Electronique pratique

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vendredi 24 décembre 2010

Mini-projet:L’heure,la date et la température sur un afficheur géant

Une autre application pour nos afficheurs à sept segments géants ET427 :
le panneau lumineux affiche cette fois en
alternance cyclique l’heure, la date et la température.
L’emploi de LED à haute luminosité et les grandes dimensions des chiffres permettent
un affichage visible de loin par un grand nombre de personnes.




Dans
les numéros 38 et 39 d’ELM, nous vous avions proposé de construire un panneau lumineux d’affichage des scores
pouvant être commandé par radio ou par fil. Dans le numéro 62 nous avons
réutilisé une première fois l’afficheur géant à sept segments (dont
chacun est constitué de quatre LED à haute luminosité) ET427 pour un
compteur de file d’attente. Devant le succès remporté, nous avons décidé
de réitérer : voici un afficheur cyclique géant HDT° (heure > date
> température).
Comme précédemment, nous utilisons des afficheurs
géants (ici, il en faudra quatre) et une platine de contrôle qui les
pilote : cette dernière utilise un PIC fort économique et son programme
résident spécifique (vous trouverez le “listing» sur notre site Internet
car il est trop gourmand en espace papier !).
La platine de contrôle
est physiquement adaptée au désormais fameux afficheur géant ET427
(reportez-vous au récent numéro 62 de la revue) : elle trouve sa place
entre deux paires de ces afficheurs, comme le montre la photo de début
d’ar ticle. Ce panneau à quatre chif fres, avec
sa platine de contrôle, permet de choisir la visualisation d’une seule
des trois informations possibles ou bien de deux d’entre elles ou bien
des trois alternativement.
Le circuit de la platine de contrôle
utilise un circuit intégré RTC (“Real Time Clock”) fournissant les
informations de date et d’heure : ce circuit intégré est muni d’une batterie tampon afin de ne pas
perdre les données en cas de coupure de courant. Pour la température, ce
panneau lumineux est doté d’un capteur à
semiconducteur assez précis : cependant nous avons choisi de limiter
l’affichage de la température à deux chiffres (dizaines et unités des
degrés Celsius).

Le schéma électrique
Jetons
un coup d’oeil au schéma électrique de la figure 1. On voit que le
circuit est alimenté par une tension continue d’environ 12 V : U2 (un
régulateur 7805) stabilise cette tension à 5 volts, ce qui est
nécessaire pour faire fonctionner le microcontrôleur U1, l’amplificateur
opérationnel U4 et le RTC U3.
Les deux tensions (5 et 12 V) sont
nécessaires aussi pour alimenter les afficheurs. Le “filon” 12 V doit
fournir un courant assez conséquent pour alimenter les 29 grosses LED à
haute luminosité de chaque afficheur (avec quatre afficheurs cela fait
combien de LED ?). Le 5 V est utilisé aussi pour recharger à travers R1
la batterie tampon de 1,2 V : la
tension qu’elle fournit permet à U3 de continuer à compter si le secteur
230 V vient à manquer. La tension nominale de fonctionnement du PCF8593
est en effet de 5 V mais l’horloge interne peut encore fonctionner avec
une tension de seulement 1 V (pour un courant de 1 μA) ! R1 en série
dans la ligne d’alimentation occasionne sous ce courant une chute de
tension dérisoire.
Les deux poussoirs P1 et P2 permettent en revanche
de paramétrer D et H, comme le montre la figure 6. Aux broches 13 et 14
(ports RC2 et RC3) du PIC correspond la ligne I2C-bus où voyagent les
informations de D et H fournies par le RTC. Le PIC utilise une autre
ligne I2C-bus (précisément celle correspondant aux broches 4 et 24,
ports RA2 et RB3), au moyen de laquelle il adresse et envoie les données
aux quatre afficheurs. Aux broches 25 à 28 correspondent les quatre
dip-switchs permettant d’établir quelles données on souhaite voir
visualiser sur les afficheurs : le logiciel contrôle le niveau logique
de ces broches et, s’il les trouve à zéro volt (micro-interrupteur
fermé), il habilite la visualisation de la donnée correspondante, comme
le montre la figure 5. En particulier à la broche 25 correspond la
visualisation de H, à la 26 de D, à la 27 de T°, tandis que la 28
détermine le mode de lecture de la T°. Le trimmer R16, relié à la broche
3 du PIC (port RA1) détermine pendant combien de secondes chaque donnée
doit être affichée, soit le temps de balayage, puisque les données sont
affichées cycliquement. Notez que ni pour les dip-switchs ni pour les
poussoirs on n’a utilisé des résistances de “pull-up”, de telle façon
qu’avec le dip-switch ouvert, la tension sur la broche correspondante
est de 5 V.
L’étage de détection de la T° utilise une sonde à
semiconducteur LM335, une puce qui, si elle est polarisée correctement,
présente à ses extrémités une différence de potentiel de 10 mV / °C. Le
réseau comprenant ce LM335 fournit une tension à l’entrée non inverseuse
de U4 CA3160, monté en amplificateur. La broche inverseuse est
polarisée avec un potentiel de référence lequel, à travers le trimmer
R15, peut être modifié dans certaines limites afin d’obtenir la lecture
la plus précise possible.
La tension mesurée par le capteur est
amplifiée environ trois fois par le CA3160 et envoyée à la broche 7 du
PIC qui la lit cycliquement et la met au format binaire à travers le
convertisseur A/N correspondant à cette broche soit au port RA5. Le
circuit de contrôle dispose de deux LED de signalisation, reliées aux
broches 16 et 17 du microcontrôleur (ports RC5 et RC6). Aux broches 9 et
10 correspond le quartz Q1 de 20 MHz donnant la fréquence d’horloge au
microcontrôleur.
Un autre quartz Q2 se trouve dans le circuit, il
contrôle la base de temps du circuit intégré RTC qui produit les données
H et D. À travers le condensateur ajustable C5, on
peut modifier légèrement la fréquence d’oscillation de manière à obtenir
la précision maximale de cet étage.


