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UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI DE OUM EL BOUAGHIFACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES
DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
Filière de génie électrique
MEMOIRE DE FIN D’ETUDESEn vue de l’obtention du
DIPLOME DE MASTERSpécialité : INFORMATIQUE INDUSTRIELLE
Mémoire de fin d’études soutenu publiquement a Oum El Bouaghi
juin 2017
Par :KHANFAR NAIMA Dirigé par :
Dr. REMACHE Louardi
Année universitaire : 2016/2017
Etude et réalisation d’une carte électroniquedestinée au chronométrage des durées de gel
dans un milieu froid
Remerciements
Tout d’abord, Nous tient à remercier DIEU lemiséricordieux de nos avoir donné la possibilité de réalisernotre projet, d’arriver à notre souhaits et d’atteindre notre
objectifs.Nous aimerons dans ces quelques lignes remercier toutes lespersonnes qui d’une manière ou d’une autre, ont contribué
au bon déroulement de notre travail, tout au niveauhumain qu’au niveau scientifique.
Nous tenons tout d’abord à remercier notre encadreurMONSIEUR, Dr. Remâche Loardi, on a pu bénéficier à la
fois de ses compétences scientifiques, et de sa grandedisponibilité, tant pour résoudre les difficultés rencontréeslors de notre réalisation, de répandre à nos questions. Nousajoutons en particulière sa patience et ses encouragements,
nous a permis de travailler dans bonnes conditions.Grand remercient à tous les ingénieurs des laboratoires de
génie électrique :Ali Germain et salwa.
Nos remerciements s’adressent également à tous membresde Jury, qui ont accepté de nous honorer de leur présence et
de juger notre travail Merci.Et à toute personne ayant contribué de près ou de loin à
notre soutien moral
اءإھدرب العالمین و الصلاة و السلام على خاتم الحمد
الأنبیاء و المرسلین
اھدي ھذا العمل
من ربتني و أنارت دربي و أعانتني بالصلوات إلىو الدعوات
إنسانة في ھذا الوجود أمي الحبیبة حفضھا أغلىإنھاعمرھاالله و أطال
من عمل بكد في سبیلي و علمني معنى الكفاح إلىو أوصلني إلى ما أنا علیھ أبي الكریم أدامھ الله لي
إلى أخي و أخواتي و كل من ساھم في تشجیعي و وقف بجانبي
Table des matières
Table des matières
I.INTRODUCTION GENERALE: …………………………………………… 2
Chapitre I : le gel ……………………………………………………... 4
I. Introduction...………………………………………………………………… .5
I.1 Formation du gel: ……………………………………………………………. 5
I.2 Gel indiqué à la station météorologique et sa relation avec le sol…………… 6
I.3. Quelques définitions ………………………………………………………. .6
a. Jour de gel : ……………………………………………. 6
b. Niveaux de gel…………………………………………. 6
c. Intensité du gel ………………………………………… 7
I.4. Effet du gel sur la végétation…………………………………………………. 7
I.4.1. Le moment et la durée du stress thermique :……………………… 8
I.4.2. Les dégâts et la mort des végétaux sans gel………………………. 9
I.4.3. Le froid, bénéfique pour la germination : ………………………. 10
I.4.4. Les maladies causées par le froid ………………………………… 10
I.4.5. Effets du gel :………………………………………………………. 11
I.4.6. Préparation pour l’hiver……………………………………………. 12
I.5-Effet du gel sur les animaux ……………………………………………… 12
I.5.1. Les animaux qui survivent au gel…………………………………… 13
I.5.2. Les mammifères……………………………………………………. .14
I.5.3. Résistance de l’homme au froid ……………………………………. 14
I.5.5. Persistance du froid ………………………………………………….. 15
I.6.Conclusion :………………………………………………………………… 16
Chapitre II : les capteurs ………………………………………………….. 17
Table des matières
II.1 Introduction :………………………………………………………………….. 18
II.2. Définition d’un capteur :……………………………………………………… 18
a) capteur ……………………………………………………………………... 18
b) Généralités sur les capteurs……………………………………………………18
II.3.les Défirent type de capteur ……………………………………………………19
II.3.1. Capteur analogique. ………………………………………………………… 19
II.3 .2. Capteur logique………………………………………………………………20
II.3.3. Capteur numérique …………………………………………………………...20
II.4. Structure interne d’un capteur …………………………………………………20
II.5. Choix d’un capteur …………………………………………………………… 21
II.6. les capteurs de température. …………………………………… …………… 22
II.6.1.Méthode électronique………………………………………………………22
II.6.1.1.Thermomètres à résistance et thermistance …………………………… 22
II.6.1.2.Thermomètres à thermistance ……………………………………………22
II.6.3.Thermomètres par thermocouple ….………………………………………… 23
a) Principe de thermocouple ………………………………………………… 23
b) La fonction d’usage du thermomètre ……………………………………… 23
II.7. Capteur LM35 ………………………………………………………………….26
II.8.Capteur de lumière………………………………………………………………27
II.9. Les type de capteur……………………………………………………………..28
II.10.Conclusion :……………………………………………………………………32
Chapitre III :
Introduction :…………………………………………………………………………34
III.3.1 Principe de fonctionnement :……………………………………………….. 34
III.3.2. Fonction de détection :…………………………………………………….. 36
a -Capteur de température :…………………………………………………….. 35
b -Le capteur de lumière :…………………………………………………….. 37
Table des matières
III.3.3 Convertisseur analogique numérique (ADC) :……………………………….39
III.3.1 Définition :……………………………………………………………… 39
III.3.3.2 Principes du convertisseur analogique numérique :……………………… .41
III.3.3.3 Les étapes de conversion :………………………………………………… 41
III.3.4 Conversion de grandeur numérique de tension en grandeur physique :……..42
III.3.5 Chronométrage de durée de gèle :……………………………………………44
III.3.5 .1 principe de circuit électronique :………………………………………….. 44
III.3.5.2 Programmation :…………………………………………………………..45
III.3.6 Système d’affichage LCD (Light Control Display) :………………………46
a. Présentation :………………………………………………………………..46
b. Principe des cristaux liquides LCD :………………………………………..47
c. Brochage :…………………………………………………………………...47
III.3.7 Programmation :……………………………………………………………48
III.3.7.1 Partie de contrôle le (pic 16f877A):……………………………………….48
a. Définition :………………………………………………………………….49
b. Principales caractéristiques du PIC 16F877A :…………………………….49
c. Mémoires du PIC :………………………………………………………….50
d. Architecture Externe:…………………………………………………………50
e. Architecture interne :………………………………………………………….51
III.3 .7.2 Organigramme :…………………………………………………………..53
a. Organigramme utilisant le capteur LM35DZ :…………………………….54
b. Organigramme utilisant le capteur LM35CZ :…………………………….55c.d. Organigramme des séquences de chronométrage: …………………………56
III.3.8 L’implantation de programmation dans pic : ………………………………58
III. 3.8.1 Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800:………..58
Table des matières
III.3.9 Schéma électrique :…………………………………………………………. 59
III.3.9 .1 schéma électrique utilisant LM35DZ :……………………………….…... 60
III.3.9.2 Schéma électrique utilisant LM35CZ :……………………………………. 60
III3.10 Résultat de la simulation :…………………………………………….. 64
Conclusion :…………………………………………………………………… .65
CONCLUSION GENERALE…………………………………………………. 66
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
Liste des Figures
Liste des Figures :
CHAPITER I :
Figure I.1 : Résistance des plantes au froid……………………………………. . 8
Figure I.2 : Végétaux sensibles au froid, qui présentent des troubles à des températures plus
basses que 7-15°C…………………………………………………………….. 9
Figure I.3 : Effet du gel sur les plantes …………………………………………. 11
Figure I.4 : Effet du gel sur les animaux, la mort des oiseaux sous l’effet du gel 13
Figure .5 : Les cartes climatiques destinées à l’agriculture montrent les températures
minimales par zone…………………………………………………… 15
Figure I.6 : Nombre annuel moyen de jours de gelée et le nombre moyen de jours de
neige en France…………………………………………………………… 16
CHAPITRE II : les capteurs
Figure II.1 : schéma de capture…………………………………………………… 18
Figure II.2: Chaine de mesure……………………………………………………….19
Figure II.3: schéma de capteur analogique………………………………………… 20
Figure II.4: Structure interne d’un capteur………………………………………….20
Figure II.5 : schéma de principe de thermocouple………………………………… 23
Figure II.6: fonctionnement générale de capteur……………………………………24
Figure II.7 : le circuit LM 35……………………………………………………………… 26
Figure II.8: schéma Capture d'écran des différentes versions de LM35…………………..27
Figure II.9: photorésistance LDR………………………………………………… 27
Figure II.10 : CAPTEUR SCHERTLER ELECTRODYNAMIQUE……………. 31
CHAPITER III : Résultats et interprétations
Figure III.1 : Schéma bloc de la carte électronique ………………………………..35
Figure III.2: Le capteur LM35………………………………………………………36
Figure III.3: Capteur LDR………………………………………………………… 37
Figure III.4: Schéma synoptique du principe de fonctionnement de l’LDR…… 38
Liste des Figures
Figure.III.5 : Schéma synoptique d’étalonnage la LDR sous ISIS……………… 39
Figure.III.6 : Schéma fonctionnel de la fonction conversion analogique numériquedu PIC 18F………………………………………………………………….. 40
Figure III.7: Schéma fonctionnel…………………………………………………41
Figure III.8: L’échantillonneur bloqueur: schéma de principe ……………………42
Figure III.9 : Courbe permettant de déterminer la relation entre les valeurs de tensiondétectées et les températures à afficher l’écran LCD……………………………. 44
Figure III.10 : Schéma de circuit électronique…………………………………….. 44
Figure III.11: L’organigramme de la boucle sans fin programmation…………… 45
Figure .III.12 : Image d’un afficheur LCD 2*16………………………………… 46
Figure .III.13 : Brochage de circuit LCD………………………………………… 47
Figure .III.14: Schéma de l’unité de contrôle et de traitement (PIC 16F877A)…… 49
Figure .III.15: pic 16F877A microcontrôleur avec configuration des pins……… 51
Figure .III.16: Structure interne du PIC16F877……………………………………52
Figure .III.17 : schéma d’organigramme de LM 35DZ…………………………… 54
Figure III.18 : schéma d’organigramme de LM 35CZ…………………………… 55
Figure III.19: schéma d’organigramme de chronométrage……………………… 57
Figure III.20: Fenêtre de suppression du contenu de la mémoire du μ-Contrôleur…58
Figure III.21 : Schéma de programmateur ICPROG universel…………………… 59
Figure.III.22: Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=7°C arrêt duchronométrage (b) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,
(c) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit……………… 61
Figure.III.23 : Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=5°C arrêt duchronométrage (b) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,(c) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit……………… 62
Figure III.24 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année………………. 63
Liste des TableauxLISTE DES TABLEAUX
Chapitre III :
Tableau III.1: Correspondance entre les tensions et les valeurs de températures à afficher
sur l’écran LCD……………………………………………. 43
Tableau III.2 : Brochage du connecteur……………………………… 48
Tableau.III.3 : le nombre d’heure de gel (nuit, jour) avec une année…… 63
INTRODUCTION GENERALE
Introduction générale
2
Introduction
Avec le réchauffement climatique qui semble aujourd'hui incontestable et bien installé,
nous oublions qu’il y a eu, et qu’il y aura encore, des hivers particulièrement rigoureux. Les
sociétés technologiques sont bien sûrs durement frappées par les froids extrêmes et les chutes
de neige : canalisations gelées et éclatées, chaussées dégradées, circulation difficile, activité
économique ralentie, productions agricoles détruites et, une des hontes de ce début de XXème
siècle, SDF morts de froid.
