Projets me 2007 S MOUADH

8/6/2019 Projets me 2007 S MOUADH

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PROJETS DE FIN D' TUDESAnnes 2006 et 2007

Rgulation Industrielle de Processus Systme de Rgulation de Niveau d' eau Interface base de microprocesseur PIC 16F877 Commande & Rgulation avec LabVIEW

Sakli MOUADH Gnie lectrique & AutomatiqueIngnieur diplm de l' cole Nationale d' Ingnieurs de GABSTUNISIE

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SommaireCHAPITRE I : COMMANDE NUMRIQUE ET NOTIONS DE RGULATION DEPROCESSUS ...........................................................................................................................................4

I : COMMANDENUMRIQUEETNOTIONSDERGULATIONDEPROCESSUS............................................................ 5I.1- Objectif de rgulation automatique ..........................................................................................5

I.2- Principe gnral de la rgulation .................................................................................. ........ ...5I.3- La rgulation en boucle ouverte ................................................................................................7

I.4- La rgulation en boucle ferme .................................................................................................8

I.5- Les autres formes de rgulation ............................................................................................... .8I.6- Structure et comportement des processus : .............................................................................10

I.7- Les caractristiques du rgulateur PID .............................................................................. ..13

I.8-Le rgulateur FLOU ................................................................................................................. 19

CHAPITRE II : DESCRIPTION DU SYSTME DE RGULATION DE NIVEAU DEAU .. .. ..27

II.1. Introduction .......................................................................................................................... .28II.2. Prsentation de la maquette ................................................................................................. .28

II.3. Carte de mesure .....................................................................................................................29II.4. Carte de commande ...............................................................................................................31

II.5-conclusion .......................................................................................................................... ..... 33

CHAPITRE III : DVELOPPEMENT DUNE CARTE DINTERFAAGE BASE DEPIC16F877 ................................................................................................................................... ......... ..34

III. DVELOPPEMENTDUNECARTEDINTERFAAGEBASEDE PIC16F877 ...................................................35III.1-principe dinterfaage ................................................................................................ ......... .35III.2-descriptions des composants de la carte de commande ralise ..........................................35

III.3-descriptions de la carte dAlimentation stabilis ........................................................ ........ ..50III.4 conclusion ........................................................................................................................ .....52

CHAPITRE IV : COMMANDE ET RGULATION DANS LABVIEW ........................................53

IV.1- Introduction la programmation graphique ........................................................................54

IV.2- Lenvironnement LabVIEW ....................................................................................... ........ ...55

IV.3- Structure de donnes dans LabVIEW .......................................................................... ........56IV.4 Structures de programmation ................................................................................................58IV.5-Traitement numrique ...........................................................................................................62

IV.6- Bibliothques de commande ...................................................................................... ........ ...63

IV.7- Transmission srie dans LabVIEW .......................................................................................65IV.8- application de la rgulation PID dans LabVIEW .................................................................66

IV.9- Application de la rgulation Floue dans LabVIEW .............................................................70

CONCLUSION GNRALE ...............................................................................................................73


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Table des figures

FIGURE I-0-1 SCHMADEPRINCIPEDUNE CHAINEDERGULATION.................................................................6FIGURE 0-2COMPORTEMENTENRGULATION.................................................................................................7FIGURE I.3 : COMPORTEMENTENASSERVISSEMENT.........................................................................................7FIGURE I.4 : EXEMPLEDERGULATIONENCASCADEETSANSCASCADE..............................................................9FIGURE I.5 : FONCTIONDETRANSFERT........................................................................................................10FIGURE I.6 : COMPORTEMENTSTATIQUEDEPROCESSUS ................................................................................11FIGURE I.7 : COMPORTEMENTDUNPROCESSUSNATURELLEMENTSTABLE .......................................................12FIGURE I.8 : COMPORTEMENTDUNPROCESSUSNATURELLEMENTINSTABLE.....................................................12FIGURE I.9: SCHMASYNOPTIQUEDUNRGULATEURPID............................................................................13TABLEAU I.1 : DIFFRENTESSTRUCTURESDURGULATEURPID....................................................................18FIGURE .I.10 : LESFONCTIONSDAPPARTENANCESENLOGIQUECLASSIQUE......................................................20FIGURE .I.11 : LESFONCTIONSDAPPARTENANCESENLOGIQUEFLOUE............................................................20FIGURE I.12: OPRATEURNON...............................................................................................................21FIGURE I.13 : OPRATEURET..................................................................................................................21

FIGURE

I.14 : OPRATEUR

OU.................................................................................................................21FIGURE I.15 : STRUCTUREDUNECOMMANDEFLOUE....................................................................................22FIGURE I.16 : MTHODEDEFUZZIFICATIONPOURUNEMESUREEXACTE...........................................................23FIGURE I.17 : MTHODEDEFUZZIFICATIONPOURUNEMESUREINCERTAINE......................................................23FIGURE I.18 : DFUZZIFICATIONPARCENTREDEGRAVIT.............................................................................24FIGURE I.19 : DFUZZIFICATIONPARVALEURMAXIMUM...............................................................................24FIGURE I.20 : STRUCTURED'UN PI FLOUDETYPE MAMDANI........................................................................25FIGURE II.1 : STRUCTUREDELAMAQUETTE................................................................................................28FIGURE II.2 : SCHMADUCONDITIONNEUR.................................................................................................30FIGURE III.3 : COURBEDTALONNAGEDUCAPTEUR....................................................................................31FIGURE II.3 : SCHMADELAMPLIFICATEURDEPUISSANCE...........................................................................32FIGURE III.1: DESCRIPTIONDELACONFIGURATIONDU PIC 16F877..............................................................36FIGURE III.2 : BROCHAGEDU PIC 16F877...............................................................................................39

FIGURE III.3 : PRINCIPEDECONVERSIONANALOGIQUE / NUMRIQUE ..............................................................42FIGURE III.4 : PRINCIPEDECONVERSIOND'UN ADC DE PIC 16F877..........................................................44FIGURE III.5 : LORGANIGRAMMEDACQUISITIONDELAMESURE....................................................................44FIGURE III.6 : SCHMADUNCONVERTISSEURNUMRIQUEANALOGIQUE..........................................................45FIGURE III.7 : SCHMADEPRINCIPED'UN CNA DECOURANT.......................................................................45FIGURE III.8 : BROCHAGEDU DAC0808..................................................................................................46FIGURE III.9 : CARACTRISTIQUESDU DAC0808......................................................................................46FIGURE III.10 : SCHMADUCBLAGEDU DAC0808 AVECLAMPLIFICATEURLF351....................................47FIGURE III.11 SCHMAFONCTIONNELD'UNELIAISONSRIEASYNCHRONEDELANORME RS232..........................47FIGURE III.12 EXEMPLEDETRANSMISSIONSRIE........................................................................................48FIGURE III.13 ORGANIGRAMMEDELATRANSMISSIONSRIE .........................................................................49FIGURE III.14 : CIRCUITINTGR MAX232.............................................................................................50FIGURE III.15 : SCHMASYNOPTIQUE........................................................................................................51

FIGURE IV.1 : EXEMPLEDEDIAGRAMMEDEFLOTDEDONNS........................................................................54FIGURE IV.2 : FENTREDELENVIRONNEMENTDEDVELOPPEMENTSURLABVIEWFACEAVANT (DROITE) ET DIAGRAMME (GAUCHE)..................................................................................55FIGURE IV.19 : EXEMPLEDE BIBLIOTHQUEDELACOMMANDEFLOUE...........................................................65FIGURE IV.20 : INTERFACEGRAPHIQUEPOURLACONCEPTIONDUNECOMMANDEFLOUE....................................65FIGURE IV.21 BIBLIOTHQUEDUPORTSRIESURLABVIEW......................................................................66FIGURE IV.22 : DIAGRAMMEDECOMMANDE PID.......................................................................................66FIGURE IV.24 : PAGEDECONFIGURATION PID............................................................................................68FIGURE IV.30 : DIAGRAMMEDELACOMMANDEFLOUESURLABVIEW.........................................................70FIGURE IV.31 : PAGEDELACOMMANDEFLOUESURLABVIEW...................................................................71FIGURE IV.32 : FONCTIONDAPPARTENANCEPOURLERREUR........................................................................71FIGURE IV.33 : FONCTIONDAPPARTENANCEPOURLAVARIATIONDELERREUR...............................................71FIGURE IV.32: RPONSEDUSYSTMEAPRSUNEPERTURBATIONSURLAVANNE...............................................72

FIGURE IV.33: RPONSEDUSYSTMEUNECONSIGNEDE 10 CM..................................................................72


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Chapitre I : Commande

numrique et notions de rgulation

de processus


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I : Commande numrique et notions de rgulation de processus

I.1- Objectif de rgulation automatique

Rguler une grandeur, cest obtenir delle un comportement donn, dans un

environnement susceptible de prsenter des variations.

On ne peut pas parler de principe de rgulation sans parler des lois de commandes.

En faite, les grandeurs physiques commandes varient continment dans le temps.

Pour celles qui ne prsentent que 2 tats (systme binaire ou tout ou rien , tel les

feux de signalisation, les commandes dascenseurs, de transfert de pices par

convoyeurs, etc..) en utilise une autre approche diffrente la structure de boucle

utilis dans la plupart des systmes y compris notre systme (rservoir).

Les systmes automatiques assurent en fait 2 types de fonctions :- Maintenir la grandeur commande, ou grandeur rgle, une valeur de

rfrence malgr les variations des conditions extrieurs ; on parle de la

rgulation en sens strict,

- Rpondre des changements dobjectif, ou un objectif variable tel-que la

poursuite de cible, on parle dun fonctionnement dasservissement.

