Cahier de chargeSujet :

Système de régulation des paramètres d’une serre de culture variable.

Position du problème :

Dans le monde agricole actuel les serres sont de plus en plus utilisées car elles facilitent la

production agricole. De plus, elles donnent un rendement de production qui peut atteindre les 99%.En

effet, la serre va imposer à la plante des conditions presque idéales pour son évolution et une meilleure

productivité.

Donnée du problème :

Il s’agit de concevoir une serre de production de plusieurs plantes (tomate, pomme de terre, fleur

etc.….). La carte à concevoir doit permettre le réglage des paramètres(température, lumière et l’humidité)

selon le type de plante ainsi que le paramétrage des données climatiques pour avoir une meilleure

production ainsi que l’affichage sur LCD de ceux-là pour la visualisation et le contrôle, la carte de

commande doit se faire avec le microcontrôleur 16F877.

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Introduction Générale

Afin de garantir un meilleur produit alimentaire, l’intervention technologique dans le domaine

de l’agriculture est devenue importante et quasi nécessaire.

La serre de culture, était une technique agricole qui permet d’avoir une meilleure qualité du

produit même hors saison et qui dépend de multiples paramètres tels que la température et l’humidité  ;

Cependant elle ne présentait pas jusqu’ici de résultats parfaits du point de vue qualité.

Ceci est dû au fait que ces paramètres ne sont pas calibrés à des valeurs optimales permettant

une meilleure production soit dans la qualité gustative du produit soit dans sa pigmentation.

L’intervention technologique qui est le sujet de ce projet de fin d’études se trouve dans le fait de

calibrer et optimiser les variables d’entrées de la serre de culture. Ceci se fera tout d’abord par une étude

théorique des informations issues des paramètres environnementaux de la serre à l’aide de différents

capteurs relatifs à chaque entrée. ET Ensuite, par l’application d’une commande provenant d’un

programmateur PIC 16F877 qui ramènera ces paramètres à leurs valeurs optimales ce qui va garantir

enfin une meilleure production sous serre avec une qualité améliorée. Ce rapport sera structuré comme

suit :

Le premier chapitre est consacré à la présentation générale et le principe de fonctionnement de

la serre de culture.

Le deuxième chapitre est consacré à la mise en relief globale du contexte sur les généralités

de microcontrôleurs PIC16F877.

Dans le troisième chapitre, nous entamerons l’étude de conception du système de régulation de

la serre.

Le quatrième chapitre sera consacré à la mise en œuvre de la réalisation pratique de schéma

électrique de la carte.

Et pour finir, nous conclurons par les perspectives du projet.

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Présentation générale de la S.T.E.G

Par la loi n 628 du 3 Aout 1962, l’état a décidé de normalisation de la production, le transport et

la distribution de l’électricité et du gaz et de confier toutes les activités à un établissement public à

caractère industriel et commercial qui est la Société Tunisienne de l’électricité et du Gaz. Maintenant, la

S.T.E.G dispose de l’autonomie financière, a un budget propre non attaché à celui de l’état et une gestion

courante qui est soumise aux droits civils et commerciaux et par conséquent l’état offre à la société un

important moyen juridique lui permettant de réaliser au mieux sas objectifs. Dont le principal, est de

pouvoir le marché national en énergie électrique et gazière et de répondre ainsi, aux besoins de

développement du pays sachant que l’électricité représente 6% du produit interne brute et que la moyenne

de consommation individuelle de tunisien (indicateur de développement économique et social d’un payer)

et de 892 GWh/an : moyenne la plus élevée des pays de la rive sud du bassin méditerranéen, ceci malgré

les ressources énergétiques relativement limitées de la Tunisie. Les principales missions de la STEG

sont :

Produire de l’électricité avec une capacité à même de couvrir les besoins du marché national,

grâce à son parc de production à la fois moderne et diversifié et l’utilisation des nouvelles

techniques (cycles combinés, système numérique et conduit,…).

Mettre en place un réseau de transport et de distribution maillé d’énergie électrique, fiable et

interconnecté au réseau Maghrébin via l’Espagne.

Continuer l’électrification du pays tout en sachant que son taux global dépasse 98%, avec un

taux d’électrification rural de l’ordre de 0,7% qui représente un semblant de modèle pour les

pays en développement.

Renforcer le réseau commercial pour couvrir l’ensemble du territoire et servir le client là ou il

est et rester à son écoute.

Maitriser le cycle de production de gaz national et du GPL, garantir leur transport et de leur

distribution avec un savoir-faire technique, tout en assurant la sécurité des individus et des

équipements.

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Mobiliser des moyens humains et des compétences pour assurer la continuité des services

fournis.

Mettre en œuvre un projet de qualité totale visant la qualité et la fiabilité du produit, la sécurité

et la protection rapide de l’environnement, la rapidité d’intervention et l’écoute et l’orientation

du client.

Chapitre I :

Présentation générale du système de régulation des

paramètres de la serre.

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Chapitre I : Présentation générale du système de régulation des

paramètres de la serre.

I. Introduction :

Ce chapitre est destiné à la présentation générale de la serre de culture et du système de

régulation de ses paramètres. En effet, on teindra compté du principe de fonctionnement d’une serre ainsi

que son architecture (Charpente et toiture), puis on envisagera comment on peut gérer le climat qui règne

à l’intérieur de la serre.

II. Principe de fonctionnement de la serre :

Une serre est destinée à protéger du froid les plantes non rustiques et à favoriser la croissance

des cultures (légumes, fleurs, etc.…) en créant des conditions climatiques plus favorables que le climat

local. Les parois et/ou couverture sont transparentes ou translucides, permettant de cultiver des plantes

dans un environnement plus chaud ou mieux contrôlé qu’à l’extérieur.

La culture peut être faite dans le sol d’origine, ou en hors-sol, en hydroponique, en pots ou dans

des sacs de laine de roche. L’efficacité de la serre s’explique par deux phénomènes. D’autre part, le

milieu intérieur est réchauffé par l’effet de serre et, d’autre part, comme il est abrité du vent, les pertes de

chaleur par convection sont très limitées. Le verre employé est transparent à la lumière visible mais ne

l’est pas pour les rayonnements infrarouges. Autrement dit, il laisse entrer la lumière venant du soleil qui

va alors chauffer le milieu intérieur. Par contre, il arrête les infrarouges émis par ce milieu intérieur

chaud. Ces infrarouges, piégés dans la serre, vont contribuer d’autant plus à augmenter la température

intérieure. La serre utilise l’effet de piégeage du rayonnement infrarouge du soleil entre les parois

transparentes et qui est appelé aussi effet de serre, mais elle peut parfois être chauffée à la demande pour

des productions toute l’année dans des pays froids ou tempérées.

Des systèmes de régulation de la température et aussi de l’humidité sont nécessaires, car

l’atmosphère chaude, humide et confinée de la serre peut favoriser des attaques parasitaires ou de

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pathogène des plantes, contre lesquels l’agriculture moderne, lutte avec des pesticides, et l’agriculture bio

avec des produits naturels, des auxiliaires et une rotation étudiée des cultures.

Le tunnel, ou serre-tunnel est une autre forme de serre. Il s’agit d’une structure plus légère car

elle est recouverte de bâches plastiques résistantes aux ultraviolets et tendue sur des tubes métalliques

arrondis. De dimensions variables, les tunnels sont intéressants pour leur plus faible cout de construction.

Ils sont constitués également de chapelles pour couvrir de plus grandes surfaces. Ils sont

construits pour protéger des cultures précoces ou tardives des conditions climatiques extérieures

défavorables.

Figure 1 : Serre Tunnel.

Un concept proche est celui de véranda ou de jardin d’hier sous-verrières, qui sont des éléments

de construction publique ou de maisons individuelles. Des serres ont aussi été utilisées au-dessus de

lagunages pour l’épuration de l’eau usée en hiver ou pour traiter par évaporation/déshydratation des

lixiviats de décharges de classe.

III. L’architecture de la serre :

Les principales constituantes de l’architecture de la serre sont la charpente et la toiture. En effet,

cette architecture est différente d’une serre à une autre selon le besoin du produit cultivé en lumière et en

température.

1. Charpente :

Le plus souvent, la charpente d’une serre est faite d’acier et d’aluminium. C’est en fait le

squelette de la serre. Elle est étudiée de manière à offrir le minimum d’ombre portée. En toiture, des

ouvrants dispensent l’aération nécessaire.

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La couverture translucide est généralement en verre, mais aussi en matière plastique (par

exemple : film en polyéthylène, rigide ou souple, généralement traité pour résister aux ultraviolets. Ce

film peut être armé pour augmenter sa résistance aux déchirements. Le verre est un matériau de meilleure

qualité car il laisse mieux passer la lumière tandis que les matières synthétiques deviennent de moins

translucides si elles ne le sont pas déjà (sauf dans le cas du polyester thermoplastique (PETG) qui offre

une transmission lumineuse supérieure au verre).

Le poids du matériel a aussi une certaine importance : il est plus facile d’installer une matière

plastique que du verre sur une toiture de serre. Il y a des toitures de toutes formes. Les toits en « V »

renversés sont les plus courants, il existe aussi des toits courbés, surtout utilisées pour les revêtements

souples. Il arrive que les serres rondes soient faites en verre mais le cout de telles serres est exorbitant.

