Rapport de fin d'etude ; etude conception d'un journal lumineux

8/15/2019 Rapport de fin d'etude ; etude conception d'un journal lumineux

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Université Mohammed V de Rabat

Ecole Supérieure de Technologie de

Salé

Année universitaire 2015-2016

Rapport du Projet de Fin d’Etudes

Département Maintenance Industrielle

Filière :Licence Professionnelle : Maintenance des Equipements Scientifiques

Réalisé par :

Oussama boudhane & Amine El Aamrani

Date de soutenance : Le 10 Juin 2016, devant le jury composé de :

Tuteur : Mr. Abdelmajid Bybi

Membres de jury :

Thème :

Réalisation d’un journal lumineux a LEDs alimenté par un panneau solaire


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Rapport de projet de fin d’étude Année Universitaire 2015/2016


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A nos chers parents

A nos hers frères et sœurs

A tous nos professeurs

A tous nos familles

A tous nos amis


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Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute l’équipe

pédagogique de l'école supérieure de technologie et les intervenants professionnels responsables de la formation de la licence

professionnelle Maintenance des équipements scientifique.

Au terme de notre projet de fin d’études, nous exprimé notre

profonde gratitude à Monsieur Abdelmajid BYBI pour son

encadrement pédagogique consistant ainsi que pour ses conseils

efficients et ses judicieuses directives, nous le remercie vivement deses efforts considérables pour le bon déroulement et la réussite de

notre formation.

Nous tenons à remercier nos professeurs de nous avoir incités à

travailler en mettant à notre disposition leurs expériences et leurscompétences.

Nous adressons aussi nos sincères remerciements à tous noscamarades pour leurs aides et leurs encouragements.


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S.A.D.T: System Analysis & Design Technic

F.A.S.T: Function Analysis System Technic

L.E.D : Light-emitting diode

CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor


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Liste des figures

Liste des tableaux

Introduction 8

Chapitre 1 : Présentation de projet 9I. Cahier des charges : 10II. L’analyse fonctionnelle : 11

1. Diagramme de bête à cornes : 111. Diagramme de Pieuvre : 123. Diagramme de S.A.D.T : 134. Diagramme de F.A.S.T : 14

Chapitre 2 : Etude théorique 16I. Composants importantes utilisé : 17

1. Diodes électroluminescente (LED) : 172. Registre de décalage 74HC595 : 203. Circuit intégrer 4017 : 234. Arduino uno : 26

5.

Panneau solaire : 29

II. Dimensionnement d’un système photovoltaïque autonome :33

1. Estimation des besoins journaliers en électricité (en Wh/j) :

332. Orientation et inclinaison des modules :

333. Production électrique d’un module en une journée :

344. Nombres des panneaux quel faudra utiliser :

345. Dimensionnement du stockage :

35Chapitre 3 : Travail réalisé 37

I. Construction du Matrice de LEDs : 38II. La carte mére : 40III. Le schéma complète : 41

Conclusion 42 Bibliographie 43


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Figure 1 : Schéma synoptique 10Figure 2 : Diagramme de bête à cornes 12Figure 3 : Diagramme de Pieuvre 13Figure 4 : Diagramme de S.A.D.T 14Figure 5 : Diagramme de F.A.S.T 15Figure 6 : Symbole de LEDs 17Figure 7 : Différents type de LEDs 17Figure 8 : L.E.D bicolores 18

Figure 9 : L.E.D multicolor 18Figure 10 : Image de Registre de décalage 74HC595 20Figure 11 : Schéma logique 21Figure 12 : Schéma fonctionnel 21Figure 13 : Chronogramme de fonctionnement de 74HC595 23Figure 14 : Image de 4017 24Figure 15 : Schéma logique 24Figure 16 : Schéma fonctionnel 24Figure 17 : Chronogramme de fonctionnement de 4017 25Figure 18 : Image de l’Arduino UNO 26Figure 19 : Schéma de l’Arduino UNO 26

Figure 20 : Microcontrôleur ATMEL ATMega328 27Figure 21 : Schéma de l’arduino 28Figure 22 : Cellule photovoltaïque 29Figure 23 : Schéma de fonctionnement de la cellule photovoltaïque 30Figure 24 : Cellules photovoltaïque en série 30Figure 25 : by-pass pour éviter les Hots spots 31Figure 26 : Champ photovoltaïque 31Figure 27 : Système photovoltaïque d’information géographique 34Figure 28 : Support des LEDs 38Figure 29 : Instalation des LEDs sur le support 38Figure 30 : Schéma de la Matrice des LEDs 39

Figure 31 : Schéma de la carte méreFigure 32 : Schéma de complét


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Tableau 1 : Tension de seuil des L.E.Ds solen la couleur 19

Tableau 2 : Description des Pins de 74HC595 22

Tableau 3 : Description des Pins de 4017 25

Tableau 3 : Représentation des types de cellules photovoltaïques 32


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8Rapport de projet de fin d’étude Année Universitaire 2015/2016

A l’Ecole Supérieur de Technologie de Salé, personne ne peut ignorer le rôle fondamental

de la formation professionnelle sur tout que les études s’organisent en deux types de cours : lescours magistraux et les travaux pratiques. Cette formation solide est toujours complétée parl’expérience pratique.

