Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième A

I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo DOUROUX Thomas MELLET Rémy MONJANEL Benoît THEVENET Emeric I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 2 Remerciements A l’issue de ce projet, nous tenons à remercier notre tuteur et professeur de microcontrôleur M. Philippe Kauffmann, pour son aide et son encadrement durant ces deux périodes de projet. Nous tenons également à remercier comme il se doit M. Christian Couderc, pour l’aide technique apportée. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 3 Sommaire Introduction ............................................................................................ 4 1. Etude du sujet ...................................................................................... 5 1.1 Elaboration du cahier des charges. .............................................5 1.2 Choix des technologies utilisées.................................................. 5 1.3 Répartition des tâches. ................................................................ 7 2. Les capteurs ....................................................................................... 8 2.1. Généralité..................................................................................... 8 2.2. Capteur de température.............................................................10 2.3 Capteur d’humidité .....................................................................14 2.4 Capteur de pression...................................................................15 2.5 Anémomètre...............................................................................16 2.6 Girouette ....................................................................................18 2.7 Pluviomètre ................................................................................21 3. Liaison entre la Station Météo et un PC.........................................23 3.1 Liaison RS-232...........................................................................23 3.2 Liaison xBee...............................................................................26 4. L’interface graphique.......................................................................27 4.1 Introduction à TCL / TK..............................................................27 4.2 Présentation de Visual TCL .......................................................29 4.3 Notre interface graphique...........................................................31 Bilan technique.....................................................................................37 Conclusion............................................................................................38 Project Summary..................................................................................39 I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 4 Introduction Pendant les deuxième et troisième périodes de notre deuxième année de DUT, nous avons dû réaliser un projet en groupes variables de trois à quatre personnes sur des sujets différents. Ce projet de fin d’année a pour but de nous amener à travailler en équipe et en autonomie sur une réalisation correspondant à nos compétences. Nous avons choisi le sujet intitulé « station météo » pour appliquer nos acquis en matière de microcontrôleur à un projet complet et pour programmer sur un système matériel plutôt que de réaliser un logiciel. Enfin, parce que ce sujet correspondait bien à nos aspirations par son application très concrète et son aspect ludique. Ce sujet nous mène à réaliser une station météo. Celle-ci est contrôlée par un microcontrôleur lié à une interface graphique, elle-même installée sur un ordinateur de bureau. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 5 1. Etude du sujet 1.1 Elaboration du cahier des charges. Le projet que nous avons choisi est donc la mise en place d’une station météorologique sans-fil autour d’un microcontrôleur nous permettant de traiter diverses données externes tels que la pluie, le vent, l’humidité, la pression barométrique et la température. Le but était tout d’abord de gérer six capteurs (un capteur de température, un capteur de pression barométrique, un capteur d’humidité, un anémomètre, une girouette ainsi qu’un pluviomètre) par le biais du microcontrôleur Renesas de type M32C/80 et du module qui l’entoure. Nous devions programmer en langage C des pilotes pour chaque périphérique de la station (configuration, gestion des entrées / sorties…) Le microcontrôleur devait ensuite pouvoir envoyer les données des capteurs vers un PC via une liaison RS232. Etant donné que la station se devait d’être sans- fil, nous avons donc utilisé un module ZigBee. La gestion de l’envoi des données du microcontrôleur vers le PC a également été codée en C. Les informations venant des capteurs ainsi disponibles sur le PC, l’objectif était alors de les traiter en affichant des graphiques d’évolution de ces données en fonction du temps, le tout programmé en Tcl/Tk . 