Figure 1 : 
Schéma électrique du panneau lumineux d’affichage cyclique 
HDT°.



PCF8593
Brochage.



Figure 2a :
Schéma d’implantation des composants du panneau lumineux d’affichage cyclique 
HDT°.



Figure 2b :
Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du panneau lumineux d’affichage cyclique 
HDT°.



Figure 3 : 
Photo d’un des prototypes de la platine du panneau lumineux d’affichage cyclique 
HDT°.


Liste des composants
R1 .... 1 kΩ
R2
.... 4,7 kΩ
R3 .... 470 Ω
R4 .... 470 Ω
R5 .... 4,7 kΩ
R6
.... 4,7 kΩ
R7 .... 4,7 kΩ
R8 .... 4,7 kΩ
R9 .... 2,2 kΩ
R10
... 100 kΩ
R11 ... 5,6 kΩ
R12 ... 270 kΩ
R13 ... 10 kΩ
R14
... 2,7 kΩ
R15 ... 470 Ω trimmer
R16 ... 470 Ω trimmer
C1 ....
100 nF multicouche
C2 .... 470 μF 25 V électrolytique
C3 .... 100
nF multicouche
C4 .... 470 μF 25 V électrolytique
C5 .... 4-20 pF
ajustable
C6 .... 22 pF céramique
C7 .... 22 pF céramique
C8
.... 470 pF céramique
C9 .... 470 pF céramique
D1 .... 1N4007
D2
.... 1N4007
U1 .... PIC16F876-EF536 programmé en usine
U2 ....
L7805
U3 .... PCF8593
U4 .... CA3160
Q1 .... quartz 20 MHz
Q2
.... quartz 32,76 kHz
BAT1 .. batterie rechargeable 1,2 V 600 mA/h
LD1
... LED 10 mm rouge
LD2 ... LED 10 mm rouge
P1 .... micropoussoir
P2
.... micropoussoir
DS1 ... dip-switch à six microinterrupteurs
SEN
... LM335

Divers :
1 ...... support 2 x 14
2 ......
supports 2 x 4
1 ...... boulon 3MA 8 mm
1 ...... connecteur deux
pôles
1 ...... prise d’alimentation
1 ...... circuit imprimé
Sauf
indication contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.
Le
listing se trouve sur le site de la revue dans le même dossier que le
circuit imprimé.


La réalisation pratique
Passons
à la construction de la platine de contrôle, qui sera ensuite placée
entre les deux paires d’afficheurs pour constituer le panneau lumineux. Le circuit tient sur un
circuit imprimé : la figure 2b en donne le dessin à l’échelle 1. Quand
vous l’avez devant vous, montez- y tous les composants dans un certain
ordre (en ayant constamment sous les yeux les figures 2a et 3 et la
liste des composants). La batterie rechargeable de 1,2 V est soudée
directement sur le circuit imprimé (prenez un modèle à languettes
soudables). Certains composants sont montés horizontalement afin de
gagner de la place en hauteur.
En ce qui concerne l’afficheur,
reportezvous à l’article ET532 du numéro 62 et, si possible, à l’article
ET427 du numéro 39. Il vous faut en monter quatre.
La platine de
contrôle est ensuite reliée aux quatre afficheurs. Les lignes concernées
sont au nombre de cinq : + 12 V, +5 V, GND, SDA et SCL : les pastilles
de la platine de contrôle et celles des afficheurs se correspondent
parfaitement.
Une surcharge de tinol assurera également la liaison
mécanique.