Nos ancêtres n’avaient évidemment pas tous ces problèmes de riches, mais le froid, faute
d’échanges commerciaux lointains, était synonyme de famines généralisées. L’activité
agricole, sans assurance, mettait des années à se remettre en route. Les maladies, sur des
organismes mal nourris et fragilisés par des températures dont ils ne pouvaient guère se
protéger, causaient de véritables hécatombes dans la population.
L’étude statistique de la chronique climatologique d’une manière générale permet de dresser
le bilan des séquences glaciales et d’identifier, par analyse spatiale, les sites les plus froids
d’une telle ou telle région. Il est donc intéressant d’établir la carte de la fréquences des jours
et pourquoi pas des nuits, où la température est inférieure à 0°C ou -5°C et cela permet de
localiser ce que l’on appelle « les pièges à froid ». Ces fameux sites où la température est
glaciale à répétition et durant de longues périodes, constituent de véritables informations qui
peuvent être exploitées d’une manière rigoureuse dans tous les secteurs.
Le but de ce projet, c’est de réaliser une carte électronique qui permet de chronométrer les
durées de gel dans les régions froides le long de l’année, ainsi que dans les régions
caractérisées par des saisons hivernales très froides. Le dispositif de chronométrage est
contrôlé par un capteur de température qui détecte les températures du milieu où il est placé,
les valeurs ainsi détectées seront converties en grandeurs électroniques accessibles par la carte
électronique. Lorsque la température descend sous les seuils fixés (0°C et -5°C), un dispositif
de chronométrage est lancé, et si la température augmente et atteint des valeurs supérieures
aux seuils le processus de chronométrage est arrêté et conserve la valeur initiale chronométrie.
Notre projet est répartie en trois chapitre, le premier est consacrée à l’étude du phénomène de gel et
son impact sur la végétation, les animaux, l’homme et sur l’environnement.
Introduction générale
3
Nous avons présenté aussi quelques études statistiques sous forme de cartes dans un pays
comme la France, et montrer à travers ses informations l’importance de la connaissance des périodes
de gel pendant l’année.
Le deuxième chapitre est consacré à l’étude des principaux composants de la carte à concevoir qui
sont les capteurs de température et de lumière.
Le chapitre. 3 est une synthèse du travail que nous avions mené, il englobe l’ensemble des
résultats obtenus : les organigrammes de fonctionnement, la programmation en C, le schéma
électrique simulé sous ISIS. et la réalisation pratique de la carte.
CHAPITRE I :
LE GEL
Chapitre I : Le gel
5
I. Introduction
Le gel est souvent utilisé comme synonyme de gelée, il désigne tout abaissement de
la température de l'air d'une valeur supérieure à une valeur inférieure ou égale à 0 °C à un
moment déterminé et sur une région donnée. Les productions agricoles, les transports, la
tenue vestimentaire et bien d'autres domaines risquent d'être affectées par le gel à certaines
époques de l'année, en particulier pendant la période hivernale. L'apparition de celle-ci se
traduit par la transformation de l'eau liquide en glace.
On dit dans le langage courant : ‘geler à pierre fendre’ Expression utilisée au sens figuré
depuis le milieu du XVIIe siècle, elle utilise une image relative au froid. [1] Il fait si froid, la
température est si basse, que l'eau gèle et pourrait même éclater une pierre, un rocher, dans
lequel elle s'est infiltrée.
Le gel est un phénomène indissociable de la saison hivernale. Il caractérise le climat tempéré
que connaît une partie de notre pays et peut survenir durant plus de la moitié de l'année, sur
une période s'étirant généralement de la mi-Novembre jusqu'à la mi-Avril.[2]
I.1 Formation du gel:
Le gel est un événement météorologique dont l'extension sur une région donnée et à une
époque déterminée de l'année a trois causes possibles :
Advection d'air froid : se produisant en hiver, une masse d'air sous le point de
congélation envahit la région. Ce gel d'advection donne la gelée noire lorsque la
végétation que le vent endommage prend un aspect noirci. [3]
Rayonnement : fréquent surtout au printemps et en automne, il est lié au
refroidissement du sol qui se produit par ciel dégagé et vents calmes ou faibles la nuit.
Le gel de rayonnement est grand producteur de gelée blanche alors que la vapeur d'eau
contenue dans l'air se dépose sur les objets ;
Évaporation : l'eau d'un sol humide surmonté d'un air relativement sec s'évapore dans
ce dernier. Cette transformation nécessite de l'énergie qui sera fournie par l'air sec et
ce dernier se refroidira. [3]
Chapitre I : Le gel
6
I.2 Gel indiqué à la station météorologique et sa relation avec le sol
Dans le cas d'advection d'air froid, la température de la masse d'air est assez uniforme dans
les premières dizaines de mètres au-dessus du sol et la température mesurée à la station
météorologique (environ à 1 mètre à 1,5 mètre du sol) est représentative de ce qui se passe au
sol. S'il a gel à la station, il y a donc gel au sol.
Par contre, dans les cas radiatifs et d'évaporation, la température varie rapidement entre le sol
et le niveau des instruments de la station. La perte de chaleur est plus importante près du sol et
donc la température peut atteindre le point de congélation au sol bien avant que le
thermomètre n'indique 0 °C à la station. En général, il peut y avoir du gel au sol dans les cas
radiatifs dès que la température à la station est de 4 °C. [3]
I.3. Quelques définitions
a. Jour de gel :
En climatologie, un jour de gel désigne une journée dont la température minimale est en
dessous de 0 °C ou 32 °F. L’indicateur le nombre de jours de gel, présente l’évolution du
nombre de jours de gel dans une région déterminée. Certaines régions ne connaissent que très
peu de jours de gel par an en moyenne, c'est le cas notamment des régions côtières (Manche,
Atlantique, Méditerranée), alors que d'autres connaissent plus de 100 jours de gel par an en
moyenne, c'est le cas des massifs montagneux. [4]
b. Niveaux de gel
La sévérité potentielle des dégradations dépend de plusieurs paramètres : [5]
i) Du nombre de cycles de gel-dégel,
ii) De la température minimale atteinte,
iii) de la vitesse de chute de la température
iv) et de la durée du gel.
Pour prendre en considération uniquement ces paramètres, trois niveaux de gel sont définis
dans le fascicule 65A et la norme NF EN 206-1 qui donne la carte des zones de gel dans
n’importe quel pays :
• gel faible : moins de 3 jours par an avec une température < – 5 °C;
• gel sévère: plus de 10 jours par an avec une température < – 10 °C ;
Chapitre I : Le gel
7
• gel modéré : dans les autres cas. [6]
c. Intensité du gel
L'intensité du gel est définie ainsi par rapport à son effet sur les plantes (car les plantes sont
les êtres vivants les plus exposés au froid:
Gel léger : 0 à −1 °C ;
Gel meurtrier : moins de −1 °C sur une période prolongée ;
Le sol Gel de surface : 0 à −6,5 °C ;
Gel peu profond : −6,6 à −11,5 °C ;
Gel profond : moins de −11,5 °C. [6,7]
I.4Effet du gel sur la végétation
Lorsque l’on parle de tolérance des végétaux aux températures basses, il est indispensable
de préciser le degré de sévérité du froid, sa durée dans le temps et à quel moment du
développement des plantes il intervient. Connaître la réponse des plantes permet non
seulement de faire un bon choix des espèces pour les jardins et les espaces verts mais aussi de
mieux les protéger contre le froid.
Lorsqu’on parle de froid, deux cas de températures peuvent être distingués. Les températures
basses négatives, celles qui entraînent le gel caractérisé par la formation de cristaux de glace à
l’intérieur des cellules et des tissus et donc leur mort. Quant aux températures basses
positives, elles sont à l’origine de troubles physiologiques ou « maladies du froid » entraînant
la mort sans gel de nombreuses espèces de climats chauds. Ces mêmes températures, allant de
3°C à 10°C, peuvent aussi avoir des effets bénéfiques sur le cycle de développement des
végétaux de climats tempérés (élimination des dormances des graines et des bourgeons,
floraison…) Figure. 1. [9,10]
Chapitre I : Le gel
8
Figure I.1 : Résistance des plantes au froid
4.1. Le moment et la durée du stress thermique :
Les dégâts causés par les « stress » thermiques dépendent aussi du moment et de la durée
de ceux-ci. Le stress peut être de durée réduite, et si l’abaissement de la température n’est pas
trop rapide, les végétaux disposent souvent de moyens de résistance qui correspondent à des
modifications métaboliques et physiologiques réversibles. La période de températures basses
peut être plus longue, mais temporaire, comme l’hiver dans les climats tempérés. Le végétal
mettra alors en place, avant la période froide, des moyens de lutte contre le gel : les plantes se
préparent progressivement pendant la période automnale, on parle d’endurcissement au gel.
Cette tolérance au gel qui s’acquiert pendant l’automne disparaît rapidement au début du
printemps, d’où le danger des gels de printemps. Les végétaux peuvent aussi produire des
organes, le plus souvent déshydratés (graines, spores), qui supportent des températures très
basses (jusqu’à -196°C, température de l’azote liquide !). Une telle tolérance au froid est mise
à profit pour l’établissement de banque de gènes : les graines sont conservées dans des
congélateurs à -18°C, à -30°C, ou dans des conteneurs renfermant de l’azote liquide -196°C).