I.2- Principe gnral de la rgulation

Dans la plupart des appareils et installations industrielles, tertiaires et mmes

domestiques, il est ncessaire de maintenir des grandeurs physiques des valeurs

dtermines, en dpit des variations externes ou internes influant sur ces

grandeurs. Le niveau dun rservoir deau, la temprature dune tuve, le dbit

dune conduite de gaz, tant par nature variables, doivent donc tre rgls par des

actions convenables sur le processus considr. Si les perturbations influant sur

la grandeur contrler sont lentes ou ngligeables, un simple rglage (dit en

boucle ouverte) permet dobtenir et de maintenir la valeur demande (par exemple

: action sur un robinet deau). Dans la majorit des cas, cependant, ce type de

rglage nest pas suffisant, parce que trop grossier ou instable. Il faut alors

comparer, en permanence, la valeur mesure de la grandeur rgle celle que lon

souhaite obtenir et agir en consquence sur la grandeur daction, dite grandeur

rglante. On a, dans ce cas, constitu une boucle de rgulation et plus

gnralement une boucle dasservissement.

Cette boucle ncessite la mise en ouvre dun ensemble de moyens de mesure, detraitement de signal ou de calcul, damplification et de commande dactionneur,


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constituant une chaine dlments associs : la chaine de rgulation (ou

dasservissement).

Toute chane de rgulation (ou dasservissement) comprend trois maillons

indispensables : lorgane de mesure, lorgane de rgulation et lorgane de contrle.

Il faut donc commencer par mesurer les principales grandeurs servant contrler leprocessus. Lorgane de rgulation rcupre ces mesures et les compare aux valeurs

souhaites, plus communment appeles valeurs de consigne. En cas de non-

concordance des valeurs de mesure et des valeurs de consigne, lorgane de

rgulation envoie un signal de commande lorgane de contrle (vanne, moteur,

etc.), afin que celui-ci agisse sur le processus. Les paramtres qui rgissent le

processus sont ainsi stabiliss en permanence des niveaux souhaits.

Figure I-0-1 Schma de principe dune chaine de rgulation

Le choix des lments de la chane de rgulation est dict par les caractristiques

du processus contrler, ce qui ncessite de bien connatre le processus enquestion et son comportement.

I.2.1- Comportement en rgulation

La consigne est maintenue constante et il se produit sur le procd une modification

(ou une variation) dune des entres perturbatrices.

Laspect rgulation est considr comme le plus important dans le milieu industriel,

car les valeurs des consignes sont souvent fixes. Nanmoins, pour tester les

performances et la qualit dune boucle de rgulation, on sintresse laspectasservissement.


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Figure 0-2Comportement en rgulation

I.2.2- Comportement en asservissement

Loprateur effectue un changement de la valeur de la consigne, ce qui correspond

une modification du point de fonctionnement du processus.

Si le comportement en asservissement est correct, on dmontre que la boucle de

rgulation ragit bien, mme lorsquune perturbation se produit.

Figure I.3 : Comportement en asservissement

I.3- La rgulation en boucle ouverte

Dans un asservissement en boucle ouverte, lorgane de contrle ne ragit pas

travers le processus sur la grandeur mesure (celle-ci nest pas contrle). Une

rgulation en boucle ouverte ne peut tre mise en uvre que si lon connat la loi

rgissant le fonctionnement du processus (autrement dit, il faut connatre la

corrlation entre la valeur mesure et la grandeur rglante).

Contrairement un asservissement en boucle ferme, un asservissement en boucle

ouverte permet danticiper les phnomnes et dobtenir des temps de rponse trs

courts. De plus, il ny a pas doscillation craindre (car il sagit dun systme

dynamiquement stable). Enfin, lasservissement en boucle ouverte est la seule

solution envisageable lorsquil ny a pas de contrle final possible.

Au niveau des inconvnients, la rgulation en boucle ouverte impose de connatre

la loi rgissant le fonctionnement du processus, et il est trs frquent que lon ne

connaisse pas la loi en question. Autre inconvnient srieux, il ny a aucun moyen

de contrler, plus forte raison de compenser, les erreurs, les drives, les accidentsqui peuvent intervenir lintrieur de la boucle ; autrement dit, il ny a pas de


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prcision ni surtout de fidlit qui dpendent de la qualit intrinsque des

composants. Enfin, la rgulation en boucle ouverte ne compense pas les facteurs

perturbateurs.

I.4- La rgulation en boucle ferme

Dans ce qui vient dtre dit, la variable de sortie (de la chane de rgulation), ou

grandeur rglante, exerce une influence sur la valeur de la variable dentre (de la

chane de rgulation) ou variable contrle, pour la maintenir dans des limites

dfinies : il sagit dune rgulation ou dun asservissement en boucle ferme.

Laction de la grandeur rglante sur la variable contrle sopre travers le

processus qui boucle la chane.

Dans une rgulation en boucle ferme, une bonne partie des facteurs perturbateurs

sont automatiquement compenss par la contre-raction travers le procd. Autre

avantage, il nest pas ncessaire de connatre avec prcision les lois, le comportement

des diffrents composants de la boucle, et notamment du processus, bien que la

connaissance des allures statistiques et dynamiques des divers phnomnes rencontrs

soit utile pour le choix des composants.

Parmi les inconvnients dune rgulation en boucle ferme, il faut citer le fait que la

prcision et la fidlit de la rgulation dpend de la fidlit et de la prcision sur les

valeurs mesures et sur la consigne.Autre inconvnient, sans doute plus important, le comportement dynamique de la

boucle dpend des caractristiques des diffrents composants de la boucle, et

notamment du processus, enfate un mauvais choix de certains composants peut

amener la boucle entrer en oscillation.

Enfin, la rgulation en boucle ferme nanticipe pas. Pour que la rgulation envoie

une commande lorgane de contrle, il faut que les perturbations ou les ventuelles

variations de la valeur de consigne se manifestent sur la sortie du processus : ceci peutexiger un dlai parfois gnant.

I.5- Les autres formes de rgulation

Le but dune chane de rgulation est de contrler un processus. Au niveau des

organes de mesure et de contrle, il na pas une trs grande marge de manuvre, car

ces organes, dans une certaine mesure, simposent souvent deux-mmes.

Il reste un domaine o son savoir-faire va sexercer pleinement : cest au niveau de


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Lorgane de rgulation. Bien entendu, les caractristiques de cet organe vont dpendre

du processus contrler, des perturbations prendre en compte, des caractristiques

des organes de mesure et de contrle.

Bien souvent, les systmes de rgulation comportent, au lieu des chanes linaires

ouvertes ou fermes, des ensembles de boucles imbriques dont tout ou partie peutinduire des contre-ractions travers le processus.

Figure I.4 : exemple de rgulation en cascade et sans cascade

I.5.1- Rgulation en cascadeLobjectif dune rgulation en cascade est de minimiser les effets dune ou de

plusieurs grandeurs perturbatrices qui agissent soit sur la variable rglante, soit sur

une grandeur intermdiaire se trouvant en amont de la variable rgler. Ce type de

rgulation est intressant lorsque lon a affaire des processus longs temps de

rponse. En effet, quand une perturbation se manifeste, il est ncessaire dattendre que

son influence se ressente au niveau de lorgane de mesure plac en sortie de chane. Si

les temps de rponse sont longs, la correction nintervient donc que tardivement,

parfois avec la cause qui la produite et dont le sens sest invers, provoquant

oscillations, instabilit, etc.

Bien videmment, la rgulation en cascade napporte aucune amlioration si la

grandeur perturbatrice se produit en aval de la mesure intermdiaire. Pour que la

cascade soit justifie, il faut que la boucle interne soit beaucoup plus rapide que la

boucle externe.


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I.5.2- Rgulation mixte

Ce type de rgulation est lassociation dune rgulation en boucle ferme et dune

rgulation en boucle ouverte. Les deux boucles sont complmentaires et elles

associent leurs actions pour amliorer la stabilit globale. Ce type de rgulation est

mettre en uvre lorsquune perturbation affecte directement la grandeur rgler.

I.5.3- Rgulation de rapport

Ce type de rgulation a par exemple pour objectif dasservir un dbit Qa un autre

dbit libre Q1 en imposant entre ces deux dbits un facteur de proportionnalit Kd,

fix manuellement ou automatiquement.

I.6- Structure et comportement des processus :

Si un processus possde une grandeur rglante U et une grandeur rgle S, son

comportement peut tre reprsent soit par une quation diffrentielle reliant les

valeurs de S et de U en fonction du temps, soit par une reprsentation dite fonction de

transfert dduite de la transformation de Laplace applique cette quation

diffrentielle.

Figure I.5 : fonction de transfert

Dans ce dernier cas, le comportement du processus est dcrit par la relation :

(I.1)

dans laquelle ( )T p est la fonction de transfert considre, p la variable de

Laplace . Toutefois, ces relations sappliquent seulement des systmes dont les

variables varient de manire continue, et dans lesquels une grandeur rglante U

nexerce son action que sur une seule grandeur rgle S : il sagit donc de processus

mono variables continus.

Les processus industriels, en fait, ne sont pas toujours continus et peuvent tre multi

variables.

I.6.1- Comportement statique des processus

Lorsque le processus est dans un tat stable, chaque valeur U de la grandeur

rglante correspond une valeur S de la grandeur rgle. Deux valeurs voisines U1et U2 correspondent deux valeurs S1 et S2 de la grandeur rgle, telles que :

( ) ( ) ( )S p T p U p=


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( 2 1)0

2 1

S SG

U U

=

(I.2)

G0 est appel gain statique du processus. La valeur de celui-ci peut dpendre du

point de fonctionnement considr et nest donc pas forcment constante dans

tout le domaine de variation des grandeurs du processus. On dit alors que le

processus est non linaire. La courbe caractristique ( )S u peut elle-mme

dpendre dautres paramtres. Sur la figure (I.6) est reprsent un rseau de

courbes ( )S u dpendant dun paramtre . Il arrive aussi que le gain statique

dpende du sens de laction de la grandeur rglante : on a alors affaire un

phnomne dhystrsis.

