developpement d`un systeme de contrôle de led a application
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1. ENIVa detoire 13 4 E Nations n e Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV INTCON La gt GIE 1 autorise les interruptions gt PEIE 0 interruption de fin d criture en EEPROM inactive gt TOIE 0 interruption du Timer inactive gt INTE 1 interruption de RA2 active gt RAIE 0 interruption sur le PORTA inactive gt TOIF 0 flag du Timer initialis 0 gt INTF 0 flag de RA2 initialis O gt RAIF 0 flag de l interruption sur la PORTA initialis 0 Valeur charger 90 Cette tape d initialisation du PIC est fournie en annexe 1 3 2 Structure du programme Pour un programme comme celui ci le programme principal contient peu d instructions Comme on peut le voir sur l organigramme Fig 15 apr s avoir mis z ro la m moire du microcontr leur vecteur de reset et fait toutes les initialisations dont celles d crites dans le paragraphe 3 1 le coeur du programme se r sume donc une boucle infinie faisant appel au sous programme SelectAnim qui comme son nom l indique permet de s lectionner l animation effectuer Programme principal Vecteur de reset Initialisations des ports des registres du TIMER 1 et des variables Appel S P SelectAnim Fig 15 Organigramme du programme principal Le plus gros du travail est rempli par ce fameux sous progr2. ME Animations e d calage int rieur d calage ext rieur et double d calage a Le terme de temps d un cycle repr sente le temps que met l animation allumer toutes les LED une seule fois exemple 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 4 amp 5 gt Temps d un cycle T 4 Tan Tm 6810 ms Nombre de cycles dans une minute 81 fois 60 000 gt Temps du cycle optimum dans une minute u 7 740 7 ms _ de Loire 18 ES E fM ER rds Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV X Animation al atoire Le terme de temps d un cycle repr sente le temps que met l animation allumer toutes les LED une seule fois 4 6 8 1 3 5 7 amp 2 gt Temps d un cycle 7 Tm 510 nus gt Nombre de cycles dans une minute 7 81 fois gt Temps du cycle optimum dans une minute Te 22522 7 740 7 ms 0 7 rns gt On en d duit alors Tan Tm 105 8 ms gt Temps mort entre chaque allumage Tm 105 8 10 95 8 gt 9605 Animation e fondu Dans ce cas l la temporisation d allumage de 10 ms est trop rapide pour apercevoir la variation d intensit lumineuse donc il faut trouver Tai et Tm On choisit d allumer 17 fois une LED dans la minute donc le temps d allumage de la LED doit tre gal Tan 47 6 ms gt
3. 7 EN de Loire d Ecole Nationale d Fa mgen eurs me Projet industriel A ann e DEVELOPPEMENT D UN SYSTEME DE CONTR LE DE LED A APPLICATION PLV Tuteurs entreprise M HOUEL Tuteurs ENIVL M COLAMARTINO M LABIDURIE M TRAN Etudiants de 4 ann e Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN Juin 2007 Remerciements Nous remercions l entreprise TRAFF de nous avoir accueillis dans le cadre de notre projet industriel de 4 ann e Nous remercions galement nos tuteurs d entreprise M Houel et M Labidurie ainsi que nos tuteurs de l ENIVL M Colamartino et M Tran de nous avoir paul s pour mener bien ce projet Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV R sum Nous avons choisi d effectuer notre projet industriel de 4 ann e dans l entreprise TRAFF sp cialis e dans la conception de syst mes lumineux LED afin d acqu rir des comp tences dans ce domaine Nous avons eu en charge le d veloppement d un syst me de LED application PLV Promotion sur le Lieu de Vente Ce genre de syst me permet une publicit anim e sur un produit et ainsi attire davantage l attention du client Apr s s tre renseign s sur le type de produit propos par la concurrence nous avons pu en d gager notre cahier des charges pour faire face au march Ensuite a suivi une tude de d termination et dimensionnement des composants destin s a
4. 2 o 000000 IO CH 000 00000 45 20 2999920009 G OCOOOOO 0660000000000 90000 65999 20000 000000 200605090055086 Fig 13 Vue dessous du prototype Maintenant il ne reste plus qu entreprendre la programmation du microcontr leur e L EN Loire 11 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 3 Programmation Nous avions commenc par programmer le PIC pour l utilisation du DIP Switch mais une fois qu il a t d cid que le bouton poussoir serait la solution gard e nous n avons pas r alis toutes les animations pour le DIP Switch 6 sur les 10 Dans cette partie seul le programme d velopp pour le bouton poussoir sera explicit 3 1 Confiauration du microcontr leur Avant de commencer r fl chir la structure m me du programme il faut tout d abord initialiser correctement les ports et les registres du microcontr leur de fa on ce qu il r ponde la fonction qu il doit remplir Cette tape est fondamentale car si elle est mal effectu e malgr un programme sans erreur nous n arriverons pas obtenir le r sultat escompt Configuration des ports eo u LL T KA o D Fig 14 Sch ma des pins Le PIC 16F684 ne poss de en tout que deux ports le port A et le port C qui peuvent tre configur s en entr e ou en sortie sauf pour le pin qui est