Figure 2 : Serre à toiture en << V >>.

IV. Gestion du climat :

La maitrise du climat est la raison d’être des serres ; on peut créer un environnement idéal pour

la croissance des plantes. Sa gestion est souvent confiée à un ordinateur surtout si les unités de production

sont grandes, mais le cout de la gestion du climat (chaleur, humidité et lumière) dans les serres limite les

extrêmes.

1. Gestion de la température :

La gestion de la température des serres est contrôlée par la ventilation en cas d’excès. Si les

températures baissent à un niveau inférieur à celui accepté par la culture, on utilise de puissantes

chaudières au gaz naturel ou à fioul ou autre moyen de chauffage pour élever la température.

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La distribution des calories à l’intérieur de la serre se fait par convection grâce à des tuyaux

aériens, ou des aérothermes. La chaleur peut être distribuée en basse température (branché sur le retour du

chauffage) par des tapis sous les tablettes de culture pour apporter une chaleur de fond. Il est important

que les serres soient chauffées non seulement pour la température mais aussi pour que la couche de neige

et de glace empêchant la lumière d’entrer dans les serres fondes.

La température peut également être gérée automatiquement par l’utilisation de toile d’ombrage  ,

quand les rayons du soleil sont trop ardents, ces écrans atténuent une partie du rayonnement solaire durant

les périodes chaudes de la journée. À l’inverse, ils sont fermés la nuit pour piéger au niveau des cultures

la chaleur venant du sol. Dans certaines régions chaudes, on va baisser la température des serres au

moyen d’un rideau d’eau circulant dans des paillassons.

À l’opposé, de puissants ventilateurs qui extraient l’air de la serre pour créer une légère

dépression permettent d’aspirer l’air extérieur qui pénètre dans la serre au travers des paillassons

humides. Cette technique rafraichir l’air. Elle serait utilisable toute l’année en Palestine par exemple et

durant de courtes durées dans les régions plus froides connaissant des étés chauds comme le sud du

Canada ; l’été est trop court pour que le système de refroidissement soit rentable ; les ventilateurs sont des

outils clés pour rendre la température des serres uniforme.

2. Gestion de l’air :

Pour là l'humidité de l'air est directement liée à la température régnant dans votre serre. Plus elle

est élevée, plus l'air peut être humide. Cette quantité d'eau présente dans l'air s'exprime par un

pourcentage qui correspond à la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air par rapport à la saturation, à

une température donnée. Cette mesure se fait avec un hygromètre qui se lit comme un thermomètre. Il

existe maintenant des appareils électroniques qui indiquent directement ce pourcentage sur leur écran.

3. Gestion de la lumière :

La lumière peut être artificielle. Elle sert notamment à favoriser l’induction florale de certaines

espèces de plantes de jour long en rallongeant la durée du jour. A l’inverse, l’horticulteur peut choisir

d’occulter la lumière du jour pour en raccourcir la durée. L’utilisation la plus connue est celle pratiquée

pour faire fleurir les chrysanthèmes toute l’année.

V. Système de régulation des paramètres de la serre de culture :1. Introduction :

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De ce qui a précédé tout de ce chapitre, on voit bien que pour améliorer la culture, on aurait

besoin de respecter certaines normes dans la conception de cette dernière et aussi de créer une atmosphère

climatique qui serait fiable pour ce genre de culture.

Mais sachant que ces paramètres sont aléatoires et en variation continuelle, on désire alors

disposer d’un système de régulation qui, à chaque instant permettra de tenir compte de ces variations dans

le but de les ramener aux valeurs optimales exigées.

2. Système de fonctionnement global :

La régulation des paramètres climatiques qui règnent à l’intérieur de la serre demande, tout

d’abord, l’acquisition de ses différents paramètres grâce à des dispositifs d’instrumentation industrielles

« capteurs » qui convertissent les grandeurs physiques en tensions électriques avant d’entamer, par la

suite la régulation. Cette régulation est effectuée par l’intermédiaire de plusieurs dispositifs de commande

qui tendent à optimiser les valeurs captées et qui sont régies par différents types de programmation

(LADDER, C embarqué, ASSEMBLEUR embarqué, etc.…).

Le fonctionnement global du système part du principe d’un enchainement des différents rôles

effectués par les différents blocs qui sont liés entre eux par des connexions caractéristiques (connecteurs,

fils électrique et bus). En effet, ses différents blocs sont présentés tout d’abord par une carte de capteurs

qui collectent les informations issues du milieu serriste, ensuite l’information qui a subi la variation

transmettre par la suite au bloc de gestion de tâche qui gère cette variation et applique sa sortie les

instructions nécessaires qui vont assurer la régulation de ce paramètre par une injection de cette

commande à la terminale effectrice trouvant dans les circuits de commande.

3. Schéma fonctionnel :

Ce schéma fonctionnel nous permet de savoir les différents blocs de système :

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Figure 3 : schéma fonctionnel global

4. Explication du principe de fonctionnement :

Notre système comporte cinq grands blocs qui interagissent entre eux afin de permettre une

régulation des paramètres de la serre de culture.

Chaque partie du schéma fonctionnel précédent est destinée à accomplir une tâche précise. Tout

bloc est soumis à des entrées caractéristiques et à des sorties qui vont contribuer au fonctionnement des

autres blocs.

Tout d’abord, les systèmes détecte les différentes variations climatiques dans la serre et les

convertissent en tension grâce aux différents capteurs utilisées par le système et les transmet sous forme

de signaux au gestionnaire des tâches « microcontrôleur », qui va appliquer des consignes précises aux

entrées du dernier bloc qui est un bloc de commande.

Ce mode de fonctionnement à la chaine aboutira enfin à la régulation des paramètres climatiques

dans la serre de culture et qui sont considérés comme des entrées du système global, et à l’actionnement

des sorties effectrices commandées par le système et qui tendent à raffiner les données climatiques et les

ajuster aux valeurs optimales de ce genre de culture.

Une fois ces données fixées à l’optimum, le système tend à conserver cet état ambiant interne

par l’arrêt des sorties effectrices. Mais la supervision des variations des paramètres climatiques à

Page16

l’intérieur de la serre se poursuivra, ce qui va nous donner un fonctionnement en boucle et une régulation

en continue de ces paramètres.

Le fonctionnement global du système montre que chacune des différentes composantes est

indépendante des autres. Mais chaque partie aussi possède un fonctionnement caractéristique et particulier

qui doit être accompli soigneusement afin de garantir un bon comportement, fonctionnement et régulation

des paramètres dont dépend la serre de culture par le système.

VI. Conclusion :

Dans ce chapitre, Nous avons expliqué le principe de fonctionnement de la serre, la gestion du

climat ainsi que leur système de régulation de ses paramètres tout en expliquant le principe de

fonctionnement du schéma fonctionnel. Dans la suite, on a parlé dans le deuxième chapitre de structure

de fonctionnement de microcontrôleur PIC 16F877 et de l’importance de ce bloc.

Chapitre 2 :

Présentation du microcontrôleur :

PIC 16F877Page17

Chapitre 2 : Présentation du microcontrôleur : PIC 16F877

I. Introduction :

Comme déjà mentionné dans le premier chapitre, la carte est basée sur le bloc de

Microcontrôleur. La connaissance des différentes caractéristiques de ce composant va nous aider à mieux

concevoir notre montage. Les microcontrôleurs sont aujourd’hui implantés dans la plupart des réalisations

grand public ou professionnelles, ils génèrent au plus vite les applications. Il existe aujourd’hui des

nombreuses familles des microcontrôleurs.

La société Micro chip a mis au point dans les années dernières des microcontrôleurs CMOS et

PIC. Ce composant très utilisé à l’heure actuelle est compris entre la simplicité, rapidité d’emploi et le

prix de revient.

II. Les microcontrôleurs :

1. Généralités :

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Un microcontrôleur se présente comme étant une unité de unité de traitement de l’information

de type microprocesseur contenant tous les composants d’un système informatique, à savoir

microprocesseur, des mémoires et des périphériques (ports, trimmers, convertisseurs…).

Chaque fabricant a sa ou ses familles de microcontrôleurs. Une famille se caractérise par un

noyau commun (le microprocesseur, le jeu d’instruction…). Ainsi les fabricants peuvent présenter un

grand nombre de pins qui s’adaptent plus au moins à utiliser chaque membre, il faut connaitre juste ces

différences par rapport au père de la famille. Ces différences sont souvent, la taille des mémoires, la

présence ou l’absence des périphériques et leurs nombres.

Les microcontrôleurs améliorant l’intégration et le cout (lié à la conception et à la réalisation)

d’un système à base de microprocesseur en rassemblant ces éléments essentiels dans un seul circuit

intégré.

2. Domaines d’exploitation d’un microcontrôleur :

Les microcontrôleurs envahissent notre environnement sans que nous le sachions. Ces petits

composants se retrouvent de plus en plus dans tous les matériels que nous utilisons quotidiennement,

machine à laver mulot (sourie), ordinateur, téléviseur. Dotés d’une logique programmée ils sont capables

de réagir à l’environnement un peu à la machine d’automates programmables. Mais leurs propriétés ne se

limitent pas à offrir un certain nombre d’entrées sorties logique. Ils sont parfois dotés de fonctions

supplémentaires telles que convertisseur analogique numériques, horloges temps réel, contage

rapide….l’intérêt pour ces composants est directement fonction de leur prix. Plusieurs se partagent ce

marché citons INTEL, MOTOROLA, AMTEL, ZILOG, PHLIPS et MICROCHIP qui nous s’intéresse.

