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Sommaire : Remerciement….……………………………………………………………………………………….. 3 INTRODUCTION GÉNÉRALE………………………………………..…………….……………..... 4 Chapitre I : SYSTEME AUTOMATISÉ……………………………………………………………… 6 I. Introduction………………………………………………………………………………………… 7 II. Capteurs………………..………………………………………………………………………….. 7 1. Définition………………………………………………………………………………………... 7 2. Nature de l'information fournie par un capteur……………………………………………… 8 3. Exemple des capteurs…………………………………………………………………………... 9 III. Pré-actionneurs…..………………………………………………………………………………. 10 1. Pré-actionneurs électriques……………………………………………………………….......... 10 1.1. Relais…………………………………………...………………………………………….. 11 1.2. Relais thermiques…………………………………………………………………...…….. 11 1.3. Contacteurs……...………………………………………………………………………… 11 1.4. Sectionneurs…...…………………………...………………………………………….….. 12 2. Pré-actionneurs pneumatiques………………………………………………………………… 13 2.1. Constituants d'un distributeur…………………………………………………………... 13 2.2. Principaux distributeur pneumatique……….………………………………………….. 13 IV. Actionneurs……………………………………………………………………………………….. 13 1. Électropompe…………………………………………………………………………………….14 1.1. Moteurs…..………………………………………………...…………………………….... 14 1.1.1. Moteurs à courant continu……………………….………………………………… 15 1.1.2. Moteurs asynchrones………………………………………………………….……. 15 1.1.3. Moteurs synchrones…………………………………………………………...……. 16 1.1.4. Moteurs pas à pas…………………………………………………………...……… 17 1.2. Pompes……………………………………………………………………………..……… 17 1.2.1. Pompes centrifuge ……………..…………………………………………………… 17 1.2.2. Pompes volumétrique………….…………………………………………………… 18 1.2.3. Pompes de surface ou immergée…………………………………………………… 18 2. Vérins pneumatique……..……………………………………………………………………… 19 3. Électrovanne…………………………………………………………………………………...... 19 V. conclusion…………………………………………………………………………………………... 19 Chapiter II : MICROCONTRÔLEUR….…………………………………………………………..... 20 I. PIC…………………………………………………………………………………………………... 21 1. Qu'est-ce qu'un PIC…………………………………………………………………………….. 21 2. Choix du PIC……………………………..………………………………………………….….. 21 II. PIC16F877…………………………………………………………………………………………. 22 1. Caractéristiques du PIC 16F877………………………………………………………………..22 2. Brochage du PIC 16F877………………………………………………...…………………….. 23 3. Architecture interne……………………………………………………………………………..24 4. Ports entrée/sortie……………………………………………………………………………..... 24 5. Organisation du 16F877………………………………………………………………………... 26 5.1. Mémoire programme……………………………………………………………….…….. 26 5.2. Mémoire EEPROM………………………………………………………………….…… 26 5.3. Mémoire Ram et organisation………………………………………………..……...…... 26 5.4. Chien de garde……………………………………………………………………...…….. 26 5.5. TIMER………………………………………………………………………………….…. 27 5.6. Convertisseur A/N……………………………………………………………………….... 27 5.7. Interruption……………………………………………………………………………….. 27 6. Quelques registres de configuration et leurs bits………………………………………........... 28 7. Jeux d’instruction du PIC16F877……………………………………………………………... 28 III. Conclusion……………………………………………………………………………………….... 29 Chapitre III : RÉALISATION……………………………...…………………………………………. 30 I. Présentation du système…………………………………………………………………………….31 Faculté des sciences Méknes

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II. Analyse du système………………………………………………………………………………... 32 1. Alimentations...…………………………………………………...…………………………….. 32 2. Capteurs…………………………………………………………………………………………. 33 2.1. Choix du Capteur de niveaux….………………………………………………………… 34 2.1.1. Capteur de pression…...…………………...……………………………………….. 35 2.1.2. Capteur flotteur……………………………….……………………………….…… 36 2.2. Détecteur d’humidité du sol……………………………………………………………… 36 3. Commande………………………………………………………………………………………. 37 4. Traitement des données………………………………………………………………………… 37 5. Remplissage/Irrigation…………………………………………………………………………. 37 5.1. Choix de la pompe………………………………………………………………………… 37 5.2. Choix du Moteur asynchrone triphasé………………………………………………….. 38 6. Affichage………………………………………………………………………………………… 40 III. Organigrammes du fonctionnement…………………………………………………………….. 41 1. Organigramme de la partie « Remplissage Manuel »………………………………………... 42 2. Organigramme de la partie « Remplissage AUTO »…………………………………………. 42 3. Organigramme de la partie « Irrigation AUTO »……………………………………………. 43 4. Organigramme de la partie « Irrigation Manuel »…………………………………………… 43 Chapitre IV : TEST ET SIMULATION………………..…………………………………………….. 44 I. Partie simulation…………………………………………………………………………………….45 1. Connexion de l’afficheur sur le microcontrôleur……………………………………………... 45 2. Touches de commande………………………………………………………………………….. 45 3. Commande de puissance……………………………………………………………………….. 46 3.1. Commande des électrovannes et la pompe immergée………………………………….. 46 3.2. Commande du surpresseur………………………………………………………………. 47 4. Commande des capteurs………………………………………………………………………...47 4.1. Capteur de pression………………………………………………………………………. 47 4.2. Capteur d’humidité…………………………………………………………………......... 48 5. Circuit du Simulation globale………………………………………………………………...... 49 II. Partie programme………………………………………………………………………………..... 50 1. Présentation du MikroC………………………………………………………………………... 50 2. Programme globale du circuit…………………………………………………………………. 50 3. Circuit de test.……………………………………………….………………………………….. 53 Conclusion et perspectives ………………...…..……………………………………………………... 57 Bibliographique………………………………………………………………………………………... 58

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Remerciement : Tout d’abord nous devons remercier Allah qui nous a donné la santé et la volonté durant la réalisation de ce travail. Puis, Nous tenons à remercier notre encadreur Pr. Bachir BENHALA pour son aide et pour la confiance qu’il a mis en nous, qu’il trouve ici toute notre gratitude et surtout notre parfaite considération de l’intérêt qu’il portait à ce travail depuis sa proposition de ce sujet. Enfin nous tenons à présenter nos remerciements munis d’expression de reconnaissance et de considération à tous les professeurs et aux cadres administratifs de la faculté des sciences Meknès pour la qualité de la formation qu’ils nos ont fournie. En fin, nous présentons nos vifs remerciements les plus signifiants à tous ceux qui nous ont aidés de près ou de loin à réaliser ce travail.

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INTRODUCTION GENERALE : L’automatisation occupe une place de plus en plus importante dans toutes les activités, soient économique, industrielle, ou agricole. Elle se traduit par la minimisation de l’intervention manuelle par l’emploi d’appareils ou dispositifs automatiques : Régulateur, Ordinateur, Automate Programmable Industriel (API), Détecteur, Capteurtransmetteur, Vanne automatique, etc.… L’automatisation permet de rendre, le système autonome et son comportement systématique. Elle désigne une transformation de processus exclusivement crées par l'homme : techniques ou ensemble de techniques. Elle tend donc à économiser l'intervention humaine sous toutes ses formes :  Appréciation, mesure et surtout évaluation de grandeurs (substitution d'un automatisme aux perceptions sensorielles) ;  Décision simple à partir de critères (substitution d'un traitement d'information au jugement de l'intelligence) ;  Organisation, gestion, optimalisation (substitution d'un traitement d'information, de mémoires auxiliaires, de systèmes autodidactiques, au jugement de l'intelligence éduquée et assistée d'une documentation). L’automatisation a comme objectifs de :  Accroitre la productivité du système ;  Eliminer les taches répétitives ;  Améliorer la qualité ;  Augmenter la sécurité ;  S’adapter à des contextes ;  Economiser les matières premières et l'énergie. Dans le domaine agricole, l’irrigation des champs impose le recours au réservoir d’eau par souci d’assurer une réserve en eau d’une part et d’autre part de rationaliser la consommation de l’énergie nécessaire au fonctionnement des pompes. Cette rationalisation est assurée grâce à l’automatisation du fonctionnement des pompes. Au Maroc, l’automatisation de l’irrigation dans les exploitations agricoles, devient une nécessité pour accroitre la production, rationnaliser les ressources en eau et économiser l’énergie. En plus le plan Maroc vert encourage les agriculteurs, qui modernisent leurs procédés d’irrigation, avec des subventions qui peuvent atteindre les 100%. Ainsi notre projet propose d’étudier un système permettant l’automatisation de l’irrigation d’une exploitation agricole disposant d’un puits et un réservoir d’eau. Le descriptif général du fonctionnement est comme suit : 1. Remplissage du réservoir La mise en marche d’une pompe qui est conditionnée par le niveau d’eau dans le puits et par le niveau d’eau dans le réservoir.

