Support de présentation sur la conception et la réalisation d'un objet électronique. L'objectif initial est de montrer quelles sont les disciplines de la formation en IUT GEII mises en jeu lors de la création d'un système électronique.

1. CONCEPTION ET REALISATION D’UN
OBJET ELECTRONIQUE
Application : Thermomètre à affichage
numérique
De la conception à la fabrication
Département GEII de l’IUT de l’Indre
Eric PERONNIN

2. De nombreuses disciplines du DUT GEII en
jeu
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Gestion de
projet
Mathématiques
Electronique
Analogique
Electronique
Numérique
Informatique
Embarquée
Physique des
capteurs
Anglais
CAO
Electronique
Physique des
Capteurs
Carte
Electronique

3. Aspects relatifs à la Gestion de Projet
De la conception à la fabrication
Département GEII de l’IUT de l’Indre
Eric PERONNIN

4. Cahier des charges : critères
• Critère N°1 : offrir un éclairage sur la conception et la
fabrication d’une carte électronique.
• Fête de la science.
• Séances découvertes des métiers du Génie Electrique pour
les écoles, collèges et lycées.
• Critère N°2 : faible coût de fabrication.
• Ecoliers, collégiens et lycéens repartent chacun avec un
produit fini  opération entièrement financée par le
département Génie Electrique et Informatique Industrielle de
l’IUT de l’Indre.
• Réalisation réaliste dans le contexte d’une production
industrielle d’un produit grand public (pour une petite série).
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5. Cahier des charges : critères
• Critère N°3 : consommation réduite.
• Enjeux écologique.
• Limiter le coût de fonctionnement.
• Critère N°4 : mobilité et durée de fonctionnement.
• Autonomie minimale d’une année.
• Dispositif mobile.
• Critère N°5 : précision et plage de température.
• Plage la plus large possible et précision la plus élevé possible
compte tenu des critères précédents.
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6. Analyse et exploitation du cahier des charges
• On doit :
• Mesurer la température :
• Il faut un capteur de température et un système capable
d’interpréter ce qu’il fournit pour envoyer l’information à un
afficheur.
• Afficher la température :
• Avec un dispositif d’affichage à 2 ou 3 chiffres ; avec ou
sans le signe.
• Alimenter le produit par piles ou batterie pour respecter le
critère de mobilité.
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7. Analyse et exploitation du cahier des charges
Synoptique du système
7
Système de
contrôle
Capteur de
température
Bloc de piles ou batterie
Système de
contrôle

8. Conception Matérielle : orientation
informatique embarquée
Thermomètre à affichage numérique
Département GEII de l’IUT de l’Indre
Eric PERONNIN

9. Conception
• Choix permettant de limiter le coût de fabrication.
• Utilisation d’un microcontrôleur très faible coût pour jouer le
rôle du système de contrôle.
• Offre pléthorique à moins de 0,50€ pièce / 1000 .
• Programmation aisée dans un langage de haut niveau.
 Famille PIC16 de Microchip, leader mondial sur ce segment.
• Exploitation d’un capteur de température électronique.
• Sensibilité réduite vis-à-vis des variations de la tension d’alimentation.
• 3 piles AAA :
en début de vie : 4.5v de tension
en fin de vie : 3v
• Mise en œuvre et exploitation aisée.
• Précision de +/- 1°C en faible coût (0,60€ unité / 1000).
• Plage de température de -20°C à +100°C.
• Minimisation des dimensions du circuit imprimé.
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10. Conception
• Choix du mode d’alimentation.
• Batteries ou piles pour la mobilité.
• 3 piles AAA.
• Solutions rejetées :
• Mini panneau solaire.
• Les + :
• Bilan écologique intéressant même si la production des panneaux n’est pas « propre ».
• Les - :
• Coût élevé.
• Tension de sortie fluctuante.
• Nécessité de mettre en place une électronique spécifique pour le circuit l’alimentation et
un dispositif de stockage d’énergie (super capacité ou batterie rechargeable).
• Piles boutons.
• Les + :
• Encombrement limité.
• Les - :
• Coût plus élevé que les piles AAA (pour leur remplacement par l’utilisateur final).
- Faible capacité de stockage énergétique  Autonomie moindre.
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11. Conception
• Solutions limitant la consommation.
• Choix d’un afficheur à cristaux liquides.
• Consommation 10000 fois inférieure aux afficheurs à diodes
électroluminescentes au prix d’une plus grande complexité de
mise en œuvre.
• Peu de modèles disponibles pour des prototypes.
• Un thermomètre de grande série utilisera un afficheur développé spécifiquement.
• Température de fonctionnement : 0 à 50°C.
 1 seule référence disponible à faible coût (< 1€ pièce / 100) chez
les fournisseurs usuels (Digikey, Farnell, RS composants).
• Exploitation des modes de mise en veille des composants.
• La température évolue lentement  1 lecture toutes les 5s suffit
largement.
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12. Conception détaillée du produit final
• Choix des composants.
• Un afficheur LCD 2.5 digits utilisé en 2 digits
 15 informations nécessaires à son pilotage.
• Un capteur de température numérique
 3 signaux de communication.
• Un microcontrôleur capable de piloter 18 entrées/sorties
minimum
 Modèle ne nécessitant aucun composant supplémentaire
pour fonctionner (horloge intégré).
• Un bloc d’alimentation à base de 3 piles AAA.
Note : l’afficheur LCD souffre d’un contraste défaillant sous 3v
 Obligation de prendre 3 piles (2 piles = 3v).
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13. Conception détaillée du produit final
• Elaboration du schéma avec un outil de CAO électronique.
13