3. Structure de fonctionnement d’un microcontrôleur :

Un circuit microcontrôleur doit contenir dans un seul boitier tous les éléments de bases, nous y

retrouvons bien évidement l’unité centrale qui est plus simplifiée par rapport à celle du microprocesseur.

En contre partie, des instructions de manipulation de bits, très utiles pour faire des entrées / sorties lui ont

été ajoutées. Dans certains qui servent alors de mémoire vive comme l’indique la figure.

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Figure 4 : structure interne d’un microcontrôleur

Nous pouvons ensuite voir la mémoire morte mais ce n’est pas une obligation. En effet dans un

certain nombre de boitier et jusqu’à ces dernières années, cette mémoire ne pouvait qu’être programmée

par masque à la fabrication du circuit. Cela imposait donc l’utilisation potentielle du microcontrôleur pour

commander un nombre de pièces identiques important.

Un certain nombre de microcontrôleur étaient, et sont toujours d’ailleurs disponibles sans ROM.

Puis, les technologies d’intégration progressent, les fabricants ont appris à placer sur la puce de la

mémoire programmable électriquement et effaçable aux ultraviolets (UVPROM) qui coutent relativement

cher , non à cause de la mémoire elle-même dont la technologie est maintenant facile à produire, mais

plutôt à cause de la fenêtre en quartz nécessaire à son effacement, on a vu également des microcontrôleurs

dits OTPROM.

Dans ces circuits ou OTPROM (ONE TIME PROM), c'est-à-dire programmable une fois, la

mémoire UVPROM existe toujours dans ce programme donc comme n’importe quel circuit de ce type,

mais, fait de l’absence de toute fenêtre, cette mémoire n’est ensuite plus effaçable. C’est une solution

intéressante pour les productions en petite série, ne justifiant pas une programmation par masque. En

effet, du fait de l’absence de fenêtre, ces versions OTPROM sont disponibles en boitier plastique très peu

couteux.

III. Avantages et inconvénients du microcontrôleur :

1. Les avantages :

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L’utilisation des microcontrôleurs pour les circuits programmables à plusieurs points forts et

réels. Il suffit pour s’en persuader, d’examiner la spectaculaire évolution de l’offre des fabricants de

circuits intégrés en ce domaine depuis quelques années.

Tout d’abord, un microcontrôleur intègre dans un seul et même boitier ce qui avant nécessitait

une dizaine d’éléments séparés. Il résulte donc une diminution évidente de l’encombrement de matériel et

de circuit imprimé.

Cette intégration a aussi comme conséquence immédiate de simplifier le tracé du circuit

imprimé puisqu’il n’est plus nécessaire de véhiculer des bus d’adresse et de donnée d’un composant à un

autre. Le microcontrôleur contribue à réduire les couts à plusieurs niveaux :

Moins cher que les autres composants qu’il remplace.

Diminuer les couts de main d’œuvre.

Réalisation des applications non réalisables avec d’autres composants.

2. Les inconvénients :

Le microcontrôleur est un système de développement onéreux et pour le programmer il faut un

matériel bien adapté.

IV. Généralités sur pic :

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 la quelle on a ajouté des périphériques internes permettant de

réaliser des montages. Les Pics (Programmable Interface Controller) sont des composants dits RISC

(Reduce Instructions Set Computer), ou encore composant à jeu d’instruction réduit, sachant que plus on

réduit le nombre d’instruction plus facile et plus rapide en est le décodage, et vite le composant

fonctionne.

Dans le marché, il existe deux familles opposées, les RISC et les CISC (Complexe Instruction

SET Computer) chez les CISC, on diminue la vitesse de traitement mais les instruction sont plus

complexes, plus puissantes, et donc plus nombreuses. Il s’agit donc d’un choix de stratégie.

Tous les pics MID-Range ont un jeu de 35 instructions, ils stockent chaque instruction dans un

seul mot de programme, et exécutent chaque instruction (Sauf les sauts) en un cycle. On atteint donc des

très grandes vitesses. L’exécution en un seul cycle est typiques des composant RISC.

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L’horloge fournie au pic est pré-divisée par quatre au niveau de celle-ci. C’est cette base de

temps qui donne le temps d’un cycle.

Si on utilise par exemple un quartz de 4 MHZ, on obtient donc 100000 cycles/Secondes, comme

le pic exécute pratiquement l’instruction par cycle hormis les sauts, cela nous donne une puissance de

l’ordre de 1 MIPS (1 Millions d’instructions par secondes). Les pics peuvent monter à 20 MHZ.

1. Les différentes familles des Pics :

La famille des pics est divisée à l’heure actuelle en trois grandes familles :

La famille Base – Line : qui utilise des mots d’instructions de 12 bits.

La famille Mide – Range : qui utilise des mots de 14 bits (et dont font la partie les

16F8 et 16F876).

La famille High – End : qui utilise des mots de 16 bits.

Notre PIC 16F877 appartient à la famille Mid-Range

2. Identification d’un Pic :

Pour identifier un pic, on utilise simplement son numéro. Les deux premiers chiffres indiquent la

catégorie du pic, 16 indique un pic Mide – Range, vient ensuite une lettre L : celle – ci indique que le pic

peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante, ensuite on trouve :

C indique que la mémoire programmable est une EEPROM.

CR pour indique une mémoire de type ROM.

F pour indiquer une mémoire de type FLASH.

Notons à ce niveau que seule une mémoire FLASH ou EEPROM est susceptible d’être effacée,

donc n’espérons pas reprogrammer les pics de type CR. Un composant qu’on ne peut reprogrammer est

appelé O.T.P (One Time Programing) : composant à programmation unique.

Puis viennent les derniers chiffres identifient précisément le pic.

Finalement on voit sur les boitiers le suffixe «  XX » dans lequel XX représente la fréquence

d’horloge maximale que le pic peut recevoir. Par exemple -04- pour un 4MHZ.

Une dernière indication qu’on trouve est le type de boitier.

Nous utilisons pour nos expériences le boitier PDIP, qui est un boitier Dil40 broches avec un

écartement entre les rangées de 0,3. La version 4MHZ sera simplement suffisante.

Page22

Notons que les pics sont des composants STATIQUES, c'est-à-dire la fréquence d’horloge peut

être abaissée jusqu’à l’arrêt complet sans perte des donnés et sans dysfonctionnement, ceci par opposition

aux composant DYNAMIQUES (comme les microprocesseurs de l’ordinateur) donc la fréquence

d’horloge doit rester dans des limites précises.

Pour notre application et vu les caractéristique répondant le mieux a notre besoin on choisie le

pic 16F877.

3. Identification du pic 16F877 :

Le choix du microcontrôleur : pourquoi le PIC16F877 ?

Le choix d’un microcontrôleur est primordiale car c’est de que dépendent en grande partie des

performances, la taille, la facilité d’utilisation et le prix du montage.

Le PIC 16F877 possède en plus des instructions très puissantes donc un programme à

développer réduit, surtout lorsqu’on utilise le logiciel de programmation micro pascal qui possède un

nombre important de procédures et fonctions prédéfinit et dédié au PIC 16F877.

V. Le microcontrôleur PIC 16F877 :

Nous allons maintenant s’intéresser à la structure interne du PIC 16F877, avec lequel nous

avons travaillé. Le 16F877 est un microcontrôleur de MICROCHIP, fait partie intégrante de la famille

des Mid Range (16) dont la mémoire programme est de type flash (F).

Figure 5 : photo du microcontrôleur

Et la figure nous permet de savoir les différentes broches de ce PIC.

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Figure 6 : Brochage du microcontrôleur PIC 16F877

Le Pic 16F877 est constitué de :

Une mémoire programme de type EEPROM flash de 8k.

Une RAM donnée de 386 octets

Une mémoire EEPROM de 256 octets

5 ports d’entrée sortie, A, B, C, D et E

Un convertisseur Analogique numérique 10 bits à 8 canaux

Trois TIMERS TMR0, TMR1, TMR2

Un chien de garde

13 sources d’interruption

Jeux de 35 instructions.

1. Organisation de la mémoire du 16F877 :

La mémoire du 16F877 est divisée en 3 parties :

La mémoire programme

La mémoire programme est constituée de 8k mots de 14bits .c’est dans cette zone que nous allons

écrire notre programme. Le PIC exécute une à une les instructions logées dans la mémoire de programme.

La mémoire EEPROM :

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La mémoire EEPROM (Electric al Ecrasable Programmable Read Only Memory), est

constituée de 256 octets que nous pouvons lire et écrire depuis pour conserver des paramètres semi-

permanents.

La mémoire RAM et organisation :

La mémoire RAM est celle que nous allons sans cesse utiliser. Toutes les données qui y sont

stockées sont perdues lors d’une coupure de courant.

