Rapport de fin d'etude ; etude conception d'un journal lumineux

Université Mohammed V de Rabat Ecole Supérieure de Technologie de Salé

Rapport du Projet

de Fin d’Etudes

Département Maintenance Industrielle

Filière : Licence Professionnelle : Maintenance des Equipements Scientifiques

Réalisé par :

Oussama boudhane & Amine El Aamrani

Thème : Réalisation d’un journal lumineux a LEDs alimenté par un panneau solaire

Date de soutenance : Le 10 Juin 2016, devant le jury composé de : Tuteur

:

Membres de jury

:

Mr. Abdelmajid Abdelmajid Bybi Bybi

Année universitaire universitaire 2015-2016

Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016


Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute l’équipe pédagogique de l'école supérieure de technologie et les intervenants professionnels responsables de la formation de la licence professionnelle Maintenance Maintenance des équipements scientifique. Au terme de notre projet de fin d’études, nous exprimé notre profonde gratitude à Monsieur Abdelmajid BYBI pour son encadrement pédagogique consistant ainsi que pour ses conseils efficients et ses judicieuses directives, nous le remercie vivement de ses efforts considérables pour le bon déroulement et la réussite de notre formation. Nous tenons à remercier nos professeurs de nous avoir incités à travailler en mettant à notre disposition leurs expériences et leurs compétences. Nous adressons aussi nos sincères remerciements à tous nos camarades pour leurs aides et leurs encouragements.


S.A.D.T: System Analysis & Design Technic F.A.S.T: Function Analysis System Technic L.E.D : Light-emitting diode CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor


Liste des figures figures Liste des tableaux tableaux Introduction Introduction Chapitre 1 : Présentation de projet I. Cahier des charges : II. L’analyse fonctionnelle : 1. Diagramme de bête à cornes : 1. Diagramme de Pieuvre : 3. Diagramme de S.A.D.T : 4. Diagramme de F.A.S.T : Chapitre 2 : Etude théorique I. Composants importantes utilisé : 1. Diodes électroluminescente (LED) : 2. Registre de décalage 74HC595 : 3. Circuit intégrer 4017 : 4. Arduino uno : 5. Panneau solaire :

II.

Dimensionnement d’un système photovoltaïque autonome :

8 9 10 11 11 12 13 14 16 17 17 20 23 26 29 33

1. Estimation des besoins journaliers en électricité électricité (en Wh/j) : 33

2. Orientation et inclinaison des modules : 3. Production électrique d’un module en une journée : 4. Nombres des panneaux quel quel faudra utiliser : 5. Dimensionnement Dimensionnement du stockage : Chapitre 3 : Travail réalisé

I. II. III.

Construction du Matrice de LEDs : La carte mére : Le schéma complète :

Conclusion Bibliographie Bibliographie


33 34 34 35 37 38 40 41 42 43

Figure 1 : Schéma synoptique Figure 2 : Diagramme de bête à cornes Figure 3 : Diagramme de Pieuvre Figure 4 : Diagramme de S.A.D.T Figure 5 : Diagramme de F.A.S.T Figure 6 : Symbole de LEDs Figure 7 : Différents type de LEDs Figure 8 : L.E.D bicolores Figure 9 : L.E.D multicolor Figure 10 : Image de Registre de décalage 74HC595 Figure 11 : Schéma logique Figure 12 : Schéma fonctionnel Figure 13 : Chronogramme de fonctionnement fonctionnement de 74HC595 Figure 14 : Image de 4017 Figure 15 : Schéma logique Figure 16 : Schéma fonctionnel Figure 17 : Chronogramme de fonctionnement de 4017 Figure 18 : Image de l’Arduino UNO Figure 19 : Schéma de l’Arduino UNO Figure 20 : Microcontrôleur ATMEL ATMega328 Figure 21 : Schéma de l’arduino Figure 22 : Cellule photovoltaïque Figure 23 : Schéma de fonctionnement de la cellule photovoltaïque Figure 24 : Cellules photovoltaïque en série Figure 25 : by-pass pour éviter les Hots spots Figure 26 : Champ photovoltaïque Figure 27 : Système S ystème photovoltaïque d’information géographique Figure 28 : Support des LEDs Figure 29 : Instalation des LEDs sur le support Figure 30 : Schéma de la Matrice des LEDs Figure 31 : Schéma de la carte mére Figure 32 : Schéma de complét


10 12 13 14 15 17 17 18 18 20 21 21 23 24 24 24 25 26 26 27 28 29 30 30 31 31 34 38 38 39

Tableau 1 : Tension de seuil des L.E.Ds solen la couleur Tableau 2 : Description des Pins de 74HC595

19

Tableau 3 : Description des Pins de 4017

25

Tableau 3 : Représentation des types de cellules photovoltaïques

32


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A l’Ecole Supérieur de Technologie de Salé, personne ne peut ignorer le rôle fondamental de la formation professionnelle sur tout que les études s’organisent en deux types de cours : les

cours magistraux et les travaux pratiques. Cette formation solide est toujours complétée par l’expérience pratique. C’est la raison pour laquelle chaque étudiant est amené à effectuer un stage d’initiation

durant sa 1ère année, un stage en fin de la 2ème année et un projet de fin d'études du cycle DUT. Et aussi un stage en fin d’année et un projet de fin d’études du cycle LP. Concernant notre projet, on va réaliser un journal lumineux qui permet l’affichage d’un texte. On peut envoyer le texte qu’on veut l’afficher grâce à la liaison USB entre le PC et l’afficheur et on peut donner un effet (défilement à droite, à gauche, en haut et en bas) et pour commander le tableau d’affichage lumineux nous avons utilisé l’ arduino uno.