Lorsque les températures froides sont permanentes, seuls les végétaux qui présentent des
modifications structurales et physiologiques permanentes, peuvent survivre. On parle alors
d’adaptation.[11]
Chapitre I : Le gel
9
4.2. Les dégâts et la mort des végétaux sans gel
Les désordres métaboliques engendrés par les températures froides, mais supérieures au
point de congélation (généralement situé entre -1°C et -3°C), concernent surtout les espèces
originaires des régions chaudes du globe, particulièrement les espèces tropicales. Ils donnent
lieu à une grande diversité de symptômes qui se manifestent le plus souvent par des
brunissements localisés ou généralisés des organes et aboutissent, à plus ou moins long terme,
à la mort d’ilots cellulaires (dépressions brunes nommées « pitting »), des organes
(brunissement interne des avocats, par exemple, ou superficiels des feuilles), puis de la plante
entière [11]. Les brunissements sont dus à l’oxydation de composés phénoliques. On classe
habituellement les végétaux en trois groupes selon leur degré de sensibilité au froid non
gelant. Les végétaux insensibles au froid peuvent supporter sans dommage des températures
immédiatement supérieures à leur point de congélation. Nous pouvons citer les
chrysanthèmes, les cyclamens, les tulipes, les pensées, les narcisses… Les végétaux
modérément sensibles au froid, altérés à des températures inférieures à environ 2-7°C, le cas
de certaines variétés de pois et de haricots. Les végétaux très sensibles au froid, qui présentent
des troubles à des températures plus basses que 7-15°C. Parmi ceux-ci, on trouve de
nombreuses plantes vertes (Bégonia, Citrus, Dracaena, Dieffenbachia, Ficus…) Figure. 2. ou
fleuries (Anthurium, Gloxinia, Saintpaulia, Hibiscus). Ces végétaux originaires de régions
chaudes sont généralement des plantes d’intérieur qui ne supportent pas des courants d’air
frais.
Figure I.2 : Végétaux sensibles au froid, qui présentent des troubles à des températures plus bassesque 7-15°C
Chapitre I : Le gel
10
4.3. Le froid, bénéfique pour la germination :
Au moment de leur récolte, les semences de nombreuses espèces de climats tempérés sont
considérées comme « dormantes », car elles sont incapables de germer ou germent très
difficilement dans des conditions apparemment favorables (températures proches de 15-20°C,
oxygénation et humidité correctes du sol, lumière…). Cette inaptitude à la germination réside
dans l’embryon lui-même (dormance qualifiée d’embryonnaire) ou des structures qui
entourent l’embryon (inhibition tégumentaire). Dans les conditions naturelles, c’est le froid de
l’hiver qui permet leur germination au printemps suivant, on parle alors de levée de dormance
par le froid. La période hivernale peut être simulée par une incubation des graines en milieu
humide (sable, tourbe, vermiculite…) à des températures proches de 3 à 6°C, pendant
plusieurs semaines à quelques mois. Ce traitement est connu sous le nom de « stratification »
par les horticulteurs et les forestiers.
Parmi les espèces présentant des graines dormantes, nous pouvons citer les rosacées et de
nombreux arbres (conifères et feuillus) d’intérêt horticole. Ce besoin de froid est d’environ 30
à 90 jours pour la majorité des espèces (pommier, poirier, rosier, pin, sapin, noisetier, hêtre…)
mais peut atteindre 120 à 180 jours pour l’églantier, le noyer, l’érable, le frêne et le sorbier…
4.4 Les maladies causées par le froid
En fait, les maladies du froid se développent en trois étapes successives : signal
thermique, phase de latence et développement des symptômes. Le signal thermique, perçu au
niveau des membranes cellulaires, modifie leurs propriétés biologiques. À l’exception des
dommages survenant de façon très rapide sous l’effet d’un « choc froid », les conséquences
nuisibles des basses températures non galantes restent réversibles pendant quelque temps.
Pendant cette période (période de latence), dont la durée est très variable selon les végétaux,
aucun symptôme n’est visible, et un réchauffage au-dessus de la température critique rétablit
un métabolisme normal et fait disparaître les troubles. La durée de cette période de latence
peut varier de quelques heures (Saintpaulia, Gossypium, Episcia reptans) à quelques jours
(maïs). Au delà de cette phase, les symptômes de la maladie (taches noires, brunissement
superficiel ou interne, brunissement et chute des feuilles, chute des fleurs..) se développent de
façon irréversible et très rapidement après le transfert des plantes à des températures plus
élevées [12].
Chapitre I : Le gel
11
I.4.5. Effets du gel :
Le gel, qui entraîne la cristallisation de l’eau en glace, peut avoir des effets néfastes indirects
en réduisant l’absorption d’eau par les racines ; les plantes meurent alors de « déshydratation
» avant de mourir de « froid ». Il a aussi des effets directs dus à la formation de cristaux de
glace dans les tissus à l’origine de la mort d’ilots cellulaires (taches brunes), la nécrose de
bourgeons végétatifs ou floraux, la perforation des feuilles (pêcher, prunier) ou leur
déformation (pommier), l’éclatement des tiges ou le décollement de l’épiderme des feuilles.
Les arbres fruitiers, par exemple, sont très sensibles au gel au moment de la floraison, l’ovaire
noircit et la fleur tombe. Toutefois, les cristaux de glace ne sont dangereux que s’ils se
forment dans les cellules, or leur formation intracellulaire ou extracellulaire dépend de la
vitesse de refroidissement. Lors d’un refroidissement lent (quelques degrés par heure), la
glace se forme à l’extérieur des cellules, dans les espaces intercellulaires et est à l’origine de
la sortie d’eau des cellules ; ce phénomène permet une augmentation de la concentration des
solutés dans la cellule et donc de sa pression osmotique, ce qui abaisse le point de congélation
et évite la formation de la glace intracellulaire. Au contraire, si l’abaissement de la
température est rapide, les cristaux de glace se forment dans les cellules entraînant leur mort.
Figure. 3. [11]
Figure I.3 : Effet du gel sur les plantes
Chapitre I : Le gel
12
4.6. Préparation pour l’hiver
Sous nos climats, la tolérance des végétaux aux températures négatives s’acquiert
progressivement avant le froid hivernal. On parle d’endurcissement au gel. Ce phénomène est
induit par les températures fraîches mais positives) de l’automne et du début de l’hiver. Ainsi,
au printemps et en été, les plantes ne supportent pas en général des températures inférieures à
-2°C ou à -4°C, alors qu’en hiver, la majorité des végétaux originaires des zones tempérées
résistent à des températures inférieures à -10°C. En hiver, par exemple, les feuilles des
graminées peuvent tolérer des températures aux environs de -15°C, alors que les aiguilles de
sapin résistent à un froid de l’ordre de -20 à -35°C. L’endurcissement au gel est rapidement
perdu dès l’élévation de la température à la fin de l’hiver. C’est pourquoi les gels de
printemps, même s’ils sont de faible intensité, sont plus dangereux que les températures
hivernales même très basses. Ce phénomène met en jeu différents mécanismes parmi lesquels
l’enrichissement des lipides membranaires en acides gras polyinsaturés, qui améliore la
fluidité des membranes, une augmentation des teneurs en sucres solubles (glucose, fructose,
saccharose…) et en acides aminés, qui permet l’abaissement du point de congélation. La
bonne connaissance de la réponse des végétaux aux températures basses permet de faire un
choix raisonné des espèces à utiliser dans les jardins ou les espaces verts et de proposer des
moyens de protection contre le froid (paillage). Il est aussi possible de placer les plantes à
l’abri du froid dans des locaux frais ou légèrement chauffés pendant la durée de l’hiver (on
parle alors d’hivernage). Les orangeries avaient cette fonction d’abriter et de préserver des
espèces tropicales ou méditerranéennes sensibles.[11,13]
I.5-Effet du gel sur les animaux
Certains animaux à sang froid se laissent geler pendant l’hiver. La chenille du Bombyx du
Groenland par exemple peut rester gelée plus de 10 mois par -50°C, les balanes et les moules
des zones intertidales des côtes de Norvège gèlent lorsqu’elles sont exposées au vent glacé à
marée basse. Certains amphibiens et reptiles qui hibernent se laissent aussi geler : ils ne
respirent plus, leur coeur s’arrête de battre et leur sang ne circule plus. Seule une faible
activité neurologique témoigne de leur survie. C’est ainsi que plusieurs variétés de reptiles, de
tortues, de grenouilles et le serpent jarretière survivent à la congélation !
Chapitre I : Le gel
13
Or l’eau glacée détruit les constituants cellulaires : par osmose la congélation vide les cellules
de leur eau jusqu’à ce que le volume intérieur franchisse un seuil critique en dessous duquel
les parois cellulaires se brisent et libèrent leur contenu.
De plus, lorsque la respiration et la circulation sanguine s’arrêtent, le métabolisme cellulaire
devrait être détérioré, le fonctionnement des organes devrait être altéré et les tissus du cerveau
devraient se nécroser au bout de 3 minutes. Figure. 4. [14,15]
Figure I.4 : Effet du gel sur les animaux, la mort des oiseaux sous l’effet du gel
I.5.1. Les animaux qui survivent au gel
Dans certains cas, la survie au gel est possible grâce à la dessiccation (l'animal est
desséché).
Les tardigrades, petits animaux d'environ 1mm qui vivent dans les mousses et la vase,
subissent sans dommages des températures extrêmement basses : préalablement desséchés
puis placés dans l'air liquide à -190°C pendant 25 h, dans de l'hydrogène liquide par -254°C
pendant 26 h, dans l'hélium liquide à -272°C pendant 3 h, ces petits animaux graduellement
réchauffés puis humectés ont retrouvé leur activité !
Le tardigrade peut supporter une dessiccation complète, un échauffement de 115°C et subir un
refroidissement à -200°C ! A cette très basse température sa vie est interrompue, son
métabolisme est arrêté, mais il n’est pourtant pas mort. Le fait de l'humecter ensuite lui rend
toute sa vigueur. [15,16]
Chapitre I : Le gel
14
I.5.2. Les mammifères
Lorsque le métabolisme des mammifères ne permet pas de survivre aux rigueurs hivernales,
l’hibernation reste la seule chance de survie. On parle d'hibernation quand un mammifère ou
un oiseau passe l'hiver à l'état de vie ralentie à l'abri du froid. Pendant l’hibernation, la
température du corps baisse. Le hérisson, la marmotte, le loir, des chauves-souris hibernent.