La mémoire RAM disponible du 16F877 est de 368 octets. Elle est répartir de la manière

suivante :

1) 80 octets en banque 0

2) 80 octets en banque 1

3) 96 octets en banque 2

4) 96 octets en banque 3

5) 16 octets en banque 4

1. Les particulières des ports :

Le pic 16F877 dispose de 5 ports entrée/sortis et voici par suite les particularités de chaque

port :

Le port A :

Il est formé de six pins donc six entré/sorties numérotées de RA0 à RA5 qui peuvent être

utilisées comme des entrées pour le convertisseur Analogique Numérique ou utilisé pour le TIMERO,

dans ce dernier cas le pin RA4 sera utilisé comme entrée pour configurer TOCKI est de type drain ouvert.

On peut utiliser ce port, soit pour la conversion analogique/numérique, soit en mode (I /O).

Le port B :

Rien de particulier à dire sur ce port, qui possède 8 pins d’entrées/sorties classiques numérotées

de RB0 à RB7. On note que le pain RB0 est de types « Trigger de Schmitt » quand elle est utilisée en

configuration d’entrée et en mode interruption « INT ». La lecture simple de RB0 se fait, de façon tout à

fait classique, en entrée de types TTL.

Le port C :

Tout d’abord au niveau programmation, c’est un port tout ce qu’il ya de plus classique,

comportant 8 pins de RC0 à RC7. On trouve donc un registre TRISC localisé dans la banque1, qui permet

de décider quelles sont les entrées et quelles sont les sorties.

Le port D :

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Ce port n’est présent que sur les PIC 16F877. Il fonctionne de façon identique qu’autres, dans

son mode de fonctionnement générale. Les 8 pins I/O, en mode entrée, sont de type « Trigger de

Schmitt ». Ce port est très utilisé en mode parallèle esclave (salve).

Le port E :

Ce port n’est présent que sur les PIC 16F877. Il ne comporte que 3 pins RE0 à RE2. Les pins

REX peuvent également être utilisés comme pins d’entrée analogique. D’où le registre ADCON1 qui

détermine si ce port est utilisé comme port I/O ou comme port analogique.

2. Le convertisseur analogique/ numérique :

Le CAN est un périphérique intégré destiné à mesurer une tension et la convertir en nombre

binaire qui pourra être utilisé par un programme.

Notre 16F877 travaille avec un convertisseur analogique/ numérique qui permet un échantillonnage sur

10 bits. Le signal numérique peut donc prendre 1024 valeurs possibles. Le module de conversion comme

l’indique la figure utilise 4 registres disposés comme suit :

Registre de Résultat High (ADRESH)

Registre de Résultat LOW (ADRESL)

Registre de Contrôle (ADCON0)

Figure 7 : module du convertisseur

On voit très bien sur ce schéma que les pins AN2 et AN3 servent selon la position du sélecteur

d’entrée analogique ou de tension de référence. Le sélecteur de canal permet de sélectionner lequel des 8

canaux va être appliqué au convertisseur analogique/digital.

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Les registres ADRESL et ADRESH

On attire votre attention sur le fait que le convertisseur donne un résultat sur 10 bits, et donc que

ce résultat devra donc obligatoirement être sauvegardé dans 2 registres. Ces registres sont tout

simplement les registres ADRESL et ADRESH. Comme 2 registres contiennent 16bits, et que n’en

utilisons que 10.

Les registres ADCON1

Ce registre permet de déterminer le rôle de chacune des pins AN0 à AN7. Il permet donc de

choisir si un pin sera utilisé comme entrée analogique, comme entrée/sortie standard, ou comme tension

de référence. Il permet également de décider de la justification du résultat.

Le registre ADCON0

Ce registre est le dernier utilisé par le convertisseur analogique/numérique. Il contient les bits

que nous allons manipuler lors de notre conversion. Sur les 8 bits de notre registre, 7 seront utilisés.

3. MCLR :

Entrée de remise à zéro, lorsque cette entrée est mise à l’état bas, le microcontrôleur est

réinitialisé : il va exécuter l’instruction se trouvant à l’adresse 00H

Mais aussi lorsque le microcontrôleur est mis sous tension il est préférable que RESET soit à

l’état logique 0 pendant un temps très court c’est le rôle du circuit RC.

4. L’oscillation :

L’horloge est un système qui peut être réalisée soit avec un QUARTZ, soit avec une horloge

extérieur, soit avec un circuit RC, dans ce dernier la stabilité du montage est limitée.

La fréquence maximale d’utilisation va dépendre de Microcontrôleur utilisé. Le suffixe indiqué

sur le boitier donne la nature de l’horloge à utiliser et sa fréquence maximale.

5. Schéma Bloc du PIC 16F877 :

Le schéma de la figure nous permet de savoir l’emplacement de chaque composant interne ou

externe du PIC et il nous permet de savoir le déplacement et des informations entre les différents

registres.

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Figure 8 : schéma interne du PIC 16F877

VI. Conclusion :

Dans ce chapitre, On a pu montrer l’importance d’utiliser les microcontrôleurs tout en expliquant

le mode de fonctionnement, les avantages et les inconvénients. Par la suite, on va considérer dans le

troisième chapitre la structure interne des différents blocs de la carte.

Page28

Chapitre 3 :

Etude et conception Du système de

Régulation des paramètres climatiques

De la Serre de culture

Page29

Chapitre 3 : Etude et conception du système de Régulation des

Paramètres climatiques de la Serre de culture

I. Introduction :

Ce chapitre donne une description détaillée de la solution adoptée pour répondre à la

spécification du cahier de charge et en abordant la conception détaillée de chaque partie du système de

régulation afin d’obtenir une schématisation complète et précise.

II. Présentation et fonctionnement de la carte de système de régulation des

paramètres de la serre de culture :

Comme il est indiqué précédemment, le but de notre projet est de réaliser une carte permettant le

réglage des paramètres (la température, l’humidité et la lumière) selon le type de plante, le paramétrage

des données climatiques pour avoir une meilleure production ainsi que l’affichage a travers un afficheur

LCD dont on peut visualiser et contrôler les différents paramètres de la serre. La carte de commande doit

se faire avec le microcontrôleur 16F877 comme nous l’avons expliqué dans le deuxième chapitre.

La carte comme indique la figure du schéma fonctionnel global est munie de plusieurs unités qui

assurent le bon fonctionnement de la carte de régulateur des paramètres d’une serre de culture variable.

Rappelons que les principaux blocs de ce système sont :

Une carte d’alimentation « alimentation stabilisée ». Ce bloc a le but de générer la tension

pour les diffèrent blocs de la carte électronique.

Un microcontrôleur PIC 16F877 qui génère tous les traitements et les liaisons entre les

différents blocs de la carte.

Un afficheur LCD (2 lignes, 16 caractères) qui permet d’afficher les résultats de mesures, la

date et l’heure de réglage faisant intervenir le microcontrôleur PIC.

L’ensemble des capteurs est un bloc de détection qui est composé d’un détecteur de la

température, d’humidité et de la lumière.

Circuit de mémorisation et de stockage qui permet de prendre en charge les heures, minutes,

secondes, jours et mois de manière autonome avec une grande précision.

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Bloc de commande qui permet de transformer les signaux numériques en signaux pouvant

effectivement alimenter les équipements de la serre (les ouvrants, le chauffage et les lampes).

III. Analyse de la carte :

1. Bloc d’alimentation :

L’alimentation de la carte électrique est une partie intéressante et essentielle pour notre projet.

En effet, la carte d’alimentation doit fournir des tensions stabilisées 12V, 5V.

En plus les PIC sont des composantes très sensibles à la fluctuation de la tension qui peut

l’endommager pour cela on a assuré une bonne stabilité de la tension d’entrée de notre PIC.

Une alimentation "classique" moderne comporte toujours:

Un pont redresseur (diodes en pont de Graëtz), qui fournit en sortie une tension

non plus alternative mais redressée.

Une où des capacités de filtrage, qui réduisent l'ondulation de la tension issue du

pont redresseur.

Un régulateur de tension, fixe ou variable, dont le rôle est de stabiliser le potentiel à

une certaine valeur.

a. Présentation de la carte d’alimentation:

Cette alimentation est très simple qui convient avec une grande catégorie de montages, qu’ils

soient du type analogique ou numérique.

La présente réalisation fait appel à un régulateur de tension fixe, le courant que l’on peut tirer de

cette alimentation est directement lié au type de régulateur utilisé qui est ici de 1A.

On utilise pour cela le montage proposé sur la figure 9 qui est composée de: huit capacités C,

Pont de diode et deux régulateurs.

b. Le choix des différents éléments :

L’alimentation de la PIC, l’afficheur, l’horloge, les capteurs et EEPROM se fait à laide d’une

alimentation stabilisée de 5V et pour l’alimentation de la partie commandent ce fait à l’aide d’une

alimentation stabilisée de 12V, on se base sur le choix des composantes suivantes :

Choix du régulateur :

L’utilisation d’un régulateur de tension est très facile à mettre en œuvre, très fiable, peu onéreux,

un régulateur de tension intégré est un composant à semi-conducteur dont le rôle consiste à rendre quasi

Page31

continue une tension qui présente une ondulation (issue d'un pont redresseur, dans notre alimentation) et à

stabiliser sa valeur.

Dans notre choix, on se tourne vers des régulateurs "tous usages", à la fois performants, fiables

et à prix de revient acceptable : série 78XX.

Figure 10 : symbole d’un régulateur 78XX

On choisit le régulateur 7805 pour la stabilisation de 5V et le régulateur 7812 pour la stabilisation de 12V.

c. Connexion de bloc d’alimentation sur la carte

Figure9 : Montage de l’alimentation stabilisée à +12V et +5V.