Figure I.6 : Comportement statique de processus

I.6.2- Comportement dynamique des processus

Processusnaturellementstables

La rponsenaturelledunprocessus unevariationen chelonde sa grandeur

rglantepermetdesavoirsilestnaturellementstableouinstable.

Dans le cas de procds stables (tels que fours et tuves,par exemple), une

excitation U de la grandeur rglanteproduit, la fin du rgime transitoire

correspondant, une variation limite Sdelagrandeurrgle


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Figure I.7 : Comportement dun processus naturellement stable

Dans lamajoritdes cas, les rgimes transitoiresassocis ce typederponse

necomportentnioscillationnidpassementdela valeurfinale ; ces processus

sontditsstablesapriodiques.Il estpossible de reprsenter ces processuspar une relation mathmatique

gnraledelaforme :

0

1 2

( )(1 )(1 )...(1 )

n

GG p

p p p =

+ + + (I.3)

Processus naturellement instables

Dans unprocessus naturellement instable, une excitation U de la grandeurrglanteproduitunevariation Sdelagrandeurrgledpendantcontinment

dutemps,doncillimite.

Figure I.8 : Comportement dun processus naturellement in stable

Un exemple type de ces processus est la commande du niveau deau dans un

rservoir, partirdundbitintroduitousoutir.Si ledbitentrantousortantestmodifidunevaleurconstante,alors queleniveautaitauparavantstabilis,

celui-ci augmentera ou diminuerajusquau dbordement ou la vidange du

rservoir.

Il estpossible, dans laplupart des cas, de reprsenter ces processuspar une

relation de type :

11

( ) ( )G p G pp

= (I.4)

avec 1( )G p fonctionde transfert quelconque du type apriodique.Ondit alors


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queleprocessuscomportenaturellementun intgrateurpur.

I.7- Les caractristiques du rgulateur PID

Le rgulateur standard le plus utilis dans lindustrie est le rgulateur PID

(proportionnel intgral driv), car il permet de rgler laide de ses trois

paramtres les performances (amortissement, temps de rponse, ...) dun processus

modlis par un deuxime ordre. Nombreux sont les systmes physiques qui,

mme en tant complexes, ont un comportement voisin de celui dun deuxime

ordre. Par consquent, le rgulateur PID est bien adapt la plupart des processus

de type industriel et est relativement robuste par rapport aux variations des

paramtres du procd, quand on nest pas trop exigeant sur les performances de la

boucle ferme par rapport celles de la boucle ouverte (par exemple, acclration

trs importante de la rponse ou augmentation trs importante de lamortissement

en boucle ferme).

Si la dynamique dominante du systme est suprieure un deuxime ordre,

ou si le systme contient un retard important ou plusieurs modes oscillants, le

rgulateur PID nest plus adquat et un rgulateur plus complexe (avec plus de

paramtres) doit tre utilis, au dpend de la sensibilit aux variations des

paramtres du procd.

I.7.1-Les actions PID

En pratique, une catgorie donne de systmes asservir correspond un type de

correcteur adopt. Pour effectuer un choix judicieux, il faut connatre les effets des

diffrentes actions : proportionnelle, intgrale et drive.

Un rgulateur PID est obtenu par lassociation de ces trois actions et il remplit

essentiellement les trois fonctions suivantes :

1. Il fournit un signal de commande en tenant compte de lvolution du signal

de sortie par rapport la consigne

2. Il limine lerreur statique grce au terme intgrateur

3. Il anticipe les variations de la sortie grce au terme drivateur.

Rgulateur

PID

Figure I.9: Schma synoptique dun rgulateur PID


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La commande ( )U t donne par le rgulateur PID, dans sa forme

Classique est dcrite par :

0

1 ( )( ) ( ) ( )

t

p d

i

d tU t K t d T

T dt

= + +

(I.5)

Elle est la somme de trois termes :

le terme proportionnel ( )p P K t = (I.6)

le terme intgral0

1( )

t

p

i

I K d T

= (I.7)

le terme drivatif( )

p d

d tD K T

dt

= (I.8)

Les paramtres du rgulateur PID sont le gain proportionnel pK , le temps intgral

iT et le temps drivatif dT , les temps tant exprims en secondes.

I.7.1.1- Laction proportionnelle

La sortie ( )U t du rgulateur proportionnel est donne en fonction de son

entre ( )t qui reprsente lcart entre la consigne et la mesure par la relation :

( ) ( )pu t K t = (I.9)

Pour le cas discret, cette relation reste la mme telle que :

)()( kKku p = (I.10)

Le rle de laction proportionnelle est de minimiser lcart entre la consigne et la

mesure et elle rduit le temps de monter et le temps de rponse. On constate

quune augmentant du gain pK du rgulateur entrane une diminution de lerreur

statique et permet dacclrer le comportement global de la boucle ferme. Onserait tent de prendre des valeurs de gain leves pour acclrer la rponse du

procd mais on est limit par la stabilit de la boucle ferme. En effet, une valeur

trop leve du gain augmente linstabilit du systme et donne lieu des

oscillations.


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I.7.1.2- Laction drive

Elle est une action qui tient compte de la vitesse de variation de lcart

entre la consigne et la mesure, elle joue aussi un rle stabilisateur, contrairement

laction intgrale.

En effet, elle dlivre une sortie variant proportionnellement la vitesse de variation

de lcart :

( )( )

d

d tu t T

dt

=

(I.11)

avec dT le dosage de laction drive, exprim en minutes ou en secondes.

Laction drive va ainsi intervenir uniquement sur la variation de lerreur ce qui

augmente la rapidit du systme (diminution des temps de rponses). Laction drive

permet aussi daugmenter la stabilit du systme par apport de phase (2

+ ce qui

augmente la marge de phase). Lannulation de cette action en rgime statique impose

donc de ne jamais lutiliser seule : laction drive nexerce quun complment

laction proportionnelle.

En pratique, il est souhaitable de limiter laction drive afin de ne pas amplifier les

bruits haute frquence et de limiter lamplitude des impulsions dues aux discontinuits

de lcart. Lorsque la priode dchantillonnage Te est petite, la diffrence vers

larrire (Approximation dEuler rtrograde) nous permet dapprocher la drive dun

signal temps continu par :

( ) ( )( ) e

e

f t f t T df t

dt T

= (I.12)

Lopration de drivation se traduisait par une multiplication par la variable deLaplace p en continu. Dans le cas discret, en appliquant la transforme en z lquation (I.12) on obtient :

1( ) ( ) 1( )

e

e e

f t f t T zF zT T

= Z (I.13)

Ceci conduit tablir lquivalence linaire entre la variable de Laplace p et lavariable z :

( )1

11

e

p zT

(I.14)

Donc en discret, le terme driv peut tre remplac par :

( ) .( ( ) ( 1))d

e

Tu k k k

T =

(I.15)


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I.7.1.3- Laction intgrale

Laction intgrale agit proportionnellement la surface de lcart entre la consigne et

la mesure, et elle poursuit son action tant que cet cart nest pas nul. On dit que

laction intgrale donne la prcision statique (Elle annule lerreur statique). L'action

intgrale est conditionne par le temps d'intgrale Ti.

0

1( ) ( )

t

i

u t dT

= (I.16)

Comme dans le cas de laction proportionnelle, un dosage trop important de laction

intgrale engendre une instabilit de la boucle de rgulation. Pour son rglage, il faut

l aussi trouver un compromis entre la stabilit et la rapidit.

Lajout du terme intgral permet damliorer la prcision mais en contrepartie, il

introduit malheureusement un dphasage de2

ce qui risque de rendre le systme

instable du fait de la diminution de la marge de phase.

Enfin, le correcteur intgral prsente le dfaut de saturer facilement si lcart ne

sannule pas rapidement ce qui est le cas des systmes lents. En effet, tout actionneur

est limit : un moteur est limit en vitesse, une vanne ne peut pas tre plus que

totalement ouverte ou totalement ferme. Il se peut que la variable de commande

amne lactionneur sa limite ce qui suspend la boucle de retour et le systme aura

une configuration assimilable une boucle ouverte puisque lactionneur demeurera

satur indpendamment de la sortie du systme.

Quand lerreur est rduite (action intgrale non sature), il se peut quil faille un temps

important pour que les valeurs des variables ne soient correctes de nouveau : on

appelle ce phnomne lemballement du terme intgral.

Pour lviter, on peut :

soit suspendre laction intgrale quand la commande est sature ;

soit appliquer une mthode danti-saturation, qui consiste recalculer le

terme intgral pour ne pas saturer.

Pour le cas discret, le terme intgral peut tre remplac par la somme des carts et la

diffrentielle dt parTe ce qui nous donne le rsultat suivant :

0

( ) ( ) ( 1) ( )n

e e

ki i

T Tu n k u n n

T T

=

= = +(I.17)


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Ti : Constante de temps intgrale et sexprime en (s).

Le problme est que lorsque redevient nul, le signal U peut avoir atteint une valeur

trop leve pour quil y ait quilibre. Autrement, elle permet dliminer lerreur

rsiduelle en rgime permanent.

Laction intgrale est utilise lorsquon dsire avoir en rgime permanent, uneprcision parfaite, en outre, elle permet de filtrer la variable rgler dou lutilit pour

le rglage des variables bruits telles que la commande.

I.7.2- Le rgulateur PILe correcteur intgral est en gnral associ au correcteur proportionnel, il labore

alors une commande qui peut tre donne par la relation suivante :

0

1( ) ( ) ( )

t

p

i

u t K t d T

= +

(I.18)

La fonction de transfert du correcteur est alors donne par :

1( ) ip

i

T pC p K

T p

+=

(I.19)

Pour un rgulateur intgral pur, le rgime dynamique est relativement long. Dun

autre ct, le rgulateur proportionnel ragit immdiatement aux carts de rglage

mais il nest pas en mesure de supprimer totalement lerreur statique. La combinaison

des actions proportionnelle et intgrale permet dassocier lavantage du rgulateur P,

c'est--dire la raction rapide un cart de rglage, lavantage du rgulateur I qui est

la compensation exacte de la grandeur pilote.

