Conception et realisation d'un système embarque pour l'ouverture dune porte automatique

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INTRODUCTION GÉNÉRALE

La révolution informatique nous fait assister à une croissance technologique qui donne naissance à plusieurs domaines. L'informatique est devenu une science que tout le monde ne peut s'en passé. Divers domaines ont vu le jour dans une période très réduite et ont eu de l'ampleur. Parmi ces domaines nous citons : l'info+graphie, l'automatisation, le développement web et autres.

Actuellement, la modernisation a atteint une vitesse de croisière dans tous les secteurs de la vie, l'importance de l'automatisme dans le cadre de développement socio-économique d'un pays, grâce à ces innovations tous les pays cherchent à innover.

Par ailleurs, il reste à noter qu'avec l'avancée technologique, il devient possible de mêler deux ou plusieurs connaissances (domaines) dans le but d'avoir un seul système remplissant un rôle bien spécifique. Tel est le cas aujourd'hui avec l'informatique qui fait partie de la quasi-totalité des domaines de la vie et permet d'obtenir des systèmes hybrides combinant des notions de la programmation et de l'électronique, on parle ainsi de l'automatisation.

C'est ainsi, dans le cadre de notre travail de fin de cycle, nous nous sommes intéressés de travailler sur l'automatisation dont le sujet s'intitule : Conception et réalisation d'un système embarqué pour l'ouverture d'une porte automatique d'un Supermarché.

1. PROBLÉMATIQUE

L'automatisation est considérée comme étant un progrès technique où apparaissent des dispositifs électroniques et informatique susceptibles d'exécuter un travail sans l'intervention humaine, non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son travail intellectuel, de surveillance, d'accès et de contrôle.

Les microcontrôleurs sont aujourd'hui implantés dans la plupart des applications grand public ou professionnelles et facilitent ainsi les réalisations avec les systèmes informatiques sans pour autant omettre la grande partie des composants électroniques.

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Les agents de sécurité placés à la porte de supermarché sont appelés à exercés un travail manuel celui d'ouvrir et de fermer la porte à chaque entrée et sortie des clients.

Cette façon de faire nécessite un coût supplémentaire pour la main d'oeuvre et réduit aussi la sécurité de personnes et de leurs biens.

Ainsi notre réflexion à travers ce travail scientifique sera focalisée sur les questions ci- après :

? Comment commander une porte automatique ?

? Quel est l'impact d'une porte automatique dans un supermarché ?

2. HYPOTHÈSES

L'hypothèse est une proposition des réponses aux questions que l'on se pose en des termes tels que l'observation et l'analyse puissent fournir une réponse¹

En effet, de plus en plus le monde évolue, la technologie aussi se développe, la carte le microcontrôleur permet de garantir une gestion efficace dans nos systèmes embarqué et diminuer le facteur d'encombrement du circuit électronique.

? En effet pour commander cette porte on devrait utiliser de connaissances d'un système embarque et de l'électronique qui seraient combiné à la programmation d'un circuit intégré.

? Son impact serait extrêmement importante dans un supermarché car la porte automatique porterait des innovations qu'il n'avait pas auparavant, la sécurité serait bien assurée et nous aiderait aussi à lutter contre la propagation du corona virus (COVID 19). Etant donné que les usagers ne seront plus appelés à toucher les portes par leurs mains.

3. CHOIX ET INTERET DU SUJET 3.1. CHOIX DU SUJET

En République Démocratique du Congo, la loi régissant le secteur de l'enseignement supérieur et universitaire stipule que

¹ RONGERE, Cité par MAMBUENI, D ; Manuel de sociologie éd, Africa, Lubumbashi 1990, P 21

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l'étudiant prétendant au titre de gradué doit présenter et défendre, par une soutenance publique un travail scientifique qu'il doit rédiger sous la direction d'une autorité morale. C'est donc la première raison qui nous a poussés à rédiger ce travail de fin de cycle.

Partant de cette exigence, nous avons profondément réfléchi à parler sur «CONCEPTION ET REALISATION D'UN SYSTEME EMBARQUE POUR L'OUVERTURE D'UNE PORTE AUTOMATIQUE D'UN SUPERMARCHE».

Le choix est que, au vu de l'intérêt particulier que nous portons au travers les techniques appliqués et du souci qui est le nôtre de pouvoir évoluer dans ce domaine le jour avenir.

3.2. INTÉRÊT DU SUJET

L'intérêt que nous accordons à ce travail réside essentiellement sur le fait que ceci soit une continuité de la formation que nous avons eu à bénéficier dans notre cursus académique.

4. METHODES ET TECHNIQUES UTILISEES 4.1. METHODES

La méthode désigne un ensemble des opérations intellectuelles par les quelles une discipline cherche à atteindre les vérités qu'elle poursuit, les démontres et les vérifies².

Dans ce travail nous avons recouru aux méthodes suivantes :

? La méthode analytique : qui nous a permis d'analyser les différentes données récoltées durant la période de recherche.

? La méthode expérimentale : elle nous a permis de faire l'expérimentation de la solution que nous proposons pour nous assurer de son efficacité.

4.2. TECHNIQUES

La technique est définie comme un ensemble de procédés employés pour produire une oeuvre ou obtenir un résultat déterminé.

² M GRAWZ, méthode des sciences sociales, Ed. Paris, 1974, p. 360.

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? Technique documentaire : nous a permis de vérifier les archives, de lire les ouvrages (Notes de cours, TFC, Mémoire etc...) et de faire autres recherches documentaires tel que consultés les sites web, toujours pour arriver au but ;

? Technique d'interview : qu'elle nous a permis d'avoir des entretiens ou conversation avec différentes personnes permanentes de notre champ d'investigation.

5. DELIMITATION DU TRAVAIL 5.1. DANS LE TEMPS

Les données que nous avons exploitées au cours de ce travail de fin de cycle ont été observées et récoltées au cours d'une période allant de Mars 2021 à l'Aout 2021. Ce qui constitue de ce fait l'intervalle temporel de notre travail de fin d'étude.

5.2. DANS L'EPACE

En ce qui concerne la limite spatiale, notons tout d'abord que nous n'allons pas aborder toutes les questions liées au déploiement d'un système automatique, nous nous sommes concentrées sur la conception et réalisation d'un système embarqué pour l'ouverture d'une porte automatique d'un Supermarché.

6. DIVISION DU TRAVAIL

Hormis l'introduction générale et la conclusion générale notre travail est divisé en trois chapitres à savoir :

V' Chapitre première : Généralités sur l'automatisation ;

V' Chapitre deuxième : Notions de base sur les systèmes embarqué ;

V' Chapitre troisième : Réalisation de la porte automatique

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CHAPITRE PREMIER :
GENERALITÉS SUR L'AUTOMATISATION

I.1 INTRODUCTION

Un système est dit automatisé lorsque le processus qui permet de passer d'une situation initiale à une situation finale se fait sans intervention humaine, et que ce comportement est répétitif chaque fois que les conditions qui caractérisent la situation initiale sont remplies³.

Comme nous le savons que parmi des objectifs que nous nous sommes fixé au cours de ce travail est la réalisation d'un système automatique pour l'ouverture d'une porte, nous avons donc jugé bon de rédiger tout un chapitre sur les notions théoriques qui entourent la conception, la réalisation mais aussi le fonctionnement d'un système automatisé afin de mener à bien la réalisation du présent travail.

I.2. HISTORIQUE4

I.2.1. point de départ de l'automatisation

L'automatisation a vu les jours à ses origines dans la construction d'automates, dont les premiers modèles remontent à l'Antiquité. Héron d'Alexandrie met au point, au Ie^r siècle après J.-C. de beaucoup des systèmes automatiques utilisant les ressources de l'énergie hydraulique. Les progrès amenés par la mécanique viendront contribuer au développement de la construction d'automates.

