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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ETPOPULAIRE MINISTAIRE DE LENSEIGNEMENT SUPERIIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Universit MHamed BOGUERRA, Boumerdes

Facult des hydrocarbures et de la chimie

Dpartement dAutomatisation et Electrification des Procds Industriels

Option : Commande des Procds Industriels

En vue de lobtention du Diplme dingnieur dtat

ETUDE ET REALISATION DUN KIT

ELECTRONIQUE DU TYPE SYSTEME EMBARQUE A BASE DE

MICROCONTROLEUR APPLICATION AU CONTROLE DUN BRAS DE

ROBOT A 4 DEGRES DE LIBERTES

Prsent par: Promoteur : IDDIR Hayet Mr : FEKHAR.H Promotion juin 2013

A l'issue de cette fin d'tude, jadresse mes sincres

remerciements premirement DIEU le tout puissant qui nous a

donne la sant, la volont et la patience ,pour tablir ce travail .

Je tiens a remercier en premier lieu M r Fakher .h mon

promoteur pour mavoir accepter de mencadrer et de me diriger, ainsi

pour tout ces conseilles .

Tout les enseignants qui ont particip a ma formation durant ce

cycle dtude ,en particulier ceux de dpartement dAutomatisation .

Je tiens aussi a remercier tous ce qui ont contribu de loin ou de

prs a la ralisation de ce travail.

Cest avec une grande motion, Je ddier ce modeste travail de fin dtude au tres les plus chres ; Mon pre et ma mre qui ont fait de moi ce qui je suis

aujourdhui et qui ont veill de guider mes pas durant toute ma vie par leurs aides, leur grands motions et leur sacrifice. A mes chers frres et surs : Sofiane ,Anissa ,Mehdi et le petit Yousef. Et surtout sans oubli ma grande sur Lynda, pour lamour, la tendresse et la comprhension. que jai trouver de leurs part . A tout ce qui mont aid de prs ou de loin pour la ralisation de ce travail.

A tout mes amis

Sommaire

IAR/08 FHC

Introduction1

Chapitre I

Gnralit : robot et moteurs

Partie I : Description et modlisation du robot :

I.1. Introduction ....2

I.2. Description du robot a trois degrs de libert 3

I.2.1. Unit mcanique ..3

I.3. Modlisation du bras de robot ...4

I.3.1. Modle gomtrique directe 4

I.3.1.1. Modle gomtrique directe du robot a trois degrs de libert ...5

I.3.2. Modle gomtrique inverse .9

I.3.2.1. Modle gomtrique inverse du robot a 3 degrs de libert .......9

Conclusion 1 10

Partie II : Gnralits sur les moteurs :

Introduction ...11

I.5. Actionneurs pas pas ..12

I.5. 1. Principe de fonctionnement dun moteur pas pas ..12

I.5.2 Diffrents types des moteurs ....14

I.6. Avantages et inconvnients des moteurs pas pas ....15

I.7. Modlisation classique des moteurs pas pas .....15

Conclusion 2 16

Chapitre II

Introduction 17

II.1. Structure Gnrale de la carte de commande ...17

II.1.1.Les microcontrleurs ...19

II.1.1.1.Gnralits .19

Sommaire

IAR/08 FHC

II.1.1.2. Les avantages du microcontrleur . 19

II.1.1.3. Structure minimale d'un PIC . 19

II.1.1.4 .Le choix du microcontrleur ...20

II.1.1.5 Le microcontrleur PIC 18F452 .20

II.1.1.5.1 Caractristiques gnrales ....20 II.1.1.5.2 Architecteur interne du pic 18F452 ...21

II.1.1.5.3 Brochage du pic 18F452 .23

II.1.1.5.4 LOrganisation du pic 18F452 .24

II.1.2 Afficheur cristaux liquides (LCD) ..26

II.1.2.1 Introduction ...26

II.1.2.2 Schma fonctionnel 27

II.1.2.3 Brochage du LCD ...27

II.1.2.4 La mmoire du LCD .28

II.1.2.4.1 La mmoire d'affichage (DD RAM) ....29

II.1.2.4.2 La mmoire du gnrateur de caractres (CG RAM) ...29

II.1.2.5 LAffichage dun caractre ..29

II.1.2.6 Branchement de lafficheur LCD avec le PIC ...30

II.1.3 Prsentation du Clavier ...31

II.1.3.1 Principe de fonctionnement ...32

II.1.3.2 Branchement de clavier avec le PIC .32

II.1.4 Prsentation du circuit 74HC573 ...33

II.2. Carte de puissance SEQUENSEUR33

II.2.1 Les circuit L297 33

II.2.2 Reprsentation et brochage du circuit L297 .33

II.3 Ralisation de la Carte de Commande pour les moteurs pas pas .36

II.4 Carte de puissance pour un moteur pas pas 37

II.5 Reprsentation d ISIS 37

II.6 Le codeur optique incrmental ... 38

II.6.1 Description gnral du codeur optique ...39

II.6.1.1 Principes de fonctionnement .40

Conclusion .41

Sommaire

IAR/08 FHC

Chapitre III :

Introduction .42

III-1 Etapes de dveloppement dun programme .42 III-2 Ecriture du programme ...43 III.3 Prestation du MikroC ...44 III.3.1 Introduction au MicroC .44 III.3.2 Editeur de code... 45 III.3.3 Outils intgrs du MikroC ...45 III.3.4 MikroC bibliothque 46 III.4 Simulation du programme ...46 III.3.5 teste des priphriques qui entour le PIC ..47 III.3.5.1 Pilotage du Clavier 16 touche ...48 III.3.5.2 Pilotage de lafficheur LCD ....51 III.3.6.Organigramme de fonctionnement ...52 III.4 Visualisation des signaux de commande55 III.5 Le circuit imprime 56 III.5.1 Connexion des composants .58 III.6 LOutil de visualisation en 3D .60 III.7 Transfert des donnes au moyen Winpic ..61 Conclusion ...62 Conclusion gnrale Etude bibliographique

Liste des figures

IAR/08 FHC

Figure 1.1 : Schma qui montre les Paramtres de Danavit Hartenberg ...8 Figure 1.2 : Placement des repres et notation pour le robot ......9 Figure 1.3 : Structure dun Moteur pas pas .....14 Figure 1.4 : Position 1 des bobines pendant le fonctionnement du moteur ..14 Figure 1.5 : Position 2 des bobines pendant le fonctionnement du moteur ..15 Figure 1.6 : Position 3 des bobines pendant le fonctionnement du moteur ..15 Figure 1.7 : Position 4 des bobines pendant le fonctionnement du moteur ..15 Figure 1.8 : Principe de fonctionnement du moteur pas pas ... 16 Figure 2.1 :Schma bloque simplifier de la carte de contrle .. 19 Figure 2.2 : Schma fonctionnel 23 Figure 2.3 :Brochage du pic 18F452 24 Figure 2.4 : Brochage de loscillateur quartz... 25 Figure 2.5 : Ecran LCD .. 27 Figure 2.6 : Schma fonctionnel d'un LCD .28 Figure 2.7 : Brochage des crans LCD alphanumrique ..30 Figure 2.8 : Schma de branchement de lafficheur LCD avec le PIC ....32 Figure 2.9 : Clavier a 16 touches... 32 Figure 2.10 : Schma de branchement de clavier avec le PIC 33 Figure 2.11 : circuit 74HC573 ... 34 Figure 2 .12 : Schma interne de circuit intgr 74hc573 .35 Figure 2.13 : Circuit L297 ..36 Figure 2.14 : Brochage et structure interne du circuit L297 .36 Figure 2. 15 : Photo relle de la carte de commande finale ralise au laboratoire.. 37 Figure 2.16 : Photo relle de la carte de puissance ralise au laboratoire ...38 Figure 2.17 : Schma simplifier de la carte de commande ralis sous ISIS ..39 Figure 2. 18 : photo relle dun codeur optique au laboratoire ..40 Figure 2.19 : Photo relle dun codeur optique (vue de face ) 40 Figure 2.20 :Schma illustre la manire de gnration des signaux dans codeur ...41 Figure 2.21 : Schma fonctionnel illustre le principe de fonctionnement de codeur 41 Figure 3.1 : Cheminement de la programmation44 Figure 3.2 : fentre du compilateur MicroC45 Figure 3.3 : Editeur de code du MikroC ..46 Figure 3.4 : fentre de simulation de la carte de commande par ISIS 48 Figure 3.5 : Organigramme du programme pour scanne les 16 touche du clavier ..50 Figure 3.6 : Simulation de scanne du clavier par PROTEUS 51 Figure 3.7 : Simulation de lafficheur LCD par PROTEUS52 Figure 3.8 : Organigramme simplifi du software de commande 53