La transposition de correcteurs continus consiste discrtiser un correcteur continu

afin de lutiliser dans une commande numrique.

En utilisant cette quivalence dans lquation (I.11), on obtient le correcteur PIdiscret :

( ) 11

( )( )

( ) 1 p i p

K K K z U zC z

z z

+ = =

(I.20)

Do on obtient lalgorithme de commande du rgulateur PI :

( )( ) ( 1) ( ) ( 1) p i pu k u k K K k K k = + + (I.21)

I.7.3. Le rgulateur PIDLaction conjugue PID permet une rgulation optimale en associant les avantages de


18/86

chaque action : la composante P ragit lapparition dun cart de rglage, la

composante D soppose aux variations de la grandeur rgle et stabilise la boucle de

rgulation et la composante I limine lerreur statique. Et cest pour cela que ce type

de correcteur est le plus utilis en milieu industriel.

Dans un rgulateur PID, il existe plusieurs faons dassocier les paramtres P, I et D.en effet, le correcteur PID peut avoir une structure srie, parallle ou mixte :

Tableau I.1 : Diffrentes structures du rgulateur PID

Structure du rgulateur PID Schma et fonction de transfert

Srie

1i dP d

i i

T T K pT

T pT

++ +

Parallle

1P d

i

K pT pT

+ +

Mixte

11

P d

i

K pT pT

+ +

La discrtisation du correcteur PID parallle par lapproximation dEulerrtrograde nous donne :

( )11( ) 1

( ) 1( ) 1

e dp

i e

T TU zC z K z

z T z T

= = + + (I.22)

ce qui nous donne lalgorithme de commande suivant :

( ) ( )( ) ( 1) ( ) 2 ( 1) ( 2) p i d p d d u k u k K K K k K K k K k = + + + + + (I.23)


19/86

avece

i

i

TK

T= et dd

e

TK

T=

I.8-Le rgulateur FLOU

I.8.1-Historique :Les prmisses de la logique floue sont apparues avant les annes 1940, avec les

premires approches, par des chercheurs amricains, du concept d'incertitude. Il a

fallu attendre 1965, pour que le concept de sous ensemble floue soit propos par L. A.

Zadeh, automaticien de rputation internationale, professeur l'universit de Berkeley

en Californie, qui a contribu la modlisation de phnomne sous forme floue, en

vue de pallier les limitations dues aux incertitudes des modles classiques quation

diffrentielle. En 1974, M. Mamdani exprimentait la thorie nonce par Zadeh sur

une chaudire vapeur, matriel dont on connat la complexit, introduisant ainsi la

commande floue dans la rgulation d'un processus industriel. Plusieurs applications

ont alors vu le jour en Europe, pour des systmes parfois trs complexes, telle la

rgulation de fours de cimenterie ralise par la socit F.L.Smidt-Fuller.

Grce au chercheur japonais M. Sugene, la logique floue tait introduite au Japon

ds 1985. Les socits japonaises comprirent l'avantage la fois technique etcommercial de la logique floue:

facilit d'implantation;

solution de problmes multivariables complexes;

robustesse vis vis des incertitudes;

possibilit d'intgration du savoir de l'expert

I.8.2- Les sous-ensembles flousUn sous-ensemble flou F est dfini sur un ensemble de valeur, le rfrentiel U. Il est

caractris par une fonction d'appartenance :

(I.24)

qui qualifie le degr dappartenance de chaque lment de U F.

Exemple : Evaluation de la temprature de l'eau d'un rcipient par les mots

Froide : FTide : TChaude : C


20/86

En logique classique

Figure .I.10 : Les fonctions dappartenances en logique classique

En logique floue

Figure .I.11 : Les fonctions dappartenances en logique floue

On voit que la logique classique ne peut utiliser que le 0 et le 1 ainsi l'eau est d'abord

totalement froide puis tide et enfin chaude. En dessous nous pouvons observer la

reprsentation graphique de trois fonctions d'appartenance Froid, Tide et Chaud. Ces

fonctions nous permettent de superposer sur des plages de temprature donnes les

qualificatifs froid et tide ainsi que tide et chaud. On se rapproche donc du

raisonnement humain.

I.8.3-Les bases de la commande floueLa thorie mathmatique sur les sous-ensembles flous dfinit de nombreuses

oprations sur ces sous-ensembles et sur les fonctions d'appartenances qui rendent ces

notions utilisables. On ne prsente ici que les oprations de base de cette thorie.

Si X, Y et Z sont des sous-ensembles flous et ( )x , ( )y et ( )z leur fonction

d'appartenance, on dfinit :

Le complmentaire de x par la fonction d'appartenance :

( )z =1- ( )x (I.25)


21/86

Figure I.12: Oprateur NON

Le sous-ensemble X et Y, Z=A B, par la fonction d'appartenance :

(z)=min( ( )x , ( )y ) (I.26)

Figure I.13 : Oprateur ET

Le sous-ensemble X ou Y, Z=A B, par la fonction d'appartenance :

(z)=max ( ( )x , ( )y ) (I.27)

Figure I.14 : Oprateur OU


22/86

Ces dfinitions sont celles les plus communment utilises mais parfois, pour certains

cas, d'autres sont plus appropries. Par exemple l'intersection peut tre dfinie par le

produit des fonctions d'appartenance et l'union par la moyenne arithmtique des

fonctions d'appartenance. Ces diffrentes techniques de calcul engendrent une norme

capacit d'adaptation des raisonnements flous.

I.8.4- Structure dune commande floueLa structure conventionnelle d'une commande floue est prsente par figure (II.7).

Elle est compose de quatre blocs distincts dont les dfinitions son donnes ci-

dessous.

Figure I.15 : Structure dune commande floue

Avec x reprsente le vecteur des entres (variable dentre relles), xRES celui des

commandes (variable de sortie relle), (x) et (xRES) les fonctions d'appartenances

correspondantes (variable dentre floue et variable de sortie floue).

On procde tout dabord la partition en sous-ensembles flous des diffrents univers

de discours que le systme impose. Ensuite on dtermine la base de rgles qui va

caractriser le fonctionnement dsir du systme.

Puis il faut transformer les variables relles, cest dire celles qui ont une ralitphysique, en variables floues. On appelle cette tape la fuzzification On utilise ensuite

ces variables floues dans un mcanisme dinfrence qui cre et dtermine les variables

floues de sortie en utilisant les oprations sur les fonctions dappartenance.

Enfin, on opre la dfuzzification qui consiste extraire une valeur relle de sortie

partir de la fonction dappartenance du sous-ensemble flou de sortie tabli par le

mcanisme dinfrence.


23/86

I.8.5- Quelques techniques de fuzzification et dfuzzification

Il existe de trs nombreuses techniques de fuzzification et dfuzzification. On ne

prsente ici que les plus basiques pour rendre un tant soit peu concret ces oprations

qui constituent une des parts les plus importantes de la ralisation dune commande

floue.

Technique de fuzzification :

Lexemple trivial est la fuzzification dune valeur exacte 0x . Le sous-ensemble flou

li cette variable est alors caractris par la fonction dappartenance suivante :

Figure I.16 : Mthode de fuzzification pour une mesure exacte

Lautre technique de base est la fuzzification dune valeur 0x entache d'une

incertitude . La fonction dappartenance est alors :

Figure I.17 : Mthode de fuzzification pour une mesure incertaine

Technique de dfuzzification :

Le but de la dfuzzification est dextraire une valeur relle 0y partir de la fonction

dappartenance ( )y du sous-ensemble de sortie.


24/86

Dfuzzification par centre de gravit :

La mthode de dfuzzification la plus utilise est celle de la dtermination du centre

de gravit de la fonction d'appartenance rsultante RES(z). Dans ce contexte, il suffit

de calculer l'abscissez*. La figure I.18 montre le principe de dfuzzification.

Figure I.18 : Dfuzzification par centre de gravit

Dfuzzification par valeur maximale :

La dfuzzification par centre de gravit exige en gnral une envergure de calcul

assez importante. Par consquent, il sera utile de disposer d'une mthode de

dfuzzification plus simple.

Comme signal de sortiez*

, on choisit l'abscisse de la valeur maximale de la fonctiond'appartenance rsultante RES(z) comme le montre la figure I.19 (b).

(a) (b)

Figure I.19 : Dfuzzification par valeur maximum.

Lorsque RES(z) est crt, toute valeur entrez1 etz2peut tre utilise comme lindique

la figure I.19 (a). Afin d'viter cette indtermination, on prend la moyenne des

abscisses du maximum. Cependant cette mthode prsente un grand inconvnient : le

signal de sortiezsaute si la dominance change d'une fonction partielle une autre.


25/86

I.8.6-. Les rgulateurs flous de type Mandani

Dans les modles linguistiques, appels aussi modle flous de type Mamdani, les

antcdents et les consquences des rgles sont des propositions floues. La forme

gnrale des rgles de Mamdani est :

Un systme flou de type Mandani est bas sur une collection de rgles du type :

1 1:i i i i

n nR Si x est F et x est F ALORS U h= (I.28)

O les ix reprsentent les variables dentres du rgulateurs et Uest la variable de

sortie du rgulateurs, ijF tant les sous-ensembles flous.

Gnralement les rgulateurs flous de type Mandani, sont des rgulateurs deux

entres, lerreur et sa variation. Et une sortie, qui reprsente la variation de la

commande, rgie par des rgles de la forme suivante :

1 2:i i i i

R Si e est F et e est F ALORS U h = (I.29)

La structure du processus ainsi command est donne par la figure (I.22) qui

correspond un rgulateur PI-flou.