En 1623, le scientifique allemande Wilhelm Schickard invente la première machine à calculer, qui sera suivie de celle élaborée par Blaise Pascal dix-neuf ans plus tard. En 1745, Jacques de Vaucanson conçoit le premier métier à tisser entièrement automatique, prototype dont s'inspire le mécanicien français Joseph-Marie Jacquard pour fabriquer, en 1793, un métier à tisser dont les séquences d'opérations à effectuer sont inscrites sur des cartes perforées : l'automatisation appliquée à l'industrie est née. Elle s'épanouira et se généralisera à l'ensemble des activités industrielles dans la première moitié du XXe siècle, en association avec l'instauration de nouvelles méthodes d'organisation scientifique du travail, inspirées des travaux de Taylor⁵.

³ C.JOSSIN, Automatisation.4ème Chapitre, Buts_de_l'automatisation, 2014. p1

4 www.automates.fr/automatisation. Consulté le 20/06/2021 à 19h00.

⁵ Thomasta, Automatisation. Historique, https://www.thomasta.com/informatique/automatisation, consulté le 6 février 2019.

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Depuis lors, elle ne cessera de se perfectionner grâce à l'utilisation des techniques issues de l'électronique, de la robotique et de l'informatique⁶.

I.2.2. Nouvelles méthodes de travail

Dès la fin du XVIIIè^me siècle, la division du travail, c'est-à-dire le découpage d'un processus de production en plusieurs étapes successives, avait déjà contribué à un accroissement de la productivité du travail. La révolution industrielle va accélérer ce processus. L'identification de tâches élémentaires qui composent tout cycle de production va permettre de construire des machines reproduisant les mouvements humains, ouvrant la voie à la constitution de chaînes de montage et d'assemblage.

Dans les années vingt, ces méthodes seront largement appliquées dans l'industrie automobile, notamment dans les usines Ford aux États-Unis, qui mettent en pratique les enseignements issus du taylorisme. Ce que l'on dénommera l'organisation scientifique du travail, qui sera appliquée par l'ensemble des constructeurs automobiles avant d'être généralisée à l'ensemble de l'industrie, a permis à Ford de réduire considérablement le nombre d'heures de travail nécessaires à la fabrication de ses véhicules.⁷

I.2.3. Essor de l'automatisation

L'utilisation de robots industriels ne représente qu'une partie, la plus visible sans doute, d'un phénomène de plus grande envergure qui concerne à la fois l'évolution de l'organisation du travail et celle des techniques de production⁸.

I.3. DEFINITION DES CONCEPTS

I.3.1. Système

Un système représente un ensemble d'éléments ayant une fonction déterminée⁹.

⁶ fr.wikipedia.org/wiki/ Système embarqué. Consulté le 20/06/2021 à 22h15'

7 C.JOSSIN, Automatisation.4ème Chapitre, Buts_de_l'automatisation. Op.cit.

8 Sammy BAFANDO, Notes des cours d'automatisation, ISIPA/MATADI 2014-2015, p8.

9 Dictionnaire Larousse Edition 2014.

7

I.3.2. Automate

Un automate est un dispositif reproduisant, en autonomie, une séquence d'actions prédéterminées sans l'intervention humaine.¹⁰

I.3.3. Automatisme

Un automatisme est un sous-ensemble d'une machine, destinée à remplacer l'action de l'être humain dans des taches en générales simples et répétitives, réclamant précision et rigueur. On est passé d'un système dit manuel, a un système mécanisé, puis au système automatisé.

Dans l'industrie, les automatismes sont devenus indispensables : ils permettent d'effectuer quotidiennement les taches les plus ingrates, répétitives et, dangereuses. Parfois, ces automatismes sont d'une telle rapidité et d'une telle précision, qu'ils réalisent des actions impossibles pour un être humain. L'automatisme est donc synonyme de productivité et de sécurité.

Ces séquences peuvent êtres figées, le système fait toujours la même chose, ou s'adapte à des conditions environnementales perçues par l'intermédiaire de capteurs.

I.3.4. Automatisation

L'automatisation est l'utilisation des procédés automatiques visant à réduire ou supprimer l'intervention humaine dans les processus de production industrielle et de traitement de l'information.

L'automatisation est aussi considérée comme l'étape d'un progrès technique où apparaissent des dispositifs techniques susceptibles de seconder l'homme, non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son travail intellectuel de surveillance et de contrôle.

Ex : L'automatisation d'une usine

I.3.5. Automatique

L'automatique est la science qui étudie les automates.

¹⁰ Dictionnaire Larousse Edition 2014. Op.cit.

8

I.3.6. Système Automatisé

Un système automatisé est un ensemble d'éléments en interaction et organisés dans un but précis : agir sur une matière d'oeuvre afin de lui donner une valeur ajoutée. Le système automatisé est soumis à des contraintes : énergétiques, de configuration, de réglage et d'exploitation qui interviennent dans tous les modes de marche et d'arrêt du système¹¹.

	CONTRAINTES
Matière d'oeuvre	SYSTEME		Matière d'oeuvre + Valeur ajouté
	AUTOMATIQUE

Fig. I.1 : système automatisé

I.4. OBJECTIF

La compétitivité de l'entreprise et des produits. Cette compétitivité passe par la qualité, la maitrise des coûts et l'innovation. Cela induit une disponibilité à tous les niveaux. On cherche donc à améliorer la productivité. L'amélioration des conditions de travail, et surtout la sécurité, fait partie des objectifs de l'automatisation. Ainsi, les objectifs de l'automatisation sont donc :

? Eliminer les tâches répétitives ; ? Simplifier le travail de l'homme ;

? Augmenter la sécurité (responsabilité) ;

? Accroître la productivité.

Bref, l'objectif de l'automatisation des systèmes est de créer des systèmes dans lesquels le recours à l'homme est le moins possible.

11 KIELA TSASA Théophile, Notes de cours automatisation 1, ISIPA/MATADI 2019 - 2020, p5.

9

I.5. STRUCTURE D'UN SYSTEME AUTOMATIQUE



Partie Contrôle

IHM/ PUPITRE DE COMMANDE ET

SIGNALISATION

Consigne

DE

Signal

TRAITEMENT DES

INFORMATIONS

Partie Commande

PREACTIONNEURS

Compte- rendu

ENERGIE

Partie Opérative

Ordre

ACTIONNEURS

DETECTEURS

EFFECTEURS

CAPTEURS

Production

Fig. I.2 : structure d'un système automatisé

I.5.1. Description du schéma

A. Poste de contrôle

Il incorpore des consignes et de des signalisations, puis permet à l'opérateur de commander le système (marche, arrêt...). Il permet également de visualiser les différents états du système à l'aide de voyants, de terminal de dialogue ou d'interface homme machine (IHM).

B. Partie commande

Elle donne les ordres de fonctionnements à la partie opérative. Les pré-actionneurs permettent de commander les actionneurs ; ils assurent le transfert d'énergie entre la source d'énergie (réseau électrique, pneumatique...) et les actionneurs¹².

12 KIELA DJEMS cours d'autimatisation1. ISIPA/Matadi, 2019-2020, page8

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Exemple : relais, électrovanne, distributeur...

Ces pré-actionneurs sont commandés à leur tour par le bloc traitement des informations. Celui-ci reçoit les consignes de l'IHM ou du pupitre de commande et les informations de la partie opérative transmises par les capteurs/détecteurs. En fonction de ces consignes et de son programme de gestion des tâches (implanté dans un automate programmable ou un ordinateur), elle va commander les pré-actionneurs et renvoyer des informations à l'IHM ou à d'autres systèmes de commande et/ou de supervision en utilisant un réseau et un protocole de communication.

C. Partie opérative

La partie opérative d'un automatisme est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques (déplacement, émission de lumière...), mesure des grandeurs physiques (température, humidité, luminosité...) et rend compte à la partie commande. La partie opérative reçoit les ordres de la partie commande et les exécute. Celle-ci est généralement composée d'actionneurs, de capteurs, d'effecteurs et d'un bâti.

Elle agit sur la matière d'oeuvre afin de donner sa valeur ajoutée.

Les actionneurs (moteurs, vérins) agissent sur la partie mécanique du système qui agit sur la matière d'oeuvre. Les capteurs/détecteurs permettent d'acquérir les divers états du système.

Exemple : l'ensemble des pompes électriques, des électrovannes, des capteurs de niveau d'eau et de température est la partie opérative d'un lave-linge.

I.5.2. Mode de commande

Un système automatisé peut utiliser deux (2) modes de commande :

? Mode de commande directe ;

? Mode de commande avec compte-rendu d'exécution.

