Mini automate programmable à PIC 16F877a

Il m'est venu l'idée de concevoir ce mini automate / "dataloggueur" pour réaliser la partie commande de divers automatismes, notamment en domotique, alarme et sécurité, photographie (intervallomètres...) et réaliser diverses animations lumineuses à l'occasion d'évènements festifs. L'affichage est d'origine confié à un écran LCD 128 X 64 caractères TACTILE rétro-éclairé bleu vendu chez Lextronics) mais l'automate est adaptable à d'autre afficheurs, comme un LCD 2 X 16 caractères, ou un LCD graphique de taille quelconque (A vous d'adapter le code en conséquence ! ).
Cet automate possède de nombreuses entrées sorties dont certaines peuvent fournir une certaine puissance (quelques ampères)...

Une sortie par LED infrarouge et radio 433Mhz permet de télécommander tout appareil domestique (...pour peu qu'il soit télécommandable), ce qui ouvre de nombreuses applications domotiques (programmateur pour la cafetière, les volets roulants ; réveil le matin avec la chaîne hi fi, simulateur de présence....). Une entrée infrarouge et radio pour acquérir les codes de ces télécommandes d'appareils est également prévue...

Vous trouverez ci-dessous un résumer de ses caractéristiques. Sachez que l'automate intègre certains composants de puissance permettant de l'interfacer aisément avec un équipement existant.

Voici mon troisième prototype d'automate et le premier à être publié en ligne. J'ai conçu la première version en Antarctique afin de réaliser un jeu de lumière lors des festivités de la mid winter (cf. "le carnet de voyage en Antarctique", quelque part sur ce site). Mais celui-ci souffrait de quelques défauts dont une mauvaise gestion de l'alimentation n'autorisant pas une alimentation permanente sur piles et la faiblesse de ses sorties de puissances limitées à 1 A max. De plus, il était réalisé à l'aide de deux circuits imprimés doubles face, ce qui n'est pas un travail de réalisation évident pour l'amateur (L'alignement correct des deux faces demande de la minutie).

J'ai préféré donc revenir sur une base employant un circuit imprimé d'une seule face, quitte à augmenter ses dimensions (en le gardant toutefois intégrable dans un boîtier pouvant se loger dans la poche), et à utiliser quelques composants C.M.S. classiques, (de dimensions "assez importantes" pour ne pas rencontrer trop de difficultés lors de leur soudure et de leur approvisionnement).

J'ai augmenté le nombre d'entrées sortie et la précision des valeurs analogiques mesurées en multiplexant le port SPI/I²C du PIC avec un convertisseur analogique numérique 12 bits de chez Linear Technology. Le port A du PIC est également multiplexé pour économiser des entrés/sorties supplémentaires ce qui entrainera une légère complication du mode d'exploitation des E/S. C'est pourquoi je vous fournirai un programme de base permettant d'employer et de réaliser certaines opérations avec les entrées et sorties de capteurs. Un nano système d'exploitation en somme, que vous pourrez utiliser tel quel (en tant que "dataloggueur") ou le modifier à votre goût.

- Au niveau des circuits intégrés, l'automate utilise :

Composant	Nom	Nb pattes	Fonction
IC1	PIC 16F877a	40	Microcontrôleur (ou 18F4420)
IC2	MAX 756	8	Alimentation boost & ref. tension
IC3	MAX 220 ou 232	16	Interface série RS-232c
IC4	74 HCT 373	20	Buffer 8 bits
IC5	PCF 8583	8	Horloge temps réel I²C
IC6	24C16	8	EEPROM I²C
IC7	MPX 4400P	4	Capteur barométrique
IC8	AD 590 ou 592	3	Capteur de température
IC9	LM 301	8	Pré amplificateur micro & baro.
IC10	Connecteur	9	Connecteur carte Flash MMC/SD
IC11	TLC 2543	20	CAN 12 bits, 10 voies

Le cœur de l'automate est bien évidement le microcontrôleur PIC (16F877a ou 18F4420).

