Soutenance mémoire
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Caractéristiques principales d’un microcontrôleur
Le microcontrôleur possède plusieurs caractéristiques notamment :
De nombreux périphériques d’E/S.
Une mémoire vive.
Éventuellement une mémoire EEPROM destinée à la sauvegarde par programme des données à la coupure de l’alimentation.
Un processeur 8 ou 16 bits.
Faible consommation électrique.
Les avantages d’un microcontrôleur
L’utilisation des microcontrôleurs pour les circuits programmables à plusieurs points forts est bien réelle. Il suffit pour s’en persuader, d’examiner la spectaculaire évolution de l’offre des fabricants des circuits intégrés en ce domaine depuis quelques années. En effet, le microcontrôleur est moins cher que les autres composants qu’il remplace. D’une autre part, le microcontrôleur diminue les coûts de main d’œuvre. [8]
Un système à microprocesseur permet :
D’acquérir des entrées logiques et analogiques représentant l’état du système technique,
D’interpréter, la signification de ces entrées,
De calculer, mémoriser, récupérer des variables logicielles intermédiaires,
De gérer le temps,
D’agir sur des sorties logiques et analogiques en fonction des entrées et des calculs réalisés de manière à modifier le fonctionnement du système technique (commande moteur, affichage d’informations…)
De communiquer par des liaisons séries avec d’autres systèmes techniques et/ou un ordinateur.
Composants intégrées
Un circuit microcontrôleur doit contenir dans un seul boîtier tous les éléments de base qu’on verra par la suite. En effet, pour l’analyse des divers systèmes réalisés avant l’avènement des microcontrôleurs, les fabricants des circuits intégrés ont affiné un peu la définition de ce qu’il fallait intégrer pour arriver à un schéma type analogue.
Le microprocesseur
Toutes les informations transitées par le microprocesseur, il exécute un programme contenu en mémoire. Ce programme est constitué d’un ensemble d’instructions élémentaires codées, qui seront décodées puis exécutées au fur et à mesure par le microprocesseur. Le microprocesseur est composé entre autre :
D’un décodeur d’instruction qui va déterminer la tâche à exécuter.
D’un séquenceur qui contrôle le fonctionnement de l’ensemble du microprocesseur.
D’une Unité Arithmétique et Logique qui est chargée des opérations élémentaires (opérations logiques, addition, soustraction, comparaison, multiplication division…).
D’un compteur ordinal qui génère l’adresse de l’instruction qui devra être exécutée ou de la donnée qui devra être traitée.
Le microprocesseur utilisera un certain nombre de registres qui permettront de configurer et agir sur les différents périphériques.
Les mémoires du microcontrôleur
Il existe différents types de mémoires :
EEPROM programme : c’est une mémoire morte dans laquelle on va stocker le programme qui va gérer le fonctionnement du système technique.
EEPROM données : c’est une mémoire vive dans laquelle on va stocker les données devant
être sauvegardées si le système technique est mis hors tension.
RAM : mémoire vive dans laquelle on va stocker des données temporaires nécessaires à l’exécution du programme de gestion du système technique. Ces données ne seront plus disponibles si le système technique est mis hors tension.
Le contrôle du microcontrôleur
L’horloge du microcontrôleur
Elle va donner la référence temporelle au microprocesseur pour exécuter les instructions. L’horloge d’un microprocesseur est souvent réalisée grâce à un Quartz. Il existe certains microcontrôleurs qui ont la possibilité de sélectionner une horloge interne (sans composants externes) ce qui permet d’utiliser les broches de l’horloge pour d’autres périphériques.
Le chien de garde du microcontrôleur
C’est une structure, qui peut être interne ou externe au microcontrôleur, qui permet de vérifier le bon déroulement du programme.
Le microcontrôleur envoie des impulsions espacées de durées fixes au chien de garde.
Tant que les impulsions espacées de durées fixes arrivent au chien de garde, tout se passe bien. Par contre dès que le chien de garde détecte l’absence d’une impulsion (le programme est bloqué), il produit une mise à zéro du programme de gestion du système technique de manière à débloquer le programme.
Le reset à la mise sous tension
Tout microcontrôleur a besoin d’un temps minimum avant de pouvoir commencer à lancer le programme. Ce temps est donné par la documentation constructrice.
