RAPPORT DE PROJET BTS
ELECTRONIQUE PIERRE SEPHIHA
Schéma fonctionnel de la carte « mesure de puissance »
Charge
électrique...
Etude du schéma structurel de la carte « mesure de puissance »
4-3-a) Simulation des structures de l’alimentation 24V :
La...
Tension aux bornes de C7 :
Pour dimensionner C7, nous cherchons la tension maximale que le
condensateur peut supporter à s...
Tension aux bornes de R11 :
Pour dimensionner la résistance R11, nous calculons sa puissance
dissipée :
𝑈𝑒𝑓𝑓²
𝑅11
. Sachan...
Apres avoir choisi les composants, une simulation complète du circuit de
l’alimentation 24V a été réalisé sous DxDesigner....
4-3-b) Validation, sur carte, des structures « Alimentation24V » :
Par mesure de sécurité, l’alimentation de la carte « me...
Test de la tension crête en sortie du transformateur 40V :
Calcule théorique :Veff=
40𝑉
√2
=28.28V => Mesure : 28.06V
Les ...
Test de la tension 24V et 5V :
Grâce à des points tests placés sur la carte, nous avons pu mesurer les
tensions continues ...
4-3-c) Développement et test de la commande de disjonction :
Nous avons développé un programme qui nous sert de simulation...
Programme développé sous Code Vision AVR (CVavr) :
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
void main(voi...
Problématiques Personnelles
Problematiques Communes
Problématique OT1
Problématique OT2
Problématique OT3
OT3 est la probl...
On voit sur ce schéma les alimentations nécessaire au fonctionnement du
microprocesseur, ainsi que les différentes connexi...
Les condensateurs du schéma précedent sont présent pour le bon
fonctionnement du microprocesseur, il serve à découpler la ...
Conception et Création de la carte OT3
Schéma de la carte via DXDesigner et explication des composants.
Sur ce schéma on peux y voir les composants principaux comme le
CY8C3865PVI-063 detaillé plus haut, mais aussi le XBEE , p...
PADS Layout et le placement des différents composants
Ce logiciel (qui fonctionne avec DXDESIGNER) permet de placer les
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PADS Router et le Routage des composants
Comme dit précedemment, PADS Router nous permet de créer,
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Certaines des pistes non pas pu etre faite automatiquement, en effet
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Une fois la carte passé à l’Insoleuse, la carte passe au revelateur positif, le
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Perçage et Soudure et méthodologie appliqué
J’ai ensuite commencé à perforer ma carte, ainsi, j’ai tout simplement fait
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Communication avec OT1 grâce au module XBEE
Présentation et paramétrages des outils et logiciels nécessaires.
PSOC Minipro...
PSoC Programmer
Dans cette image, j’ai numéroté les différentes parties de ce programme.
1 : Les Outils de « Debbugage et ...
4 : Le Programming Mode, en Reset, la carte ce Reset une fois le
programme coupé, en Power Cycle, la carte reste allumé un...
PSoC Creator 3
Une fois le miniprog3 bien configuré j’ai, dans un second temps, dans
PSOC Creator 3, dû modifier les optio...
Un code C est nécessaire, une fois l’architecture posé, pour programmer la
liaison entre mon XBEE et un autre.
J’ai alors ...
X-CTU est un logiciel gratuit qui permet d’interagir avec des modules
XBEE grâce a une interface graphique simple d’acces....
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Rapport de sujet BTS 1.0

  1. 1. RAPPORT DE PROJET BTS ELECTRONIQUE PIERRE SEPHIHA Schéma fonctionnel de la carte « mesure de puissance » Charge électrique Réseau EDF Connecteur USB Alimentation 5V Interface de mesure de puissance Disjonction Alimentation 24V Mesure de puissance Isolation Interface USB Sélection de la source d’alimentation Régulateur 5V USB5V réseau 3.3V Isolation Carte 0Tx Mesures en sciences physiques
  2. 2. Etude du schéma structurel de la carte « mesure de puissance » 4-3-a) Simulation des structures de l’alimentation 24V : La simulation de l’alimentation 24V est réalisée à l’aide de la structure à pompe de charge qui se présente de la manière suivante : Pour simuler ce circuit, nous avons configuré la tension sinusoïdale du secteur EDF sous DxDesigner avec les caractéristiques suivantes : - Tension : 230Veff, soit 325 Vcrête - Fréquence : 50Hz Des points tests V1, V2 et V3 ont été placé afin de mesurer la tension en sortie de C7, R11 et D2.
