Pré-rapport de projet. Systèmes à Microcontrôleur Mise en œuvre d une centrale d alarme

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1 Pré-rapport de projet Systèmes à Microcontrôleur Mise en œuvre d une centrale d alarme Pré-Rapport Page 1 / 21

2 - Sommaire - 1. DEFINITION DE L ETUDE : REPRESENTATION DU SYSTEME : SCHEMAS DE PRINCIPE : SCHEMA GENERAL : ALIMENTATION DECOUPLAGE :... 7 a) Schéma :... 7 b) Choix des composants : SUPERVISEUR - SURVEILLANCE :... 8 a) Schéma :... 8 b) Choix des composants : MICROCONTROLEUR :... 9 a) Schéma :... 9 a) Choix des composants : MODULE RS232 : a) Schéma : b) Choix des composants : MEMOIRES & PAL : a) Schéma : b) Choix des composants : AFFICHAGE : a) Schéma : b) Choix des composants : MODULE CLAVIER 16 TOUCHES : a) Schéma : b) Choix des composants : CAPTEUR DE TEMPERATURE : a) Schéma : b) Choix des composants : BUZZER : a) Schéma : b) Choix des composants : RECEPTEUR HF : a) Schéma : c) Choix des composants : MAPPING MEMOIRE & DECODAGE : MAPPING MEMOIRE : DECODAGE D ADRESSE EPROM & RAM : MAPPING MEMOIRE «PERIPHERIQUES» : DECODAGE D ADRESSE «PERIPHERIQUES» : CALCUL DES TEMPS D ACCES : MICROCONTROLEUR : EPROM : RAM : BASCULE D : Définition de l étude : Pré-Rapport Page 2 / 21

3 La centrale est le cœur du système. Tous les périphériques lui sont raccordés. En cas d'alerte c'est elle qui déclenche les périphériques d alerte (sirènes, etc...) La centrale d'alarme gère également toutes les temporisations, la durée et le type d'alarme. PERIPHERIQUE DE MISE EN SERVICE - Clavier matriciel : Permet par exemple, d activer ou de désactiver l alarme via un code, de saisir le seuil de température qui déclenche l alarme, etc DETECTION - Capteurs de présence IR : Les différents capteurs de présence infrarouge placés dans chacune des pièces permettent de détecter une intrusion. Lorsque le rayon est interrompu un signal HF est envoyé à la centrale (Cf. Transmission HF). DETECTION INCENDIE - Capteur de température : Réagit à une brusque élévation de température, il informe en temps réel le microcontrôleur de la température ambiante. SIGNALISATION ALARME - Sirènes : Dans ce projet, la sirène sera modélisée par un simple buzzer en sortie du microcontrôleur. - Transmission HF : Les émetteurs HF placés sur chaque récepteurs IR permettent de signaler à la centrale d alarme une intrusion par le biais d un récepteur HF. AFFICHAGE - Afficheur LCD : L afficheur LCD permet d afficher la pièce où il y a une intrusion, la température ambiante, etc Pré-Rapport Page 3 / 21

4 2. Représentation du système : Module Mémoires Module HF Module Clavier matriciel Module Affichage LCD Module Température µc C504 Module Buzzer Module Liaison série Téléchargement programme Pré-Rapport Page 4 / 21

5 3. Schémas de principe : 3.1 Schéma général : Pré-Rapport Page 5 / 21

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7 3.2 Alimentation Découplage : a) Schéma : b) Choix des composants : L alimentation est réalisée à l aide d un régulateur 78M05 et d une diode de protection en entrée permettant de protéger le générateur de tension en cas d inversion de polarité. Ondulation de la tension d alimentation du µc: En sortie du régulateur (d après la doc. et les éléments choisis) on a une ondulation max de 100 mvpp, ce qui est donc en concordance avec ce qui est demandé pour l alimentation du µc: Vµc>Vseuil = 4,5V Choix de la diode D2 : D après la doc Constructeur, la diode contre les inversions de polarité doit supporté le courant passant max de 1A et une tension inverse max de 50V. La diode 1N4001 possède ces caractéristiques. Découplage du régulateur : D après la doc Constructeur, le régulateur doit avoir un condensateur polarisé en entrée de C1= 0,33µF et un condensateur de sortie C2 = 0,1µF. Calcul de R1 : Le courant qui traverse la LED D1 doit lui permettre de fournir une intensité lumineuse suffisante pour être vue en plein jour. (If = 10mA, Vf = 2,2V) R1= (Vcc Vf) / If avec Vcc= tension de sortie du régulateur = 5V Vf = tension de seuil de la LED = 2,2V If = courant traversant la LED = 10 ma Pré-Rapport Page 7 / 21