Le convertisseur analogique numérique 12 bit est un TLC 2543, le même utilisé dans le chargeur universel, et ce, afin de garantir des mesures précises. Il mesurera la pression, la/les températures, l'entrée audio (via un micro et un ampli-op) et enfin la tension batterie. Reste 5 sorties libres pour l'utilisateur.

L'horloge temps réel I²C est confiée à un PCF8583.

Un MAX 756 assure l'alimentation de l'ensemble, fabriquant du 5 volts à partir de 1 à 3 piles/accus de 1V5.

Par ailleurs, le PIC commande la mise en marche ou l'arrêt de chaque gamme de périphérique selon leur utilisation, par exemple la radio, le CAN, la réception infrarouge... Pour une optimisation de la consommation.

La liaison série sera assurée par un MAX 232 ou mieux, un MAX 220 à faible consommation.

Un buffer télécommandé (latch) permettra de multiplexer sur les ports A et E du PIC, le rétro éclairage de l'écran LCD, Et les sorties de puissances.

- Au niveau des interfaces:

L'écran LCD sera: Soit un alphanumérique 1 ou 2 fois n caractères, soit un écran graphique quelconques, pour peu que son interface soit série ou parallèle, en 4 ou 8 bits, plus 3 de contrôles: CE1 (Chip Enable 1); CE2 (Chip Enable 2) ; ST (Strobe).

Le clavier numérique sera un pavé matriciel standard (genre téléphone) de 12 touches.

Les émetteur / récepteur radio seront de type Aurel, opérant dans la bande des 433 Mhz ou autre, moyennant adaptation.

Le récepteur infrarouge (type Sharp ou autre) délivrera un signal démodulé (40Khz adaptable) en cas de réception IR.

8 Leds témoigneront de l'état de l'étage de puissance construit autour des paires de MOS-FEETS montés en push-pull.

La charge de la batterie est réalisée par source de courant constant commutable via la sortie RD5 du PIC.

Gestion de l'alimentation :

* : Via un buffer télécommandé (latch). Entrées 0 à 5 du buffer : Commande des sorties de puissance (Px), entrées 6 et 7 du buffer : Commande du rétro éclairage LCD (Bklight. Dx).

Conception et spécifications	Schéma électronique	Dessin du circuit imprimé	Soudage et Réalisation	Développement logiciel (Firmware)	Tests et Validations