Dans ce rapport, nous allons étudier les différentes parties de ce journal lumineux et les différentes étapes de réalisation de matrice ainsi que la carte de commande et le programme.


8


9

Notre projet s’inscrit dans le cadre des projets projets de fin d’études de la licence Professionnelle en maintenance des équipements scientifique, il s’agit de réaliser un journal lumineux

commandé par ordinateur alimenté par un panneau solaire. La réalisation de ce projet comporte un aspect électronique, mécanique et informatique, ce qui nous a données plus de connaissances. connaissances. Schéma synoptique :

Figure 1 : Schéma synoptique

I.

Cahier des charges :

Avant de commencer toute étude, nous avons mis en place un cahier des charges qui est le suivant : Le système doit :  Etre simple à utiliser  Etre autonome, c'est-à-dire sans source de tension extérieure au système.  fonctionner seul, c'est-à- dire que l’utilisateur ne met que le système en marche et met les données d’affichage.  posséder une une interface de contrôle, qui doit être simple d’utilisation, pour permettre à l’utilisateur de consulter certaines informations.


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II.

L’analyse fonctionnelle:

L’analyse fonctionnelle fonctionnelle est une méthode de travail qui permet de définir les besoins d’un

produit en termes de fonctions, au prix le plus juste. Cette méthode utilise des outils qui permettent d’identifier des fonctions d’usage et d’estime.

Concernant Concernant notre projet, on a appliqué cette méthode pour définir les besoins, les fonctions et la composition de notre journal lumineux qu’on a réalisé. Il existe deux types d’analyse fonctionnelle : L’analyse externe : Analyse du point de vue client ou utilisateur du s’intéresse uniquement aux fonctions de service ou fonctions externes de celui -ci

produit qui

L’analyse interne : Analyse du point de concepteur en charge de réaliser le produit. L’analyse consiste à passer des fonctions de services aux fonctions techniques permettant de

les concrétiser. Ces deux types d’analyse représentée par les diagrammes suivant : Diagramme de bête à cornes. Diagramme de Pieuvre. Diagramme de S.A.D.T « System Analysis & Design Technic ». Diagramme de F.A.S.T « Function Analysis System Syst em Technic ».

1. Diagramme de bête à cornes : La bête à corne est un outil d’analyse fonctionnelle du besoin. En matière d’innovation, il est tout d’abord nécessaire de formuler le besoin sous forme de fonctions simples (dans le sens

de « fonctions de bases ») que devra remplir le produit ou le service innovant. Pour établir la bête à cornes d’un produit, il est nécessaire de se poser les questions

suivantes : « A qui notre produit rend-il service ? » : C’est l’utilisateur du produit. « Sur quoi agit notre produit ? » : C’est la matière d’œuvre que va transformer notre produit c’est Matrice de Diodes électroluminescente (Led). « Quel est le but de notre produit ? » : C’est la fonction principale de notre produit, c’est d’affichage un message voulue sur une surface lumineux.


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Figure 2 : Diagramme de bête à cornes

2. Diagramme de Pieuvre : Le diagramme “pieuvre” (ou APTE) met en évidence les relations entre les différents

éléments du milieu environnant et le produit. Ces différentes relations sont appelées les fonctions de produit qui conduisent à la l a satisfaction du besoin. Cette méthode est déposée par la société APTE (APTE= Applications des techniques d'entreprises Paris), comporte trois étape : 1ère étape :

La recherche et la caractérisation du besoin par l'outil "bête à cornes" et l'identification de la fonction globale. 2ème étape :

La recherche de l'environnement du produit, l'identification et la caractérisation des interacteurs du système (les entités entit és en relation avec le système pendant son cycle de vie). Le système est pris comme une entité évoluant dans son environnement. La description de l’environnement (direct) commence par la liste des milieux extérieurs. 3ème étape : La recherche des fonctions et et des contraintes :

Une fonction représente représente une relation entre le système et un ou plusieurs interacteur(s), il existe 2 types t ypes de fonctions : 



Les fonctions principales (Fp)

: expressions des relations entre

interacteurs, à travers le système. Les fonctions contraintes (Fc) : celles mettant en relation le système et un milieu extérieur, « réponses ou réactions r éactions » du système à un interacteur.


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Le diagramme de Pieuvre de notre produit et le suivant :

Figure 3 : Diagramme de Pieuvre

Fp1: Permettre à l'utilisateur de modifier le message et contrôler les effets d’affichage Fc1: Géré et mémoriser les données d’affichage

Fc2: s’adapter à l'énergie fournit par le panneau solaire Fc3: Respecter les normes de sécurité Fc4: être facile à réparer. Fc5: Etre attirant à l’œil

3. Diagramme de S.A.D.T « System Analysis & Design Technic » :

S.A.D.T Cette méthode a été mise au point par la société Softech aux Etats Unis. La méthode SADT est une méthode d'analyse par niveaux successifs d'approche descriptive d'un ensemble quel qu'il soit. On peut appliquer le SADT à la gestion d'une entreprise tout comme à un système automatisé. S.A.D.T éclate le Bloc de la Fonction Globale et utilisepour chaque sousbloc, les conventions graphiques du bloc fonctionnellié à la Fonction Globale et étudié précédemment. Dans ce modèle figure donc tout ce qui transite dans le bloc avec l’aide de a

Fonction (entrées, sorties de MO, données de contrôle, ..). Il en existe 2 types :  les actigrammesou diagrammes d’activité: Ils sont issus du bloc de la fonction

globale


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

les datagrammesou diagrammes de données

ACTIGRAMMES au niveau fonction globale A-0, puisque il existe plusieurs niveau tele que ( A0,A3,A32,..) : Nous n’utiliserons que les

Figure 4 : Diagramme de S.A.D.T

4. Diagramme de F.A.S.T « Function Analysis System Technic » :

F.A.S.T est simplement une arborescence des Sous-Fonctions sans mentionner la nature des entrées et sorties de chaque Bloc Fonctionnel. Lorsque les fonctions sont identifiées, cette méthode les ordonne et les décompose logiquement pour aboutir aux solutions techniques de réalisation. Le diagramme permet de représenter de façon synthétique l’enchaînement

hiérarchisé des fonctions technique. En partant d'une fonction principale, elle présente les fonctions dans un enchaînement logique en répondant aux trois questions :   

Pourquoi cette fonction doit-elle être? Comment cette fonction doit-elle être assurée ? Quand cette fonction doit-elle être assurée ?