En dormant et en abaissant leur température corporelle, les petits mammifères peuvent
économiser jusqu’à 88% de leur ressources d’énergie et réduire leur métabolisme de 90 à 99%
en prévision du dégel. Certains, tel l’écureuil terrestre d’Alaska, laissent certaines parties du
corps descendre sous 0°C mais préservent leurs organes vitaux
I.5.3. Résistance de l’homme au froid
Avec une température corporelle de 37.2°C, l'homme tombe est état d'hypothermie à partir de
35°C et devient inconscient à 33°C. Un skieur qui tombe dans une crevasse ou un pêcheur qui
tombe dans l'eau glacée survivra jusqu'à ce que la température de son coeur franchisse le seuil
de 30°C. S'il panique ou ne contrôle pas sa respiration il peut mourir en quelques minutes par
hydrocution ou sous l'effet du stress. Dans l'eau à 0°C un homme normalement vêtu ne tient
pas plus d'une demi-heure. Son corps en état d'hypothermie devra impérativement être
réchauffé avant d'envisager de le "ressusciter" par des électrochocs. Mais l'homme peut
s'adapter au froid. Si on passez des vacances dans les régions polaires et que notre corps est
au contact du froid, pendant 2-3 jours notre température corporelle va augmenter en moyenne
de 1°C et tout votre corps va frissonner afin que l'énergie libérée par nos muscles nous
réchauffe. Si les tremblements sont importants et continus, nous éprouverons des douleurs
musculaires et la situation ne pourra pas se prolonger sans risque. Dans une situation normale,
cette période d'adaptation dure 3 semaines au bout de laquelle nous pourrons vivre par -10°C
sans protection particulière (en vêtement de travail) et notre corps ne frissonnera plus. Mais
que la température vienne à descendre sous -10°C, des vêtements de laine et des anoraks en
duvets naturels seront indispensables pour annuler l'effet du froid.
Chapitre I : Le gel
15
I.5.5. Persistance du froid
L’effet du froid devient de plus en plus néfaste, lorsqu’il dure dans le temps, en effet le
froid qui dure très longtemps dans une région, pourrait avoir des effets conséquents sur la vie
des êtres vivants. D’autre part, la température qui baisse rapidement et qui ne dure pas dans le
temps n’influe pas d’une manière notable sur les êtres vivants, en particuliers sur la
végétation. De ce fait, on conclue automatiquement que le paramètre temps doit être pris en
considération dans l’étude des variations de température.
Si on prend à titre d’exemple la France en tant que pays méditerrané, caractérisé par un climat
qui est très semblable à celui de notre pays. Les cartes climatiques destinées à l’agriculture
montrent les températures minimales par zone Figure.5, ainsi que le nombre annuel moyen de
jours de gelée et le nombre moyen de jours de neige Figure. 6.
La lecture des ces cartes montrent l’importance du paramètre temps pour collecter le
maximum d’information utile sur les conditions climatiques, et ce qui permettra aux
spécialiste dans chaque domaine de les prendre en considération lors de l’élaboration de leurs
projets. Ces projets qui devraient être adaptés aux conditions climatiques des régions où ils
seront installés.
Exemple : dans les projets agricoles, les cultures maraichères ne doivent pas être cultivées
dans des régions où la température baisse au-delà de 0°C et qui dure dans le temps, cela ne
permet pas de réussir un tel investissement. [17]
Figure I .5 : Les cartes climatiques destinées à l’agriculture montrent
les températures minimales par zone
Chapitre I : Le gel
16
Figure I.6 : Nombre annuel moyen de jours de gelée et le nombre moyen de jours de neige en
France.
I.6.Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons présenté quelques définitions liées à ce phénomène
climatique, caractérisé par les basses températures. Ainsi, tout abaissement de
la température de l'air d'une valeur supérieure à une valeur inférieure ou égale à 0 °C conduit
à une gelée. Ce phénomène est généralement néfaste sur la vie des êtres vivants sur la planète.
Pour cela il intéressant de le prendre au sérieux en étudiant d’une manière approfondie son
évolution au cours de l’année et établir des cartes de la fréquence du gel par région. Le gel est
un phénomène naturel qu’on ne peut pas contourner, mais on peut diminuer ces effets néfastes
par des mesures préventives et cela ne peut se faire qu’à partir des études statistiques et des
dispositifs électroniques qui servent à contrôler sa variation en fonction du temps.
Chapitre IILES capteurs
Chapitre II LES capteurs
18
Chapitre 2 : les capteurs
II.1 . Introduction :
Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, services, loisirs ...), on
a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force,
position, vitesse, luminosité, ...).
Le capteur est l'élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.
II.2. Définition d’un capteur :
a .Capteur : Un capteur est un organe de prélèvement d'information qui élabore à
partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très
souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est
utilisable à des fins de mesure ou de commande
-température - signal logique (TOR)
- signal analogique
- signal numérique
- pression
- force
Figure II.1 : schéma de capture
Capteur
Energie
SignalÉlectriqueGrandeur
Physique
Chapitre II LES capteurs
19
b. Généralités sur les capteurs :
Un capteur est un transducteur capable de transformer une grandeur physique en
une autre grandeur physique généralement électrique (tension) utilisable par l’homme
ou par le biais d’un instrument approprié.
Le capteur est le 1er élément d’une chaîne de mesure ou d’instrumentation
Figure II.2: Chaine de mesure
II.3. Les différents types de capteurs :
Un capteur n’est jamais parfait, il convient de connaître avec la plus grande précision
possible son état d’imperfection. De plus, il faut prendre en compte la perturbation
apportée au système par la mesure.
Le concepteur d’une chaîne instrumentale aura donc des choix à opérer.
II.3.1 Capteur analogique :
Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en un autre
type de variation d’impédance, de capacité, d'inductance ou de tension. Un signal
est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique qu’il représente peut prendre
une infinité de valeurs dans un intervalle donné. Ainsi, on peut dire que la tension de
secteur sinusoïdale (230VAC) est un signal de type analogique.
- signal continu : c’est un signal qui varie “ lentement ” dans le temps et qu’on
retrouve en sortie d’une sonde de température, de pression ou encore d’une photo
résistance.
- temporel : c’est la forme de ce signal au cours du temps. C’est aussi la trace du
signal sur l’écran d’un oscilloscope.
Chapitre II LES capteurs
20
- fréquentiel : c’est le spectre fréquentiel qui transporte l’information désirée :
Figure II.3: schéma de capteur analogique
II. 3.2 Capteur logique :
Le signal ne comporte que deux états ou valeurs possibles. La transition correspond
au franchissement d'un seuil de la part du mesurande . Ces capteurs de type tout ou
rien portent le nom de détecteurs. Par exemple : Capteur de fin de course de vérin
3 .3) Capteur numérique :
Le signal élaboré par le capteur, est directement codé sous une forme numérique au
sein même du capteur. Par exemple : Roue codeuse. [2]
II.4. Structure interne d’un capteur :
Généralement un capteur est constitué d'un corps d'épreuve et d'un capteur actif ou
passif. Les parties constitutives d’un capteur sont les suivantes [2]
Figure II.4: Structure interne d’un capteur
Chapitre II LES capteurs
21
Le mesurande : c'est l'objet de la mesure ou plus simplement la grandeur à mesurer.
1) Corps d’épreuve :
Réagit sélectivement à la grandeur à mesurer en fournissant une grandeur mesurable
proportionnelle
2) Élément de transduction (détecteur)
Transforme la réaction du corps d’épreuve en un signal compatible
3) Module de conditionnement
Lorsque nécessaire, permet l’alimentation de l’élément de transduction (élément
passif)
Assure une mise en forme appropriée du signal de sortie
Transmet le signal de mesure
II.5. Choix d'un Capteur :
Les capteurs de pression, force, poids et couple sont utilisés dans pratiquement
tous les secteurs de la recherche et de l’industrie. Dans ces différents domaines, les
normes d’utilisation, les environnements, les étendues de mesure, les précisions
recherchées sont des plus divers. Des paramètres, essentiels pour les uns, peuvent être
sans importance pour les autres (Encombrement, masse, prix,…). Il découle de ce
contexte qu’il existe sur le marché une multitude de capteurs adaptés aux divers cas
d’utilisation possibles.
Le choix d’une technologie est fondé d’une part sur les performances offertes et
d’autre part sur les prix. Actuellement, quelles que soient les technologies, les séries
Chapitre II LES capteurs
22
de fabrication sont limitées à quelques centaines d’unités identiques. A performances
équivalentes, les capteurs possédant des éléments de transduction et des électroniques
simples (exemples : capteurs résistif) ont des prix très compétitifs relativement aux
autres technologies (exemples : capteurs inductifs ou capacitifs) qui nécessitent
souvent une électronique associée assez complexe. [2]
II.6 les capteur de température :
II.6 .1 Méthode électrique :
En se basant sur la variation thermique de la valeur d’une résistance, sur l’effet
Seebeck ou sur la sensibilité thermique de la fréquence d’oscillation d’un quartz .
Ces méthodes ont l’avantage d’une plus grande souplesse d’emploi.
II.6.1.1 Thermomètres à résistance et à thermistance :
Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistances est basé
sur le même phénomène physique, à savoir la variation de la résistance électrique
d’un conducteur avec la température .
II.6.1.2 Thermomètres à thermistance :
Une thermistance est un agglomérat d’oxydes métalliques frittés, c’est à-dire
Chapitre II LES capteurs
23
rendus compacts par haute pression exercée à température élevée, de l’ordre de
150 bars et 1000 °C.
Il existe deux types de thermistance. Les CTN à coefficient de température négatif, et
les CTP à coefficient de température positif.
II.6.1.3 Thermometers par thermocouple:
a . Principe de thermocouple :
Deux fils composés de métaux différents sont raccordés à leurs extrémités et que
l’une d’elles est chauffées, il se produit une circulation de courant continu dans le
circuit. C’est l’effet thermoélectrique.
Figure II.5 : schéma de principe de thermocouple
b. La fonction d’usage du thermomètre :
La fonction d’usage du thermomètre numérique est de mesurer la température
ambiante et de fournir une information visuelle quantifiant celle-ci.
Chapitre II LES capteurs
24
Figure II.6: fonctionnement générale de capteur
1) Fonction « ALIMENTATION »
Elle fournit, de manière autonome, l’énergie électrique dont
-Entrée: aucune.
-Sortie: Vp: énergie électrique régulée en tension a 4.2 V.
2) Fonction principale 1 « CAPTAGE DE LA TEMPERATURE »
Elle produit une tension proportionnelle à la température de l’air ambiant.
-Entrée: air ambiant.
-Sorties: tension.
VT°: tension proportionnelle à la température de l’air ambiant
Chapitre II LES capteurs
25
3) Fonction principale 2 « SYNCHRONISATION »
Elle fournit deux signaux d’horloge.
-L’un commande la fonction principale 3 : Conversion Analogique / Numérique
-L’autre est nécessaire à la fonction principale 4 « VISUALISATION ».
