Conception de Systèmes Electroniques Industriels (CSYEI) 1
CSYEI semestre «automne» 2010-2011 ORGANISATION Enseignement et travail par groupe: C05, Lu 14:30 16:55 (Chaque semaine). Evaluation: Contrôle continu: Rendu de documents au cours du semestre examen: Présentation par groupe du projet (chaque étudiant est évalué indépendamment). Contact: Prof. : Maurizio Tognolini, IAI (maurizio.tognolini@heig-vd.ch) bureau C03a, Tel. 024 557 64 12 sauf le vendredii. Balmer Informatique Industrielle SARL (skype: maurizio.tognolini) le vendredi. Assistant: Mr. R.Delpretti, Ing. EPF, mardi- jeudi
CSYEI travail personnel - organisation Le travail personnel peut être effectué chez vous ou dans les laboratoires d électronique à hauteur de 60 heures environ. Les périodes encadrées sont au nombre de 42 ce qui représente un travail de 32 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 documents rendus par les étudiants sur la demande du professeur. Déroulement: Chaque groupe fait un design indépendant à la fin du design il rends le schéma Orcad avec les listes de pièces. Après ceci chaque groupe fait le routage du PCB et rends les fichiers pour la fabrication, le meilleur PCB est sélectionné pour des raison de coût un seul PCB est fabriqué à 40 exemplaires. Chaque groupe va monter et tester le même prototype (le meilleur). Dans la présentation finale chaque groupe pourra exposer son design. L'évaluation du projet se fait sur la base de rendu des différentes parties: 1.Etude système,rendu d un bref rapport comprenant l estimation du coût. 2.Schéma avec liste du matériel et calcul du prix des composants. 3.Fichiers Orcad Layout pour la fabrication du PCB. 4.Prototype monté avec testé avec logiciel dans micro-contrôleur. 5.Exposé du projet de 20 minutes.
CSEY connaissances préalables Notions théoriques: Alimentations à découpage simples ( abbaisseur, élévateur,...) programmation micro-controlleur, programmation C (et assembleur pour debug). 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 PSPICE. 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
CSEY Ce que vous allez apprendre Notions théoriques: Analyse du cahier de charges, développer une approche système. Découpage des fonctions mécaniques, électronique et microprogrammées. Conception d un produit complet en tenant compte des normes en vigueur (EMC) 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. Programmation d un micro-controlleur en temps réel. Test du système et mise au point.
Pourquoi ce cours projet Pourquoi ce cours? Dans le cursus de formation il n y a pas de notion de conception de produit constitué d un système électronique, mécanique et informatique. Les notions de prix de revient et coûts de développement ne sont jamais abordés jusque ici. C est l occasion d apprendre à planifier un projet multidisciplinaire. C est une occasion de mettre en pratique ce que vous avez acquis dans les cours théoriques et les travaux pratiques Bachelor. 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 des moyens de test et calibration au début de la conception du système. T Faire le erreurs classiques et en tirer un enseignement! 6
Contenu du cours 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 en tant que chef de projet. Un projet avec des contraintes réelles telles que délai, prix de revient, taille, autonomie, fiabilité, respect des normes et les performances. Pas de 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.
Contenu du cours Le projet : Une balance active. Ce type de balance fonctionne sur le principe de la compensation électrodynamique. La mesure du poids se fait en mesurant le courant électrique qui produit une force par un actuateur électrodynamique servant à compenser exactement le poids. C est la technique qui permet d atteindre les plus grandes précisions de mesure. De nombreux brevets ont été déposés pour des balances de ce type fabriquées principalement par la maison Mettler (CH). Pour comprendre le fonctionnement lire le brevet US4825968. MTI 01.09.2009 v1.0 8
Extrait du brevet US4825968 Actuateur Voice Coil Mesure du courant Détail du capteur à photodiodes MTI 01.09.2009 v1.0 9
Notre réalisation mécanique Plateau mobile Lames de flexion 10
Détail de l actuateur L actuateur est de type électrodynamique. Cet actuateur est à l origine celui qui déplace les têtes de lecture d un disque dur. Transmissio n flexible Bobine de l actuateur Levier du plateau 11
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Détail capteur de position Le capteur de position est réalisé à partir de deux photodiodes et une LED infrarouge ainsi que d une fente mobile. Diaphragme mobile Photodiodes LED infrarouge Déplacement mesuré 14
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 générales. 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. Attention: Ce délai comprends le développement, les cycles de production et la certification. 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, a respecter, etc. 6. Le CdC est le point de départ, issu de la direction et du marketing. N est pas forcement précis, ne décrit pas comment réaliser mais ce que l on veut à la fin. 7. Il va changer au cours du développement! 15
Quelques notions de bon-sens Ce ne sont pas des lois absolues mais 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, ceci au prix d un effort de développement. Réduire le nombre de composants au minimum, tout en diminuant le nombre de composants différents, 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 faire vendre des composants et non pas de concevoir un produit performant à faible coût. 16
Notre CdC Le CdC est ici assez imprécis, cela traduit de nombreuses inconnues. C est la vision marketing de ce qu il faut comme produit. 1. La plage de mesure du poids est de 100g avec une précision d affichage de 100 mg, on aimerait une précision de 80 mg au moins. 2. Le temps de mesure de environ 1s. 3. L alimentation doit se faire par 4 piles 1.5V AA (2000 mah) et l autonomie doit être de 8h en pesage continu, la balance se met en veille 20s après la pesée. 4. Le prix de vente de ce type de balance est de 2000CHF chez Mettler-Toledo, on aimerait que le PRU soit < 800 CHF. 5. L électronique est réalisée sur 3 ensembles (IHM, Interface capteur, capteur). 6. Fin de la phase prototype -> fin du semestre. 17
Un produit du marché et ses caractéristiques 18
Les composants imposés 1. La mécanique a été développée à l iai par G.Mülebach. 2. L actuateur est celui d un disque dur. 3. Le micro-contrôleur C8051F501 de Silicon Laboratories. 4. Le display LCD 2x16 caractères EA DOG-M163WA. 5. Le circuit pour le bouton tournant capacitif QT310 de Quantum. 6. Les piles 1.5V format AA, ou accus 1.2V format AA 7. Photodiodes capteur BPX48 et led IR SFH484.
C est à vous de jouer! A faire pour la prochaine fois: Former des groupes de 1 ou 2 personnes ( répartir le travail). Commencer à faire un schéma bloc avec les signaux importants et la documentation de projet. Trouver tous les data sheet des composants stratégiques et les analyser. Charger sur votre PC le logiciel IDE de Silicon Laboratoies avec compilateur C ASM et linker. 20