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2. Irrigation : L’ordre d’irrigation du champ se fait de manière automatisée conditionné par un taux d’humidité, ou par action sur un interrupteur situé sur la console. L’irrigation se fait en deux modes :  Mode drainage à travers une première électrovanne.  Mode en surpression : lorsque le niveau d’eau dans le château descend à un seuil inférieur, la pression chute dans les tuyaux de distribution de manière significative, alors la deuxième électrovanne s’ouvre et le sur-presseur qui est une pompe centrifuge qui se lance pour compenser cette chute et ne s’arrête que lorsque le niveau d’eau Dans les tuyaux soit normal. Les deux modes ne peuvent être utilisés simultanément. L’automatisation de la station d’irrigation est basée sur une programmation préalable pour la commande manuelle ou automatique à l’aide d’un microcontrôleur qui présente le circuit intelligent dans notre système automatisé. Les travaux présentés dans ce mémoire sont structurés selon quatre chapitres :  Le premier chapitre décrit le principe général des systèmes automatisés ;  Le deuxième chapitre traite l’architecture et le principe de programmation du microcontrôleur et du pic ;  Le troisième chapitre détaille la solution d’automatisation adoptée ;  le dernier chapitre présente les simulations de notre système d’irrigation.

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CHAPITRE Ⅰ: SYSTEME AUTOMATISÉ

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I. Introduction : En général, les systèmes automatisés sont constitués de deux parties ayant de fortes interactions entre elles qui sont :  La partie opérative PO : Elle comporte les actionneurs et les éléments fonctionnels qui agissent sur le processus automatisé. Elle agit sur la matière d’œuvre et subit les effets du milieu physique dans lequel elle se trouve, en fonction des ordres qu'elle reçoit.  La partie commande PC : Elle coordonne les actions de la PO, en lui envoyant les ordres et reçoit en retour les informations qui rendent compte. Elle échange des informations avec l'opérateur par l'intermédiaire d'organe de dialogue (voyants et organes de commande). Les capteurs sont disposés sur la partie physique du système pour mesurer la situation courante du système et servent donc à l’observation de ses évolutions. Pour que le système automatisé fonctionne, la partie commande doit lancer l’exécution d’opérations élémentaires. Les actionneurs en association avec les pré-actionneurs remplissent cette fonction. Les actionneurs sont alimentés par une source d’énergie et exécutent des opérations élémentaires en transformant l’énergie d’alimentation en énergie de puissance permettant l’exécution d’une action. Les pré-actionneurs permettent de faire le lien entre l’alimentation en énergie de puissance et les informations utilisées par la partie commande. La figure 1.1 présente la structure générale d’un système automatisé : Alimentation externe en énergie Partie opérative Préactionneurs Partie commande Actionneurs

Traitement du produit

Capteurs

Transfert d’énergie de forte puissance Transfert d’information (signaux)

Figure 1.1 : Structure générale d'un système automatisé

II. Capteurs : 1. Définition : Un capteur est un composant technique qui détecte un événement physique se rapportant au fonctionnement du système (présence d'une pièce, température, etc.) et traduit cet événement en un signal exploitable par la PC de ce système. Ce signal est généralement électrique sous forme d'un signal basse tension. La figure suivante illustre la fonction d’un capteur :

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Figure 1.2 : Fonction du capteur

2. Nature de l'information fournie par un capteur : Suivant son type, L’information qu’un capteur fournit à la PC peut être :  Logique : L’information ne peut prendre que les valeurs 1 ou 0 ; on parle alors d’un capteur Tout ou Rien (TOR). La figure ci-contre montre la caractéristique d’un capteur de position. Figure 1.3 : exemple de caractéristique d’un capteur logique  Analogique : L’information peut prendre toutes les valeurs possibles entre 2 certaines valeurs limites ; on parle alors d’un capteur analogique. La figure ci-contre montre la caractéristique d’un capteur de température. Figure 1.4 : exemple de caractéristique d’un capteur analogique  Numérique : L’information fournie par le capteur permet à la PC d’en déduire un nombre binaire sur n bits ; on parle alors d’un capteur numérique. La figure ci contre illustre le principe de fonctionnement de la souris : La souris fournit à un ordinateur un signal logique périodique, sous forme d’impulsions, qui lui permettent de compter ces impulsions pour en déduire les cordonnées X et Y de la souris sous forme de nombres NX et NY.

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Figure 1.5 : exemple de caractéristique d’un capteur Numérique

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3. exemple des capteurs :  Capteur de niveau : Pour un liquide homogène donné, la pression relative en fond de réservoir est proportionnelle au niveau de celui-ci. La mesure de cette pression nous informe directement sur le niveau de liquide, mais dépend de la masse volumique du liquide. Dans la figure niveau on a la relation suivante :

Figure 1.6 : Mesure de niveau Il existe plusieurs types de mesure :   

Mesure par flotteur Mesure par plongeur Mesure par un capteur de pression différentielle

 Mesure par flotteur : Le flotteur se maintient à la surface du liquide. Il est solidaire d'un capteur de position qui délivre un signal électrique correspondant au niveau. Sa position est peu dépendante de la masse volumique de liquide.

Figure 1.7 : Principe mesure de niveau par flotteur  Mesure par plongeur : Le plongeur est un cylindre immergé dont la hauteur est au moins égale à la hauteur maximale du liquide dans le réservoir. Il est suspendu à un capteur dynamométrique qui se trouve soumis à une force F (le poids apparent), fonction de la hauteur L du liquide :

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Figure 1.8 : Principe mesure de niveau par capteur de pression

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Avec :  P le poids du plongeur.  s sa section.  ρ * g * s * L la poussée d'Archimède s'exerçant sur le volume immergé du plongeur. (ρ : masse volumique du liquide, g : accélération de la pesanteur).  Mesure de pression :

o Principe de fonctionnement

Un capteur de pression mesure la pression relative au fond du réservoir. Cette pression est l'image du niveau L du liquide.

Figure 1.9 : Principe mesure de niveau par Plongeur

III. Pré-actionneurs : Les pré-actionneurs sont des constituants qui, sur ordre de la partie de commande, assurent la distribution de l’énergie de puissance aux actionneurs.

Figure 1.10 : fonctionnement d’un pré-actionneur

1. Pré-actionneurs électriques : Dans les circuits électriques, les pré-actionneurs sont généralement soit un relais, soit un contacteur. Le contacteur assure en plus l’extinction de l’arc électrique qui accompagne souvent la commutation de l’énergie de forte puissance. En effet, quand on ouvre un circuit en cours de fonctionnement, le contact en cause provoque un arc électrique qui peut être dangereux pour les biens et les personnes.

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1.1. Relais : Le relais est un composant électrique réalisant la fonction d’interfaçage entre un circuit de commande, généralement bas niveau, et un circuit de puissance alternatif ou continu (Isolation galvanique). Un relais électromagnétique est constitué d’une bobine alimentée par le circuit de commande, dont le noyau mobile provoque la commutation de contacts pouvant être placé dans un circuit de puissance. Le relais électromagnétique est réservé pour les faibles puissances. Figure 1.11 : schéma d’un relai

1.2. Relais thermique : Le relai thermique est un appareil qui protégé le récepteur placer en avale contre les surcharge et les coupures de phase .Pour cela il surveille en permanence le courant dan le récepteur. En cas de surcharge le relai thermique n’agit pas directement sur le circuit de puissance .Un contacte du relai thermique ouvre le circuit de commande d’un contacteur est le contacteur qui coupe le courant dans le récepteur.

Figure 1.12 : schéma d’un relai thermique

Figure 1.13 : relai thermique

1.3. Contacteurs : Un contacteur est un relais électromagnétique particulier, pouvant commuter de fortes puissances grâce à un dispositif de coupure d’arc électrique. Sa commande peut être continue ou alternative. Sa constitution est comme suit :  Des pôles principaux de puissance ;  Un contact auxiliaire (avec possibilité d'additionner au contacteur un bloc de contacts auxiliaires instantanés ou temporisés) ;  une armature fixe et un autre mobile ;  Un ressort de rappel ;  Un circuit magnétique. Une bobine de commande du contacteur. Si la bobine est alimentée elle attire l’armature mobile pour actionner les pôles de puissance ; Si elle n’est pas alimentée, un ressort de rappel ouvre les pôles de puissance. Faculté des sciences Méknes

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Figure 1.14 : schéma d’un Contacteur

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Figure 1.15 : les constituants du contacteur Pour mettre en œuvre un contacteur on peut utiliser l’un des deux montages suivants :

Figure 1.16 : Les différentes commandes d’un contacteur Si on appuie sur le bouton poussoir MA la bobine du contacteur est alimentée et ferme le contact K. Même si on relâche le bouton poussoir la bobine reste alimentée (automaintien). Pour couper l’alimentation il suffit d’ouvrir le bouton poussoir AR. Généralement, dans une chaîne d’énergie électrique, le pré-actionneur ne s’utilise pas seul, mais associé à une classe d’appareillage typique : sectionneur, relais thermique, etc.