  3. 3. Tension aux bornes de C7 : Pour dimensionner C7, nous cherchons la tension maximale que le condensateur peut supporter à ses bornes. Pour cela, nous réalisons, grâce à la loi des mailles l’opération VEDF-V1. VEDF-V1= 323.19V. Cette tension représente la valeur aux bornes de C7. Ce condensateur devra donc supporter une tension de service supérieur à 323V. Les condensateurs choisis supportent jusqu’à 400V. Tension EDF 230Veff Représentation de la tension V1 Vedf-V1 Vc7max=323.19V
  4. 4. Tension aux bornes de R11 : Pour dimensionner la résistance R11, nous calculons sa puissance dissipée : 𝑈𝑒𝑓𝑓² 𝑅11 . Sachant que R11= 500Ω et Ueff²=RMS² (V1-V2) D’après la calculatrice d’Ez Wave : Cette valeur représente la puissance dissipée que doit supporter notre résistance. Dans notre cas, nous avons choisi des résistances capables de supporter une puissance dissipée de 2W. Représentation de la tension V1 Représentation de la tension V2 VRMS=16.78V Ueff = 16.78V Ueff² = 281.76V PR11 = 𝑈𝑒𝑓𝑓² 𝑅11 = 281.76 500 = 0.56𝑊
  5. 5. Apres avoir choisi les composants, une simulation complète du circuit de l’alimentation 24V a été réalisé sous DxDesigner. Le signal VCOM représente les impultions envoiées au relais. EXPLIQUER QUE LA CHUTE N’EST PAS GENANTE (=18V) A L’UTILISATION Ce circuit nous délivre bien une tension continue de 24V. Il y a cependant des légères chutes de tension dût au courant que sollicite le relais pour commuter. (Voir encadré bleu) Tension EDF 230Veff Impulsions VCOM envoyées au relais Alimentation 24V
  6. 6. 4-3-b) Validation, sur carte, des structures « Alimentation24V » : Par mesure de sécurité, l’alimentation de la carte « mesure de puissance » se fera avec un transformateur qui permet de transformer l’alimentation EDF (230Veff/50Hz) en une tension réduite de 40Vcrête/50Hz. Pour une alimentation correcte de la carte, nous avons dû court-circuiter les condensateurs C13 et C7. Le fait d’alimenter la carte en tension réduite entrainait une chute de tension trop importante à ses bornes. Transformateur Transformateur 40Vac
  7. 7. Test de la tension crête en sortie du transformateur 40V : Calcule théorique :Veff= 40𝑉 √2 =28.28V => Mesure : 28.06V Les résultats obtenus pour la tension efficace en sortie du transformateur sont cohérent. Court-circuit de C7 et C13 réalisé grâce à des « jumpers »
  8. 8. Test de la tension 24V et 5V : Grâce à des points tests placés sur la carte, nous avons pu mesurer les tensions continues 24V et 5V. Pour la tension 24V : Pour la tension 5V Test de la tension 3.3V : La tension 3.3V est créée à partir d’un régulateur ld1117. Une tension d’entrée de 5V est appliquée au régulateur afin d’avoir une tension continue de 3.3V en sortie. Régulateur 3.3VAlimentation 5V
  9. 9. 4-3-c) Développement et test de la commande de disjonction : Nous avons développé un programme qui nous sert de simulation pour le « claquage » du relais. Ce programme a été réalisé à partir du logiciel Code Vision AVR 2.05 et d’une carte de développement STK500. Pour se faire, nous avons connecté les sorties A.0 et A.1 de la carte STK500 aux entrés relais_on et relais_off de la carte mesure de puissance et la masse. Avant de développer le programme, nous devions configurer la configuration de base du programme càd, le wizard. Entrées relais_on et relais_off + masse Sorties PORT A.0, PORT A.1 et masse ATmega16 Carte de développement STK500 Choix du µC et de l’horloge Configuration du UART
  10. 10. Programme développé sous Code Vision AVR (CVavr) : #include <mega16.h> #include <delay.h> #include <stdio.h> void main(void) { // Port A initialization PORTA=0x00; DDRA=0x00; // USART initialization // Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: Off // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0x10; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x19; while (1) { PORTA.0=0; PORTA.1=1; delay_ms(30); PORTA.0=0; PORTA.1=0; delay_ms(500); PORTA.0=1; PORTA.1=0; delay_ms(30); PORTA.0=0; PORTA.1=0; delay_ms(500); } } Inclure les librairies Configuration du port A généré par le wizard Configuration du UART généré par le wizard Configuration des impulsions envoyées aux entrés relais_on et relais_off
  11. 11. Problématiques Personnelles Problematiques Communes Problématique OT1 Problématique OT2 Problématique OT3 OT3 est la problématique visant à la récupération des données via XBEE (OT1) et CPL (OT2) pour les traiter et les envoyer à un ordinateur. Pour ce faire, j’ai personnellement dû utiliser un microprocesseur PSoC. Critères et choix du Microprocesseur Pour le choisir certains critères ont été nécessaire, comme le prix, la possibilité de gérer une connexion USB. D’autres ont été choisi pour un souci de facilité comme le « packaging ». J’ai donc choisi un composant de 48 broches reparti en 24 broches sur 2 cotés. Prendre un composant avec plus de broches m’était inutile et aurait compliqué le travail de soudure (plus fin a soudé donc plus compliqué) et aussi plus onéreux, notre problématique ne nécessite pas non plus de beaucoup de ROM et doit fonctionner sous PSOC3. J’ai donc Opté pour un PSOC CY8C3865PVI-065. Ce composant fait partie de la famille des PSOC CY8C38.