-Entrée: aucune.
-Sorties: D: signal logique de début de cycle de mesure.
Fd: signal logique de fond d’affichage
4) Fonction principale 3 « CONVERSION ANALOGIQUE /
NUMERIQUE »
Lorsqu’elle en reçoit l’ordre de FP2 (fonction principale 2), elle convertit la tension
proportionnelle à la température issue de FP1 (fonction principale 1) en une valeur
décimale relative.
Entrées: VT°: tension proportionnelle à la température issue de FP1.
D: signal de début de cycle de mesure.
-Sorties: BCD: 12 bits traduisant 3 chiffres décimaux codés en binaire.
S: signal logique d’indication du signe (négatif ou positif).
M: signal logique d’ordre de mémorisation des 3 chiffres.
Chapitre II LES capteurs
26
5) Fonction principale 4 « VISUALISATION »
Elle mémorise et affiche la valeur fournit par FP3.
-Entrées: 12 bits traduisant 3 chiffres décimaux codés en binaire (BCD).
S: signal logique d’indication du signe (négatif ou positif).
M: signal logique d’ordre de mémorisation des 3 chiffres.
-Sortie: information visuelle relative a la température
II.7 . Capteur LM35 :
Lm35 est un capteur de température précis est facilement calibré.
Il fonctionne comme une diode zener dont la tension de claquage est directement
Proportionnelle à la température absolue avec un facteur proportionnel de +10mV/°K.
Avec une impédance dynamique inferieur à 1Ω. Il peut fonctionner de -40°C à 200°C
sous un courant constant pouvant varier de 400μA à 5mA. La tension à ces bornes est
de 5V à 25°C [3]
Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température fabriqué
par Texas Instruments. Il est extrêmement populaire en électronique, car précis, peu
couteux, très simple d'utilisation et d'une fiabilité à toute épreuve.
Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -
55°C à +150°C dans sa version la plus précise et avec le montage adéquat, de quoi
mesurer n'importe quelle température.
Figure II.7 : le circuit LM 35
Chapitre II LES capteurs
27
Détail de l'image "Capture d'écran des différentes versions de LM35" :
Figure II.8: schéma Capture d'écran des différentes versions de LM35
II.8 Capteur de la lumière :(d’après MIH Valentin, LEROI Thomas et MERTZ
Steve)
- La Photorésistance : Résistance dont la valeur varie (diminue en général) en fonction
de l’intensité lumineuse.
→ Utilisé notamment pour faire varier la lumière artificielle en fonction de la lumière
du jour
Figure II.9: photorésistance LDR
Chapitre II LES capteurs
28
II.9. Les Types de capteur :[4]
1- Les Capteurs de Lumière (d’après MIH Valentin, LEROI Thomas et
MERTZ Steve)
a. La Photorésistance :
b . La Photodiode : Diode qui lorsqu’elle est polarisée en inverse,
Produit un courant (IR) qui augmente proportionnellement à l’intensité lumineuse.
→ Utilisé dans la fibre optique.
c.Le Phototransistor : transistor dont la base est sensible aux rayonnements
lumineux. Il créé un courant lorsque qu’il est éclairée sa sensibilité est entre 100 et
400 fois supérieure à celle d’une photodiode mais le courant d’obscurité est aussi plus
important. De plus la constante de temps est plus importante (base plus épaisse) et
donc la fréquence de coupure plus basse que celle des photodiodes. → Utilisé dans les
optocoupleurs
.
d. La Capteur Photographique :
Il convertit un signal rayonnement électromagnétique (UV, visible ou IR) en
un signal électrique analogique.
Chapitre II LES capteurs
29
→ Utilisé dans les appareils photos afin de convertir une lumière en un signal qui sera
numérisé afin d’obtenir une image numérique.
2) Les Capteurs de Force (HOUPERT Gael)
Les capteurs de force sont des capteurs de type, jauges de contrainte. La jauge de
contrainte est une pièce qui sous l’effet d’une force va s’étirer longitudinalement.
Elle est utilisée principalement pour la pesée d'objet ou de personne, ou pour mesurer
des efforts de traction et de compression.
Il y a différentes types de capteurs à jauges de contraintes tel que:
- les capteurs de mesures de flexions qui sont des capteurs de force précis & stables de
type à flexion, généralement d'étendue de mesure allant de 0.5N à +/- 125N. Ils
trouvent généralement leurs applications dans des mesures de forces avec un
encombrement réduit.
- capteurs de mesures de tractions & de compression: en "s" qui sont des capteurs
conçus pour mesurer des efforts de 0N à ± 20000daN. On les retrouve généralement
dans des applications de mesures de tractions et de compressions.
-Pan-Cake qui est un capteur conçus pour les mesures de poids allant de 0kg à
100tonnes. On les trouve aussi dans des mesures de tractions et de compressions.
-Etalons pouvant mesurer de 0N à 30 MN. Il est utilisé pour la même chose que le
précédent, donc les mesures de tractions et de compressions.
-Miniature mesurant de 0kgf à 5000kgf. Retrouvé dans des applications telles que la
pesée de camion, silos, réservoirs…
Chapitre II LES capteurs
30
3) Les Capteurs de Son (MAFIOLY Raphaël, VOURIOT Florian et LURASCHI
Yann)
Entendre la voix d’un ami, cela peut sembler banal. Pourtant ce n’est pas possible sur
la lune.
En effet, le son est une onde, une vibration qui se propage dans un milieu matériel en
l’occurrence dans l’air. Ce sont les molécules qui en se serrant puis en s’espaçant
permettent au son de se propager. Sur la lune, il n’y a pas d’air donc pas de son. Le
premier microphone a été inventé le 4 mars 1877 par Emile Berliner, mais c’est
Alexandre Graham Bell qui inventa le premier microphone réellement utilisable.
Les trois types de micro (électrodynamique) :
- Le microphone dynamique à bobine mobile :
Une membrane vibre suivant les molécules d’air, cette membrane entraîne en
vibration une petite bobine de cuivre dans l’entrefer d’un aimant, ce qui produit une
petite tension induite aux bornes de la bobine qui sera ensuite exploitée pour le
traitement. Ce type de micro ne nécessite pas d’alimentation la tension image du son
et produite directement par la bobine.
Le Shure SM-58 est un microphone dynamique cardioïde unidirectionnel pour voix.
Le SM58 est considéré comme le micro chant de référence pour la sonorisation live. Il
est robuste et bon marché.
Pression acoustique= 1Pa=94 dB SPL
Bande passante 50Hz à 15 000 Hz
Impédance 150ohm
- Le microphone électrostatique à condensateur :
Cette technologie est une référence en matière de réponse transitoire.
Le microphone électrostatique à électret est un proche voisin du micro à condensateur
mais qui possède un composant à polarisation permanente.
Pression acoustique=140dB SPL
Chapitre II LES capteurs
31
Bande passante 20Hz à 20 000Hz, Impédance 150ohm
- Le microphone électrostatique magnétique :
Il est utilisé principalement sur les guitares électriques, les basses les pianos
électriques ou encore les violons électriques, pour capter la vibration des cordes
métalliques.
Le champ magnétique de l'aimant traverse notamment la bobine, laquelle est soumise
aux variations de ce champ induit par les cordes en mouvement – elles jouent le rôle
d'un diaphragme mobile qui fait varier la force contre-électromotrice parcourant la
bobine. Ces micros ne peuvent pas directement produire de tension en sorti il est
nécessaire de leur apporté une alimentation appeler alimentation fantôme
Figure II.10 : CAPTEUR SCHERTLER ELECTRODYNAMIQUE
Chapitre II LES capteurs
32
Le codeur incrémental est surtout utilisé dans les systèmes dont le traitement de
l'information est entièrement numérique. Ses impulsions sont comptabilisées de façon
à donner une information concernant la position (nombre d'impulsions délivrées
depuis une position d'origine) ou /et une information concernant la vitesse (nombre
d'impulsions par unité de temps). Dans ce dernier cas, il évite l'emploi d'une
génératrice tachymétrique (il est cependant peu précis aux très basses fréquences de
rotation).
Chapitre III
Résultats etinterprétations
Chapitre III Résultats et interprétations
34
Introduction :
Dans ce chapitre nous allons développer les étapes nécessaires pour aboutir à la
réalisation de notre de projet, qui consiste à concevoir un circuit électronique capable
de chronométrer les durées de gel le long de l’année dans les régions froide et dans
les régions qui sont caractérisées par des saisons hivernales très sévères, où la
température baisse au dessous de 0°C et -5°C.
Le principe est basé sur l’utilisation d’un système de détection de la température de la
région où est installée la carte, et des périodes de jours et de nuits. Ce système est
composé de deux capteurs : un capteur de température et un capteur de lumière.
La carte électronique d’une manière générale est basée sur l’utilisation du
microcontrôleur 16F877A possédant un nombre suffisant de ports d’entées/sorties et
doté de la fonction de conversion analogique/numérique existante sur plusieurs ports.
Un afficheur LCD est implanté dans la carte pour afficher les séquences de
chronométrage des périodes de gel pendant le jour et pendant la nuit et cela en
fonction des informations issues du système de détection. En plus des composants
électronique discrets, une logique de programmation est implantée dans le la mémoire
du microcontrôleur qui nécessite donc des outils de programmation et de simulation
tels que : (Mikroc et PROTEUS, WINNPIC 800).
III.3.1 Principe de fonctionnement :
Le circuit électronique est composée du schéma bloc représenté sur la figure…..il est
donc constitué des suivantes :
1- La détection.
2- La conversion A/N.
3- Le chronométrage (compteur de durée).
4- L’affichage LCD et voyants lumineux.
Chapitre III Résultats et interprétations
35
Figure III.1 : Schéma bloc de la carte électronique
III.3.2. Fonction de détection :
Cette fonction est composée de deux capteurs :
a- Le capteur de température
b- Le capteur de lumière.
Capteur de température :
Le LM35 est un capteur à circuit intégré qui peut être utilisé pour mesurer la
température avec un signal électrique proportionnel à la température (en ° C)
Nous pouvons mesurer la température avec plus de précision que l'aide d'une
thermistance.
Ce composant est scellé et non soumis à l'oxydation.
Le LM35 génère une tension de sortie plus élevée que les thermocouples et ne peut
exiger que la tension de sortie soit amplifiée.
Il a une tension de sortie est proportionnelle à la température Celsius. Le facteur
d'échelle est 0.1V/°. Il ne nécessite pas de calibration externe ou de taille et maintient
une précision de + / -0,4 °C à température ambiante et + / - 0,8 ° C sur une plage de 0
°C à +100 °C.
