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Rapport projet Master 1 AII Année 2015/2016 Projet collaboratif : Réalisation d

Rapport projet Master 1 AII Année 2015/2016 Projet collaboratif : Réalisation d'un poulailler autonome Module 3 : Étude et réalisation d'une horloge temps réel programmable Étudiant : Thomas Zorninger Enseignant tuteur : Gilles Hermann Collaborateurs : Narcisse Kapdjou Loïc Metzger Abhinav Kant Thomas Zorninger - Introduction Année 2015/2016 16/05/2016 REMERCIEMENTS Je tiens à remercier, en premier lieu, mon enseignant tuteur Monsieur Gilles HERMANN. Ses conseils et son soutien m’ont été importants dans l’avancement et la mise au point de mon projet, merci pour son aide et le suivi qu’il m’a apporté. Mes remerciements vont également à mes collègues Narcisse Kapdjou, Loic Metzger et Abhinav Kant avec lesquels j’ai mené à bien ce projet collaboratif. Je remercie également mes collègues de formation pour leurs idées et leur aide. Enfin, je remercie les enseignants de ma formation pour les connaissances qu’ils nous ont inculquées tout au long de l’année. Poulailler autonome – Horloge temps réel Page 2 / 32 SOMMAIRE REMERCIEMENTS..........................................................................................................................................2 SOMMAIRE.......................................................................................................................................................3 TABLE DES ILLUSTRATIONS.......................................................................................................................4 1. INTRODUCTION........................................................................................................................................5 2. LE PROJET..................................................................................................................................................6 2.1 Définition générale du projet.....................................................................................................................6 2.2 Fonctionnement envisagé..........................................................................................................................6 2.3 Cahier des charges.....................................................................................................................................6 3. EQUIPEMENT.............................................................................................................................................7 3.1 Horloge temps réel DS1307........................................................................................................................7 3.2 Clavier matriciel 3x4..................................................................................................................................7 3.3 Ecran LCD rétro éclairé 16x2.....................................................................................................................8 3.4 Arduino.......................................................................................................................................................8 3.4.1 Arduino Mega....................................................................................................................................................................9 3.4.2 IDE Arduino.....................................................................................................................................................................10 4. ETUDE ET IMPLÉMENTATION............................................................................................................11 4.1 Communication I2C..................................................................................................................................11 4.2 Horloge temps réel DS1307......................................................................................................................12 4.3 Acquisition appui clavier..........................................................................................................................15 4.3.1 Utilisation des touches.........................................................................................................................................................15 4.4 Ecran LCD rétro éclairé............................................................................................................................16 4.5 Gestion ouverture/fermeture.....................................................................................................................20 4.6 Gestion de la batterie................................................................................................................................22 RÉSUMÉ ANGLAIS........................................................................................................................................23 BILAN ET PERSPECTIVES..........................................................................................................................24 CONCLUSION.................................................................................................................................................25 BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE.....................................................................................................26 