1.4. Sectionneurs : Le sectionneur est un appareil de connexion qui permet d'isoler (séparer électriquement) un circuit pour effectuer des opérations de maintenance ou de modification sur les circuits électriques qui se trouvent en aval. Ainsi il permet d’assurer la sécurité des personnes qui travaillent sur le reste de l’installation en amont. Le sectionneur ne possède aucun pouvoir de coupure, par conséquent, il ne doit pas être manœuvré en charge. On trouve également des sectionneurs qui servent en plus de porte-fusible. On les désigne par "Sectionneurs porte-fusible"

Figure 1.17 : les types d’un sectionneur

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2. Pré-actionneurs pneumatiques : Ils ont pour fonction essentielle de distribuer l'air sous pression aux différents orifices des actionneurs pneumatiques. Comme le contacteur est associé à un moteur électrique, le distributeur est le pré-actionneur associé à un vérin pneumatique :

2.1. Constituants d'un distributeur : On peut comparer un distributeur à un robinet que l’on ouvre et fermer non pas à la main, mais par des ordres donnés par la PC. Il est constitué d’une partie fixe (le corps) et d’une partie mobile (le tiroir) qui peut se déplacer à l’intérieur de la partie fixe selon un ordre directe (manuelle) ou indirecte (provenant de la PC). Le tiroir est doté de conduites permettant le passage de l’air entre les différents orifices de la partie fixe.

Figure 1.18 : fonctionnement d’un distributeur pneumatique

2.2. Principaux distributeurs pneumatique: Un distributeur est caractérisé :  Par son nombre d'orifices, c'est à dire le nombre de liaisons qu'il peut avoir avec son environnement (arrivée, sortie(s) et échappement de la pression) ;  Par son nombre de positions que peut occuper le tiroir.

IV. Actionneurs : Les actionneurs sont des appareils de transformation d’énergie. Ils permettant d’obtenir l’énergie nécessaire au bon fonctionnement de la machine à partir de l’énergie disponible dans l’équipement (pneumatique, hydraulique ou électrique).

Figure 1.19 : fonctionnement d’un actionneur Ils sont indispensables dans une machine, car ce sont eux qui créent l’action. Il existe plusieurs types d’actionneur :  Actionneur pneumatique : les vérins, les moteurs pneumatiques…  Actionneur hydraulique : les vérins, les moteurs hydraulique…  Actionneur électrique : moteur, résistances…

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1. Électropompe : Le fonctionnement d’une électropompe est donné par la figure suivante :

Figure 1.20 : Fonctionnement électropompe

1.1. Moteurs : Les moteurs électriques sont des actionneurs chargés de transformer l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation.

Figure 1.21 : fonctionnement d’un moteur électrique Le mouvement de rotation à l’intérieur d’un moteur est engendré grâce à des phénomènes magnétiques. Plusieurs types de moteur existant. Chacun ayant des caractéristiques qui lui sont propres :  Les moteurs à courant continue ;  Les moteurs asynchrones pour courant alternatif triphasé et monophasé ;  Les moteurs synchrones pour courant alternatif ;  Les moteurs pas à pas.

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Figure 1.22 : Moteur électrique

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1.1.1. Moteurs à courant continu :

Figure 1.23 : Constituants d’un Moteur à courant continu Principe de fonctionnement : Le rotor est plongé dans le champ magnétique créé par le stator. Par l’intermédiaire des balais et du collecteur, un courant électrique circule dans le rotor. Il ce crée alors une force électromagnétique qui provoque la rotation du rotor autour sont axe.

Figure 1.24 : Fonctionnement d’un moteur à courant continu

1.1.2. Moteurs asynchrones :

Figure 1.25 : Constituants d’un Moteur asynchrone

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Principe de fonctionnement : Trois bobines, fixées sur un circuit magnétique appelé stator, sont alimentées par un réseau de tension triphasé. Ces trois tensions étant déphasées chacune de 120°, elles produisent au travers des bobinages statorique un champ magnétique tournant s’exerçant sur un cylindre en aluminium appelé rotor. Le rotor se met alors à tourner dans le même sens que le champ tournant mais à une vitesse légèrement plus faible d’où le terme asynchrone. Si le moteur est alimenté d’une tension monophasé on dit que le moteur est un moteurs asynchrones monophasé est par contre s’il est alimenté d’une tension alternatif triphasé on dit que le moteur est moteurs asynchrones triphasé. Figure 1.26 : Fonctionnement d’un moteur asynchrone

1.1.3. Moteurs synchrones : Le moteur synchrone est un moteur à courant alternatif dont la vitesse de rotation du rotor correspond exactement à celle du champ magnétique tournant : La vitesse du rotor est la vitesse de synchronisme. C’est ce qui différencier les moteurs synchrones des moteurs asynchrones ; il n’y a pas de glissement. Figure 1.27 : Moteur synchrone

Principe de fonctionnement et constituent : A la différence du moteur synchrone, le rotor du moteur synchrone crée un champ magnétique (appelé champ inducteur) qui est accroché par le champ tournant du stator .le champ magnétique rotorique suit le champ tournant du stator avec un retard θ proportionnel à la charge. Le rotor peut être constitué : D’un enroulement parcouru par un courant continu (courant d’excitation) grâce à un système de bagues et de balais. Ou d’un aiment permanent (moteur Brushless = ‘sans balais’) dans le domaine des faibles puissances.

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Figure 1.28 : Schéma d’un Moteur synchrone

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1.1.4. Moteurs pas à pas : Les moteurs pas à pas sont très employés dans les périphériques informatiques (entrainement du papier dans une imprimante au positionnement de la tête de lecture d’un disque dur) et sur certaines applications de robotique. Ils permettent essentiellement d’obtenir un positionnement très précis : à chaque fois que le moteur reçoit une impulsion électrique de commande, sont axe effectue une rotation d’un angle déterminé (de moine de 1° à plusieurs degrés selon le moteur). Ces moteurs sont d’une très grande précision et présentent une faible usure mécanique. Leur commande ce faisant par une suite d’impulsions électriques, ils nécessitent d’être alimentés par un circuit électronique spécifique.

Figure 1.29 : Moteur pas à pas

Principe de fonctionnement : Les moteurs pas à pas sont généralement constitués de deux bobines et d’un rotor .le rotor est souvent un aiment permanent (mais il peut être d’une autre constitution). Les deux bobines peuvent crée un champ magnétique dont l’orientation dépand de leur alimentation.

1.2. Pompes : La pompe est l'organe responsable de la transformation de l'énergie mécanique en énergie hydraulique. Elle sert à aspirer l'eau d'irrigation de la source hydraulique et de le refouler sous pression dans des canalisations de refoulement vers l'utilisation (asperseurs, etc.). Selon le mode de transmission de l'énergie mise en œuvre ou liquide véhiculé on trouve:

1.2.1. Pompes centrifuges : Les pompes centrifuges ont pour rôle d'augmenter et de transformer l'énergie d'un liquide par passage dans un aubage appelé « roue ». La rotation de la roue fournit au liquide de l'énergie cinétique qui est ensuite partiellement transformée en pression, c'est pourquoi on appelle ces pompes des pompes roto-dynamiques. Figure 1.30 : Constituent d’une pompe centrifuge 

Fonctionnement:

L'eau entre par le centre de la roue et sort à la périphérie, en décrivant une trajectoire centrifuge. Faculté des sciences Méknes

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Entre l'entrée et la sortie de la roue ou turbine ou rotor, l'énergie mécanique de La pompe est généralement entraînée soit par un moteur Diesel soit par un moteur électrique. Cette seconde formule est plus commode d'emploi mais il faut une ligne électrique fournissant le courant adapté et ceci coûte cher à installer, même pour une faible distance. La pression peut également être obtenue par une différence de niveau : un réservoir situé très haut fournit de l'eau sous pression au périmètre irrigué. Un tel réservoir peut être alimenté partiellement ou même totalement par refoulement à partir de la vallée. Cette formule présente des avantages techniques et en particulier de rendre relativement indépendants les débits de pompage et d'utilisation sur le terrain.

1.2.2. Pompes volumétriques : Une pompe volumétrique se compose d’une capacité hermétiquement close (corps de pompe) à l’intérieur de laquelle se meut un élément mobile. Rigoureusement ajusté, dont le déplacement engendre, soit le vide requis à l’aspiration, soit l’impulsion nécessaire refoulement, soit l’un et l’autre. L’énergie mécanique, produit d’une force par un déplacement, est transformée en énergie hydraulique de pression. Ces pompes connaissent une utilisation bien moins généralisée que celle des turbopompes. Leurs emploi se trouvent limité à des services très particuliers et conviennent pour élever de faibles débits à des pressions élevées. Elles sont généralement réservées au pompage des fluides visqueux ...

Figure 1.31 : Principe de base des pompes volumétriques

1.2.2. Pompes de surface ou immergée : La pompe immergée est une pompe très utilisée dans les forages où la hauteur d'aspiration dépasse les sept mètres. Elle a les mêmes constituants qu'une pompe de surface sauf qu'elle est immergée dans l'eau, elle peut comporter une ou plusieurs cellules. Elle peut avoir soit uniquement la pompe immergée ou aussi la pompe et le moteur immergée. Dans le deuxième cas une étanchéité doit être parfaite, c'est pourquoi les réparations doivent être effectuées par des organismes spécialisés. Figure 1.32 : Pompe immergée Faculté des sciences Méknes

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2. Vérins pneumatiques : Les vérins pneumatiques sont des actionneurs chargé de transformer l’énergie pneumatique reçus en énergie mécanique restitués sous forme d’une force et d’un déplacement linéaire.