  12. 12. On voit sur ce schéma les alimentations nécessaire au fonctionnement du microprocesseur, ainsi que les différentes connexions, comme le Xtal (caractérisant le quartz) ainsi que les broches JTAG ou encore de l’USB. Plus précisément voici la liste des condensateurs nécessaires (ainsi que leurs valeurs) et des alimentations.
  13. 13. Les condensateurs du schéma précedent sont présent pour le bon fonctionnement du microprocesseur, il serve à découpler la tension, c’est- à-dire à éliminer les différentes harmoniques et les hautes frequences pouvant perturber le bon fonctionnement des alimentations, et donc du microprocesseur. (il n’y ici en réalité pour notre réalisation qu’une seule alimentation appelé « VDDD » qui remplace les autres alimentations.
  14. 14. Conception et Création de la carte OT3 Schéma de la carte via DXDesigner et explication des composants.
  15. 15. Sur ce schéma on peux y voir les composants principaux comme le CY8C3865PVI-063 detaillé plus haut, mais aussi le XBEE , permettant une connexion WIFI (pour l’envoie de données, fréquence porteuse de 2.4GHz) mais ce dernier est alimenté en 3.3V (ce qui est un avantage car cela permet une faible consommation de la part de ce composant) mais la carte est alimenté en 5V (via les ports USB ou JTAG PSOC) , il nous faut donc transformé cette alimentation de 5V en 3.3V , un composant permet ça : le LD1117. L’un des port USB a besoin d’un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) pour communiquer avec la carte (et plus précisemment le microcontrolleur). L’autre sert a l’alimentation simple du microcontrolleur. Le port JTAG sert a communiquer à l’ordinateur pour programmer via le logiciel PSOC et le Miniprogrammer. Le bouton poussoir sert au RESET du XBEE. Le composant à 3 broches sert au selection des différentes alimentations (il transforme plus particulierement le VUSB ou le VCPL en VDDD permettant l’alimentation de la carte) Le composant à 5 broches sert au CPL, a l’alimentation de la carte par ce biais et à l’envoie des données Les LED permettent une visualisation rapide de l’etat de fonctionnement des différents connexions, commes le XBEE ou le VDD (elle seront supprimé en cas de reel utilisation de cette, elle sont inutiles pour l’utilisateur et consomment beaucoup (pres de 50mA par carte pour 3 LED !) Les Point de test permettent une prise de mesure rapide et facile de certaines piste et donc de certains signaux grace à une « broche » sortant de quelques millimetres de la carte (elles seront aussi supprimé en cas de reel utilisation de la carte, cela prendrais de la place et n’aurait aucune utilité) Une fois la carte terminé via le Logiciel DXDesigner, il nous faut commencer le placement des composants sur la futur carte. C’est la que nous allons utiliser le logiciel PADS Layout.