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Figure 5 : Diagramme de F.A.S.T


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électro-optique qui transforme une énergie électrique en une autre lumineuse ou plus généralement en une information visible. D’une façon générale, un afficheur alphanumérique est un traducteur

Et pour réaliser un prototype de ces afficheurs qu i va être sous le contrôle d’un utilisateur à travers une interface de commande sur un ordinateur ainsi, mémoriser les données d’affichage, cela nécessite des composants spéciaux . On va parler de quelqu’une dans ce chapitre.

I.

Composants électroniques électroniques utilisé : Dans cette partie on va juste définir les composants et leur fonctionnement général général : 1. Diodes électroluminescente (LED) :

Le terme LED :

LED = Light Emitting Diode, diode electroluminescent. HB-LED ou HBLED = High Brightness LED, Leds haute luminosité. HP-LED ou HPLED = High H igh Power LED, Leds haute puissance. Symbole :

Figure 6 : Symbole de LEDs

Description :

La LED est un composant dit passif, de la famille des semi-conducteurs (comme la diode et le transistor). Il s'agit d'une diode un peu particulière, qui a la propriété d'émettre de la lumière quand un courant la parcourt (de l'Anode vers la Cathode), et les couleurs que l’on

trouve généralement généralement sont : rouge, vert, jaune et bleu.

Figure 7 : différents type de LEDs Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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L.E.D bicolores :

Ils sont associées dans un même boîtier transparent, 2 puces émettant chacune une couleur précise : rouge pour l'une, et vert pour l'autre. Les L.E.Ds bicolores peuvent posséder deux pattes (montage des deux L.E.Ds en "parallèle retourné") r etourné") ou trois pattes (montage des deux L.E.Ds en "série inversé" avec point milieu).

des deux puces vert et rouge (résultat jaune-orange) est plus facile avec la L.E.D à trois pattes, sous une simple tension continue. Pour la L.E.D à deux pattes, il y a obligation d'inverser la polarité de la tension appliquée, selon la puce que l'on veut utiliser. Une tension alternative est donc requise pour allumer les deux puces en même temps (il est faux de dire en même temps, mais grâce à la persistance rétinienne, cet effet "continu" peut être obtenu avec un signal alternatif de fréquence suffisante, sans scintillement visible). L’allumage

simultané

Figure 8 : L.E.D bicolores

L.E.D à plus de deux couleurs :

Ils Sont associées dans un même boîtier transparent, 3 ou 4 puces émettant chacune une couleur précise : rouge, vert et bleu. Du fait d'un éclairement généralement moindre de la puce bleue, cette dernière se trouve souvent doublée : 2 puces bleues pour une rouge et une verte. Les deux puces bleues étant électriquement raccordées entre elles, la L.E.D possède en tout quatre pattes : une pour la puce rouge, une pour la puce verte, une pour la ou les puces bleues, et la quatrième enfin pour le point commun.

Figure 9: L.E.D multicolor

Si l'on se contente d'activer en tout ou rien chacune des trois couleurs, nous pouvons faire s'illuminer la L.E.D avec 7 couleurs différentes (8 combinaisons possibles, possibles, mais on ne compte pas celle où tout est éteint). Pour obtenir obtenir plus de variations possibles, possibles, plus de couleurs si si vous préférez, il faut rendre variable l'intensité lumineuse de chaque chaque couleur, de façon indépendante. indépendante. Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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Pour cela, il faut utiliser un système de commande de L.E.D à rapport cyclique variable, c'est ce que j'ai fait par exemple avec mon lampadaire multicolore. L.E.Ds haute luminosité luminosité :

Ce type de L.E.D, qui peut émettre dans l'ensemble des couleurs vue précédemment (les L.E.Ds haute luminosité ne sont pas forcément blanches) constituera sans doute dans un très proche avenir, avenir, une solution solution alternative intéressante à l'éclairage grand grand public, voir à l'éclairage professionnel de forte puissance (ça commence à venir, il suffit de regarder un peu autour de soi quand on va dans certains petits spectacles ou dans des salons). Il est à noter que vu la puissance lumineuse développée par ces L.E.Ds (certaines atteignent atteignent ou dépassent 50000 mcd), les mêmes précautions que celle qui s'appliquent pour les LASER sont de rigueur (ne pas diriger directement ces L.E.Ds vers les yeux). La tension de seuil dépend de la couleur et donc de la composition chimique du dopage. Couleur

Mat ériau

Lo n g u eu r d 'o n d e (en n an o mèt res )

Chute de tension (en volts)

Infrarouge Infra- rouge Infra- rouge

Germanium (Ge) Silicium (Si) Gallium-Arsenic (GaAs)

1180 nm 1150 nm 770 à 1100 nm

1,6 V 1,6 V 1,6 V

Rouge foncé

Aluminium-Antimoine (AlSb)