Liste des figures

IAR/08 FHC

Figure 3.9 : Organigramme dtaill du software de commande ..55 Figure 3.10 : Les valeurs introduite ,affich sur LCD pour le moteur 1.....56 Figure 3.11 : Les courbes obtenu sur loscilloscope pour le moteur 1 56 Figure 3.12 : Les valeurs introduite ,affich sur LCD pour le moteur 2 ...57 Figure 3.13 : Les courbes obtenu sur loscilloscope pour le moteur 2 ..57 Figure 3.14 : fentre SCHEMATIC de ARES 58 Figure 3.15 : fentre SCHEMATIC de circuit imprim sous ARES 59 Figure 3.16 : fentre ddit trace .59 Figure 3.17 : fentre SCHEMATIC sur ARES avec visualisation 3D ... 60 Figure 3.18 : Fentre de configuration du programmateur gr par Winpic800 61

Liste des tableaux

Tableau 1.1 : Paramtres de Danavit Hartenberg 7 Tableau 1.2 : Avantages et inconvnients des moteurs pas pas .17 Tableau 2.1 : Brochage d'un Afficheur LCD .29 Tableau 2.2 : Mmoire daffichage de LCD ..30 Tableau 2.3 : Set caractres du HD44780 ...31 Tableau 2.4 : diffrents codes des touches du clavier 16 touches ...33

Introduction gnrale

IAR/08 FHC - 1 -

La maitrise de la conception et du fonctionnement de mcanismes complexes

motoriss , ou machines, toujours t un facteur important de progrs techniques et parfois aussi sociaux et conomiques dans divers domaines : transport , production industrielle , travaux public , exploitation et travail en milieux hostiles, imagerie mdicale , ext .

Voici plus de deux mille ans, Aristote prdisait que lesclavage disparatrait

lorsque les mtiers tisser fonctionneraient tout seul , car alors les artisans nauraient plus besoin dapprentis , ni les matres desclaves . Est-ce pour cette raison que les premires machines automatiques industrielles furent textiles et que cette profession a jou un rle de pionnier dans linnovation avec Jacquard , Vaucanson ,les cartons perfors ... ? Vraisemblablement non, mais quest-ce donc que lautomatique ? De la mcanisation au carr, cest--dire lutilisation dune machine pour diriger ou contrler une autre machine ? Une rvolution ou un maillon normal dans la chane de lvolution technique? Une nouvelle intelligence ? Un outil sociologique ? Un moyen de transcender les problmes dconomie, de gestion, de gouvernement ?

Il va de soit quaucun argument ne permet de trancher le dbat, mais lon peut toutefois affirmer que le sicle dernier , puis la premire moiti du XIXe peuvent tre considrs, dun point de vue technique , comme placs sous le signe de la domination de la machine vapeur, des moteurs, de la puissance, de lnergie. Ce fut lre de la premire rvolution industrielle.

Selon le point de vue de lautomaticien, les systmes, quils soient lectriques, mcaniques , chimiques, biologiques,... sont considrs avant tout comme des systmes de communication chargs dtablir des relations bien dfinies entre un groupe de grandeurs, appeles grandeurs dentre, et un autre groupe de grandeurs, appeles grandeurs de sortie. Les notions de puissance et dnergie ont alors cd le pas aux concepts de message et dinformation. Il sest agi ds lors dune seconde rvolution industrielle, celle de lre des machines qui se gouvernent.

Lautomatique est une discipline scientifique qui comprend, aprs lassimilation dun certain bagage mathmatique, une phase thorique fonde sur la connaissance des lois de la physique, de la mcanique, de la chimie, de la biologie... afin danalyser lvolution du processus au cours du temps. Il sagit de ltude des systmes dynamiques. Lindustrie a normment profit de lapplication de ces concepts et la abord dans le sens de lutilisation dateliers de plus en plus compltement automatiss.

Introduction gnrale

IAR/08 FHC - 2 -

Cette automatisation consiste concevoir des machines automatiques aptes dbiter une trs grande varit de produits, les sries de longue dure tant rserves aux industries lourdes, les sries les plus courtes tant lies linnovation, au dsir de sloigner de luniformit, la personnalisation. Seules des machines fondes sur un automatisme flexible, capable de diversifier la production de faon trs rapide, de sadapter des solutions multiples, permettent de franchir cette nouvelle tape dans la rvolution industrielle et dentrer dans lge cyberntique.

partir des outils de conception assiste par ordinateur, des logiciels de simulation dune vue globale de linstallation , une gestion de la production a pu tre obtenue, sa surveillance par le biais de la dtection et du diagnostic des pannes effectue. Le temps de la productique, de la robotique, est n avec sa cohorte de nouveaux composants : bras articuls et robots mobiles, micro-robotique, capteurs denvironnement et plus particulirement capteurs de vision... De nouveaux outils sont apparus : reconnaissance des formes, classification et fusion de donnes, apprentissage, cohrence temporelle des informations...

Mais ces robots manipulateurs ne sont pas directement teloprs par eux mme ,mais ils doivent possder une certaines autonomie daction , leurs systmes de commande automatique doivent connaitre et compenser les imprcisions ventuelles puisque loperateur humain nest pas directement dans la boucle dasservissement pour sadapter aux caractristiques des machines et de leurs environnement .

Pour la manipulation des bras , nous avons choisi comme actionneur des

moteurs pas a pas hybride , car ces derniers sont utilises dans une large varit dapplications industrielles ,souvent les plus utiliser dans la robotique aprs les moteurs a courant continu . Cependant leurs puissance est limits par rapport aux moteurs a courant alternatif ou continu.

les avantages des moteurs pas a pas sont leur commande en boucle ouverte,

ainsi que leur prcision ,lorsquil sagit de contrler des positions . Notre travail, est subdivise en trois Parties , Nous nous intressons dans la

premire partie de notre mmoire a la description du bras manipulateur avec une modlisation gomtrique (directe et inverse) ,avec une prsentation gnrale des moteurs pas a pas ,ce qui nous permettra un bon choix de point de fonctionnement . Dans la seconde partie est consacre a la conception et la ralisation exprimentale des diffrentes cartes lectronique de contrle par microcontrleur, qui reprsente l 'objectif principal de cette tude . La dernire partie concerne la partie software que nous dvelopperons a laide du C ddie au microcontrleur.

Chapitre I Gnralits sur les robots et les moteurs pas pas

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Partie 1 : Gnralits sur les bras tlmanipulateur et modle, I.1. Introduction la robotique et aux bras tlmanipulateurs :

L'origine du mot robot est issue du tchque , il est apparu pour la premire fois vers 1920 dans une pice de thtre du tchque K. Tschapek o il dsignait de petits tres artificiels anthropomorphes rpondant parfaitement aux ordres de leur matre : " robota " signifie travail forc .

Programmer un robot , dans le premier temps , cest lui spcifier la squence des mouvements qu'il devra raliser. Cest quoi un robot et comment a fonctionne?

Un robot , est une machine pouvant manipuler des objets en ralisant des mouvements varis dicts par un programme aisment modifiable, donc cest une machine programmable qui imite des actions d'une crature intelligente.

Donc on peut dire que cest une machine qui volue en fonction de son

environnement , soit de manire rptitive en effectuant une tche programme sans se tromper , soit de manire pseudo intelligent en voluant dans un environnement alatoire . Cela signifie qu'il va ragir en fonction de diverses contraintes qui lui seront soumises comme des obstacles, un objet, un trou, un changement de luminosit...

Face ces contraintes , le robot va devoir ragir, mais avant de ragir , il faut aussi qu'il reconnaisse la contrainte .

Isaac Asimov a crit les 3 lois fondamentales de la robotique . Celles- ci

permettent dviter que cette science amne lapocalypse avec elle :

1re loi : Un robot ne peut porter atteinte un tre humain ni , en restant passif , laisser cet tre humain expos au danger. 2ime loi : Un robot doit obir aux ordres donns par les tres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la premire loi. 3ime loi : Un robot doit protger son existence dans la mesure o cette protection n'est pas en contradiction avec la premire ou la deuxime loi.


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Les robots prennent actuellement une place importante dans notre vie , on les trouve dans toutes les entreprises ,pour acclrer la production ou pour agir l o l'homme ne peut , de faon gnrale , les systmes robotiss ont pour objectif de se substituer des oprateurs humains pour effectuer une tche donne.