  16. 16. PADS Layout et le placement des différents composants Ce logiciel (qui fonctionne avec DXDESIGNER) permet de placer les composants mis précedemment, grace a leurs connexions filaire. Ici, le travail est de permettre le moins de longueurs de piste et le moins de via possible (une via permet une connexion de passer d’une couche à une autre d’un circuit imprimé, ici il n’y a que deux couche : le Top (qui sera représenté par les connexions en bleu) et le Bottom (qui sera représenté par les connexions en rouge)). Cela necessite donc un placement optimale, certains composants sont «obligés » d’etre tres proches, comme les condensateurs permettant l’oscillement du quartz, en effet la longueur de piste peux deterioré leurs fonctionnement. Voici le placement final de tous les composants Une fois le placement des composants terminé il faut le « router » c’est-à- dire , créer les pistes en fonction du placement des composants. Un logiciel annexe a PADS Layout nous permet de faire cela il s’agit de PADS Router
  17. 17. PADS Router et le Routage des composants Comme dit précedemment, PADS Router nous permet de créer, automatiquement ou manuellement, le placement des pistes reliants les composants entre eux. Voici le routage final des composants La delimitation blanche permet de connaitre préalablement la taille de notre carte, ici la capture écran fait a peu pres 1,25:1 Les noms (en rose) permette de savoir quel LED affiche quel signal ou quel point de test permet la mesure de quel signal.
  18. 18. Certaines des pistes non pas pu etre faite automatiquement, en effet certaines « routes » et certaines via ont du etre deplacé pour permettre le passage de d’autre via et d’autre pistes. Une fois le routage de la carte terminé, il faut la créer, le Lycée DIDEROT dispose d’une salle consacré à la création de circuit imprimé à partir de simple feuilles de calques. Création de la Carte et presentation des différentes machines. Dans un premier temps, J’ai imprimé le travail terminé sur PADS Router sur deux feuilles de calques, une pour le Bottom et une pour le TOP (le TOP a du etre mis en mirroir pour pouvoir etre en association avec le Bottom). J’ai ensuite assemblé ces feuilles de calques de part et d’autre d’une carte usagé, qui ne servira seulement qu’à tenir les feuilles de calques. Ces feuilles de calques doivent etre parfaitement aligné pour permettre un bon fonctionnement.
  19. 19. Une fois ces calques posés, il faut mettre entre les 2 un PCB neuf , ce PCB va simplement devenir notre futur carte. Les PCB présents au lycée DIDEROT dispose d’une protection en plastique bleu qu’il suffit de retirer, comme montrer sur l’image ci-dessous. Ce PCB est ensuite placé dans une insoleuse, elle permet de fragiliser la protection en vernis pour y reporter le dessin des feuilles de calques. Ainsi sont formé les pistes. Ci-dessous, une image de l’insoleuse.
  20. 20. Une fois la carte passé à l’Insoleuse, la carte passe au revelateur positif, le revelateur positif, ce revelateur permet d’enlever le vernis déjà fragilisé par l’insoleuse.pour ensuite passer a la perchloreuse. Cette machine, qui projecte de la perchlorure de fer, enlève toute trace de cuivre déjà passé au révélateur. Gardant seulement celle protégé par l’insoleuse et le révélateur. Une fois passé à la perchlorure, la carte est mis dans une couche d’étain liquide (appelé étamage).cette étain permet de protéger la carte contre l’oxydation et de permettre une meilleur « prise » de l’étain lors de la soudure. Ma carte est ainsi terminée, il suffit de la nettoyer en la passant sous l’eau et en l’essuyant. La soudure peut commencer.
  21. 21. Perçage et Soudure et méthodologie appliqué J’ai ensuite commencé à perforer ma carte, ainsi, j’ai tout simplement fait des trous à l’endroit indiqué comme des vias sur ma carte et ensuite aux composants traversant. Une fois fait j’ai placé des fils dénudé a travers chaque trous que j’ai soudé de chaque côté, permettant une communication entre le top et le bottom par les vias (c’est le principe des vias). Par la suite, j’ai soudé les petits composants en premier, j’ai commencé par les condensateurs, les LEDS et les résistances. J’ai préféré souder les petits composants en premier car par ce biais je ne serais pas dérangé lors de la soudure des plus gros composants (au contraire, souder les gros composants m’aurait dérangé pour la soudure des petits composants, c’est donc un juste choix logique). J’ai soudé ensuite souder les composants fin, comme le JTAG, le PSOC et le FT232. (Encore une fois pour ne pas être dérangé par les gros composants). J’ai ensuite soudé le reste, sans ordre particulier. Voici un résultat de ma carte terminé avec le top a gauche et le bottom, à droite. (J’ai depuis changé quelques composants, comme le connecteur 3 broches en Bottom en haut, à droite et le connecteur 5 broches justes au-dessus.)