2. Bloc de détection :

Ce bloc sous forme de trois cartes de capteurs : température, humidité et lumière qui permet de

savoir les différentes variations des paramètres climatiques à l’intérieur de la serre, ces dispositifs

permettraient de convertir les grandeurs physiques qui règnent dans le milieu interne en tension.

a. Généralités sur les capteurs :

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Définition :

Un capteur est un dispositif qui transforme l’état d’une grandeur physique observée en une

grandeur exploitable par la partie commande. Le capteur est au minimum constitué d’un transducteur.

L’information délivrée par un capteur pourra être logique (2 états), numérique (valeur discrète),

analogique (dans ce cas il faudra adjoindre à la partie commande un module de conversion analogique

numérique).

Figure 10 : Structure d’un capteur

Classification :

On distingue deux types de capteurs en vue de leurs utilisations dans des circuits électroniques.

En effet vue de sa sortie il peut être considéré comme :

Un générateur, S étant alors une charge, une tension ou un courant. On parle alors des capteurs

actifs.

Une impédance, S étant une résistance, une inductance ou une capacité. On parle alors de capteurs

passifs.

Les capteurs passifs :

IL s’agit d’impédance dont l’un des paramètres déterminants est sensible aux mesurandes.

Dans l’expression littérale d’une impédance sont présents des termes liés :

d’une part à sa géométrie et à ses dimensions. Elles peuvent varier si le capteur comporte

un élément mobile ou un élément déformable.

D’autre part aux propriétés électriques des matériaux : résistivité, perméabilité magnétique

µ, constante diélectrique.

Voici un tableau qui associe les grandeurs physiques et les matériaux qui réagissent à ces

phénomènes :

Page33

Tableau 1 : les grandeurs physiques et les matériaux pour le capteur passif

Les capteurs actifs :

Le principe des capteurs actif repose sur la conversion de l’énergie de la mesurande en une

énergie électrique, par exemple mesurable grâce à un voltmètre, par un matériau bien défini. On peut

regrouper dans un tableau les effets les plus utilisés :

Tableau 2 : les grandeurs physiques et les matériaux pour le capteur actif

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Mesurande CaractéristiquesElectriques sensible

Types de matériauxUtilisés

Température Très basse température

RésistivitéConstante diélectrique

Métaux : platine, nickel, cuivre, Semi-conducteurs. Verres

Flux de Rayonnement Optique

Résistivité Semi-conducteurs.

Déformations RésistivitéPerméabilitéMagnétique

Alliage de Nickel, silicium dopé.Alliages ferromagnétiques.

Positions Résistivité Matériaux magnéto résistants :Bismuth antimoniureD’indium.

Humidité Résistivité Constante diélectriqueNiveau Constante diélectrique Liquides isolants

Mesurande Effet utilisé Grandeur de sortie

Température Thermoélectricité Tension

Flux de rayonnement optique

Force

Pression

Accélération

Pyroélectricité

Photo émission

Effet photovoltaïque

Effet photo

électromagnétique

Piézoélectricité

Charge

Courant

Tension

Tension

charge

Vitesse Induction

Electromagnétique

Tension

Position Effet hall Tension

Critères de choix d’un capteur :

On caractérise un capteur selon plusieurs critères dont les plus courants sont :

L’étendue de la mesure : c’est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus

grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur.

La sensibilité : c’est la plus petite variation d’une grandeur physique que peut détecter un

capteur.

Exemple : le capteur de température LM35 a une sensibilité de 10mV /°C.

La rapidité : c’est le temps de réaction d’un capteur entre la variation de la grandeur

physique qu’il mesure et l’instant ou l’information prise en compte par la partie

commande.

La précision : c’est la capacité de répétitivité d’une information position, d’une vitesse,…

La linéarité 

b. Le capteur de température LM35 :

De toutes les grandeurs physiques, la température est certainement l’une de celles dont la

mesure est la plus fréquente. Parmi les points forts de ce capteur, mentionnons sa consommation très

faible (de l’ordre de 60 µA), D’où une puissance dissipée également très faible, et sa linéarité qui

demeure excellente sur toute plage de sensibilité. Cette plage va de -40°C à +110°C pour les LM35C et

de 0°C à 100°C pour les LM35D.

Décliné en plusieurs versions, le LM35 est un circuit intégré calibré en usine pour être utilisé

comme capteur de température de précision. Sa principale particularité tient en ceci que sa tension de

sortie V out est linéairement proportionnelle à la température exprimée en degrés Celsius. Plus

exactement, la tension de sortie V out augmente de 10mV chaque fois que la température augmente de

1°C.

Voyons à quoi ressemble le LM35, qui existe sous différents boitiers et sous de multiples

références, que l’on distingue grâce au suffixe.

Voici le brochage de différentes versions du LM35, disponible sous trois boitiers différents :

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Figure 12 : Brochages de plusieurs versions de LM35

Le capteur LM35DZ :

Dans notre application, nous choisissons le capteur LM35DZ. Il est un capteur de température

compacte de National Semi-conducteur. Ce circuit intégré comporte 3 broches et génère une tension de

sortie en relation linéaire avec la température exprimée en degrés Celsius. Le facteur d’échelle adopté est

de 10,0 mV/°C avec une non-linéarité est de +/-0,25%.L’étalonnage par laser effectué en usine permet la

production d’un capteur à un prix adorable en dépit de sa très bonne précision.

Il n’est pas nécessaire de ce fait de procéder à un réglage externe. Vu sa consommation de

courant propre très faible, moins de 60 mA, l’échauffement intrinsèque de ce composant est minimal.

D’après le fabricant, la dérive maximale due à cet échauffement est, en l’absence de circulation

d’air, de 0,08°C, c'est-à-dire négligeable la tension d’alimentation admissible va de 4 à 30V.

Les principales caractéristiques du capteur température LM35DZ sont détaillées dans ce

tableau :

Tableau 3 : caractèristique électrique de LM35DZ

On trouve, comme indique cette figure, une série de 3 broches aux rôles suivant :

Broche 1 : alimentation du capteur.

Broche 2 : sortie du potentiel proportionnel à la température.

Broche 3 : masse du capteur.

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Plage de la tension

D’alimentation

0,2 v à 35 v

Sensibilité 10mv/°C

Précision +/-0,5°C (à 25°C)

Type de boitier To 92

Figure 13 : brochage de LM35 Figure 14 : photo de LM35

Connexion de LM35 sur la carte :

Figure 15 : Montage de capteur LM35 sur le PIC

c. Capteur d’humidité :

Les capteurs Honneywells HIH4000 séries sont les capteurs d’humidité robustes la contribution

directe à un microcontrôleur ou un autre appareil est rendue possible par la tension de sortie des linéaires.

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Figure16 : photo de HIH4000

Le capteur d’humidité HIH-4000 se présente sous boitier à souder SIP (à une rangée de

broches). Sa construction est multicouche chimiquement résistante et voici par suite les principales

caractéristiques :

Tension linéaire produite contre %RH.

Interchangeabilité équilibrée par laser.

Basse conception de puissance.

Exactitude élevée.

Temps de réponse rapide.

Longue durée de vie.

Le capteur dispose 3 broches et voici par suite la désignation de chaque broche :

Broche 1 : masse de capteur

Broche 2 : sortie du potentiel proportionnel à l’humidité

Broche 3 : alimentation du capteur

Connexion de capteur d’humidité sur la carte :

Dans la réalisation de la carte, on a utilisé un potentiomètre au lieu du capteur HIH4000, à cause

du cout très élevé du composant.

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Figure 17 : Montage de capteur d’humidité sur le PIC

d. Capteur de lumière LDR (light Dépendant Resistance) :

Les capteurs de lumière sont des composants qui réalisent la conversion d’un signal lumineux en

signal électrique. Pour pouvoir utiliser un capteur de lumière, il est nécessaire de connaître les variations

d’une grandeur physique caractéristique du phonocapteur en fonction de l’éclairement, c’est-à-dire

réaliser l’étalonnage de ce capteur.

La photorésistance ou light dépendant résistor LDR est un conducteur ohmique dont la

Resistance dépend de l’éclairement qu’elle reçoit son symbole est :

Figure 18 : Symbole de LDR

Une résistance dépendante de lumière est un dispositif avec une résistance qui varie en fonction

De la quantité de lumière tombant sur sa surface.la résistance diminue avec l’augmentation de l’intensité

de lumière incidente, et réciproquement. En l’absence de lumière LDR présenté une la résistance de

l’ordre de mégas-ohms, qui diminue à quelques dizaines d’ohms, en présence de lumière. Il peut agir

comme un capteur, depuis une chute de tension variable peut être obtenu conformément à la lumière

variable. Il est composé de sulfure de cadmium (CdS).