C’est la raison pour laquelle chaque étudiant est amené à effectuer un stage d’initiation

durant sa 1ère année, un stage en fin de la 2ème année et un projet de fin d'études du cycleDUT. Et aussi un stage en fin d’année et un projet de fin d’études du cycle LP.

Concernant notre projet, on va réaliser un journal lumineux qui permet l’affichage d’un

texte. On peut envoyer le texte qu’on veut l’afficher grâce à la liaison USB entre le PC etl’afficheur et on peut donner un effet (défilement à droite, à gauche, en haut et en bas) et pourcommander le tableau d’affichage lumineux nous avons utilisé l’arduino uno.

Dans ce rapport, nous allons étudier les différentes parties de ce journal lumineux et lesdifférentes étapes de réalisation de matrice ainsi que la carte de commande et le programme.


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Notre projet s’inscrit dans le cadre des projets de fin d’études de la licence Professionnelleen maintenance des équipements scientifique, il s’agit de réaliser un journal lumineuxcommandé par ordinateur alimenté par un panneau solaire.

La réalisation de ce projet comporte un aspect électronique, mécanique et informatique, ce

qui nous a données plus de connaissances.

Schéma synoptique :

I. Cahier des charges :

Avant de commencer toute étude, nous avons mis en place un cahier des charges qui est le

suivant :Le système doit :

Etre simple à utiliser Etre autonome, c'est-à-dire sans source de tension extérieure au

système. fonctionner seul, c'est-à-dire que l’utilisateur ne met que le système

en marche et met les données d’affichage. posséder une interface de contrôle, qui doit être simple d’utilisation,

pour permettre à l’utilisateur de consulter certaines informations.

Figure 1 : Schéma synoptique


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II. L’analyse fonctionnelle:

L’analyse fonctionnelle est une méthode de travail qui permet de définir les besoins d’un

produit en termes de fonctions, au prix le plus juste. Cette méthode utilise des outils qui permettent d’identifier des fonctions d’usage et d’estime.

Concernant notre projet, on a appliqué cette méthode pour définir les besoins, les fonctionset la composition de notre journal lumineux qu’on a réalisé.

Il existe deux types d’analyse fonctionnelle :

L’analyse externe : Analyse du point de vue client ou utilisateur du produit quis’intéresse uniquement aux fonctions de service ou fonctions externes de celui-ci

L’analyse interne : Analyse du point de concepteur en charge de réaliser le produit.L’analyse consiste à passer des fonctions de services aux fonctions techniques permettant deles concrétiser.

Ces deux types d’analyse représentée par les diagrammes suivant :

Diagramme de bête à cornes.

Diagramme de Pieuvre.

Diagramme de S.A.D.T « System Analysis & Design Technic ».

Diagramme de F.A.S.T « Function Analysis System Technic ».

1. Diagramme de bête à cornes :

La bête à corne est un outil d’analyse fonctionnelle du besoin. En matière d’innovation, il

est tout d’abord nécessaire de formuler le besoin sous forme de fonctions simples (dans le sens

de « fonctions de bases ») que devra remplir le produit ou le service innovant.

Pour établir la bête à cornes d’un produit, il est nécessaire de se poser les questions

suivantes :

« A qui notre produit rend-il service ? » : C’est l’utilisateur du produit.

« Sur quoi agit notre produit ? » : C’est la matière d’œuvre que va transformer notre produitc’est Matrice de Diodes électroluminescente (Led).

« Quel est le but de notre produit ? » : C’est la fonction principale de notre produit, c’estd’affichage un message voulue sur une surface lumineux.


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2.

Diagramme de Pieuvre :

Le diagramme “pieuvre” (ou APTE) met en évidence les relations entre les différents

éléments du milieu environnant et le produit. Ces différentes relations sont appelées lesfonctions de produit qui conduisent à la satisfaction du besoin.

Cette méthode est déposée par la société APTE (APTE= Applications des techniquesd'entreprises Paris), comporte trois étape :

1ère étape : La recherche et la caractérisation du besoin par l'outil "bête à cornes" etl'identification de la fonction globale.

2ème étape : La recherche de l'environnement du produit, l'identification et lacaractérisation des interacteurs du système (les entités en relation avec le système pendant soncycle de vie). Le système est pris comme une entité évoluant dans son environnement. Ladescription de l’environnement (direct) commence par la liste des milieux extérieurs.

3ème étape : La recherche des fonctions et des contraintes : Une fonction représente unerelation entre le système et un ou plusieurs interacteur(s), il existe 2 types de fonctions :

Les fonctions principales (Fp) : expressions des relations entreinteracteurs, à travers le système.

Les fonctions contraintes (Fc) : celles mettant en relation le système et unmilieu extérieur, « réponses ou réactions » du système à un interacteur.

Figure 2 : Diagramme de bête à cornes


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Le diagramme de Pieuvre de notre produit et le suivant :

Fp1: Permettre à l'utilisateur de modifier le message et contrôler les effets d’affichage

Fc1: Géré et mémoriser les données d’affichage

Fc2: s’adapter à l'énergie fournit par le panneau solaire

Fc3: Respecter les normes de sécurité

Fc4: être facile à réparer.

