RAPPORT DE STAGE

Présenté par

BENOUADEN ABDERRAOUF

Sujet : conception d’un thermomètre électronique à base d’un capteur dechaleur, un PIC, et un afficheur LCD

Lieu du stage : dans le laboratoire du départementd’électronique

du l’université Mentouri de Constantine.

Durée du stage : 4 mois (Mars – juin 2011)

Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier Mme Mensouri etMonsieur Hamdi, nos maîtres de stage, pour ses conseilspertinents et sa confiance, et pour m’avoir motivé (sans levouloir ;-) à poursuivre mes études vers une License.

Merci de manière générale à toute l’équipe du Labo pour sabonne humeur permanente, et pour leur chaleureux accueil.

Et enfin, nous remercions également tous ceux qui ont participéde près ou de loin à l’élaboration de ce mini projet.

Sommaire

_ Résumé :

І – introduction:

- historique

II - cahier de charges

- Présentation du système

ІII-les composants utiliser:

A- le micro contrôleur pic 16F877A:

B- Capteur de température : Le LM35

C- afficheur LCD

D- 2 capacités 22pf

E- Un cristal 4MHz

F-Une alimentation de 5v

ІV - partie programmation

V - principe de fonctionnement du thermomètre

VІ - conclusion générale

Résumé :

Le but de cette étude est de créer un thermomètre électroniquequi devra afficher la température via de L.C.D. En somme celase présente sous la forme d’une carte électronique pourremplacer la colonne d'un thermomètre classique.

Introduction

Historique:

Nous tous avons déjà au moins dit une fois :« Qu’est ce qu’ilfait chaud …». Dans de nombreux actes quotidiens, la notion detempérature est là. La température est partout ! On n’y prêteplus attention tellement c’est devenu un phénomène courant et« transparent ».

La température n’est pas une grandeur au sens strict duterme comme le sont-les autres unités de mesure. En effet, unegrandeur est tout ce qui est susceptible d'augmenter ou dediminuer comme, par exemple, une longueur, une surface, unepuissance, etc.

Physiquement mesurer une grandeur G (quelle que soit sonespèce), c'est la comparer à une autre grandeur U, de mêmeespèce, choisie pour unité.

Le résultat de la mesure est un nombre entier si l'unité U estcontenue un nombre entier de fois dans la grandeur G considérée.Une grandeur est directement mesurable quand nous pouvonsdéfinir le rapport ou l'égalité ou encore la somme de deux valeursde cette grandeur. Une longueur, une surface sont des grandeursmesurables. En revanche, une température repérée au moyen del'échelle thermométrique n'est pas une grandeur mesurable carnous pouvons définir l'égalité de deux températures mais nous nepouvons pas en faire la somme.

On devrait donc dire : évaluer, comparer, marquer, indiquerla température et non pas la mesurer au sens propre du terme

Cependant la température, au sens ordinaire du mot, se présenteà nous comme une valeur susceptible d'augmenter ou dediminuer, caractérisant l'état d'un corps au point de vue deséchanges possibles de chaleur (phénomène thermodynamique)entre ce corps et le milieu extérieur qui l’entoure.

On a ainsi défini l'égalité et l'inégalité de température.

Mais pour apprécier cette égalité ou cette inégalitéavec quelque précision, l'on a recours à des instrumentsspéciaux : les thermomètres ou capteurs detempérature.

Galilée fut semble t-il le premier inventeur d’un systèmepermettant d’évaluer la température. Imaginé pour la premièrefois en 1953, le thermomètre mis en place par Galilée est unobjet simple basé uniquement sur la modification du volumed’un liquide en fonction de la température.

Comme évoqué plus haut, plusieurs phénomènes font face àdes variations de températures. Ainsi, de nos jours, l’ondistingue plusieurs types de capteurs de température selon lephénomène en présence, en autre les thermomètres àdilatation pour la dilatation de la matière, le thermomètre àmercure (classique) plus utilisé pour prélever la températurehumaine.

Toutefois, avec l’évolution de la science et des technologies, leshommes ont été à plusieurs reprises confrontés à desproblèmes liés à la température : dilatation des métaux,variation des résistances, problème des semi-conducteurs etc.…Dans ce sens est né l’idée de mesurer la température.

Cahier decharges

PRESENTATION DU SYSTÈME:

Un thermomètre électronique est composé d’un capteur detempérature et des composants électroniques qui ont pour rôlede traiter l’information et la rende exploitable par l’usage.

Notre projet consistera à créer un thermomètreélectronique qui devra afficher la température via de L.C.D. Ensomme cela se présente sous la forme d’une carte électroniquepour remplacer la colonne d'un thermomètre classique.

Objectif principal :

Créer un thermomètre électronique qui affiche latempérature sur

un écran L.C.D

Bloc principal

Objectif optionnel :

Afficher la température par une tension sur un écran L.C.D.

Bloc optionnel

Réalisation:

La température devra être captée à l’aide d’un capteur,notre choix se porte sur le LM35.