Il faut par conséquent produire un signal de reset d’une durée supérieur à la mise sous tension.
Surveillance de l’alimentation
C’est une structure qui permet de produire un reset du microcontrôleur si une chute de l’alimentation est détectée (problème sur le système technique).
Les périphériques d’un microcontrôleur
• Les CAN et CNA
Les CAN ou Conversion Analogique Numérique : ce périphérique se trouve souvent implémenté dans le microcontrôleur, il permet d’acquérir des grandeurs électriques de type analogique directement à partir d’une ou plusieurs broches du microcontrôleur la sortie est un nombre binaire. Les CNA ou Conversion Numérique Analogique : ce périphérique permet de produire une tension analogique à partir de mots numériques internes au microcontrôleur. [6]
• Les ports d’entrées/sorties d’un microcontrôleur
• D’acquérir les entrées de types logiques indiquant l’état du système technique,
• De produire des sorties de types logiques permettant de commander les périphériques du système techniques (afficheurs, moteurs, buzzer…). [11]
Type de microcontrôleur [12]
Plusieurs types de microcontrôleurs :
Microchip : PIC ; familles 12Cxxx, 16Cxxx, 16Fxxx, 18Fxxx, …
Atmel: AT; familles AT89Sxxxx, AT90xxxx, …
Philips: P89C51RD2BPN, …
Motorola: famille 68HCxxx
Les PIC
Les microcontrôleurs PIC (ou PIC micro dans la terminologie du fabricant) forment une famille de microcontrôleurs de la société Microchip. Ces microcontrôleurs sont dérivés du PIC1650 développé à l’origine par la division microélectronique de General Instruments.
Le nom PIC n’est pas officiellement un acronyme, bien que la traduction en «Peripheral Interface Controller » (contrôleur d’interface périphérique) soit généralement admise. Cependant, à l’époque du développement du PIC1650 par General Instruments, PIC était un acronyme de « Programmable Intelligent Computer » ou « Programmable Integrated Circuit ».
Définition
Les PIC intègrent une mémoire de programme, une mémoire de données, des ports d’entrée-sortie, et même une horloge, bien que des bases de temps externes puissent être employées. Certains modèles disposent de port et unités de traitement de l’USB. [8]
Les Pics sont très performants par leur vitesse d’exécution, et peu couteux, les microcontrôleurs PIC se sont imposés avec succès depuis une dizaine d’années et se retrouvent aujourd’hui dans de
nombreux appareils très divers (programmateurs domestiques ou d’appareils électroménager ; Télécommande ; thermostats électroniques…).
Architecture
Les PIC se conforment à l’architecture Harvard : ils possèdent une mémoire de programme et une mémoire de données séparées. La plupart des instructions occupent un mot de la mémoire de programme. La taille de ces mots dépend du modèle de PIC, tandis que la mémoire de données est organisée en octets.
Les PIC sont des processeurs dits RISC, c’est-à-dire processeur à jeu d’instruction réduit. Plus le nombre d’instructions est réduit, plus le décodage est rapide, et plus le composant fonctionne vite. Cependant, il faut plus d’instructions pour réaliser une opération complexe.
Un cycle d’instruction d’un PIC dure 4 temps d’horloge. La plupart des instructions durent un cycle, sauf les sauts qui durent deux cycles. On atteint donc des vitesses élevées.
Avec un quartz de 4 MHz (ou l’horloge interne), on obtient donc 1000000 de cycles/seconde, or, comme le PIC exécute pratiquement 1 instruction par cycle, hormis les sauts, cela donne une puissance de l’ordre de 1 million d’instructions par seconde.
Les PIC peuvent être cadencés à 20 MHz (série PIC16), 40 MHz (série PIC18), et 48 MHz (exemple : PIC18F2550 PIC avec USB) et 64 MHz (exemple : PIC18F25K20 PIC en 3,3 V). [9] [10]
Identification des Pics
Nous présenterons les méthodes utilisées pour identifier les références des circuits pic, ce qui nous renseigne déjà sur un certain nombre de paramètres importants.
Une référence de microcontrôleur Microchip est toujours de cette forme : xx (L) XXyy –zz Expliqué dans le tableau suivant :
Organisation d’un PIC [13]
Un microcontrôleur se présente sous la forme d’un circuit intégré réunissant tous les éléments d’une structure à base de microprocesseur.