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A. Mode de commande directe (ou boucle ouverte)



Figure II.3 : mode de commande directe

La partie commande envoie des ordres à la partie opérative, mais elle ne vérifie pas s'ils ont bien été effectués. (Exemple des feux de croisement : le système ne vérifie pas si les feux se sont bien allumés).

B. Mode de commande avec compte-rendu d'exécution (ou boucle fermée)



Fig. I.2 : mode de commande boucle fermée

Ce système est beaucoup plus fiable car le système vérifie que les ordres donnés ont bien été effectués.

Exemple d'un passage à niveau : la barrière ne se lève que si le système est sûr que le train veut bien passer.

I.5.3. Les pré-actionneurs

Un pré-actionneur permet de distribuer de l'énergie à un actionneur, ce dernier convertissant l'énergie reçue en énergie utile.

Comme le montre la figure ci-dessous, la principale fonction d'un pré-actionneur est de distribuer l'énergie à un actionneur, sur ordre de la partie commande.

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Fig. I.3 : principale fonction d'un pré-actionneur

La plupart des pré-actionneurs sont dits « tout ou rien », c'est-à-dire que :

? Soit ils empêchent l'énergie d'aller vers l'actionneur ;

? Soit ils font passer tout le flux d'énergie disponible vers l'actionneur.

Ils sont alors soit « ouverts » soit « fermés », tel un interrupteur : un pré-actionneur tout ou rien commande l'établissement ou l'interruption de la circulation de l'énergie entre une source et un actionneur.

Exemples de pré-actionneurs T.O.R. (tout ou rien) :

? Les contacteurs électromagnétiques (les relais) ; ? Les distributeurs pneumatiques.

I.5.4. Les actionneurs

Dans une machine, un actionneur est un organe qui transforme l'énergie qui lui est fournie en un phénomène physique utilisable. Ce phénomène physique fournit un travail qui modifie le comportement ou l'état de la machine. (Déplacement, dégagement de chaleur, émission de lumière ...).

Exemples de quelques Actionneurs :

C'est un actionneur qui permet, à partir d'un courant électrique, de faire tourner pas à pas un mécanisme. On l'utilise, par exemple, dans le lecteur de disquettes d'un ordinateur.

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C'est un actionneur qui permet, à partir d'une tension électrique, d'afficher un numéro compris entre 0 et 9. C'est un actionneur qui permet, à partir d'un courant électrique, de produire un signal lumineux. On l'utilise, par exemple, pour avertir l'utilisateur de l'état de fonctionnement d'une machine.

I.5.5. Les capteurs

Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observé en une grandeur utilisable, telle qu'une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité ou la déviation d'une aiguille.

A. Capteurs passifs

Ils ont besoin, dans la plupart des cas, d'apport d'énergie extérieure pour fonctionner (ex. : thermistance, photorésistance, potentiomètre, jauge d'extensomètre appelée aussi jauge de contrainte). Ces sont des capteurs modélisables par une impédance. Une variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre une variation de l'impédance. Il faut leur appliquer une tension pour obtenir un signal de sortie.

B. Capteurs actifs (ou capteurs directs)

On parle de capteur actif lorsque le phénomène physique qui est utilisé pour la détermination du mesurande effectue directement la transformation en grandeur électrique. C'est la loi physique elle-même qui relie mesurande et grandeur électrique de sortie.

I.6. LES SYSTEMES EMBARQUE I.6.1 Définition

Un système embarqué est défini comme un système électronique et informatique autonome, souvent en temps réel, spécialisé dans une tâche bien précise. Le terme désigne aussi bien le matériel informatique que le logiciel utilisé.

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Ses ressources sont généralement limitées. Cette limitation est dite grâce à la réduction du facteur d'encombrement et de la consommation énergétique.

I.6.2. Contraintes

Les systèmes embarqués exécutent des tâches prédéfinies et ont une liste des conditions très exigeantes à remplir, qui peut être d'ordre¹³ :

? Mémoire : d'espace compté, ayant un espace mémoire limité de l'ordre de quelques Go maximum (bien que la taille vienne à être de moins en moins limitée grâce à la miniaturisation des éléments). Il convient de concevoir des systèmes embarqués qui répondent aux besoins au plus juste pour éviter un surcoût ;

? De puissance de calcul : Il convient d'avoir la puissance de calcul juste nécessaire pour répondre aux besoins et aux contraintes temporelles de la tâche prédéfinie. Ceci en vue d'éviter un surcoût de l'appareil et une consommation excédentaire d'énergie (courant électrique) ;

? L'espace temporelle : les temps d'exécution et l'échéance temporelle d'une tâche sont déterminés (les délais sont connus ou bornés a priori). Cette dernière contrainte fait que, généralement, de tels systèmes ont des propriétés temps réel ;

? D'autonomie énergétique : Pour des systèmes embarqués autonomes en énergie, la consommation énergétique doit être la plus faible possible, due à l'utilisation de batteries et/ou, de panneaux solaires voire de pile à combustible pour certains prototypes ;

? De sûreté de fonctionnement : Une moindre défaillance de ces types de systèmes mettent des vies humaines en danger ou mettent en péril des investissements importants. Ils sont alors dits « critiques » et ne doivent jamais faillir. Par « jamais faillir », il faut comprendre toujours donner des résultats justes, pertinents et ce dans les délais attendus par les utilisateurs (machines et/ou humains) des dits résultats ;

13 BIYAKA FORTUNE cours d'automatisation2, ISIPA/MATADI, 2019-2020, p4

Fig. I.4 : commutateur à transistor sans diode de protection

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I.6.3. Architecture

Les systèmes embarqués utilisent généralement des microprocesseurs à basse consommation d'énergie ou des microcontrôleurs, dont la partie logicielle est en partie ou entièrement programmée dans le matériel, généralement en mémoire dans une mémoire morte (ROM), EPROM, EEPROM, FLASH, etc. (on parle alors de firmware).

I.7. INTERFACES

La console est un périphérique en communication directe avec une unité centrale. Elle constitue aussi le pupitre de commande et de signalisation. Il faut noter qu'il incorpore aussi en son sein les différents pré-actionneurs qui nous permettent de commander nos différents actionneurs.

Nous voyons par-là que la console doit porter une carte électronique qui va jouer l'interface entre la partie opérative et la partie commande. D'où, dans ce chapitre, nous verrons successivement les différents circuits de base et les composants électroniques.

I.7.1. Circuits électroniques de base

Dans ce point, nous allons surtout voir les commutateurs, car ce sont les circuits les plus utilisés dans le pilotage des processus extérieurs.



T

K

A

0 V

N

12 V P

D

R

K

A. Commutateurs à simple transistor ? Sans diodes de protection

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? La diode D

C'est une diode à silicium, Elle peut être de type : 1N001, 1N4002, 1N4007. Elle protège le transistor T contre les tensions négatives produites par la loi de Lens lorsque le transistor est bloqué.

Par rappel

? Le relais K

C'est un relais solide qui souvent est de 400, 12 V, 10A (5A). Il joue le rôle du pré-actionneur qui commande l'actionneur A.

? Le transistor T

C'est un transistor NPN, qui être de type BC547, BC107, BC108, BC109, 2N2222, ...

_R

_v ? _v

_{b BE}

Il est caractérisé par un gain appelé hfe. Il joue le rôle du pré-actionneur qui commande le relais k.

? La résistance R

C'est une résistance qui permet de limiter le courant sur la base de transistor T.

La formule qui permet de calculer la valeur de la résistance

est :

Ib ^bh

Avec : Vb : La tension appliquée à la base

VBE : La tension de saturation du transistor

Ib : Le courant de la base, il est calculé par la formule ci-

dessous

_IC

_I?

_FE

Ic est le courant du collecteur.

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? Actionneur A

C'est n'importe quel actionneur, il peut être une lampe, un moteur électrique, un vérin, ...

? Avec diodes de protection

12 V P



D2

Fig. I.5 : commutateur à transistor avec diode de protection

D1

R

D3

T

K K

0 V

A

N

? La diode D2

C'est une diode de type 1N4148, qui permet de protéger l'ordinateur contre les tensions négatives.