Affin de traiter les informations nous utiliserons lemicrocontrôleur 16F877A pour Contrôler l'affichage de latempérature.

Il faudra au préalable effectuer une source d’une tension(pile) car 16F877A fonctionne sous +5V.

Les composantsutilisés

A- le micro contrôleur pic 16F877A:

A-1-Introduction :

Un PIC est un microcontrôleur, c'est à dire une unité detraitement de l'information de type microprocesseur à laquelleon a ajouté des circuits internes permettant de réaliser desmontages sans nécessiter l'ajout de composants externes. Ilest un composant électronique autonome composé par :

· D'un microprocesseur.

· D'une mémoire vive type mémoire RAM.

· D'une mémoire morte type mémoire Flash.

. D'interfaces d'entrées/sorties parallèles, séries.

. D'interfaces d'entrées/sorties analogiques.

. De Timers (registres compteurs de temps ou d'évènements.

A-2-Principales caractéristiques du PIC 16F877 :

Le PIC 16F877 est caractérisé par :

- Une fréquence de fonctionnement élevée, jusqu'à 20MHz.

- Une mémoire vive de 368 octets.

- Une mémoire morte EEPROM de 256 octets pour la

sauvegarde des données.

- Une mémoire de type FLASH de 8 K mots

(1mot = 14 bits)

- Chien de garde WDT.

- 33lignes d'entrées /sorties. Chaque sortie peut sortir uncourant maximum de 25 mA.

- 3 Temporisateurs :

.TIMER0 : compteur 8 bits avec pré-diviseur.

.TIMER1 : compteur 16 bits avec pré-diviseur

· TIMER2 : compteur 8 bits avec pré-diviseur

- 2 entrées de captures et de comparaison

- Un convertisseur Analogique Numérique 10 bits avec 8entrées multiplexées.

- Une interface de communication série asynchrone et

synchrone (USART/SCI).

- Une tension d'alimentation entre 2 et 5.5 V

A-3-Mémoires du PIC :

- Mémoire FLASHC'est dans celle-ci qu'est stocké le programme du PIC.

- Mémoire RAM:Fait partie de la zone d'adressage des données.

- Mémoire EEPROM:L'EEPROM est une mémoire de stockage de données.

A-4-Architecture Externe:

- Le boîtier du PIC 16F877 décrit par la figure 1.4 comprend

- 40 pins : 33 pins d'entrées/sorties,

4 pins pour l'alimentation,

2 pins pour l'oscillateur

1 pin pour le reset (MCLR).

- La broche MCLR sert à initialiser le pic qui dispose deplusieurs sources de RESET

- Les broches VDD (Broche 11 et 32) et VSS (Broche 12 et 31)servent à alimenter le PIC.

- On remarque qu'on a 2 connections «VDD» et 2 connections«VSS».

- PORT A

Le PORT A est un port de six bits donc six entrées/sortiesnumérotées de RA0 à RA5 qui peuvent être utilisées comme desentrées pour le : (Convertisseur Analogique Numérique, leTIMER0, Les registres associés avec le port A sont :

- Registre TRISA :

- TRISA=1 : les lignes du PORTA sont configurées enENTREES, et le driver de sortie est placé en hauteimpédance.

- TRISA=0 : les lignes du port sont configurées en SORTIES.

A-5-Module de conversion A/N :

Le convertisseur A/N convertit le signal analogique présentsur une de ses 8 entrées en son équivalent numérique, codé sur10 bits.

Les pattes AN2 et AN3 peuvent être utilisées commeréférences de tension ou comme entrées analogiques standard.Les tensions de référence haute et basse peuvent être choisiespar programmation parmi: VDD (broche PA3) pour VREF+ etVSS (broche PA2) pour VREF- .On peut donc numériser jusqu'à 8signaux analogiques...

B- Capteur de température : Le LM35

Le LM35 est un capteur à circuit intégré qui peut être utilisépour mesurer la température avec un signal électriqueproportionnel à la température (en ° C)

Nous pouvez mesurer la température avec plus de précisionque l'aide d'une thermistance. Le circuit capteur est scellé etnon soumis à l'oxydation, etc.

Le LM35 génère une tension de sortie plus élevée que lesthermocouples et ne peut exiger que la tension de sortie soitamplifiée.

Il a une tension de sortie est proportionnelle à la températureCelsius. Le facteur d'échelle est 0.1V/°C

Le LM35 ne nécessite pas de calibration externe ou de tailleet maintient une précision de + / -0,4 °C à températureambiante et + / - 0,8 ° C sur une plage de 0 °C à +100 °C.

Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C

Température (° C) * Vout = (100°C / V)

Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 ° C La tensionde sortie varie

linéairement avec la température.

Le LM35

L’Etalonnage de LM35 :

C--afficheur LCD:

Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelésafficheurs LCD (Liquide Crystal Display), sont desmodules compacts intelligents et nécessitent peu decomposants externes pour un bon fonctionnement. Ilsconsomment relativement peu (de 1 à 5 mA), sontrelativement bons marchés et s'utilisent avec beaucoupde facilité

- Brochage :

L’afficheur LCD (JHD 162A) :

Partieprogrammation:

Nous avons utilisé le langage C pour la programmation de notrethermomètre électronique.