Voici généralement ce que l’on trouve à l’intérieur d’un tel composant :
Un microprocesseur (C.P.U.).
Une mémoire de donnée (RAM et EEPROM).
Une mémoire programme (ROM, EEPROM).
Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées/sorties.
Des interfaces séries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avec d’autres unités.
Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.
Des convertisseurs analogique/numérique pour le traitement des signaux.
LES DETECTEURS
Définition et rôles
Les détecteurs servent à contrôler les objets et l’environnement dans lequel ils sont installés, et transmettre à la centrale la situation qui s’est vérifiée. Pour contrôler efficacement, ils doivent être placés dans des endroits stratégiques des pièces, portes, fenêtres, volets, vérandas, etc. [14]
Elle est donc mise en œuvre pour assurer la protection des biens et des personnes face aux risques d’intrusion et d’agression.
Pour assurer la protection des biens et des personnes face aux risques d’intrusion, de vol et d’agression, on met en place des dispositifs de sécurité passive et active.
• La sécurité passive rend difficile et retarde l’intrusion des personnes indésirables. Elle est assurée par l’ensemble des portes, fenêtres, volets, serrures, barreaux, grilles, etc… [14]
• La sécurité active alerte les occupants, les voisins, un service de gardiennage ou la police, en cas d’intrusion ou de tentative d’intrusion. Elle est assurée par un système d’alarme. [14]
Les différents types des détecteurs
En général, il existe 3 types de détection [1] :
La détection périphérique
La détection périmétrique
La détection volumétrique
La détection périphérique
Toute pénétration dans le champ environnant le bâtiment à protéger est détectée avant la pénétration dans les locaux.
Les différents types de détecteurs :
Barrière infrarouge : détecte la coupure d’un ou plusieurs faisceaux infrarouges par l’intrus.
Barrière hyperfréquence : détecte la perturbation que l’intrus crée sur la transmission d’un signal hyperfréquence. [15]
Les détecteurs d’ouverture : déclenchent l’alarme lors d’une intrusion par une issue classique telle qu’une porte ou une fenêtre ; Il existe plusieurs détecteurs d’ouverture spécifique pour les portes ou fenêtre, les volets, les rideaux à enroulement (volets mécaniques manuels ou motorisés), les portes de garage. [15]
Les détecteurs de détérioration d’obstacle : ils sont généralement installés sur des parois
(détecteurs de chocs, de vibrations ou de brise de glace). Le rôle d’un détecteur de détérioration est de signaler l’attaque physique d’un obstacle (la découpe d’un verre, l’éventration d’une cloison ou mur à l’aide d’une masse ou d’une hache), le passage de clôture, d’un grillage ou d’une haie naturelle, etc. [15]
La détection périmétrique
Elle protège toute ouverture d’une porte, fenêtre ou portail, on y trouve aussi la détection de brise-glace. Pour une habitation, un détecteur périmétrique est placé comme son nom l’indique sur le périmètre : murs, cloisons, …
Les différents types de détecteur [16]:
Détecteur d’ouverture : détecte l’ouverture d’un ouvrant (porte, fenêtre…), il doit alors détecter avant qu’il puisse le neutraliser.
Détecteur de chocs : détecte une tentative de détérioration de porte vitrée, de fenêtre ou de paroi de faible résistance. Il doit avoir détecté au plus tard à la détérioration de l’obstacle.
Détecteur sismique : détecte les tentatives de percement d’une paroi à l’aide d’outil comme des perceuses, des chalumeaux, des lances thermiques.
Détecteur rideau : détecte le rayonnement émis par l’intrus qui franchit le faisceau de détection. Il peut aussi remplacer les détecteurs de chocs au cas où ils ne peuvent être mise en œuvre pour les raisons techniques et de fiabilité.
Les détecteurs de passage : ils détectent le déplacement libre de personne autorisée ou non, dans des endroits comme un couloir, un escalier, une allée, sur le balcon d’un appartement, devant des objets de valeur ou tout endroit qui n’est pas lié à la protection classique des portes, des fenêtres, etc. Par exemple les détecteurs par contact électrique.
Les faisceaux de détection de passage : ils protègent simultanément de plusieurs issues placées dans un même plan (fenêtre ou porte-fenêtre sur un même mur). Par exemple les faisceaux lumineux.
