Carte : Unité centrale

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1 MEYER Cyril Système de distribution automatisé de carburants Carte : Unité centrale BAC

2 Sommaire SOMMAIRE A/ ETUDE DU SYSTEME / MISE EN SITUATION Expression du besoin Présentation du système Le distributeur automatique a été conçu pour : /DIAGRAMMES SAGITTAUX Diagrammes Description des entrées sorties B/ PRESENTATION DE L OBJET TECHNIQUE / ANALYSE FONCTIONNEL DE 1 ER DEGRE (GESTION DE LA DISTRIBUTION DE CARBURANT) ) Schéma fonctionnel ) Description des fonctions principales / ANALYSE FONCTIONNEL DU 2ND DEGRE DE L O.T. LECTEUR DE CARTE ) Schéma fonctionnel ) Entrées-sorties du lecteur magnétique / ANALYSE FONCTIONNEL DU 1 ER DEGRE (LECTEUR DE CARTE MAGNETIQUE ET A PUCE) ) Schéma fonctionnel ) Description des fonctions principales / SCHEMA FONCTIONNEL DE 2 ND DEGRES DE LA CARTE UNITE CENTRALE / PRESENTATION DES FONCTIONS SECONDAIRES C/ DESCRIPTION DE LA CARTE : UNITE CENTRALE / NOTRE CARTE DANS LE SYSTEME / SCHEMA STRUCTUREL / IMPLANTATION DES COMPOSANTS Coté soudure Coté composant Les composants La carte terminée / NOMENCLATURE / ETUDE DES COMPOSANTS : / PARLONS DE NOTRE CARTE / CONCLUSION /17

3 A/ Etude Du Système 1/ Mise en situation 1 Expression du besoin Le système doit pouvoir assurer la distribution de carburants à toute heure dans les conditions du respect des textes réglementaires en vigueur concernant la sécurité et l environnement. 2 Présentation du système Les sociétés de distribution de carburant ont mis à la disposition de leurs clients des systèmes automatisés de distribution. Ces systèmes permettent un approvisionnement en carburant vingt quatre heures sur vingt quatre et sept jours sur sept. Ils répondent aux contraintes environnementales d implantation les plus récentes définies par le ministère de l environnement. Jusqu à une période récente, les stations essences échappaient à l informatisation et à la mise en réseaux. Dans les stations modernes, la pompe à essence est équipée d un micro-ordinateur et d une interface réseau lui permettant de communiquer avec la caisse. La caisse est elle-même reliée à une machine UNIX, située dans un bureau et à laquelle sont connectés d autres équipements : les réservoirs d essences de la station, dont on peut connaître le niveau, et la station de lavage. Le distributeur automatique a été conçu pour : - Servir automatiquement ses clients 24h/24 et 7j/7 de manière autonome - Fournir différentes informations comme voir les carburants les plus vendu, le niveau des cuves, les clients les plus fidèles à la station - Limiter les vols de carburant (gens qui partent sans payer) et d argent (hold-up) - Faciliter le payement (pas de monnaie et somme exacte) - Respecter l environnement vis avis de la loi 2/17

4 2/Diagrammes sagittaux 1. Diagrammes 3/17

5 2. Description des entrées sorties 1/ Lecteur magnétique Entrés E1 : Entrée de réception de la carte magnétique contenant les informations nécessaires à la gestion du paiement (code utilisateur). Entrés E2 : Position de la carte magnétique Entrés E3 : Commande de mise en route du moteur d entraînement de la carte magnétique en sens de lecture de la carte. Entrés E4 : Vitesse du moteur Entrés E5 : Données lues sur la piste magnétique Entrés E6 : Données lues sur la puce Entrés E7 : Commande du sens de rotation du moteur (écriture carte ou restitution) Entrés E8 : Données à écrire sur la piste magnétique. Entrés E9 : Données à inscrire sur la puce de la carte introduite par l utilisateur. Sortie S1 : Position de la carte magnétique à l intérieur du lecteur. Sortie S2 : Commande marche / arrêt du moteur. Sortie S3 : Données lues sur la piste magnétique. Sortie S4 : Données lues sur la puce. Sortie S5 : Carte magnétique retirée. Sortie S6 : Données à écrire sur la piste magnétique. Sortie S7 : Données à écrire sur la puce. 2/Gestion de la distribution de carburant Entrés E1 : Code du carburant souhaité par l utilisateur Entrés E2 : Détection pistolet raccrocher / décroché Entrés E3 : Volume d essence distribué Entrés E4 : Informations de service saisies. Entrés E5 : Mise à jour des prix Sortie S1 : Commande du moteur de la pompe à essence Sortie S2 : Volume d essence distribué Sortie S3 : Prix à payer Sortie S4 : / Volume distribué / prix à payer Sortie S5 : Etat de la machine Sortie S6 : Prix au litre Sortie S7 : Volume d essence distribué 4/17