775 nm

1,6 à 2,0 V

Rouge clair Orange foncé Orange clair Jaune

Arséniure/phosphure de gallium (GaAsP) Arséniure/phosphure de gallium (GaAsP) Arséniure/phosphure de gallium (GaAsP) Arséniure/phosphure de gallium (GaAsP)

610 (ou 625) à 660 nm (1) 602 à 610 (ou 625) nm 59 0 à 6 02 570 à 590 nm

1,6 à 2,0 V 2,0 V

Jaune-vert

Phosphure de gallium (GaP)

530 à 570 nm

2,1 à 2,5 V

Vert

Silici Silicium um-C -Carbo arbone ne (SiC), Nitrure de galliu gallium m (GaN) ou Phosphure de gallium (GaP)

525 à 565 nm

2,1 à 2,5V 3,0 à 3,6 V

Bleu turquoise

Silici Silicium um-C -Carbo arbone ne (SiC), Nitrure de galliu gallium m (GaN) ou Phosphure de gallium (GaP)

480 nm

2,1 à 2,8 V

Bleu

Séléniure de zinc (SnSe), Nitrure de gallium/indium (InGaN) ou Carbure de silicium (SiC)

410 à 470 nm (ou 450 à 500)

2,5 à 2,8 V 3,2 à 3,6 V

Rose Violet

Séléniure de zinc (SnSe), Nitrure de gallium/indium (InGaN) ou Carbure de silicium (SiC) Séléniure de zinc (SnSe), Nitrure de gallium/indium (InGaN) ou Carbure de silicium (SiC)

Ultra- violet

Diamant (C)

Blanc

Diamant (C)

2,1 V

3,1 à 3,6 V 380 nm (ou 400 à 450)

3,1 à 3,6 V

280 à 395 nm Mélange des trois couleurs rouge, vert et bleu

3,1 à 3,8 V 3,4 à 3,8 V

Tableau 1: Tension de seuil des L.E.Ds solen la couleur


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2. Registre de décalage 74HC595 :

Un registre à décalage est un ensemble de bascules synchrones, dont les bascules sont reliées une à une, à l'exception de deux bascules qui ne sont pas forcément reliées. À chaque cycle d'horloge, le nombre représenté par ces bascules est mis à jour. Différents types de registre à décalage existent : SISO (Serial In - Serial Out) : à chaque cycle d'horloge, on ne peut écrire que dans une bascule (lorsque deux deux bascules ne sont sont pas reliées entre elles, c'est celle dont l'entrée n'est n'est pas reliée à une autre bascule), et on ne peut lire qu'une autre (lorsque deux bascules ne sont pas reliées entre elles, c'est celle dont la sortie n'est pas reliée à une autre bascule). SIPO (Serial In - Parallel Out) : à chaque cycle d'horloge, on ne peut écrire que dans une bascule (lorsque deux deux bascules ne sont pas reliées reliées entre elles, c'est celle dont l'entrée n'est pas pas reliée à une autre bascule), mais on peut lire les valeurs de toutes les bascules. PISO (Parallel In - Serial Out) : à chaque cycle d'horloge, on peut forcer la valeur de toutes les bascules, mais on ne peut en lire qu'une (lorsque deux bascules ne sont pas reliées entre elles, c'est celle dont la sortie n'est pas reliée à une autre bascule). PIPO (Parallel In - Parallel Out) : à chaque cycle d'horloge, on peut forcer la valeur de toutes les bascules, et on peut toutes les lire.

Figure 10: image de Registre de décalage 74HC595

Le 74HC595 est un registre à décalage Serial In - Serial Out et Parallèle Out 8 bits, avec un registre de stockage et de 3-state output. Les deux registres de « décalage » et de « stockage » ont deux horloges séparées. L'appareil dispos d'une entrée série (DS) et une sortie série (Q7S) en cascade et une entrée asynchrone de remise à zéro MR. Un ‘0’ sur MR réinitialisé le registre à décalage. Les données se déplacent sur la transition ‘0’ à ‘1’ de l'entrée SHCP. Les données du changement registre est transféré au registre de stockage sur une transition ‘0’ à ‘1’ du STCP contribution. Si les deux horloges sont reliées entre elles, le registre à décalage sera toujours une horloge impulsion d'avance du registre de stockage. Les données dans le registre de stockage apparaissent à la sortie chaque fois que l'entrée de validation d e sortie OE est à ‘0’. Un ‘1’ sur OE implique sur les sorties à prendre un état ‘0’. Le fonctionnement de l'entrée OE ne modifie pas l'état des registres.


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Schéma logique :

Figure 11 : Schéma logique

Schéma fonctionnel :

Figure 12 : Schéma fonctionnel


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Description des Pins :

Symbole Symbole

N° de pin

Descript Des cription ion

Q0,Q1, Q0,Q1,Q2, Q2,Q3, Q3,Q4, Q4,Q5, Q5,Q6, Q6,Q7 Q7 GND Q7S MR SHCP STCP OE DS V CC

15,1 15,1,2 ,2,3 ,3,4 ,4,5 ,5,6 ,6,7 ,7 8 9 10 11 12 13 14 15

sortie sortie de données données parallèle parallèle La masse 0V serial data output master reset l'entrée d'horloge de registre de décalage l'entrée d'horloge de registre de stockage l'entrée de validation de sorties entrée série de données tension d'alimentation

Tableau 2 : Description des Pins de 74HC595

Fonctionnement :

Comme tout composant électronique, il faut commencer par l’alimenter pour le faire

fonctionner. Le tableau que nous avons vu juste au-dessus nous indique que les broches d’alimentation sont la broche 1 6 (VCC) et la broche 8 (masse), La tension qu’on peut appliquer pour l’alimenter : entre 2V et 5.5V (et idéalement 5.0V).