5. V continu en entr e Si l alimentation par pile est choisie des piles alcalines de 1 5 V seront utilis es car leur capacit nombre d amp re que peut fournir une pile pendant une heure est assez lev e pour ce genre de produit 2500mAh Deux piles auraient pu suffire 2x1 5 3 0 V mais au fur et mesure de leur utilisation les piles d livrent de moins en moins de tension et la limite d alimentation du PIC de 2 0 V serait vite atteinte C est pour cette raison qu il est pr f rable de mettre 3 piles R sistance de protection Pour qu une LED mette de la lumi re il faut qu elle soit aliment e par un courant suffisant Ic Si le courant est de faible intensit I lt lp la LED claire faiblement si le courant est de forte intensit la LED est d truite et un courant l g rement lev sa dur e de vie est beaucoup plus courte Il faut donc d terminer la valeur de la r sistance de protection Caract ristiques de la LED lp 20 mA Vr 1 7 V Vr Fig 8 Sch ma de la r sistance de protection et de la LED Le sch ma du dessus donne la relation pour trouver R Me 5 17 0 02 165 0 2 3 Conception du prototype D apr s les propri t s des microcontr leurs fabriqu s par Microchip le PIC 16F636 est le plus appropri nos besoins PIC 8 bits 12 sorties m moire flash RAM 126 Mo Malheureusement ce PIC n tant pas disponible sur le site de Radiospares le PIC de r
6. ainsi de suite Ordre d allumage des LED 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 Animation k2000 Chaque LED s allume l une apr s l autre dans un sens puis dans le sens inverse Ordre d allumage des LED 1 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 Animation e flash Toutes les LED s allument trois fois successivement et ensuite s teignent toutes pendant un temps mort Animation d calage int rieur Les LED des extr mit s s allument puis se d calent vers l int rieur Ordre d allumage des LED 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 4 amp 5 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 4 amp 5 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 Animation e d calage ext rieur Les LED du milieu s allument puis se d calent vers celles des extr mit s Ordre d allumage des LED 4 amp 5 3 amp 6 2 amp 7 1 amp 8 4 amp 5 3 amp 6 2 amp 7 1 amp 8 485 Animation double d calage Ele combine deux chenillards qui commencent chaque extr mit pour se croiser au milieu Ordre d allumage des LED 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 4 amp 5 3 amp 6 2 amp 7 1 amp 8 2 amp 7 3 amp 6 Animation e al atoire Toutes les LED s allument al atoirement Ordre d allumage des LED 4 6 8 1 3 5 7 amp 2 4 6 8 1 3 5 7 amp 2 4 6 8 Animation e fondu Toutes les LED s allument progressivement et s teignent pendant un temps mort Animation e clignotement a Toutes les LED clignotent r guli r
7. entreprise TRAFF le nom du produit l intitul e le choix fran ais anglais mais surtout il est important de remercier le client d avoir achet le produit marque de respect en lui conseillant de lire le manuel pour viter tout probl me mat riel ou de montage Ainsi la premi re tape est la v rification par le client de la pr sence des cartes et des composants avec l appui de photos en noir et blanc La deuxi me tape est la prise de connaissance du syst me et de ses l ments puis bien videmment de ses caract ristiques techniques comme par exemple son autonomie de six semaines Son fonctionnement est galement explicit La troisi me tape est la mise en service du produit et dans le manuel sont d crites toutes les op rations effectuer afin de rendre fonctionnel le produit en particulier est expliqu e l insertion des piles appropri es La quatri me tape est la d couverte des capacit s techniques du produit permettant au client de connaitre pr cis ment les animations disponibles Enfin la derni re tape sp cifique notre produit est la fixation des l ments Elle renseigne le client sur la mani re la plus appropri e de profiter au maximum de la flexibilit de fixation du syst me afin de rendre optimale la mise en valeur du produit promouvoir Au dos du manuel sont donn es les informations sur l entreprise TRAFF l adresse le num ro de t l phone et les sites internet o l on peut d couvrir
8. est gal au temps teint gt Etre le moins cher possible Questions soulev es Faut il par souci d un co t trop lev faire une carte par type d animation ou une carte pouvant effectuer plusieurs animations gt Le choix d un DIP Switch est il judicieux pour s lectionner les animations BER de Loire 6 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 2 R alisation du prototype Avant de choisir les composants pour la conception de la maquette de test il est primordial de trouver les r ponses aux questions soulev es par le cahier des charges et de pr ciser ou dimensionner le choix des composants 2 1 Compl ments au cahier des charges Estimation du surco t qu engendre le fait de pouvoir s lectionner diff rentes animations sur une m me carte Les composants suppl mentaires pour permettre le choix de l animation ont t r pertori s et leurs prix ont t relev s sur les sites de fournisseurs de composants lectroniques Le tableau de comparaison suivant a pu tre tabli Une animation par carte Plusieurs animations par carte Composants Prix Composants Prix _ PIC12F635 0 80 PIC16F636 0 94 o DIPSwitch 4entr es 0 53 4r sstanes n gligeable NENNEN oo NNNM c7 prix d achat en volume affich sur le site de Microchip tarifs affich s sur le site de Radiospares 42 switches 17 0 40
