COMMANDE, ACQUISITION DE DONNEES ET REGULATION

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Descriptions de la chambre froide

La chambre froide est installée dans un local hors porté de toute source de lumière. Elle est réalisée en construction modulable et ces caractéristiques sont les suivantes:
 Dimensions : 3300 * 2920 * 2070 [mm]
 Revêtements extérieur, intérieur et plafonnier en panneaux de tôle galvanisée et plastifiée de couleur blanc
 Isolation en polyuréthane d’épaisseur 7 cm
 Porte frigorifique d’épaisseur 13 cm de marque MISA
 Sol revêtu de carreaux de 30 * 30 cm
 Installée dans un local hors porté du rayon de soleil

Les réseaux électriques

Principe fonctionnel

L’installation comporte :
 Un groupe compresseur à moteur triphasé 400V ;
 Un condenseur à air à convection forcée moteur triphasé 400V;
 Un évaporateur à convection forcée moteur monophasé 230V et
 Une électrovanne liquide.
Le dégivrage est obtenu par une batterie de résistance alimentée en monophasé 230V. Cette batterie est incorporée dans l’évaporateur, elle est commandée par un thermostat d’évaporateur.
Le circuit de puissance est alimenté sous un secteur de 380V/420V triphasé, comme le moteur compresseur ; les ventilateurs du condenseur. Et le circuit de commande et de régulation sont alimentés sous une tension monophasé de 230V, de même pour l’électrovanne ; la résistance de dégivrage et les ventilateurs de l’évaporateur.

Appareils de régulation 

A l’extérieur de la chambre sur sa façade, on voit un thermomètre à aiguille (-40 à +40°C) ; un afficheur de température de OCEA SOFT et deux afficheurs de température électronique Ako. La première de ces Ako est pour la température de consigne (2 à 5°C) et détecte la basse température (1°C). Cette dernière alimente une sirène en cas de baisse de la température à l’intérieure de la chambre. Et le deuxième est pour l’alarme de la température supérieure (8°C) qui a son tour aussi active la sirène.
Le système Cobalt est un afficheur de température très moderne. Il utilise une sonde PT100 pour l’acquisition de la température. C’est un enregistreur de données sans fil haute fiabilité qui lit les capteurs connectés à intervalle programmable, stocke les données localement, puis les transfère par radio à la base de données ThermoServer grâce à un récepteur relié aux réseaux. Il possède :  Un afficheur LCD haute lisibilité affichant la dernière mesure réalisée et certains paramètres du module
 Connexion au réseau radiofréquence
 Vaste gamme de capteurs prise en charge
Le Cobalt peut être équipé d’une sonde température interne, température PT100, humidité/température, CO2/température, pression différentielle.

Conversion du R22 

Du point de vue environnemental, le R22 contient le Chlore et possède un effet de serre directe de 1700 kg de CO2. Et il est réglementé par le protocole de Montréal, qui prévoit l’arrêt de toute consommation de HCFC dans les pays développés et dans les pays en développement. Ce qui implique son remplacement par des réfrigérants plus respectueux de l’environnement tels que R410A (un mélange zéotropique de difluorométhane et de pentafluoroéthane), R422A, R134a (1, 1, 1,2-tétrafluroéthane) ou R407C.
Voici un exemple explicatif pour procéder à la conversion du R22 en R422A ou ISCEON MO79 :
 Déterminer la performance de base avec le fluide frigorigène existant.
 Vider dans un cylindre de récupération tout le fluide frigorigène (contenant du R22) en place dans le système. Peser la quantité de fluide frigorigène enlevée.
 Remplacer le filtre déshydrateur et les joints/garnitures élastomériques critiques.
 Mettre le système sous vide et vérifier qu’il n’y a pas de fuites.
 Charger avec ISCEON MO79.
 Extraire le fluide frigorigène du cylindre de chargement uniquement sous sa phase liquide.
 La charge initiale doit être inférieure à la quantité standard de l’ancien fluide frigorigène.
 Démarrer le système, ajuster la charge (sauf si un réservoir de liquide ou un détendeur thermostatique est présent) pour assurer une surchauffe optimale.
 Vérifier les niveaux d’huile du compresseur. Compléter si nécessaire.
 Coller sur le système une étiquette indiquant le fluide frigorigène utilisé (ainsi que tout remplacement de lubrifiant).

