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12/04/2023
Conception et réalisation d’une carte à base de microcontrôleur pour minimiser la consommation d’énergie
électrique dans l’éclairage publique.
Avant-propos
uels que soient les calculs, les conclusions convergent : l’humanité vit
au-dessus des moyens que la nature met à sa disposition. En cause le
mode de développement des pays industrialisés, imités par les pays
émergents. Si des remèdes ne sont pas vite envisagés, la tension sur les
ressources deviendra problématique dés 2050 …
Q…L’humanité n’a d’autre choix que de composer avec un monde fini. Ce qui signifie dresser
l’inventaire de ce dont nous disposons réellement et relever tous les défis qui en découlent.
Les sciences set de nouvelles technologies peuvent nous y aider. Elles ne seront pas de trop
pour « gérer » durablement nos ressources.
- Sciences et Vie -
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« …l’exploitation des énergies renouvelables et la gestion rationnelle des ressources
naturelles sont considérées aujourd’hui comme un indicateur du degré de développement et de
prospérité des peuples. C’est pour cela que nous avons œuvré, depuis le Changement, à
rationaliser la gestion des ressources énergétiques existant dans notre pays, en veillant à les
exploiter au mieux… »
-le Président Zine El Abidine Ben Ali-
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Introduction
D’après les données statiques du dossier technique du secteur d’éclairage public
pour la municipalité de Monastir, le coût payé par année est de 620 milles dinars. Et selon
l’archive de l’administration de la STEG un KWH d’électricité pour l’éclairage publique vaut
0.149 DT.
L’éclairage publique est un poste auquel les municipalités font de plus en plus attention (il
représente jusqu’à 20% de leur budget).
L’un des techniciens responsable de la maintenance de ce secteur à la municipalité de
Monastir à écrit dans le rapport intitulé ‘Plan lumière de la ville de Monastir 2009-
2013’ : « l’éclairage publique est un potentiel d’économie d’énergie énorme »…Entre autre et
parmi les objectifs visés pour aller plus loin dans le développement durable : la municipalité
veut : « Diminuer les pénalités de la STEG et avoir une idée sur les techniques nouvelles
d’économie d’énergie »
Quotidiennement on utilise des variateurs de la famille ‘SALICRU’, de la redondance
d’un variateur par ligne d’un maximum de 70 lampes (un variateur seul coûte 4000 DT). Et le
total est de 7200 foyers –un nombre en croissance annuelle-. Les variateurs sont supposés
garantir une économie de 30% de l’énergie consommée. Selon les statistiques de l’année
dernière seulement 15% à un maximum de 20% d’énergie économisée est atteint...
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Objectif
On se propose dans ce projet de réaliser un circuit électrique à base d’un microcontrôleur PIC
de la famille MICROCHIP. Ce circuit électrique va personnaliser chaque lampe d’éclairage
publique à part et garantir l’économie de la consommation en énergie d’un secteur 220 Volts
pour éclairage. L’économie va jouer sur le facteur intensité de lumière. On prendra en compte
les cas défaillants et le fonctionnement en temps réel aussi bien que la variabilité de
l’économie et la flexibilité de configuration des tonalités de lumière (entre autre les degrés de
puissance consommée). ET encore le circuit doit avoir une intelligence artificielle face au
changement de la durée du jour et de la nuit, ainsi que
Les étapes de conception et réalisations
Les différentes phases de conception sont:
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L’étude du cahier des charges pour finaliser les critères du projet et les contraintes qui le
limite.
La simulation du montage avec l’outil ISIS, la programmation avec un compilateur Basic et
la simulation du PIC avec le même outil IDE.
L’implémentation du circuit électronique.
Les Tests pour critique des modes de marche et d’arrêt et les défaillances pouvant exister.
Tester le bon fonctionnement.
Chapitre premier: Cahier des charges et contraintes
Cahier des charges
Le circuit comprendra les parties suivantes :
Une alimentation qui permet d’alimenter les différentes parties du circuit : On choisit entre
alimentation à découpage et alimentation linéaire.
Les autres parties du circuit sont :
Une partie de détection du jour (utilisation d’une photorésistance).
Une partie commande commandant le fonctionnement de la plaque à l’aide d’un programme
qui tient compte de tous les cas possibles. (Le microcontrôleur PIC intègrera le programme).
Un variateur de lumière à base de TRIAC pour la commande du secteur 220V.
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Une partie de configuration des tonalités de lumière (un bouton poussoir et 3 potentiomètre).
Partie d’interfaçage et d’adaptation entre la partie d’électronique de puissance et la partie
électronique de commande.