Fc5: Etre attirant à l’œil

3.

Diagramme de S.A.D.T « System Analysis & Design Technic » :

S.A.D.T Cette méthode a été mise au point par la société Softech aux Etats Unis. Laméthode SADT est une méthode d'analyse par niveaux successifs d'approche descriptive d'unensemble quel qu'il soit. On peut appliquer le SADT à la gestion d'une entreprise tout commeà un système automatisé. S.A.D.T éclate le Bloc de la Fonction Globale et utilisepour chaquesousbloc, les conventions graphiques du bloc fonctionnellié à la Fonction Globale et étudié

précédemment. Dans ce modèle figure donc tout ce qui transite dans le bloc avec l’aide de a

Fonction (entrées, sorties de MO, données de contrôle, ..). Il en existe 2 types :

les actigrammesou diagrammes d’activité: Ils sont issus du bloc de la fonction

globale

Figure 3 : Diagramme de Pieuvre


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Figure 5 : Diagramme de F.A.S.T


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Figure 7 : différents type de LEDs

D’une façon générale, un afficheur alphanumérique est un traducteur électro-optique quitransforme une énergie électrique en une autre lumineuse ou plus généralement en uneinformation visible.

Et pour réaliser un prototype de ces afficheurs qui va être sous le contrôle d’un utilisateurà travers une interface de commande sur un ordinateur ainsi, mémoriser les donnéesd’affichage, cela nécessite des composants spéciaux. On va parler de quelqu’une dans cechapitre.

I. Composants électroniques utilisé :

Dans cette partie on va juste définir les composants et leur fonctionnement général :

1.

Diodes électroluminescente (LED) :

Le terme LED :

LED = Light Emitting Diode, diode electroluminescent.

HB-LED ou HBLED = High Brightness LED, Leds haute luminosité.

HP-LED ou HPLED = High Power LED, Leds haute puissance.

Symbole :

Description :

La LED est un composant dit passif, de la famille des semi-conducteurs (comme la diode

et le transistor). Il s'agit d'une diode un peu particulière, qui a la propriété d'émettre de lalumière quand un courant la parcourt (de l'Anode vers la Cathode), et les couleurs que l’on

trouve généralement sont : rouge, vert, jaune et bleu.

Figure 6 : Symbole de LEDs


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L.E.D bicolores :

Ils sont associées dans un même boîtier transparent, 2 puces émettant chacune une couleur précise : rouge pour l'une, et vert pour l'autre. Les L.E.Ds bicolores peuvent posséder deux pattes (montage des deux L.E.Ds en "parallèle retourné") ou trois pattes (montage des deux

L.E.Ds en "série inversé" avec point milieu).

L’allumage simultané des deux puces vert et rouge(résultat jaune-orange) est plus facile avec la L.E.D à trois pattes, sous une simple tensioncontinue. Pour la L.E.D à deux pattes, il y a obligation d'inverser la polarité de la tensionappliquée, selon la puce que l'on veut utiliser. Une tension alternative est donc requise pour

allumer les deux puces en même temps (il est faux de dire en même temps, mais grâce à la persistance rétinienne, cet effet "continu" peut être obtenu avec un signal alternatif de fréquencesuffisante, sans scintillement visible).

L.E.D à plus de deux couleurs :

Ils Sont associées dans un même boîtier transparent, 3 ou 4 puces émettant chacune unecouleur précise : rouge, vert et bleu. Du fait d'un éclairement généralement moindre de la puce

bleue, cette dernière se trouve souvent doublée : 2 puces bleues pour une rouge et une verte.Les deux puces bleues étant électriquement raccordées entre elles, la L.E.D possède en toutquatre pattes : une pour la puce rouge, une pour la puce verte, une pour la ou les puces bleues,

et la quatrième enfin pour le point commun.

Si l'on se contente d'activer en tout ou rien chacune des trois couleurs, nous pouvons faires'illuminer la L.E.D avec 7 couleurs différentes (8 combinaisons possibles, mais on ne compte

pas celle où tout est éteint). Pour obtenir plus de variations possibles, plus de couleurs si vous

préférez, il faut rendre variable l'intensité lumineuse de chaque couleur, de façon indépendante.

Figure 8 : L.E.D bicolores

Figure 9: L.E.D multicolor


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Pour cela, il faut utiliser un système de commande de L.E.D à rapport cyclique variable, c'estce que j'ai fait par exemple avec mon lampadaire multicolore.

L.E.Ds haute luminosité :

Ce type de L.E.D, qui peut émettre dans l'ensemble des couleurs vue précédemment (lesL.E.Ds haute luminosité ne sont pas forcément blanches) constituera sans doute dans un très proche avenir, une solution alternative intéressante à l'éclairage grand public, voir à l'éclairage professionnel de forte puissance (ça commence à venir, il suffit de regarder un peu autour desoi quand on va dans certains petits spectacles ou dans des salons).

Il est à noter que vu la puissance lumineuse développée par ces L.E.Ds (certaines atteignentou dépassent 50000 mcd), les mêmes précautions que celle qui s'appliquent pour les LASERsont de rigueur (ne pas diriger directement ces L.E.Ds vers les yeux).