Bilan thermique 

Le bilan frigorifique d’une chambre froide permet de quantifier la somme des apports de chaleur qu’il faudra combattre pour maintenir l’enceinte réfrigérée.
Les différents facteurs à considérer sont les suivants :
 Nature de l’isolant : polyuréthane
 Epaisseur de l’isolant : 70 mm
 Température maximale de l’ambiance : 30°C
 Température moyenne à l’intérieur de la chambre froide : 3°C
 Dimensions extérieures de la chambre froide : 3300 * 2920 * 2070 [mm]
 Nature des denrées à entreposer : vaccins
 Température avant et après réfrigération : 3°C
 Masse de denrées à réfrigérer en 24 h : 150 kg
 Quantité de chaleur due au service dans le même temps
 Temps de marche du compresseur en 24h :16 h

La partie émettrice

Description

La partie émettrice est une carte enregistreuse de données sans fil. Les données sont envoyées à une carte réceptrice par l’intermédiaire d’un transmetteur ayant une fréquence de 2,4 GHz. La carte réceptrice est connectée à un port USB de l’ordinateur pour lire les données reçues en traitant les signaux grâce à une interface matérielle.

Le capteur

Comme tout principe d’une chaîne d’acquisition, la première composante est toujours les capteurs. Dans notre carte, nous avons employé un capteur de température et d’humidité déjà numérique, le DHT 22.
D’où, nous n’avons plus besoin de convertir les signaux pour qu’il y ait une conversion analogique numérique.

Présentation

Les capteurs DHT sont très simples, et sont parfaits pour la journalisation de base de données. Ces capteurs sont composés de deux parties, un capteur d’humidité capacitif et une thermistance. Il y a aussi une puce à l’intérieur très basique qui fait un peu de conversion analogique numérique et crache un signal numérique de la température et de l’humidité. Le signal numérique est assez facile à lire en utilisant n’importe quel microcontrôleur. Le capteur est déjà calibré et ne nécessite pas de composants supplémentaires pour pouvoir être utilisé.

Fonctionnement du circuit

Le capteur de température et d’humidité numérique est alimenté par une tension continue de 3V grâce à deux éléments de piles R20 AA de 1,5V. Celui-ci est connecté aux borniers rouges de la figure ci-dessus. Ces broches sont au nombre de quatre, deux pour l’alimentation, l’un pour la sortie du signal numérisé et le dernier ne sert à rien. Le pin de sortie du signal est connecté à PD0 (pin 11) du microcontrôleur.
L’oscillateur de l’ATMEGA 328 bat à 16 MHz, fréquence définie par le quartz Q1 épaulé par la paire de condensateurs classique assurant une charge en mode parallèle. En réalité, le microcontrôleur travaille à 20 MHz, fréquence générée en interne par le biais d’une boucle à verrouillage de phase (PLL = Phase Locked Loop) et d’un diviseur de fréquence interne à partir des 16 MHz fournis par le quartz.
L’alimentation du montage se fait par le biais des deux piles. Même le transmetteur nRF24L01 est alimenté par cette tension et il possède huit pins. Ces pins sont connectés sur le microcontrôleur. Le signal est traité par le microcontrôleur et est émis par le transmetteur. Ce dernier joue le rôle d’émetteur.
Il reste R1 et C7 pris à l’entrée MCLR (PIN 1) du microcontrôleur. Il ne s’agit d’un réseau de réinitialisation (reset) classique. Et les autres broches servent à la programmation du microcontrôleur.

Interfaces de la carte émettrice

 A0, A1: connecteurs analogiques (VCC et GND pour l’alimentation)
 D3, D4 : connecteurs numériques (VCC et GND pour l’alimentation)
 A4, A5 : connecteurs « I2C » (VCC et GND pour l’alimentation)
 Interface pour le module nRF24L01 +:
– D11 : RF MOSI
– D12 : RF MISO
– D13 : RF SCK
– D8:RFCE
– D7 : RF CSN
– D2 : RF IRQ
 D4 : bouton poussoir
 D9 : LED
 A2 : diviseur de tension pour surveiller le niveau de batterie
 A3 : capteur analogique

Champ d’applications

L’application de cette carte émettrice est très vaste. Elle peut être utilisée pour :
 Capteur pour station météo
 Collecte de données avec capteurs d’impulsions ou débit de gaz
 Capteur universel (avec carte d’extensions)
 Transfert de données

Module nRF24L01

Les modules nRF24L01 sont des émetteurs / récepteurs qui utilisent la bande de fréquence 2,4 GHz comme le radio modélisme. Ils comportent une antenne intégrée.
Le module nRF24L01, fabriqué par NORDIC Semiconductor, permet de réaliser une liaison sans fil. Il communique avec le microcontrôleur (Arduino ou compatible) via le bus SPI (Serial Peripheric Interface).
La librairie Mirf permet de contrôler rapidement et relativement facilement des modules nRF24L01. Le protocole de transmission nommé « ShockBurst » permet de transmettre des données sans se soucier des possibles problèmes de transmission.
Une modulation avec 125 canaux, des sauts de fréquence, couplés à un dispositif intégré de détection d’erreur, un adressage des messages, permettent un antiparasitage très efficace.
La vitesse de fonctionnement maximale est de 2Mbps, avec une faible consommation électrique. La distance de transmission est relativement élevée et permet le pilotage de robots, la transmission à distance de données (alarmes, mesures de capteurs de station météo, jeux, jouets, périphériques d’ordinateurs, etc…).

