Conception Electronique (CEL) Prof. Maurizio Tognolini

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1 Conception Electronique (CEL) Prof. Maurizio Tognolini iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 1

2 CEL semestre «automne» Enseignement: cours et labo: (Chaque semaine) Je 14:50 16:25 en C05, et Me 13:00 14:35 (semaines droites) en C55. Evaluations: TE : 1 test de 1 période annoncées 1 semaine avant. projet : projet par groupe de deux personnes, évaluation individuelle. examen: pas d examen. Pondération: Contact: Prof. : Maurizio Tognolini, IAI (maurizio.tognolini@heig-vd.ch) bureau C03a, Tel sauf le vendredi Balmer Informatique Industrielle SARL (skype: maurizio.tognolini) le mardi. Assistant: Mr. Lavanchy David C03 IAI. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 2

3 CEL travail personnel - organisation Le travail personnel peut être effectué chez vous ou dans les laboratoires d électronique à hauteur de 41 heures. Les périodes encadrées sont au nombre de 46 ce qui représente un travail de 34.5 heures. Les périodes encadrées se composeront d exposés ciblés sur des sujets bien précis ainsi que du laboratoire (projet) par groupe de deux personnes maximum. L évaluation se fait sur la base de tests écrits et du travail fourni (rapport, prototype, programmation). Déroulement: Chaque groupe fait une partie du design indépendant à la fin du design il rends le schéma Orcad avec les listes de pièces. Après ceci chaque groupe fait le routage d une partie du PCB et rends les fichiers pour la fabrication. Le PCB préparé à l avance (pour des raison de coût) est fabriqué à 40 exemplaires. Chaque groupe va monter et tester le même prototype. Lors du dernier cours chaque personne présentera son prototype fonctionnel. L'évaluation du projet se fait sur la base de rendu des différentes parties: 1.Schéma avec liste du matériel et calcul du prix des composants. 2.Fichiers Orcad Layout pour la fabrication du PCB. 3.Prototype monté et testé avec logiciel dans micro-contrôleur. 4.Dossier de test du prototype. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 3

4 G 1 D 2 G 3 D 4 G LUNDI MARDI MERCREDI JEUDI VENDREDI Seance 1 20/9 26/9 J.F Intro pres CdC 27/9 3/10 4/10 10/10 11/10 17/10 18/10 24/10 Seance 2 Description Systeme faire de groupes Schema Bloc s Orcad Seance 5 Schema DRC 43 25/10 31/10 Vacances d'automne D 6 G 7 D 8 G 9 D 10 G 11 D 12 1/11 7/11 8/11 14/11 15/11 21/11 22/11 28/11 29/11 5/12 Seance 8 Intro EMC aplication sur proto Seance 11 Layout Seance 13 Montage Seance 3 Donner Schémas incomplets Seance 4 Schématique intro Orcad Seance 6 Cours CEM decouplages Seance 7 Intro EMC tests ESD, emissions RF Seance 9 Intro Layout Seance 10 Layout Seance 12 Soudure SMD ou Cours PCB Rendu Rapports Seance 12 Distrib materiel start montage Seance 14 Fin Montage 6/12 12/12 TE 1 13/12 19/12 Seance 15 Prise en main uc et IDE Rapport Seance 16 Intro SW uwfs et ecriture 51 G Seance /12 26/12 Tests sur protos avec SW debug 52 27/12 2/1 1 3/1 9/1 Vacances Noël 2 D Seance 18 Seance 19 10/1 16/1 14 SW Test sur Proto 3 G Seance 20 17/1 23/1 15 SW iai institut d Automatisation 4 D Seance 21 Seance 22 16industrielle 24/1 30/1 (ev visite à organiser) Présentation et fin MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 4

5 CEL connaissances préalables Notions théoriques: système électroniques 1: Alimentations à découpage simples ( abbaisseur, élévateur,...) programmation micro-controlleur, programmation C et assembleur. électronique de base: circuits avec ampli. op., filtres analogiques, régulateurs linéaires. signaux et systèmes: échantillonnage, filtrage numérique, transformée de Fourrier. mécatronique: Capteurs inductifs, aimants permanents, lois d induction. Outils: Orcad schématique et simulation. Matlab pour le traitement du signal. Simulink pour la simulation du système Excel pour les listes de pièces et le calcul du prix. Eventuellement MS Project pour le planning iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 5

6 CEL Ce que vous allez apprendre Notions théoriques: Analyse du cahier de charges, développer une approche système. Conception d un produit complet en tenant compte des normes en vigueur (EMC) Règles de design pour la conception d un PCB multicouches, connaissance du procédé de fabrication du PCB. Choix des composants en tenant compte des performances techniques, du prix et de la disponibilité. Exposer un système électronique à des personnes du milieu commercial. Notions pratiques: Utiliser l outil de schématique pour générer la liste de pièces avec toutes les informations pour la commande du matériel et le calcul du prix. Utiliser Orcad Layout pour la conception d un PCB multicouches et générer les fichiers pour la fabrication des PCB. Montage d un PCB avec composants SMD conventionnels et fine pitch. Test du système et mise au point. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 6

7 Pourquoi ce cours projet CEL Pourquoi ce cours? Dans le cursus de formation il n y a pas de notion de conception de produit constitué d un système électronique. Les notions de prix de revient et coûts de développement ne sont jamais abordés jusque ici. C est une occasion de mettre en pratique ce que vous avez acquis dans les cours théoriques et les travaux pratiques. Ce projet vous permettra de concevoir un circuit imprimé qui tient compte d un boîtier imposé et le faire fabriquer. Introduction aux normes CEM pour le marquage CE. Tenir compte du test au début de la conception du système. Faire le erreurs classiques et en tirer un enseignement! iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 7

