CONCEPTION ET REALISATION D’UN OBJET ELECTRONIQUE Application : Thermomètre à affichage numérique De la conception à la fabrication Département GEII de l’IUT de l’Indre Eric PERONNIN

De nombreuses disciplines du DUT GEII en jeu Gestion de projet Anglais Mathématiques Carte Informatique Embarquée Electronique Analogique Electronique CAO Electronique Physique des capteurs Physique des Capteurs Electronique Numérique

Aspects relatifs à la Gestion de Projet De la conception à la fabrication Département GEII de l’IUT de l’Indre Eric PERONNIN

Cahier des charges : critères Critère N°1 : offrir un éclairage sur la conception et la fabrication d’une carte électronique. Fête de la science. Séances découvertes des métiers du Génie Electrique pour les écoles, collèges et lycées. Critère N°2 : faible coût de fabrication. Ecoliers, collégiens et lycéens repartent chacun avec un produit fini  opération entièrement financée par le département Génie Electrique et Informatique Industrielle de l’IUT de l’Indre. Réalisation réaliste dans le contexte d’une production industrielle d’un produit grand public (pour une petite série).

Cahier des charges : critères Critère N°3 : consommation réduite. Enjeux écologique. Limiter le coût de fonctionnement. Critère N°4 : mobilité et durée de fonctionnement. Autonomie minimale d’une année. Dispositif mobile. Critère N°5 : précision et plage de température. Plage la plus large possible et précision la plus élevé possible compte tenu des critères précédents.

Analyse et exploitation du cahier des charges On doit : Mesurer la température : Il faut un capteur de température et un système capable d’interpréter ce qu’il fournit pour envoyer l’information à un afficheur. Afficher la température : Avec un dispositif d’affichage à 2 ou 3 chiffres ; avec ou sans le signe. Alimenter le produit par piles ou batterie pour respecter le critère de mobilité.

Analyse et exploitation du cahier des charges Synoptique du système Bloc de piles ou batterie Système de contrôle Système de contrôle Capteur de température

Conception Matérielle : orientation informatique embarquée Thermomètre à affichage numérique Département GEII de l’IUT de l’Indre Eric PERONNIN

Conception Choix permettant de limiter le coût de fabrication. Utilisation d’un microcontrôleur très faible coût pour jouer le rôle du système de contrôle. Offre pléthorique à moins de 0,50€ pièce / 1000 . Programmation aisée dans un langage de haut niveau. Famille PIC16 de Microchip, leader mondial sur ce segment. Exploitation d’un capteur de température électronique. Sensibilité réduite vis-à-vis des variations de la tension d’alimentation. 3 piles AAA : en début de vie : 4.5v de tension en fin de vie : 3v Mise en œuvre et exploitation aisée. Précision de +/- 1°C en faible coût (0,60€ unité / 1000). Plage de température de -20°C à +100°C. Minimisation des dimensions du circuit imprimé.

Conception Choix du mode d’alimentation. Batteries ou piles pour la mobilité. 3 piles AAA. Solutions rejetées : Mini panneau solaire. Les + : Bilan écologique intéressant même si la production des panneaux n’est pas « propre ». Les - : Coût élevé. Tension de sortie fluctuante. Nécessité de mettre en place une électronique spécifique pour le circuit l’alimentation et un dispositif de stockage d’énergie (super capacité ou batterie rechargeable). Piles boutons. Encombrement limité. Coût plus élevé que les piles AAA (pour leur remplacement par l’utilisateur final). - Faible capacité de stockage énergétique  Autonomie moindre.

Conception Solutions limitant la consommation. Choix d’un afficheur à cristaux liquides. Consommation 10000 fois inférieure aux afficheurs à diodes électroluminescentes au prix d’une plus grande complexité de mise en œuvre. Peu de modèles disponibles pour des prototypes. Un thermomètre de grande série utilisera un afficheur développé spécifiquement. Température de fonctionnement : 0 à 50°C.  1 seule référence disponible à faible coût (< 1€ pièce / 100) chez les fournisseurs usuels (Digikey, Farnell, RS composants). Exploitation des modes de mise en veille des composants. La température évolue lentement  1 lecture toutes les 5s suffit largement.

Conception détaillée du produit final Choix des composants. Un afficheur LCD 2.5 digits utilisé en 2 digits 15 informations nécessaires à son pilotage. Un capteur de température numérique  3 signaux de communication. Un microcontrôleur capable de piloter 18 entrées/sorties minimum  Modèle ne nécessitant aucun composant supplémentaire pour fonctionner (horloge intégré). Un bloc d’alimentation à base de 3 piles AAA. Note : l’afficheur LCD souffre d’un contraste défaillant sous 3v  Obligation de prendre 3 piles (2 piles = 3v).

Conception détaillée du produit final Elaboration du schéma avec un outil de CAO électronique.

Conception détaillée du produit final Dessin des composants avec l’outil de CAO électronique  empreintes physiques. Exemple avec l’afficheur LCD. Empreinte physique en vue de dessus sur le circuit imprimé Symbole sur le schéma Composant réel

Conception détaillée du produit final Dessin du circuit imprimé avec l’outil de CAO correspondant. Importation du schéma.

Conception détaillée du produit final Dessin du circuit imprimé. Placement des composants.

Conception détaillée du produit final Dessin du circuit imprimé. Tracé des pistes électriques sur les couches de cuivre.

Fabrication Thermomètre à affichage numérique. Département GEII de l’IUT de l’Indre Eric PERONNIN

Réalisation : fabrication du PCB1 Transmission des fichiers du dessin du circuit imprimé à un fabricant (1€ le circuit imprimé pour 250 pièces produites). Réception du produit fini. 1 : PCB = Printed Circuit Board = Circuit Imprimé

Travail de soudure. Nettoyer la panne du fer à souder. 2 Nettoyer la panne du fer à souder. Chauffer la broche du composant et la pastille du circuit imprimé. Travail de soudure. 1 Placer le composant. 3 La broche du composant. Le composant. Le circuit imprimé. La panne du fer à souder.

Travail de soudure. 4 Apporter du fil d’étain progressivement. Lorsqu’il y a assez d’étain, enlever-le. Puis enlever le fer à souder  la soudure est terminée. 5 6 Le fil d’étain devient liquide quand sa température atteint 232°C ! Le fil d’étain.

Développement Logiciel Thermomètre à affichage numérique. Département GEII de l’IUT de l’Indre Eric PERONNIN

Introduction Développement logiciel ? Sans logiciel, le microcontrôleur ne fait rien. Microcontrôleur = un ordinateur complet dans un unique circuit intégré et utilisé en informatique embarquée. il faut le programmer ! Comment ? Avec des outils de développement semblables à ceux employés pour créer des applications sur un PC.  langage de référence : le C.

Organigramme du programme Phase d’initialisation Mise à jour du compteur de cycle pour actualiser la température T Mise à jour T ? OUI Réveil du capteur de température NON Lecture de la température Actualisation de l’affichage Mise en veille du capteur Mise en veille pour une durée de 8.2ms Mise à 0 du compteur de cycle

Environnement de développement

Programmation dans la carte Programmation et mise au point

Modèle Powerpoint utilisé par les présentations Intel