Une fois que ce dernier est alimenté, il faut se renseigner sur le rôle des broches pour savoir comment l’utiliser correctement. Pour cela il faut revenir sur le t ableau précédent. On découvre donc que les sorties sont les broches de 1 à 7 et la broche 15 (Qn), l’entrée série des données,

qui va commander les sorties du composant, se trouve sur la broche 14, une sortie particulière est disponible sur la broche 9. Sur la broche 10 on trouve le Master Reset, pour mettre à zéro toutes les sorties. Elle est active à l’état BAS. Alors dans le cas où vous utiliseriez cette sortie, de la forcer à un état logique HAUT, en la reliant par exemple au +5V ou bien à une broche de l’Arduino que vous ne mettrez à l’état BAS que lorsque vous voudrez mettre toutes les sorties du 74HC595 à l’état bas. La broche 13 est un broche de sélection qui permet d’inhiber les sorties. En clair, cela signifie que lorsque cette broche n’a pas l’état l ’état logique requis, les sorties du 74HC595 ne seront pas utilisables. Soit vous vous choisissez de l’utiliser en la connectant connectant à une une sortie de l’Arduino, soit on la force à l’état logique BAS pour utiliser pleinement pleinement chaque sortie.

La n°11 et la n°12. Ce sont des « horloges ». Nous allons expliquer quelle fonction elles remplissent. Lorsque nous envoyons envoyons un ordre au 74HC595 (sur le pin DS), nous envoyons cet ordre sous forme d’états logiques qui se suivent. Par exemple l’ordre 01100011. Cet ordre est composé de 8 états logiques, ou bits, et forme un octet. Cet ordre va précisément définir l’état de sortie de chacune des sorties du 74HC595. Le problème c’est que ce composant ne peut pas dissocier chaque bit qui arrive. Prenons le cas des trois zéros qui se suivent dans l’octet que

nous envoyons. On envoie le premier 0, la tension sur la ligne est alors de 0V. Le second 0 est envoyé, la tension est toujours de 0V. Enfin le dernier zéro est envoyé, avec la même tension de 0V puis vient un changement de tension à 5V a vec l’envoi du 1 qui suit les trois 0. Au final,


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le composant n’aura vu en entrée qu’un seul 0 puisqu’il n’y a eu aucun changement d’état. De plus, il ne peut pas savoir quelle est la du rée des états logiques qu’on lui envoie. S’il le connaissait, ce temps de « vie » des états logiques qu’on lui envoie, il pourrait aisément décoder l’ordre transmis. En effet, il pourrait se dire: « tiens ce bit (état logique) dépasse 10ms, donc un deuxième bit l’accompagne et est aussi au niveau logique 0 ». Encore 10ms d’écoulée et toujours pas de changement, eh bien c’est un troisième bit au niveau 0 qui vient d’arriver. C’est dans ce cas de figure que l’ordre reçu sera compris dans sa totalité par le composant. C’est là qu’intervient le signal d’horloge. Ce signal est en fait là dans l’unique but de dire si c’est un nouveau bit qui arrive, puisque le 74HC595 n’est pas capable de le voir tout seul. En fait, c’est très simple, l’horloge est un signal car ré ré fixé à une certaine fréquence. À chaque front montant sur le pin n°11 (SHCP), le 74HC595 saura que sur son entrée, c’ est un nouveau

bit qui arrive, lecteur de ces ces 8 bit suive suive par par un front montant montant (impulsion) (impulsion) sur sur le pin n°12(STCP), n°12(STCP), et alors le 74HC595 so rtira la donnée série d’entre parallèlement sur les sorties (Qn). Ce chronogramme vous aidera à mettre du concret dans vos idées :

Figure 13 : Chronogramme de fonctionnement de 74HC595

3.

Circuit intégrer 4017 :

Le circuit intégré 4017 fait partie de la série des circuits intégrés 4000 utilisant la technologie CMOS. C’est un compteur décimal ayant une entrée d'horloge et dix sorties Q0 à Q9. Une seule des sorties peut être active à un instant donné. Les sorties sont activées séquentiellement séquentiellement (c'est-à-dire l'une après l'autre) à chaque signal d'horloge. Le 4017 a 5 étages compteur Johnson ayant 10 sorties décodées. Les entrées existent : un CLOCK, un RESET, et un signal CLOCK INHIBIT, deux entrées d’alimentation Vcc et GND.


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Figure 14 : image de 4017

Schéma logique :

Figure 15 : Schéma logique

Schéma fonctionnel :

Figure 16 : Schéma fonctionnel


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Description des Pins :

Symbole Symbole

N° de pin

Descript Des cription ion

CP 0

14

horlogr (déclenchée de '1' vers '0')

CP 1 MR O0 --->O9 O5-9

13 15 3,2,4, 3,2,4,7,1 7,10,1 0,1,5 ,5,6, ,6,9,1 9,11 1 12

horlogr (déclenchée de '0' vers '1') remise à zero 10 sorties sorties décodée sortie de tranporte

Tableau 3 : Description des Pins de 4017

Fonctionnement :

Le fonctionnement de 4017 est simple, sur ce circuit l'entrée CP 0 permet de déclencher le compteur sur un front montant alors que l'entrée CP 1 permet le déclenchement déclenchement du compteur sur un front descendant, alors on ajoute notre horloge sur l’une de ces entrées et l’autre on le fixe sur un état correspondent (pour CP 0 ‘1’ et pour CP 1 ‘0’). On prend par exemple notre horloge sur CP0 et le CP1 mise à ‘0’, au niveau des sorties O0…O9 on va voire sur chaque front montant l’activation d’une sortie de O0 puis O 1 jusqu’à O9 puis O 0 et la boucle ça tourne tant que l’horloge fonction. Quand les premiers sorties sont activée une après l’autre la sortie O 5-9 et activé, sinon elle reste à l’état ‘0’. L'entrée MR permet la remise à 0 générale. Elle est active

au niveau H (haut). Un Chronogramme à la suite pour bien comprendre :

Figure 17 : Chronogramme de fonctionnement de 4017


25

4. Arduino uno : Le modèle UNO de la société ARDUINO est une carte électronique dont le cœur est un

microcontrôleur ATMEL de référence ATMega328. Le microcontrôleur ATMega328 est un microcontrôleur 8bits de la famille AVR dont la programmation peut être réalisée en langage C.