9. que leurs quivalents traditionnels et leur co t peut tre inf rieur de 25 50 96 Les composants CMS sont pourvus de petites terminaisons m talliques ou de petites broches leurs extr mit s pour pouvoir tre bras s directement la surface des circuits imprim s Il existe alors deux techniques de brasage que nous allons succinctement d crire Brasage par refusion La refusion est utilis e pour les cartes contenant soit uniquement des composants CMS soit des composants CMS dont le brasage ne peut se faire que par cette technique BGA La pose de composants CMS sur une carte est tr s simple et fiable par rapport aux composants traversants Le circuit imprim nu est d abord s rigraphi enduit travers un pochoir m tallique d une p te braser sur les plages du circuit imprim et les terminaisons des composants Puis les composants sont pos s sur le circuit par les machines de placement Finalement le circuit passe dans un four o la chaleur fait fondre la p te d pos e pour former la brasure la vague Cette m thode est utilis e en cas de mixit des composants CMS et traditionnels Elle consiste d poser un point de colle aux futurs emplacements des composants au lieu de s rigraphier les plages Les composants sont ensuite pos s de la m me mani re que pr c demment avant de polym riser la colle au four ou en tuve Cela permet ensuite de placer des composants traditionnels traver
10. sch ma pour chaque solution car avec un unique sch ma trop de fils se croisaient ce qui le rendait difficilement lisible Un interrupteur permet de basculer en mode DIP Switch ou bouton poussoir de Loire 9 Cr Emilie COURBOULEIX IN 00 GHD L OMUDCH LL 1 CH m IN 00 GHO D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV EA i i Fig 10 Sch ma du circuit avec le DIP Switch EA CH i 3x1 SM HATTERIE Lighting Solutions m e y e Fig 11 Sch ma du circuit avec le bouton poussoir e d KI m E 7 J e rio nire NI Vai QE LOITE E Niationz Az c e Michael TURPIN 10 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV part le microcontr leur et le DIP Switch qui sont mont s sur des supports de wrapping tous les autres composants sont soud s directement la carte Les liaisons entre le DIP Switch et microcontr leur ainsi que celles entre le microcontr leur et les LED ont t DIP Switch PIC 16F684 M wrapp es 4 Ew Ww Bouton EIS AR mori dz ww wg hel ur poussoir Se ee ee ee ee ee 4 ES 0 4 45 Q S998089000000008880808088800 000000000000 000 33833888 0000000 Se 7767 0000000 90000000000000 o
11. switch Le surco t sera donc d environ 0 50 par carte Vu cette faible valeur TRAFF nous a dit d opter pour une carte plusieurs animations X Solution technologique pour la s lection des animations En ce qui concerne le moyen de s lection des animations la premi re solution envisag e tait celle avec le DIP Switch L utilisateur devait changer les positions des interrupteurs quatre au total pour choisir l animation Mais tres vite une alternative s est pr sent e en l utilisation d un bouton poussoir En effet ce moment l la t che est largement facilit e puisqu il suffit de presser le bouton pour changer d animation Ceci rend possible d augmenter le nombre de LED car des ports du microcontr leur sont lib r s 8 LED au lieu de 5 Les deux solutions cit es ont t r alis es sur le prototype mais seule celle avec le bouton poussoir plus fonctionnelle sera gard e pour le produit final 2 2 Dimensionnement des composants Choix du type et du nombre de piles de la batterie Le microcontr leur peut tre aliment par une tension comprise entre 2 0 et 5 5 V ENIVa de Loire 7 Lighting Solutions Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Lorsque l alimentation externe est utilis e il est souhait que le microcontr leur soit aliment en 5 V continu Pour cela un r gulateur 5 V est utilis pouvant supporter jusqu 34
12. tester et valider les sp cifications du cahier des charges Enfin un dossier de r alisation et un guide d utilisation ont t r dig s pour finaliser le d veloppement du produit de Loire 3 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 1 Pr sentation du projet 1 1 L entreprise Forts de plus de 10 ans d exp rience dans le d veloppement et la commercialisation de feux LED diode lectroluminescente Ludovic LABIDURIE g rant et Damien GROLLEAU cr ent fin janvier 2004 la SARL TRAFF pour traffic Abandonnant la premi re id e d investir le march des feux LED l id e leur est venue d occuper une niche c est dire une activit en expansion faible pression concurrentielle L entreprise est sp cialis e dans les applications d clairage industriel LED principalement pour renouveler l offre des syst mes d clairages propos e par les enseignistes aux commerces et entreprises 0099222220200 pt E ee H 00 Fig 1 Exemples d applications propos es par TRAFF L entreprise s organise autour de deux plateformes professionnelles Le si ge social situ COUR CHEVERNY 41 FRANCE se compose d un bureau d tude d une quipe marketing commerce et de la logistique regroupant ainsi un effectif de six employ s La seconde est situ e Shanghai et comprend le bureau des m thodes l