La tension de seuil dépend de la couleur et donc de la composition chimique du dopage.

Matériau Longueur d'onde (en nanomètres)Chute de

tension (en

volts)

Infrarouge 1180 nm 1,6 V

Infra-rouge 1150 nm 1,6 V

Infra-rouge 770 à 1100 nm 1,6 V

Rouge foncé 775 nm 1,6 à 2,0 V

Rouge clair 610 (ou 625) à 660 nm (1) 1,6 à 2,0 V

Orange foncé 602 à 610 (ou 625) nm 2,0 V

Orange clair 590 à 602

Jaune 570 à 590 nm 2,1 V

Jaune-vert 530 à 570 nm 2,1 à 2,5 V

Vert 525 à 565 nm2,1 à 2,5V -

3,0 à 3,6 V

Bleu turquoise 480 nm 2,1 à 2,8 V

Bleu 410 à 470 nm (ou 450 à 500)2,5 à 2,8 V -

3,2 à 3,6 V

Rose 3,1 à 3,6 V

Violet 380 nm (ou 400 à 450) 3,1 à 3,6 V

Ultra-violet 280 à 395 nm 3,1 à 3,8 V

BlancMélange des trois couleurs

rouge, vert et bleu3,4 à 3,8 V

Silicium-Carbone (SiC), Nitrure de gallium (GaN)

ou Phosphure de gallium (GaP)

Séléniure de zinc (SnSe), Nitrure de gallium/indium

(InGaN) ou Carbure de silicium (SiC)





Diamant (C)

Diamant (C)

Arséniure/phosphure de gallium (GaAsP)




Phosphure de gallium (GaP)

Silicium-Carbone (SiC), Nitrure de gallium (GaN)

ou Phosphure de gallium (GaP)

Couleur

Germanium (Ge)

Silicium (Si)

Gallium-Arsenic (GaAs)

Aluminium-Antimoine (AlSb)

Tableau 1: Tension de seuil des L.E.Ds solen la couleur


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2.

Registre de décalage 74HC595 :

Un registre à décalage est un ensemble de bascules synchrones, dont les bascules sontreliées une à une, à l'exception de deux bascules qui ne sont pas forcément reliées. À chaque

cycle d'horloge, le nombre représenté par ces bascules est mis à jour.Différents types de registre à décalage existent :

SISO (Serial In - Serial Out) : à chaque cycle d'horloge, on ne peut écrire que dans une bascule (lorsque deux bascules ne sont pas reliées entre elles, c'est celle dont l'entrée n'est pasreliée à une autre bascule), et on ne peut lire qu'une autre (lorsque deux bascules ne sont pasreliées entre elles, c'est celle dont la sortie n'est pas reliée à une autre bascule).

SIPO (Serial In - Parallel Out) : à chaque cycle d'horloge, on ne peut écrire que dans une bascule (lorsque deux bascules ne sont pas reliées entre elles, c'est celle dont l'entrée n'est pas

reliée à une autre bascule), mais on peut lire les valeurs de toutes les bascules.

PISO (Parallel In - Serial Out) : à chaque cycle d'horloge, on peut forcer la valeur de toutesles bascules, mais on ne peut en lire qu'une (lorsque deux bascules ne sont pas reliées entreelles, c'est celle dont la sortie n'est pas reliée à une autre bascule).

PIPO (Parallel In - Parallel Out) : à chaque cycle d'horloge, on peut forcer la valeur detoutes les bascules, et on peut toutes les lire.

Le 74HC595 est un registre à décalage Serial In - Serial Out et Parallèle Out 8 bits, avec unregistre de stockage et de 3-state output. Les deux registres de « décalage » et de « stockage »

ont deux horloges séparées. L'appareil dispos d'une entrée série (DS) et une sortie série (Q7S)en cascade et une entrée asynchrone de remise à zéro MR. Un ‘0’ sur MR réinitialisé le registreà décalage. Les données se déplacent sur la transition ‘0’ à ‘1’ de l'entrée SHCP. Les donnéesdu changement registre est transféré au registre de stockage sur une transition ‘0’ à ‘1’ du STCPcontribution. Si les deux horloges sont reliées entre elles, le registre à décalage sera toujoursune horloge impulsion d'avance du registre de stockage. Les données dans le registre destockage apparaissent à la sortie chaque fois que l'entrée de validation de sortie OE est à ‘0’.Un ‘1’ sur OE implique sur les sorties à prendre un état ‘0’. Le fonctionnement de l'entrée OEne modifie pas l'état des registres.

Figure 10: image de Registre de décalage 74HC595


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Schéma logique :

Schéma fonctionnel :

Figure 12 : Schéma fonctionnel

Figure 11 : Schéma logique


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Description des Pins :

Fonctionnement :

Comme tout composant électronique, il faut commencer par l’alimenter pour le faire

fonctionner. Le tableau que nous avons vu juste au-dessus nous indique que les brochesd’alimentation sont la broche 16 (VCC) et la broche 8 (masse), La tension qu’on peut appliquer

pour l’alimenter : entre 2V et 5.5V (et idéalement 5.0V).