Figure 1.33 : Fonctionnement du vérin pneumatique L’énergie mécanique est produite sous forme d’un mouvement permettant de provoque un déplacement ou de créer une force. Figure 1.34 : vérin pneumatique

3. Électrovanne : Une électrovanne ou électrovalve est une vanne commandée électriquement. Grâce à cet organe il est possible d'agir sur le débit d'un fluide (Eau, vapeur, gaz) dans un circuit par un signal électrique. Figure 1.35 : L’électrovanne Schéma en coupe de l'organe Voici un schéma représentant les principaux composants d'une électrovanne.

Figure 1.36 : Constituant d’une électrovanne

V. Conclusion : Un système automatisé est constitué de deux parties : une partie opérative et une partie commande .La partie opérative effectue des actions appelées tâches. La partie commande qui donne des ordres à la partie opérative est constituée d’un système intelligent tels que : ordinateur, automate programmable, microprocesseur ou microcontrôleur.

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CHAPITRE Ⅱ : LE MICROCONTROLEUR

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I. Introduction : Un microcontrôleur est un composant électronique ayant une unité de traitement de données, des mémoires, des interfaces de communication (entrées/sorties, ports séries . . .) et de multiples ressources interne. Souvent un microcontrôleur se contente d’un bus de données de 8-bits ou 16-bits.

II. PIC : 1. Qu'est-ce qu'un PIC ? Un PIC est un microcontrôleur de chez Microchip. Ses caratéristiques principales sont :  Séparation des mémoires de programme et de données (architecture Harvard) : On obtient ainsi une meilleure bande passante et des instructions et des données pas forcément codées sur le même nombre de bits ;  Communication avec l'extérieur seulement par des ports : il ne possède pas de bus d'adresses, de bus de données et de bus de contrôle comme la plupart des microprocesseurs ;  Utilisation d'un jeu d'instructions réduit, d'où le nom de son architecture : RISC (Reduced Instructions Set Construction). Les instructions sont ainsi codées sur un nombre réduit de bits, ce qui accélère l'exécution (1 cycle machine par instruction sauf pour les sauts qui requirent 2 cycles). En revanche, leur nombre limité oblige à se restreindre à des instructions basiques, contrairement aux systèmes d'architecture CISC (Complex Instructions Set Construction) qui proposent plus d'instructions donc codées sur plus de bits mais réalisant des traitements plus complexes. Il existe trois familles de PIC : - Base-Line : Les instructions sont codées sur 12 bits ; - Mid-Line : Les instructions sont codées sur 14 bits ; - High-End : Les instructions sont codées sur 16 bits. Un PIC est identifié par un numéro de la forme suivant : xx(L)XXyy –zz - xx : Famille du composant (12, 14, 16, 17, 18) ; - L : Tolérance plus importante de la plage de tension ; - XX : Type de mémoire de programme : C - EPROM ou EEPROM CR - PROM F - FLASH - yy : Identification ; - zz : Vitesse maximum du quartz.

2. Choix du PIC: Le choix d’un PIC est directement lié à l’application envisagée. - Il faut dans d’un première temps déterminer le nombre d’entrées/sorties nécessaires pour l’application. Ce nombre d’entrées/sorties nous donne une première famille de PIC ; - Il faut ensuite déterminer si l’application nécessite un convertisseur Analogique/Numérique ce qui va centrer un peu plus vers le choix d’une famille de PIC ; Faculté des sciences Méknes

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- La rapidité d’exécution est un élément important, il faut consulter les DATA-BOOK pour vérifier la compatibilité entre la vitesse maximale du PIC choisi et la vitesse max nécessaire au montage ; - La taille de la RAM interne et la présence ou nom d’une EEPROM pour mémoriser des données est également important pou l’application souhaitée ; - La longueur de programme de l’application détermine la taille de la mémoire programme du PIC recherché. Il est parfois judicieux de réaliser l’application en ajoutant un circuit externe au PIC, cette solution peut faciliter la programmation et diminuer le coût du revient. Dans tout les cas il est indispensable de disposer soit d’un DATA-BOOK ou bien d’un tableau comparatif pour choisir le PIC le plus adapté à l’application envisagée. Dans notre cas, notre choix a été porté sur L’EEPROM/FLASH, car c’est le plus fiable tout en étant flexible. En effet, il n’y pas ni besoin de pile qu’elle sauvegarde les données, ni besoin de L’UV pour l’effacer. Les 16F877 possèdent en plus des instructions très puissantes, donc un programme à développer réduit, une programmation simple. Les16F877 dispose plus de ROM par rapport aux autres, microcontrôleur, ce qui est nécessaire pour développer des programmes plus longs, ainsi que la présence d’un convertisseur analogique/numérique.

III. PIC 16F877 : 1. Caractéristiques du PIC 16F877: Nous allons maintenant s’intéresser à la structure interne du PIC 16F877, avec lequel nous avons travaillé. Le 16F877 est un microcontrôleur de MICROCHIP, fait partie intégrante de la famille des Mid Range (16) dont la mémoire programme est de type flash (F) de type 877 et capable d’accepter une fréquence d’horloge maximale de 20Mhz. Caractéristiques générales :

Tableau 2.1 : Caractéristiques du PIC16F877 PIC

FLASH

RAM

EEPROM

I/O

A/D

PORT //

Port série

16F877

8K

368

256

33

8

PSP

USART/ MSSP

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2. Brochage du PIC 16F877: Ce microcontrôleur se présente sous la forme d'un boîtier DIL à 40 broches comme il est schématisé dans la Figure 2.2 :

Figure 2.2 : Brochage du PIC16f877  RA0 à RA5 sont les pattes d'entrées/sorties du port A ;  RB0 à RB7 est les pattes d'entrées/sorties du port B ;  RC0 à RC7 sont les pattes d’entrées/sorties du port C ;  RD0 à RD7 sont les pattes d’entrées/sorties du port D ;  RE0 à RE2 sont les pattes d’entrées/sorties du port E ; Individuellement, chaque broche des ports A, B, C,D et E ne peut débiter plus de 20 mA ou absorber plus de 25 mA. Le total des intensités débitées par le port A ne peut dépasser 50 mA et par le port B, 100 mA. Le total des intensités absorbées par le port A ne peut dépasser 80 mA et par le port B, 150 mA.  OSC1/CLOCKIN et OSC2/CLOCKOUT sont les pattes d'horloges. Plusieurs types d'horloges peuvent être utilisés: externe, à quartz ou à circuit RC. La figure 16 (A, B et C) montre les schémas de câblage en version RC et quartz. L'oscillateur à quartz présente une meilleure précision que l'oscillateur RC.

A : L’oscillateur par quartz

B : Horloge externe

C : Oscillateur RC

Figure 2.3 : Type d’oscillateur pour générer le signale d’horloge La fréquence de l'horloge interne du PIC est obtenue en divisant par 4 la fréquence de l'horloge externe. Pour un quartz à 4 MHz, la fréquence interne est donc de 1 MHz et la durée d'un cycle est de 1 μs. Faculté des sciences Méknes

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 MCLR/VPP est la patte de Reset et d'entrée de la tension de programmation. Les circuits PIC intégrant en interne le circuit de Reset automatique à la mise sous tension, cette broche doit être reliée à la VDD en utilisation normale ;  VSS et VDD sont les pattes d'alimentation. VDD doit être compris entre 2 et 6 V en utilisation. Lors de la programmation, VDD doit être comprise entre 4,5 V et 5,5 V et VSS comprise entre 12 V et 14V.

3. Architecture interne : La figure 2.4 présente l'architecture interne du PIC 16F877 :

Figure 2.4 : Schéma interne du PIC16F877 Parmi les principaux constituants, on trouve:  La mémoire de type Flash ROM pour le programme ;  La mémoire de type RAM pour les registres ;  La mémoire de type EEPROM pour les données à sauvegarder ;  Des registres particuliers: W, FSR ;  L'Unité Arithmétique et Logique (ALU) ;  Les ports d'entrées / sorties.

4. Les ports entrée/sortie : On dispose de 33 broches d'entrées/sorties, chacune configurables soit en entrée soit en sortie (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE). Un registre interne au PIC, nommé TRIS, permet de définir le sens de chaque broche d'un port d'entrées/sorties. En règle générale, un bit positionné à « 0 » dans le registre TRIS donnera une configuration en sortie pour la broche concernée ; si ce bit est positionné à « 1 », ce sera une broche d'entrée.