Schéma de blocs :
Chapitre second : Etude théorique et conception
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Une alimentation linéaire
Nous commençons la description du schéma électrique par à partir secteur 220volts. Cette
tension et appliquée a l’entrée d’un transformateur 230v-12v, la tension alternative de sortie et
appliquée sur l’entrée du pont redresseur (bridge). Le condensateur chimique C1 de 1µf rond
la tension redressée parfaitement continu. Cette tension est ensuite appliquée sur l’entrée d’un
circuit intégré stabilisateur ou régulateur de tension(7805). La tension stabilisée que nous
appliquons sur la borne de sortie de l’alimentation, est filtrée par le condensateur C2 qui
élimine le moindre résidu de tension alternative.
Schéma électrique de l’alimentation
Un Gradateur de lumière
Un variateur est généralement utilisé pour réduire la luminosité des ampoules, la vitesse d’un
moteur électrique ou encore pour baisser la température d’un fer à souder.
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Pour ceci, il faut seulement abaisser la valeur de la tension d’alimentation, c’est-à-dire la faire
descendre de 220v fournis par le secteur a des valeurs inferieures telles que 160 ,110,50volts.
Pour obtenir ce résultat, on utilise un triac.
Fonctionnement du triac :
Le triac ou alternistor est un composant semi-conducteur bidirectionnel,équivalant à deux
théristors montés en tête bêche et diffusés sur un même cristal.
En effet le triac se comporte comme un interepteur éléctrique commandé par la gâchette:
Il existe quatre modes d’amortissage d’un triac :
Différentes polarisations du TRIAC
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Fonctionnement du TRIAC
Fonctionnement du TRIAC
Sur le plan pratique, on attaque la gachètte par des impulsions positives au demi alternance
positive et des impulsions négatives au demi alternance négative.la solution courante est
schématisée ci dessous :
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Comme vous pouvez le remarquer en observant le schéma éléctrique de la figure , le
potentiomètre R1et le condensateur C1sont reliés en parallelle à l’anode1 et l’anode2 du triac.
On prélève,au point de jonction de R1 et C1 et par l’intermidière de la résistance R2,la tension
d’excitation qui atteindra la gàchette du triac en passant à travers la diode diac.la tension
alternative appliquée aux broche du potesiomètre R1 est utilisée pour charger le condensateur
C1 avec un retard qui pourra varier en modifiant la valeur homique du potentiomètre.
Cette disposition convient pour les circuits « gradateurs », mais si on souhaite seulement
utiliser le triac en commutateur, il est préférable de faire appel à des circuits spécialisés dans
la commande par zéro de l'onde secteur. On peut citer par exemple l'optotriac MOC 3041
disposant d'un « zéro crossing » prévu pour cette application et dont le brochage est indiqué à
la figure.
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Le MOC3041 est un petit circuit intégré d’interface, spécialement conçu pour commander des
triacs à partir de systèmes fournissant des signaux logiques. Ce circuit construit autour d’un
optocoupleur et d’un détecteur de passage à zéro de la tension secteur offre une isolation
galvanique de 7500 V et ne génère pas de parasite. Le triac utilisé est de type BTA 08-600 qui
peut fonctionner sous une tension de 600 V.
De plus, l'isolement d'un optotriac, de quelques 7 500 V, ainsi que l'intensité de commande
d'une dizaine de milliampères apportent une sécurité et un confort d'utilisation hautement
appréciables pour commuter des charges de plusieurs ampères sous une tension de 230 V ou
plus.
Ne pas oublier en effet que les montages à triacs, s'ils ne sont pas équipés d'optotriacs ou de
dispositifs similaires, sont reliés directement à la tension secteur et qu'il convient d'être très
prudent avec ce genre de circuit.
La figure 9 représente une interface universelle permettant de commander des dispositifs
divers reliés au secteur à l'aide, par exemple, d'un microcontrôleur pic.
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La commande s'effectue en appliquant un niveau positif sur la LED, l'optotriac commande à
son tour un triac que l'on aura choisi en fonction de la charge à commuter. Dans certains cas
et notamment dans le cas où la charge est fortement inductive, il peut être nécessaire de
rajouter un circuit de protection. La figure indique un moyen efficace pour protéger le triac.
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Ainsi le schéma électrique du variateur nécessaire est le suivant :
On peut exciter le triac en retard par rapport aux deux demi-alternances de la tension
alternative par le signal de commande qui représente la sortie de l’amplificateur. Ce signal
sera expliqué ultérieurement.
L’optocoupleur assure l’isolement galvanique entre la partie commande et la partie puissance.
L’association de R1 et C1 sert à éliminer tous les parasite génerés chaque fois que le triac est
excité. Sans ce filtre antiparasite chaque amplificateur se trouve au voisinage, pourait capter
des parasites identiques à ceux génerés par l’allumage au l’extinction d’une ampoule ou de
n’importe quel appariel éléctrique.
Comme vous remarquez,on utilise le logique négatif à l’entrée de moque pour assurer
l’éclairage on cas de panne de l’un des composons( pic ou camparateur).