8 =>R1=280 Ω => en série E12 : R1 = 270 Ω Découplage des éléments de la carte : Le reste des composants de la carte seront découplés par des condensateurs de 100nF. 3.3 Superviseur - Surveillance : a) Schéma : b) Choix des composants : On câble un circuit de supervision MAX694, permettant de surveiller l alimentation et de détecter une sous tension (Valim < Vseuil). Il bloque alors la RAM pour l accès en écriture et il lance un Reset afin de remettre le µc dans un état stable. Les composants ont été choisis selon l application décrite par les caractéristiques du constructeur. Pré-Rapport Page 8 / 21

9 3.4 Microcontrôleur : a) Schéma : a) Choix des composants : Choix de l horloge : L horloge de la carte que nous utilisons est une horloge interne donc on utilise un quartz à 12Mhz. Cette horloge est reliée aux bornes XTAL1 (sortie de l oscillateur) et XTAL2 (entrée de l horloge générée pour les circuits). Les capacités préconisées dans la datasheet pour XTAL1 et XTAL2 vont de 10 à 30pF. On choisit donc 22pF pour C1 et C2. Pré-Rapport Page 9 / 21

10 3.5 Module RS232 : a) Schéma : b) Choix des composants : La liaison série (norme RS232) est réalisée à l aide d un MAX233 qui assure l adaptation de tension PC/µC et des niveaux logiques à +10V et -10V. Certain câbles série sont croisé c'est-à-dire que Rx et Tx sont inversés, de ce fait pour ne pas être ennuyé par cet inversement nous plaçons 2 switchs permettant d intervertir à notre guise les signaux Rx et Tx. Pré-Rapport Page 10 / 21

11 3.6 Mémoires & PAL : a) Schéma : Pré-Rapport Page 11 / 21

12 b) Choix des composants : BASCULE D : La Latch permet de décoder les adresses du Bus AD[0 7]. Lorsque le µc veut sélectionner la RAM ou la ROM il active le bit ALE (Adress Latch Enable), ce bit est relié à l entrée LE de la Latch. Lorsque ce bit est à l état haut, on met en sortie ce qu on a en entrée, lorsque ce bit est à l état bas les sorties sont verrouillées afin de laisser les données précédentes. RAM : D après la datasheet ainsi que le cahier des charges, on choisit une RAM MB8464 de 8Ko 8 Bits. De A0 à A7 on relie les sorties de la Latch (Adresses décodées), de A8 à A15 on relie directement le bus A (pas besoin de décodage d adresses dans cette tranche du bus). Lorsque le µc veut accéder à la RAM en écriture, la sortie WR/ est positionnée à l état haut ce qui à pour incidence de placer l entrée WE/ de la RAM dans le même état. Donc accès à la RAM en écriture. Lorsque le µc veut accéder à la RAM en lecture, la sortie WR/ est positionnée à l état bas ce qui à pour incidence de placer l entrée WE/ de la RAM dans le même état. Donc accès à la RAM en lecture. ROM : D après la datasheet ainsi que le cahier des charges, on choisit une ROM 27C128 de 16ko. De A0 à A7 on relie les sorties de la Latch (Adresses décodées), de A8 à A13 on relie directement le bus d adresse. PALCE: On utilise une PAL de 12 entrées sans synchronisation. Il génère les signaux de sélection. Pré-Rapport Page 12 / 21

13 3.7 Affichage : a) Schéma : b) Choix des composants : L afficheur utilisé est un LCD 8 digit * 2 lignes. La gestion du Data Bus line de l afficheur sera géré par le bus AD[0 7], et les signaux R/W et RS par le port P1 [1.2]. L entrée VEE de l afficheur correspond à l ajustement du contraste; de ce fait, pour le faire varier, nous avons mis en place une résistance variable RV1 = 100KΩ. L entrée E de l afficheur correspond à l Enable Signal, il permet de valider l affichage. L entrée R/W correspond au Data Read/Write, il permet de choisir le mode d accès de l afficheur (lecture ou écriture). L entrée RS correspond au Register Select Signal, il permet de sélectionner le signal à afficher dans le registre. 3.8 Module Clavier 16 touches : Pré-Rapport Page 13 / 21