  22. 22. Communication avec OT1 grâce au module XBEE Présentation et paramétrages des outils et logiciels nécessaires. PSOC Miniprogrammer 3 Dans la communication avec OT1, j’ai dans un premier temps, paramétrer un module appelé « PSOC Miniprogrammer 3 » Cette carte permet de mettre un programme et est fourni d’un « debug Kit » comme un Checksum (un Checksum est une suite de chiffre et de lettres d’un fichier, permettant de savoir si ce fichier à été modifier, il permet par exemple de verifier qu’un telechargement ou qu’une transmisson de données ne contient pas d’erreurs) ou un outils « Erase Flash » permettant de supprimer un programme déjà présent dans la carte. Mais ce module permet nottament d’alimenter la carte lorsque celle-ci est branché grace au connecteur JTAG (lui-même connecté au module, lui- même branché grace a une liaison USB à un ordinateur) grace a un programme annexe « PSOC PROGRAMMER » (interface montré ci- dessous)
  23. 23. PSoC Programmer Dans cette image, j’ai numéroté les différentes parties de ce programme. 1 : Les Outils de « Debbugage et de programmation » comme le choix du fichier à insère dans le microcontroleur, le programmer, l’alimentation et extinction du Miniprog3. Ou encore le Checksum, la fonction « Read » ou « Erase Flash » 2 : La liste des différents ports PSOC disponible (ici je n’aurais qu’un choix, mon Miniprog3 connecté a ma carte) 3 : La liste des microcontrôleurs disponible pour la programmation, ici le mien est déjà référencé.
  24. 24. 4 : Le Programming Mode, en Reset, la carte ce Reset une fois le programme coupé, en Power Cycle, la carte reste allumé une fois le programme coupé (mode que je vais utilisé, afin de programmer directement via le programmer disponible dans « PSOC Creator 3.0 »). Le mode vérification qui impose, ou non, une vérification du programme une fois insérer et la détection automatique, ou non de ces paramètres et du « Device Family ». Le clock speed est ici tres important et doit etre en corrélation avec la carte (voir inferieur, j’ai pour ma part mis un Clock Speed très petit, permettant a la carte de récupérer toutes la données de façon sécurisé, avec une grande vitesse d’Horloge, la données n’aurait pu être lu) 5 : Les caractéristiques du programmer, comme le protocole à utiliser (ici nous utiliserons le SWD (Serial Wire Debug)) ainsi que le voltage à transmettre a la carte, ici nous alimentons la carte, mais plus précisément le PSOC qui lui est alimenté en 5V, nous utiliserons donc ici le 5V 6 : La listes des actions (a gauche) faites et des résultats obtenue (a droite) permet de voir par exemple si le module est connecté, ou non. Alimenté, ou non. 7 : L’indicateur permettant de savoir si la carte est connecté (indicateur le plus à droite) si le voltage est bien transmis (indicateur au centre) ainsi que l’état du BUS (l’indicateur est jaune et indique Busy si le bus est occupé ou indisponible ; il est vert et indique Pass si l’état est bon et que l’information est bien envoyé). 8 : Indique la durée de la derniere actions, Si la carte est bien alimenté et le voltage transmis (en mV).
  25. 25. PSoC Creator 3 Une fois le miniprog3 bien configuré j’ai, dans un second temps, dans PSOC Creator 3, dû modifier les options du dit-programme. En effet il a fallu d’abord choisir le microcontrôleur choisi (ici le CY8C3865PVI-065) Programation en code C du PSoC sous PSoC Creator 3 et X-CTU Une fois choisi, dans la rubrique « Top Design » j’ai choisi d’ajouter un UART (nommé UART1) pour symboliser ici la communication entre la liaison USB et le PSOC.
  26. 26. Un code C est nécessaire, une fois l’architecture posé, pour programmer la liaison entre mon XBEE et un autre. J’ai alors créé un programme (dont voici ci-dessous le code) permettant une connexion et un premier envoie de données entre 2 XBEE. Les lignes indiquant « CyDelay(xxx) ; » permette une temporisation (XXX en ms, par exemple 1500ms) du microcontrôleur pour permettre le bon déroulement de ce programme. L’organigramme (à droite) indique le déroulement nécessaire des informations d’initialisation pour débuter une communication. Pour les essais, j’ai ensuite utilisé mon Mini Projet fait au début de l’année qui consistait a mettre en place un module XBEE simple, capable de communiquer avec un autre XBEE. J’ai brancher ce XBEE à mon ordinateur que j’ai ensuite configurer via X-CTU
  27. 27. X-CTU est un logiciel gratuit qui permet d’interagir avec des modules XBEE grâce a une interface graphique simple d’acces. Il permet ainsi de configurer les paramètres du XBEE, j’ai ICI modifié les informations comme dans mon programme ci-dessus : Ici, dans l’encadré rouge, les informations modifié. On y voit entre parenthèse les options indiqué

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