PI-flouProcessus

e

uy

e)e,e(f

u+_w

Figure I.20 : Structure d'un PI flou de type Mamdani

La loi de commande du rgulateur PD-flou, est obtenu en suppriment lintgration la

sortie. Les rgles ont la forme suivante :

1 2:i i i i

R Si e est F et e est F ALORS U h = (I.30)

Pour le rgulateur PID-floue, la loi de commande est obtenue grce lerreur, sa

variation et sa variation seconde..Les rgles ont la forme suivante :

1 2 3: 2i i i i i

R Si e est F et e est F et e est F ALORS U h = (I.31)

La dfuzzification est gnralement effectue par la mthode du centre de gravit.

Une variante de la mthode de Mamdani consiste remplac loprateur min de

linfluence floue par loprateurprod(produit)


26/86

I.8.7- Les rgulateurs flous de type Sugeno

Le modle de Sugeno est connu sous le nom de TSK, car il a t propos par Takagi,

Sugeno et Kang en 1988.ce modle a pour but de donner la sortie de la rgle des

valeurs concrtes, et non pas une valeur floue, qui ncessite une tape de

dfuzzification.

Le systme flou de type Takagi-Sugeno, utilise des rgles crites de la manire

suivante :

1 1: ...... ( )i i i i

n nR Si x est F est x est F ALORS U h X = (I.32)

Chacune de ces rgles reprsente un modle local sur une rgion floue

dentre, ou sur un sous-espace dentre. Dans chaque rgion, le modle flou est

dfini par la fonction ih qui relie les entres la sortie numrique. Le modle global

est constitu par linterpolation des modles locaux.

I.8.8-conclusionDans ce chapitre, nous avons prsent les diffrents mthodes de rgulation en boucle

ouverte et en boucle ferm,, une description gnrale des systmes industriel ainsi que

quelque mthode de rgulation, qui se rsument dans lutilisation des rgulateurs PID

Enfin, nous avons touch la logique floue travers les rgulateurs de type Mandani et

de Sugeno.

Nous prsentons dans le chapitre suivant la maquette dont on doit rguler le niveaudeau.


27/86

Chapitre II : Description dusystme de rgulation de niveau

deau


28/86

II : Description du systme de rgulation de niveau deau

II.1. Introduction

On se propose dans ce chapitre de prsenter le systme de rgulation du niveau deau

dans un rservoir. Ceci permettra de mettre en vidence les diffrents composants

d'une boucle de rgulation et de comprendre les actions PID du rgulateur pour

atteindre des performances dsires.

II.2. Prsentation de la maquette

La maquette de rgulation est constitue dun rservoir haut de remplissage deau,

dun rservoir bas (source deau), dun capteur de pression diffrentielle, dune

motopompe et de deux cartes lectroniques lune dacquisition ou de mesure et lautre

est de puissance destine la commande. La rgulation est assure par un programme

construit avec le logiciel LABVIEW, quon prsentera aprs , la rgulation est faite

avec un PID industriel .

Le schma synoptique de la structure de la maquette conue est donn par la figure

Figure II.1 : Structure de la maquette

Le rservoir haut est en plexiglas transparent permettant ainsi lobservation

de lvolution du niveau deau. De plus le Plexiglas prsente beaucoup moins

de dangers que le verre en cas de bris. Le rservoir haut est de forme

paralllpipdique, de 30 cm de hauteur et de largeur, et de 4 cm de

profondeur, une rgle gradue permet de lire directement le niveau deau. Ce

rservoir prsente une entre de remplissage deau, une sortie dvacuation et

une sortie de trop-plein.


29/86

Le rservoir bas reprsente la source deau, il est naturellement plus

volumineux que le rservoir haut. Il est aussi de forme paralllpipdique, de

30 cm de hauteur et de largeur, et de 18 cm de profondeur. Il a une capacit

de remplissage de 5 litres. Ce rservoir est aussi en plexiglas mais opaque et

non transparent.

La motopompe permet le remplissage du rservoir haut, elle est compose

dune entre daspiration de 10 mm de diamtre, dune sortie de refoulement

de 3 mm de diamtre, dune pompe hermtique et dun cordon

dalimentation. La motopompe est alimente par une tension continue

variable de 0 12 V, elle consomme en fonctionnement nominal un courant

de 2.6 A.

Le capteur, rfrenc HONEYWELL 26PCAFA6D (voir Annexe A),

mesure la pression du fond du rservoir haut par rapport la pression

atmosphrique. Il est aliment par 12 V et dlivre une sortie variant de 0 17

mV. Pour une colonne deau de 70 cm, le capteur dlivre une tension de

mesure gale 17 mV. La sortie du capteur tant en millivolts, la ralisation

dun amplificateur dinstrumentation savre donc indispensable pour

permettre au rgulateur de lire limage du niveau deau. Un tube en verrereli une conduite en plastique permet de transmettre hermtiquement la

pression du fond du rservoir au capteur.

La vanne manuelle place sur le retour dvacuation permet de varier le dbit

de sortie du rservoir haut et dintroduire des perturbations en

fonctionnement statique.

Le trop-plein a un diamtre suffisamment grand pour garantir deuxfonctions : prvenir le dbordement du rservoir haut, en cas de

disfonctionnement du systme ou en cas dun dpassement important, et

maintenir le rservoir bas la pression atmosphrique empchant ainsi la

cration dune dpression lorsque la pompe aspire de leau.

II.3. Carte de mesure

Pour pouvoir rguler le processus, le rgulateur doit avoir une tension image bien

adapte. En effet, le capteur dlivre une sortie 0-17 mV et le microcontrleur a une

pleine chelle gale 5 V. Le capteur fait correspondre une tension nulle une


30/86

hauteur nulle et une tension de 17 mV une hauteur de 70 cm or la hauteur maximale

de la colonne deau dans le rservoir ne dpasse pas les 28 cm ce qui nous impose

den tenir compte.

Pour une colonne deau de hauteur gale 28 cm, on a relev une tension de sortie du

capteur valant 5,6 mV do on peut calculer le gain damplification :

3

5893

5.6 10G = =

II.3.1. Montage de lamplificateur dinstrumentationLe schma de la figure II.2 reprsente le montage de lamplificateur

dinstrumentation, constituant le conditionneur du capteur de pression diffrentielle.

Les entres e + et e reprsentent respectivement la sortie (+) et la sortie () du

capteur.

Figure II.2 : Schma du conditionneur

Le bloc form par les amplificateurs 1, 2 et 3 reprsente le conditionneur. Le

potentiomtre P permet davoir un gain variable pour bien talonner la mesure.

Le bloc form par lamplificateur 4 et le montage potentiomtrique permet un

rglage de loffset. En effet, une tension de dcalage apparat la sortie de

lamplificateur 3 ce qui fausse la lecture du niveau deau. Grce ce montage

soustracteur, on parvient liminer la tension de dcalage.

Le dernier bloc du montage reprsente un filtre passe bas qui contribue au lissage de

la mesure par sa frquence de coupure qui a t choisie gale 100Hz .

II. 3.2- Etalonnage du capteurLtalonnage nous permet de se renseigner sur la sensibilit du capteur et sur la

linarit de sa rponse ou non par rapport la variation de la pression. En variant leniveau deau, on a relev les valeurs suivantes de la tension de sortie du capteur :


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Tableau II.1 : Variation de la mesure en fonction du niveau

h(cm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 27

V(volts) 0,05 0,5 0,8 1,16 1,5 1,9 2,2 2,6 2,9 3,3 3,6 4 4,4 4,7 4,94

Figure III.3 : Courbe dtalonnage du capteur

La courbe dtalonnage est linaire, on peut donc varier la commande

proportionnellement au niveau deau choisit sans avoir compenser la mesure

dlivre par le capteur.

II.4. Carte de commande

Il est impossible de commander directement un moteur de courant nominal dpassant

les deux ampres. Lamplificateur de puissance doit donc dlivrer la puissance

ncessaire au fonctionnement du moteur. La commande dlivre par le rgulateur est

une commande en tension ce qui veut dire que lamplificateur doit avoir un gain

unitaire en tension et un gain en courant permettant lalimentation du moteur sans

surcharge excessive.

Le moteur arrive pomper de leau dans le rservoir haut partir dune tension de

commande gale 4,2 V, il est donc ncessaire de le commander par une tension

dpassant les 5 volts pour pouvoir aisment remplir le rservoir.

Pour avoir le bon fonctionnement du montage, on applique une tension de 8V.

II.4.1. Montage de lamplificateur de puissance :Le montage de lamplificateur de puissance utilis est donn par le schma

de la figure II.4 :

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 1 6 18 20 22 24 26 27

V (volts)

h (cm)


32/86

Figure II.3 : Schma de lamplificateur de puissance

II.4.2. Fonctionnement du montage

Les diodes D1 et D2 sont des diodes de protection contre linversion des

tensions dalimentation.

Les capacits C1 et C2 sont des capacits de filtrage.

Soient 1V la tension de sortie de lamplificateur 1 et 2V la tension

dentre non inverseuse de lamplificateur 2, on a :

113

1 eR

V VR

= +

et

4 4 12 1

2 4 2 3 3

(1 ) e R R R

V V V R R R R R

= = ++ +

On doit tout dabord avoir un gain en tension gal 1.6 au niveau du

premier amplificateur pour avoir une tension de commande gale 8 V au lieu de 5

V, il faut donc avoir 1 30.6R R= . En prenant 1 9.1R k= et 3 15R k= , on obtient

un rapport gal 0.606.

On a aussi :

5

2

5 6

S

RV V

R R=

+ ou bien6

2

5

1SR

V VR

= +

Donc :

6 4 1

5 2 4 3

1 1S eR R R

V V R R R R

= + + +

En choisissant 2 4 5 6 10 R R R R k = = = = , on obtient

1.6S eV V=

Pour une tension de commande gale 5 V, le moteur sera aliment par 8 V.