2- le programme global de circuit :

void main() {

sbit LCD_RS at Rb4_bit;

sbit LCD_EN at Rb5_bit;

sbit LCD_D4 at Rb0_bit;

sbit LCD_D5 at Rb1_bit;

sbit LCD_D6 at Rb2_bit;

sbit LCD_D7 at Rb3_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISb4_bit;

sbit LCD_EN_Direction at TRISb5_bit;

sbit LCD_D4_Direction at TRISb0_bit;

sbit LCD_D5_Direction at TRISb1_bit;

sbit LCD_D6_Direction at TRISb2_bit;

sbit LCD_D7_Direction at TRISb3_bit;

float temp_res;

int volt;

char txt[10];

float b=40;

int i;

void main() {

Lcd_Init();

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);

trisa=0xff;

trisb=0;

lcd_out(1,1,"THERMOMETRE ");

lcd_out(2,1,"ELECTRONIQUE ");

delay_ms(600);

Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);

delay_ms(1000);

while (1){

adcon1=0b10000000;

adcon0=0b10000101;

volt = ADC_Read(0);

temp_res=(0.488 * volt);

FloatToStr(temp_res, txt);

lcd_Out(2, 4, txt); lcd_out(1,1,"LA TEMPERATURE");} }

Principe defonctionnementduthermomètre :

A - schéma du circuit :

B – fonctionnement générale du thermomètre

Le thermomètre une fois alimenté il affiche sur l’écranLCD le message suivant : « un thermomètre électronique»,avec un signalement de trois animations d’une secondeenviron, ce qui permet à notre thermomètre l’alimentationen perspective du microcontrôleur et du capteur detempérature [LM35] suivi de l’afficheur LCD d’une source de5V, on obtienne alors une température ambiante de 25°c.

B-1 fonctionnement du capteur de température LM35 :

Le capteur de température [LM35] donne une tension de0.25V à la sortie, dont la variation de [LM35] est linéaire estpour cella on obtient pour chaque variation de 0.01V unetempérature de 1°c.

Ces dans ce sens quand obtient une température ambiantequi est égal a 25°C On place le capteur dans une partie ducorps du patient, si la température de ce dernier s’élève le[LM35] vari a la sortie est donne des tensions analogique,ces derniers sont introduit sur la pin n°0 du PORTA qui estconfigurée en entrée analogique avec un convertisseuranalogique/ numérique, le convertisseur du microcontrôleurPIC16F877A convertie l’entrée analogique du capteur LM35en 10bit numériques

la relation que doit lire le microcontrôleur est la tension duréférence de capteur Vreff (dans notre cas est de 5V) diviser

sur 1024 (10bit) multiplier par 100 (100 qui est la sensibilitédu capteur égale à 25/0.25=100 ) multiplier par la tensionde sortie de capteur LM35 (Vout).

Température affiché sur LCD = (Vout *Vref*100/1024)

On obtenu une relation de variation de température onfonction de la tension de sortie du capteur LM35.

Circuit imprimé :

CONCLUSION GENERALE :

Dans le but de conclure ce projet, rappelons tout d’abordque l’objectif était d’étudier le principe de conception et deréalisation des thermomètres électroniques. Dans ce sens, il aété judicieux de diviser le travail en deux parties, une théoriqueet une autre pratique.

Dans la première partie, nous avons pu dégager que la mesurede température se fait selon plusieurs échelles, et le plusutiliser est le degré Celsius

L’étude nous a permis de conclure que, la mesure detempérature se ramène à l’étude d’une variation de tension.

Ainsi, concevoir un thermomètre électronique; c’est doncmettre en place un système pouvant effectuer des mesures par

variation de tension. Dans le milieu industriel et généralementpour plusieurs mesures de température, l’on a recours auxthermomètres électroniques (à capteur de température).

Par ailleurs, la conception d’un thermomètre aujourd’hui nese ramène plus à la mise au point d’un montage permettant deprélever une variation de tension. Le fait que l’on souhaitegénéralement faire des traitements informatiques sur lesvaleurs prélevées, nous amène à introduire dans notre montagedes éléments permettant de prendre en compte le capteur detempérature LM35 qui mesurer la température avec un signalélectrique (tension) proportionnel à la température(en ° C)

le PIC 16F877A utilisé pour recevoir, traiter, et transmettre desdonnées, et pour la communication entre les systèmesélectroniques).un afficheur LCD qui permet l’affichage desvariations de la température (en ° C)

Nous avons respecté le cahier de charges en gardant de bonsrésultats de mesures.

Finalement, dans ce mini-projet, nous avons réussi de faire laconception et la réalisation d’un thermomètre électronique quinous permet de mesurer la température d’un corps humain, etvoir le fonctionnement d’un système automatisé en directe.