13. 32 LED 5 mm diffusantes 1 animation selon le cahier 1 animation selon le cahier des des charges charges M ou 1 mois non stop avec 3 piles Autonomie non sp cifi e alcalines Dimension du circuit non Circuit de commande environ sp cifi e 100x100x10 mm E97 24 EN Val de Loire 5 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Aucun prix n est fourni sur le site internet de Loupi car les produits sont adapt s aux d sirs du client et r serv s aux professionnels Il faut donc les contacter par mail ou par t l phone Nous n avons r ussi obtenir que le prix indicatif de 8 unit pour un lot de 200 cartes une LED d autonomie d un mois 1 3 Le cahier des charges Voici ci dessous le cahier des charges d fini avec l entreprise sur lequel nous nous sommes appuy s pour la conception du prototype Objectifs D velopper un kit PLV de taille minimale qui permet de promouvoir un produit se trouvant l int rieur d un magasin l aide d animations lumineuses LED pendant une dur e de 4 semaines Fig 7 Exemple de kit PLV d j existant X Description des fonctionnalit s 1 entr e d alimentation 5 V 1 entr e pour la batterie gt 5 sorties pour les LED 20 mA sortie Autonomie de 4 semaines minimum Animations chenillard fondu flash 3 flashs cons cutifs puis temps mort clignotement temps d allumage
14. IC ne seront pas fournis Seules les pistes et les pastilles de contact seront grav es Le technicien devra donc souder lui m me le connecteur RJ11 ainsi que la prise Jack pour utiliser une alimentation externe En effet lors d un test pratique l alimentation par piles alcalines n a pas permis de charger le programme dans le PIC Il faut donc garder la possibilit d avoir une alimentation externe r gul e 45V Enfin nous choisirons des composants de taille moyenne car plus le composant est petit plus il est cher Ainsi le dossier de r alisation a t r dig d crivant la fabrication des cartes r pondant toutes les contraintes et n cessit s sera envoy au fournisseur de l entreprise TRAFF situ en Chine Dans ce pays les co ts de main d oeuvre et de mati re premi re optimisent le co t de production Nous ne connaissons pas le co t de production mais il sera tr s faible cela permettra de vendre le produit aux alentours de 8 pi ce et ne sera disponible que pour des grosses quantit s 2 200 4 2 Elaboration du dossier de r alisation Nous ne d crirons ici que l organisation et les principales id es contenues dans ce dossier car il est fourni en annexe 16 Le dossier doit tre clair concis et pr cis C est dans cette optique que nous avons tabli un plan chronologique dans la mani re de fabriquer le produit Tout d abord le produit est pr sent et son utilisation est d crite avec les principaux l men
15. R1 Pour activer le Timer 1 il suffit de donner une valeur au registre T1CON T1CON o o gt TIGINV 0 inutilis gt TMR1GE 0 comme TMRION 1 Timer 1 activ gt T1CKPS1 et T1CKPSO 00 pr diviseur 1 gt T1OSCEN 0 oscillateur interne d sactiv gt TISYNC 0 pas d horloge externe gt TMRICS 0 horloge interne de micro utilis e par le Timer 1 gt TMRION 1 Timer 1 activ Valeur charger 01 Activation des interruptions Une interruption est un v nement sp cifique qui interrompt le cours normal de l ex cution du programme pour traiter un v nement et reprendre le programme principal l endroit o il avait t interrompu Nous voulons utiliser ce principe pour que lorsque l utilisateur appuie sur le bouton poussoir reli au pin RA2 le programme enregistre le souhait de changer d animation puis reprenne son fonctionnement normal I faut donc configurer les registres OPTION REG et INTCON OPTION REG gt 0 r sistances de rappel PORTA d sactiv es gt INTEDG 1 interruption de RA2 sur front montant gt TOCS 0 horloge interne du microcontr leur utilis e par le Timer gt TOSE 0 comme TOCS 0 bit sans fonction sp ciale gt PSA 0 pr diviseur appliqu au Timer 0 gt PS 2 0 gt 000 pr diviseur 2 incr mentation du TMRO tous les 2 v nements Valeur charger 40
16. Tai 47 ms gt On en d duit le temps entre chaque fondu 60 17 x 0 0476 Animation e clignotement Le terme de temps d un cycle repr sente le temps que met l animation allumer et teindre toutes les LED gt Temps d un cycle Te Tm gt Nombre de cycles par minute 81 fois LS gt Temps du cycle 740 7 ms gt Temps mort entre chaque allumage 740 7 10 730 4 gt Tm 731ms Animation mixe Comme cette animation reprend les animations k2000 et flash elle r pondra largement au cahier des charges _ EN IVal de Loire 19 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Tableau r capitulatif des temporisations ANIMATION TEMPORISATION EL _ k2000 mw 0 d calage int rieur d calage ext rieur double d calage fondu ss Pour limiter le nombre de lignes de code seules les temporisations dites de base surlign es en magenta seront cod es et les autres seront r alis es en appelant plusieurs fois celles de base Tous les l ments sont regroup s pour coder les sous programmes d animations dont les organigrammes ainsi que les lignes de codes comment es sont fournis en annexes 2 15 Pour v rifier la validit des temporisations la dur e de vie du prototype a t test e Equip de 3 piles alcalines le syst me