33/86

II.5-conclusion

Dans ce chapitre on a prsent la description lectronique de la maquette dergulation de niveau deau, la carte de mesure et la carte de commande. On prsenteraensuite dans le chapitre suivant la structure de la carte dinterfaage ralis et les

principes de conversion A/N et N/A et le protocole de la transmission srie


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Chapitre III : Dveloppement

dune carte dinterfaage base de

PIC16F877


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III. Dveloppement dune carte dinterfaage base de PIC16F877

III.1-principe dinterfaage

Linterfaage permet lchange dinformations entre deux ou plusieurs priphriques,

Pour notre cas on sintresse linterfaage entre un PC et un rservoir remplit deau,

pour cela on a ralis une carte dinterfaage base de PIC 16F877.

III.2-descriptions des composants de la carte de commande ralise

Pour pouvoir commander le procd (dans notre cas cest un niveau deau dans un

rservoir) avec une loi de commande numrique travers un PC, il est ncessaire

dutiliser une carte dinterfaage qui a pour but de transformer les signaux numrique

des signaux analogique quivalente et les signaux analogiques en des signaux

numrique quivalente.

La carte ralise contient :

Un PIC16F877

Un DAC0808

Un AOP LF351

MAX232

Port srie

Nous dcrivons si dessous les caractristiques de ces composant un par un :

III.2.1-Microcontrleur PIC 16F877

III.2.1.1-Dfinition dun PIC

Un PIC est un microcontrleur, cest dire une unit de traitement de linformation

de type microprocesseur laquelle on a ajout des priphriques internes permettant

de raliser des montages sans ncessiter lajout de composants externes.les PICs sont

des composant dits RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou encore (composant

jeu dinstruction rduit).

III.2.1.2-Les diffrentes familles des PICs

La famille des pics est subdivise lheure actuelle en 3 grandes familles :

Base-line : cest une famille qui utilise des mots dinstructions de 12 bits.


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Mid-range : cest une famille qui utilise des mots de 14 bits(dont font partie

les 16F84,16f876et 16f877

High-end : cest une famille qui utilise des mots de 16 bits.

III.2.1.3-Identification dun PicPour identifier un PIC, on utilise simplement son numro :

16 : indique la catgorie du PIC, cest un Mid-range.

L : indique quil fonctionne avec une plage de tension beaucoup plus tolrante.

C : indique que la mmoire programme est un EPROM ou une EEPROM.

CR ou F : indique le type de mmoire ; CR(ROM) ou F (FLASH).

XX : reprsente la frquence dhorloge maximale que le PIC peut recevoir.

Une dernire indication quon le trouve est le type de botier.

Exemple :

Un 16f877-20 est un PIC MID-RANGE(16) ou la mmoire programme est de

type FLASH (F) et rinscriptible de type 877 et capable d accepter une frquence

dhorloge de 20MHz

Figure III.1: description de la configuration du PIC 16F877

III.2.1.4-Les caractristiques principales dun microcontrleurOn cite :

De nombreux priphriques dE/S

Une mmoire de programme

Une mmoire vive (en gnral de type SRAM)

Eventuellement une mmoire EEPROM destine la sauvegarde par programme

de donnes la coupure de lalimentation

Un processeur 8 ou 16 bits

Faible consommation lectrique


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Les tailles mmoire sont en gnral rduites, de lordre de :

16 ko pour la mmoire programme

Quelques octets 16 ko pour la RAM

La puissance de calcul est aussi limite :

0.012 MIPS pour les Basic Stamp

1 5 MIPS pour les PIC

III.2.1.5-Caractristique gnrale de la famille 16F87x

La famille 16F87x comprend toute une srie de composants, voici les diffrents

types existants et qui sont entrain dvolution :

Tableau .III-1: Evolution de la famille 16F87x

PIC FLASH RAM EEPROM I /O A /D Port // Port srie16F870 2K*14 128 64 22 5 NON USART16F871 2K*14 128 64 33 8 PSP USART16F872 2K*14 128 64 22 5 NON MSSP16F873 4K*14 192 128 22 5 NON USART/MSSP16F874 4K*14 192 128 33 8 PSP USART/ MSSP16F876 8K*14 368 256 22 5 NON USART/ MSSP16F877 8K*14 368 256 33 8 PSP USART/ MSSP

Tous ces composants sont identiques, aux exceptions cites dans le tableau prcdent.

Les diffrences fondamentales entre ces PICs sont donc les quantits de mmoires

disponibles, le nombre dentres/sorties, le nombre de convertisseurs de type

analogique/numrique , et le nombre et le type des ports intgrs.

Tous les PICs Mid-Range, dont il appartient notre PIC 16F877, ont un jeu de 35

instructions, stockent chaque instruction dans un seul mot de programme, et excutent

chaque instruction (sauf les sauts) en 1 cycle ; on atteint donc des trs grandes

vitesses ; et les instructions sont de plus trs rapidement assimiles.Lhorloge fournie au PIC est prdivise par 4 au niveau de celle-ci ; cest cette base

de temps qui donne le temps dun cycle : si on utilise par exemple un quartz de

4MHz, on obtient donc 1000000 de cycles/seconde, or, comme le PIC excute

pratiquement 1 instruction par cycle, hormis les sauts, cela nous donne une puissance

de lordre de 1 MIPS (1 Million dInstructions Par Seconde).


38/86

III.2.1.6-Les principales caractristiques du PIC 16F877

Le PIC 16F877 est caractris par :

Une Frquence de fonctionnement leve, jusqu 20 MHz

Une mmoire vive de 368 octets.

Une mmoire EEPROM pour sauver des paramtres de 256 octets

Une mmoire morte de type FLASH de 8 Kmots (1mot = 14 bits), elle est

rinscriptible volont

Chien de garde WDT

33 Entres et sorties

Chaque sortie peut sortir un courant maximum de 25 mA

3 Temporisateurs : TIMER0 (8 bits avec pr diviseur), TIMER1 (16 bits

avec prdiviseur avec possibilit dutiliser une horloge externe rseau RC

ou QUARTZ) et TIMER2 (8 bits avec prdiviseur et postdiviseur)

2 entres de captures et de comparaison avec PWM (Modulation de

largeur dimpulsions)

Convertisseur analogique numrique 10 bits avec 8 entres multiplexes

maximum

Une interface de communication srie asynchrone et synchrone

(USART/SCI)

Une interface de communication srie synchrone (SSP/SPI et I2 C)

Une tension d'alimentation entre 2 et 5.5 V

III.2.1.7-Les mmoires du PIC 16F877Le PIC 16F877 dispose de trois types de mmoires :

Mmoire vive RAM

Cest de la mmoire daccs rapide, mais labile (c'est--dire quelle sefface

lorsquelle nest plus sous tension); cette mmoire contient les registres de

configuration du PIC ainsi que les diffrents registres de donnes. Elle contient

galement les variables utilises par le programme.

Cette mmoire RAM disponible sur le 16F877 est de 368 octets, elle est rpartie de la

manire suivante:

80 octets en banque 0, adresses 0x20 0x6F

80 octets en banque 1, adresses 0xA0 0xEF

96 octets en banque 2, adresses 0x110 0x16F 96 octets en banque 3, adresses 0x190 0x1EF


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16 octets communs aux 4 banques, soit 0x70 0x7F; 0xF0 0xFF; 0x170

0x17F; 0x1F0 0x1FF

Mmoire morte FLASH

Cest la mmoire programme proprement dite. Chaque case mmoire unitaire fait 14bits. La mmoire FLASH est un type de mmoire stable, rinscriptible volont.

Cest ce nouveau type de mmoire qui a fait le succs de microprocesseur PIC. Dans

le cas du 16F877, cette mmoire FLASH fait 8 K. Lorsque lon programme en

assembleur, on crit le programme directement dans cette mmoire.

Mmoire EEPROM

Cette mmoire est de 256 octets, elle est Electriquement effaable, rinscriptible et

stable. Ce type de mmoire est daccs plus lent, elle est utilise pour sauver des

paramtres.

Ladresse relative de laccs EEPROM est comprise entre 0000et 00ff, ce qui nous

permet dutiliser quun registre de huit bits pour dfinir cette adresse.

III.2.1.8-Organisation externe du PIC 16F877

Figure III.2 : Brochage du PIC 16F877

Le botier du PIC 16F877 dcrit par la figure III.2 comprend 40 pins : 33 pins

dentres/sorties, 4 pins pour lalimentation, 2 pins pour loscillateur et une pin pour le

reset (MCLR).La broche MCLR sert initialiser le C en cas de la mise sous tension, de remise


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zro externe, de chien de garde et en cas de la baisse de tension dalimentation.

Les broches VDD et VSS servent alimenter le PIC.

On remarque quon a 2 connections VDD et 2 connections VDD .

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 nombreusesentres/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.

Les broches OSC1 et OSC2 ou CLKIN et CLOUT permettent de faire fonctionner

loscillateur interne du PIC qui peut tre un quartz, un rsonateur cramique, un

oscillateur externe ou un rseau RC. dont le rle est de cres des impulsions de

frquences leves.

Lors de la programmation, la broche MCLR doit tre porte un niveau compris entre

12 V et 14 V et le PIC16F877 commence programmer en appliquant un signal

dhorloge sur la broche RB6 (broche 39) et les informations binaires transitent en srie

sur la broche RB7 (broche 40). Chacune des informations qui transitent sur la broche

RB7 est valide la retombe du signal dhorloge sur la broche RB6 .