Il existe diffrentes classe des robots, on trouve comme second type les robots

correspond ceux qui sont quips de capteurs ( les sens du robot ) , On trouve tout type de capteurs ( temprature, photo lectronique , ultrasons pour par exemple viter les obstacles et / ou suivre une trajectoire ). Ces capteurs vont permettre au robot une relative adaptation son environnement afin de prendre en compte des paramtres alatoires qui n'auraient pu tre envisags lors de leur programmation initiale.

Des tels robots sont principalement utiliss dans lindustrie travaillent gnralement a poste fixe , et dune manire totalement autonome pour effectuer des manipulations rptitives , surtout lorsque le processus de fabrication est frquemment soumis des modifications, les taches a ralis sont programmes sur le site par apprentissage , ou bien hors ligne en utilisant un langage spcialis ou des moyens de conception assiste par ordinateurs ( CAO ). Pourquoi les robots ?

Lavantage dun robot sur lhomme est sa rgularit : il peut excuter le mme mouvement des milliers de fois daffile sans ressentir la moindre lassitude ou fatigue. De plus , les robots peuvent tre construits de manire pouvoir rsister des conditions qui seraient dangereuses , voire mortelles pour lhomme (gaz nocifs, fortes chaleurs , froid intense , radiations, ).

I. 2. Description du bras de robot :

Ce bras de robot a trois degrs de libert est spcialement ddie aux applications de manipulation , Je prsente dans cette partie lunit mcanique. I.2.1.Unit mcanique :

Ce robot est constitu dun bras manipulateur plus ou moins anthropomorphe possdant une structure sri a trois liaison rotode rpares de J1 a J3 ,de la base vers le poignet , la cinmatique du porteur est du type R et a lextrmit possde une pince . Les mouvements sont raliss grce a trois moteurs pas a pas de type hybride a Aimant permanent Unipolaire .


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I.3. Modlisation du bras de robot [2,4,5]:

Dans tous ces cas ou les robots manipulateurs ne sont pas directement tloprs , mais ils possdent une certain autonomie daction , leurs systmes de commande doivent connaitre et compenser les imprcisions ventuelles puisque loperateur humain nest pas inclus directement dans la boucle dasservissement , pour sadapter aux caractristiques des machines et de leurs environnement .

Pour cela , il est ncessaire de passe par une modlisation mathmatique prcise de la gomtrie , et de la cinmatique des bras manipulateurs . La conception et la commande des robots ncessitent le calcul de certains modles mathmatique , tels que : Les modles de transformation entre lespace oprationnel (dans le quel est dfinie

la situation de lorgane terminal ) , et lespace articulaire ( dans le quel dfinie la configuration du robot). On distingue :

Les modles gomtriques directe et inverse qui expriment la situation de lorgane terminal , des variables articulaires du mcanisme et inversement .

Les modles diffrentielle directe et inverse qui exprime la diffrentielle de la situation de lorgane terminale en fonction de la diffrentielle de la configuration articulaire et inversement. I.3.1. Modle gomtrique directe [3]:

Le modle gomtrique directe ( MGD ) est lensemble des relation qui permettent dexprimer la situation de lorgane terminal , c'est--dire les coordonnes oprationnelles du robot ,en fonction de ses coordonnes articulaires. Dans le cas dune chaine ouverte simple , il peut tre reprsente par la matrice de passage 0Tn .

0Tn = 0T1 . 1T2 .. n-1Tn

Le MGD exprime la position et lorientation du repre de rfrence R li a loutil, relativement a un repre fixe celui de la base R0 par exemple en fonction des variables articulaires motorise (asservissement lectroniquement) 1 , 2 , . . . n du mcanisme .


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Llment fondamental qui dcrit la position et lorientation dun repre Ri ,dorigine Oi ,dans un repre Rj peut se mettre sous la forme dune matrice de dimensions(4X4) :

Avec :

(si ni ai ) : dsigne les vecteurs unitaire de la matrice iAj de rotation. Pj : dsigne le vecteur de translation .

I.3.1.1. Modle gomtrique directe du robot a trois degrs de libert[6] :

Obtenir le modle gomtrique direct consiste a dterminer les relations de la forme suivante :

X = f ( ) Permettant de calculer X, le vecteur des coordonnes choisies pour reprsenter

la position du corps C4 , organe terminal ,par rapport au repre universel R0 , a partir de la connaissance de ,le vecteur des coordonnes articulaires. En ralisant la composition des transformations du repre universel R0 jusquau repre R4 , on obtient :

0T3 = 0T1 . 1T2 . 2T3

Il est usuel de reprsenter les matrices de transformations qui font passer dun corps au suivant , au moyen du formalisme de Danavit et Hartenberg. Chaque articulation i est alors motorise, en pratique par un moteur linaire ou rotatif , il doit y avoir n moteurs .

la Figure 1.1 montre les paramtres intervenant dans la transformation .

Ces paramtres sont :


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i angle entre Zi-1 et Zi ( rotation autour de Xi-1 ) . di distance entre Zi-1 et Zi le long de Xi-1. i angle entre Xi-1 et Xi ( rotation autour de Zi ). ri distance entre Xi-1 et Xi le long de Zi .

La variable articulaire actif qi associe a larticulation i est soit i (articulation rotode) , soit di (articulation prismatique ). La composition des transformation lmentaires conduisant du repre Ri-1 au repre Ri conduit a la matrice de passage ( composantes exprimes dans Ri-1 ) :

Compte tenu des conventions de sens et de rotation retenues pour chacune des articulation (figure I.1) ,on obtient les paramtres de Danavit et Hartenberg ,en fonction des coordonnes articulaires (Tableau I.1).

I i i0 di i0 ri 1 0 0 0 1 R1 2 0 90 -D2 2 0 3 0 0 L1 3 0 4 0 90 0 4 -L2

Tableaux 1.1 : paramtres de Danavit - Hartenberg

R1 ,D2,L1,L2 :Canstantes .

Figure 1.1 : Paramtres de Danavit -Hartenberg.


IAR/08 FHC - 8 -

r1

X0

Y0 Z0

X1

Y1

Z1 X2 d2

Y2

Z2

Z3

Y3

X3 X4

Z4

Y4

l2

l1

Figure 1.2 : Placement des repres et notation pour le robot


IAR/08 FHC - 9 -

Pour le calcul ,on a la forme gnrale suivante : Do :

0T1 = 1100

1

100

0110

0011 1T2 =

2020

2

020

01002001

2T3 = 3300

3

300

0010

1001 3T4 =

4040

4

040

0100

0201

En identifiant le calcul final avec la forme gnrale de modle gomtrique on obtenir:

0T4 = 0

0

0

1

Avec : Sx=C1 C23 C4 +S1 S2 nx= - C1 C23 S4 +S1 S4 ax = C1 S23 Sy= S1 C23 C4 C1 S4 ny= - S1 C23 C4 C1 S4 ay = S1 S23 Sz= C4 S23 nz= - S4 S23 az = - C23 Px = C1(-L2 S23 + L1 C2 D2) Py = S1(-L2 S23 + L1 C2 D2) Pz = L2 C23 + L2 S2 + R1 Avec :

C1=Cos (1) et S1=Sin (1) C23=Cos (1+ 2) et S23=Sin (1+ 2)

j-1Tj = Rot ( X , j ). Trans ( X, dj ) . Rot ( Z, j ). Trans ( Z, rj ) 0T3 = 0T1 . 1T2 . 2T3


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I.3.2.Modle gomtrique inverse [3] :

Le modle gomtrique direct dun robot permet de calculer les coordonnes oprationnelles donnant la situation de lorgane terminal en fonction des coordonnes articulaires , mais inversement le problme inverse consiste a calculer les coordonnes articulaires correspondant a une situation donne de lorgane terminal.

Lorsquelle existe , la forme explicite qui donne toutes les solutions possibles

( il y a rarement l unicit de solution ) constitue ce que lon appelle le modle gomtrique inverse ( MGI ).

En supposant les asservissement parfaits, on a galit de leurs sorties i et des consignes de position correspondantes ( erreur statique nulle ).Il sagit ici de calculer ,si elle existe , lapplication rciproque f -1 de celle du modle gomtrique direct. Aucune solution relle nexiste en dehors de ce que lon nomme lespace de travail du robot . De plus , il peut exister plusieurs solutions en nombre fini ou en nombre infini dans les singularits. En dehors des singularits, et sans tenir compte des butes mcaniques, il est impossible dans le cas gnral de savoir si un mcanisme donn est soluble et quel est le nombre de solution quant il lest. Pour un robot srie a six axes rotodes ,dont les trois axes du poignet sont concourants, il peut y avoir thoriquement trente-deux solutions Q ( aspects ) pour une position donne. I. 3.2.1. Modle gomtrique inverse du robot a 3 degrs de libert :

Le modle gomtrique inverse calcule les coordonnes articulaires a partir de la donne de la position de lorgane terminal du robot . Ainsi 0T3 tant connue, on cherche a calculer les orientations i . Des quations ,on tire : Theta 1 = ? 1 = arctan ( Py/Px) Theta 2 = ?