Détecteur volumétrique
Les détecteurs de volumétrique sont destinés à la détection d’un intrus dans un volume fermé. Ils sont couramment appelés détecteur de présence ou détecteurs de mouvement et ils regroupent les différents types suivant :
Détecteurs à infrarouge passif
Le détecteur infrarouge passif (Passive Infra Red: PIR) est l’un des détecteurs les plus courants dans les environnements domestiques et les petites entreprises, car il offre des fonctionnalités fiables et abordables. Le terme « passif » désigne que le détecteur est capable de fonctionner sans avoir besoin de générer et émettre sa propre énergie (contrairement aux capteurs à ultrasons et à micro-ondes qui sont des détecteurs d’intrusion volumétrique « actifs »). Les PIR sont capables de distinguer si un objet émetteur infrarouge est présent d’abord par la détection de la température ambiante de l’espace surveillé, puis par la détection d’un changement dans la température causée par la présence de cet objet. [1]
En utilisant le principe de différenciation, qui se traduit par une vérification de la présence ou non-présence, le PIR permet de décider si un intrus ou un objet est réellement là.
Parmi ces zones, il y a des zones de non-sensibilité (zones mortes) qui sont utilisées par le capteur pour la comparaison.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I: GENERALITES D’UN SYSTEME D’ALARME
1.1 Historique des systèmes d’alarmes
1.2 Objectif d’un système d’alarme
1.3 Composition d’un système d’alarme
1.3.1 La détection
1.3.2 La gestion
1.3.3 Les actionneurs
1.3.4 L’alimentation
1.4 Principe de fonctionnement
I.4.1 Les différentes Technologie
I.4.2 Les dispositifs de signalisation d’alarme
CHAPITRE II: MIROCONTROLEUR
2.1 Caractéristiques principales d’un microcontrôleur [7]
2.2 Les avantages d’un microcontrôleur
2.3 Composants intégrées
2.3.1 Le microprocesseur [9]
2.3.2 Les mémoires du microcontrôleur [10]
2.3.3 Le contrôle du microcontrôleur [11]
2.3.4 Les périphériques d’un microcontrôleur
2.3.5 Type de microcontrôleur [12]
2.4 Les PIC
CHAPITRE III: LES DETECTEURS
3.1 Définition et rôles
3.2 Les différents types des détecteurs
3.2.1 La détection périphérique
3.2.2 La détection périmétrique
3.2.3 Détecteur volumétrique
3.3 Câblage des détecteurs
3.3.1 Détecteurs en boucle équilibré
3.3.2 Détecteurs en boucle tout ou rien
3.4 Réglages et précautions d’installation
3.4.1 Réglages des détecteurs
3.4.2 Précautions d’installation
PARTIE II: ETUDE CONCEPTIONNEL
CHAPITRE IV: STRUCTURE DU SYSTEME
4.1 Objectifs du système
4.2 Composition du système
4.3 Les principaux éléments constituants chaque module
4.3.1 Module centrale
4.3.2 Module commande
CHAPITRE V: LES APPAREILS UTILISEES
5.1 Microcontrôleur pic
5.1.1 Les éléments essentiels du PIC 16F877 [7]
5.1.2 Minimum pour démarrer
5.1.3 Les mémoires du PIC [6] [8]
5.1.4 Critère de choix du microcontrôleur
5.2 Module GSM
5.3 RELAIS
5.4 Un clavier
5.5 Afficheur LCD
5.5.1 Fonctionnement du LCD
5.5.2 Brochage d’un LCD
5.6 Liaison série RS232
PARTIE III: TEST ET SIMULATION
CHAPITRE VI: LOGICIEL UTILISEE
6.1 ISIS PROTEUS
6.2 MIROC
6.3 Serial Splitter
CHAPITRE VII: SIMULATION DU SYSTEME
7.1 Principe de fonctionnement
7.1.1 Configuration des ports
7.1.2 Programmation et organigramme principal
7.1.3 Schéma électronique principale
7.2 Déroulement du processus
7.3.1 Introduire le mot de passe pour avoir accès au système
7.3.2 Mode d’alarme
7.3.3 Taper le numéro téléphone
7.3.4 Envoyer un SMS sous proteus
7.3 Comparaison du système
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE I
ANNEXE II
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