? La diode Zener D3

C'est une diode Zener de 5,1 V, elle nous permet de protéger l'ordinateur contre les tensions supérieures à 5 V.

? Commutateurs à Optocoupleur a. Circuit pour faible courant



12 V

P

D1

R2

T

D3

N

18

R1

IC

K K

A

0

Fig. I.6 : commutateur à optocoupleur pour le faible courant

V D

? La résistance R1 :

_{R 1}

Elle permet de limiter un courant d'environ 3mA sur la LED

de l'Optocoupleur.

Par rappel une diode a besoin d'une tension de 1,5 à 2V pour

fonctionner.

Elle est calculée par la formule suivante :

	VCC

_ID

? Circuit intégré IC

C'est un Optocoupleur de type CNY17 ou 4N25. Elle est composée d'une LED (pattes 1,2) et d'un phototransistor (pattes 4,5). Son rôle est d'isoler physiquement l'ordinateur et le reste de montage.

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b. Circuit pour courant important



K

D

R2

T1

R1

IC

P

N

T2

A

12 V

K

R3

0 V

Fig. I.7 : commutateur à Optocoupleur pour le courant important

? La résistance R3

La résistance R3 joue comme une extra-résistante, elle a pour rôle de garantir que T2 ne peut pas conduire quand il n'y a pas de signal sur l'Optocoupleur.

? Le transistor T1

Le transistor T1 qui de type BC547A, NPN n'est plus utilisé comme pré-actionneur. Ici il est utilisé comme amplificateur du courant de la base du transistor T2.

? Le transistor T2

Le T2 est un transistor NPN de puissance qui peut être soit de type TIP41C (6A 100V), soit 2N3055 (15A 100V) ou n'importe quel autre transistor de puissance. Il contrôle le courant de la charge et joue le rôle de pré-actionneur qui commande le relais K

Fig. I.9 : circuit de consigne sans la résistance

20

I.7.2. Circuits pour consignes

A. Avec la résistance reliée à positive

R

5 V

S

0

Fig. I.8 : circuit consigne avec la résistance reliée à positive

? Le commutateur S

C'est élément qui génère une impulsion au port parallèle. Il peut s'agir d'un interrupteur, un bouton poussoir, un relais, un Optocoupleur, etc.

? La résistance R

C'est une résistance qui nous permet d'avoir un signal d'environs 1 mA à l'entrée du port parallèle.

Pour éviter une source extérieure, on peut recourir soit au port USB ou à une broche du registre de données du port parallèle.

B. Sans la résistance reliée au positive

S

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CONCLUSION PARTIELLE

Dans l'industrie, les automatismes sont devenus indispensables : ils permettent d'effectuer quotidiennement les tâches les plus ingrates, répétitives et, dangereuses. Parfois, ces automatismes sont d'une telle rapidité et d'une telle précision, qu'ils réalisent des actions impossibles pour un être humain. L'automatisme est donc synonyme de productivité et de sécurité.

14 NGIAMBUDULU NZINGA Magloire «Réalisation d'un système domotique Arduino avec reconnaissance vocale.» Travail de fin d'étude, Maintenance, ISIPA/Matadi, juillet 2019.

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CHAPITRE DEUXIEME :

NOTION DE BASE SUR LE SYSTEME EMBARQUE

II.0. Introduction

Nous donnons dans ce chapitre un petit rappel sur les systèmes embarqués. Ces systèmes électroniques utilisent les composants électroniques classiques et les composants à processeur autrement dit les composants analogiques et les composants numériques. Les systèmes embarqués sont présents dans notre vie quotidienne et y jouent un rôle important. Grâce à ses systèmes, nous communiquions à distance, nous nous déplaçons plus rapidement, nous avons plus de sécurité et de confort dans nos maisons, etc....

Il est un système électronique et informatique autonome ne possédant pas des entrées/ sorties standards comme un clavier ou un écran d'ordinateur. Il est piloté dans la majorité de cas par un logiciel, qui est complètement intégré au système qu'il contrôle. Un des premiers exemples de système embarqué date du début des années 1960.

Il s'agit de l'ordinateur de bord des vaisseaux spatiaux du programme Apollo, qui a amené Neil Armstrong sur la lune. Cet ordinateur contrôlant en temps réel les paramètres de vol et adaptant la trajectoire¹⁴.

II.1. Définitions d'un système embarqué

Un système embarqué est un système électronique et informatique qui est spécialisé dans une tâche bien précise. C'est un système électronique et informatique particulier, conçu pour effectuer des tâches spécifiques avec des ressources limitées et des contraintes variées (consommation d'énergie, espace mémoire restreint, etc.). Un système embarqué est aussi défini comme étant un composant électronique issu de la combinaison de matériel et de logiciel et qui interagit avec son environnement. Ces systèmes sont dit embarqués, parce qu'ils sont toujours intégrés dans des systèmes beaucoup plus larges pour y jouer un rôle bien spécifique. Notons qu'avant l'arrivée des microprocesseurs, ces systèmes étaient tout simplement appelés systèmes électroniques et ils étaient constitués de différents composants classiques reliés entre eux par des liaisons point à point. La composante logicielle n'existait pas.

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Fig. ÉI.1 : Architecture du système embarqué 15

II.2. Caractéristiques principales d'un système embarqué¹⁶ Les principales caractéristiques d'un système embarqué sont : > C'est un système principalement numérique.

> Il dispose des ressources limitées surtout les mémoires. > Il peut être autonome ou non.

> Il est constitué de logiciel et de matériel.

> Il ne possède généralement pas d'entrées/sorties standards tels qu'un port série RS232, USB, etc. ni de périphériques classiques comme un clavier d'ordinateur mais plutôt des périphériques limitées telles que des boutons poussoirs, des claviers matricielles, des LED, des écrans LCD, etc.

> Il peut être ou non ouvert au monde extérieure pour des mises à jour ou pour communiquer.

Exemple :

? un distributeur de billet

? un robot

? une carte à puce

? les systèmes de contrôle d'un avion

Les systèmes embarqués ont des impératifs différents des systèmes informatiques traditionnels. On peut citer principalement :

¹⁵ www.piseinfo.net. Op.cit.

16 EBATA-ATIPO Hugor, BENTOUNSI Mohamed << Réalisation et commande d'un Robot détecteur d'obstacle>> Travail de fin d'étude, Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem, Département de génie des électronique.

24

· Coût : Le prix de revient doit être le plus faible possible surtout s'il est produit en grande série.

· Occupation Mémoire : D'espace compté, ayant un espace mémoire limité de l'ordre de quelques Go maximum (bien que la taille vienne à être de moins en moins limitée grâce à la miniaturisation des éléments). Il convient de concevoir des systèmes embarqués qui répondent au besoin au plus juste pour éviter un surcoût.

· Consommation Energétique : De consommation énergétique la plus faible possible, due à l'utilisation de batteries et/ou, de panneaux solaires voir de pile à combustible pour certain prototypes.

· Puissance de Calcul : De puissance de calcul. Il convient d'avoir la puissance de calcul juste nécessaire pour répondre aux besoins et aux contraintes temporelles de la tâche prédéfinie.

o Ceci en vue d'éviter un surcoût de l'appareil et une consommation excédentaire d'énergie (courant électrique).

· Réactivité : Ces systèmes doivent réagir avec leur environnement à une vitesse qui est imposée par ce dernier. Ceci induit donc des impératifs de temps de réponse. C'est pour cette raison ces systèmes sont aussi appelés systèmes à temps réel.

· Autonomie : Les systèmes embarqués doivent en général être autonomes, c'est-à-dire, remplir leur mission pendant de longues périodes sans intervention humaine. Cette autonomie est nécessaire lorsque l'intervention humaine est impossible, mais aussi lorsque la réaction humaine est trop lente ou insuffisamment faible.

· Criticité : Les systèmes embarques sont souvent critiques, et les systèmes critiques sont presque toujours embarqués. En effet, comme un tel système agit sur un environnement physique, les actions qu'il effectue sont irrémédiables. Le degré de criticité est fonction des conséquences des déviations par rapport à un comportement nominal, conséquences qui peuvent concerner la sureté des personnes et des biens, la sécurité, l'accomplissement des missions, la rentabilité économique.