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2 = arctan ( S2/C2) Avec : C2 = ( y z x w) / (x2 + y2 ) S2 = ( x z + y w) / (x2 + y2 ) x= -2 Pz L1 b1=Px cos (1) + Py Sin (1) y=-2 b1 L1 z=L22 - L12 -Pz2 b12 w=2 2 2 =1 Theta 3 = ? 3= arctan ( S3/C3) S3 = ( -Pz S2 b1C2 +L1)/ L2 C3 = ( Pz C2 b1S2)/ L2 Theta 4 = ? 4 = - arctan ( nz/sz) Conclusion :

Dans ce chapitre on a cite les diffrents types pour la modlisation dun robot sous la structure anthropomorphe ,dont le modle gomtrique directe et inverse ,pour le quel on a calcul les matrices de transformation j-1Tj ,et la matrice de passage 0T3 .Ce modle est unique et est donn sous forme dquation .

Ces modle sont par ailleurs engendrs automatiquement par un grand

nombre de systmes de conception et de fabrication assistes par ordinateur (CFAO),utiliss pour simuler le comportement de mcanismes complexes ou pour programmer hors ligne les robots industriels .


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Partie 2 : prsentation et Modlisation des actionneurs pas pas . Introduction :

La mise en mouvement des bras articuls du robot, ventuellement son dplacement partir dordres fournis par le niveau hirarchique suprieur, sont raliss par des organes appels actionneurs.

Ces derniers traitent lnergie primaire (lectrique, hydraulique ou pneumatique), la convertissent en nergie mcanique, la transmettent aux articulations et organes de transmission et contrlent certaines grandeurs caractristiques du mouvement : couples ou efforts, positions, vitesses, etc.

Les performances des robots dpendent fortement de celles des actionneurs et des chanes cinmatiques associes qui ont, de ce fait, une importance primordiale.

Pour contrler la dynamique du systme , il faut dabord avoir une bonne matrise, chaque instant , les efforts transmis par les actionneurs doivent tre capable de maintenir un couple larrt , par exemple pour maintenir une charge. Quels sont les actionneurs, qui rpondent ces exigences ?

Les actionneurs lectriques furent initialement peu dvelopps ,essentiellement cause de leur faible puissance massique ( environ dix fois plus faible que celle dun actionneur hydraulique ) et de leur couple massique peu lev. Ils suscitent cependant de plus en plus dintrt cause davantages indiscutables : lnergie lectrique est facilement transportable et lautonomie est possible au

moyen de batteries ;

lapport de nouveaux matriaux, en particulier daimants permanents aimantation rigide , a permis daugmenter les puissances et les couples massiques ; on ralise mme des actionneurs lectriques entranement direct (sans rducteur) ;

on peut donc concevoir des ensembles tout lectrique performants, srs de fonctionnement et facilement commandables grce aux progrs en lectronique de puissance pour lalimentation et aux techniques numriques pour la commande ;

comparativement aux autres types dactionneurs, les nuisances sont faibles. Les actionneurs lectriques sont le plus souvent rotatifs, car plus faciles raliser, et gnralement associs un rducteur.


IAR/08 FHC - 13 -

I.5. Actionneurs pas pas [7] :

Le moteur pas pas est un moteur qui tourne en fonction des impulsions lectriques reues dans ses bobinages. L'angle de rotation minimal entre deux modifications des impulsions lectriques s'appelle un pas. On caractrise un moteur par le nombre de pas par tour (c'est dire pour 360). Les valeurs courantes sont 48, 100 ou 200 pas par tour.

Analyse d'un moteur thorique compos d'un aimant permanent (boussole ) et de 2 bobinages constitus chacun de 2 bobines . Le passage d'un courant, successivement dans chaque bobinage , fait tourner l'aimant.

On a cr un moteur de 4 pas par tour.

I.5.1- Principe de fonctionnement dun moteur pas pas [3] :

Comme le montre l'animation, une rotation s'effectue en quatre tapes, reprises dans ce qui suit. La flche noire reprsente l'aiguille d'une boussole qui serait dispose en place et lieu du rotor ; elle indique l'orientation du champ magntique ( elle pointe vers le nord, qui attire donc le ple Sud du rotor) et se dcale alors d'un quart de tour chaque tape :

Etape 1, position 1 :

Premier bobinage (stator bleu) : - Phase 1 (inter gauche) non alimente. - Phase 2 (inter droit) alimente.

Figure 1.3 - Structure dun Moteur pas pas -

Figure I.4 Position1 des bobines


IAR/08 FHC - 14 -

Second bobinage (stator vert) : - Phase 1 (inter gauche) alimente. - Phase 2 (inter droit) non alimente.


Premier bobinage : - Phase 1 alimente. - Phase 2 non alimente.

Second bobinage : - Phase 1 alimente. - Phase 2 non alimente.


Premier bobinage : - Phase 1 alimente. - Phase 2 non alimente.

Second bobinage : - Phase 1 non alimente. - Phase 2 alimente.


Premier bobinage : - Phase 1 non alimente. - Phase 2 alimente.

Second bobinage : - Phase 1 non alimente. - Phase 2 alimente.

Figure 1.5 Position 2 des bobines




IAR/08 FHC - 15 -

Les impulsions lectriques sont du type tout ou rien c'est dire passage de courant ou pas de passage de courant. Les tensions d'utilisation des moteurs sont de 3,3V 48V continues. La consommation est de 0,2 A 3 A. L'lectronique actuelle permet de piloter la chronologie de ces impulsions avec beaucoup de prcision et d'en comptabiliser le nombre.

Le moteur pas pas et son circuit de commande permettent donc la rotation d'un axe avec beaucoup de prcision en vitesse et en amplitude.

Un moteur pas pas transforme une impulsion lectrique en nergie mcanique permettant le dplacement angulaire du rotor, appel pas. La figure II.2. prsente le principe de fonctionnement du moteur pas pas .

I.5.2. Diffrents types des moteurs pas pas : On distingue trois principaux types des moteurs pas pas : Les moteurs reluctance variable Les moteurs aimants permanents (unipolaires et bipolaires ) Les moteurs hybrides

Figure 1.8 Principe de fonctionnement du moteur pas pas


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I.B.4.Avantages et inconvnients des moteurs pas pas : Les caractristiques de ces moteurs sont particulirement intressantes, Le Tableau 1.2 Rsume les avantages et les inconvnients de ces actionneurs : Avantages Inconvnients

Asservissement de position ou de

vitesse en boucle ouverte Fort couple a basse vitesse Simplicit de mise en uvre Positionnement statique Fiabilit Faible prix

Positionnement discret Faible vitesse maximale Faible puissance Bruyant ,source doscillations Faible rendement

I. 7-Modlisation dun des moteurs pas pas [1 , 4] :

Les moteur pas a pas utilis pour notre robot est de type bipolaire .Il sagit de la technologie des moteurs la plus utilise dans las domaines de petites et de grandes puissances ,do son intrt. Les quations de moteur pas a pas est celle dun moteur synchrone a aimant permanent , ou le couple reluctance tant toujours ngligeable ,on considre aussi en premire approximation que les inductances propres sont constantes , et que les mutuelles sont nulle . Les quations dynamiques du moteur sont exprimes par les relations suivantes :

Tableau 1.2 Avantages et inconvnients des moteurs pas pas


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Avec : R : rsistance dune phase. Ti : couple de charge. L : inductance par phase. J : moment dinertie. : le pas angulaire gomtrique lmentaire. F : coefficient de frottement visqueux. = angle lectrique lmentaire. :Constante de la force lectromotrice. D : constante du couple de dtente. = : le nombre de dents retoriques. Te : couple lectromagntique.

= : Vitesse de rotation lectrique. Vr = : Vitesse angulaire mcanique du robot . Avec : : le nombre de pas par tour. : Nombre de dents sur une couronne rotorique. m : nombre de phases. ( doit tre pair) Un travail de simulation a t effectue par lauteur cit en rfrence [8], Cest pour cela quon a pas jug utile de refaire cette simulation . Conclusion:

Dans ce chapitre nous avons expos des gnralits sur les robots ,ou on a cit les diffrents types qui existe pour la modlisation dun robot sous la structure anthropomorphe, dont le modle gomtrique directe et inverse , pour le quel on a calcul les matrices de transformation j-1Tj ,et la matrice de passage 0T3 . Ce modle est unique et est donn sous forme dquation.