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 Particularité du port A : Les broches (RA0, RA1, RA2, RA3 et RA5) peuvent être utilisées soit comme E/S numériques soit comme entrées analogiques. Au RESET, ces E/S sont configurées en entrées analogiques.  Pour les utiliser en SORTIES NUMERIQUES, il suffit de les configurer en sortie à l'aide du registre de direction TRISA ;  Pour les utiliser en ENTREES NUMERIQUES, il faut les configurer en entrée a l'aide de TRISA, en plus il faut les configurer en numérique en plaçant la valeur '00000110' dans le registre ADCON1, Quelque soit le mode (Analogique ou Numerique), il faut utiliser le registre TRISA pour configurer la direction des E/S :  Bit i de TRISA = 0 -> bit i de PORTA configure en sortie ;  Bit i de TRISA = 1 -> bit i de PORTA configure en entrée.  Particularités du port B :  Le port B désigne par PORTB est un port bidirectionnel de 8 bits (RB0 a RB7). Toutes les broches sont compatibles TTL ;  La configuration de direction se fait a l'aide du registre TRISB, positionner un bit de TRISB a 1 configure la broche correspondante de PORTB en entre et inversement. Au départ toutes les broches sont configurées en entrée ;  En entrée, la ligne RB0 appelée aussi INT peut déclencher l’interruption externe INT ;  En entrée, une quelconque des lignes RB4 a RB7 peut déclencher l'interruption RBI.  Particularités du port C :  Le port C désigne par PORTC est un port bidirectionnel de 8 bits (RC0 a RC7). Toutes les broches sont compatibles TTL ;  La configuration de direction se fait a l'aide du registre TRISC, positionner un bit de TRISC a 1 configure la broche correspondante de PORTC en entre et inversement. Au départ toutes les broches sont configurées en entrée ;  Toutes les broches du port C peuvent être utilisées soit comme E/S normales soit comme broches d'accès a différents modules comme le Timer 1, les modules de comparaison et de capture CCP1/2, le Timer 2, le port I2C ou le port série, ceci sera précise au moment de l'étude de chacun de ces périphériques ;  Pour l’utilisation d’une broche du port C comme E/S normale, il faut s’assurer qu’elle n’a pas été affectée a un de ces modules. Par exemple, si TIMER1 est valide, il peut utiliser les broches RC0 et RC1 selon sa configuration.  Particularités du PORTD :  Le port D désigne par PORTD est un port bidirectionnel de 8 bits (RD0 a RD7). Toutes les broches sont compatibles TTL et ont la fonction trigger de Schmitt en entrée ;  Chaque broche et configurable en entrée ou en sortie a l’aide du registre TRISD. Pour configurer une broche en entrée, on positionne le bit correspondant dans TRISD a 1 et inversement ; Faculté des sciences Méknes

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 PORTD peut être utilise dans un mode particulier appelé parallèle slave port, pour cela il faut placer le bit PSPMODE (bit 4) de TRISE à 1. Dans ce cas les 3 bits de PORTE deviennent les entrées de control de ce port (RE, WE et CS). Pour utiliser PORTD en mode normal, il faut placer le bit PSPMODE de TRISE à 0  Particularités du PORTE :  PORTE contient seulement 3 bits RE0, RE1 et RE2. Les 3 sont configurables en entrée ou en sortie à l’aide des bits 0, 1 ou 2 du registre TRISE ;  Les 3 bits de PORTE peuvent être utilises soit comme E/S numérique soit comme entrées analogiques du CAN. La configuration se fait à l’aide du registre ADCON1 ;  Si le bit PSPMODE de TRISE est place à 1, Les trois bits de PORTE deviennent les entrées de control du PORTD qui (dans ce cas) fonctionne en mode parallèle Slave mode ;  A la mise sous tension (RESET), les 3 broches de PORTE sont configurées comme entrées analogiques. Pour utiliser les broches de PORTE en E/S numériques normales :  Placer 06h dans ADCON1  Placer le bit PSPMODE de TRISE a 0

5. Organisation du 16F877 : La mémoire du 16F877 est divisée en 3 parties Pour mieux le connaître regardons de près son Schéma fonctionnel. 5.1. Mémoire programme : La mémoire programme est constituée de 8K mots de 14 bits. C’est dans cette zone que nous allons écrire notre programme. 5.2. Mémoire EEPROM : La mémoire EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory), est constituée de 256 octets que nous pouvons lire et écrire depuis notre programme. Ces octets sont conservés après une coupure de courant et sont très utiles pour conserver des paramètres semi permanents. 5.3. Mémoire RAM et organisation : La mémoire RAM est celle que nous allons sans cesse utiliser. Toutes les données qui y sont stockées sont perdues lors d’une coupure de courant. La mémoire RAM disponible du 16F877 est de 368 octets. Elle est répartie de la manière suivante: 1) 80 octets en banque 0, adresses 0x20 à 0x6F ; 2) 80 octets en banque 1, adresses 0xA0 à 0XEF ; 3) 96 octets en banque 2, adresses 0x110 à 0x16F ; 4) 96 octets en banque 3, adresses 0x190 à 0x1EF ; 5) 16 octets communs aux 4 banques, soit 0x70 à 0x7F = 0xF0 à 0xFF ; 0x17F=0x1F0 à 0x1FF. 5.4. Chien de garde : Sous ce nom étrange nous allons découvrir une fonction capable de surveiller le bon fonctionnement du programme que le micro contrôleur exécute. Le rôle du Watchdog (ou chien de garde) est de "reseter" le micro contrôleur si 1'on ne remet pas à zéro Faculté des sciences Méknes

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périodiquement (à intervalle définissable) un registre interne grâce à 1'instruction clr wdt (clear watchdog), si le programme tourne par exemple dans une boucle sans fin (c’est un bug !) il ne peut remettre à 0 le chien de garde et ainsi le micro contrôleur se reset afin de relancer le programme. Cette fonction est bien sûr désactivée au moment de la programmation du micro contrôleur, c'est la directive d'assemblage. 5.5. TIMER : Un timer est un registre interne au micro contrôleur, celui-ci s’incrémente au grès d’une horloge, ce registre peut servir par exemple pour réaliser des temporisations, ou bien encore pour faire du comptage (par l'intermédiaire d'une broche spécifique : RA4/TOKI). Le PIC 16F877 possède trois timers sur 8 bits (il compte jusqu’ à 256) configurable par logiciel. 5.6. Convertisseur A/N : Il est constitué d'un module convertisseur à 8 entrées. Les 5 premières entrées sont sur le Port A en PA0, PA1, PA2, PA3 et PA5. Les 3 entrées sont en PE0, PE1 et PE2. Le résultat de la conversion est codé sur 10 bits. C'est une valeur comprise entre h'000' et h'3FF'. Les tensions de référence haute et basse peuvent être choisies par programmation parmi: VDD ou la broche PA3 pour VREF+ et VSS ou la broche PA2 pour VREF- . Les 4 registres utilisés par le module convertisseur A/D sont : - ADRESH en h'1E' page 0 : MSB des 10 bits du résultat ; - ADRESL en h'9E' page 1 : LSB des 10 bits du résultat ; - ADCON0 en h'1F' page 0 : registre de contrôle n°0 du convertisseur ; - ADCON1 en h'9F' page 1 : registre de contrôle n°1 du convertisseur. 5.7. Interruption :

Figure 2.5 : Déroulement d'un programme lors d'une interruption. L'interruption est un mécanisme fondamental de tout processeur. Il permet de prendre en compte des événements extérieurs au processeur et de leur associer un traitement spécifique. La Figure 2.5 Donne le déroulement du programme lors d'une interruption. Il faut noter que l'exécution d'une instruction n'est jamais interrompue ; c'est à la fin de Faculté des sciences Méknes

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l'instruction en cours lors de l'arrivée de l'événement que le sous-programme d'interruption est exécuté. La séquence classique de fonctionnement d'une interruption est la suivante : 1- Détection de l'événement déclencheur ; 2- Fin de l'instruction en cours ; 3- Sauvegarde de l'adresse de retour ; 4- Déroutement vers la routine d'interruption ; 5- Sauvegarde du contexte ; 6- Identification de l'événement survenu ; 7- Traitement de l'interruption correspondante ; 8- Restauration du contexte ; 9- Retour au programme initial

6. Quelques registres de configuration et leurs bits : Tableau 2.1 : Quelques registres de configuration

7. Jeux d’instruction du PIC16F877 : Tableau 2.2 : Jeux d’instruction du PIC16F877 Structure

Description

Affectés

Cycles

ADDLW k ANDLW k IORLW k MOVLW k SUBLW k XORLW k

ajoute k (0 à 255) à la valeur contenue dans W Effectue un ET logique entre k (0 à 255) et W. Le résultat est dans W Effectue un OU inclusif logique entre W et k (résultat dans W) Charge le registre W avec la valeur k Soustrait la valeur k de W (résultat dans W) Effectue un OU EXCLUSIF entre k et W (résultat dans W)

C, DC, Z Z Z C, DC, Z Z

1 1 1 1 1 1

ADDWF f ,d

Additionne W et la valeur du registre f.si d=0 le résultat est dans W, si d=1, il est dans f Effectue un ET logique entre W et la valeur du registre f. Même principe pour d Met tous les bits du registre f à 0 Met tous les bits de W à 0 inverse tous les bits du registre f (résultat dans W ou f suivant d)