17. a production et le contr le qualit Ce type d organisation offrant souplesse et r activit leur permet d appr hender avec la m me rigueur tous types de d veloppement sp cifique Pour r pondre une demande d un de leurs clients mais aussi pour concurrencer la soci t Loupi monopolisateur sur ce genre de produit TRAFF nous a confi le d veloppement d un kit PLV Promotion sur le Lieu de Vente 1 2 Veille technologique Nous nous sommes int ress s aux produits propos s par la soci t Loupi dans le but d offrir un produit ayant les m mes fonctionnalit s un prix moindre ou plus complet au m me prix Loupi amp Electronic Art Gallery est n 1 de l lectronique appliqu e la publicit en proposant d int grer ses syst mes d animation dans les campagnes de PLV ou de marketing direct Elle se situe Paris et D sseldorf le stock produits en Allemagne et le stock composants en Chine Parmi toute la gamme de produits montage 1 LED alimentation solaire badge lumineux nous nous sommes centr s sur ceux quip s de microcontr leur TRAFF de Loire 4 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV xm M fem n Ass ET HELE SE PZ Sat T ALITER al LY T W aS Tu a Fig 5 Circuit 20 LED al a n ab Fig 4 Circuit 10 LED CARACTERISTIQUES 5x2 LED 5 mm diffusantes
18. alisation eese 22 4 3 R daction du manuel d utilisation cesses ns 25 Conchusion 26 Sources documentaires iii 27 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Introduction A l heure du d veloppement durable la r duction de la consommation d nergie est un enjeu pour toutes les soci t s Les LED ne n cessitent que tr s peu de courant aux alentours de 20 mA et gr ce aux derni res avanc es technologiques elles procurent aujourd hui une forte intensit lumineuse De plus en plus utilis es dans le monde de l industrie automobile signal tique marketing nous avons choisi de r aliser notre projet industriel chez TRAFF sp cialiste des applications lumineuses industrielles LED Le g rant de TRAFF Ludovic Labidurie nous a demand de nous attaquer la niche commerciale des applications PLV o l entreprise Loupi est num ro un Dans le but d tre comp titif il est imp ratif d tre moins cher ou alors prix gal mais avec des caract ristiques techniques plus performantes Afin de mener bien ce projet nous avons tabli un cahier des charges bas sur le principal produit concurrent en y ajoutant quelques am liorations ne portant pas atteinte au co t de revient Ensuite un prototype a t d velopp pour
19. amme SelectAnim Son principe est bas sur le fait que l on incr mente la variable posbtn chaque fois que l on appuie sur le bouton poussoir pour changer d animation A chaque valeur de cette variable correspond une animation O pour le chenillard 1 pour le k2000 2 pour le flash D ENI LV de Loire 14 E E Nations n e Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV S P SelectAnim Appel S P chen 9 non Appel S P k2000 oui BP appuye E non Appel S P flash3 Oui BP appuy mulli son BP appuy 8 fois Oui Appel S P decalint Appel S P flash1 Ui BP appuy Appel S P decalcote oui pd Appel S P mixe 9ul To y o non SCH Appel S P decalall oui BP appuy Appel S P aleatoire Oui BP appuy 6 fois non Appel S P fondu Fig 16 Organigramme du sous programme SelectAnim Il faut d sormais d finir pr cis ment les diff rentes animations _ r aum ER amp ENIVa deLoire 15 DS E Nation s nieurs Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 3 3 Description des animations Les animations sont ex cut es dans l ordre suivant Animation Chenillard Chaque LED s allume et s teint chacune son tour La premi re LED s allume les autres sont teintes puis la seconde et
20. ement Animation mixe Les LED s allument les unes apr s les autres dans un sens puis suivent 3 flashs ensuite elles s allument les unes apres les autres dans le sens inverse et nouveau 3 flashs Ordre d allumage des LED 1 2 3 4 5 6 7 8 3 flashs 8 7 6 5 4 3 2 1 3 flashs 1 2 3 4 5 6 7 8 3flashs 8 7 6 5 4 3 o Amp ENIVa de Loire 16 Light Solut E J nieurs Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 3 4 Calcul des temporisations Le cahier des charges nous a impos une autonomie d alimentation de 4 semaines mais il faut consid rer un coefficient de s curit de 1 5 soit 6 semaines 1008 h Il va donc falloir calculer le temps d allumage et les temps morts pour chaque animation pour limiter au maximum la consommation Pour d terminer le temps d allumage minimum d une LED tout en voulant que son intensit lumineuse soit maximale nous avons test diff rentes valeurs de temporisation Le temps de 10 ms permet la LED d mettre une lumi re de forte intensit en un cours laps de temps En dessous de cette valeur la LED n claire pas son maximum Nous utiliserons alors une temporisation 10 ms 10 ms pour l allumage des LED dans toutes les animations Pour r aliser une temporisation de 10 ms il faut attribuer une valeur aux variables TMR1H et TMR1L qui stockent la valeur su