Capteur detempérature
Capteur delumière
C.A .NChronométrage de
durées degel
AffichageLCD
Chapitre III Résultats et interprétations
36
Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C
Température (° C) * Vout = (100°C / V)
Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 °C La tension de sortie varie
linéairement avec la température. [02]
Figure III.2: Le capteur LM35
Le capteur retenu est le LM35 de National Semi conducteurs: on le trouve facilement
dans le commerce, il n'est pas très cher (environ 3,35 euros en version DZ, moins de 8
euros en version CZ) et sa mise en œuvre s'avère des plus simples.
Le capteur de température (température sensor ) LM35 décliné en plusieurs versions,
le LM35 est un circuit intégré calibré en usine pour être utilisé comme capteur de
température de précision. Sa principale particularité tient en ceci que sa tension de
sortie Vout est linéairement proportionnelle à la température exprimée en degrés
Celsius. Plus exactement, la tension de sortie Vout augmente de 10 mV chaque fois
que la température augmente de 1°C.
Parmi les points forts de ce capteur, mentionnons sa consommation très faible (de
l'ordre de 60 µA), d'où une puissance dissipée également très faible, et sa linéarité qui
demeure excellente sur toute sa plage de sensibilité. Cette plage va de -40°C à +110°C
pour les LM35C et de 0°C à 100°C pour les LM35D.
Voyons à quoi ressemble le LM35, qui existe sous différents boîtiers et sous de
multiples références, que l'on distingue grâce au suffixe.
La Datascheet nous apprend que le LM35 (toutes versions confondues) doit être
alimenté sous une tension +Vs comprise entre 4 V et 30 V, et que la tension de sortie
Chapitre III Résultats et interprétations
37
Vout sera comprise entre +6,0 V et -1,0 V (valeurs absolues), le courant de sortie
n'excédant jamais 10 mA.
S'agissant de la précision, un critère à ne pas négliger pour un capteur, on aura:
LM35C: +/- 1°C (valeur garantie) et +/- 0,4°C à 25°C (typique)
LM35D: +/- 1,5 °C (valeur garantie) et +/- 0,6°C à 25°C (typique)
On le voit, la différence est minime et on s'orientera sans hésiter vers un LM35DZ,
deux fois moins onéreux qu'un LM35CZ.
a- Capteur de la lumière :
Définition :
Les capteurs de lumière sont des composants électroniques de type
transducteur qui réalisent la conversion d'un signal lumineux en signal électrique
photorésistance ou LDR.
Ils sont donc capable de donner une image de la grandeur physique mesurée, la
lumière ou précisément la luminosité, grâce à une autre grandeur physique, la
résistance.
Figure III.3: Capteur LDR
Principe de fonctionnement :
Une photorésistance est un composant électronique dont la résistance dépend
du flux lumineux auquel il est exposé. Elle se nomme aussi LDR (Light-Dépendent
Résistor) ou cellule photoconductrice. Elle permet de détecter la lumière et la
convertir en un signal électrique.
Chapitre III Résultats et interprétations
38
On utilise principalement la photorésistance pour mesurer l’intensité lumineuse, qui
s’exprime en Lux (éclairement lumineux). Il existe également d’autres unités pour
mesurer ce type de données, telles que le Candela (cd) qui est utilisé pour calculer la
luminance, exprimée en cd/m² ou encore le lumen noté lm, qui mesure le flux
lumineux.
Une photorésistance est composée d'un semi-conducteur à haute résistivité. Si la
lumière incidente est de fréquence suffisamment élevée, les photons absorbés par le
semi-conducteur donneront aux électrons liés assez d'énergie pour sauter dans la
bande de conduction donneront aux électrons liés assez d'énergie pour sauter dans la
bande de conduction, les électrons libres (avec leurs trous d'électron) ainsi produits
abaissant la résistance de l'ensemble.
La valeur de la résistance (en Ohms) de ces capteurs change en fonction de la quantité
de photons qui les atteint. Il est ainsi possible de détecter un changement de
luminosité brusque tel que l’allumage d’une lumière.
Figure III.4: Schéma synoptique du principe de fonctionnement de l’LDR
Variation de la tension en fonction de l’éclairement:
Le schéma électronique sous ISIS figure III .5, nous montre que le capteur est
associé à une résistance de 10kΩ, constituant d’un pont diviseur de tension. Les
tensions mesurées aux bornes de l’LDR traduisent l’intensité lumineuse captée à la
surface du composant.
Figure.III.5 : Schéma synoptique d’étalonnage la LDR sous ISIS
Chapitre III Résultats et interprétations
39
III.3.3 Convertisseur analogique numérique (ADC) :
III.3.1 Définition :
Le signal électrique est une tension analogique continue qui doit être discrétisé
pour pouvoir être stocké. Cette discrétisation ou numérisation est réalisée par un
module appelé Convertisseur Analogique/Numérique (CAN). Il est utilisé pour
échantillonner le signal électrique d’entrée, c’est-à-dire mesurer le plus souvent à des
intervalles réguliers la valeur de ce signal électrique et ainsi produire une suite de
valeurs binaires qui constituent le signal discrétisé ou signal numérique.
Donc la fonction conversion analogique numérique consiste a transforme une
grandeur électrique en une grandeur numérique exprimée sur N bits. Cette grandeur
de sortie représente, dans le système de codage qui lui est affecté, un nombre
proportionnel à la grandeur analogique d’entrée. Le CAN intégré dans le 16F877 aune
résolution de 10 bits qui permet d’attribuer 1024 valeurs numériques à notre signal
d’entrée. Il donne une précision en 5V de 5Mv environ, ce qui constitue une précision
considérable [1].
Figure.III.6 : Schéma fonctionnel de la fonction conversion analogique numérique
du PIC 18F.
Chapitre III Résultats et interprétations
40
-Une fonction multiplexage qui permet de diriger les huit lignes analogiques vers une
sortie.
-La fonction CAN qui est un convertisseur 10 bits à approximation successives.
L’entrée de cette fonction s’effectue sur un échantillonneur bloqueur qui permet de
maintenir constante, la tension à convertir durant le temps de conversion.
-Une fonction mémorisation qui permet de mémoriser le résultat de la conversion
dans deux registres de 8 bits chacun (ADRESH : résultat poids forts ; ADRESL :
résultat poids faibles).
-Une fonction de contrôle qui permet de sélectionner les entrées analogiques et de
contrôler la conversion (le lancement et la fin de la conversion) qui est réalisée par
deux registres ADCON0 et ADCON1.
- Les bus d’adresses et de données permettent la communication avec l’unité
arithmétique logique et les autres registres mémoires du microcontrôleur.
Sélectionner la fréquence d’horloge du convertisseur ;
-sélectionner le canal ou l’entrée analogique sur laquelle doit être effectuée la
conversion.[2]
III.3.3.2 Principes du convertisseur analogique numérique :
- convertir une tension analogique, comprise entre deux tension de référence Vref- et
Vref+, en une valeur numérique N sur n bits
- Un système de commande comportant un microprocesseur peut se schématiser de la
manière suivante [3 ]
Figure III.7: Schéma fonctionnel
Chapitre III Résultats et interprétations
41
III.3.3.3 Les étapes de conversion :
1-L’échantillonnage
2-action de prélever la valeur du signal à intervalle fixe et répétitif
3-Fréquence des échantillons: Te
4-Le blocage
5-Temps de conversion non nul
6-Maintien de la valeur pendant ce temps
Figure III.8: L’échantillonneur bloqueur: schéma de principe
III.3.4 Conversion de grandeur numérique de tension en grandeur physique :
Pour pouvoir afficher sur l’écran LCD les valeurs exactes des températures détectées par
les capteurs, il est intéressant de faire une correspondance entre les valeurs des tensions
détectées à l’entrées du port RA0 (port ADC) et les températures qu’il faudrait afficher. Pour
cela nous avons configuré les ports RC et RD en sortie et faire apparaître ces valeurs en
binaires sur ces ports. Nous procédons ensuite à une conversion des valeurs binaires en
décimales. Tableau. 1.
Chapitre III Résultats et interprétations
42
La courbe est linéaire et qui passe par l’origine elle possède donc la forme suivante :
Y = a*x
La pente a étant calculée à partir de la courbe : a = 0.49.
Y = 0.49*x
Tableau III.1: Correspondance entre les tensions et les valeurs de températures à afficher
sur l’écran LCD
Tension
détectées
en mV
Températures
affichées
0 0
2 1
4 2
6 3
8 4
10 5
13 6
15 7
17 8
19 9
21 10
31 15
41 20
52 25
62 30
82 40
103 50
123 60
144 70
164 80
185 90
205 100
Chapitre III Résultats et interprétations
43
Figure III.9 : Courbe permettant de déterminer la relation entre les valeurs de tension
détectées et les températures à afficher l’écran LCD.
III.3.5 Chronométrage de durée de gèle :
III.3.5 .1 principe de circuit électronique :
Si on utiliser un circuit électronique pour concevoir un chronomètre électronique, le
schéma est suive :
Figure III.10 : Schéma de circuit électronique
0 50 100 150 2000
20
40
60
80
100 Courbe linéaire : tension- température
Tem
péra
ture
affi
chée
en
°C
Tensions en décimales lues sur les ports C et D
Horloge Compteur Décodeur Afficheur
Chapitre III Résultats et interprétations
44
III.3.5.2 Programmation :Une utilisant les boucle sans fin La structure d’une
boucle sans fin il a suivant :
Figure III.11: L’organigramme de la boucle sans fin programmation
Début
delais
Traitement 1
Traitement 2
Test1
Test 2
Test 3
Traitement 3
Test 3
Traitement 3
Test n
Traitement n
Chapitre III Résultats et interprétations
45
III.3.6 Système d’affichage LCD (Light Control Display) :
a. Présentation :
Dans notre projet, nous avons utilisé un afficheur LCD, autrement appelé un
afficheur à cristaux liquides. Il consomme relativement de 1 à 5 mA et constitué de
deux lames de verre, distantes de 20 μm environ, sur lesquelles sont dessinées les
mers nantisses, formant les caractères. L’application entre les deux faces d’une
tension alternative basse fréquence de quelques volts (3 à 5 V), le rend absorbant. Un
afficheur à cristaux liquide ne peut être utilisé qu’avec un bon éclairage ambiant. Son
lisibilité augmente avec l’éclairage.[4]
Figure .III.12 : Image d’un afficheur LCD 2*16.
Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et diffèrent les uns des autres,
non seulement par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi
par leurs caractéristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dotés
d'un rétro éclairage de l'affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées
Chapitre III Résultats et interprétations
46
derrière l'écran du module, cependant cet éclairage est gourmand en intensité (de 80 à
250 mA) Ils sont très utilisés dans les montages à microcontrôleur, et permettent une
grande convivialité. Ils peuvent aussi être utilisés lors de la phase de développement
d'un programme, car on peut facilement y afficher les valeurs de différentes variables.
b. Principe des cristaux liquides LCD :
Sont dessinées les mantisses formant les caractères. L'espace entre elle est rempli
de cristal liquide normalement réfléchissant (pour les modèles réflectifs).
L'application entre les deux faces d'une tension alternative basse fréquence de
quelques volts (3 à 5 V) le rend absorbant. Les caractères apparaissent sombres sur
fond clair. N'émettant pas de lumière, un afficheur à cristaux liquides réflectif ne peut
être utilisé qu'avec un bon éclairage ambiant. Sa lisibilité augmente avec l'éclairage.
Les modèles transmissifs fonctionnent différemment: normalement opaque au repos,
le cristal liquide devient transparent lorsqu'il est excité l'éclairer par l'arrière, comme
c'est le cas pour les modèles rétro éclaire L'afficheur est constitué de deux lames de
verre, distantes de 20 μm environ, sur les quelles
c. Brochage :[5]
Un circuit intégré spécialisé est chargé de la gestion du module.
Il remplit une double fonction : d'une part il commande l'affichage et de l'autre se
charge de la communication avec l'extérieur.
Figure .III.13 : Brochage de circuit LCD
Chapitre III Résultats et interprétations
47
Tableau III.2 : Brochage du connecteur
III.3.7 Programmation :
III.3.7.1 Partie de contrôle le (pic 16f877A):
La commande de processus nécessite un circuit intégré qui a pour rôle le
traitement, rapide de l’information. Notre choix est porté sur le PIC16F877A de
MICROCHIP, à Bus de données 8bits /16bits et une fréquence de fonctionnement
élevée, jusqu'à 20 MHz et CAN, PWM….etc. le PIC constitue le cœur de notre
réalisation. Il contient le programme nécessaire à la génération de contrôle des
différentes grandeurs physiques.
Chapitre III Résultats et interprétations
48
a. Définition :
Un PIC est un microcontrôleur, il possède une unité de traitement de
l’information de type microprocesseur à laquelle est ajouté des périphériques internes
permettant de réaliser des montages sans utiliser beaucoup de composants externes.
Les Pics sont des composant dits RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou
encore (composant à jeu d’instruction réduit).
Figure III.13: Schéma de l’unité de contrôle et de traitement (PIC 16F877A)
b. Principales caractéristiques du PIC 16F877A : [06]
Le PIC 16F877 est caractérisé par:
1. Une fréquence de fonctionnement élevée, jusqu'à 20MHz.
2. Une mémoire vive de 368 octets.
3. Une mémoire morte EEPROM de 256 octets pour la sauvegarde des données.
4. Une mémoire de type FLASH de 8 K mots (1mot = 14 bits)
Chapitre III Résultats et interprétations
49
5. Chien de garde WDT.
6. 33lignes d'entrées /sorties. Chaque sortie peut sortir un courant maximum de 25
mA.
7. 3 Temporisateurs:
8. TIMER0 : compteur 8 bits avec pré-diviseur.
9. TIMER1 : compteur 16 bits avec pré-diviseur
10. TIMER2 : compteur 8 bits avec pré-diviseur
11. 2 entrées de captures et de comparaison
12. Un convertisseur Analogique Numérique 10 bits avec 8 entrées multiplexées.
13. Une interface de communication série asynchrone et synchrone (USART/SCI).
14. Une tension d'alimentation entre 2 et 5.5 V [05]
c .Mémoires du PIC :
- Mémoire FLASH
C'est dans celle-ci qu'est stocké le programme du PIC.
- Mémoire RAM:
Fait partie de la zone d'adressage des données.
- Mémoire EEPROM:
L'EEPROM est une mémoire de stockage de données.
d. Architecture Externe:
- Le boîtier du PIC 16F877 décrit par la figure 1.4 comprend
- 40 pins : 33 pins d'entrées/sorties,
4 pins pour l'alimentation,
2 pins pour l'oscillateur
1 pin pour le reset (MCLR).
- La broche MCLR sert à initialiser le pic qui dispose de plusieurs sources de RESET
- Les broches VDD (Broche 11 et 32) et VSS (Broche 12 et 31) servent à alimenter le
PIC.
- On remarque qu'on a 2 connections «VDD» et 2 connections «VSS». [05]
Chapitre III Résultats et interprétations
50
Figure III.14: pic 16F877A microcontrôleur avec configuration des pins.
e. Architecture interne :
L’architecture interne de PIC16F877, commune à la majorité des
microcontrôleurs Mid-range. Le microcontrôleur PIC16F877 répond tout à fait à nos
demandes. Il dispose de 40 broches, d’une mémoire programme de 8Kmots, d’une
RAM de 368 octets, ne prend que très peu de place et il dispose de nombreux modules
périphériques internes. ) La figure représenté structure interne de pic16f877. [05]
Chapitre III Résultats et interprétations
51
Figure III.15: Structure interne du PIC16F877.
Chapitre III Résultats et interprétations
52
III.3 .7.2 Organigramme :
Dans la partie simulation nous avons utilisé deux types de capteurs de
températures, le LM 35DZ qui permet de détecter des températures dans la gamme
située entre 0 et 150°C, et le LM35CZ, dont la gamme de détection s’étend en plus
des températures positives aux températures négatives qui peuvent aller jusqu’à
-50°C.
a. Organigramme utilisant le capteur LM35DZ
Chapitre III Résultats et interprétations
53
Déclaration des variables et des constants
Configuration et initialisations LCD
Configuration de la C A N
Configuration et initialisation des portes d’E/S
Delay=1000ms
Affecter la valeur convertie de RA0 à T
Affecter la valeur convertie de RA1 à L
Afficher ‘’ T= ’’
Afficher ‘’ C ’’
Afficher ‘’ ° ’’
Calculer T=T*0.48
Calculer la valeur entrée de T
L>150
T<0
Chronométrage (jour)
Affichage de la durée de gel
T<0
Chronométrage (nuit)
Affichage de la durée de gel
Début
Utilisation des variables de chronomètre
Chapitre III Résultats et interprétations
54
Figure III.15 : schéma d’organigramme de LM 35DZ
b. utilisant le capteur LM35CZ
Début
Déclaration des variable et des constant
Calculer voltdiff =(Temp1-Temp2)
Configuration et initialisation de LCD
Configuration des ports RA0 ,RA1,RA3en ADC
Initialisation de l’ADC
Initialisation des variables de chronomètrage
Delay=1000
-Affecter la valeur chronométrer de RA0 à volt AN0
-Affecter la valeur chronométrer de RA1 à volt AN1
-Affecter la valeur chronométrer de RA3 à L
-Afficher ‘’T=’’
-Afficher ’’C’’
-Afficher le degré
-Calculer Temp1=voltAN0*0 .48
-Calculer Temp1=voltAN0*0 .48
Voltdiff <0
Afficher (-)
Calculer valeur entier à (Temp1-Temp2) Calculer la valeur entriér à (Temp1-Temp2)
Afficher(+)
Chapitre III Résultats et interprétations
55
Figure III.16 : schéma d’organigramme utilisant le LM 35CZ
c. Organigramme des séquences de chronométrage:
T = Jr : H3 H2 H1 : M2 M1 : S2 S1
00 C ° Nt : H 3 H2 H1 : M2 M1 : S2 S1
S1, S2= les secondes;
M1, M2=les minutes ;
H1, H2=les heures ;
Jr=les jours ; Nt=les nuit ;
T= la température ;
L>150
Affichage de la durée de gel
LED vert allumée
T< - 4
Chronométrage (Nuit)
Calculer T = voltA0 - voltAN1
Chronométrage ( jour)
Affichage de la durée de gel
LED rouge allumée
T< - 4
Chapitre III Résultats et interprétations
56
Début
Incrémenter s1
s1=00
Incrémenter s2
Sis1=10
s1=
s2=6
Sim1=10
s1=0, s2=0
Incrémenter m1
Si m2=6
s1=0 , s2=0 ,m1=0
Incrémenter m2
s1=0 ,s2=0 ,m1=0,m2=0
Incrémenter h1
h1=9
s1=0,
s2=0, m1=0, m2=0, h1=0
Incrémenter h2
Delay 1000ms
SiT<0
h3=9
s1=0 ,s2=0 ,m1=0,m2=0,h1=0,h2=0
Incrémenter h3
Chapitre III Résultats et interprétations
57
Figure III.17: schéma d’organigramme de chronométrage
III.3.8 L’implantation de programmation dans pic :
III. 3.8.1 Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800: [7]
- Branchez la Carte de programmateur ICPROG universel.
-Premièrement, on lance le programme WINPIC 800.
-On clique sur le bouton « Hardware », on sélectionne le programmateur «JDM» et le
numéro du port série connecté à notre programmateur «COM1».
- On clique sur le bouton « Test hardware », si le programmateur fonctionne
correctement.
- On met le programmateur hors tension et nous insérons le microcontrôleur dans le
programmateur (son support correspondant), en respectant le sens.
-On met ensuite le programmateur à nouveau sous tension. La LED doit s'illuminer.
- On lance à nouveau le logiciel WINPIC 800, et on clique sur le bouton «détection
device», il apparait un message de détection la famille de PIC inséré (PIC 16F877A).
- On clique sur le bouton « Effacer » afin de supprimer l'éventuel contenu de la
mémoire de notre microcontrôleur.
Figure III.18: Fenêtre de suppression du contenu de la mémoire du μ-Contrôleur.
Chapitre III Résultats et interprétations
58
- On clique sur le bouton « Ouvrir » afin de sélectionner le fichier HEX à programmer
au sein du microcontrôleur.
Figure III.19 : Schéma de programmateur ICPROG universel.
Le port COM : la lésion entre le PC et le programmateur.
2- Le support du différant type de microcontrôleur.
3- Le LED pour détecté le fonctionnement de la programmation.