III.2.1.9 Les ports dentre/sortieLes c 16F877 contient les 5 ports suivants

Port A : 6 pin I/O numrotes de RA0 RA5

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

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

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

Port E : 3 pin I/O numrotes de RE0 RE2

Tous ces ports se trouvent dans la banque 0, mais tous leurs registres se trouvent dans

la banque1, pour dterminer les modes des ports (I/O), il faut slectionner leurs

registres TRISX :

le positionnement dun bit 1 place la pin en entre.

Le positionnement de ce bit 0 place la pin en sortie.


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Notez, comme pour tous les ports, que la mise sous tension du PIC, et tout autre reset,

force tous les bits utiles de TRISx 1, ce qui place toutes les pins en entre. En plus

pour configurer TRISX avec notre compilateur il faut agir sur la valeur set_tris_x 0 ;

Exemple : Set_tris_x (valeur).

Le port ALe port A est form de six pins donc six entres/sorties numrotes de RA0 RA5 qui

peuvent tre utilis comme des entres pour le convertisseur analogique numrique ou

utilis pour le TIMER 0, dans ce dernier cas le pin RA4 sera utilis comme entre

pour configurer TOCKI est de type drain ouvert.

On peut utiliser ce port, soit pour la conversion analogique /numrique, soit en mode

(I/O), dans notre projet on a utilis RA0 comme entre pour le CAN.

Remarque : RA4 qui est toujours en collecteur ouvert (mise 0) cest dire mise ensortie.

Le port B

Rien de particulier dire sur ce port, qui possde 8 pins d'entre/sortie classique

numrotes de RB0 RB7.

On note que la pin RB0 qui, en configuration dentre, est de type trigger de Schmitt

quand elle est utilise en mode interruption INT . La lecture simple de RB0 se

fait, de faon tout a fait classique, en entre de type TTL.

Le port C

Tout dabord au niveau programmation, cest un PORT tout ce quil y a de plus

classique, comportant 8 pins de RC0 RC7. On trouve donc un registre TRISC

localis dans la banque 1, qui permet de dcider quelles sont les entres et quelles sont

les sorties. Le fonctionnement est identique celui des autres TRIS, savoir que le

positionnement dun bit 1 place la pin en entre, et que le positionnement de ce

bit 0 place la dite pin en sortie.

Au niveau lectronique, on remarque que toutes les pins, lorsquelles sont configures

en entre, sont des entres de type trigger de Schmitt ; ce qui permet dviter les

incertitudes de niveau sur les niveaux qui ne sont ni des 0V, ni des +5V, donc, en

gnral, sur les signaux qui varient lentement dun niveau lautre.


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Le port D :

Ce port nest prsent que sur les PIC16F877. il fonctionne de faon identique aux

autre, dans son mode de fonctionnement gnrale .les 8 pin I/O, en mode entre , sont

de type trigger de Schmitt

Ce port est trs utilis en mode parallle esclave (slave).

Le port E :

Ce port nest prsent que sur les PICs de type 16F877.

Le port E possde trois pins donc trois entres/sorties, RE0 RE2, il est utilis

comme entres au convertisseur analogique numrique et aussi il peut contrler le port

parallle slave c'est--dire le port D.

On remarque que les pins REx peuvent galement tre utilises comme pins

dentres analogiques. Cest de nouveau le registre ADCON1 qui dtermine si ceport sera utilis comme port I/O ou comme port analogique.

III.2.1.10-L interruption RB0/INTCette broche a une double fonction elle peut tre utilise comme une broche standard

RBO ou comme une entre dinterruption INT.

Si cette broche est utilise comme une entre d'interruption externe, elle doit tre

maintenue un niveau haut par l'intermdiaire de rsistances de 10 k pour ne pas

dclencher dinterruptions imprvues, cela permet aussi de relier plusieurs sourcesd'interruptions sur une mme ligne.

III.2.1.11-Le convertisseur analogique numrique du PIC 16F877

La fonction conversion analogique-numrique consiste transformer une grandeur

lectrique en une grandeur numrique exprime sur N bits. Cette grandeur de sortie

reprsente, dans le systme de codage qui lui est affect, un nombre proportionnel la

grandeur analogique dentre.

Figure III.3 : Principe de conversion analogique / numrique


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Le CAN intgr dans le 16F877 est un CAN 10 bits qui donne une prcision en 5V de

5mv environ, ce qui est une prcision tout a fait intressante. La rsolution 10 bits du

PIC permet dattribuer 1024 valeurs numrique a notre signal dentr.

Dune manire gnrale, le principe de conversion analogique/numrique

ncessite deux oprations :A- La quantification : opration qui consiste associer une valeur

analogique la plus petite variation mesurable entre deux

valeurs codes distinctes en sortie. Cette valeur est appele

quantum.-

max

2 2

ref ref

n n

V VVeq +

= =

1 q : quantum (V), aussi appel rsolution

2 VeMAX: cest l cart entre la valeur mini et maxi de Ve numriser (V)

3 n : nombre de bits en sortie du convertisseur

B- Le codage : opration qui assigne une valeur numrique chacun de

ces niveaux. Les codages les plus couramment utiliss sont :

Le binaire naturel, pour les nombres non signs,

Le complment 2 pour les nombres signs,

Le code binaire sign.

Il existe diffrent mthodes de conversion analogique numrique , tel que :

La conversion a simple rampe

La conversion double rampe

La conversion par approximation successive

La conversion parallle ou Falsh

Dans notre projet la conversion dans le PIC seffectue par approximation successive

dont le fonctionnement est dtaill ci dessous :


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Figure III.4 : Principe de conversion d'un ADC de PIC 16F877

Lorganigramme dacquisition de la mesure

Cet organigramme (Figure III.5) reprsente les tapes dacquisition dun signal

analogique appliqu sur les pins du CAN.

Figure III.5 : Lorganigramme dacquisition de la mesure

III.2.2- Le convertisseur numrique analogiqueOn dispose d'un mot numrique de n bits, que l'on voudrait convertir en une tension

analogique, en considrant un code binaire :

Fin

Slectionner les pins analogiques du CAN

Dterminer si l'oscillateur est interne ou externe

Slectionner le canal qu'on va utiliser

Dbut

Saisir la valeur donne au CAN et lenregistrer


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Figure III.6 :Schma dun convertisseur numrique analogique

Le convertisseur de courant :

Figure III.7 :Schma de principe d'un CNA de courant

Ce convertisseur fournit un courant qui dpend de la tension rfrence Vrf ainsi que

les tats des interrupteurs suivant la formule suivante :

11 20 12 4 2

nout rf n

AA A I I A

= + + + +

L

Avec : rfrf

VI

R=

Si on veut obtenir un CNA de tension, on est amen ajouter un amplificateur [10].

Dans notre projet nous avons utilis un convertisseur analogique numrique de

courant "le DAC0808" suivi d'un convertisseur courant/tension base d'un

amplificateur oprationnel.

Le DAC 0808

Les DAC0808 sont des circuits monolithiques convertisseurs D/A 8 bits fournissantun courant pleine chelle de 150 mA et ne dissipant que 33 mW avec une alimentation

gale 5 V. Lajustement du courant de rfrence (Irf) nest pas ncessaire dans la

plupart des applications puisque le courant pleine chelle est de 1 LSB de255

256Irf .

Les DAC0808 sinterfacent directement avec la logique TTL, DTL ou CMOS.

Concernant le brochage du DAC0808, il est donn par le schma suivant :


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Figure III.8 :Brochage du DAC0808

le tableau ci-dessous donne un aperu sur les valeurs limites d'un CNA de type

DAC0808 :

VCC +18V DCVEE -18V DC

Tension dune entre digitale, V5-V12 -10 VDC +18 VDC

Tension de sortie, Vo -11 VDC +18 VDC

Courant de rfrence, I14 5 mA

Tension de rfrence V14, V15 VCC et VEEPuissance dissipe 1000 mW

Dcote au-dessus de 25 C 6.7 mW/C

T de fonctionnement DAC0808L -55C TA +125C

T de fonctionnement DAC0808LC sries 0 TA +75C

Plage de tempratures de stockage -65C +150C

Figure III.9 :Caractristiques du DAC0808

Lapplication typique du DAC0808 utilise pour notre carte est de convertir le courant

issu du convertisseur en une tension proportionnelle en utilisant le circuit LF351 qui

est un amplificateur. Le schma IV.12 illustre ce fonctionnement :

1

3

4

5

NC

2GND

EEV

OUT

MSB

6A

5A

8A1AMSB

6

7

2A

3A

84A

7A

9

10

11

12

13

15

16

14

CCV

( )rf

V +

( )rf

V

Compensation


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Figure III.10 :Schma du cblage du DAC0808 avec lamplificateur LF351

III.2.3. communication srie asynchrone a travers le port srie RS232

Les liaisons sries permettent la communication entre deux systmes numriques enlimitant le nombre de fils de transmission.

La liaison srie aux normes de RS232 est utilise dans tous les domaines de

linformatique. Elle est de type asynchrone, c'est--dire quelle ne transmet pas le

signal de lhorloge.

Le schma fonctionnel est le suivant :

Figure III.11schma fonctionnel d'une liaison srie asynchrone de la norme RS232

La transmission srie ncessite au moins 2 fils de communication, lun pour la

transmission (Tx) et lautre pour la rception (Rx)et un fil de masse.

III.2.3.1- Protocole de transmissionAfin que les lments communicants puissent se comprendre, il est ncessaire

d'tablir un protocole de transmission. Ce protocole devra tre le mme pour les deux

lments afin que la transmission fonctionne correctement.

Paramtres rentrant en jeu :

Longueur des mots : 7 bits (ex : caractre ascii) ou 8 bits


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La vitesse de transmission : les diffrentes vitesses de transmission son

rglables partir de 110 bauds (bits par seconde) de la faon suivante : 110

bds, 150 bds, 300 bds, 600 bds, 1200 bds, 2400 bds, 4800 bds, 9600 bds.