Ces modles sont par ailleurs engendrs automatiquement par un grand nombre de systmes de conception et de fabrication assistes par ordinateur (CFAO) utiliss pour simuler le comportement de mcanismes complexes ou pour programmer hors ligne les robots industriels.

Nous avons galement effectuer une prsentation gnrale des moteurs qui sont utiliss comme actionneurs dans notre robot ( les moteurs pas a pas bipolaire) ,en citant les diffrents types qui existent ,et nous terminons avec une modlisation a laide dquations diffrentielles qui rsument le comportement dynamique de cette machine .


IAR/08 FHC - 18 -

ia =-

ia +

vr Sin (ZrPr ) +

ib =-

ib +

vr Sin (ZrPr ) +

vr =-

ia Sin (ZrPr ) +

Cos (ZrPr )-

Sin

(4ZrPr ) - Sin(ZrPr )- vr +

Pr = vr

Te =-Kh (Sin ia Cos )-KD Sin (4)

Chapitre II Etude et ralisation de la carte lectronique de commande par Microcontrleur

IAR/08 FHC - 18 -

Introduction :

Ainsi ,aprs quelques rappels sur des notions fondamentales dans le chapitre I,

ce chapitre prsentera ltude dtaille de la carte lectronique, qui permettra le contrle des quatre moteurs pas pas , dfinissant ainsi le comportement de notre robot.

On abordera dans ce chapitre tout ce quest lie a la carte lectronique, celle qui nous permettra de gnrer les signaux pour assurer le bon fonctionnement de notre robot .

II.1. Structure Gnrale de la carte de commande :

Le montage quon a raliser permet la commande de quatre moteurs pas pas ,en utilisant un microcontrleur adquat . Donc, pour pouvoir commander ce robot ,il suffit dintroduire la commande a travers un clavier, afin de prciser le nombre de pas souhait ,ainsi que la vitesse de rotation ( la priode ),et le sens doit tre aussi choisie .

Cette carte est spcialement quiper dun afficheur LCD, pour laffichage des diffrentes variables articulaires et oprationnelles permettant dune faon pratique la lecture directe sur un cran , sans avoir recours a naviguer sur le programme . Cette carte contient en plus de lafficheur LCD,

Un microcontrleur ( pic 18F452). Un clavier de 16 touche . Un Buffer (74hc573).

La configuration gnrale de notre systme est reprsenter sur la Figure 2.1.

Comme nous lavons mentionn prcdemment, notre carte de commande est conu base du microcontrleur (PIC18F452), quest llment principal de cette carte. La connaissance des diffrentes caractristiques de ce composant va nous aider mieux concevoir notre montage.


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Microcontrleur

Buff

er

M1

M2

M3

M4

Afficheur LCD 4X16

Clavier 16 touches

Figure 2.1 : Schma bloque simplifier de la carte de contrle


IAR/08 FHC - 20 -

II.1.1 .Les microcontrleurs [ 9 ]: II.1.1 .1.Gnralits:

Un microcontrleur ou pic ( Peripheral Interface Contrler ) est une unit de

traitement de linformation de type microprocesseur contenant tous les composants dun systme informatique, savoir microprocesseur , des mmoires et des priphriques (ports, timers, convertisseurs) .Chaque fabricant a sa ou ses familles de microcontrleur . Une famille se caractrise par un noyau commun ( le microprocesseur, le jeu dinstruction ) .

II.1.1.2. Les avantages du microcontrleur :

Lutilisation des microcontrleurs pour les circuits programmables plusieurs points forts.

Tout dabord, un microcontrleur intgre dans un seul et mme botier ce qui, avant ncessitait une dizaine dlments spars. Il rsulte donc une diminution vidente de lencombrement de matriel et de circuit imprim.

Cette intgration a aussi comme consquence immdiate de simplifier le trac du circuit imprim puisquil nest plus ncessaire de vhiculer des bus dadresses et de donne dun composant un autre.

Laugmentation de la fiabilit du systme puisque, le nombre des composants diminuant, le nombre des connexions composants/supports ou composants / circuits imprimer diminue.

Le microcontrleur contribue rduire les cots plusieurs niveaux :

- Moins cher que les autres composants quil remplace. - Diminuer les cots de main duvre.

Ralisation des applications non ralisables avec dautres composants.

II.1.1.3 .Structure minimale d'un PIC :

La structure minimale d'un PIC est constitue des lments ci-dessous : Une mmoire de programme contient le code binaire correspondant aux

instructions que doit excuter le microcontrleur. La capacit de cette mmoire est variable selon les PIC .


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Une mmoire RAM sauvegarde temporairement des donnes. Sa capacit est aussi variable selon les PIC .

Une Unit Arithmtique et Logique ( UAL ou ALU en anglais ) est charge

d'effectuer toutes les oprations arithmtiques de base (addition, soustraction, etc.) ainsi que les oprations logiques de base (ET, OU logique, etc.).

Des ports d'entres /sorties permettent de dialoguer avec l'extrieur du

microcontrleur , par exemple pour prendre en compte l'tat d'un interrupteur (entre logique), ou encore pour commander un relais ( sortie logique ).

Un registre compteur de programme ( CP ou PC en anglais), est charg de

pointer l'adresse mmoire courante contenant l'instruction raliser par le microcontrleur. Le contenu du registre PC volue selon le pas de programme.

II.1.1.4 Le choix du microcontrleur :

Microchip offre une vaste gamme de microcontrleurs, et afin de choisir un PIC adquat a notre projet .nous peuvent utilis 16F877,vue le nombre de ports dentre /sortie suffisant , mais le problme est dans la capacit de le mmoire limite.

Pour cela nous avons fix notre choix sur le PIC18F452 qui a une mmoire de

32 ko et qui est largement suffisante pour notre application . II.1.1.5.Le microcontrleur PIC 18F452 :

Nous allons maintenant sintresser la structure interne du PIC 18F452, avec lequel nous avons travaill. Le 18F452 est un microcontrleur de MICROCHIP, fait partie intgrante de la famille des High Range (18) dont la mmoire programme est de type flash (F) de type 452 et capable daccepter une frquence dhorloge maximale de 40Mhz. II.1.1.5.1 Caractristiques gnrales:

Tableau 2.1 :Caractristique du PIC 18F452


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II.1.1.5.2 Architecteur interne du pic 18F452 [ 10 ]:

La figure (2.2) montre les diffrents composants du PIC18F452 dont on distingue les mmoires RAM, ROM et EEROM, lunit arithmtique et logique (U.A.L), les diffrents ports, les diffrents bus, lunit de conversion A/D etc.

Pour pouvoir manipuler et programmer les PICS en assembleur surtout, il est indispensable de connaitre les diffrents registres spcialiss (TRISA, PORTA, ADCON1 ) et ceux banaliss (ou lon stocke les diffrentes variables) de la mmoire RAM et leur adressage mme en langages les plus volus tl que le MicroC , la connaissance des registres spcialiss est essentielle . Cette mmoire est constitue de 15 pages.


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Figure 2.2 : Schma fonctionnel


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II.1.1.5.3 Brochage du pic 18F452 [11] :

Le botier du PIC 18F452 dcrit par la figure ( 2.3 ) comprend 40 pins : 33

pins dentres/sorties, 4 pins pour lalimentation, 2 pins pour loscillateur et un pin pour le reset (MCLR).

Le PIC18F452 contient les 5 ports suivants configurable en entre ou sortie:

Port A : 6 pins I/O numrotes de RA0 RA5. (peuvent fonctionnes en entre binaire ou analogique ).

Port B : 8 pins I/O numrotes de RB0 RB7

Port C : 8 pins I/O numrotes de RC0 RC7

Port D : 8 pins I/O numrotes de RD0 RD7

Port E : 3 pins I/O numrotes de RE0 RE2 . (peuvent fonctionnes en entre binaire ou analogique ).

Les broches VDD et VSS servent alimenter le PIC. On remarque quon a 2

connections VDD et 2 connections VSS, La prsence de ces 2 pins sexplique pour une raison de dissipation thermique. Les courants vhiculs dans le pic sont loin dtre ngligeables du fait des nombreuses entres/sorties disponibles. Le constructeur a donc dcid de rpartir les courants en plaant 2 pins pour lalimentation VSS, bien videmment, pour les mmes raisons, ces pins sont situes de part et dautre du PIC, et en positions relativement centrales. - La broche MCLR sert initialiser le Processeur en cas de la mise sous tension, de remise zro externe, de chien de garde et en cas de la baisse de tension dalimentation cette broche doit tre relie la VDD en utilisation normale.

