivons ce bouton, la machine se bloquera. La communication entre la machine et le PIC se fait par les pattes RA1 et RA2. RA2 : permet la détection des impulsions. RA1 : permet de commander le blocage de la machine. Nous utilisons un relais 5 Volt pour désactiver le bouton poussoir. Lorsque RA1 est égal à « 1 » l’interrupteur du relais se ferme et le bouton poussoir de la machine est alimenté (mode normal). Si la patte RA1 du pic passe à « 0 » l’interrupteur du relais s’ouvre, provoquant la désactivation du bouton poussoir (machine bloquée).

Figure 28 : Circuit qui permet de débloquer la machine Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 23

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

2. Traitement du déblocage de la machine : Notre machine se débloque avec la saisie d’un code de deux chiffres sur le clavier. Un code qui doit être adéquate au défaut. Si le code donné par l’utilisateur n’est pas connu, nous affichons qu’il est inconnu, la machine reste bloquée, et nous donnons la possibilité de taper un nouveau code. Si le code donné est répertorié, notre programme permet à l’utilisateur de vérifier son choix. En effet, lorsque ce dernier tape son code, il est affiché sur le LCD avec sa signification. Les touches « # » et « * », permettent à l’utilisateur de le valider ou non.

II – Analyse des codes :

1. Visual basic Pour faciliter l’utilisation du logiciel nous avons pensé à créer la base de données directement dans le code VB. Cette démarche évite de créer préalablement une table Access et de diminuer les risques d’erreurs lors des définitions des différents paramètres. Nous avons eu l’idée de nommer la base avec la date de lancement du logiciel. Nous avons également modifié le code pour que la base Access enregistre, pendant l’arrêt du logiciel, soit l’heure à laquelle le logiciel a été éteint si la machine est en marche, soit l’heure du début du blocage si la machine est bloquée. Cette procédure permet de compter le temps Il n’y a aucune connexion entre la machine et le logiciel VB. L’état de la machine est déterminé en fonction des codes d’erreur envoyés par le Pic. C’est une information indirecte, il n’y a aucun contrôle qui permet de déterminer avec certitude que le microcontrôleur ne se trompe pas. Si on reçoit un code 100 : le logiciel déduit que le pic a bloqué la machine Si on reçoit un code autre que 0 et 100 : le logiciel déduit que le pic a débloqué la machine

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 24

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

 Ouverture du logiciel :

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 25

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

 Choix de l’heure à prendre en compte au démarrage du logiciel

 Traitement des données qui arrivent sur la liaison RS232 :

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 26

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

 fonction appelée lorsque des données arrivent sur la liaison RS232 :

 fermeture du logiciel:

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 27

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

2. Code Assembleur : a. Organigramme du fonctionnement :

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 28

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

b. Organigramme de détection d’arrêts machine

III- Simulation de la carte électronique : Une fois le programme écrit et le microcontrôleur programmé, on peut l’ insérer dans un schéma pour effectuer une simulation de l'ensemble . Nous avons utilisé le logiciel ISIS de la série Porteuse, qui permet la création de schémas et la simulation électrique, grâce à des modules additionnels, ISIS est également capable de simuler le comportement d'un microcontrôleur et son interaction avec les composants qui l'entourent.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 29

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Figure 29 : schéma de simulation Apres avoir déterminé le matériel nécessaire et étudier le fonctionnement de notre carte, on passe à l’étape la plus importante qui est la réalisation pratique.

IV- Réalisation pratique de la carte

1. Circuit d’alimentation : Pour pouvoir utiliser notre carte directement sur le secteur de 220V, on réalise un circuit d’adaptation des niveaux de tensions. On utilise un transformateur 220V-12V. La tension 12V obtenue par changement de référence est redressée par un pont de Graetz et filtrée par un condensateur, et la tension 6v obtenue par l’utilisation du point milieu est relié au régulateur de tension 7805 pour obtenir les 5V. On utilise à la sortie du régulateur un condensateur pour éviter tout risque d'oscillation parasite du régulateur. Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 30

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur



Organisation du circuit électrique transformant le courant alternatif en continu filtré et régulé. Il s’agit d’un circuit complet de redressement, filtrage et régulation.



Schémas proposé :

Figure 30 : Schéma électronique d’alimentation  Choix du transformateur Notre Carte de développement nécessite une tension d’alimentation de (5V, 12v) et un courant de 0.5A, ainsi nous devons choisir un transformateur a point milieu dont la tension maximale au secondaire est supérieure a 15.5V  Choix des condensateurs : Les condensateurs chimiques (électrolytiques) C1 et C2 assurent le filtrage de la tension redressée, afin d'obtenir une tension qui ressemble plus à du continu qu'à de l'alternatif. Leur valeur dépend du courant de sortie maximal, on utilise habituellement une valeur de 1000 uF à 2200 uF. Le condensateur 100uf placé entre la sortie du régulateur et la masse n'est pas obligatoire, mais il est plus que conseillé de le mettre pour éviter tout risque d'oscillation parasite du régulateur. Ce condensateur devra être placé le plus près possible du régulateur lui-même. >>

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 31

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

 Choix de régulateur de tension« LM7805 » : Le régulateur de tension maintient constante la tension de sortie à une valeur précise peut importe les variations de la tension à l’entrée. Pour fonctionner correctement l’entrée du régulateur doit être alimentée par une tension non seulement redressée mais aussi filtrée grâce aux condensateurs que nous venons de présenter. Les régulateurs de tenions conventionnels sont dénommés selon la tension de sortie qu’ils fournissent. Ainsi un 7805 fournit 5 volts en sortie. La tension d’alimentation du régulateur de tension doit être supérieure à la valeur de tension que l’on souhaite avoir en sortie. La chute de tension est d’environs 2 volts. Donc le 7805 qui fourni 5 volts en sortie, doit être alimenté avec au moins 7 volts en entrée.