Parit : le mot transmis peut tre suivi ou non d'un bit de parit qui sert

dtecter les erreurs ventuelles de transmission. Il existe deux types de parit. parit paire : le bit ajout la donne est positionn de telle faon que

le nombre des tats 1 soit paire sur l'ensemble donn + bit de parit

ex : soit la donne 11001011 contenant 5 tat 1, le bit de parit paire

est positionn 1, ramenant ainsi le nombre de 1 6.

parit impaire : le bit ajout la donne est positionn de telle faon

que le nombre des tats 1 soit impaire sur l'ensemble donn + bit de

paritex : soit la donne 11001011 contenant 5 tat 1, le bit de parit paire

est positionn 0, laissant ainsi un nombre de 1 impaire..

Bit de start : la ligne au repos est l'tat logique 1 pour indiquer qu'un mot

va tre transmis la ligne passe l'tat bas avant de commencer le transfert.

Ce bit permet de synchroniser l'horloge du rcepteur.

Bit de stop : aprs la transmission, la ligne est positionne au repos

pendant 1, 2 ou 1,5 priodes d'horloge selon le nombre de bits de stop.

Le bit de start apparait en premier dans la trame puis les donnes (poids faible en

premier), la parit ventuelle et le (les) bit(s) de stop.

exemple :

Soit transmettre en parit paire, avec 2 bits de stop, le caractre B dont le codage

ascii est 1000010(2) la trame sera la suivante :

Figure III.12 Exemple de transmission srie


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Les deux organigrammes ci-dessous prsenteront le principe de la transmission et la

rception srie que nous avons utilis pour la programmation de notre PIC,

videmment le mme principe sera utilis pour le programme implant sur LabVIEW.

Organigramme dmission srie Organigramme de rception srie

Figure III.13 Organigramme de la transmission srie

III.2.3-2- Principe dadaptation PIC- RS232Passons maintenant au principe dadaptation entre le PIC et le port srie Rs232.

Le PIC utilise les niveaux 0V et 5V pour dfinir respectivement des signaux 0 et

1 . La norme RS232 dfinit des niveaux de +12V et 12V pour tablir ces mmes

niveaux.

Nous aurons donc besoin dun circuit charg de convertir les niveaux des signaux entre

PIC et PC. La pin TX du PIC mettra en 0V/5V et sera convertie en +12V/-12V vers

notre PC. La ligne RX du PIC recevra les signaux en provenance du PC, signaux qui

seront converti du +12V/-12V en 0V/5V par notre circuit de pilotage du bus.

Notons que la liaison tant full-duplex, mission et rception sont croises, chaque

fil ne transitant linformation que dans un seul sens.

Nous utiliserons le clbre circuit MAX232 pour effectuer cette adaptation de niveaux.

Ce circuit contient un double convertisseur double direction. Autrement dit, il dispose

de :

- 2 blocs, dnomms T1 et T2, qui convertissent les niveaux entrs en 0V/5V en

signaux sortis sous +12V/-12V. En ralit, on na pas tout fait +12V et -12V,


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Transformateur

mais plutt de lordre de +8,5V/-8,5V ce qui reste dans la norme RS232.

- 2 blocs, dnomms R1 et R2, qui convertissent les niveaux entrs en

+12V/-12V en signaux sortis sous 0V/5V.

Figure III.14 : Circuit intgr MAX232

III.3-descriptions de la carte dAlimentation stabilis

Notre carte doit tre alimente par une alimentation stabilise qui fournit par 5V la

sortie pour alimenter notre PIC et 12V pour lalimentation du circuit LF351N.

La carte ralise contient :

Un transformateur abaisseur, qui fournit sur son secondaire une tension

alternative trs infrieure celle du secteur (220V/17V)

Un pont redresseur (diodes en pont de Gratz), qui fournit en sortie une

tension non plus alternative mais redresse,

cinq capacits de filtrage, qui rduisent l'ondulation de la tension issue du

pont redresseur,

trois rgulateurs de tension, dont le rle est de stabiliser le potentiel de sortie

une certaine valeur 5V, 12V ou -12V. enfate Pour avoir une tension de 5V on

a choisi l'un des rgulateurs de tension les plus utilis le 7805, galement pour

les tensions 12V et -12V, on a choisi respectivement le 7812 et le 7912.

Redressement Filtrage RgulationVe Vs


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Figure III.15 : Schma synoptique

III.3.1 Choix du transformateur

Notre Carte de dveloppement ncessite une tension dalimentation de (5V, 12v) et

un courant de 0.5A, ainsi nous devons choisir un transformateur a point milieu dont la

tension maximale au secondaire est suprieure 15.5V

III.3.2 Choix de pont de redressementLe choix de pont de diode est base essentiellement sur :

La tension inverse maximale de diode.

Le courant moyen direct.

III.3.3 Choix des condensateurs Choix des condensateurs de filtrage:

Pour obtenir une tension presque constante il faut brancher un ou plusieurs

condensateurs en parallle juste la sortie de pont redresseur, plus la valeur de la

capacit est leve plus le filtrage sera meilleur. Les deux principaux critres

considrer dans le choix dun condensateur sont :

1. sa capacit

2. sa tension de service Choix des condensateurs de dcouplage :

On les choisi de tel sorte quils servent amliorer la stabilit du rgulateur

III.3.4 Choix de rgulateur de tensionUn rgulateur de tension intgr est un composant semi-conducteur dont le rle

consiste rendre quasi continue une tension qui prsente une ondulation issue dun

pont redresseur et stabiliser sa valeur.

La tension de sortie Vout est le principal critre de choix, puisquelle correspond la

tension dsire. Ainsi, pour une tension de 5V, on choisira un LM705 qui possde les

caractristiques suivantes :

Courant de sortie 1A.

Protection thermique interne contre les surcharges.

Aucun composant externe ncessaire.

Plage de scurit pour le transistor de sortie.

Limitation interne du courant de court-circuit.


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III.4 conclusion

On a vue donc les diffrents lments constituant la carte dinterfaage ralis, leurs

fonctionnements, ainsi que le principe de la transmission srie et celui de ladaptation

en ligne.

Nous verrons dans le chapitre suivant les principales caractristiques du logicielLabVIEW, ainsi que les rsultats obtenus aprs la rgulation.


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Chapitre IV : Commande etrgulation dans LabVIEW


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IV. Commande et rgulation dans LabVIEW

IV.1- Introduction la programmation graphique

LAbVIEW ( Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench ) est un langage

de programmation ddi au contrle dinstruments et lanalyse de donnes.

Contrairement la nature squentielle des langages textuels, LabVIEW est bas sur

un environnement de programmation graphique utilisant la notion flot de donnes

pour ordonnancer les oprations.

Enfaite il existe deux formes de programmation graphiques:

Une programmation dite flot de contrle et une autre dite flot de donns.

VI.1.1-programmation flot de contrle

Ils ont longtemps t utiliss pour dcrire les algorithmes, ces reprsentationsdcrivent les programmes comme tant de nud de calcul connect par des arcs

spcifiant quel calcul doit tre effectu ensuite

Ex : Grafcet et Rseau de petri.

IV.1.2-Programmation flot de donn

Cest une fonction analogue la propagation du signal travers un circuit lectrique.

Le digramme flot de donnes est un graphe acyclique qui peut tre compos de 3

lments suivants : Des terminaux : qui sont les liens avec lextrieur qui reprsente la production

o la consommation de donnes.

Des Nud qui sont les traitements effectu et qui sont reprsent par une

figure gomtrique pouvant contenir une image illustrant leur fonctionnalit

Les arcs orient : qui relie les nuds et les terminaux et permettent dindiqu

le passage de donnes dun nud vers un autre.

Figure IV.1 : Exemple de diagramme de flot de donns


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IV.2- Lenvironnement LabVIEW

LabVIEW est centr autour du principe dinstrument virtuel (Virtual Instrument ou

encore VI). IL se dcomposer en deux parties :

la premire partie (partie cache ou interne) : elle contient lalgorithme du

programme dcrit sous la forme dun diagramme flot de donnes en langagegraphique.

la seconde partie (partie visible) est constitue de linterface utilisateur.

Figure IV.2 : Fentre de lenvironnement de dveloppement sur LabVIEW

Face avant ( droite) et Diagramme ( gauche)

Pour crire un programme sur LabVIEW, on a besoins des Palettes qui nous offrela possibilit de modifier la face avant et le digramme de LabVIEW, on trouve trois

palettes :

Palette doutils

Elle est disponible sur la face-avant et sur le diagramme, elle contient les outils

ncessaires pour faire fonctionner et modifier la face avant et les objets du

diagramme.

Figure IV. 3 :palette doutils

Palette de commandes

Elleest disponible uniquement sur la face-avant, elle contient les commandes et lesindicateurs de la face-avant ncessaire pour crer linterface utilisateur.


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Figure IV. 4 : palette de commandes

Palette de fonctions

Elleest disponible uniquement sur le diagramme. Ellecontient les objets ncessaire

pour la programmation graphique comme les oprations darithmtique, dE/Sdinstrument, dE/S de fichier et dacquisition de donnes.

Figure IV. 5 : palette de fonctions

IV.3- Structure de donnes dans LabVIEW

LabVIEW utilise un langage fortement typ et toutes donnes ou structure de donnes

ne peuvent tre manipules quavec des fonctions admettant ce type, en faite dans

LabVIEW on trouve les types de base scalaire, les types entiers (signs ou non,

cods sur 8, 16 ou 32 bits), le type rel (cod sur 16, 32 ou 64 bits), le type

boolenetle typechanedecaractres(figure IV.5). Ilestimportantdenoterque

les lments reprsentant ces donnes, ainsi que les liaisons issues de ces

lments,sontdeformeetdecouleurdiffrente.


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Figure IV. 8 : Exemple de manipulation des donnes avec le type cluster

IV.4 Structures de programmation

LabVIEW utilis

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