21. f rence 16F684 lui sera substitu seulement pour le prototype le plus proche du point de vue des propri t s Tous les composants n cessaires ont t list s et command s sur le site internet de Radiospares pour obtenir rapidement les composants sans chercher les prix les plus bas Le tableau suivant d taille les composants pour chaque type de s lection d animations Ceux en vert sont commun aux deux solutions ceux en jaune correspondent au DIP Switch et ceux en bleu au bouton poussoir de Loire 8 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Nom du composant Quantit Rep res sur les sch mas _ pesa a LED mm 20mA 5 mme LED3 LED4 LEDS R sistance 1500 nmn R sistance 150 5 nmn Connecteur ack taimena 1 zm R guiateur 5 V M7ROSCY 1 mev _ condensateur Que 2 on _ pies Basy 1 34V De M connecteur 1 WH Seet nm DIP S h M 4 contact DII Gen R sistance 1 MQ 411 R12 R13 R14 Fig 9 Tableau des composants du prototype Al UI UI UI k Une fois les composants re us il ne reste plus qu les souder ou les wrapper sur la carte selon les sch mas lectroniques que nous avons r alis s l aide du logiciel Eagle cf Fig 10 et Fig 11 page suivante Nous avons labor un
22. h ma lectronique sous Capture CIS d Orcad 10 5 voir Fig 18 puis il a fallu cr er les empreintes PCB footprint de chaque composant en respectant pr cis ment les datasheets associ s dans la biblioth que Library Manager de Layout d Orcad 10 5 voir fig 19 Mim exteme J12 413 41 Cp 02 MITHRO LF ed AG LR FA 041 Dil 0 E iE zm ul i SMS CWS DT 194 5 ko LE TEE gl T LAN our H T UM i 0 E 01 e GND 3C H9 3 ee 3 keng 0 E B5 Ci C3 E 4 T 330 nt 330 nF E d4 RC3RC2 m 2 is 1 St GND 2 JD 0 100 Kail DV 45v 0 Piles LE V Ch J Cl 6 D2 MiHRO LF NE gs Fig 18 Sch ma lectronique du produit sous Capture CIS d Orcad 10 5 4 24 f gt do j n T de Loire T Lighting Solutions Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Ensuite nous avons r alis le routage de la carte lectronique toujours avec Layout o plusieurs contraintes ont dirig nos choix La premi re tait de n utiliser qu une seule couche en l occurrence le TOP afin de limiter les co ts de production Il a fallu donc positionner id alement les composants D une part pour occuper le moins de place possible et rendre le produit plus homog ne esth tiquement parlant et d autre part pour viter tout croisement de pistes ce qui a t tr s difficile La seconde tait d viter d avoir de
23. les diff rents produits commercialis s Le client a donc toutes les cartes en main pour profiter pleinement de son produit et est rassur car en plus il peut contacter l entreprise en cas de probl me _ r aum ER amp ENIVa deLoire 25 DS E Nation s nieurs Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Conclusion A travers ce projet nous avons vu toutes les tapes de d veloppement d un nouveau produit de la d finition du cahier des charges la finalisation du produit en passant par la r alisation d une veille technologique la conception d un prototype pour valider l tude th orique et la r daction du dossier de fabrication Au del de l aspect technique le produit se devait d tre attractif de taille minimale facile fixer et utiliser Ceci a donc permis d approcher le c t marketing du d veloppement d un produit en r pondant au mieux aux besoins de l acheteur Des clients sont d j int ress s par ce produit il ne reste donc plus qu produire les quantit s souhait es Ils seront vendus en volume de 200 pi ces pour un prix d environ 8 pi ce prix auquel Loupi vend une carte munie d une seule LED sans microcontr leur Notre mission a t men e son terme et le syst me sera prochainement lanc sur le march Il s agit d un produit basique et c est pour cette raison que l entreprise TRAFF a demand d ve
24. lopper le m me type de produit Damien Gerthoffert et Ludmila Slimani mais avec davantage d options r glage de la vitesse d animation r glage de l intensit lumineuse des LED communication DMX pour r pondre des besoins plus haut de gamme EN IVal de Loire 26 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Sources documentaires 1 www loupi com site de l entreprise num ro un en application PLV 2 www led fr net site de renseignement sur la technologie des LED 3 www abcelectronique com bigonoff site d aide la programmation en PIC 4 www radiospares fr site d un fournisseur de composants lectroniques sur lequel les datasheets des composants ont t trouv es 5 www conrad fr site d un fournisseur de composants lectroniques sur lequel les datasheets des composants ont t trouv es 6 www microchip com site du fabricant de microcontr leurs PIC sur lequel les datasheets ont t r cup r es 7 www brilliance tech com site d un fabricant de LED haute technologie sur lequel les datasheets ont t r cup r es 8 www cvilux com tw site d un fabricant de connecteurs CMS sur lequel les datasheets ont t r cup r es ENIVa de Loire 27 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV ANNEXES Su ENIVa de Loire 28 Li ghting Solutions