C, DC, Z

1

Z

1

Z Z Z

1 1 1

ANDWF f ,d CLRF f CLRW COMF f ,d

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DECF f ,d

décrémente la valeur contenue dans le registre f .Même principe pour d

DECFSZ f ,d

décrémente la valeur de f et saute l'instruction suivante si le résultat est 0

INCF f ,d INCFSZ f ,d

Incrémente la valeur contenue dans le registre f (résultat dans f ou W) Incrémente f et saute l'instruction suivante si le résultat est 0 (résultat dans f ou W) Réalise un OU logique entre les valeurs de W et de f (résultat dans W ou f suivant d) Le contenu du registre f est déplacé dans W si d=0 ou reste dans f si d=1 Charge la valeur contenue dans W dans le registre f Signifie "No Operation" : instruction qui permet d'attendre un cycle

Z

1 1(2)

Z

1

Z

1 1 1

C

1

C

1

C,DC,Z

1

XORWF f ,d BCF f ,b

Déplace tous les bits du registre f vers la gauche .Le bit 0 devient le reflet de C Déplace tous les bits du registre f vers la droite. Le bit 7 devient le reflet de C Soustrait la valeur contenue dans W de celle contenue dans f (résultat dans f ou W) Effectue une inversion de 2 quartets de la valeur de f (0x2A devient 0xA2) Effectue un OU exclusif entre W et f (résultat dans W ou f) Met le bit b du registre f à 0

BSF f ,d BTFSC f ,b BTFSS f ,b CALL p

Met le bit b du registre f à 1 Teste le bit b du registre f. S'il est égal à 0, on saute l'instruction suivante Teste le bit b du registre f. S'il est égal à 1, on saute l'instruction suivante Appelle le sous-programme dont le label de début est p

CLRWDT

Efface le WDT et le Prescaler

GOTO p RETFIE

Se rend directement au label p Signal de fin d'une routine d'interruption, on revient à l'endroit où le PIC a été interrompu. Fin d'un sous-programme, W est chargé avec la valeur k (0 à 255) Fin d'un sous-programme. On revient à l'endroit où ce sous-programme a été appelé. Le microcontrôleur passe en mode sleep (oscillateur arrêté)

IORLWF f ,d MOVF f ,d MOVWF f NOP RLF f ,d RRF f ,d SUBWF f ,d SWAPF f ,d

RETLW k RETURN SLEEP

Z

1 1(2)

1 Z

1 1 1 1(2) 1(2) 2

TO,PD

1 2 2 2 2

TO,PD

1

III. Conclusion : Nous avons présenté une description du microcontrôleur 16F877 qui est un circuit programmable populaire à tous les électroniciens. Sa constitution interne ainsi que ses différents ports, mémoires, registres, convertisseur et son jeu d’instructions ont étés détaillés ce chapitre. Le 16F877 constituera l’organe intelligent de notre application d’automatisation de la station d’irrigation.

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CHAPITRE Ⅲ : RÉALISATION

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I. Présentation du système : La figure 3.1 traduit le fonctionnement de notre système qui sert à gérer automatiquement l’irrigation d’une exploitation agricole. Le système sujet de cette étude se compose de :  Un réservoir pouvant contenir un volume d’eau. Pour le contrôle du niveau de remplissage le réservoir est doté d’un capteur délivrant un courant proportionnel au niveau d’eau qu’il contient ;  Une pompe immergée Pi entraînée par un moteur asynchrone triphasé et munie d’un capteur flottant délivrant l’information qui empêche le démarrage de celle-ci si elle n’est pas complètement immergée ;  Un sur-presseur SP formé d’un moteur asynchrone monophasé associé à une pompe centrifuge Pc ;  Une électrovanne Ev1 commandant l’irrigation par drainage de l’eau c’est à dire par écoulement naturel de l’eau sous l’effet de la différence de niveaux ;  Une électrovanne Ev2 commandant l’irrigation à travers le sur-presseur ;  Une console de commande et de communication (interface homme/machine).

Figure 3.1 : constitution générale de l’installation

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La partie commande constitué de : - un interrupteur marche/arrêt ‘’Remplissage’’; - un interrupteur marche/arrêt ‘’irrigation’’; - LCD qui affiche :  l’état de la pompe Pi;  l’état du sur-presseur SP;  la descente du niveau d’eau dans le puits au dessous du niveau minimal permettant de garder la pompe recouverte d’eau ;  le taux d’humidité;  le niveau de remplissage du réservoir ;

Figure 3.2 : console de commande

II. Analyse du système : La figure 3.3 nous indique sur les différents liens entre les constituent des systèmes automatisé.

Figure 3.3 : Schéma de fonctionnement

1. Alimentation : Entrer : 220V Sortie :  5V : alimentation du microcontrôleur.  24V : pour commander les pré-actionneurs et l’alimentation du capteur de niveau.  9V : pour le détecteur d’humidité  Schéma électrique des différentes alimentations : Le schéma électrique de l’alimentation contient quatre étages fonctionnels :  Etage abaisseur : contient le transformateur abaisseur 9V, 12V et 24V, qui permet de passer d’une tension sinusoïdale de valeur élevée à une tension de même forme mais de valeur plus faible.  Etage redresseur : contient le pont de Greatz constitué par quatre diodes.  Etage de filtrage : formé de (C1, C2 et C3), (C4, C5 et C6), (C7, C8, C9). Faculté des sciences Méknes

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 Etage de régulation : contient le régulateur de tension 7805 pour 5V, un régulateur 7824 pour 24V, et 7809 pour 9V qui assure de gardé la tension de sortie constante.

Figure 3.4 : Montage complet de l’alimentation stabilisée Le tableau ci-dessous nous présente des régulateurs de tension, les différentes valeurs possibles aux capacités de filtrage et des transformateurs ayant pour but d’avoir une alimentation continue. Tableau 3.1 : régulation de tension

2. Capteurs :  Détecter le nivaux d’eau dans le réservoir et dans le puits.  Mesure le taux d’humidité au niveau du sol. Entrées : L1 : Grandeur physique de l’humidité du sol. L2 : niveau de l’eau dans le puits et dans le réservoir. Faculté des sciences Méknes

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 Tension analogique représentative de l’humidité du sol.  le niveau est atteint ou non au niveau du puits.  Niveau analogique au niveau du réservoir.

2.1 . Choix du capteur de niveaux : 2.1.1.

Capteur de pression :

Au niveau du réservoir on s’intéresse uniquement au capteur de pression analogique. Il s’agit une sonde type 4391 possède un capteur capacitif en céramique. La pression est convertie en un signal électrique. Étendue de mesure De 0 à 0,25 bar Sortie Tension : 0,5 à 4,5 V Charge ≥ 10 k_ Courant : 4 à 20 mA Résistance de Charge : ≤ (UB −12 V) / 0,02 A Alimentation 12 à 30 V DC (pour sortie 4 à 20 mA) 5 V ±0,5 V DC (pour sortie 0,5 à 4,5 V) Tension nominale : 24 V DC Position nominale : Verticale / suspendue au câble Poids : 350 g env. (sans câble)

Figure 3.5 : capteur de pression 404391/022

Tableau 3.2 : Raccordement électrique du capteur

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Montage de la sonde:

Figure 3.6 : Montage de la sonde de pression

Caractéristique de la pression P en fonction du courant i :

Figure 3.7: caractéristique du capteur de niveau D’après le caractéristique on à : P 250 ; i 20 250 20a b, P 0 ; i 4 0 4a b a=250/16=15,625 et b= -1000/16 = -62,5 => P(i)=15,625i-62,5 . On peut d’après cette pression de connaître le niveau du réservoir on utilise la relation suivant :

ρ : masse volumique du liquide ; g : accélération de la pesanteur.

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2.1.2.

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Capteur de niveau flotteur :

Ce type de capteur s’installe verticalement, de manière fixe, dans le puits avec la pompe immergée que l’on souhaite piloter. La position « tête en haut » ou « tête en bas », permet de choisir le mode de fonctionnement « normalement ouvert » ou « normalement fermé ». La sensibilité lors des mouvements, est tout à fait adaptée à nos besoins. Un léger clapotis en surface, n’entraîne pas un cycle d’ouverture / fermeture intempestif. De plus, la marge de débattement du cylindre autour de la tige, permet également son utilisation en aquarium d’eau de mer. Dans une certaine mesure, l’accumulation de sels ne bloquera pas le cylindre, mais un entretien régulier reste indispensable. Figure 3.8 : capteur flotteur 331-017

2.2 . Détecteur d’humidité du sol : Ce capteur mesure l'humidité du sol à partir des changements de conductivité électrique de la terre (la résistance du sol augmente avec la sécheresse). La fourche du capteur se plante verticalement dans la terre (pot de fleur, jardin...). On mesure la résistance électrique entre les deux électrodes. Un comparateur à seuil active une sortie digitale quand un seuil réglable est dépassé.  Description du schéma : L’unique LED D1 s'allume quand le taux d'humidité sur la sonde CAPT1 descend en-dessous d'un certain seuil. Le seuil de basculement allumée / éteinte dépend de la valeur de R1 et de la résistivité de l'élément dans lequel est placé la sonde. Avec R1 = 1,5 MΩ, la led s'allume quand la terre est bien sèche, et s'éteint dès que la terre est un peu humide. Tant que la led D1 reste éteinte, la consommation globale est très faible et une alimentation sur pile est parfaitement envisageable.