25

? Robustesse, Sécurité et Fiabilité : L'environnement est souvent hostile, pour des raisons physiques (chocs, variation de température, impact d'ions lourds dans les systèmes spéciaux...) ou humaines (malveillance).

C'est pour cela que la sécurité (au sens de résistance) et la fiabilité (au sens de continuité de service) sont souvent rattachées à la problématique des systèmes embarqués¹⁷.

II.3. ARCHITECTURE

Les systèmes embarqués utilisent généralement des microprocesseurs à basse consommation d'énergie ou des microcontrôleurs, dont la partie logicielle est en partie ou entièrement programmée dans le matériel, généralement en mémoire dans une mémoire morte (ROM), EPROM, EEPROM, FLASH, etc. (on parle alors de firmeware).

II.4. POSTE DE CONTROLE

Certains systèmes embarqués peuvent ne pas avoir d'interface utilisateur (ils sont alors dédiés à une seule tâche). Mais cette interface peut également être similaire à celle d'un système d'exploitation d'ordinateur (par exemple un PDA).

· Les systèmes les plus simples comportent uniquement des boutons, des LED.

· Les systèmes les plus complexes peuvent avoir un écran tactile ou encore un écran comportant des boutons de façon à minimiser l'espace. La signification des boutons change selon l'écran et la sélection se fait naturellement en pointant la fonction désirée.

· Les ordinateurs de poche possèdent en général un bouton style "joystick" pour la navigation.

· Avec l'explosion du web, les fabricants de systèmes embarqués ont proposé une nouvelle option : une interface style page web sur une connexion au réseau. Cela permet d'éviter le coût d'un système sophistiqué tout en conservant une interface complète sur un autre ordinateur, quand cela est nécessaire. Interface couronné de succès pour les installations permanentes à distance, les routeurs en particulier.

¹⁷ BIYAKA BUITA Fortune, Automatisation II, Cours inédit, TM3, ISIPA-MATADI, 2020-2021 P6.

26

II.5. DOMAINES D'APPLICATION¹⁸

Les domaines dans lesquels on trouve des systèmes embarqués sont de plus en plus nombreux :

· transport : Automobile, Aéronautique (avionique), etc.

· astronautique : fusée, satellite artificiel, sonde spatiale, etc.

· militaire : missile

· télécommunication : Set-top box, téléphonie, routeur, pare-feu, serveur de temps, téléphone portable, etc.

· électroménager : télévision, four à micro-ondes

· impression : imprimante multifonctions, photocopieur, etc.

· informatique : disque dur, Lecteur de disquette, etc.

· multimédia : console de jeux vidéo, assistant personnel

· guichet automatique bancaire (GAB)

· équipement médical

· automate programmable

· industriel, contrôle- commande



Fig. ÉI.2 : domaine d'application

II.6. LA FAMILLE DES SYTEMES EMBARQUE

Nous distinguons plusieurs familles des systèmes embarqués mais le plus répandu est

· Microcontrôleur Pic

· Arduino

18 BIYAKA BUITA Fortune, Automatisation II, Cours inédit, TM3, ISIPA-MATADI, 2020-2021 P7.

27

II.6.1. MICROCONTRÔLEURS PIC II.6.1.1. Définition

Qu'est-ce qu'un PIC¹⁹ ?

(PIC : Programmable Intelligent Contrôler).

- Un PIC n'est rien d'autre qu'un microcontrôleur, c'est à dire une unité de traitement de l'information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de réaliser des montages sans nécessiter l'ajout de composants externes.

- Les PICs sont des composants dits RISC (Reduce Instruction Construction Set), ou encore composant à jeu d'instructions réduit. Pourquoi ? Et bien, sachez que plus on réduit le nombre d'instructions, plus facile et plus rapide en est le décodage, et plus vite le composant fonctionne.

- On trouve sur le marché 2 familles opposées, les RISC et les CISC (Complex Instructions Construction Set).Chez les CISC, on diminue la vitesse de traitement, mais les instructions sont plus complexes, plus puissantes, et donc plus nombreuses. Il s'agit donc d'un choix de stratégie

Fig. II.3. Microcontrôleur

19 Mr BOUZIANE MUSTAPHA - Mr BESSAIM BENALI << études et application du microcontrôleur pic 16f84>> Travail de fin d'étude, Université de Mascara, Algérie - Génie électrique et électronique 2007.

²⁰ www.wikipedia.org/microcontrolerpic. Consulté 23/08/2021 à 19h40'.

28

II.6.1.2. HISTORIQUE

Les microcontrôleurs PIC (ou PICmicro dans la terminologie du fabricant) forment une famille de microcontrôleurs de la société Microchip. Ces microcontrôleurs sont dérivés du PIC1650 développé à l'origine par la division microélectronique de General Instrument.

Le nom PIC n'est pas officiellement un acronyme, bien que la traduction en « Peripheral Interface Controller » (contrôleur d'interface périphérique) soit généralement admise. Cependant, à l'époque du développement du PIC1650 par General Instrument, PIC était un acronyme de

« Programmable Intelligent Computer » ou « Programmable Integrated Circuit ».

II.6.1.3. LES DIFFERENTES FAMILLES DES PICS20

La famille des PICs est subdivisée à l'heure actuelle en 3 grandes familles :

? La famille Base-Line, qui utilise des mots d'instructions de 12 bits,

? La famille Mid-Range, qui utilise des mots d'instructions de 14 bits,

? La famille High-End, qui utilise des mots d'instructions de 16 bits.



Fig. II.4. Développement et famille des Pics

29

II.6.1.4. IDENTIFICATION D'UN PIC

Pour identifier un PIC, vous utiliserez simplement son numéro.

Les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC, 16 indique un PIC Mid-Range.

Vient ensuite parfois une lettre L : Celle-ci indique que le PIC peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante. Ensuite, vous trouvez :

? C : indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM

? CR : pour indiquer une mémoire de type ROM. ? F : pour indiquer une mémoire de type FLASH.

- Notez à ce niveau que seule une mémoire FLASH ou EEPROM est ²¹susceptible d'être effacée,

- Puis vous constatez que les derniers chiffres identifient précisément le PIC (84).

- Finalement vous verrez sur les boîtiers le suffixe <<-XX >> dans lequel XX représente la fréquence d'horloge maximale que le PIC peut recevoir. Exemple -04 pour un 4MHz.

- Donc, un 16F84-04 est un PIC Mid-Range (16) donc la mémoire programme est de type FLASH (F) donc réinscriptible de type 84 et capable d'accepter une fréquence d'horloge de 4MHz.



Fig. II.5. Identification des Pics

²¹EBATA-ATIPO Hugor, Projet fin d'étude électronique des systèmes embarqués 2018-2019 <<Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem >>.

30

II.6.1.5. DEVELOPPEMENT22

Le développement de systèmes embarqués nécessite des connaissances à la fois en électronique et en informatique. Parmi le matériel nécessaire pour réaliser un système embarqué on trouve :

· La documentation (datasheet) sur les composants utilisés. C'est la première source d'informations pour le développement !


·

L'outillage de base de l'électronicien (fer à souder,

insoleuse...)


·

Les outils d'analyse temporelle : oscilloscope, analyseur logique...

· Des composants de base (résistances, condensateurs...)

· Un microprocesseur ou un microcontrôleur

· Un Ordinateur personnel

· Un compilateur croisé (dit aussi en anglais crosscompiler)

? Un programmateur de microcontrôleur ou un

programmateur in-situ

? Un émulateur in-circuit ou ICE (In Circuit Emulator). Considéré comme l'équipement roi pour le debug matériel et logiciel (possibilité de déverminer au niveau de la source du logiciel), cependant il reste coûteux.

II.6.1.6. ENVIRPNEMENT DE PROGRAMMATION

A. LANGUAGE MIKROPASCAL

C'est un des compilateurs croisés les plus utilisés actuellement. C'est un produit de la société serbe MIKROELEKTRONIKA.

B. STRUCTURE D'UN PROGRAMME EN MIKROPASCAL

Un programme est un texte que le compilateur va traduire en fichier hexadécimal. Alors il doit avoir une structure particulière.