Une fois que ce dernier est alimenté, il faut se renseigner sur le rôle des broches pour savoircomment l’utiliser correctement. Pour cela il faut revenir sur le tableau précédent. On découvre

donc que les sorties sont les broches de 1 à 7 et la broche 15 (Qn), l’entrée série des données,qui va commander les sorties du composant, se trouve sur la broche 14, une sortie particulière

est disponible sur la broche 9.

Sur la broche 10 on trouve le Master Reset, pour mettre à zéro toutes les sorties. Elle estactive à l’état BAS. Alors dans le cas où vous utiliseriez cette sortie, de la forcer à un étatlogique HAUT, en la reliant par exemple au +5V ou bien à une broche de l’Arduino que vous

ne mettrez à l’état BAS que lorsque vous voudrez mettre toutes les sorties du 74HC595 à l’état

bas. La broche 13 est un broche de sélection qui permet d’inhiber les sorties. En clair, celasignifie que lorsque cette broche n’a pas l’état logique requis, les sorties du 74HC595 ne seront

pas utilisables. Soit vous choisissez de l’utiliser en la connectant à une sortie de l’Arduino, soit

on la force à l’état logique BAS pour utiliser pleinement chaque sortie.La n°11 et la n°12. Ce sont des « horloges ». Nous allons expliquer quelle fonction elles

remplissent. Lorsque nous envoyons un ordre au 74HC595 (sur le pin DS), nous envoyons cetordre sous forme d’états logiques qui se suivent. Par exemple l’ordre 01100011. Cet ordre est

composé de 8 états logiques, ou bits, et forme un octet. Cet ordre va précisément définir l’état

de sortie de chacune des sorties du 74HC595. Le problème c’est que ce composant ne peut pas

dissocier chaque bit qui arrive. Prenons le cas des trois zéros qui se suivent dans l’octet quenous envoyons. On envoie le premier 0, la tension sur la ligne est alors de 0V. Le second 0 estenvoyé, la tension est toujours de 0V. Enfin le dernier zéro est envoyé, avec la même tension

de 0V puis vient un changement de tension à 5V avec l’envoi du 1 qui suit les trois 0. Au final,

Tableau 2 : Description des Pins de 74HC595

Symbole N° de pin Description

Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 15,1,2,3,4,5,6,7 sortie de données parallèle

GND 8 La masse 0VQ7S 9 serial data output

MR 10 master reset

SHCP 11 l'entrée d'horloge de registre de décalage

STCP 12 l'entrée d'horloge de registre de stockage

OE 13 l'entrée de validation de sorties

DS 14 entrée série de données

VCC 15 tension d'alimentation


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le composant n’aura vu en entrée qu’un seul 0 puisqu’il n’y a eu aucun changement d’état. De

plus, il ne peut pas savoir quelle est la durée des états logiques qu’on lui envoie. S’il leconnaissait, ce temps de « vie » des états logiques qu’on lui envoie, il pourrait aisément décoder

l’ordre transmis. En effet, il pourrait se dire: « tiens ce bit (état logique) dépasse 10ms, donc

un deuxième bit l’accompagne et est aussi au niveau logique 0 ». Encore 10ms d’écoulée ettoujours pas de changement, eh bien c’est un troisième bit au niveau 0 qui vient d’arriver. C’est

dans ce cas de figure que l’ordre reçu sera compris dans sa totalité par le composant.

C’est là qu’intervient le signal d’horloge. Ce signal est en fait là dans l’unique but de dire

si c’est un nouveau bit qui arrive, puisque le 74HC595 n’est pas capable de le voir tout seul.

En fait, c’est très simple, l’horloge est un signal car ré fixé à une certaine fréquence. À chaquefront montant sur le pin n°11 (SHCP), le 74HC595 saura que sur son entrée, c’est un nouveau

bit qui arrive, lecteur de ces 8 bit suive par un front montant (impulsion) sur le pin n°12(STCP),et alors le 74HC595 sortira la donnée série d’entre parallèlement sur les sorties (Qn). Ce

chronogramme vous aidera à mettre du concret dans vos idées :

3.

Circuit intégrer 4017 :

Le circuit intégré 4017 fait partie de la série des circuits intégrés 4000 utilisant latechnologie CMOS. C’est un compteur décimal ayant une entrée d'horloge et dix sorties Q0 àQ9. Une seule des sorties peut être active à un instant donné. Les sorties sont activéesséquentiellement (c'est-à-dire l'une après l'autre) à chaque signal d'horloge.

Le 4017 a 5 étages compteur Johnson ayant 10 sorties décodées. Les entrées existent : unCLOCK, un RESET, et un signal CLOCK INHIBIT, deux entrées d’alimentation Vcc et GND.