25. montage 8 LED x 20 mA 300 uA PIC 160 3 mA M 59 Tu df 2 de Loire 17 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Courant constant dans les LED sur les 6 semaines 2 48 0 3 2 18 mA Temps d allumage d une LED par minute 160 m Maintenant il ne reste plus qu trouver les temps morts pour chaque animation Animations Chenillard et k2000 Le terme de temps d un cycle repr sente le temps que met l animation allumer et teindre chaque LED l une apr s l autre une seule fois 1 2 3 4 5 6 7 8 gt Temps d un cycle T 2 8 Tai Tm gt Nombre de cycles par minute TE BI fois 10 ms gt Temps d un cycle T M 740 7 ms 740 7 ms On en d duit alors que Tan Tm 92 6 ms gt Temps mort entre chaque allumage 92 6 10 82 6 gt Tm 83 ms Animation flash Ici deux temps morts sont d terminer un pour celui entre chaque flash T4 et l autre apr s les 3 flashs T Le terme de temps d un cycle repr sente le temps que met l animation effectuer les 3 flashs successifs et le long temps mort gt Temps d un cycle T 2 3 Tai Tel To Nombre de cycles par minute Ges 27 fois gt Temps d un cycle T mL 2 222 2 ms 27 gt On prend EELER comme long temps mort gt D o le temps entre chaque flash 2222 2 1500 30 p
26. r 16 bits partir de laquelle le Timer 1 compte Si on veut tre rigoureux il faut prendre en compte les 5 us que mettent les cinq premi res instructions du sous programme de temporisation Le temps compter sera alors 9995 us Il faut donc charger dans TMR1H et TMR1L la valeur suivante 65 535 9 995 55 540 SD8F4 TMR1H SD8 et TMR1L SF4 EES tempal Temporisation de 10 ms pour allumer LEDz bc 0 Flac du TIMER l 0 mov lx 4 Charge amp 5535 9955 z5554 rsDS3F4 Tut THELL IMBIL rzF4 movi OxDS TMBRIH SLE Tut THE1H lpl btfss 0 oi flag l on saute instruction suivante et tempo finie goto lpl 51 flag on boucle pour retester le flag return Deer SR TEC AS SUN ES CEDENS DN DETUR Fig 17 Sous programme de temporisation de 10 ms Pour les temporisations des temps morts nous ne chercherons pas tre aussi pr cis car m me si la temporisation o la LED est teinte dure quelques microsecondes de plus ceci nous permet d avoir une marge de s curit pour r pondre l autonomie impos e par le cahier des charges Tout d abord il faut calculer le temps durant lequel une LED peut tre allum e dans une minute Nous savons d j que la capacit moyenne des piles alcalines LR6 ou AA est de 2500 mAh On en d duit les valeurs suivantes SS Courant constant dans le circuit sur les 6 semaines 2500 mAh 2 48 mA 1008 SS Consommation du
27. s est arr t de fonctionner au bout de 6 semaines exactement Bien entendu un affaiblissement de la luminosit des LED a pu tre observ au cours du temps A ce stade il ne reste plus qu chercher des fournisseurs pour les composants d finitifs tablir le routage du circuit sur logiciel et r diger le guide de l utilisateur pour que le produit soit pr t tre commercialis de Loire 20 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 4 Finalisation du produit 4 1 Type de composants Le Kit PLV doit tre le plus petit possible pour pouvoir tre dissimul derri re le produit que l utilisateur souhaite mettre en valeur Aussi il est pr f rable de pouvoir automatiser la production des cartes pour ainsi diminuer le co t global C est dans ces conditions que nous avons d cid d utiliser la technologie CMS Le CMS Composants Mont s en Surface est plus r pandu sous son homologue anglais SMT Surface Mount Technology et les composants sont appel s SMD Surface Mount Devices Cette technologie consiste souder les composants d une carte sa surface plut t que d en faire passer les broches au travers Cela permet entre autres de souder des composants des deux c t s de la carte lectronique d avoir des composants de taille minimale ex 0 6x0 3 mm et m me plus petit et d automatiser la production Les CMS sont jusqu dix fois plus petits
28. s pistes de faible largeur car videmment elles se fissurent et rompent plus facilement C est pourquoi toutes les pistes font 25 mils de large 100 mils 2 54 mm et 1 inch 1000 mils sauf celles passant entre les pastilles du RJ11 qui font 12 mils et celles passant entre les pattes du PIC qui font 8 mils voir Fig 20 J13 412 PIC18f 534 nn C1 Fig 20 Routage de la carte de contr le et d une carte LED avec le scotch double face 3M Les fichiers GERBER fournir sont enregistr s comme pr c demment dit Pour finir il faut donner les sp cifications et pr conisations de montage pour viter d ventuelles erreurs de compr hension et expliquer l emplacement des scotchs double face 3M voir dossier de r alisation Ainsi la fabrication automatis e du produit est fin pr te et nous devons maintenant r diger un manuel d utilisation afin de renseigner au mieux le client sur le produit achet et rendre son utilisation facile et optimale Lighting Solutions Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV 4 3 R daction du manuel d utilisation Nous ne ferons que d crire la r alisation du manuel puisqu il est fourni Nous nous sommes appuy s sur des manuels d utilisation de mat riel hifi afin de reprendre la m me organisation et certaines phrases cl s Le manuel est en francais mais aussi en anglais Tout d abord la page de garde contient le logo de l