Le texte d'un programme contient au moins trois parties. ? L'entête

Ne contient qu'une ligne; commence par le mot réservé « Program » et donne un nom au programme.

22 BIYAKA BUITA Fortune, Automatisation II, Cours inédit, TM3, ISIPA-MATADI, 2020-2021 p35

31

? Les déclarations

Elles permettent de définir les éléments utilisés dans le programme.

En effet on devra déclarer les variables utilisées pour permettre au compilateur d'effectuer les réservations de mémoire

ainsi que les sous-programmes (Procédures et fonctions).

? Le corps du programme

Commence par le mot réservé « Begin » et se termine par le mot réservé "End " suivi d'un point final. Ce qui suit ce "End" n'est pas pris en compte par le compilateur. Entre "Begin" et "End" se trouvent les instructions à effectuer par le programme.

II.6.2. ARDUINO

II.6.2.1. Définition d'une carte Arduino23

Le système Arduino est une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur et de composants minimum pour réaliser des fonctions plus ou moins évoluées à bas coût. Elle possède une interface usb pour la programmer. C'est une plateforme open-source qui est basée sur une simple carte à microcontrôleur (de la famille AVR), et un logiciel,

Véritable environnement de développement intégré, pour écrire, compiler et transférer le programme vers la carte à microcontrôleur.

Arduino est une plate-forme de prototypage d'objets interactifs à usage créatif constituée d'une carte électronique et d'un environnement de programmation.

Sans tout connaître ni tout comprendre de l'électronique, cet environnement matériel et logiciel permet à l'utilisateur de formuler ses projets par l'expérimentation directe avec l'aide de nombreuses ressources disponibles en ligne.

Pont tendu entre le monde réel et le monde numérique, Arduino permet d'étendre les capacités de relations humain/machine ou environnement/machine. Arduino est un projet en source ouverte (open source)

23 http://www.mon-club-elec.fr. Consulté le 10/06/2021 à 12h14'.



Fig. ÉI.6 : La carte Arduino

32

24 http://www.arduino.cc/. Consulté le 11/07/2021 à 13h14'.

II.6.2.2. Domaine d'utilisation d'une carte Arduino

Physical computing : Au sens large, construire des systèmes physiques interactifs qui utilisent des logiciels et du matériel pouvant s'interfacer avec des capteurs et des actionneurs.

Électronique industrielle et embarquée

- Art / Spectacle

- Domotique

- Robotique

- Modélisme

- DIY (Do-It-Yourself), Hacker, Prototypage, Education, Etc.

II.6.2.3. Caractéristiques techniques de l'Arduino 24



Fig. II.7. Partie d'un Arduino

33

Un des modèles les plus répandu de carte Arduino est l'Arduino UNO (voir Fig.3). C'est la première version stable de carte Arduino. Elle possède toutes les fonctionnalités d'un microcontrôleur classique en plus de sa simplicité d'utilisation. Elle utilise une puce ATmega328P [1] cadencée à 16Mhz. Elle possède 32ko de mémoire flash destinée à recevoir le programme, 2ko de SRAM (mémoire vive) et 1 ko.

EEPROM (mémoire morte destinée aux données). Elle offre 14 pins (broches) d'entrée/sortie numérique (données acceptée 0 ou dont 6 pouvant générer des PWM (Pulse Width Modulation, détaillé plus tard). Elle permet aussi de mesurer des grandeurs, analogiques grâce à ces 6 entrées analogiques [3]. Chaque broche est capable de délivré un courant de 40mA pour une tension de 5V. Cette carte Arduino peut aussi s'alimenter et communiquer avec un ordinateur grâce à son port USB [4]. On peut aussi l'alimenter avec unes alimentions comprise en 7V et 12V grâce à sa connecteur Power Jack

Le matériel est « open source, On peut le copier, le fabriquer et le modifier librement. On peut le copier, le fabriquer et le modifier librement

On peut l'utiliser et le modifier librement

Sur l'Internet, on trouve :

- Une communauté d'utilisateurs.

- Des guides d'utilisation.

- Des exemples.

- Des forums d'entraide.

- Pas cher.

- Environnement de programmation clair et simple.

II.6.2.4. Partie logique

Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre et multiplateformes, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le programme au travers de la liaison série (RS232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler les programmes en ligne de commande. Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++, et lié à la bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé

34

le développement de programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maitrisant le C ou le C++.



Fig. II.8. Les shields

Pour la plupart des projets, il est souvent nécessaire d'ajouter des fonctionnalités aux cartes Arduino. Plutôt que d'ajouter soit même des composants extérieurs (sur une platine d'essai, circuit imprimé, etc.), il est possible d'ajouter des shields. Un shield est une carte que l'on connecte directement sur la carte Arduino qui a pour but d'ajouter des composants sur la carte²⁵.

Ces shield viennent généralement avec une librairie permettant de les contrôler. On retrouve par exemple, des shields Ethernet, de contrôle de moteur, lecteur de carte SD, etc.

II.6.2.5. Programmation

La carte Arduino UNO peut être programmée directement avec « l'Arduino software ». L'Atmega328 sur la carte Uno est pré programmé avec un `bootloader' qui permet de charger le code d'une nouvelle application sans utiliser un programmateur hardware externe. Il communique avec un ordinateur en utilisant le protocole STK500 d'ATMEL. Mais vous pouvez programmer le contrôleur de la carte en utilisant le port ICSP (In-Circuit Serial Programming). Le code source du firmware du contrôleur auxiliaire Atmega8U2 est disponible.

25 http://arduino.cc/en/Main/ArduinoWirelessShield. Consulté le 20 /08/2021 à 19h30'

35

II.7. Conclusion

En guise de conclusion, ce chapitre nous a parlé du système embarqué. Qui est un système électronique et informatique autonome, qui est dédié à une tâche bien précise. Il y a plusieurs domaines application que nous pouvons retrouver un mécanisme d'un système embarqué en temps réel.

Dans ce chapitre, nous avons aussi décrit de façon brève les systèmes embarqués. Nous avons vu ce qu'est un système embarqué, ses caractéristiques principales et la famille qui le constitue. Le chapitre suivant nous amène vers la conception et réalisation de la porte automatique.

36

CHAPITRE TROISIEME :
REALISATION DE LA PORTE AUTOMATIQUE

III.0. INTRODUCTION

Depuis que l'automatisation existe, sa croissance est fulgurante et continue encore aujourd'hui. Si bien que faire de l'intelligence artificiel est devenu accessible à toutes personnes en ayant l'envie. Mais, le manque de cours simples sur le net ou en librairie empêche la satisfaction des futurs électroniciens amateurs ou professionnels et parfois empêche certains génies à se révéler.

De ce fait, dans ce chapitre nous présenterons une vue d'ensembles du dispositif expérimental « Conception et réalisation de la porte automatique ».

III.1. HISTOIRE DE LA PORTE AUTOMATIQUE

Au 15è^me siècle avant Jésus-Christ, les égyptiens avaient mis en place le premier système d'arrosage automatique. L'équipement est appelé un « chadouf » et fonctionne sur le principe d'une bascule utilisée pour puiser de l'eau sans intervention manuelle et ainsi, irriguer les terres autour du Nil. On considère cette invention comme la première automatisation dans le milieu agricole²⁶.

? L'intervention de Leonard De Vinci

En s'appuyant sur l'existant et en analysant cette méthode de bascule, Léonard de Vinci développe à son tour la première porte automatique fonctionnant grâce au principe du contrepoids (1486).

Cette méthode sera ensuite reprise dans l'ensemble des châteaux et autres maisons bourgeoises.

360 ans plus tard, c'est au tour de Jean-Eugène Robert-Houdin qui met au point un système électrique cette fois-ci, qui lui permet de développer le premier portail motorisé. Taquin, Robert-Houdin développait également plusieurs équipements de domotique avec lesquels il équipait ses jardins pour surprendre ses visiteurs.

26 https://metgroupe.fr/portail-electrique. Consulté le 24/08/2021 à 17h24.

37

À partir de là, le perfectionnement des portes et portails électriques n'a jamais cessé son ascension. Aujourd'hui, il s'agit même d'équipements considérés comme basiques, avec lesquels on équipe généreusement les centres commerciaux, les hôpitaux, les résidences, les institutions...