Figure 13 : Chronogramme de fonctionnement de 74HC595


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Schéma logique :

Schéma fonctionnel :

Figure 14 : image de 4017

Figure 15 : Schéma logique

Figure 16 : Schéma fonctionnel


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Description des Pins :

Fonctionnement :

Le fonctionnement de 4017 est simple, sur ce circuit l'entrée CP0 permet de déclencher lecompteur sur un front montant alors que l'entrée CP1 permet le déclenchement du compteur surun front descendant, alors on ajoute notre horloge sur l’une de ces entrées et l’autre on le fixe

sur un état correspondent (pour CP0 ‘1’ et pour CP1 ‘0’). On prend par exemple notre horlogesur CP0 et le CP1 mise à ‘0’, au niveau des sorties O0…O9 on va voire sur chaque front montantl’activation d’une sortie de O0 puis O1 jusqu’à O9 puis O0 et la boucle ça tourne tant quel’horloge fonction. Quand les premiers sorties sont activée une après l’autre la sortie O5-9 etactivé, sinon elle reste à l’état ‘0’. L'entrée MR permet la remise à 0 générale. Elle est activeau niveau H (haut). Un Chronogramme à la suite pour bien comprendre :

Symbole N° de pin Description

CP0 14 horlogr (déclenchée de '1' vers '0')

CP1 13 horlogr (déclenchée de '0' vers '1')MR 15 remise à zero

O0--->O9 3,2,4,7,10,1,5,6,9,11 10 sorties décodée

O5-9 12 sortie de tranporte

Tableau 3 : Description des Pins de 4017

Figure 17 : Chronogramme de fonctionnement de 4017


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4.

Arduino uno :

Le modèle UNO de la société ARDUINO est une carte électronique dont le cœur est un

microcontrôleur ATMEL de référence ATMega328. Le microcontrôleur ATMega328 est un

microcontrôleur 8bits de la famille AVR dont la programmation peut être réalisée en langageC.

Schéma simplifié de la carte Arduino UNO :

Les signaux d'entrée-sortie du microcontrôleur sont reliés à des connecteurs selon leschéma ci-dessous :

Figure 18 : image de l’Arduino UNO

Figure 19 : Schéma de l’Arduino UNO


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Microcontrôleur ATMEL ATMega328 :

Le microcontrôleur utilisé sur la carte Arduino UNO est un microcontrôleur ATMega328.C'est un microcontrôleur ATMEL de la famille AVR, 8bits.

Les principales caractéristiques sont :

Tension d'alimentation interne 5V. tension d'alimentation (recommandée) 7-12V. tension d'alimentation (limites) 6-20V.

Courant max par broches E/S = 40 mA. Courant max sur sortie 3,3V = 50 mA. FLASH = mémoire programme de 32Ko. SRAM = données (volatiles) 2Ko. EEPROM = données (non volatiles) 1Ko. Digital I/O (entrées-sorties Tout Ou Rien)= 3 ports PortB, PortC, PortD (soit 23

broches en tout I/O). Timers /Counters: Timer0 et Timer2 (comptage 8 bits), Timer1 (comptage 16bits)

Chaque timer peut être utilisé pour générer, deux signaux PWM. (6 broches

OCxA/OCxB). Plusieurs broches multifonctions : certaines broches peuvent avoir plusieurs

fonctions différentes choisies par programmation. PWM= 6 brooches OC0A (PD6), OC0B (PD5), 0C1A (PB1), OC1B (PB3), OC2A

(PB3), OC2B (PD3). Convertisseurs analogique/numérique (résolution 10bits) = 6 entrées multiplexées

ADC0(PC0) à ADC5(PC5). Gestion bus I2C (TWI Two Wire Interface) = le bus est exploité via les broches

SDA(PC5)/SCL(PC4). Port série (USART)= émission/réception série via les broches

TXD(PD1)/RXD(PD0).

Figure 20 : Microcontrôleur ATMEL ATMega328


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Comparateur Analogique= broches AIN0(PD6) et AIN1 (PD7) peut déclencherinterruption.

Watchdog Timer programmable. Gestion d'interruptions (24 sources possibles (cf interrupt vectors)) : en résumé

Interruptions liées aux entrées INT0 (PD2) et INT1 (PD3). Interruptions sur changement d'état des broches PCINT0à PCINT23. Interruptions liées aux Timers 0, 1 et 2 (plusieurs causes configurables). Interruption liée au comparateur analogique. Interruption de fin de conversion ADC. Interruptions du port série USART. Interruption du bus TWI(I2C).

L'intérêt principal des cartes ARDUINO (d'autres modèles existent) est leur facilité de miseen œuvre. ARDUINO fournit un environnement de développement s'appuyant sur des outilsopen source. Le chargement du programme dans la mémoire du microcontrôleur se fait de

façon très simple par port USB. Le logiciel de programmation :

Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre etmultiplateformes, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer leFireWire et le programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon lemodule). Il est également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler ettélécharger les programmes via l'interface en ligne de commande.

Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++, et lié à la bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses

entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le développement de programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maîtrisant le C ou le C++.

Fonctionnement :

Les différentes versions des Arduino fonctionnent sous le même principe général :

Figure 21 : schéma de l’arduino


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A : ce sont les broches dites numériques (0 ou 1) ou « tout ou rien » ; elles offrent en sortie du 5 Vet acceptent en entrée du 5 V sur le même principe.