Figure 18 : image de l’Arduino UNO

Schéma simplifié de la carte Arduino UNO :

Les signaux d'entrée-sortie du microcontrôleur sont reliés à des connecteurs selon le schéma ci-dessous :

Figure 19 : Schéma de l’Arduino UNO Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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Microcontrôleur ATMEL ATMEL ATMega328 :

Le microcontrôleur utilisé sur la carte Arduino UNO est un microcontrôleur ATMega328. ATMega328. C'est un microcontrôleur ATMEL de la famille AVR, 8bits.

Figure 20 : Microcontrôleur ATMEL ATMega328

Les principales caractéristiques sont :          

    

Tension d'alimentation interne 5V. tension d'alimentation (recommandée) 7-12V. tension d'alimentation (limites) 6-20V. Courant max par broches E/S = 40 mA. Courant max sur sortie 3,3V = 50 mA. FLASH = mémoire programme de 32Ko. SRAM = données (volatiles) 2Ko. EEPROM = données (non volatiles) 1Ko. Digital I/O (entrées-sorties (entrées-sorties Tout Ou Rien)= Rien)= 3 ports PortB, PortC, PortD (soit 23 broches en tout I/O). Timers /Counters: Timer0 et Timer2 (comptage 8 bits), Timer1 (comptage 16bits) Chaque timer peut être utilisé pour générer, deux signaux PWM. (6 broches OCxA/OCxB). Plusieurs broches multifonctions : certaines broches peuvent avoir plusieurs fonctions différentes choisies par programmation. PWM= 6 brooches OC0A (PD6), OC0B (PD5), 0C1A (PB1), OC1B (PB3), (P B3), OC2A (PB3), OC2B (PD3). Convertisseurs analogique/numérique (résolution 10bits) = 6 entrées multiplexées ADC0(PC0) à ADC5(PC5). Gestion bus I2C (TWI Two Wire Interface) = le bus est exploité via les broches SDA(PC5)/SCL(PC4). Port série (USART)= émission/réception série via les broches TXD(PD1)/RXD(PD0).


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  

Comparateur Analogique= broches AIN0(PD6) et AIN1 (PD7) peut déclencher interruption. Watchdog Timer programmable. Gestion d'interruptions (24 sources possibles (cf interrupt vectors)) : en résumé  Interruptions liées aux entrées INT0 (PD2) et INT1 (PD3).  Interruptions sur changement d'état des broches PCINT0à PCINT23.  Interruptions liées aux Timers 0, 1 et 2 (plusieurs causes configurables).  Interruption liée au comparateur analogique.  Interruption de de fin de conversion ADC.  Interruptions du port série USART.  Interruption du bus TWI(I2C).

L'intérêt principal des cartes ARDUINO (d'autres modèles existent) est leur facilité de mise en œuvre. ARDUINO fournit un environnement de développement s'appuyant sur des outils open source. Le chargement du programme dans la mémoire du microcontrôleur se fait de façon très simple par port USB. Le logiciel de programmation :

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 FireWire et le programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler et télécharger les programmes via via l'interface en ligne de 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 le développement de programmes sur sur les plates-formes Arduino, Arduino, à toute personne personne maîtrisant le C ou le C++. C++. Fonctionnement :

Les différentes versions des Arduino fonctionnent sous le même principe général :

Figure 21 : schéma de l’arduino Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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A : ce sont les broches dites numériques (0 ou 1) ou « tout ou rien » ; elles offrent en sortie du 5 V et acceptent en entrée du 5 V sur le même principe. -

fonctions

digitalWrite()

et

digitalRead()

B : ce sont les broches dites analogiques, valeur entre 0 V et 5 V -

fonctions

analogWrite()

et

analogRead()

C : les différentes broches d'alimentation : - Rouge : sortie 5 V (+) - Orange : sortie 3,3 V (+) - Noire : les masses masses (−) - Jaune : entrée reliée à l'alimentation (7 V-12 V) D : broches de Remise à zéro Il y a des variations entre les différentes cartes (par exemple : UNO, la patte 13 est équipée d'une résistance).

5. Panneau solaire (Cellule photovoltaïque): L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par le physicien français Becquerel. Un panneau solaire fonctionne par l’effet l’ effet photovoltaïque c'est c 'est-à-dire par la création d'une force électromotrice liée à l'absorption d'énergie lumineuse dans un solide. C’est le seul moyen

connu actuellement pour convertir directement la lumière en électricité. La cellule photovoltaïque constitue l’élément de base des panneaux solaires photovoltaïques. Il s’agit d’un dispositif semi -conducteur à base de silicium délivrant une tension de l’ordre de 0,5 à 0,6 V.