Figure 2.3: Brochage du pic 18F452


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Les broches OSC1 et OSC2 ou CLKIN et CLOUT permettent de faire fonctionner loscillateur interne du PIC qui peut tre un quartz (Figure 2.4) , un oscillateur externe ou un rseau RC . La frquence de l'horloge interne du PIC est obtenue en divisant par 4 la frquence de l'horloge externe.

II.1.1.5.4.LOrganisation du pic 18F452 :

La mmoire du 18F452 est divise en 3 parties : La mmoire programme :

La mmoire programme est constitue de 32Kbits. Cest dans cette zone que nous allons crire notre programme. La mmoire EEPROM :

La mmoire EEPROM ( Electrical Erasable Programmable Read Only Memory), est constitue de 256 octets que nous pouvons lire et crire depuis notre programme. Ces octets sont conservs aprs une coupure de courant et sont trs utiles pour conserver des paramtres semi permanents. La mmoire Ram et organisation :

La mmoire RAM est celle que nous allons sans cesse utiliser. Toutes les donnes qui y sont stockes sont perdues lors dune coupure de courant. La mmoire RAM disponible du 18F452 est de 1536 octets.

Figure 2.4 : Brochage de loscillateur quartz


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Le TIMER : Un timer est un registre interne au micro contrleur, celui-ci sincrmente au grs

d'une horloge, ce registre peut servir par exemple pour raliser des temporisations, ou bien encore pour faire du comptage , Le PIC 18F452 possde 4 timers configurable par logiciel. Les ports entre/sortie :

On dispose de 32 broches d'entres/sorties , chacune configurables soit en entre soit en sortie ( PORTA, PORTB, PORTC, PORTD ). Un registre interne au PIC, nomm TRIS , permet de dfinir le sens de chaque broche d'un port d'entres/sorties. En rgle gnrale, un bit positionn 0 dans le registre TRIS donnera une configuration en sortie pour la broche concerne ; si ce bit est positionn 1 , ce sera une broche d'entre.

Particularit du port A :

Le 18F452 dispose de 5 canaux dentre analogique. Nous pouvons donc chantillonner successivement jusque 5 signaux diffrents avec ce composant. Les pins utiliss sont les pins AN0 AN5. Particularits du port B :

Hors de sa fonction principale autant que ports dentres /sorties, on note les pins RB0, RB1, RB2 qui, en configuration dentre, est de type trigger de Schmitt quand elle est utilise en mode interruption INT ; La lecture simple de ces entres se fait, de faon tout fait classique, en entre de type TTL. Encore il y a (RB3-RB6-RB7) qui peuvent servir dans la programmation (en mode LVP).

Particularits du port C :

Cest un port d'entre sortie classique, avec deux pins quon utilisera plus tard dans la communication srie avec le PC travers (TX et RX) (RC6 et RC7). Particularits du port D : Cest un port d'entre sortie classique. Le convertisseur :

Le CAN est un priphrique intgr destin mesurer une tension et la convertir en nombre binaire qui pourra tre utilis par un programme. Notre 18F452 travaille avec un convertisseur analogique/numrique qui permet un Echantillonnage sur 10 bits. Le signal numrique peut donc prendre 1024 valeurs possibles. On sait que pour pouvoir numriser une grandeur, nous devons connatre la valeur minimale quelle peut prendre, ainsi que sa valeur maximale, Les pics considrent par dfaut que la valeur minimale correspond leur Vss dalimentation, tandis que la valeur maximale correspond la tension positive dalimentation Vdd.


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La frquence de lchantillonnage est dfinie par les registres de configuration ADCON0 ,ADCON1 situ en RAM. Loscillateur :

L'horloge systme peut tre ralise soit avec un quartz , soit avec une horloge extrieure, soit avec un circuit RC.

Dans ce dernier cas, la stabilit du montage est limite.

La frquence maximale d'utilisation va dpendre du microcontrleur utilis. Le suffixe indiqu sur le botier donne la nature de l'horloge utiliser et sa frquence maximale. Notre PIC utilis est limit 40Mhz. MCLR : La broche MCLR permet de raliser un Reset du circuit quand elle est place 0V.

II.1.2.Afficheur cristaux liquides (LCD) [9,10,12] :

Laffichage est ralis grce un cran cristaux liquide aussi appel cran LCD. Celui qui nous a t fourni pour notre tude dispose de quatre lignes et vingt colonnes pour afficher les donnes. Lcran est aliment en 5 Volts par le PIC et connect celui-ci via la carte lectronique.

II.1.2.1-Introduction :

Les afficheurs cristaux liquides, appels afficheurs LCD (Liquid Crystal Display), sont des modules compacts intelligents et ncessitent peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 5 mA).

Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le march et diffrent les uns des autres, par leurs dimensions, ( de 1 4 lignes de 6 80 caractres), et aussi par leurs caractristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dots d'un rtro-clairage. Cette fonction fait appel des LED montes derrire l'cran du module.

Figure 2.5 : Ecran LCD


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II.1.2.2-Schma fonctionnel :

Figure 2.6 : schma fonctionnel d'un LCD

Comme il le montre le schma fonctionnel, l'affichage comporte d'autres

composants que l'afficheur cristaux liquides (LCD) seul. Un circuit intgr de commande spcialis , le LCD Controller, est charg de la gestion du module . Le " contrleur " remplit une double fonction , d'une part il commande l'affichage et de l'autre se charge de la communication avec l'extrieur. II.1.2.3-Brochage du LCD : Comment le connecter ? Avant tout, examinons les diffrentes broches disponibles sur le LCD et expliquons leur rle. La broche 1 se nomme VSS et elle est cense se connecter GND. La broche 2 se nomme VDD et correspond la broche d'alimentation de +5V. La broche 3, appele VLC, est connecte au potentiomtre pour dfinir le contraste de l'afficheur. La broche 4 est la broche RS et selon sa position, l'afficheur se prpare recevoir des instructions ou des donnes. La broche 5 est la broche R/W qui contrle si le LCD est en mode mission ou rception. La broche 6 est la broche d'activation (Enable). Lorsqu'elle passe du niveau bas haut et revient bas, le LCD lit les broches 4,5 et 7-14. Les broches 7-14 sont les lignes de bus de donnes appeles DB0-DB7, qui sont les bits de donnes principaux envoys au LCD et qui contrlent o et quoi crire sur l'afficheur.


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Les broches 15 et 16 ne sont prsentes que sur les afficheurs LCD avec retro-clairage. Tableau 2 .1 :prsente le brochage de lafficheur alphanumrique :

Tableau 2.1.: Brochage d'un Afficheur LCD

II.1.2.4. La mmoire du LCD :

L'afficheur possde deux type de mmoire, la DD RAM et la CG RAM. La DD RAM est la mmoire d'affichage et la CG RAM est la mmoire du gnrateur de caractres.

Figure 2.7 : Brochage des crans LCD alphanumrique


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II.1.2.4 .1 La mmoire d'affichage (DD RAM) :

La DD RAM est la mmoire qui stocke les caractres actuellement affich l'cran. Et cest la mmoire dans laquelle on envoie le code ASCII des caractres destins a tre affich a lcran .Sa capacit est de 80 caractres a son adressage correspond a la position du curseur a lcran , noter quil existe des afficheurs prsentant une capacit suprieur a 80 caractres .si par exemple vous crivez dans la DDRAM a ladresse 01 dun cran de deux lignes de 16 caractres ,cest en deuxime position sur la premire ligne que sera affich le caractre que vous avez envoy .Et le tableau suivant montre ca Position daffichage

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

LIGNE 1 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F LINGE 2 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F

Tableau 2.2 : Mmoire daffichage de LCD

II.1.2.4.2 La mmoire du gnrateur de caractres (CG RAM) :

Cette mmoire est consacre a la cration des caractres personnels .Cette mmoire est constitue de 64 octets permettant la cration de cinq caractres de 7x5 pixels . Des fois les nouveaux caractres chargs en mmoire, il est possible d'y accder comme s'il s'agissait de caractres classiques stocks en ROM. II.1.2.5-LAffichage dun caractre :

Le contrleur qui quipe les afficheurs alphanumrique contient 200 caractres de diffrents types . Ainsi , les adresse 00h a 07h sont rserve aux 8 caractres dfinissables par lutilisateur les adresse 20ha 7Fh contiennent 96 caractres AASCII ,les adresse E0h a FFh sont consacrs aux signes et symboles tels que les accents . ainsi que la ponctuation .

Pour afficher un caractre sur lcran , nous allons commencer par envoyer une information de position de curseur permettent a lafficheur de savoir ou dafficher le caractre . Cette instruction est immdiatement suivie du code ASCII du caractre a afficher . Le HD 44780 incrmente automatiquement un compteur dadresse Adresse counter permettant denvoy directement une chaine de caractre ASCII destine a tre affiche .