100%	95%	80%	0%	5%	0%

Nom du périphérique	Nécessite...	Ne peut dialoguer au même moment que...	N° d'alimentation et consommation (sur batteries) : en veille / marche...
Nom du périphérique	Nécessite...	Ne peut dialoguer au même moment que...	Systèmes primaires	Alim 1	Alim 2 (/cs CAN)	Alim 3
Régulateur (MAX 756)	-	-	60 µA	60 µA	60 µA	60 µA
CPU (PIC 16F / 18F)	-	-	2 µA / 7 mA	2 µA / 7 mA	2 µA / 7 mA	2 µA / 7 mA
Écran LCD (2 X 16 chars rétro éclairage OFF)	Alim 1	CAN, EEPROM, MMC, RADIO tx, LED ir, Buzzer	-	2 mA	-	-
Clavier 12 touches & 7 résistances (1,5M) de tirages vers +Vcc	-	-	18 µA	18 µA	18 µA	18 µA
Référence de tension 4,096V (MAX6341)	MAX 220	-	-	-	2 mA	-
MAX 220 (Liaison RS232)	Alim 1 ou 2	-	-	1 mA	1 mA	-
Lecteur de cartes MMC & bus SPI	Alim 3	LCD, CAN, EEPROM	-	-	-	0? / 30 mA?
EEPROM (24Cxxx) & bus I²C	-	LCD, MMC, CAN	1 µA / 1 mA	1 µA / 1 mA	1 µA / 1 mA	1 µA / 1 mA
Bus LIN ou CAN	-	-	+/- 0 mA	+/- 0 mA	+/- 0 mA	+/- 0 mA
CAN	Alim 2 (/CS) & Référence de tension	LCD, MMC, EEPROM	4 µA / 2,5 mA	4 µA / 2,5 mA	4 µA / 2,5 mA	4 µA / 2,5 mA
Sondes de températures ( AD590 @ 25°C )	CAN	cf. CAN	-	-	280 µA X 2	-
Baromètre	CAN et Alim 3	cf. CAN	-	-	-	X
Entrée microphone	CAN et Alim 3	cf. CAN	-	-	-	X
Radio émetteur	Alim 3	LCD	-	-	-	4 mA
Radio récepteur	Alim 3	-	-	-	-	3 mA
Buzzer	-	LCD	0 / 2 mA	-	-	-
IR récepteur	Alim 1 ou 2	-	-	2 mA	2 mA	-
IR émetteur	-	LCD	0 / 30 mA	-	-	-
Photo diode	CAN	cf. CAN	0 mA	0 mA	0 mA	0 mA
Consommation totale (sys. primaires+Alim X) Typique, en veille	-	-	85 µA	5,085 mA	5,519 mA	7,085 mA
Consommation totale maximale (sys. primaires+Alim X), en marche, sans sorties de puissances	-	-	32,5 mA	12,5 mA	16 mA	37 mA
Autonomie approx. maximale en veille ( 2 accumulateurs R6 en série (2000 mA/h) )	-	-	1 an et 3 mois	> 8 jours	> 6 jours	> 5 jours

Patte	Nom	Connecté à	Patte	Nom	Connecté à
1	Vpp	RC Reset	40	RB7	I.R. rx
2	RA0	LCD D0 ; Radio tx ; P0*	39	RB6	Radio rx ; Int. RS-232 DSR****
3	RA1	LCD D1 ; +Buzzer ; P1*	38	RB5	Clavier numérique / Entrée ext.
4	RA2	LCD D2 ; +Led I.R. ; P2*	37	RB4	Clavier numérique / Entrée ext.
5	RA3	LCD D3 ; CAN EOC**** ; P3*	36	RB3	Clavier numérique / Entrée ext.
6	RA4	LCD D4 ; /SS2 (SPI ext.)** ; P4*	35	RB2	Clavier numérique / Entrée ext.
7	RA5	LCD D5 ; /SS1 (MMC(1)*) ou I²C ; P5	34	RB1	Clavier numérique / Entrée ext.
8	RE0	LCD D6 ; Bklight. D0*	33	RB0	Clavier numérique / Entrée ext.
9	RE1	LCD D7 ; Bklight. D1*	32	VDD	Sortie (6) du MAX 756
10	RE2	Alim 1 (LCD, I.R. rx, RS232)	31	GND	Masse
11	VCC	Sortie (6) du MAX 756	30	RD7	Clavier numérique / Entrée ext.
12	GND	Masse	29	RD6	CE Buffer
13	OSC1	Quartz 12 Mhz	28	RD5	Alim 2 (Vref, RS232, T°C)
14	OSC2	Quartz 12 Mhz	27	RD4	Alim 3 (MMC, Radios, Micro-BF, baromètre)
15	RC0	LCD RS ; Commande charge batterie	26	RC7 / RX	RS232 Sortie (12) MAX 220
16	RC1	P6 (PMW)	25	RC6 / TX	RS232 Entrée (11) MAX 220
17	RC2	P7 (PMW)	24	RC5	MOSI MMC (2)** ; CAN Din
18	RC3	I²C SCL ; CLK MMC (5)** ; CAN SCL	23	RC4	I²C SDA ; MISO MMC (7)*** ; CAN Dout
19	RD0	LCD CE1	22	RD3	Bus LIN ou CAN
20	RD1	LCD CE2	21	RD2	Bus LIN ou CAN