6 B/ Présentation De l objet Technique 1/ analyse fonctionnel de 1 er degré (Gestion de la distribution de carburant) 1) Schéma fonctionnel Info sur l état de la pompe Commandes des pompes Etage de Puissance Commandes des pompes FP3 Utilisateur Info gâchettes Info visuelle Sur la distribution Simulateur de Débitmètre FA1 Info volume Info volume Distribué Mise en Distribué Forme FP6 Unité De traitement Débit Info : prix à payer Volume distribué Prix au litre Gestion de L affichage FP4 Info visuelle Prix à payer Volume distribué Prix au litre Info décrochage Mise en Info décrochage Info prix Mise en Info prix des des pistolets Forme pistolets Forme FP1 FP2 Des carburants FP5 carburant Info prix à payer et volume distribué Des informations 5/17 Code carburant

7 2) Description des fonctions principales FA1 : simulateur de débitmètre Cette fonction a pour but de générer une impulsion négative de courte durée avec une période de 10ms afin de simuler un débitmètre réel qui fournirait une impulsion tous les 0.01 litre de carburant distribué. Ceci nous emmène donc à une distribution proche de 1 litre/s. FP1 :unité de traitement des informations Cette fonction autorise la distribution quand elle reçoit un code carburant de la part de l OT «gestion du paiement» et lui transmet les informations du prix à payer et volume distribué a la fin de la distribution. Elle reçoit les informations sur les prix au litre des différents carburants du PC par l intermédiaire de la fonction FP5. Elle transmet au PC, l information volume distribué par l intermédiaire de la fonction FP6. Elle commande quatre étages de puissance (FP3) qui commandent les quatre pompes. Elle élabore la valeur du volume distribué et du prix à payer à partir de l information débit (FA1) et prix au litre puis les transmet à la fonction FP4 pour les afficher. Elle reçoit les informations décrochage des pistolets par l intermédiaire de la fonction FP2. FP2 : Mise en Forme Cette fonction transforme les informations décrochage des pistolets réalises par des interrupteurs en signaux logiques de sorte à avoir un niveau 0 quand le pistolet est raccroché et un niveau 1 quand celui ci est décroché. FP3 : Etages de puissance Cette fonction permet de commander un relais 12V avec un courant de bobine allant jusqu à 100mA à partir des niveaux logiques de commande des pompes en provenance de la fonction FP1. Elle visualise l état des commandes en allumant une LED quand celles-ci sont à 1. FP4 : Gestion de l Affichage Cette fonction permet l affichage des valeurs du prix à payer, du volume distribué et du prix au litre en provenance de la fonction FP1. FP5 : Mise en Forme Cette fonction met les signaux compatibles RS232 ( 12V ; +12V) en provenance du PC en signaux logiques (0V ; +5V) et transforme les données séries en données parallèles. FP6 : Mise en Forme Cette fonction met les signaux logiques (0V ; +5V) en provenance de FP1 en signaux compatibles RS232 (-12V ; +12V) et transforme les données parallèles en données séries. 6/17

8 2/ analyse fonctionnel du 2nd degré de l O.T. Lecteur de carte 1) Schéma fonctionnel 2) Entrées-sorties du lecteur magnétique Entrée E1 : Entrée de réception de la carte magnétique contenant les informations. nécessaires à la gestion du paiement (code utilisateur). Entrée E2 : Position de la carte magnétique. Entrée E3 : Commande de mise en route du moteur d'entraînement de la carte. magnétique en sens lecture de la carte. Entrée E4 : Vitesse du moteur. Entrée E5 : Données lues sur la piste magnétique. Entrée E6 : Données lues sur la puce. Entrée E7 : Commande du sens de rotation du moteur (écriture carte ou restitution ). Entrée E8 : Données à écrire sur la piste magnétique. Entrée E9 : Données à inscrire sur la puce de la carte introduite par l'utilisateur. Sortie S1 : Sortie S2 : Sortie S3 : Sortie S4 : Sortie S5 : Sortie S6 : Sortie S7 : Position de la carte magnétique à l'intérieur du lecteur. Commande marche /arrêt du moteur. Données lues sur la piste magnétique. Données lues sur la puce. Carte magnétique retirée. Données à écrire sur la piste magnétique. Données à écrire sur la puce. 7/17

9 3/ analyse fonctionnel du 1 er degré (Lecteur de carte magnétique et à puce). 1) Schéma fonctionnel Génération de P24V Secteur tensions régulées VCC FA GND Microcontrôleur Port d entrée-sortie P24V P12V STW Régulation Autorisation GND P6V lecture/écriture FP1 S2 FP4 REN MRW MFW Contrôle vitesse et sens de rotation du moteur WCP1 MSLW FP7 M+ M- TG2 RHD2 WHD2 Décodage Encodage FP3 RDP2 RCP2 WCT2 CNT2 Amplification et mise en forme FP6 WDT2 Amplification et commande écriture FP5 WHD2A Captage position FP2 S[4-0] RHD2A Tête magnétique Champs magnétique Carte bancaire 8/17

