Contrôleur de niveau du liquide

Bonjour les geeks ! Aujourd'hui je vais vous montrer comment réaliser un système de vidange automatique a l'aide du microcontrôleur de la carte Arduino Uno qui sert à contrôler le niveau d’un liquide dans les citernes et nous prévenir contre le débordement . Afin d’atteindre cet objectif, il faut réaliser une carte électronique qui assure le contrôle et la régulation du niveau d’un liquide dans la citerne.

Travail demandé

👉 Conception et réalisation d’une carte de commande pour un système de vidange permettant la gestion de la marche et de l’arrêt des motopompes.

👉 Contrôler le niveau de liquide dans une citerne.

👉 Calculer et afficher le volume de liquide présent.

👉 Gérer une alarme sonore et une autre visuelle si la vidange n'est pas effectuée.

👉 Donner la main à l'opérateur pour une manœuvre manuelle.

👉 Stocker l’historique de fonctionnement

👉 Remise en état après une coupure de courant

Notre travail est organisé comme suit :

Un première partie fera l’objet d’une conception de la système et sera suivi d’une étude technologique des constituants, où seront évoqués leurs caractéristiques techniques et leurs principes de fonctionnement.
Un deuxième partie comportera une étude du cycle de fonctionnement qui sera élaboré par un organigramme puis l’édition du programme relatif, assurant le fonctionnement désiré. Sans oublier de présenter l’environnement du développement déployé.
Dernièrement la réalisation du système ainsi conçu, suivi des différentes étapes de réalisation pour finir avec des tests.

Conception et étude technique de système

1. Matériels

Un système automatisé présente toujours une carte de commande. Dans notre projet, cette partie est constituée principalement de deux microcontrôleurs (THM) pour une raison de fiabilité de système, pour répondre aussi aux besoins du cahier de charge et pour que les composants de l’appareil soient faciles à maintenir.

Microcontrôleur : ATMEGA328PU

Un microcontrôleur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d'interprétation et d'exécution des instructions d'un programme.

Il est chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement.

* Nombre de broches : 28

* Mémoire Flash : 32 ko

* Mémoire Données EEPROM : 1 ko

* Mémoire RAM : 2 ko

* 32 registres à 8 bits de travail d'accès rapide pour l'UAL

* Ports parallèles : 3, avec 23 broches E/S

* Fréquence d'horloge : 16 Mhz (maxi tolérée = 20 Mhz)

Donc : 16 cycles d'horloge par microseconde

CAPTEUR DE DISTANCE JSN-SRT04-2.0

JSN-SRT04-2.0 est un capteur ultrasonique de distance étanche, c'est une solution populaire et à faible coût pour la fonction de mesure de distance sans contact. Il est capable de mesurer des distances de 20 à 600 cm avec une précision d'environ 1mm Ce module comprend un émetteur d'ultrasons, un récepteur à ultrasons et son circuit de commande.

Le capteur JSN-SRT04-2.0 fournit un signal de déclenchement, c’est une impulsion de 10 μs au haut niveau (5V).Le module transmet automatiquement huit impulsions successives à 40KHz. S'il y a un obstacle en face avant du module, il reflète l'éclatement ultrason.

Le signal de retour, la sortie ECHO du capteur sera à l'état haut (5V) pour une durée de temps nécessaire pour envoyer et recevoir une impulsion ultrasonique

Module de MicroSD

L’une des exigences est d’enregistrement de l’historique de fonctionnement de l’appareil. Pour cela, on a besoin d’un support de stockage démontable et facile à manipuler. Pour cette raison, on a choisi d’utiliser un module de carte mémoire MicroSD.

Dans le marché il y a divers types et formes de ce module du support carte mémoire dédié à l’environnement Arduino.

En effet Le module (adaptateur de carte MicroSD) de carte MicroSD utilisé pour lire et écrire à travers le système de fichiers et piloté à l’aide d'interface SPI, le système SCM peut être complété au sein d'une carte MicroSD de fichier.

Interface de contrôle: Un total de six broches (GND, VCC, MISO, MOSI, SCK, CS), GND à la masse, VCC relier à 5V, MISO, MOSI, SCK, CS pour le bus SPI.

Module de temps

Après avoir collecté l’information à stocker dans une carte mémoire, il faut ajouter un repère pour organiser et structurer les données. La solution proposée est un repère du temps réel. Pour cela nous avons inséré un module de temps nommé DS1307.

Dans le monde de l’électronique il y a plusieurs type de RTC, le choix de DS3017 est fait pour les raisons suivantes :

RTC connue pour sa fiabilité et popularité.
modèle compacte.
très bon rapport prix/qualité.

2. Conception électrique

Cette carte électronique assure la liaison entre les différentes parties du système par l’intermédiaire de pistes ou par les borniers

Programmation de microcontrôleur

Avant tout pour des raisons des mémoires nous avons choisi de repartir la partie commande sur deux microcontrôleurs. Pour cela on a un programme unique pour chaque MCU.