1.2 Choix des technologies utilisées • L’atelier de génie logiciel HEW. La contrainte principale qui nous était donnée dans le cahier des charges était d’utiliser le microcontrôleur 16bis Renesas M32C/80 à 32MHz. Nous avons par conséquent développé la partie logicielle à l’aide de High-performance Embedded Workshop (HEW). HEW est un atelier de génie logiciel (AGL) fourni avec le microcontrôleur. Cet AGL est un environnement complet de développement qui intègre un débuggeur I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 6 simple, un débuggeur hardware (KD) et un simulateur (PD) très pratique pour travailler sans le microcontrôleur. Nous avons donc développé et envoyé le code logiciel dans le microcontrôleur à l’aide de cette AGL. Figure 1 : Aperçu de l’interface de HEW • Le langage de l’interface graphique La deuxième contrainte était d’obtenir une interface graphique portable et facilement utilisable. Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Tk et le langage de script Tcl, via le logiciel Visual Tcl. Nous reviendrons sur la partie Tcl/Tk un peu plus tard dans ce rapport. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 7 1.3 Répartition des tâches. Dans le but de terminer dans les délais, nous avons réalisé lors de la deuxième séance un WBS : Work Breakdown Structure. C’est un schéma qui représente les flux de travaux à réaliser au cours du projet. Pour résumer notre WBS : dans les premiers temps nous avons ensemble recherché les composants, puis nous avons décidé que chacun s’occuperait d’un capteur. Une fois ce travail terminé, un groupe s’occuperait de la réalisation de l’interface graphique et l’autre de la liaison RS-232. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 8 2. Les capteurs 2.1. Généralité Pour pouvoir mettre en place les trois premiers capteurs (capteur température, humidité, pression), on a initialisé le convertisseur analogique numérique (CAN) en « sweep mode ». Ce mode permet de convertir plusieurs données analogiques successivement. Dans notre projet, nous avons seulement utilisé les entrées AN00 à AN02. Ce convertisseur analogique numérique transforme une tension comprise entre 0V et +5V en un nombre allant de 0 à 1023. Ensuite, nous nous sommes aperçus que les données reçues des capteurs étaient bien souvent erronées. Ainsi pour minimiser ces erreurs, nous avons décidé de prendre dix fois plus de mesures et de faire la moyenne des dix dernières mesures. Nous verrons ensuite le fonctionnement de chacun des capteurs. Ci-dessous, le schéma global du câblage du microcontrôleur avec l’ensemble des capteurs. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 9 Figure 2 : Branchement des capteurs sur le microcontrôleur I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 10 2.2. Capteur de température Pour obtenir la température, nous avons utilisé une sonde de type LM35 de chez National Semiconductor. Cette sonde est très pratique car elle est alimentée en +5V et est de type linéaire. De plus, en sortie de celle-ci, on obtient un signal linéaire défini par la caractéristique : 10.0 mV/°C. Cette sonde peut fonctionner soit uniquement avec les températures positives, soit avec les températures positives et négatives (–55°C à +150°C). Evidemment, pour notre station météo, nous avons opté pour le mode positif/négatif et en choisissant une gamme de valeur, allant de –50°C à +50°C, ce qui correspond donc à des différences de potentiels allant de –500 mV à +500 mV. Pour récupérer la température dans notre programme C, il suffit donc d’utiliser le CAN (Convertisseur Analogique Numérique) du microcontrôleur. Le CAN possède une gamme de valeur allant de 0 à 1023, ce qui correspond donc à des différences de potentiels allant de 0 à +5V. Ensuite on utilise le registre ad00 (0 à 1023), qui correspond au résultat de la conversion du CAN, puisque notre sonde de température est reliée à l’entrée IA00 du microcontrôleur. Relation entre le résultat du CAN, la différence de potentiel et la température finale : Température (°C) = ( ( ( ad00 * 5.000 ) / 1023 ) / 0.01 ) On peut vérifier que cette relation fonctionne très bien avec un petit exemple : Pour 0V en sortie de la sonde, donc pour 0°C : En sortie du CAN on obtient 0 d’où Température (°C) = 0°C. I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 11 Figure 3 : Schéma de la sonde dans le mode températures positives/négatives. Cela fonctionne très bien, mais il a fallu résoudre un petit problème qui nous a pris beaucoup plus de temps que prévu. Le problème est que le CAN où le capteur de température devait être relié, ne supporte pas les différences de potentiels négatives. On a donc utilisé un montage à base d’amplificateur d’instrumentation, le INA 126 puis finalement le INA 128. Ce changement de composant est du au gain trop élevé de l’ INA 126 et donc à un problème de saturation constante à la sortie du montage. Avec l’ INA 128, le montage fonctionne bien et le signal d’entrée (sortie du capteur de température) est amplifié avec un gain d’environ 4 : Gain = 1 + ( 50K / ( RG = 15K ) ) Bien sûr, en sortie de notre montage à base d’INA on obtient bien un nouveau signal décalé. Ceci est vérifié par la relation de l’INA 128 : VTemp = Gain * ( Vin(+) – Vin(-) ). I.U.T Informatique de Clermont-Ferrand 2006/2007 Rapport de projet - Deuxième Année SI - Station Météo 12 La diode en sortie du uploads/Management/ rapport-station-meteo.pdf