10 2) Description des fonctions principales. FA : Génération des tensions régulées externes Cette fonction externe à l objet technique doit fournir les tensions et la puissance nécessaires au fonctionnement du lecteur magnétique. Secteur : tension 220V 50Hz VCC : tension régulée +5V alimentation de circuits intégrés FP1 : Génération de tensions régulées internes Cette fonction est intégrée au lecteur magnétique. La tension régulée P12V est réalisée à l aide d un régulateur de type UA7512 à partir de P24V fourni par FA. Elle sert à l alimentation des différents amplificateurs opérationnels. La régulation de P6V s effectue grâce à une diode zener à partir de la tension P12V. Elle sert à ajouter un offset de 6V à l entrée des amplificateurs. P12V : tension régulée P6V : tension d offset +6V FP2 : Captage position Cinq capteurs optiques placés le long du cheminement de la carte optique permettent de détecter la position de la carte magnétique : avance carte, recul carte, arrêt du moteur, lecture ou écriture carte magnétique. S0 à S4 : informations sur la position de la carte magnétique FP3 : Circuit Spécialisé d encodage et de décodage Sélection du mode lecteur ou d écriture CNT2 : permet de sélectionner le mode lecture ou d écriture d une carte magnétique CNT2 = 0 mode écriture CNT2 = 1 mode lecture L information RHD2 issue de FP6 est synchronisée par une horloge de lecture RCP2. La période de cette horloge est fixée par un quartz et programmée par un ensemble d interruptions. Le signal RDP2 est l image de RHD2 synchronisé par RCP2. Au front descendant de RCP2 l unité centrale de traitement peut lire la valeur du bit magnétique : «Bit magnétique» = 1 quand RCP2 et RDP2 = 1 «Bit magnétique» = 0 quand RCP2 et RDP2 = 2 RCP2 : horloge de synchronisation lecture [numérique] RDP2 : données numériques lecture [numérique] Ecriture. Le bit d écriture doit être synchronisé sur un signal d horloge d écriture WCT2. FP4 : Autorisation lecture écriture Validation de lecture : Dès que la carte est détectée par le capteur optique S2, cette structure génère un signal de validation de lecture : REN actif au niveau bas, retardé par rapport à S2. Validation écriture : Dès que la carte est détectée par le capteur optique S2, cette structure génère un signal d autorisation d écriture : STW retardé par rapport à S2. Ce retard est programmable. 9/17

11 REN : autorisation du cycle de lecture STW : autorisation du cycle d écriture numérique WCP1 : horloge de synchronisation d écriture pour la tête IS01 [numérique] La période de cette horloge est fixée par le même quartz et la même position des switchs que pour la lecture. Au niveau bas la donnée doit être présente à l entrée WDT2. Un front montant valide l écriture. WHD2 est l image de WDT2 mais synchronisée avec ZWCL2 (horloge image de la vitesse du moteur) RHD2 : information lecture provenant de la carte [numérique] WCT2 : horloge de synchronisation d écriture pour la tête IS02 WDP2 : données numérique d écriture de la tête IS02 WHD2 : données d écriture synchronisée FP5 : Amplificateur d écriture FP5 ne pouvant fournir le courant nécessaire à la tête de lecture, FF5 pallie donc à cette inconvénient. RHD2A : signal électrique analogique image du champs magnétique RHD2 : signal numérique images des données contenues sur la carte magnétique FP7 : Interface de puissance Cette fonction est réalisée à l aide de transistors Darlington (pont en H). La variation de la vitesse est réalisée grâce au signal TG2 issu du capteur de vitesse TG2. MFW : commande du sens de rotation du moteur MRW : commande du sens de rotation du moteur MFW MRW Avance carte 0 1 Recule carte 1 0 Arrêt moteur 0 0 Arrêt moteur /17

12 5/ Schéma fonctionnel de 2 nd degrés de la carte unité centrale Vers TPE Horloge (8MHz) FS13 XTAL EXTAL Vers carte pompe Unité de Traitement Des informations FS11 PC Conversion +12/-12 en 0/+5 0/+5 en +12/-12 FS14 Reset à L allumage FS12 6/ Présentation des fonctions secondaires FS11 : Essentiellement constitué du microcontroleur MC68HC11 c est lui qui gère le traitement des informations reçu du PC et de la carte pompe afin de pouvoir envoyer les informations du PAP, PAL, VD vers la carte afficheur, mais aussi de gérer la mise en marche des moteurs des pompes. FS12 : Cette fonction assure la protection du microcontroleur lors de l allumage. Elle permet, à la mise sous tension le reset du 68HC11 pour ne pas qu il tienne compte des bruits du à la mise sous tension. µc FS13 : Horloge du microcontroleur c est elle qui détermine la vitesse de traitement des informations. Elle génère un signal sinusoïdal, à l aide d un oscillateur à quartz. R 1 Q C 1 C 2 FS14 : Assure la conversion +12/-12V du PC en 0/+5V de la carte et réciproquement. 11/17