8 Contenu du cours CEL comment répondre à ce besoin : Apprentissage par projets? La forme choisie est celle d un projet et d exposées ciblés sur les différentes thématiques qui n ont pas été traitées dans les cours précédents. Un projet concret, attractif, réel, représentatif du travail demandé à l ingénieur électricien. Un projet avec des contraintes réelles telles que délai, prix de revient, taille, autonomie, fiabilité, respect des normes et les performances sans Nice to have. On veut concevoir un prototype dont la finalité est un produit industriel qui doit avoir un prix imposé par le marché. Ce que l on apprend en faisant est retenu bien mieux de ce que l on apprend en écoutant. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 8

9 Contenu du cours Le projet : Une station météo de poche. Appareil portable de poche fonctionnant sur accumulateur. Chargeur par USB, transfert de données en option. Mesure de la pression atmosphérique ou altitude. Mesure de l humidité et de la température. Mesure de la vitesse du vent (anémomètre) En option mesure du temps (montre). Affichage par display LCD 2x16 caractères. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 9

10 Design mécanique imposé (boitier) iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 10

11 iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 11

12 Cahier des charges Le cahier de charges (CdC) à quoi ça sert? 1. Définir l objet à réaliser de la façon la plus précise, du moins fixer des limites. 2. Décrire les performances que l on veut atteindre au minimum en tenant compte des contraintes imposées par le marché (rapport prix/performance). 3. Fixer des délais pour que le produit arrive sur le marche au bon moment. 4. Donner des contraintes de délai de développement et de ressources nécessaires. 5. Imposer certains choix techniques (composants stratégiques, techniques de fabrication, outils de programmation, normes...). iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 12

13 Conception schématique Le schéma est conçu (dessiné) et simulé avec un logicel professionnel (ORCAD). Les etudiant-es apprennent a vérifier les schémas et à faire un calcul approximation du coût. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 13

14 Conception logicielle su uc Le logiciel est embarqué dans un micro-contrôleur (uc) 8 bit. La programmation se fait en langage C. Le temps réel est une composante importante. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 14

15 Conception du circuit imprimé PCB iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 15

16 Quelques notions de bon-sens Ce ne sont pas des lois absolues mais seulement de bon conseils. Préférez la simplicité du système à sa complexité, un système simple demande souvent plus de créativité que un système compliqué! Simplicité, fiabilité, faible coût vont ensemble sans réduction des performances au prix d un effort de développement. Réduire le nombre de composants au minimum diminue les frais de montage et augmente la fiabilité. Si vous avez le choix de réaliser une fonction par du matériel ou du logiciel, choisissez le logiciel. Le logiciel on le paye une fois (développement et maintenance). Ne prenez pas des notes d applications des fabricants sans les analyser, leur but est de vendre des composants et non pas de concevoir un produit performant à iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 16

17 Notre CdC 1. Mesure de l altitude de 0 à 5000 [m] +/- 10 [m] 2. Mesure de la température -10 à +50 [ C] +/- 1 [ C] 3. Mesure d humidité relative de 20% à 100 % +/- 10 % 4. Mesure de la vitesse du vent de 5 à 100 [km/h] +/- 5 [km/h] 5. Alimentation par un accu Ni-MH de 1.2 [V] 250 [mah] type V250H 6. Affichage par display LCD 2 x 16 caractères. 7. Un bouton poussoir pour démarrer le système. 8. Un bouton circulaire capacitif (Qweel). 9. Dimension du boîtier imposées (voir dessin). 10. Coût matériel < 70 CHF par 1000 pièces/an 11. respecte les normes EMC EN62... Domestique. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 17

18 Les composants imposés 1. Capteur de pression NPP-301A-100A de GE Nova Sensor. 2. Capteur de humidité et température SHT10 de Sensirion. 3. Le micro-contrôleur C8051F346 de Silicon Laboratories. 4. Le display LCD 2x16 caractères EA DOG-M. 5. Le circuit pour le bouton tournant capacitif QT1106 de Quantum. 6. L accumulateur Ni-MH 1.2 V. 7. L'hélice pour l anémomètre. 8. Le boîtier plastique. iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 18

19 Quelques échéances et dates importantes Délais incompressibles et échéances: 1. Rendu schémas: 3 novembre Fabrication des PCB à 10 jours ouvrables. 3. Travail écrit test 1 période: 9 décembre 2010 (sous réserve de l avancement) 4.Rendu fichiers pour fabrication: 25 novembre Montage 2 jours (c est vous qui le faites) 6. Test du circuit 1 semaine. 7.Rendu appareil testé: 26 janvier 2010 iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 19

20 C est à vous de jouer! A faire pour la prochaine fois: 2. Former des groupes de 1 ou 2 personnes ( répartir le travail). 3. Commencer à faire un schéma bloc avec les signaux importants et la documentation de projet. 1. Trouver tous les data sheet des composants stratégiques et les analyser. 4. Charger sur votre PC le logiciel IDE de Silicon Laboratoies avec compilateur C ASM et linker. 5. Une documentation se trouve sur le site de l iai: iai institut d Automatisation industrielle MTI/CEL 19/09/2010 v2.0 20