- fonctions digitalWrite() et digitalRead()

B : ce sont les broches dites analogiques, valeur entre 0 V et 5 V- fonctions analogWrite() et analogRead()

C : les différentes broches d'alimentation :

- Rouge : sortie 5 V (+)- Orange : sortie 3,3 V (+)- Noire : les masses (−) - Jaune : entrée reliée à l'alimentation (7 V-12 V)

D : broches de Remise à zéro

Il y a des variations entre les différentes cartes (par exemple : UNO, la patte 13 est équipée d'unerésistance).

5.

Panneau solaire (Cellule photovoltaïque):

L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par le physicien français Becquerel.

Un panneau solaire fonctionne par l’effet photovoltaïque c'est-à-dire par la création d'uneforce électromotrice liée à l'absorption d'énergie lumineuse dans un solide. C’est le seul moyenconnu actuellement pour convertir directement la lumière en électricité.

La cellule photovoltaïque constitue l’élément de base des panneaux solaires

photovoltaïques. Il s’agit d’un dispositif semi -conducteur à base de silicium délivrant unetension de l’ordre de 0,5 à 0,6 V.

La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de silicium (matériausemi-conducteur) :

- une couche dopée avec du bore qui possède moins d'électrons que le silicium,cette zone est donc dopée positivement (zone P),

- une couche dopée avec du phosphore qui possède plus d'électrons que lesilicium, cette zone est donc dopée négativement (zone N).

Figure 22 : Cellule photovoltaïque


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électriques, c’est l’intensité I du panneau, variant en fonction de l’ensoleillement, qui va

déterminer l’énergie électrique.

La mise en série des cellules peut être dangereuse lorsque l’une d’entre elles se

retrouve à l’ombre. Elle va s’échauffer et risque de se détruire. En effet, une cellule "masquée"voit l'intensité qui la traverse diminuer. De ce fait, elle bloque la circulation de l'intensité"normale" produite par les autres modules. La tension aux bornes de cette cellule "masquée"augmente, d’où apparition d’une surchauffe. C'est l'effet d'auto-polarisation inverse. Une tellecellule est appelée "Hot spot".

Pour supprimer ce problème et protéger la cellule « masquée », on place des diodes« by-pass » en antiparallèles de façon à court-circuiter les cellules ombrées. Un panneausolaire dispose d'une à trois diodes by-pass, en fonction de son nombre de cellules .

Afin d’obtenir la tension nécessaire, les panneaux sont connectés en série. Ils formentalors une chaîne de modules ou string. Les chaînes sont ensuite associée en parallèle etforment un champ photovoltaïque (champ PV) afin d’obtenir l’intensité de courant nécessaire.

Les diodes ou Les fusibles doit également installer en série sur chaque chaîne demodules. Ces protections sont utiles pour éviter qu’en cas d’ombre sur une chaîne, ellese comporte comme un récepteur et que le courant circule en sens inverse et l’endommage.

Type de modules photovoltaïques :

Figure 25 : by-pass pour éviter les Hots spots

Figure 26 : Champ photovoltaïque


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Il existe différents types de cellules photovoltaïques. Il est donc indispensable de connaîtreles particularités de chacune :

Tableau 3 : Représentation des types de cellules photovoltaïques


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II. Dimensionnement du système photovoltaïque autonome :

1.

Estimation des besoins journaliers en électricité (en Wh/j) :

La Tension d’alimentation est : 12V

La Puissance instantanée est : 20 W

On suppose que le nombre d’heures d’utilisation par jour est : 12h

Donc nos besoin en énergie journalier est : Econs =20 * 12 =240 Ah

Pour optimiser la consommation journalière pour présenter le cahier des charges. Les

récepteurs seront alimentés par un onduleur. On considère que l’onduleur est bien utilisé: son

taux de charge est élevé(0,75à 1). Le rendement de conversion est alors de 0,7 à 0,9 et on prendra la valeur moyenne de 0,8.Ainsi la puissance à fournir à l’onduleur pour disposer à sa

sortie de l’énergienécessaire :

Où D est l’énergie d’entrée de l’onduleur

Donc D = 1.25 × Econs = 1.25 × 240 = 3002. Orientation et inclinaison des modules :

L’orientation idéale d’un module photovoltaïque obéit à une règle vers l’équateur:

* Orientation vers le sud dans l’hémisphère Nord.

* Orientation vers le nord dans l’hémisphère Sud.

En ce qui concerne l’inclinaison, c’est un peu plus compliqué. Si on prend notre cas qui

consomme une énergie quasi constante tout au long de l’année. L’hiver étant la période la

moins ensoleillée, c’est à cette période qu’il faut optimiser la production. Le panneau doit donc

pouvoir récupérer l’énergie d’un soleil dont la hauteur est faible. Il en résulte qu’en maroc pour

une utilisation annuelle, l’inclinaison idéale est environ égale à la latitude du lieu + 10° (pour

une orientation sud). Cela donne à Oran , une implantation dite « 45° Sud » : orientation sud

et inclinaison à 45° par rapport à l’horizontale.


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3.

Production électrique d’un module en une journée :

E prod = Ec / Kavec K est un coefficient dépende de panneau [0.55 , 0.75 ]est on choisi la

valeur moyen donc Kmoy= 0.65 E prod = 240 / 0.65 =369,23 Ah

E prod = Iglobal x Pc

Eprod : Energie électrique produite (Wh)

Iglobal : Irradiation global

Pc : La puissance crête (W)

A l’aide de logiciels PVGIS, on peut déterminer l’irradiation journalière minimum (journée

d’hiver) Hmin (Wh/j/m²) estimée en fonction de l’inclinaison (horizontal, vertical, 30°, …etc.)et l’orientation (sud, sud-est, …etc.) des panneaux PV.