Figure 22 : Cellule photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de silicium (matériau semi-conducteur) semi-conducteur) : - une couche dopée avec du bore qui possède moins d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée positivement (zone P), - une couche dopée avec du phosphore qui possède plus d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée négativement (zone N). Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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Fonctionnement :

Lorsqu'un photon de la lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant les charges électriques. Les atomes, chargés positivement, vont alors dans la zone P et les électrons, chargés négativement, négativement, dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique, est ainsi créée. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque

Figure 23 : Schéma de fonctionnement de la cellule photovoltaïque

Les caractéristiques électriques d’une seule cellule sont généralement insuffisantes

pour alimenter les équipements électriques. Il faut associer les cellules en série pour obtenir une tension plus importante : le module solaire ou panneau photovoltaïque. La puissance d'un panneau solaire est en fonction de sa surface, c'est à dire du nombre de cellules photovoltaïques.

Figure 24 : Cellules photovoltaïque en série

Un panneau constitué de 24 cellules photovoltaïques va donc délivrer une tension U de 12V, et cela quel que soit l’ensoleillement. Mais pour faire fonctionner des appareils


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électriques, c’est l’intensité I du panneau, variant en fonction de l’ensoleillement, qui va déterminer l’énergie électrique. La mise en série des cellules peut être dangereuse lorsque l’une d’entre elles se retrouve à l’ombre. Elle va s’échauffer et risque de se détruire. En effet, une cellule "masquée" "masquée"

voit l'intensité qui la traverse traverse diminuer. De ce ce fait, elle bloque la circulation de l'intensité l'intensité "normale" produite par les autres modules. La tension aux bornes de cette cellule "masquée" augmente, d’où apparition d’une surchauffe. C'est l'effet d'auto-polarisation d' auto-polarisation inverse. Une telle cellule est appelée "Hot spot". Pour supprimer ce problème et protéger la cellule « masquée », on place des diodes « by-pass » en antiparallèles de façon à court-circuiter court-circuiter les cellules ombrées. ombrées. Un panneau solaire dispose d'une à trois diodes by-pass, en fonction de son nombre de cellules .

Figure 25 : by-pass pour éviter les Hots spots

Afin d’obtenir

la tension nécessaire, les panneaux sont connectés en série. Ils forment alors une chaîne de modules ou string. Les chaînes sont ensuite associée en parallèle et forment un champ photovoltaïque (champ PV) afin d’obtenir l’intensité de courant nécessaire. Les diodes ou Les fusibles doit également installer en série sur chaque chaîne de modules. Ces protections sont utiles pour éviter qu’en cas d’ombre sur une chaîne, elle se comporte comme un récepteur et que le courant circule en sens inverse et l’endommage. l’endommage. Type de modules photovoltaïques :

Figure 26 : Champ photovoltaïque Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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Il existe différents types de cellules photovoltaïques. Il est donc indispensable de connaître les particularités de chacune :

Tableau 3 : Représentation R eprésentation des types de cellules photovoltaïques


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II.

Dimensionnement du système photovoltaïque autonome :

1. Estimation des besoins journaliers en électricité (en Wh/j) : La Tension d’alimentation est : 12V

La Puissance instantanée est : 20 W On suppose que le n ombre d’heures d’utilisation par jour est : 12h Donc nos besoin en énergie journalier est : Econs =20 * 12 =240 Ah Pour optimiser la consommation journalière pour présenter le cahier des charges. Les récepteurs seront alimentés par un o nduleur. On considère que l’onduleur est bien utilisé: son taux de charge est élevé(0,75à 1). Le rendement de conversion est alors de 0,7 à 0,9 et on prendra la valeur moyenne de 0,8.Ainsi la puissance à fournir à l’onduleur pour disposer à sa sortie de l’énergienécessaire énergienécessaire : Où D est l’énergie d’entrée de l’onduleur

Econs = 1.25 × 240 = 300 Donc D = 1.25 × Econs

2. Orientation et inclinaison des modules : L’orientation idéale d’un module photovoltaïque obéit à une règle vers l’équateur:

* Orientation vers le sud dans l’hémisphère Nord. * Orientation vers le nord dans l’hémisphère Sud. En ce qui concerne l’inclinaison, c’est un peu plus compliqué. Si on prend notre cas qui

consomme une énergie quasi constante tout au long d e l’année. L’hiver étant la période la moins ensoleillée, c’est à cette période p ériode qu’il faut optimiser la production. Le panneau doit donc pouvoir récupérer l’énergie d’un d’un soleil dont la hauteur est faible. Il en résulte qu’en maroc pour

une utilisation annu elle, l’inclinaison idéale est environ égale à la latitude du lieu + 10° (pour une orientation sud). Cela donne à Oran , une implantation implantation dite « 45° Sud » : orientation sud et inclinaison à 45° par rapport à l’horizontale.


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3. Production électrique d’un module en une journée : E prod = Ec / Kavec K est un coefficient dépende de panneau [0.55 , 0.75 ]est on choisi la

valeur moyen donc Kmoy= 0.65 E prod = 240 / 0.65 =369,23 =369,23 Ah E prod = Iglobal x Pc Eprod : Energie électrique produite (Wh) Iglobal : Irradiation global Pc : La puissance crête (W) A l’aide de logiciels PVGIS, on peut déterminer l’irradiation journalière minimum (journée d’hiver) Hmin (Wh/j/m²) estimée en fonction de l’inclinaison l ’inclinaison (horizontal, vertical, 30°, …etc.) et l’orientation (sud, sud-est, …etc.) des panneaux PV.

Nous sommes à salé :

Figure 27 : Système photovoltaique photovoltaique d’information geographique

En choisir le mois le plus défavorable d’après le tableau est : décembre

Iglob = 1.03 Donc Pcréte = 369.23 / 1.03 = 358.47Wc.