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Figure 3.9 : détecteur d’absence d’humidité

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Si les électrodes du capteur est prennent la forme du circuit imprimé ci-dessous, le montage sera relativement sensible, peut-être même trop pour certaines applications. Pour détecter de l'eau en faible quantité, ce type d'agencement en peigne convient très bien. Mais pour détecter une terre trop ou pas assez humide, peut se poser le problème d'une trop grande sensibilité, la résistance offerte par la terre même sèche pouvant ne pas être assez élevée. Si le montage est trop sensible, il faut limiter le nombre de "dents de peigne" et les espacer, comme le montre l'exemple de circuit imprimé suivant.

3. Commande :

Figure 3.10 : les électrodes du capteur d’humidité

Entrées : L1 :  un interrupteur marche/arrêt ‘’Remplissage’’;  un interrupteur marche/arrêt ‘’irrigation’’.

4. Traitement des données : Assure grâce à un microcontrôleur PIC16F877 programmé, (logiciel mikroC PRO for PIC) l’acquisition de traitement et la restitution des informations. Entrées :  Tension analogique représentative de l’humidité du sol.  le niveau est atteint ou non. Sortie :  Tension de commande de la pompe ou de l’électrovanne.  Informations envoyées à l’afficheur.

5. Remplissage/Irrigation : Commande de puissance de la pompe pour remplir le réservoir à partir du puits et l’électrovanne de distribution d’eau. Entrées :  Tension de command du suppresseur et d’électrovannes Ev1 et Ev2 pour l’irrigation.  Tension de command de la pompe pour le remplissage du réservoir. Sortie : L3 : Consigne de marche de la pompe, du suppresseur et d’électrovannes pour l’irrigation et le remplissage.

5.1 . Choix de la pompe : Le choix d’une pompe est déterminé selon les caractéristiques suivantes :  la puissance utile du moteur d’entrainement de la pompe qui est calculée par la relation suivant :

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 P : puissance utile du moteur d’entrainement de la pompe en KW ;  q : débit de la pompe (quantité d’eau refoulée en litres/seconde) ;  hm : hauteur manométrique séparant le fond du puits de l’entrée du réservoir en mètre ;  η : rendement de la pompe ;  g= 9,81m/s2.  le débit.  hauteur d’aspiration. Concernant les pompes utilisées, on va intéresser d’une pompe centrifuge (surpresseur) qui permet de distribuer l’eau avec la même pression. Au niveau du puits on utilise une pompe immergée ayant pour but de pompé l’eau stocké à la profondeur du réservoir vers l’extérieur afin de le remplir.  Caractéristiques hydrauliques des pompes immergées qu’on peut utiliser : Tableaux 3.3 : Caractéristiques hydrauliques des pompes immergées

5.2 .Choix du moteur asynchrone triphasé : Le moteur asynchrone triphasé est l’actionneur électrique le plus fréquemment employé dans les applications industrielles. Ce moteur est capable de développer de fortes puissances mécaniques (jusqu’à 5000 kW). Les moteurs sont accompagnés d’une plaque signalétique qui comporte des renseignements sur leur fonctionnement et les conditions d’utilisation. Selon les moteurs et les marques, les plaques peuvent différer mais certaines indications sont systématiques : 1- type de moteur et caractéristiques générales (numéro de série, date de fabrication…).

Figure 3.12 : plaque d’un moteur asynchrone triphasé

2- information sur l’indice de protection (IP55) et les conditions d’utilisation.

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3- caractéristiques électriques est mécaniques selon le couplage utilisé et la tension d’alimentation. V = la tension d’alimentation Hz = fréquence d’alimentation Min-1 ou RPM = vitesse de rotation en tours par minute. KW = puissance mécanique développée.

Tension maximale en fonction du couplage choisi.

Cos (φ) = facteur de puissance. A = intensité de courant nominal  Constitution générale d’un circuit de puissance du moteur synchrone triphasé : En électricité industrielle, la plupart des installations sont alimentées en triphasé, c'est-àdire avec 3 conducteurs phases (phase 1, phase 2, phase 3) + 1 conducteur de terre + souvent le conducteur Neutre qui est distribué, mais pas toujours utilisé. Alimentation Triphasée + N + terre L1 L2 L3 N PE Protection contre les courts-circuits SECTIONNEUR à FUSIBLES (Q) C’est un appareil qui permet la consignation d’une installation. Il se manœuvre à vide (installation éteinte) Il n’a pas de pouvoir de coupure, ce n’est pas un interrupteur, ce sont les fusibles qui coupent en cas de court-circuit. Les fusibles ont un type aM, un calibre et une taille adaptée au sectionneur. Commande CONTACTEUR TRIPOLAIRE (KM1) C’est un appareil qui permet d’établir ou d’interrompre un circuit en pleine charge. Il est commandé par une bobine (électroaimant). Protection des moteurs contre les surcharges RELAIS de protection THERMIQUE (F) Cet appareil s’échauffe légèrement par le courant du moteur (effet Joules sur 3 bilames). Au delà d’une valeur Figure 3.13 : circuit de préréglée, un contact interne s’ouvre et coupe la bobine du puissance contacteur tripolaire. Utilisation de l’énergie La majorité des installations industrielles sont actionnées par des MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES (M3~) Ces moteurs sont constitués de 3 bobinages couplés sur une « plaque à bornes ». 3 bornes seulement sont raccordées au réseau. Faculté des sciences Méknes

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6. Affichage : Entrées :  Informations envoyées à l’afficheur. Sortie : L4 : Information sur le taux d’humidité et le niveau du réservoir sur les différents modes.

 Choix du LCD : Concernant l’affichage on a utilisé un afficheur LCD (4 lignes de 20 caractères). Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelés afficheur LCD (Liquide Cristal Display), sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 à 5mA), sont relativement bon marchés et s’utilisent avec beaucoup de facilité.

Figure 3.14 : afficheur LCD LM044L  Brochage :  Broche 1 : masse.  Broche 2 : VCC.  Broche 3 : luminosité.  Broche 4 : RS ou (C/D) qui permet de déterminer si les broches de données reçoivent une instruction ou des données RAM  Broche 5, R/W : sélection du mode lecture ou écrire : 0 écriture, 1 lecture.  Broche 6, E : qui permet de valider (E=1) les données présentent sur les broches de donéées.la broche E est à mettre au niveau haut par défaut.  Broche 7 à 14 : utilisées pour le transfert des données ou des instructions. Le transfert peut se faire sur 8 bits, toutes les broches sont alors utilisées, ou sur4 bits, dans ce cas, seules les broches 11 à 14 sont utilisées.  Broche 15 :c’est la cathode de la LED du rétro éclairage, elle est liée à la masse  Broche 16 : c’est la l’anode de la LED du rétro éclairage, elle est liée à la 5 volte.

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Figure 3.15 : montage par défaut d’un afficheur LCD

III. Organigrammes du fonctionnement : Le remplissage du réservoir et l’irrigation des terres sont gérés par un PIC 16F877A. Associé à des interfaces d’acquisition et de communication en plus d’un programme fonctionnel, le microcontrôleur doit reproduire le fonctionnement décrit par l’organigramme général ci-dessous :

Figure 3.16 : L’organigramme du fonctionnement

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1. Organigramme de la partie « Remplissage Manuel » : Le remplissage manuel opère suivant l’organigramme représenté par la figure 3.17.

Figure 3.17 : L’organigramme de la partie de remplissage manuel

2. Organigramme de la partie « Remplissage AUTO » : Le remplissage automatique opère suivant l’organigramme représenté par la figure 3.18.

Figure 3.18 : L’organigramme de la partie de remplissage AUTO

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3. Organigramme de la partie « Irrigation AUTO » : L’irrigation automatique opère suivant l’organigramme représenté par la figure 3.19.

Figure 3.19 : L’organigramme de la partie d’irrigation AUTO

4. Organigramme de la partie « Irrigation Manuel » : L’irrigation manuelle opère suivant l’organigramme représenté par la figure 3.20.

Figure 3.20 : L’organigramme de la partie d’irrigation manuel

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CHAPITRE Ⅳ: TEST ET SIMULATION

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Ce chapitre traite la partie programmation du Pic. Dans notre recherche de l'outil que nous allons utiliser pour programmer le PIC, nous avons optés pour le langage C. Ce choix est à la fois un choix personnel et un choix technologique. D'une part le langage C est utilisé dans différents systèmes et domaines de développement, ce qui nous permettra une évolution future, d'autre part le langage C est l'un des langages les plus puissants.