14 a) Schéma : b) Choix des composants : Le clavier que nous utilisons est un clavier hexadécimal de 16 touches accompagné d un décodeur 74C922. Les clavier + décodeur sont gérés par le bus AD[0 4]. L entrée /Cs_clav permet la validation du décodage. L entrée /INT_CLAVIER permet d activer l interruption 0 du microcontrôleur. Calcul de C3 et C4 : C3 et C4 sont des capacités anti-rebond, d après la datasheet on a la durée des rebonds = 5ms et on a C3 = 0,1µF et C4 = 1µF. Pré-Rapport Page 14 / 21

15 3.9 Capteur de Température : a) Schéma : b) Choix des composants : Le capteur de température que nous utilisons est un LM35, qui a pour sensibilité 10mV/ C. Calcul de RV2 et R3 : La mise en forme du signal issu du capteur de température se fait par un amplificateur non-inverseur MC3317 avec un gain de 10 pour obtenir en sortie 100mV/ C. R3 / (RV2+R3) = 10 Donc RV2 = 10KΩ ( on ajustera pour avoir un gain de 10) et R3 = 1KΩ Calcul de R2 : D après la datasheet du LM35, on choisit R2 = 27KΩ Pré-Rapport Page 15 / 21

16 3.10 Buzzer : a) Schéma : b) Choix des composants : Le buzzer est piloté par une sortie TOR, afin d obtenir les 40mA en sortie, nous avons placé un transistor MOS Q1 BS170 qui nous permet de faire l adaptation en puissance. Calcul de R4 : Afin de limiter l effet Miller nous avons placé une résistance R4 = 1KΩ. Calcul de R6 : Afin de limiter le courant dans le buzzer à I = 25mA, nous avons placé une résistance (Vcc-V DS )/I = R6 = 120Ω. Pré-Rapport Page 16 / 21

17 3.11 Récepteur HF : a) Schéma : c) Choix des composants : Le récepteur HF reçoit un signal décodé par le Décodeur MC qui avec une adresse «10001» génère une interruption pour le microcontrôleur et envoi les données. Décodeur HF : Le décodeur HF est configuré selon la datasheet. On a choisit pour f=1,71khz : - R4 = 50KΩ et C7 = 0.02µF. - R5= 200KΩ et C8=0.1µF. 4. Mapping mémoire & Décodage : Pré-Rapport Page 17 / 21

18 4.1. Mapping mémoire : Le MAPPING mémoire à été défini comme cela d après les données à notre disposition : 4.2. Décodage d adresse EPROM & RAM : Pré-Rapport Page 18 / 21

19 4.2. Mapping mémoire «Périphériques» : 4.3. Décodage d adresse «Périphériques» : Nous avons 2 périphériques à décoder donc nous utiliserons le décodage suivant : Pré-Rapport Page 19 / 21

20 5. Calcul des temps d accès : Les contraintes de temps d accès sont les suivantes : LECTURE CODE LECTURE DONNEE Tacc_rom < Tacc_µ Tacc_ram < Tacc_µ Les Tacc mémoires doivent être inférieur à Tacc_µ (microcontrôleur) MICROCONTROLEUR : Avec 1 / 12MHz = t CLCL = 83,333 ns En lecture DATA : Tacc < t AVDV = 9 * t CLCL 75 Tacc < 675ns En lecture CODE : Tacc < t AVDV = 5 * t CLCL (44ns tps bascule D) Tacc < 322ns En écriture DONNEE : Tsetup = 7 * t CLCL 50 = 533ns et Thold = t CLCL 20 = 63 ns 5.2. EPROM : Nous nous mettons dans le cas le plus défavorable, nous prenons donc les caractéristiques de l EPROM 27C256. Nous obtenons : - T = t ACC t OE = => T = 200ns Conclusion : ce temps est donc inférieur au temps d accès en lecture CODE du microcontrôleur RAM : En lecture: En écriture : T = t AA avec 70ns < t AA < 200ns T = t AW - t DW => 25ns < T < 60ns Pré-Rapport Page 20 / 21

21 5.4. BASCULE D : Nous prenons donc les caractéristiques de la latch 74HC573. De ce fait : Tavll (µc) > tsu (XXHC573) tavll = tcycle-30 => tavll = 53ns tsu = 15ns. Tllax (µc) > th (XXHC573) tllax = tcycle-35 => tllax = 48ns th = 5ns. Tlhll (µc) > tw (XXHC573) tlhll = 2 cycles-40 => tlhll = 126ns tw = 24ns. Conclusion : ces temps sont donc inférieur aux temps d accès en lecture/écriture CODE et écriture DONNEE du microcontrôleur. Pré-Rapport Page 21 / 21