2. Conception de la carte :

Figure 31 : Couche composants

Figure 32 : Couche soudure

Apres avoir réalisé le typon, on a coupé notre carte suivant des dimensions bien précises de tel sorte qu’elle conforme à notre plaque, puis on a passé au tirage de la carte selon les étapes suivantes (insolation, révélation, gravure). Apres le tirage du la carte il faut passer par les étapes suivantes : Test : il faut que deux pistes isolées n’aient effectivement aucun contact, et que les deux bouts d’une piste soient bien en contact. Pour faire cette vérification, on a utilisé un multimètre en position testeur de continuité. Ce test devra être refait une fois que tous les composants seront soudés. Perçage: Il s’agit de percer la plaque aux endroits qui doivent recevoir les pattes d’un composant. Ces emplacements sont normalement facilement repérables sur la carte.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 32

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Soudure : Il faut ensuite souder les composants sur la plaque. Pour ce faire, il faut procéder par ordre de taille croissante. Pour souder il faut chauffer, au moyen d’un fer à souder, en même temps le cuivre de la piste et la patte du composant. On applique ensuite de l’étain, qui va s’attacher aux parties chaudes uniquement : il faut donc que la soudure ressemble à une pyramide et non à une boule.

Figure 33 : La Construction final La réalisation pratique du montage était pour nous une expérience très enrichissante du fait que nous avons vécu un cas réel de conception. Les expériences que nous avons menées durant ce chapitre nous ont montré que l’étude théorique et l’étude par simulation étaient très proche de la réalité pratique, sauf que la théorie ne tien pas compte des problèmes d’origine aléatoire comme les bruits causés par l’alimentation et les hauts fréquences. Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 33

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

3. Liste des composants : Désignation

Quantité

 Support 40broches boitier DIL.  Microcontrôleur Pic 16f877  Quartz 4mhz.  condensateurs céramique 22pF.  condensateurs plastique 100nf.  Mémoire 24c256.  résistances 4k7.  résistances 1kΏ.  LED Rouge.  LED vert.  LED jaune.  résistances 470Ώ.  résistances100Ώ.  résistances 12kΏ.  relais 12v 5 broches.  transistors BC548.  transformateur 220v/+-6V.  pent de diode.  condensateurs chimiques 2200µF/25V.  régulateur LM7805.  Plaque simple face photosensible A4.  Clavier 12 touche.  LCD 2*16.  Fiche DB9 cordée pour circuit imprimé femelle.  Câble série Db9 (mal-femelle) droit max 232.  condensateurs chimiques 1 µF/16V.  bouton poussoir.  diode 1N4004.  condensateur chimique 100uf diode de zener 4.7 v

Prix totale 1 3 1 2 2 1 7 10 1 2 2 5 5 2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 5 1 3 1

10DH 300DH 13DH 2DH 4DH 25DH 7DH 10DH 1DH 2DH 2DH 5DH 5DH 2DH 15DH 5DH 20DH 8DH 12DH 5DH 85DH Fournis par la société 150DH 20DH 25DH 15DH 5DH 3DH 5DH

1

4DH

Total : Le cout total du projet contenant les matériels achetés et notre déplacement est de :

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

1009DH. 1500DH.

Page 34

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Conclusion Au terme de ce projet, nous tenons à dire que notre stage effectué nous a permis d’appliquer nos connaissances théoriques et pratiques et ainsi développer une autre compétence pratique sur le terrain.

Pendant la période de la réalisation de ce modeste travail, nous avons pu savoir réaliser un circuit électronique, utiliser le matériel de soudure, concevoir un circuit imprimé, vérifier les composants, et maitriser de nouveaux logiciels.

Malgré les difficultés à terminer ce sujet, nous sommes arrivés à obtenir les différentes réalisations suivantes :     

Programmation du microcontrôleur PIC16F877. Simulation de la carte électronique. Création d’une interface programmée sous VB. Faire la réalisation pratique. Installation et test sur la machine.

Nous avons réussi la tâche que l’entreprise nous a confié, puisque notre étude et réalisation vont permettre à la société de bien contrôler les pannes d’une machine et de stocker en temps réel ses arrêts dans des bases de données toute en signalant la justification de chaque défaut pour déterminer les problèmes, et ainsi prendre les décisions adéquates pour les régler.

Il reste à signaler que d’autres applications avancées peuvent être porté sur ce travail :  Installation sur d’autres machines.  Identification de l’opérateur qui travail sur la machine.  Utilisation du « CAT5 RS-232 », qui donne une solution matérielle peu coûteuse, permettant aussi l’accès et le contrôle à distance de tout périphérique de protocole RS-232.

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 35

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Bibliographie 1- Sites Internet 

http://www.souriau.com/ (site de SOURIAU)



http://bacstielectronique.free.fr/fichiers_cours_electronique/Programmation_assembleur_de s_PIC.pdf (site d’explications sur les PIC)



http://www.electroforum.info/f/forum-electronique-f3.html

2- Documents constructeurs 

« PIC16F87X Data Sheet », MICROCHIP Technology Inc, 2001

(Disponibles à l’adresse http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30292c.pdf ) 

« +5V-Powered, Multichannel RS-232 », Maxim Integred Products, 2003

(Disponibles à l’adresse http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/maxim/MAX212.pdf ) 

USART (SCI) des PIC16F87X (876 et 877) en mode asynchrone.pdf

(Disponibles sur CD-R donné avec le rapport)

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 36

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 37

Conception et réalisation d’une carte de suivi Des arrêts machines, à base De microcontrôleur

Licence EEA : FST de Tanger

2009/2010

Page 38