14. Conception détaillée du produit final
• Dessin des composants avec l’outil de CAO électronique 
empreintes physiques.
• Exemple avec l’afficheur LCD.
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U3
Af f icheur LCD 2.5 DIGITS
1BC
1
3F
2
3G
3
3E
4
3D
5
3C
6
3B
7
3A
8
2C
92B
10
2E
14
COM
16
2D
15
2G
13
2F
12
2A
11
Symbole sur le schéma
Empreinte physique en vue de
dessus sur le circuit imprimé
Composant réel

15. Conception détaillée du produit final
• Dessin du circuit imprimé avec l’outil de CAO correspondant.
• Importation du schéma.
15

16. Conception détaillée du produit final
• Dessin du circuit imprimé.
• Placement des composants.
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17. Conception détaillée du produit final
• Dessin du circuit imprimé.
• Tracé des pistes électriques sur les couches de cuivre.
17

18. Fabrication
Thermomètre à affichage numérique.
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Eric PERONNIN

19. Réalisation : fabrication du PCB1
• Transmission des fichiers du dessin du circuit imprimé à un
fabricant (1€ le circuit imprimé pour 250 pièces produites).
• Réception du produit fini.
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1 : PCB = Printed Circuit Board = Circuit Imprimé

20. Travail de soudure.
Placer le composant.
20
Le composant. Le circuit imprimé.
1
Nettoyer la panne du fer
à souder.
Chauffer la broche du
composant et la pastille
du circuit imprimé.
2
3
La panne du
fer à souder.
La broche du
composant.

21. Travail de soudure.
Apporter du fil d’étain
progressivement.
Lorsqu’il y a assez
d’étain, enlever-le.
Puis enlever le fer à
souder
 la soudure est
terminée.
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4
Le fil d’étain.
Le fil d’étain devient liquide
quand sa température
atteint 232°C !
5
6

22. Développement Logiciel
Thermomètre à affichage numérique.
Département GEII de l’IUT de l’Indre
Eric PERONNIN

23. Introduction
• Développement logiciel ?
• Sans logiciel, le microcontrôleur ne
fait rien.
• Microcontrôleur = un ordinateur
complet dans un unique circuit
intégré et utilisé en informatique
embarquée.
 il faut le programmer !
• Comment ?
• Avec des outils de développement
semblables à ceux employés pour
créer des applications sur un PC.
 langage de référence : le C.
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24. Organigramme du programme
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Phase d’initialisation
Mise à jour du compteur
de cycle pour actualiser la
température T
Mise à
jour T
?
NON
Actualisation de l’affichage
Mise en veille pour une
durée de 8.2ms
OUI
Réveil du capteur de température
Lecture de la température
Mise en veille du capteur
Mise à 0 du compteur de cycle

25. Environnement de développement
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26. Programmation dans la carte
Programmation et mise au point
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27. Modèle Powerpoint utilisé par les présentations Intel