La premier programme est dédié au MCU responsable principalement de l’interfaçage avec l’utilisateur: saisir les données, envoyer à l’MCU esclave, et choisir et afficher le résultat final.

Le deuxième programme est consacré au calcul de distance, commande de motopompe, leds , buzzer, et enregistrement des données sur une carte mémoire après avoir reçu les données et l’ordre depuis l’MCU maître et après lui avoir envoyer des mesures.

Calcul et dimension

Dans notre projet on a deux types de la citerne (Cubique et Cylindrique).chaque forme géométrique possède ses propres caractéristiques.

Calcul de la forme cubique

Une forme cubique possède trois dimensions principales qui sont à la fois longueur, largeur et hauteur. Pour calculer le volume, masse et niveau:

Volume(en m^3) = (différance(en m) * longueur(en m) * largeur(en m))

Volume(en L) = Volume(en m^3) * 1000

Masse(en Kg) = masse volumique * Volume(en L)

Niveau(en %) = (différance(en m) / hauteur(en m)) * 100

Calcul de la forme cylindrique

Une forme cubique possède deux dimensions principales qui sont diamètre et hauteur. Et pour calculer le volume, la masse et le niveau if faut que tous les dimensions aient la même unité par défaut.

Volume(en m^3) = (∏ * rayon ^2 * différance(en m))

Volume(en L) = Volume(en m^3) * 1000

Masse(en Kg) = masse volumique * Volume(en L)

Niveau(en %) = (différance(en m) / hauteur(en m)) * 100

Programmation du microcontrôleur maître

Programmation du microcontrôleur esclave

Réalisation

Une fois le besoin analysé et le cahier des charges validé, la première grande étape dans la réalisation d’une carte électronique est la conception des différentes parties du système de celle-ci. On a utilisé le logiciel proteus qui nous permet de réaliser le travail demandé.

1. Router le schéma électrique

Une fois les tests effectués, on étudie comment les composants vont s’organiser physiquement sur la future carte électronique. On choisit donc les composants et on établit, toujours à l’aide d’un logiciel ARES, les liaisons entre ceux-ci automatiquement.

Ø 👉 Les pistes reliant les différents composants du circuit en face sont les traits rouges.

Ø 👉 Les pistes reliant les différents composants du circuit en pull sont les traits bleus.

2. Imprimer le typon

Le typon est un dessin du circuit imprimé (pistes et pastilles) effectué sur un film transparent. Le typon sera utilisé pour réaliser le circuit imprimé par photo gravure (prochaine étape).

Le typon est donc produit d’après le routage effectué précédemment.

3. Insolation de la plaque époxy

Après avoir retiré le film protecteur de la plaque époxy, la résine se trouve à la surface. Cette résine a pour propriété de se modifier lorsqu’elle est exposée aux rayonnements ultra-violets, elle est dite photosensible. Cette propriété est intéressante car il suffit d’isoler des UV certaines parties de cette résine pour qu’elle ne soit pas modifiée. Il va donc falloir exposer notre plaque aux UV (c’est ce qu’on appelle l’insolation de la plaque).Pour cela, on a utilisé une insoleuse.

4. La révélation

Le révélateur est un produit chimique nommé l'hydroxyde de fer. Sa manipulation nécessite des précautions comme le port de gants. On doit maintenant placer la plaque dans un bac contenant le révélateur.

5. Graver le circuit imprimé

Notre plaque est plongée dans un bac à graver qui contient un produit acide nommé le perchlorure de fer. Cet acide va dissoudre le cuivre autour des pistes protégées par la résine. Le Perchlorure de Fer suractivé est un liquide de couleur marron très foncé. On l´utilise pour graver les circuits imprimés car il a la particularité de détruire(par réaction chimique) tout le cuivre qui n´est pas recouvert de résine photosensible.

6. Perçage du circuit

Avant de souder les composants, il nous faut percer les pastilles. Ces trous correspondent à l’emplacement des pâtes des composants. Pour cela on utilise une perceuse.

7. Soudage du composants

A présent, on doit placer les composants sur la plaque en s’aidant du schéma. Pour souder, on utilise un fer à souder et de l’étain car c’est un métal facilement manipulable et que sa température de fusion est assez basse (il fond facilement).

8. Test

Les tests constituent une étape importante de la conception d’un projet. Plus qu’importants, ils sont nécessaires. En effet ils permettent de vérifier le bon fonctionnement de notre carte, mais aussi de nous rendre compte des potentiels défauts de conception.

Après toute réalisation, il faut vérifier toutes les connexions pour éviter un éventuel court-circuit après avoir mis le circuit sous tension, effectuer des manipulations si nécessaire et vérifier le bon fonctionnement de ce dernier

9. Assemblement de l’appareil

Pour assembler cet appareil, on a choisi un boitier étanche qui relie tous les composants dans un seul endroit.

TEST DE l’APAREILL

Auteur : Mohamed Trabelsi.