III.3.9 Schéma électrique :
III.3.9 .1 schéma électrique utilisant LM35DZ :
Chapitre III Résultats et interprétations
59
III.3.9.2 Schéma électrique utilisant LM35CZ :
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT7
RE0/AN5/RD8
RE1/AN6/WR9
RE2/AN7/CS10
OSC1/CLKIN13
OSC2/CLKOUT14
RC1/T1OSI/CCP2 16
RC2/CCP1 17
RC3/SCK/SCL 18
RD0/PSP0 19
RD1/PSP1 20
RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33
RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21
RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI 15
MCLR/Vpp/THV1
U1
PIC16F877A
D7
14D
613
D5
12D
411
D3
10D
29
D1
8D
07
E6
RW5
RS
4
VSS
1
VD
D2
VEE
3
LCD1LM016L
LDR1TORCH_LDR
+88.8AC Volts
+88.8AC Volts
0.0
3
1
VOUT 2
U2
LM35
R1100k
R2330
D1LED-RED
A K
D2
LED-GREEN
R3330
X1CRYSTAL
C1
15p
C2
15p
U1(RA1/AN1)
(+)
LDR1(1)
LDR1(1)
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT7
RE0/AN5/RD8
RE1/AN6/WR9
RE2/AN7/CS10
OSC1/CLKIN13
OSC2/CLKOUT14
RC1/T1OSI/CCP2 16
RC2/CCP1 17
RC3/SCK/SCL 18
RD0/PSP0 19
RD1/PSP1 20
RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33
RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21
RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI 15
MCLR/Vpp/THV1
U1
PIC16F877A
D7
14D
613
D5
12D
411
D3
10D
29
D1
8D
07
E6
RW5
RS
4
VSS
1
VD
D2
VEE
3
LCD1LM016L
0.0
3
1
VOUT 2
U2
LM35
R2330
D1LED-RED
D2
LED-GREEN
R3330
X1CRYSTAL
C1
15p
C2
15p
R110k
+88.8AC Volts
+88.8AC Volts
+88.8AC Volts
D31N4001
D41N4001
U2(VS)
R4100k
LDR1TORCH_LDR
Chapitre III Résultats et interprétations
60
III3.10 Résultat de la simulation :
Pour le capteur de température LM35DZ :
Figure.III.20 : Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=7°C arrêt du
chronométrage (b) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,
(c) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit
Sur la figure. III.20. sont représentées les différentes séquences de chronométrage qui
ont été prise au cours de la simulation, la température seuil est fixée à 0°C. La
(b)
(c)
(a)
Chapitre III Résultats et interprétations
61
séquence (a) affiche une durée égale à 0, car la température remonte à 7°C, Lorsque
la température du milieu descend au dessous du seuil et atteint la valeur 0°C pendant
le jour le chronomètre est lancé et affiche une valeur de 26mn et 3s au moment de la
sauvegarde de la séquence de chronométrage. Figure. 20 (b). Pendant la nuit le
chronomètre affiche un temps de gelé de 16mn et 02s.
*Pour le capteur de température LM35CZ :
Figure.III.21: Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=5°C arrêt du
chronométrage (b) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,
(c) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit
Sur la figure. III.21. sont représentées les différentes séquences de chronométrage qui
ont été prise au cours de la simulation, la température seuil est fixée à -5°C. La
(a)
(b)
(c)
(b)
(a)
Chapitre III Résultats et interprétations
62
séquence (a) affiche une durée égale à 0, car la température remonte à 5°C, Lorsque
la température du milieu descend au dessous du seuil et atteint la valeur -4°C pendant
le jour le chronomètre est lancé et affiche une valeur de 3mn et 5s au moment de la
sauvegarde de la séquence de chronométrage. Figure. III.21 Pendant la nuit le
chronomètre affiche un temps de gelé de 4mn et 48s.
Nbre d'heure
de gel (Jour)
Nbre d'heure
de gel (nuit)
% de gel
(jour)
% de gel
(nuit)
Septembre 0 0 0
Octobre 0 0 0 0
Novembre 5 10 1,38888889 2,77777778
Décembre 30 60 8,33333333 16,6666667
Janvier 50 70 13,8888889 19,4444444
Février 25 40 6,94444444 11,1111111
Mars 30 35 8,33333333 9,72222222
Avril 15 20 4,16666667 5,55555556
Mai 0 2 0 0,55555556
Juin 0 0 0 0
Juillet 0 0 0 0
Aout 0 0 0 0
Tableau.III.3 : le nombre d’heure de gel (nuit, jour) dans une année
Chapitre III Résultats et interprétations
63
Figure III.22 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année
III.10 Réalisation :
Les photos ci-dessous représentent la carte de commande réalisées sur la plaque
d’essai :
02468
101214161820
% prédectif du gel (jour)
Chapitre III Résultats et interprétations
63
Figure III.22 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année
III.10 Réalisation :
Les photos ci-dessous représentent la carte de commande réalisées sur la plaque
d’essai :
% prédectif du gel (jour) % prédectif du gel (Nuit)
Chapitre III Résultats et interprétations
63
Figure III.22 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année
III.10 Réalisation :
Les photos ci-dessous représentent la carte de commande réalisées sur la plaque
d’essai :
Chapitre III Résultats et interprétations
64
Figure .III.23 : la carte de commande
Conclusion :
Dans cette partie nous nous sommes arrivés à élaborer un programme qui permet
d’assurer toutes les fonctions de notre carte électronique, à savoir la conversion
Chapitre III Résultats et interprétations
65
analogique- numérique (CAN) du signal détecté par les capteurs, et de lancer ou
arrêter le processus de chronométrage des durées de gel et cela en fonction du seuil de
température choisi. Le programme implanté dans le PIC marche bien et donne les
résultats attendus.
CONCLUSIONGENERALE
Conclusion générale
67
Conclusion générale
Dans ce travail, nous avons atteint notre objectif en concevant une carte électronique basée
sur la logique programmée destinée pour le chronométrage des durées de gel dans les régions
froides. Cette carte est caractérisée par une capacité de comptage de 2000 heures partagées
entres les périodes du jour et celles correspondant à la nuit. Ce qui permet de connaître en
temps réel les durées de gel pendant environ 3 mois.
Cette carte est donc intéressante pour les métrologues, les agriculteurs, les industriels et autre,
car elle les renseigne ce phénomène de gel, ainsi que les périodes et les régions qui
subissent des baisses excessives de températures.
Au cours de ce projet nous avons appris à faire de la programmation en langage C et de savoir
utiliser la détection des grandeurs non électroniques (température et lumière), et de les
convertir à des grandeurs électriques accessibles par la carte, qui permet à son tour
d’effectuer les traitements demandés.
En perspective, nous espérons que ce travail trouvera un suivi par les promotions futur, en
améliorant les performances de notre carte, en se basant sur les points suivants :
1- Augmenter la capacité de comptage.
2- Tracer les courbes de variation de la température en fonction du temps.
3- Elargir son utilisation à d’autres seuils de température autre que 0°C et -4°C.
ANNEXE
I. Nomenclature des composants électroniques utilisés
Composant Référence Quantité Valeur Description
Circuit
Intégré
PIC16F877A 1 / U1
Capteur de
Lumière
LDR 1 / LDR
Quartz / 1 3Mhz X1
Résistance / 2 300 Ω R2, R3,
/ 1 10 K Ω R1
100 K Ω R4
Diodes DiodeIN4007
2 D3, D4
Capteur
Température
LM35 1 / U2
Capacité / 2 15pF C1, C2
LCD 16*2 LM016L 1 / LCD1
LED / 2 / D1, D2
BIBLIOGRAPHIE
BIBLIOGRAPHIE :
Chapitre I :
[1] http://www.linternaute.com/expression/langue-francaise/18428/geler-a-pierre-fendre/
[2] http://meteo-express.com/gel-annuel.html
[3] ttps://fr.wikipedia.org/wiki/Gel
[4] http://www.lemondeforestier.ca/etude-sur-laugmentation-des-charges-lors-de-periode-de-gel/
[5] Béton hors série 10- Hiver 2010-2011.
[6] http://www.sos-expert.com/batiment/cartes/carte-zones-de-gel-en-france
[8] http://mag.plantes-et-jardins.com/actus-dossiers/dossiers/les-degats-du-froid-sur-les-vegetau.
[9] http://mag.plantes-et-jardins.com/actus-dossiers/dossiers/les-degats-du-froid-sur-les-vegetau.
[10] Effet de la température sur la photosynthèse, Gabriel Cornic, Février 2007
[11] http://www.jardinsdefrance.org/nos-plantes-face-au-froid-degats-resistance-tolerance/
[12] 19ème colloque internationale de climatologie, association internationale de climatologie,
Maison
Moët & Chandon 6–9 septembre 2006
[13] http://plantesetcouleurs.fr/culture/voici-pourquoi-le-froid-nest-pas-toujours-le-bienvenu/
[14] https://www.google.fr/#q=+l'effet+du+froid+sur+les+animaux
[15] http://cliniqueveterinairecoupry.fr/fr/article/comment-nos-animaux-resistent-ils-au-froid
[16] http://www.chambon.ac-versailles.fr/science/faune/phy_a/temp.htm
[17]http://ptec.xooit.fr/t26-Cartes-de-France-climat :rusticité, pluie, gel-.htm
CHAPITRE II :
[1]
[2] AKROUMA Yassine, à (2013) : Etude et réalisation d’un capteur numérique deTempérature DS1620 à PIC16F628A. Mémoire de fin d’étude pour master, universitéLarbi Ben M’hidi Oum El Bouaghi
[3]
BIBLIOGRAPHIE
[4] site internet : http://www .les type de capteur
CHAPITRE III :
[1] LEFAF ADIL, à (2015) : conception et réalisation du thermomètre électronique.
Rapport de fin étude .université de MOHAMMED BEN ABDEALLAH
[2] NADJI Salaheddine, à (2013) : Etude et réalisation d’un thermomètre à base demicrocontrôleur pic16f877. Mémoire de fin d’étude pour master, université LarbiBen M’hidi Oum El Bouaghi.
[3] AKROUMA Yassine, à (2013) : Etude et réalisation d’un capteur numérique deTempérature DS1620 à PIC16F628A. Mémoire de fin d’étude pour master, universitéLarbi Ben M’hidi Oum El Bouaghi.
[4] www .wikipidia[5] http:// /cm -électronique/projet- pic/thermomètre L CD
[6] ABIDI.H : «Carte de développement pour microcontrôleur de la famille PIC »Mémoire master, univ-biskra2006.
[7] http://w.w.w.electronique.fr/logiciels
Résumé
Résumé :
Dans ce projet, on propose de faire une étude d’un circuit électronique, qui assure lechronométrage des durées ou la température descend de moins de 0°C dans desmilieux froids. La conception du circuit est basée sur l’utilisation d’un capteur detempérature, qui permet la conversion de cette grandeur en une grandeurélectronique, accessible par la carte.
Des microcontrôleurs pic16F877A bien connus et disponibles sur le marché, sontutilisés.
L’affichage du nombre d’heure est assuré par système d'afficheur LCD 7segments
Mots clés : milieux froids, température, capteurs, compteurs, afficheurs