Projets Génie Electrique 2004

P03B7

Centrale de mesure reconfigurable et autonome

Etudiants : Christophe Sabatier et Arnaud Golfier
Tuteur Technique : Michel James et Jacques Laffont
Tuteur Industriel : Gérard Chazelle



Ce projet consiste à concevoir un système de mesure destiné aux départements Génie Biologique, Génie Physique et Génie Civil du C/U/S/T. Il s'agit de réaliser une centrale de mesure reconfigurable et autonome. Cette centrale devra accepter différents types de capteurs (analogique, numérique, délivrant une tension ou un courant, ...) grâce à une connectique universelle. De plus, pour suivre l'évolution d'un paramètre par rapport à un autre comme par exemple l'évolution de la valeur de pH par rapport à la température, le système de mesure doit offrir la possibilité d'effectuer deux mesures en parallèle. L'utilisateur doit également pouvoir effectuer des mesures ponctuelles ou des séries de mesures. Ces valeurs s'affichent sur un écran LCD mais peuvent aussi être récupérables pour pouvoir les traiter sur PC avec le logiciel LabView? qui permet en autres d'effectuer des calculs statistiques mais aussi de tracer des graphiques afin de rendre plus parlantes les séries de mesures. Enfin, le dernier point important est le fait que cette centrale doit être portable pour effectuer des mesures en extérieur avec une autonomie d'au moins 24 heures. A partir de ces spécifications, nous avons d'abord choisi les différents éléments qui constitueront le système final.

La centrale de mesure doit être autonome ainsi le coeur du système devra posséder des éléments qui la rendent la plus autonome possible à savoir un processeur possédant des timers, des compteurs, de la mémoire, ... c'est à dire un microcontrôleur. De plus, étant donné que le système final doit être portable, le microcontrôleur doit être de petite taille et il doit également consommer peu électriquement parlant : ainsi, on a choisi un System On Chip. Or, la centrale doit accepter des capteurs de mesure de tout genre. Ainsi, le traitement de l'information recueillie par celui-ci sera différent d'un capteur à un autre. C'est pour cette raison que nous avons choisi le microcontrôleur PSoC de Cypress qui offre la possibilité d'être reconfigurable en dynamique. Ce microcontrôleur possède des éléments de mémoire mais en taille insuffisante pour stocker les mesures effectuées et les paramètres des capteurs utilisés. Etant donné que la centrale est portable, il peut y avoir des ruptures d'alimentation et il serait indésirable de perdre les informations mémorisées. C'est pour cela que les mémoires choisies doivent être non volatiles. De plus, elles doivent être en accès lecture/écriture et être les plus rapides possible pour pouvoir effectuer des séries de mesures avec des intervalles de temps entre deux mesures consécutives relativement bas. Nous avons donc choisi des mémoires FRAM à liaison série pour économiser les ports d'entrées/sorties du microcontrôleur. En ce qui concerne leur capacité, nous prendrons la plus élevée compte tenu de la très faible différence de prix. Quand l'utilisateur effectuera une mesure, il serait préférable qu'il y ait un repère sur cette valeur à savoir l'heure et la date de réalisation. Ainsi, il faut associer au microcontrôleur une horloge temps réel mais par souci d'économiser les ports d'entrées/sorties du microcontrôleur, on a choisi la référence PCF 8583 de Philips car elle est à liaison série. De plus, l'utilisateur effectuera son choix de capteur ou de type de mesure grâce à un clavier numérique 16 touches et à un menu défilant sur un écran LCD de 4 lignes de 16 caractères. Enfin, pour la rendre portable avec une autonomie de 24 heures, il faut dimensionner une batterie ayant le moins de pertes possible c'est à dire une alimentation à découpage. Celle-ci devra alimenter les composants présents sur la carte en +5V mais également certains capteurs en +12V.

Ces choix technologiques ont été validés en les programmant séparément. En effet, notre projet concernant l'ergonomie du système, nous avons donc programmé l'écriture sur l'écran LCD, la gestion du clavier, l'écriture et la lecture de la mémoire FRAM et de l'horloge temps réel. Ainsi, une carte prototype a pu être réalisée afin de valider dans un premier temps le dimensionnement de l'alimentation à découpage puis dans un second temps la vérification de la bonne communication entre les divers éléments.