I. Partie simulation : Avant de passer à la réalisation pratique de notre système nous avons eu recours à la simulation des différentes parties du système. Pour cela on a utilisé le logiciel ISIS Proteus qui est un très bon logiciel de simulation en électronique. Isis est un éditeur de schémas qui intègre un simulateur analogique, logique ou mixte. Toutes les opérations se passent dans cet environnement, aussi bien la configuration des différentes sources que le placement des sondes et le tracé des courbes. La simulation permet d'ajuster et de modifier le circuit comme si on manipulait un montage réel. Ceci permet d'accélérer le prototypage et de réduire son coût. Il faut toujours prendre en considération que les résultats obtenus de la simulation sont un peu différents de celles du monde réel. 1. Connexion de l’afficheur sur le microcontrôleur : Dans notre application, nous avons utilisé un écran LCD alphanumérique de 4 lignes et de 20 caractères. Cet écran est connecté au microcontrôleur sur le port B, on a conservé toutes les broches de RD0 à RD3 pour lier les données (D0 à D7). Et on a pris deux broches du port B pour RS et E (RD4 et RD5) R/W et relié a la masse (l'afficheur est en mode "écriture") : Un ensemble d’instruction spécialisée permet de le piloter très facilement et disponible dans le logiciel mikroC PRO for PIC. Il est également possible de piloter l’écran directement avec des instructions de commande sous forme binaire. LCD1 LM044L

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RD0 RD1 RD2 RD3

7 8 9 10 11 12 13 14

RS RW E RD5

4 5 6 RD4

1 2 3

1k

VSS VDD VEE

LE CONTRAST

Figure 4.1 : Montage de l’afficheur LCD sur le PIC 2. Les touches de commande : La carte dispose de 3 boutons poussoirs. a. SW1 : pour contrôler la marche et l’arrêt de la pompe de remplissage ; b. SW2 : pour contrôler la marche et l’arrêt de la pompe d’irrigation ; c. SW3 : permet de choisir le mode de fonctionnement automatique/manuel.

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Toute ces boutons sont reliés à 3 entrées numériques du microcontrôleur (RB4, RB5 et RB6) en les reliant respectivement aux résistances (R2, R3 et R4) de rappel à la source Vcc de moyenne valeurs (1 KΩ) pour ne pas consommer plus de l’énergie.

Figure 4.2 : Montage des boutons poussoirs 3. Commande de puissance : 3.1. Commander des électrovannes et de la pompe immergée : Les figures montrent la commande de puissance de la pompe immergées et des électrovannes.

Figure 4.3 : circuit de commande de l’électrovanne EV1

Figure 4.4 : circuit de commande de l’électrovanne EV2

Figure 4.5 : circuit de commande de la pompe immergée Faculté des sciences Méknes

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 R5, R6 et R7 : Résistances permettant de faire fonctionner les transistors en bloqué/saturé ;  D3, D4 et D5: Diodes de roues libres, absorbe le pic de courant dû à la bobine et à la commutation des transistors (Sert à protéger les transistors) ;  D6 : Diode, elle permet de protéger le microcontrôleur du sens des courants.  Q3, Q4 et Q5 : Transistors fonctionnant en commutation (facteur de saturation = K = 3) ;  RL2, RL3 et RL4: Relais, ils assurent l’isolation galvanique entre la partie commande et la partie puissance.  SW1 : Interrupteur, permet à l’utilisateur de commander la pompe manuellement en saturant le transistor. 3.2. Commande du surpresseur: Pour commander le surpresseur on propose le circuit suivant :

Figure 4.6 : circuit de commande du surpresseur 4. Commande des capteurs : 4.1. Capteur de pression : La sonde de pression a été choisie pour la détection du niveau de remplissage du réservoir. La hauteur de l’eau dans le réservoir est convertie par le capteur en une intensité de courant de:  4 mA si la pression est égale à la pression atmosphérique (réservoir vide) ;  20 mA si la pression est égale 250 mbar. Ce courant est converti ensuite en tension par une résistance de charge RCharge = R1 = 225 Ω Pour i= 4 mA => V= 0,9 V ; Pour i = 5,25 mA => V= 1,18 V ; Pour i= 11,5 mA => V= 2,58 V ; Pour i= 16,5 mA => V= 3,71 V ; Pour i= 20 mA => V= 4,5 V. Faculté des sciences Méknes

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Figure 4.7 : circuit de commande du capteur de niveau 4.2. Capteur humidité : La figure 4.8 présente la partie commande de détecteur d’humidité :

Figure 4.8 : détecteur d’humidité

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5. circuit de la Simulation globale :

Figure 4.9 : circuit de la simulation globale du système Faculté des sciences Méknes

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II. Partie programmation : Nous avons fait le choix d'utiliser l'environnement de développement MikroC de Mikroelektronika. 1. Présentation du MikroC : Le compilateur C nouvelle génération "MikroC" pour microcontrôleurs PIC bénéficie d'une prise en main très facile. Il a une capacité à pouvoir gérer la plupart des périphériques rencontrés dans l'industrie (afficheurs LCD et 7 segments, signaux PWM,...) .Il contient un large ensemble de bibliothèques de matériel, de composant et la documentation complète. 2. Programme globale du circuit :

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3. Circuit de test : Pour testé le programme on va faire un circuit équivalent du circuit réel.

Figure 4.10 : circuit global du test

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 Mode automatique : Cas ou le capteur flotteur est en 1 (le puits contient de l'eau) Dans le cas ou le niveau de réservoir est inférieur à 20% (quelque soit le taux d'humidité) les électrovannes EV1 et EV2 sont fermés, le surpresseur est en arrête et la pompe de remplissage est en marche :

Dans le cas ou le niveau de réservoir est entre 30% à 50% et le taux de l'humidité inférieur à 100% l'électrovanne EV1 fermé, EV2 est ouvert, le surpresseur en marche et la pompe de remplissage est en marche :

Dans le cas ou le niveau de réservoir est supérieur à 50% et le taux de l'humidité inférieur à 100% l'électrovanne EV1 fermé, EV2 est ouvert, le surpresseur est en arrête, la pompe de remplissage est en marche :

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Dans le cas ou le niveau de réservoir est égal à 100% et le taux de l'humidité inférieur à 100% l'électrovanne EV1 ouvert, EV2 est fermé, le surpresseur est en arrête et la pompe de remplissage est en arrête:

Dans le cas ou le niveau de réservoir est inférieur à 100% et le taux de l'humidité égal à 100% les électrovannes EV1 et EV2 sont fermés, le surpresseur est en arrête et la pompe de remplissage en marche :

Cas ou le capteur flotteur est en 0 (le puits ne contient pas de l'eau) Quelque soit le niveau du réservoir la pompe de remplissage est en arrête les électrovannes EV1, EV2 et le surpresseur sont dépendent du taux d'humidité :

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 Mode manuel : Pour accèder à ce mode on appuye sur le bouton de changement d'état. Si on a appuyé sur le bouton de ARRETE/MARCHE LA POMPE DE REMPLISSAGE la pompe de remplissage va marcher (si le capteur flotteur est à 1 sinon la pompe ne peut pas marcher) :

Si on a appuyé sur le bouton de ARRETE/MARCHE LA POMPE D'IRRIGATION l'électrovanne EV1 est le surpresseur peut marcher dans le cas ou le niveau du réservoir est inférieur à 50% sinon il ne va pas marche mais l'électrovanne EV2 est ouvert (irrigation normale) :

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Conclusion et perspectives : Dans ce mémoire, nous avons présenté un travail qui consiste à automatiser le fonctionnement d’une station d’irrigation qui comprend un réservoir et un puits. L’automatisme utilisé comprend deux composantes :  Une partie de commande qui est axée essentiellement sur un microcontrôleur du type PIC16F877 programmé par le microC.  Une partie opérative formée de capteurs d’humidité et de niveau ainsi que des pompes, des moteurs et des électrovannes. Les études de la simulation du fonctionnement ont montrées la validité de nos choix et rependent parfaitement au cahier de charges qui nous a été prescrit. La réalisation de ce projet nous a énormément appris, autant au niveau de l’électronique, de la programmation des microcontrôleurs (programmation embarquée). Nous avons aussi appris des nouvelles connaissances au niveau de la gestion du temps et des équipes. L’implémentation de cette station automatisée nécessite des liaisons filaires, entre les capteurs et l’unité de commande, qui peuvent atteindre des centaines de mètres ce qui peut engendrer des problèmes de fonctionnement ; pour cette raison, et en perspective, on propose de réaliser des liaisons sans fil entre capteurs et unité de commande.

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Bibliographie :  Cour d’Automatisme et Automate programmable Pr. Bachir BENHALA  examen du baccalauréat de la session ordinaire 2008, Filière Sciences et technologies électriques, matière Sciences de l’ingénieur.  microcontrôleurs PIC 16F876 et 16F877 D. MENESPLIER 2001  programmation des PIC en C.  la programmation des pics par BIGONOFF.  MikroC making it simple mikroelectronika.  PIC Microcontrollers programming in c par MILAN VERLE.  www.mikroe.com .  www.sonelec-musique.com/electronique.html.  www.noxyben.fr.

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