Montage de commande La partie commande est assurée par un microcontrôleur. Le chois du microcontrôleur doit
rependre aux besoins fixés par l’objectif de départ. L’étude de marché des microcontrôleurs
en Tunisie nous a permet de choisir le pic 16f628A, ces avantages sont détaillé .
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Le schéma global de la partie commande est illustré par la figure ci-dessous.
La photorésistance est un composant électronique dont la résistivité varie (souvent une
diminution) en fonction de l'augmentation de lumière qui l'atteint. Le dessin situé en dessous
est le symbole d'une photorésistance utilisé dans un grand nombre de schémas de circuit
électrique.
Cette photorésistance est reliée en série avec un potentiomètre pot1 qui sert à fixer la valeur
minimale et la valeur maximale de la tension désirée à l’entrée du pic.
Un bouton poussoir
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Nous utilison la logique négative pour éviter l’effet de rebondissement. En effet trois appuis
successifs par l’utilisateur permettent de régler les trois niveaux d’éclairage possibles. Un
quaterièmme appui permet la mémorisation de la configuration choisie l’exécution du
fonctionnement normal du programme.
Bloc A
La communication entre le bloc A et le microcontrôleur est assurée par les trois bits bas du
PORTB, RB0, RB1 et RB2. La combinaison de ces trois bits génère un code binaire qui
indique le niveau d’éclairage. Un seul niveau haut est à la fois sélectionné (001, 010, 100).
Pour mettre en œuvre les trois niveaux d’éclairage on a besoin de trois tensions analogiques à
l’entrée du comparateur. Un étage intermédiaire est utilisé pour faire l’interfaçage entre le
niveau logique et la tension analogique correspondante. Chaque étage est constitué par une
diode, un potentiomètre et une résistance de protection. La modification de la valeur du
potentiomètre assure une tension analogique entre 0 et 5v qui fait varier proportionnellement
l’intensité lumineuse. Si la valeur du potentiomètre est faible, la résistance montée en série
avec permet d’éviter les risque du court circuit.
Les diodes D1, D2 et D3 joue un double rôle. Le premier but est d’assurer la protection du
pic contre un courant inverse. Entre autre le rôle le préliminaire est la sélection du signal de
commande qui permet de générait l’intensité d’éclairage désirée.
Etage d’amplification
Cette partie est constituée d’un étage d’amplification et d’un comparateur de tension. Elle
nous permet d’agir sur le rapport cyclique du signal d’entrée de MOC.
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L’étage d'amplification en tension est constitué des transistors Q4 et Q5 montés en
configuration « Darlington ». Cet amplificateur fonctionne en classe A afin d'amplifier avec le
moins de distorsion possible le signal provenant du redresseur.
La capacité de 100nF caractérisée par un temps de charge rapide assure le passage d’un signal
redressé à un signal en dent de scie de fréquence 100Hz. On applique ce signal à l’une des
entrées de comparateur, et le signal de commande arrivant du pic à l’autre entrée.
Le transistor Q3 est toujours passant et permet d’amplifier la tension arrivant à travers le
potentiomètre pot1, alors que ce dernier sert à régler la tension maximale du signal dent de
scie.
Cette partie représente un étage intermédiaire qui assure le fonctionnement correct de
variateur.
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L’union des différentes parties signalées précédemment présente notre circuit final qui
fournit un moyen d’atteindre notre objectif.
Chapitre troisième: Routage et optimisation spatiale
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Chapitre quatrième : Réalisation électronique
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Chapitre dernier : Logique programmée et fonctionnement
Logigramme
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Conclusion Conclusions: En plus la carte électronique à un coup faible. On a essayé au cours de ce
projet d’avoir une idée sur la réalisation pratique des savoirs pré-requis tout au long de notre
formation fondamentale. Le savoir faire est à l’origine du succès. Les informations nouvelles
et l’apprentissage d’une science illimitée nous rend plus conscient de notre inconscience sur
le domaine et à persévérer pour le savoir. Les relations humaines sont au de la de tout moyen.
Et le respect des gens qui nous transmettent leur savoir est un idem. L’union du groupe
renforce la réussite.
Perspectives Elles sont multiples. On peut ajouter un afficheur LCD pour visualisation des pannes et de la
démarche du fonctionnement.
- Entre les plaques on peut concevoir une plaque commandante par secteur des autres
plaques par injection de signal courant porteuse ou par « œil aveugle »
- On peut aussi réaliser un mode de transmission Full Duplex, et ajouter des fibres
optiques pour la détection de lumière.
- La réalisation du projet avec des panneaux de LED blanches à la place des lampes
d’éclairage traditionnelles est une idée révolutionnaire qui peut changer
l’infrastructure du pays…
« Le véritable savoir enseigne par-dessus tout : à douter et à être ignorant » -Miguel DE UNAMUNO-
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