LEXIQUE.........................................................................................................................................................27 ANNEXE...........................................................................................................................................................29 1.1 Brochage DS1307.....................................................................................................................................29 1.2 Code de scrutation de l’appui clavier........................................................................................................29 1.3 Code d’action après appui clavier.............................................................................................................30 1.4 Script python.............................................................................................................................................32 1.5 Fonction de synchronisation.....................................................................................................................33 TABLE DES ILLUSTRATIONS Figure 1 : Image DS1307....................................................................................................7 Figure 2 : Image clavier......................................................................................................7 Figure 3 : Image écran LCD................................................................................................8 Figure 4 : Image Arduino Méga...........................................................................................9 Figure 5 : T ableau caractéristiques Arduino Méga..............................................................9 Figure 6 : Capture écran IDE Arduino................................................................................10 Figure 7 : Codage NRZ pour bus I2C.................................................................................11 Figure 8 : Schéma de principe communication Arduino / DS1307....................................12 Figure 9 : Organisation mémoire DS1307.........................................................................13 Figure 10 : Interfaçage Arduino/Clavier............................................................................15 Figure 11 : Schéma de principe communication Arduino / Ecran LCD..............................16 Figure 12 : Photo Affichage par défaut.............................................................................17 Figure 13 : Photo Appui touche *......................................................................................17 Figure 14 : Photo Appui sur 1 après touche *...................................................................17 Figure 15 : Photo Appui sur 2 après touche *...................................................................17 Figure 16 : Photo Appui sur autre alarme configurer après touche *................................17 Figure 17 : Photo Appui touche 0......................................................................................18 Figure 18 : Photo entrez heure.........................................................................................18 Figure 19 : Photo entrez minutes......................................................................................18 Figure 20 : Photo menu gestion système..........................................................................19 Figure 21 : Photo état porte..............................................................................................19 Figure 22 : Photo état alarmes..........................................................................................19 Figure 23 : Photo niveau batterie.....................................................................................19 Figure 24 : Photo ouverture/fermeture.............................................................................19 Figure 25 : Photo nombre poules......................................................................................19 1. INTRODUCTION Lorsque l’on souhaite réaliser un système autonome, il est nécessaire de faire en sorte que celui-ci soit assez « intelligent » pour gérer, de manière automatique et sans interventions extérieures, certaines tâches ou certains travaux que l’on souhaite lui confier. Un système dit « autonome » est habituellement composé de deux parties : - Une partie commande : C’est cette partie qui donne les ordres et reçoit des informations de l’extérieur (d’un autre système par exemple) ou de la partie opérative (voir ci-dessous). La partie commande est généralement articulée autour d’un microprocesseur ou d’une ordinateur. - Une partie opérative : C’est cette partie qui va effectuer les tâches. Elle reçoit les ordres de la partie commande et les exécutent. La partie opérative contient généralement les capteurs et les actionneurs. Il est néanmoins important de faire la distinction entre un système autonome et un système intelligent. Un système intelligent est un système qui est capable de prendre des décisions tout seul, bénéficiant d’une capacité d’apprentissage et réalisant des tâches en conséquence. Un système intelligent est autonome mais un système autonome n’est pas forcément intelligent. Un système autonome tel qu’étudier et réaliser dans ce projet n’est pas intelligent. C’est-à-dire qu’il n’aura aucune capacité d’apprentissage. Il pourra néanmoins prendre certaines décisions programmées en fonction de l’état des différentes parties du système. Le système étudié dans ce projet est un poulailler autonome. Il aura pour but la mise en place de plusieurs sous-systèmes permettant le fonctionnement efficace de l’ensemble. On peut citer notamment la mise en place d’une alimentation solaire, d’une porte automatique ou encore la réalisation d’un compteur de poules. Dans ce rapport, nous verrons la partie « Etude et réalisation d’une horloge temps réel programmable ». 