29. sant le circuit imprim de l autre c t de la carte La soudure se fait ensuite gr ce une vague d tain en fusion la carte passant au dessus Au contact de l tain et par capillarit les terminaisons des composants CMS et les broches des composants traversants sont soud es sur le circuit ENIVa detoire 21 4 E Nations n e Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV C est ainsi une mani re de mixer les deux technologies l int r t est double e Tous les composants n existent pas en version CMS e Certains doivent avoir une r sistance m canique sup rieure ce que la technologie CMS peut apporter cas de certains connecteurs pour des questions de r sistance l arrachement par exemple L unique inconv nient concerne la maintenance du produit posant des probl mes suppl mentaires aux techniciens assurant le d pannage particuli rement lorsqu ils doivent changer un composant En tout connaissance de cause pour notre produit afin toujours de minimiser les co ts de production seuls des composants CMS SMD seront appos s sur une unique face de la carte lectronique Il s agira donc d un brasage par refusion pour fixer les composants et les pistes seront grav es sur une unique couche le TOP dessus Afin de pallier les probl mes de maintenance les composants non utiles l utilisateur ne servant qu la reprogrammation du P
30. toujours en entr e Il est aliment par la tension d entr e appliqu e au pin Vpp et reli la masse par Vss La communication avec l ordinateur par le RJ11 est r serv e aux pins RAO RA1 et RA3 configur s en entr e Les LED 1 8 sont branch es aux pins RCO RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RAA et RAS configur s en sortie et le bouton poussoir sera sur le pin RA2 configur en entr e Maintenant que le r le de chaque pin est d termin les valeurs charger sur les ports A et C peuvent tre d finies 1 en entr e O en sortie PORTA RAS RA RA2 RA RAO 0 0 o o 1 1 1 1 Valeur charger SOF PORTC 7 RCS RC4 RC RCI RO _ 0 o 0 o0 0 0 0 Valeur charger 00 _ r aum ER amp ENIVa deLtoirire 12 DS E Nation s nieurs Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Configuration du Timer 1 Le Timer 1 sera utilis pour r aliser les temporisations C est un compteur 16 bits allant de O 65 535 Lorsqu il est activ il s incr mente tous les cycles machine Dans notre cas un cycle machine vaut 1 ps car l horloge interne du microcontr leur est 4 MHz cette valeur est ensuite divis e par 4 d o la valeur de 1 us 1 1 MHz Lorsque le Timer 1 a fini de compter il passe de 65535 0 mettant 1 le bit 0 nomm TMRIIF dans le registre PI
31. ts Ensuite la liste des composants est donn e Il s agit de ceux que nous avons pu trouver chez divers fournisseurs sur internet titre indicatif En effet le fabricant chinois possede ses propres fournisseurs et prendra les composants homologues _ r aum ER amp ENIVa deLoire 22 DS E Nation s nieurs Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Nous pr cisons aussi toute la connectique avoir car nous avons d cid de permettre au client de choisir la longueur de c ble qu il souhaite pour connecter les huit cartes LED la carte de contr le parmi une gamme de longueurs tablie arbitrairement mais avec logique allant de 25 cm 250 cm Nous avons pris soin de respecter les couleurs selon qu il s agisse de la masse ou du V 4 5V avec les piles et 5V avec l alimentation externe Ensuite les fichiers sources pour le microcontr leur sont fournis sur un CD et il ne reste plus qu les charger dans le PIC 16F636 avant m me de l implanter sur la carte Sur le CD joint au rapport sont aussi pr sents les fichiers GERBER permettant le routage automatis des cartes l aide d une machine appropri e Afin d obtenir ces fichiers nous avons d utiliser un logiciel sp cifique Orcad D autres existent tels que Eagle ou Proteus mais Orcad est utilis dans sa version d essais l cole d ou notre choix Tout d abord nous avons fait le sc
32. u prototype Apr s programmation du microcontr leur la maquette a pu tre test e dans les futures conditions d utilisation Enfin le dossier de r alisation destin la fabrication grande chelle a t mont regroupant la liste compl te des composants les fichiers de routage r alis s avec le logiciel Orcad et des pr cisons propos du montage Un manuel d utilisation en francais et en anglais a galement t r dig Mots cl s animation carte de contr le CMS LED microcontr leur PIC PLV programmation routage temporisation de Loire 1 Emilie COURBOULEIX Micha l TURPIN D veloppement d un syst me de contr le de LED application PLV Sommaire REM FCI MENES A 1 a nr 2 Jet ele Tee MEME EN 3 1 Pr sentation du projet 4 UN EE EI oT 4 12 Velle TOCHHOIDOIO HB sat ur tene EA 4 1 3 Le cahier des charges eene nne esee esee esee eese 6 2 R alisation du porototvpe 7 2 1 Compl ments au cahier des charges Re 7 2 2 Dimensionnement des composants eene esee nennen ns 7 2 3 CONC DUOROU nuo ER 8 3 Propam 12 3 1 Configuration du leie et 12 3 2 Structure e eer 14 Bo E Ee ee ere EE 16 34 Calcul des el geet 17 4 Finalisation du produnt 21 EE EN 4 2 Elaboration du dossier de r
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