D'un point de vue technique, les motorisations sont de plus en plus performantes et adaptables à tous types de portes et portails, laissant ainsi un large choix aux usagers. Les matériaux utilisés pour la construction de ces équipements de domotique sont désormais variés : PVC, bois, aluminium, acier... Tout est possible.

Enfin, notons également que l'ouverture électrique contribue non seulement à l'amélioration du confort de vie pour les particuliers, mais elle possède aussi de nombreux avantages parallèles :

? Amélioration des systèmes de sécurité,

? Optimisation de l'hygiène (évite le contact poignée/mains), ? Praticité.

III.2. OBJECTIF

L'objectif poursuivi dans ce chapitre est d'automatiser un processus permettant d'ouvrir et fermer automatique la porte, qui avant était manuelle.



Fig. IÉI.1 : Porte Manuelle

38

III.3. DESCRIPTION DU SCHEMA

III.3.1. PARTIE COMMANDE

Elle donne les ordres de fonctionnement à la partie opérative. Ils assurent le transfert d'énergie entre la source d'énergie (réseau électrique...) et les actionneurs.

III.3.2. PARTIE OPERATIVE

La partie opérative est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques et rend compte à la partie commande. La partie opérative reçoit les ordres de la partie commande et les exécutes.

Elle agit sur la matière d'oeuvre afin de donner sa valeur ajoutée.

Les actionneurs (moteurs) agissent sur la partie mécanique du système qui agit sur la matière d'oeuvre.²⁷

III.4. PHASE DE DEFINITION DETAILLEE

C `est une phase qui permet de décrire au niveau le plus bas, les interactions entre les pièces et leur mode de production. On étudie le système en fonction de son schéma de circuit.

Dans notre réalisation, nous avions utilisé les circuits ci-après :

? L'alimentation ; ? Pont en H ;

? Moteur lève vitre ; ? Capteur ultrason.

III.4.1. L'alimentation 12v et 5v

L'Alimentation de 12v 5Ah permet au système de fonctionner hors tension elle a pour but de générer du courant nécessaire au fonctionnement du circuit ; elle sert a alimenté nos moteurs et notre carte Arduino.²⁸

²⁷ BIYAKA BUITA Fortune, Automatisation I, Cours inédit, TM2, ISIPA-MATADI, 2019-2020.

28 https://fr.m.wikipedia.org/wiki/pile. Consulté le 24/08/2021 à 18h08.

29 https://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_H. Consulté le 11/10/2021 à 17h55'.

39



Fig. 111.2 : Alimentation 12v et 5 v

III.4.2. Pont en H

Le pont en H est une structure électronique servant à contrôler la polarité aux bornes d'un dipôle. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés schématiquement en une forme de H d'où le nom. Les commutateurs peuvent être des relais, des transistors, ou autres éléments de commutation en fonction de l'application visée.



Fig. III.3 : Pont en H

Cette structure se retrouve dans plusieurs applications de l'électronique de puissance incluant le contrôle des moteurs, les convertisseurs et hacheurs, ainsi que les onduleurs. Il se présente sous différentes formes passant par les circuits intégrés pour les applications de faibles et moyennes puissances, les circuits discrets ainsi que les modules intégrés pour les moyennes et hautes puissances²⁹.

40

III.4.3. Lève vitre



Fig. III.4 : Lève vitre

La lève vitre à commande électrique est d'abord apparu sur les voitures haut de gamme, pour la raison de sécurité, la fonction lève vitre électrique n'est généralement activé que si le contact est mis à 1, cela constitue avant une mesure de protection sur certaine véhicule³⁰.

III.4.4. Capteur Ultrason

Le processus complet est le suivant: Mettre le pin "TRIG" une impulsion de niveau haut (5V) durant au moins 10us et le module démarre sa lecture; A la fin de la mesure, s'il détecte un objet devant lui, le pin "ECHO" passe au niveau haut (5V). Et, la distance où se situe l'obstacle est proportionnelle à la durée de cette impulsion³¹.



Fig. III.5 : Capteur Ultrason HC-SR04

³⁰ https://fr.wikipedia.org/wiki/Lève_vitre. Consulté le 11/10/2021 à 19h45'.

³¹ MOUSSAOUI Amira, Conception et Réalisation d'un Bras Manipulateur Commandé par l'Arduino Méga 2560, Mémoire, Université M'hamed Bougara de Boumerdes, 2016-2017.

41

III.5. REALISATION DE LA PORTE AUTOMATIQUE III.5.1. Programme

C'est la description fonctionnelle du nouveau système ; c'est un ensemble des procédures opératoires propres à un enchainement des actions nécessaires à l'accomplissement d'une tache. Dans notre réalisation nous avons utilisé le langage de programmation en C.

III.5.1.1. Les mots-clefs du langage C

Un certain nombre de mots, appelés mots-clefs, sont réservés pour le langage lui-même et ne peuvent pas être utilisés comme identificateurs. Le langage C compte 32 mots clefs : (auto ; const ; double ; float ; int ; short ; struct ; unsigned ; break ; continue ; else ; for ; long ; signed, switch ; void ; case ; default ; enum ; goto ; register ; sizeof ; typedef ; volatile ; char ; do ; extern ; if ; return ; static ; union ; while).

Nous pouvons les classées en cinq catégories.

y' Les spécificateurs de stockage : auto ; register ; static ; extern ; typedef.

y' Les spécificateurs de type : char ; double ; enum ; float ; int

; long ; short ; signed ; struct ; union ; unsigned ; void.

y' Les qualificateurs de type : const ; volatile.

y' Les instructions de controls : break ; case ; continue ; default ; do; else ; for ; goto ; if ; switch ; while.

y' Divers : return ; sizeof.

42

III.5.1.2. Code source avec le logiciel Arduino



43



Fig. IÉI.6 : Programme complet du système réalisé

44

III.5. SCHEMA SYNOPTIQUE DU SYSTEME REALISE



Capteur
de

présences

Arduino UNO

Énergie 5v

Moteurs

Pont en H

Énergie 12v

Fig. 111.7 : Schéma synoptique du système réalisé

III.6. SCHEMA DE REALISATION



Fig. 111.8 : Schéma réalisé

45

III.7. FONCTIONNEMENT DE LA PORTE AUTOMATIQUE

Au démarrage du système ce sont des capteurs de présence qui entre enjeux, lorsqu'il détecte la présence, il envoi l'information au microcontrôleur, à son tour il donne le consigne au circuit intégré qui est le pont en H permet de réaliser 2 fonctions qui sont d'inverser le sens de rotation du moteur en inversant le courant aux bornes du moteur et la variation de la vitesse du moteur en modulant la tension aux bornes du moteur.

De plus, le pont en H permet d'effectuer un freinage magnétique s'il est capable d'en dissiper la puissance générée. Cette opération s'effectue en actionnant soit les deux commutateurs supérieurs ou inférieurs en même temps, ce qui court-circuite les bornes du moteur, et le fait par conséquent freiner.

III.8. EVALUATION DU COUT DE L'ETUDE

N°	DESIGNATIONS	Q^te	PRIX UNITAIRE($)	PRIX TOTAL($)
1	ARDUINO	1	25,00	25,00
2	PONT EN H	1	10,00	10,00
3	CAPTEUR ULTRANSON	2	15,00	30,00
4	ALIMENTATION	2	10,00	20,00
5	MOTEUR LEVE VITRE	2	10,00	20,00
6	MAQUETTE	1	55,00	55,00
TOTAL				160,00
IMPREVU (10%)				16,00
TOTAL 2				176,00
MAIN D'OEUVRE (30%)				52,80
TOTALE GENERALE				228,80

Fig. IÉI.9 : Gout du projet

Mettre en place ce nouveau système nous demande au préalable la mise en pratique des notions de système automatique apprises dans notre cursus de formation en technique de maintenance, dont nous avons exploité enfin de réaliser un système d'ouverture de la porte automatique.

46

CONCLUSION GENERAL

Nous sommes enfin au terme de notre travail qui s'intitule «conception et réalisation d'un système embarqué pour l'ouverture d'une porte automatique d'un super marché, automatisé avec un carte Arduino UNO, car ledit travail a éliminé quelques zones d'ombre de notre connaissance sur les systèmes automatisés.