13 C/ Description de la carte : Unité centrale 1/ Notre carte dans le système 12/17

14 2/ Schéma structurel 13/17

15 3/ Implantation des composants Coté soudure Coté composant 14/17

16 Les composants La carte terminée 15/17

17 4/ Nomenclature 5/ Etude des composants : IC1 : c est un microcontrôleur du type MC68HC11. C est lui qui va permettre d effectuer les opérations nécessaire au fonctionnement du système. C est donc lui qui va envoyer les informations à la Carte Pompe ainsi qu à la partie Affichage, mais il va aussi recevoir des informations ( choix du carburant, décrochage du pistolet etc ) et les traiter. IC2 : c est un ECO-RESET. Il assure la protection du microcontrôleur lors de l allumage. Il permet, à la mise sous tension, le reset du 68HC11 pour ne pas qu il tienne compte des bruits dus à la mise sous tension. IC3, C3, C5, C6 et C7 : le MAX232 (IC3) est un convertisseur de niveaux. Il permet de transformer les signaux compatibles RS232 ( 12V ; +12V) en provenance du PC en signaux logiques (0V ; +5V) à l aide des condensateur. IC4 : circuit 74LS139. C est un double décodeur/démultiplexeur 2 vers 4 qui permet la sélection de l EEPROM. IC5 : circuit 28C256. EEPROM de 32k x 8bits, elle sert à stocker le programme et rajoute de la mémoire au microcontrôleur dont la mémoire n est pas assez importante. J1,J2,J3 : ce sont des embases HE10 mâles 2x5 qui permettent la liaison physique, grâce à des nappes, entre les différentes fonctions du système. J4 : bornier à vis, 2 entrées. Il permet de brancher la carte sur l alimentation. 16/17

18 J5 : bornier à vis, 3 entrées. Permet de connecter la carte à un PC via un port série afin de programmer l EEPROM. BP1 : bouton poussoir miniature. Permet d effectuer un RESET du 68HC11 à tout moment. I1 : interrupteur. C est grâce à cet interrupteur que l on va sélectionner le mode de fonctionnement du système : une position d écriture pour programmer l EEPROM et une autre position de lecture pour un fonctionnement normal. Q1, C1, C2 et R1 : Grâce au quartz (Q1) et des condensateurs qui ne servent que de filtre sélectif. Il forme un oscillateur (grâce au HC11) qui va générer un signal dont la fréquence va déterminer la vitesse de fonctionnement du microcontrôleur. 6/ Parlons de notre carte Après l impression des schémas d implantation des composants sur du papier calque, nous avons percé les trous où seront implantés les différents composants à l aide d un robot compte tenu de l importance du nombre de pastilles et de vias. Puis nous et notre professeur avons «crée» la carte à l aide de la plaque d Epoxy percée et du procédé chimique habituel. Ensuite, il nous fallait vérifier la continuité des pistes en cuivre afin de détecter d éventuelles micro-coupures. Puis nous avons soudé les vias que nous avons aussitôt vérifié. Après avoir placé les composants ainsi que les supports des C.I., la vérification de la tension d alimentation et des éventuels courts circuits c est elle aussi bien passée. Après être sûr qu aucun disfonctionnement n était présent, nous avons placé les C.I.. Nous avons aussi vérifié les oscillations du quartz aux bornes du microcontrôleur à l aide d une sonde et d un oscilloscope. Nous avons ensuite relié notre carte à un PC par l intermédiaire d un câble série sur lequel était installé CONTROL BOY afin de charger le programme dans la mémoire. 7/ Conclusion La réalisation de notre carte, dans l ensemble du système de distribution automatique de carburant, m a permis de connaître et de participer à un exemple concret de projet dans le domaine de l électronique et de voir comment se passe un travaille de groupe. En effet, le fait de travailler en binôme permet de bien apprendre à collaborer avec une autre personne qui est différente et nous permet de voir les différents points de vu, le fait que tout le monde n ait pas la même carte renforce le fait de travailler en binôme et d avoir ses propres responsabilités. P.S. : A l heure où j écrivais ces lignes, nous n avions pu terminer tous les tests concernant la carte et son fonctionnement. Nous espérons les avoir fini pour l heure. 17/17