Cependant , avant deffectuer ces oprations ,il est ncessaire dinitialiser et de configurer notre afficheur afin de le prparer a recevoir des instruction et des donnes .


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Le tableau 2.3 montre laffichage des caractres en fonction de code ASCII . Tableau rsume laffichage des caractres sous LCD en fonction de code ASCII ,

II.1.2.6-Branchement de lafficheur LCD avec le PIC :

Lafficheur LCD possde deux mode de fonctionnement le 1er cest le mode 8 bits qui est le branchement normale des 8 lignes de donnes; le 2eme est le mode 4 bits qui utilise seulement 4 lignes de donne (D5, D4, D3, D2) et les autres lignes sont mises a la masse donc il va envoyer 4 bit puis 4 autre bits des frquences leve, cest le mode que nous allons utiliser dans notre cas parce quil nous permettra dconomiser des lignes et nous vitera lencombrement .La figure (2.4 ) montre le schma de branchement de lafficheur LCD avec le PIC en mode 4bits .

Tableau 2.3 : Set caractres du HD44780


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Figure 2.8 : Schma de branchement de lafficheur LCD avec le PIC

II.1.3- Prsentation du Clavier [10,13] :

Nous avons besoin dans notre travail dun outil pour pouvoir introduire les

donnes externes , tl que la consigne et les diffrents paramtres du moteur ; pour cela, on a choisit dutiliser un clavier a 16 touches ,comme le montre la figure suivante ;

Ce clavier est une matrice de 4x4 touches ,Les 8 broches utilises par le clavier sont toutes indpendantes les unes des autres .Il se re court-circuit entre deux broches seulement lorsquune touches est enfonce. Et ces claviers sont essentiellement conus pour les application grand public.

Figure 2.9 : Clavier a 16 touches


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II.1.3.1 Principe de fonctionnement :

Le principe de fonctionnement de ce clavier est simple, tout simplement on choisie dabord une configuration de branchement des lignes et des colonnes, On choisit les lignes comme entres, et les colonnes comme sorties .Et on slectionne ces lignes une par une , en envoyant les codes binaires comme indiquer sur le Tableau suivant . Et on vrifier ltat des sorties (la sortie selon la touches enfoncer ),on aura en sortie des zros si aucune de ces touches ni enfoncer .Mais en revanche si on appuy sur lun des touches on obtient une sortie comme indiquer ci-dessus . Le Tableau 2.4 : Montre les diffrents codes des touches du clavier 16 touches que nous allons utiliser . Colonne Ligne

1000

0100

0100

0001

1000 C D E F

0100 8 9 A B 0010 4 5 6 7 0001 0 1 2 3

Tableau 2.4 : Diffrents codes des touches du clavier 16 touches

II.1.3.2-branchement de clavier avec le PIC :

Figure II.10-Schma de branchement de clavier avec le PIC


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II.1.4- Prsentation du circuit 74HC573 [14]:

Le circuit intgr 74HC573 (octal D-type transparent latch ,3-state) est reprsent dans la figure 2.12 suivante :

Le choix est porter sur les circuits 74HC573 comme circuits de protection vue leurs simple utilisation ainsi leurs disponibilit sur le march .

Lutilisation de ce circuit permet daugmenter le nombre de lignes dadressage, et de protger notre pic en cas de court circuit , ou un appel dun courant dpassant la capacit du pic . Caractristiques interne et la table de fonctionnement (voir Annexe I ) . II.2.Carte de puissance SEQUENSEUR- [15] : II.2.1.Les circuit L297 :

Les circuits intgrs L297 sont les composant les plus utiliss lorsquil sagit de piloter des moteurs pa pas .Ils permettent en effet de commander nimporte quel moteur, quil soit unipolaire ou bipolaire .

Figure 2.11 : circuit 74HC573

Figure 2 .12 : Schma interne de circuit intgr 74hc573


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Ils peuvent alimenter des organes consommant un courant compris entre quelque dizaines de milliampres et plusieurs ampres .

Ce sont donc les composants standards par excellences car ils ont t conus afin dtre inclus dans un quelconque montage. II.2.2 Prsentation et brochage du circuit intgr L 297

Le L297 est conu pour fonctionner avec un rseau de quatre Darlington de puissance ou des composants discrets. Il lui suffit de recevoir les signaux de CLOCK (avance des pas ), de direction et de mode afin de piloter le moteur pas a pas .Il gnre ensuite ,seul ,la squence de commande de ltage de puissance .

Le L297 est un circuit qui contient toute la circuiterie de commande et de contrle de moteurs pas pas unipolaire et bipolaire .Utilis conjointement avec un driver double pont tel que le L298 ou le L6023 lensemble forme une interface idale pour le contrle dun moteur pas pas par microprocesseur ou microcontrleur .

Il est possible de contrler un moteur pas pas unipolaire avec un L297 en

lui adjoignant quatre transistors Darlington ou Mosfet .Il reoit les signaux de contrle en provenance dun systme a bas dun microcontrleur ,et gnre tous les signaux ncessaire pour ltage de puissance.

De plus il est capable de gnrer le mode demi pas et pas complet .Les

applications du circuit de commande L297 sont multiples et nous pouvons citer les exemples suivants : Imprimante ( chariot et positionnement des ttes dimpression, entrainement de papier , entrainement du ruban , machine a traitement de texte ,table traantes , machines a commande numrique ,robots ,scanner .).

Figure 2.13 : Circuit L297


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Le circuit L297 est disponible en boitier DIP plastique 20 pins .

Comme on peut lapercevoir sur les figures qui reprsentent sa constitution interne , il possde deux tages principaux : un translateur qui gnre les diffrentes squences de commande et un double hacheur PWM (Pulse Whith Modulation ) qui rgle le courant traversant les bobinages du moteur . Le schma suivant reprsente une configuration typique du circuit de commande de moteur pas pas .

Le schma de branchement distribution dimpulsion de commande de transistors de puissance est illustrer dans ( annexe B ). Une description des transistors Tir 120 est reprsenter sur lannexe C .

Figure 2.14 : Brochage et structure interne du circuit L297


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II.3-Ralisation de la Carte de Commande pour les moteurs pas pas :

Pour pouvoir commander ces quartes moteurs , on a ralis sur une plaque dessai la carte de commande , aprs avoir tester tous les composants ,et la figure suivante illustre une photo relle de la carte prototype de commande ralise au laboratoire. Et la Figure 2.16 reprsente une photo relle de la carte de puissance ralise au laboratoire Pour un moteur pas a pas . La Carte de commande :

Figure 2. 15 : Photo relle de la carte de commande finale ralise au laboratoire


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II.4 Carte de puissance pour un moteur pas pas :

Figure 2.16 : Photo relle de la carte de puissance ralise au laboratoire II.5-Reprsentation dISIS : ISIS ( Intelligent Schematic Input Systme ) est le module de saisie de schma lectronique et de simulation de la suite logicielle Proteus. Et ARES est le module de routage et de conception de circuit imprim de la suite logicielle Proteus. Le schma ralis sous proteus ISIS est comme suit :


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Figure 2.17 : Schma simplifier de la carte de commande ralis sous ISIS

II.6 Le codeur optique incrmental [3,21]:

Le problme rencontr est de contrler le dplacement ( la position des bras du robot )do lutilit de lutilisation d un capteur adapt ce type d'application . Les systmes de dtection conventionnels ( dtecteurs de position par contact ou de proximit ) ne fournissent que des informations tout ou rien , ils ne rpondent donc quimparfaitement au problme pos. Une des solutions consiste utiliser un codeur optique de position. Et la figure suivante reprsente une photo relle de lun des codeurs optique utilis dans notre robot .


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Photo rel d un codeur optique incrmental :

Figure 2. 18 : photo relle dun codeur optique au laboratoire

II.6.1 Description et principe gnral de fonctionnement du codeur : II.6.1.1 Constitution du codeur :

le codeur optique rotatif est un capteur angulaire de position qui comporte un metteur de lumire ( LED ) , un rcepteur photosensible , et un disque li mcaniquement par son axe lorgane contrler de la machine, disque qui comporte une succession de zones opaques et transparentes comme le montre la figure suivante .

Figure 2.19 : Photo relle dun codeur optique (vue de face )


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II.6.1.2 -Principes de fonctionnement : La lumire mise par les LEDs arrive sur des photodiodes chaque fois quelle

traverse les zones transparentes du disque. Les photodiodes gnrent alors un signal lectrique qui est amplifi puis converti en signal carr, avant dtre transmis vers un systme de traitement.