2. LE PROJET 2.1 Définition générale du projet Ce projet porte sur l’étude et la réalisation d’un poulailler autonome. Pour ce faire, le poulailler comportera plusieurs parties réalisées par chaque membre du projet. C’est pour cela qu’il est essentiel que chaque partie ne soit pas complètement indépendante. Par exemple, l’alimentation solaire permettra d’alimenter chaque sous système. 2.2 Fonctionnement envisagé Le fonctionnement final envisagé devra permettre la gestion autonome d’un poulailler. C’est-à-dire qu’il ne doit pas y avoir la nécessité d’une action extérieure pour assuré un bon fonctionnement. On verra cependant qu’un utilisateur pourra superviser l’ensemble du système. Il pourra notamment visualiser l’état des différentes parties (niveau de batterie par exemple) ainsi que les alarmes (heure d’ouverture et de fermeture de la porte par exemple). Le but final sera également l’articulation de tous les sous systèmes autour d’un seul Arduino Méga. Celui-ci servira donc de partie commande du système global. Pour la partie horloge temps réel, le projet se basera sur une horloge DS1307 permettant l’enregistrement de la date et l’heure. L’interface avec l’utilisateur se fera à l’aide d’un clavier 3x4 ainsi qu’un écran LCD rétro éclairé. 2.3 Cahier des charges La gestion de la date et l’heure s’articulera autour d’une horloge temps réel DS1307. Elle doit permettre notamment en cas de coupure d’alimentation de garder en mémoire la date et l’heure courante (pile lithium incluse permettant le basculement sur alimentation secondaire). L’interface avec l’utilisateur se fera à l’aide d’un clavier 3x4 et d’un écran LCD 16x2. L’affichage devra permettre la visualisation de la date et l’heure, l’état des différentes parties du système (porte, niveau batterie, nombre de poules), la gestion des alarmes (heure d’ouverture et fermeture de la porte et autres). Cette interface devra être intuitive et concise puisque l’écran 16x2 limite le nombre d’éléments affichés à l’écran. Bien évidemment, toutes ces parties seront gérées par un Arduino Méga. 3. EQUIPEMENT Pour la gestion de la date et l’heure, on utilisera une horloge temps réel DS1307. Figure 1 : Image DS1307 Cette horloge possède l’avantage de sa facilité d’utilisation grâce au bus I2C. Vous trouverez le brochage du composant en Annexe 1.1. Elle possède également une RAM non utilisée par le composant qui va nous permettre d’enregistrer certains états ou variables « critiques » en cas de coupure d’alimentation principale. L’utilisateur pourra interagir avec le système grâce à un clavier 3x4. Figure 2 : Image clavier Ce clavier 3 colonnes, 4 lignes va nous permettre l’interfaçage avec l’utilisateur. Grâce à celui-ci, l’utilisateur sera capable de gérer le système global (visualisation des états, gestions des heures et alarmes, …). Comme on peut le remarquer sur l’image ci- contre, le clavier possède 13 pins de sortie. Chaque pin correspond à une touche et un pin servira de point commun. On verra, dans la partie étude, l’association touche/pin. On élaborera également l’interfaçage avec l’Arduino. En effet, on aura la nécessité d’utiliser 12 entrées numériques de l’Arduino. 3.1 Horloge temps réel DS1307 On remarque également la présence d’une pile lithium 3.6V servant d’alimentation secondaire en cas de coupure de l’alimentation principale. On verra dans la partie étude comment communiquer avec le composant et on analysera également le format des données enregistrées. 3.2 Clavier matriciel 3x4 L’utilisateur aura la possibilité de visualiser certaines informations du système grâce à un écran LCD rétro éclairé. Figure 3 : Image écran LCD Cet écran LCD rétro éclairé permettra à l’utilisateur de visualiser de manière simple et efficace les informations importantes concernant le système. L’écran affichera par défaut la date et l’heure. Celui-ci possède l’avantage d’intégrer un module I2C pour sa communication. Deux fils suffiront donc à sa commande (plus l’alimentation). Nous verrons dans la partie étude le principe de la communication I2C. On mettra également en évidence les informations utiles à afficher sur cet écran pour que l’utilisateur puisse bénéficier d’une interface claire et ergonomique. Arduino est une plate-forme de prototypage électronique open-source créée par une équipe de développeurs, composée de six personnes : Massimo Banzi, David Cuartielles, T om Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti. Cette équipe a créé le « système Arduino ». C’est un outil qui permet aux débutants, amateurs ou professionnels de créer des systèmes électroniques plus ou moins complexes. 3.4.1 Arduino Mega Figure 4 : Image Arduino Méga Figure 5 : T ableau caractéristiques Arduino Méga L’Arduino Méga est une carte basée sur un microcontrôleur ATmega2560. 3.3 Ecran LCD rétro éclairé 16x2 3.4 Arduino La carte possède 56 entrées/sorties numériques (dont 15 pouvant être utilisées en PWM), 16 entrées analogiques (chacune connectée à un convertisseur analogique/numérique sur 10 bits), un quartz cadencé uploads/Management/ real-time-clock 1 .pdf