Figure 19 : photo de LDR

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Connexion de capteur de lumière sur la carte :

Figure 19 : Montage de capteur LDR sur le PIC

e. Connexion de bloc de détection sur la carte :

Figure 20 : Montage de bloc de détection sur le PIC

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3. Bloc d’affichage :

Concernant l’affichage on a utilisé un afficheur LCD (2 lignes et de 16 caractères), un afficheur

LCD se présente sous la forme suivante :

Figure 21 : photo d’un afficheur LCD

Au –dessus de l’écran à cristaux liquides proprement dit, on trouve une série de 14 broches aux rôles suivant :

Broche 1 : masse 

Broche 2 : VCC

Broche 3 : luminosité

Broche 5, R/W : sélection du mode lecture ou écriture : 0 écriture; 1 lecture

Broche 6, E : commande des opérations d’écriture ou de lecture

Broche 7 à 14 : utilisées pour le transfert des données ou des instructions. Le transfert peut

se faire sur 8 bits, toutes les broches sont alors utilisées, ou sur 4 bits, dans ce cas, seules les

broches 11 à 14 sont utilisées.

a. Fonctionnement :

Un afficheur LCD est capable d’afficher tous les caractères alphanumériques usuels et quelques

symboles supplémentaires. Pour certains afficheurs, il est même possible de créer ses propres caractères.

Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu’il faut envoyer sur les lignes D0 à D7

broches 7 à 14. Ces lignes sont aussi utilisées pour la gestion de l’affichage avec l’envoi d’instructions

telles que l’effacement de l’écran, l’écriture en ligne 1, le sens de défilement du curseur.

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Ils sont très utilisés dans les montages à microcontrôleur et permettent une grande convivialité.

Ils peuvent aussi être utilisés lors de la phase de développement d’un programme, car on peut facilement

y afficher les valeurs de différentes variables.

b. Connexion de l’afficheur sur la carte :

Figure 22 : Montage de l’afficheur LCD sur le PIC

4. Bloc de mémorisation et de stockage :

Ce bloc de mémorisation et de stockage est permis de prendre en charge les heures, minute,

seconde, jours et moi de manière autonome avec une grande précision, on utilise pour cela le montage

proposé sur la figure celui composé:

a. EEPROM 24C256 : (Electrically-Erasable programmable Read-Only Memory)

C’est un circuit intégré qui va permettre de porter la capacité de mémorisation à 8 kilos octets,

ce qui est déjà plus confortable. Il est constitué de trois pins d’adresse, de deux pins assurant la

communication des données (SDA : signal Data et SCL Signal Clock) et d’un pin WP permettant s’il est

connecté à VCC d’inhiber les opérations d’écriture.

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Figure 23 : Schéma de brochage d’EEPROM

b. PCF8583 : (Clock/Calendar with 240 x 8-bit RAM)

Le PCF8583 est un circuit horloge / calendrier c'est-à-dire en mode de 24 heures et sur une

période de vingt quatre ans, il possède une sortie d’interruption et de la RAM qui possède 232 octets

disponibles en plus de ceux de sa propre fonction. Seuls les 15 premiers octets sont utilisés par l'horloge,

le reste de la mémoire est disponible comme zone de stockage mémoire. Pour mettre à jour l'horloge, il

suffit d'écrire les bonnes valeurs aux 8 premières adresses de cette mémoire.

constitué par un quartz horloger cylindrique de 32,768 khz et d'un condensateur ajustable VC1.

Ce dernier permet de corriger très légèrement la fréquence de résonance du quartz afin de rattraper les

dérives éventuelles de  de l'horloge sûre de longues périodes de fonctionnement. Ce capteur dispose 8

broches et voici par suite la description de chaque broche :

Broche 1 : entrée oscillateur, 50 Hz ou événement d'impulsions d'entrée

Broche 2 : sortie oscillateur

Broche 3 : entrée adresse

Broche 4 : VSS

Broche 5 : SDL (Serial Data Line)

Broche 6: SCL (Serial Clock Line)

Broche 7: actif au niveau bas

Broche 8: VDD

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Figure 24 : Schéma de brochage de PCF8583

c. Connexion de bloc de mémorisation et de stockage sur la carte :

Figure 25: Montage de bloc de mémorisation sur le PIC

5. Bloc de commande 

Ce bloc permet de commander un relais à travers un circuit intégré ULN 2803 qui commute

l’alimentation du relais pour le basculer de l’état de repos à l’état à l’état excité. On utilise pour ce bloc

les composants suivants :

a. ULN 2803 :

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ULN2803 est un circuit intégré qui a le rôle de transformer les signaux numériques en des

signaux pouvant effectivement alimenter les équipements de la serre (les ouvrants, le chauffage et les

lampes). Il est composé de 8 Darlington (deux transistors NPN montés en cascade) de puissance et de

diodes de protection.

Figure 26 : Schéma de brochage Figure 27 : structure interne de l’ULN2803

b. Relais électromécanique :

Un relais électromécanique est un organe électrotechnique permettant la commutation de

liaisons électriques. Il est chargé de transmettre un ordre de la partie commande à la partie puissance d'un

appareil électrique et permet, entre autres, un isolement galvanique entre les deux parties.

Un relais électromécanique est doté d'un bobinage en guise d'organe de commande. La tension

appliquée à ce bobinage va créer un courant, ce courant produisant un champ électromagnétique à

l'extrémité de la bobine (il ne s'agit ni plus ni moins que d'un électro-aimant). Ce champ magnétique va

être capable de faire déplacer un élément mécanique métallique monté sur un axe mobile, qui déplacera

alors des contacts mécaniques.

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Figure28 : Schéma de relais électromécanique Figure 29 : photo du relais électromécanique

La figure au dessous nous permet de savoir le brochage du relais électromécanique et voici la

description de chaque lettre :

lettres C (Commun)

lettres R (Repos)

lettres T (Travail).

lettres COM (Common - Commun)

lettres NO (Normaly Opened - Normalement Ouvert)

Lettres NC ou NF (Normaly Closed, Normalement Fermé).

Figure 30 : Brochage du relais électromécanique

c. Principe de fonctionnement de ce bloc :

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Si une tension délivrée par le PIC (5V), l’ULN2803 se comporte comme un interrupteur fermé

et par suite le relais devient alimenté. Comme le relais est constitué d’une bobine lorsqu’elle est sous

tension attire par le phénomène électromagnétique qu’une armature ferromagnétique qui déplace les

contacts.

d. Connexion de bloc de commande sur la carte :

Figure 31: Montage de bloc de commande sur le PIC

IV. Conclusion :

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Nous avons présenté, dans ce chapitre, une étude conceptrice de notre système de régulation en

détaillant les différents blocs de la conception avec une étude pour chaque bloc, en effet nous avons défini

les différents composants utilisés pour la réalisation de la carte.

Dans le prochaine chapitre nous allons décrire les différentes étapes pour la conception de la carte en présente les différents logiciels utilisés.

Chapitre 4 :

Réalisation Pratique de la carte

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Chapitre 4 : Réalisation Pratique de la carte

I. Introduction :

Après avoir décrit les étapes de la conception au troisième chapitre, dans ce chapitre on va

s’intéresser à la réalisation de la carte de régulation qui doit comporter une alimentation stabilisée, les

capteurs, Un microcontrôleur, un afficheur LCD, EEPROM 24C256, PCF8583, ULN 2803, Un relais

électromécanique, Diode LED. Dans une deuxième partie on va décrire l’outil utilisé pour le

développement et la programmation de notre programme.

II. Réalisation de la carte :

Afin de réaliser les cartes, j’ai choisi l’environnement (ISIS) qui nous aide pour la saisie et la

simulation. Ce logiciel, de sa bibliothèque vaste, nous facilite le choix des composants par une simple

manipulation.

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Figure 32 : Environnement de travail d’ISIS

Une fois les schémas électriques sont préparés, je passerai pour la réalisation des typons à l’aide

de l’ARES qui est un logiciel faisant intégrer les schémas.

Figure 33 : Environnement de travail d’ARES

III. Programme de test :

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J’ai proposé ici un programme de test qui permet de vérifier l’ensemble des fonctions de la carte

et de s’assurer de leur bon fonctionnement.

1. Environement & Développement «  MIKROPASCAL » :

Le « Mikropascal » est un compilateur pour PIC Conçu par la société.

« Mikroelektronika », le compilateur PASCAL nouvelle génération « Mikropascal » pour

microcontrôleurs PIC bénéficie d’une prise en main très intuitive et d’une ergonomie sans coupure. Ces

très nombreux outils intégrés (mode simulateur, terminal de communication, gestionnaire 7 segments,

analyseur statique, correcteur d’erreur, explorateur de code….).associé à sa capacité à pouvoir gérer la

plupart des périphériques rencontrés dans l’industrie (Bus I2C, 1Wire, SPI, RS485, Bus CAN, cartes

compact Flash, signaux PWM, afficheurs LCD et 7 segments…)

C’est un outil de développement assuré et puissant ; riche des dispositifs pour des

microcontrôleurs de la famille PIC. Il est conçu pour fournir des solutions plus faciles que possibles pour

des applications qui de développent pour les systèmes à microcontrôleur. Il contient un large ensemble de

bibliothèque des matériels, des composantes et la documentation complète.

2. Description du logiciel « MIKROPASCAL » :

Figure 37 : Description de l’interface du logiciel MikroPascal

Le compilateur Mikropascal nous permet de développer rapidement des applications

complexes :

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Ecrire le code source de Pascal en utilisant de rédacteur intégré de code (les aides de code

et de paramètre, Accentuer de syntaxe, correction automatique, etc.…).

Employer les bibliothèques Mikropascal incluses pour accélérer nettement le

développement : acquisition de données, mémoire, affichage, conversions.