Nous sommes à salé :

En choisir le mois le plus défavorable d’après le tableau est : décembre

Iglob = 1.03

Donc Pcréte = 369.23 / 1.03 = 358.47Wc.

Figure 27 : Système photovoltaique d’information geographique


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La règle pour cela est assez simple : plus vous utilisez d'énergie, plus vous devez utiliser une

tension élevée, afin de diminuer les déperditions d'énergie, qui surviennent quand l'énergie est

transportée ou stockée.

On peut conseiller les trois cas de figures suivants :

par définition si 0 Wc


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La régulation du fonctionnement des batteries

Les systémes photovoltaiques doivent comporter une régulation soignée de la charge et

de la décharge de la batterie , Dons notre cas on va choisir la technologie MPPT qui signifie :

Maximum Power Point Tracker, autrement dit le « détecteur de point de puissance maximum ».La tension des modules varie en fonction de la température plus il fait chaud et plus la tension

diminue. Sachant qu’un module peut atteindre facilement 50 à 60°C même en étant ventilé, les

constructeurs les ont donc surdimensionné afin que la tension soit toujours suffisamment

élevée. Cependant, si le module délivre une tension de 17V, par exemple, pour alimenter une

batterie 12V, les 5V de différence seront perdus. Le régulateur équipé d’un MPPT permet de

réduire la tension lorsque c’est nécessaire, tout en augmentant l’intensité. On maintient donc

la puissance du système au maximum.


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I. Construction du Matrice de LEDs :

La matrice de LEDs c’est l’interface de notre projet, il est tres important de construire

un matrice de dimention assez grande, et c’été la chose qu’on a tenis en quant, alors on utiliser

240 LEDs de grande dimention, et nous avons construire un support de LED correspondant.

Nous avons réaliser la matrice selon le schéma en bas, on a utiliser des fil de cablage etnous avons coller les LEDs sur le support.

Pour lier les LEDs nous avons besoin de respécter les liaisons, cathode-cathode, anod-anod, et aussi, respécter les lignes, pour un bon fonctionement.

Le schéma suivé pour construire cette matrice est le suivant :

Figure 28 : Support des LEDs

Figure 29 : Instalation des LEDs sur le support


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Figure 30 : Schéma de la Matrice des LEDs


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I. La carte mére du journale lumineux:

Cette carte est constituer de deux cartes, un catre arduino et un autre contient des registrede décalage, alors, dans cette dernier nous avons 3 registres à décalage qui multiplient le

nombre de sorties et économiser les broches utiliser de l’Arduino, chaque registre à décalagea 8 sorties et nous avons seulement besoin de 3 broches Arduino pour contrôler un nombreilimité de registres à décalage. Nous utilisons également le compteur 4017 pour balayer leslignes, en connectant une ligne à la fois au sol et en envoyant les bonnes données via lesregistres à décalage vers les colonnes. Voila le schéma :

Figure 31 : Schéma de la carte mére


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III. Schéma compléte :

Figure 31 : Schéma de complét


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Durant le but d’évaluer et exploiter les connaissances de formation LP-MES. L’école Supérieure de Technologie de salé permet aux étudiants de préparer un projet de fin d’étude.Le fait qui leurs permis d’enrichir leurs connaissances.

En effet, ce projet est une bonne expérience qui nous aidé d’être confrontés à un

planning très précis en regard de la charge de travail, et nous a permis de faire face à la pressiondu moment et à des situations proches de celle que nous pourrions rencontrer dans le milieu

professionnel.

Concernant ce rapport nous avons présenter notre projet, on a comencer par une analysefonctionnelle, puis on a parler de composants importants utiliser avec une petitedimentionement de panneau solaire, ainsi qu’on a présenter les schémas de projet.

En fin, nous souhaitons que nous ayons réalisé un travail satisfaisant.


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http://perso-laris.univ-angers.fr/~cottenceau/ArduinoCottenceau1112.pdf

http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet_pdf/sgsthomsonmicroelectronics/74HC595_and_M54HC

595F1R.pdf

http://www.doctronics.co.uk/pdf_files/hcf4017.pdf

http://ww2.ac-poitiers.fr/electrotechnique/IMG/pdf/energie_solaire_photovoltaique.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/Arduino
http://www.doctronics.co.uk/pdf_files/hcf4017.pdfhttp://ww2.ac-poitiers.fr/electrotechnique/IMG/pdf/energie_solaire_photovoltaique.pdfhttps://fr.wikipedia.org/wiki/Arduinohttps://fr.wikipedia.org/wiki/Arduinohttp://ww2.ac-poitiers.fr/electrotechnique/IMG/pdf/energie_solaire_photovoltaique.pdfhttp://www.doctronics.co.uk/pdf_files/hcf4017.pdf

Documents

Rapport de fin d'etude ; etude conception d'un journal lumineux