Lorsque le disque tourne, le signal de sortie du codeur est alors constitu dune suite de signaux carrs comme montr sur la figure 2.20.

Figure 2.20 : Schma illustre la manire de gnration des signaux dans codeur

La rotation dun disque gradu, fonction du dplacement de lobjet contrler, gnre

des impulsions toutes semblables en sortie dun capteur optique (rcepteur ).

Figure 2.21 : Schma fonctionnel illustre le principe de fonctionnement de codeur


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La rsolution cest--dire le nombre dimpulsions par tour, correspond au nombre de graduations sur le disque ou un multiple de celui-ci. Plus le nombre de points est important plus le nombre de mesures par tour permettra une division plus fine du dplacement ou de la vitesse du mobile reli au codeur. Conclusion :

Nous avons prsent dans ce chapitre les diffrents composants lectronique permettant la ralisation des cartes lectroniques. La carte de commande est constitue e s s e n t i e l l e m e n t dun clavier , un afficheur LCD, le tous pilot par un microcontrleur : le PIC18F452.

Nous avons galement prsent les schmas de branchement dtailles de chaque

composants constituant cette partie matrielle de notre travail .Le dsigne de certains schma a t effectue avec le logiciel Proteus ISIS .

Chapitre III Partie software

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Introduction :

Le pic est le cur de la commande. Cest a lui que le fonctionnement de tout les autres priphriques est li, et cest lui qui traite les donnes envoyes par loperateur, et cest lui qui pilote les moteurs ,et cest lui qui communique avec loperateur grce a lafficheur . Mais comment assure il cette commande ?

Pour rpondre a cette question nous allons nous intresser dans ce chapitre aux logiciels quon a utilis pour le contrle de la carte de commande par le PIC le MikroC parce quil est simple et facile a comprendre ainsi son manuel est complet , il nous permettra de cre le code machine qui sera charge dans la mmoire du microcontrleur , le logiciel ISIS pour la simulation et le teste des composants et programmes.

III.1- Etapes de dveloppement dun programme :

Pour le dveloppement de nos Programme, nous avons subdivis notre travail en trois tapes:

Etape1 : lactivit de programmation est un jeu dinstructions dans la quelle, il suffit denchaner des instructions lmentaires pour parvenir rsoudre notre problme. Dans notre cas nous avons utilis le logiciel de compilation MikroC de la socit Mikro Electronika (programme commercialise par la socit franaise LEXTRONIQUE. Etape2 : Aprs lobtention dun programme compil, le besoin dmuler son bon fonctionnement devient une ncessite puisquil nous permet davoir une ide claire sur le ct matriel, de plus nous pouvons visualiser le comportement du PIC avec ses priphriques. Dans notre cas nous avons opt pour le logiciel PROTEUS qui nous permettra de charg facilement le programme compil dans le PIC.

Etape3 : dans la phase terminale, une fois le fichier source compil et simul, il va falloir le transfrer dans la mmoire du PIC le fichier code-machine, Pour cela il faut un programmateur et un logiciel de transfert de programme, dans notre cas nous avons utilis le logiciel WinPic800. Et la figure suivante rsume ces diffrentes tapes prcdentes.


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Figure 3.1 : Cheminement de la programmation. III.2-Ecriture du programme [11] :

La programmation des PICs avec des langages de hauts niveaux tels que le BASIC le PASCAL, et langage C permet de saffranchir de la gestion des pages mmoires.

Le langage C reste un des langages les plus utiliss actuellement. Cela est d au fait que le langage C est un langage puissant riche en fonctionnalits et outils de dveloppement, comportant des instructions et des structures de haut niveau tout en gnrant un code trs rapide grce un compilateur trs performant.

Programme *hex

Fichier source C

Programme *hex

(Code machine + adresses)

Transfert du programme vers PIC Carte programmateur de pic

logiciel de COMPILATION

MicroC COMPILER

Logiciel de simulation

ISIS

Logiciel de transfert WINPIC

Algorithme


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Pour le dveloppement de systmes embarqus ,le choix est fix sur le MicroC

puisquil fournit une trs grande prsence pour son efficacit. La figure 3.2 : Prsente une fentre du compilateur MikroC utilis dans notre projet le MikroC IDE:

Figure 3.2 : fentre du compilateur MicroC

III.3 - Prestation du MikroC [11,17,18,19] : III.3.1- Introduction au MicroC:

MikroC est un puissant outil pour les micros PIC. Il est conu pour fournir au client la solution la plus simple possible pour dvelopper des applications pour systmes embarqus, sans compromettre les performances ou le contrle.

Le MikroC offre un environnement de dveloppement intgr (IDE) trs avanc, large ensemble de bibliothques de matriel, la documentation complte et beaucoup de fonction prte lemploi. Le PIC est la puce la plus populaire de 8-bits dans le monde, utiliss dans une grande varit d'applications et le C pris pour son efficacit est le choix naturel pour le dveloppement de systmes embarqus, le dveloppement des applications avec le C est plus rapide et plus facile aussi pour les microcontrleurs de la famille (PIC12, PIC16, PIC17, PIC18, et DSPIC).La hautement sophistiqus de son IDE fournit la puissance qui est ncessaire la simplicit d'un environnement bas sur Windows.


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Avec des outils utiles mis en uvre, de nombreux exemples de code pratique,

ensemble des routines intgres, et une aide complte, le MikroC est un outil rapide et fiable. Le MikroC permet de dvelopper et dployer des applications complexes:

crire un code source C en utilisant le trs avanc diteur de code. Utiliser les bibliothques du MikroC fait acclrer considrablement le

dveloppement (acquisition de donnes, la mmoire, affichage, les conversions, les communications.....)

Surveiller la structure du programme variables et fonctions dans l'explorateur de code.

Inspecter le droulement du programme et de dboguer la logique dexcution avec l'intgration Debugger, Obtenez des rapports dtaills et des graphiques sur les statistiques du code

III.3.2 - Editeur de code: L'diteur de code est un diteur de texte avanc model pour rpondre aux besoins de la professionnelle, y compris les familiers Copi, Coll, Annul et des actions, communes pour Windows environnement. Choix de l'diteur avanc incluent: rglable coloration syntaxique, Assistant Code, Sous Paramtre, Code Template (Auto Complete), Correction automatique pour les types communs, les signets et aller la ligne. Personnaliser les options de l'diteur de dialogue Paramtres. Pour accder aux rglages, choisissez Outils> Options dans le menu droulant, ou cliquez sur l'icne Outils. Laspect de cet diteur est illustr en figure 3.3.

Figure 3.3 : Editeur de code du MikroC


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III.3.3- Outils intgrs du MikroC:

Ceux-ci contiennent 4 outils intgrs:

1-USART Terminal-MikroC comprend l'USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) terminal de communication pour RS232 .Nous pouvons le lancer partir du menu droulant -Outils> Terminal ou en cliquant sur l'icne Terminal.

2-ASCII Graphique la table ASCII est un outil pratique, particulirement utile lorsque on travail avec lcran LCD. Lancez le menu droulant Outils>tableau ASCII

3-LAfficheur 7 segment est un visuel pratique panneau qui transforme le dcimal en hexadcimal pour toute combinaison viable pour afficher sur 7segment. En Cliquant sur les parties de 7 segments sur l'image on obtenait la valeur souhaite dans les botes modifier. Il peut tre lanc partir des outils menu droulant Outils> afficheur7 segments.

4-EEPROM rdacteur EEPROM Editor permet l'utilisateur de grer facilement des EEPROM microcontrleur PIC.

III.3.4 MikroC bibliothque:

Le MikroC fournit un certain nombre d'intgrs et routines de bibliothques qui contribuent au dveloppement dapplication plus rapide et plus facile. Bibliothques pour ADC, CAN, USART, SPI, I2C, LCD, PWM, RS485, Clavier, mise en forme numrique, la manipulation de bits, et bien dautres sont inclus avec la pratique, des exemples de code prt l'emploi.

En plus des instructions du C standard le MikroC dispose dinstructions en plus spcifique la gestion des PICs nous citrons ci-dessous quelquune : -TRISX: sert configurer le port X en sortie (on met un 0) ou entre (on met un 1) -PORTX : sert envoyer une donner dans le port X -ADCON0 et ADCON1 : sert configurer lentrer analogique .

II.4 Simulation du programme:

Arrivons ce stade la simulation de notre programme parait indispensable do lutilisation du logiciel PROTEUS ISIS permettant de mieux visualiser le bon droulement du systme ainsi que davoir une ide clair sur la partie matriel que ce soit rfrences et mme conception des circuits imprims.

Lintrt de simuler dun programme est bien sr pdagogique c