Surveiller la structure de programme, variables, et fonctions dans l’explorateur de code.

Inspecter l’écoulement de programme et de corriger la logique exécutable avec le

programme de mise au point intégré.

IV. Logiciel de conception et simulation << ISIS >> 

1. Définition :

La conception assistée par ordinateur, est un large domaine ou réside plusieurs logiciels des

quels on a choisi ISIS.

ISIS est au cœur du système Porteus, et il est bien plus que juste un autre paquet schémas. Il

combine un puissant environnement de conception avec la possibilité de définir la plupart des aspects du

dessin apparence. Nous avons besoin d’une entrée rapide de la complexité et de la simulation pour la

conception des circuits imprimés, ou la création de schémas attrayants pour publication, ISIS est l’outil

pour l’emploi.

C’est un logiciel très facile à manipuler et à comprendre, c’est pour cela que nous l’avons choisi,

d’ailleurs, nous avons réservé quelques pages pour décrire son fonctionnement.

2. Description de logiciel << ISIS >> :

Apres l’installation de notre logiciel, on lance l’éditeur ISIS. Au sommet de l’écran se trouve la

barre de menu dans la quelle il y’a certaines fonctions et icones qu’on va choisir parmi eux qu’il nous

faut.

Ce logiciel nous permet de dessiner des schémas de haute qualité, notamment en donnant la

possibilité de contrôler parfaitement l’apparence du dessin : largeurs de lignes, styles de remplissage,

couleurs et polices, etc.…..

Nous pouvons ainsi produire des schémas attrayants tels que ceux publiés dans les magazines.

Une fois notre schéma est terminé. Nous pourrons l’exporter dans un fichier graphique ou le copier dans

le presse-papiers pour l’incorporer dans d’autres documents.

L’interface utilisateur de l’éditeur de schémas ISIS est facile et très pratique.les actions

courantes sont simples et rapides à exécuter. ISIS nous permet de placer un lien à tout instant par un

simple clic sur une broche de composant ou sur un lien déjà placé.de plus, les opérations de placement,

édition, déplacement et suppression se font directement à l’aide de la souris, sans devoir passer par des

menus ou des icones.

Page52

Figure 38: Interface de la carte sous ISIS

Ce simulateur contient des aides au concepteur, comme des indicateurs visuels qui indiquent

l’action réalisée sur clic gauche et une mise en surbrillance des objets qui indique quel est l’objet ou le

groupe d’objets concernés par l’action.

V. Schéma électrique de la carte :

Pour réaliser les circuits déjà définis dans le chapitre 3, j’ai choisi de les implanter sur un circuit

imprimé ou nous avons distribué la masse sur une grande partie pour la bonne raison de diminuer l’effet

des bruits.

Le circuit de commande sera imprimé en simple face pour des raisons de simplicité. J’ai utilisé

le logiciel Proteus 6 pour le routage du circuit imprimé, ce logiciel nous à beaucoup simplicité la tache.

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Figure 39: Schéma de routage de la carte

Figure 40: Schéma de circuit face cuivre

Après la réalisation des circuits imprimés, il est impératif de vérifier la continuité de toutes les

pistes, ainsi que l’absence de court circuit entre pistes. Il faut souder en premier lieu les supports des

circuits intégrés et ensuite souder les autres composantes dans un ordre croissant de taille.

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Pour l’implantation des composants, j’ai essayé de les ranger de telle sorte que l’identification

de chaque composant soit facile par l’utilisateur à partir du schéma du circuit.

Figure 41: Implantation des composants sur la carte d’alimentation

VI. Conclusion :

La réalisation pratique des montages était une expérience très enrichissante du fait de la

conception d’un système appliqué.

Les étapes menées durant ce chapitre ont montré que l’étude théorique et l’étude par simulation

étaient très proche de la réalité pratique, sauf que la théorie ne tient pas compte des problèmes d’origine

aléatoire comme les bruits de fond, causés par l’alimentation et des hautes fréquences. On a pu enfin

tester le montage afin de déterminer ses performances et limites.

Page55

Conclusion générale L’objet de ce projet était de réaliser un système de régulation des paramètres de la serre de culture.

En effet, la culture sous serre ne parvenait pas à donner une récolte qui soit de bonne qualité à cause des

variations du climat interne de la serre qui influence ce genre de culture. C’est pourquoi on a opté pour la

réalisation d’un système qui permettra d’optimiser ces paramètres climatiques afin d’améliorer par la

suite la qualité et la productivité pour la culture serriste.

La première et la deuxième partie de ce projet comportent une présentation générale du système

en expliquant son fonctionnement global, et par la suite en développant chaque sous-bloc afin de

présenter individuellement et définir son rôle au sein du système.

Le troisième et la quatrième partie sont composées de deux étapes. D’une part, une étape qui

comporte l’étude théorique et les choix des composantes utilisés pour chaque bloc du système, tout en

s’approchant du mode fonctionnel à espérer pour ce bloc. D’autre part, une étape de réalisation matérielle

par la simulation de chaque bloc à l’aide des moyens logiciels, une conception fiable du système de

régulation.

Les informations recueillies lors de nos recherches documentaires ont permis d’accroitre les

données relatives à la conception et la réalisation de cartes électroniques.

On a également beaucoup retenu de ce projet, tant au niveau technique qu’en matière de

nécessité d’organisation. Les erreurs commises et analysées serviront pour de meilleures organisations et

réalisations de projets ultérieurs.

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Liste des figures

Figure 1 : Serre Tunnel…………………………………………………………………… .13

Figure 2 : Serre à toiture en << V >>………………………………………………………15

Figure 3 : schéma fonctionnel global……………………………………………………….18

Figure 4 : structure interne d’un microcontrôleur………………………………………..22

Figure 5 : photo du microcontrôleur…………………………………………………….....27

Figure 6 : Brochage du microcontrôleur PIC 16F877…………………………………….27

Figure 7 : module du convertisseur………………………………………………………...30

Figure 8 : schéma interne du PIC 16F877…………………………………………………32

Figure 9 : symbole d’un régulateur 78XX…………………………………………………37

Figure10 : Montage de l’alimentation stabilisée à +12V et +5V………………………....38

Figure 11 : Structure d’un capteur………………………………………………………...39

Figure 12 : Brochages de plusieurs versions de LM35……….. ………………………….42

Figure 13 : brochage de LM35………………………………………………………….......43

Figure 14 : photo de LM35………………………………………………………………….44

Figure 15 : Montage de capteur LM35 sur le PIC………………………………………...44

Figure16 : photo de HIH4000………………………………………………………………45

Figure 17 : Montage de capteur d’humidité sur le PIC…………………………………...46

Figure 18 : Symbole de LDR………………………………………………………………..46

Figure 19 : photo de LDR……………………………………………………………….......47

Figure 20 : Montage de capteur LDR sur le PIC………………………………………….47

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Figure 21 : Montage de bloc de détection sur le PIC……………………………………...48

Figure 22 : photo d’un afficheur LCD ……………………………………………………48

Figure 23 : Montage de l’afficheur LCD sur le PIC………………………………………50

Figure 24 : Schéma de brochage d’EEPROM ……………………………………………51

Figure 25 : Schéma de brochage de PCF8583 ……………………………………………52

Figure 26: Montage de bloc de mémorisation sur le PIC…………………………………52

Figure 27 : Schéma de brochage……………………………………………………………53

Figure 28 : structure interne de l’ULN2803……………………………………………….53

Figure 29: Schéma de relais électromécanique……………………………………………54

Figure 30 : photo du relais électromécanique………………………………………….....54

Figure 31 : Brochage du relais électromécanique…………………………………………54

Figure 32: Montage de bloc de commande sur le PIC…………………………………….54

Figure 33 : Environnement de travail d’ISIS ……………………………………………..58

Figure 34 : Environnement de travail d’ARES……………………………………………59

Figure 37 : Description de l’interface du logiciel MikroPascal…………………………..60

Figure 38: Interface de la carte sous ISIS………………………………………………….65

Figure 39: Schéma de routage de la carte …………………………………………………65

Figure 40: Schéma de circuit face cuivre…………………………………………………..66

Figure 41: Implantation des composants sur la carte d’alimentation……………………67

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Liste des tableaux

Tableau 1 : les grandeurs physiques et les matériaux pour le capteur passif …………..40

Tableau 2 : les grandeurs physiques et les matériaux pour le capteur actif……………..40

Tableau 3 : caractèristique électrique de LM35DZ……………………………………….43

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Liste Des Sigles

PETG : polyester thermoplastique.

CO2: dioxide de Carbone.

PIC: Peripheral Interface Controller.

RAM: Random Access Memory.

ROM: Read-Only Memory.

EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory.

CPU: Central Processing Unit.

OTPROM: ONE TIME PROM.

RISC: Reduce Instructions Set Computer.

CISC : Complexe Instruction SET Computer.

MIPS : Millions d’instructions par secondes.

O.T.P: One Time Programing.

I / O: Input/Output.

TTL: Transistor-Transistor logic .

C : indique que la mémoire programmable est une EEPROM.

CR : pour indique une mémoire de type ROM.

F : pour indiquer une mémoire de type FLASH.

C : Condensateur.

HR : Humidité relative.

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LDR : light Dépendant Resistance.

Cds : sulfure de cadmium.