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La règle pour cela est assez simple : plus vous utilisez d'énergie, plus vous devez utiliser une tension élevée, afin de diminuer les déperditions d'énergie, qui surviennent quand l'énergie est transportée ou stockée. On peut conseiller les trois cas de figures suivants :

par définition si 0 Wc < Pcréte<800 Wc donc il faut faut assurer 12 v au borne de l’onduleur et par conséquence il est préférable d’utiliser un batterie de 12v.

4. Nombres des panneaux quel faudra utiliser pour assuré la bon fonctionnement :

Nombre de modules modules = Pcréte (de panneau) / Pcréte(calculer) Pcréte (de panneau) : le l e panneau disponible dans le marcher Pour notre cas d’étude le nombre de modules :

N = 20 Wc / 358.47= 358.47= 0.055 . Donc il faudra utiliser utiliser 1 panneau de de 20 Wc 5. Dimensionnement du stockage :

Les batteries solaires stockent l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer l'alimentation électrique en toutes circonstances (jour ou nuit, ciel dégagé ou

couvert). Une batterie utilisée avec des panneaux solaires est une batterie à décharge lente (appelée aussi batterie solaire). Ces batteries sont spécifiquement conçues pour les applications solaires. Par l’emploi de batterie de stockage, on ne peut restituer qu’environ 73% de l’énergie stockée ; Ej’ réelle sera donc égale à Ej/0.73 = 73.97 wh/j Il peut y avoir des périodes de man que d’ensolleiment qui peuvent étre de 5 à 30 jours le stockage moyen est généralement basé sur une réserve de 10 jours. jour s. Dans ce cas, la capacité de la batterie de stockage (Cb) sera : Ej’ * nombre de jours

Cb =73.97*10 =739.7 wh Pour déterminer le nombre d’ampére heure de la batterie : diviser la capacité cb par la tension de la batterie : cb en en Ah = cb =739.6/12 =61.633 Ah . Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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

La régulation du fonctionnement des batteries Les systémes photovoltaiques doivent comporter une régulation soignée de la charge et

de la décharge de la batterie , Dons notre cas on va choisir la technologie MPPT qui signifie : Maximum Power Point Tracker, autrement dit le « détecteur de point de puissance maximum ». La tension des modules varie en fonction de la température plus il fait chaud et plus la tension diminue. Sachant qu’un module peut atteindre facilement 50 à 60°C même en ét ant ventilé, les

constructeurs les ont donc surdimensionné afin que la tension soit toujours suffisamment élevée. Cependant, si le module délivre une tension de 17V, par exemple, pour alimenter une batterie 12V, les 5V de différence seront perdus. Le régulateur équipé d’un MPPT permet de réduire la tension lorsque c’est nécessaire, tout en augmentant l’intensité. On maintient donc

la puissance du système au maximum.


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I.

Construction du Matrice de LEDs :

La matrice de LEDs c’est l’interface de notre projet, il est tres important de construire un matrice de dimention assez grande, et c’été la chose qu’on a tenis en quant , alors on utiliser

240 LEDs de grande dimention, et nous avons construire un support de LED correspondant. Nous avons réaliser réaliser la matrice selon le schéma schéma en bas, on a utiliser utiliser des fil de cablage et nous avons coller les LEDs sur le support. Pour lier les LEDs nous avons besoin de respécter les liaisons, cathode-cathode, anodanod, et aussi, respécter les lignes, pour un bon fonctionement.

Figure 28 : Support des LEDs

Figure 29 : Instalation des LEDs sur le support

Le schéma suivé pour construire cette matrice est le suivant : Rapport de projet de fin d’étude Année d’étude Année Universitaire 2015/2016

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Figure 30 : Schéma de la Matrice des LEDs


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I.

La carte mére du journale lumineux:

Cette carte est constituer de deux cartes, un catre arduino et un autre contient des registre de décalage, alors, dans cette dernier nous avons 3 registres à décalage qui multiplient le nombre de sorties et économiser les les broches utiliser de l ’Arduino, chaque registre à décalage a 8 sorties et nous avons seulement besoin de 3 broches Arduino pour contrôler un nombre ilimité de registres à décalage. Nous utilisons également le compteur 4017 pour balayer les lignes, en connectant une ligne à la fois au sol et en envoyant les bonnes données via les registres à décalage vers les colonnes. Voila le schéma :

Figure 31 : Schéma de la carte mére


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III.

Schéma compléte :

Figure 31 : Schéma de complét


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Durant le but d’évaluer et exploiter le s

connaissances de formation LP-MES . L’école Supérieure de Technologie de salé permet aux étudiants de préparer un projet de fin d’étude. Le fait qui leurs permis d’enrichir leurs connaissances. connaissances. En effet, ce projet est une bonne expérience qui nous aidé d’être confrontés à un planning très précis précis en regard de la charge charge de travail, et et nous a permis permis de faire face face à la pression pression du moment et à des situations proches de celle que nous pourrions rencontrer dans le milieu professionnel. Concernant ce rapport nous avons présenter notre projet, on a comencer par une analyse fonctionnelle, puis on a parler de composants importants utiliser avec une petite dimentionement de panneau solaire, ainsi qu ’on a présenter les schémas de projet. En fin, nous souhaitons que nous ayons réalisé un travail satisfaisant.


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http://perso-laris.univ-angers.fr/~cottenceau/ArduinoCottenceau1112.pdf http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet_pdf/sgsthomsonmicroelectronics/74HC595_and_M54HC 595F1R.pdf http://www.doctronics.co.uk/pdf_files/hcf4017.pdf http://ww2.ac-poitiers.fr/electrotechnique/IMG/pdf/energie_solaire_photovoltaique.pdf https://fr.wikipedia.org/wiki/Arduino


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Rapport de fin d'etude ; etude conception d'un journal lumineux

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