La partie réceptrice

Description

Comme notre acquisition suit l’avancée technologique, nous avons utilisé deux cartes qui sont reliés par le transmetteur nRF24L01. La carte réceptrice est dotée du même microcontrôleur que la carte émettrice, l’ATMEGA 328 P. Mais c’est le programme installé dans chacun qui les diffère.
La carte est reliée à l’ordinateur par son port USB afin de traiter les signaux envoyés par la carte émettrice. D’où, l’utilisation d’un adapteur USB-série ou USB to TTL est nécessaire.

Adapteur USB to TTL

L’adapteur USB to TTL combine les ports USB-232-1 (adapteur USB vers simple RS232) et TTL-232-1 (adapteur port RS232 vers TTL). Et il permet de convertir le port USB vers TTL ou CMOS et vice versa. Il peut être utilisé pour piloter les modules RF sans fil.
Cet adapteur sert aussi à charger les programmes dans les microcontrôleurs. Et on utilise un fichier nommé CP210 USB to UART Bridge Driver pour le pilote de l’adapteur.

La carte réceptrice 

La carte est dotée de l’ATMEGA 328 P. Mais ce qui la différencie de la carte émettrice est le programme chargé à l’intérieur du microcontrôleur. Ici, nous avons basé notre carte réceptrice comme celle d’un arduino pro mini. Elle utilise aussi le transmetteur nRF24L01 afin de recevoir les données transmises par l’émetteur. En plus, elle est alimentée par le port USB de l’ordinateur qui délivre une tension continue de 5V.
Et on utilise le même programmateur USBtinyISP pour charger le fichier dans le microcontrôleur.
Pour la programmation, on procède de la manière suivante :
 On ne fait rien de particulier car le bootloader est déjà préchargé
 Brancher les quatres fils : GND et Vcc de la carte aux deux sorties correspondantes du module de programmation. Puis relier Tx et Rx en croisant Tx/Rx entre la carte et le module.
 Lancer l’IDE Arduino sur l’ordinateur, dans Tools/board sélectionner la carte « Arduino Pro Mini, de type 5V 16Mhz, puce 328 » (parmi les quatres versions proposées)
 Brancher le module sur un port USB et choisir ce port de l’ordinateur dans l’IDE.
 Lancer la compilation du programme Arduino puis le téléversement.
 On voit s’afficher « Compilig sketch / Binary sketch size… » signifiant que le programme a été compilé sans erreurs.
 Puis dès que l’IDE affiche « Uploading », appuyer une fois sur le petit bouton reset de la carte pour effacer le programme précédent et synchroniser le téléchargement.
 Sinon on obtient l’affichage d’erreur « avrdude: stk500_getsync (): not in sync: resp=0x00 » disant que le téléchargement ne s’est pas effectué.
 Pendant le téléchargement les diodes Tx et Rx clignotent rapidement sur le module de programmation.
 Ensuite, « Done uploading » s’affiche et le programme démarre aussitôt sur la carte.
 On peut retirer les fils Tx et Rx une fois le microcontrôleur programmé.
 Le programme reste en mémoire si on retire l’alimentation.
La figure suivante représente la carte réceptrice avec le module nRF24L01 et l’adapteur USB to TTL :

Table des matières

 INTRODUCTION
PARTIE I : LES INSTALLATIONS THERMIQUES DE L’INSTITUT PASTEUR DE MADAGASCAR
Chapitre I : GENERALITES
A- Historiques
B- Organigramme
C- Objectifs du stage
D- Les différents types d’installations thermiques
Chapitre II : LE CENTRE INTERNATIONAL DE VACCINATION
A- Généralités
B- Description de la chambre froide
C- Fonctionnement
D- Les groupes frigorifiques
E- Les réseaux électriques
F- Le fluide frigorigène
G- Bilan thermique
PARTIE II : COMMANDE, ACQUISITION DE DONNEES ET REGULATION
Chapitre III : PARTIE MATERIELLE
A- Principe
B- La partie émettrice
C- La partie réceptrice
Chapitre IV : PARTIE UTILISATEUR
A- Généralités
B- Procédure de mise en œuvre de l’interface
C- Interface du logiciel
D- Résultats
E- Interprétation des données
CONCLUSION

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