Pour arriver au terme de notre travail ayant une durée de 6 mois, nous l'avons subdivisé en trois chapitres, dont le premier était basé sur généralités sur l'automatisation ; le second chapitre nous avons parlé sur notions de base sur les systèmes, qui prend aujourd'hui son dessein dans le monde industriel et à la vie courante, dans ce chapitre nous avons donnés les principes de base pour le développement et la mise en place d'un système automatique qui est définie étant un procédé visant à réduire ou supprimer l'intervention humaine dans les processus de production industrielle et de traitement de l'information ; et le dernier chapitre la réalisation de la porte automatique qui nous a permis de bien étudié le composant que nous avons utilisé et la réalisation du présent travail.

L'automatisation et l'utilisation des procédés automatiques visent la réduction ou suppression de l'intervention humaine dans les processus de production industrielle et de traitement de l'information. Elles sont aussi considérées comme l'étape d'un progrès technique où apparaissent des dispositifs techniques susceptibles de seconder l'homme, non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son travail intellectuel de surveillance et de contrôle.

L'impact de cette technique, serait extrêmement importante dans un supermarché car la porte automatique porterait des innovations qu'il n'avait pas auparavant, la sécurité serait bien assurée et nous aiderait aussi à lutter contre la propagation du corona virus (COVID 19). Etant donné que les usagers ne seront plus appelés à toucher les portes par leurs mains.

Notre travail étant une oeuvre humaine, il est sujet à imperfection et ne manquera certainement pas d'étaler quelques faiblesses au travers de certains jugements émis. Quant à ce sujet, les lecteurs nous en accordent indulgence surtout qu'il ne s'agit ici que d'un apprentissage à la recherche scientifique. Les remarques

47

et suggestions qui sont formulées pour améliorer nos études futures seront alors les bienvenues.

BIBLIOGRAPHIE

A. Ouvrages

> C.JOSSIN, Automatisation.4ème Chapitre, Buts_de_l'automatisation, 2014. p1.

> Dictionnaire Larousse Edition 2014.

> M GRAWZ, méthode des sciences sociales, Ed. Paris, 1974, p. 360. > RONGERE, Cité par MAMBUENI, D ; Manuel de sociologie éd, Africa, Lubumbashi 1990, P 21 ;

B. Travail de fin d'Etudes et Mémoires

> EBATA-ATIPO Hugor, BENTOUNSI Mohamed << Réalisation et commande d'un Robot détecteur d'obstacle>> Travail de fin d'étude, Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem, Département de génie des électronique.

> Mr BOUZIANE MUSTAPHA - Mr BESSAIM BENALI << études et application du microcontrôleur pic 16f84>> Travail de fin d'étude, Université de Mascara, Algérie - Génie électrique et électronique 2007.

> MOUSSAOUI Amira, Conception et Réalisation d'un Bras Manipulateur Commandé par l'Arduino Méga 2560, Mémoire, Université M'hamed Bougara de Boumerdes, 2016-2017.

> NGIAMBUDULU NZINGA Magloire «Réalisation d'un système domotique Arduino avec reconnaissance vocale.» Travail de fin d'étude, Maintenance, ISIPA/Matadi, juillet 2019.

C. Notes de cours

> BIYAKA FORTUNE cours d'automatisation2, ISIPA/MATADI, 20192020, p4.

> BIYAKA BUITA Fortune, Automatisation I, Cours inédit, TM2, ISIPA-MATADI, 2019-2020.

> KIELA TSASA Théophile, Notes de cours automatisation 1, ISIPA/MATADI 2019 - 2020, p5.

> Sammy BAFANDO, Notes des cours d'automatisation, ISIPA/MATADI 2014-2015, p8.

D. Webographie

> https://www.thomasta.com/informatique/automatisation.

> https://www.automates.fr/automatisation.

> https://fr.wikipedia.org/wiki/ Système embarqué.

> https://www.piseinfo.net.

> https://www.wikipedia.org/microcontrolerpic. > http://www.mon-club-elec.fr.

> http://www.arduino.cc/.

48

? https://metgroupe.fr/portail-electrique.

TABLE DES MATIERES

Epigraphe I

Dédicace II

Remerciement III

Liste des sigles et abréviations ...V

INTRODUCTION GÉNÉRALE 1

1. PROBLÉMATIQUE 1

2. HYPOTHÈSES 2

3. CHOIX ET INTERET DU SUJET 2

3.1. CHOIX DU SUJET 2

3.2. INTÉRÊT DU SUJET 3

4. METHODES ET TECHNIQUES UTILISEES 3

4.1. METHODES 3

4.2. TECHNIQUES 3

5. DELIMITATION DU TRAVAIL 4

5.1. DANS LE TEMPS 4

5.2. DANS L'EPACE 4

6. DIVISION DU TRAVAIL 4

CHAPITRE PREMIER : 5

GENERALITÉS SUR L'AUTOMATISATION 5

I.1 INTRODUCTION 5

I.2. HISTORIQUE 5

I.2.1. point de départ de l'automatisation 5

I.2.2. Nouvelles méthodes de travail 6

I.2.3. Essor de l'automatisation 6

I.3. DEFINITION DES CONCEPTS 6

I.3.1. Système 6

I.3.2. Automate 7

I.3.3. Automatisme 7

I.3.4. Automatisation 7

I.3.5. Automatique 7

I.3.6. Système Automatisé 8

I.4. OBJECTIF 8

I.5. 49

STRUCTURE D'UN SYSTEME AUTOMATIQUE 9

I.5.1. Description du schéma 9

I.5.2. Mode de commande 10

I.5.3. Les pré-actionneurs 11

I.5.4. Les actionneurs 12

I.5.5. Les capteurs 13

I.6. LES SYSTEMES EMBARQUE 13

I.6.1 Définition 13

I.6.2. Contraintes 14

I.6.3. Architecture 15

I.7. INTERFACES 15

I.7.1. Circuits électroniques de base 15

I.7.2. Circuits pour consignes 20

CHAPITRE DEUXIEME : 22

NOTION DE BASE SUR LE SYSTEME EMBARQUE 22

II.0. Introduction 22

II.1. Définitions d'un système embarqué 22

II.2. Caractéristiques principales d'un système embarqué 23

II.3. ARCHITECTURE 25

II.4. POSTE DE CONTROLE 25

II.5. DOMAINES D'APPLICATION 26

II.6. LA FAMILLE DES SYTEMES EMBARQUE 26

II.6.1. MICROCONTRÔLEURS PIC 27

II.6.1.2. HISTORIQUE 28

II.6.1.3. LES DIFFERENTES FAMILLES DES PICS 28

II.6.1.4. IDENTIFICATION D'UN PIC 29

II.6.1.5. DEVELOPPEMENT 30

II.6.1.6. ENVIRPNEMENT DE PROGRAMMATION 30

II.6.2. ARDUINO 31

II.7. Conclusion 35

CHAPITRE TROISIEME : 36

REALISATION DE LA PORTE AUTOMATIQUE 36

III.0. INTRODUCTION 36

III.1. HISTOIRE DE LA PORTE AUTOMATIQUE 36

50

III.2. OBJECTIF 37

III.3. DESCRIPTION DU SCHEMA 38

III.3.1. PARTIE COMMANDE 38

III.3.2. PARTIE OPERATIVE 38

III.4. PHASE DE DEFINITION DETAILLEE 38

III.4.1. L'alimentation 12v et 5v 38

III.4.2. Pont en H 39

III.4.3. Lève vitre 40

III.4.4. Capteur Ultrason 40

III.5. REALISATION DE LA PORTE AUTOMATIQUE 41

III.5.1. Programme 41

III.5. SCHEMA SYNOPTIQUE DU SYSTEME REALISE 44

III.6. SCHEMA DE REALISATION 44

III.7. FONCTIONNEMENT DE LA PORTE AUTOMATIQUE 45

III.8. EVALUATION DU COUT DE L'ETUDE 45

CONCLUSION GENERAL 46

BIBLIOGRAPHIE 47

TABLE DES MATIERES 48