Figure 4 : 
Paramétrage des dip-switchs.


Pour obtenir la visualisation
correcte des chiffres dans l’ordre prévu, il est nécessaire de
paramétrer les dip-switchs de chaque afficheur comme le montre la
figure. Au moyen de ces dip-switchs, rappelons-le, il est possible
d’adresser la platine en choisissant parmi huit combinaisons possibles.
Les micro-interrupteurs contrôlent en effet les adresses A0, A1 et A2 du
PCF8574 (un huit bits expanseur d’I/O pour application I2C-bus) monté
sur chaque platine.


Figure 5 : 
Les modes de fonctionnement.


Le dip-switch à quatre
micro-interrupteurs de chaque platine permet de sélectionner les
informations que le panneau lumineux doit visualiser.
Le
premier micro-interrupteur active la visualisation de l’H, le deuxième
la visualisation de la D et le troisième la visualisation de la T° (voir
tableau ci-dessous).








TABLEAU DE RÉFÉRENCE DES DIP-SWITCHS

0
(OFF)
1 (ON)
1 Ne pas
visualiser heure
Visualiser heure
2
Ne pas visualiser date
Visualiser date
3 Ne pas visualiser temp.Visualiser temp.
4 Màj t° en temps réelMàj t° chaque s.




Figure 6 : 
Les réglages de l’heure et de la température.


La température
ambiante est détectée par un capteur à semiconducteur dont le signal de
sortie est élaboré par un amplificateur opérationnel. Le gain de cet
étage est contrôlé par le trimmer R15 grâce auquel on peut effectuer le
réglage du système. Pour cela il est nécessaire de mettre les deux
premiers micro-interrupteurs sur OFF et les troisième et quatrième sur
ON, de mesurer la température avec un thermomètre de référence et de
régler R15 pour obtenir la visualisation de cette température sur le panneau lumineux.
Placez ensuite le
quatrième micro-interrupteur sur OFF et les trois autres comme l’indique
le tableau de configuration.
Pour régler la fréquence d’horloge de
U8, laquelle produit les données de H et D, agissez sur le condensateur
ajustable C5 : ce composant permet d’ajuster légèrement la fréquence de
l’oscillateur afin d’éviter que l’horloge n’avance ou ne retarde. Dans
ce cas, il n’est pas possible d’effectuer un réglage initial précis car
les écarts détectables sur un laps de temps court sont trop faibles :
laissez donc d’abord le condensateur ajustable en position centrale et
réglez-le par la suite si l’horloge avance ou retarde trop.
Les deux
micro-interrupteurs du circuit imprimé n’ont rien à voir avec la D et
l’H, ils n’ont trait qu’au paramétrage initial. Pour régler l’H, il faut
maintenir P1 pressé pendant environ trois secondes jusqu’à ce que les
deux LED de la platine de contrôle clignotent, signalant ainsi le début
du cycle de programmation.
Nous pouvons alors régler D et H avec les
trois poussoirs. Pour mémoriser la donnée réglée, il faut maintenir P2
pressé pendant environ trois secondes. La procédure de réglage de la D
est très semblable : pour entrer en mémorisation, il faut maintenir P2
pressé pendant environ trois secondes jusqu’à ce que les LED commencent à
clignoter. Pendant cette phase, nous pouvons sélectionner le jour et le
mois avec les deux poussoirs. Quand le réglage est terminé, pour le
mémoriser, il faut presser P1 pendant environ trois secondes.


Fonctionnement

et paramétrage

Quand le câblage et l’assemblage sont
terminés, il vous faut procéder au paramétrage des dip-switchs des
quatre platines afficheurs et de la platine de contrôle.
Pour les
platines afficheurs, voir figure 4 : chaque dip-switch doit être
paramétré de manière différente en fonction de la position de
l’afficheur sur le panneau lumineux (ces paramétrages sont
indispensables). En ce qui concerne les dip-switchs de la platine de
contrôle, vous pouvez en paramétrer les micro-interrupteurs en fonction
des informations que vous voulez voir visualiser par le panneau lumineux (voir figure 5). Quant à
la date, elle est visualisée “à la française” (jj/mm).
Procédons aux
essais. Mettez le panneau lumineux sous tension et
commencez les réglages : dès la mise sous tension le panneau indique “00:00” et le
générateur du PCF commence à compter. Après une minute, il indiquera
“00:01” (voir figure 6 pour les réglages de l’heure, minute, jour, mois,
ainsi que pour celui de la température).

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