SDA: signal Data

SCL: Signal Clock

PCF8583: Clock/Calendar with 240 x 8-bit RAM

SDL: Serial Data Line

SCL: Serial Clock Line

GND: Ground

D: diode

R: résistance

Vcc: Tension de courant continue

Vss : tension de sortie

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Bibliographie

www.microchip.com

www.programmation.fr

www.electronique-3d.fr

www.ABCELECTRONIQUE.com

www.datasheet.com

www.mini_guide_isis_v7_doc.com

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Annexes

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Programme de la carte :

#include "System_régulation.h" #include "pcf8583.c" #include <2432.C> #define use_portb_lcd #include <lcd.C> #include <stdlib.h> #include <string.h> //#include "SHT.c" #define BP_RET PIN_D4 //button RET #define BP_PREC PIN_D5 //button PREC #define BP_SUI PIN_D6 //button SUI #define BP_VALID PIN_D7 //button VALID Int 16 i; Float a; static float temp_max=20.5,temp_min=19.5,

valeur1, tension1, temperature1, valeur2, tension2, temperature2, temperature;

date_time_t date_struct; #BYTE ADCON0 = 0x1F Static date_time_t dt; static int8 num,minute,heur,jour,mois,year,Zone,

pos,AL_LA,AL_HA; Static long int timeout; Static int8 hrs,days,months; Static int16 years; Static int1 f_al=true,Mf=false; Void time () { PCF8583_read_datetime(&dt); printf(lcd_putc,"\f%02u:%02u %02u-%02u-

%02u", dt.hours,dt.minutes,dt.day,

dt.month,dt.year); } Void update_time() { dt.seconds = 0; dt.hours=heur; dt.minutes= minute; dt.month = mois; dt.day = jour; dt.year = year; PCF8583_set_datetime(&dt); } Void reg_heure () { Mf=true; printf("*REGLAGE DE L'HEURE*\n\r"); Switch (pos) { Case 0: Jour=dt.day; mois=dt.month; Year=dt.year; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n%02u- - ",jour); Do { If (input (BP_SUI) ==0) { jour++; delay_ms(200); If (jour==32) jour=1; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n%02u- - ",jour); } If ( input (BP_PREC) ==0) {

Jour--; delay_ms (200); If (jour==0) jour=31; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n%02u- - ",jour); } } While (input (BP_VALID) ==1); While (input (BP_VALID) ==0); //update_time (); delay_ms (1000); Pos=1; //break; Case 1: //jour=dt.day; mois=dt.month; //year=dt.year; printf (lcd_putc,"\fDATE :\n -%02u- ",mois); Do { If (input (BP_SUI)==0) { mois++; delay_ms(200); If (mois==13) mois=1; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n -%02u- ",mois); } If (input (BP_PREC)==0) { Mois--; delay_ms(200); If (mois==0) mois=12; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n -%02u- ",mois); } } While (input (BP_VALID) ==1); While (input (BP_VALID) ==0); //update_time(); delay_ms (1000); Pos=2; //break; Case 2: //jour=dt.day Year=dt.year; ; //mois=dt.month; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n - -%02u",year); Do { If (input (BP_SUI)==0) { Year++; delay_ms(200); if (year==100) year=0; printf(lcd_putc,"\fDATE :\n - -%02u",year); } if (input(BP_PREC)==0) { Year--; delay_ms(200); If (year==0) year=99; Printf (lcd_putc,"\fDATE :\n - -%02u",year); } } While (input (BP_VALID) ==1); while (input (BP_VALID) ==0); //update_time (); delay_ms (1000); Pos=3; //break;

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Case 3: heur=dt.hours; minute=dt.minutes; printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n%02u: ",heur); Do { if (input(BP_SUI)==0) { heur++; delay_ms(200); if (heur==24) heur=0; printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n%02u: ",heur); } if (input(BP_PREC)==0) { heur--; delay_ms(200); if (heur==-1) heur=23; printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n%02u: ",heur); } } while (input(BP_VALID)==1); while (input(BP_VALID)==0); //update_time(); delay_ms(1000); pos=4; //break; case 4: printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n :%02u",minute); do { if (input(BP_SUI)==0) { minute++; delay_ms(200); if (minute==60) minute=0; printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n :%02u",minute); } if (input(BP_PREC)==0) { minute--; delay_ms(200); if (minute==-1) minute=59; printf(lcd_putc,"\fHEURE :\n :%02u",minute); } } while (input(BP_VALID)==1); while (input(BP_VALID)==0); //update_time(); delay_ms(1000); pos=5; //break; case 5: lcd_putc("\fVos reglages:"); printf(lcd_putc,"\n%02u/%02u/%02u %02u:

%02u", jour, mois, year, heur, minute); delay_ms(3000); lcd_putc("\fHorloge correct?\n C=NON V=OUI

"); while (true) { if (input(BP_RET)==0) { delay_ms(1500); pos=0;

break;} if (input(BP_VALID)==0) {

update_time(); delay_ms(1000); lcd_putc("\fHorloge OK"); delay_ms(1500); pos=0; break; } } break; } Mf=false; pos=0; } void config() { Mf=true; printf("\fconfiguration:\n\rtemp_max/temp_min"); switch (pos) { case 0: printf(lcd_putc,"\ftemp_max:\n%2.2f

C",temp_max); do { if (input(BP_SUI)==0) { temp_max=temp_max+0.5; delay_ms(200); if (temp_max==100) temp_max=1; printf(lcd_putc,"\ftemp_max:\n%2.2f

C",temp_max); } if (input(BP_PREC)==0) { temp_max=temp_max-0.5; delay_ms(200); if (temp_max==0) temp_max=99; printf(lcd_putc,"\ftemp_max:\n%2.2f

C",temp_max); } } while (input(BP_VALID)==1); while (input(BP_VALID)==0); //update_time(); delay_ms(1000); pos=1; //break; case 1: printf(lcd_putc,"\ftemp_min:\n%2.2f

C",temp_min); do { if (input(BP_SUI)==0) { temp_min=temp_min+0.5; delay_ms(200); if (temp_min==100) temp_min=1; printf(lcd_putc,"\ftemp_max:\n%2.2f

C",temp_min); } if (input(BP_PREC)==0) { temp_min=temp_min-0.5; delay_ms(200); if (temp_min==0) temp_min=99;

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printf(lcd_putc,"\ftemp_min:\n%2.2f C",temp_min);

} } while (input(BP_VALID)==1); while (input(BP_VALID)==0); //update_time(); delay_ms(1000); pos=2; break; } Mf=false; pos=0; } void main() { int cpt; setup_adc_ports( ALL_ANALOG ); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); //

Built-in A/D setup function lcd_init(); PCF8583_init(); date_struct.seconds = 0; date_struct.hours=16; date_struct.minutes=01 ; date_struct.day = 10; date_struct.month=12; date_struct.year=10 ; PCF8583_set_datetime(&date_struct); LCD_PUTC("\fbonjour"); delay_ms(2000); //Setup_Oscillator parameter not selected from Intr

Oscillotar Config tab while(true) { if (Mf==false) { cpt++; if (cpt==10) { time(); cpt=0; //break; } } // TODO: USER CODE!! set_adc_channel( 0 ); delay_us(100); valeur1 = read_adc(); set_adc_channel( 1 ); delay_us(100); output_low(PIN_A1); for (i=1; i<=1000;i++) { a=0; valeur2 = read_adc(); tension2 = (valeur2 / 1023) * 5; a=a+tension2; output_low(PIN_A1); output_high(PIN_A1); } tension2=a/1000; tension1 = (valeur1 / 1023) * 5; temperature=tension1; printf(LCD_PUTC,"\n\r%2.2fH%2.2f

C",tension2,temperature);

if( !input(BP_SUI) ){delay_ms(1000);reg_heure();} if( !input(BP_VALID) )

{delay_ms(1000);config();} delay_ms(100); //sprintf(ch," %f C",temperature); } }

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Annexe 1   :LM35

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Page68

Annexe 2   :HIH-4000

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Annexe 3   : LDR

Annexe 4   :EEPROM 24C256

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Annexe 5   :PCF 8583

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Annexe 6   :ULN 2803A

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Résumé : Ce projet a été réalisé au sein de la S.T.E.G Tunis Maine. Il entre dans le cadrer de

l’électrification des zones rurales et modernisation des moyens agricoles. En effet il s’intéresse à la

réalisation d’un système de régulation des paramètres climatiques de la serre de culture à l’aide de sorties

effectrices commandées par un microcontrôleur PIC16F877 qui collecte des informations du climat de la

serre à l’aide des signaux issus des circuits capteurs de température, d’humidité relative et d’intensité

lumineuse.

Mots clés : Système de régulation / Paramètres climatiques/ Serre de culture /Sorties effectrices /

Microcontrôleur / Circuits capteurs.

Abstract: This project has been achieved within the S.T.E.G Tunis Marine. It enters in the setting of the

electrification of the farming zones and agricultural means modernization. Indeed it is interested in the

realization of a system that regulates the climatic parameters of the culture greenhouse with the help of

actuating systems ordered by a PIC16F877 microcontroller that collects information of the inside climate

of the greenhouse with the help of the signals descended of the temperature, relative humidity and

luminous intensity sensors.

Keywords: System of regulation / Climatic Parameters / Greenhouse of culture / Actuating

systems / Microcontroller /Sensor.

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