Un contrôleur “pluie et vent” à affichage numérique



L’appareil utilise deux capteurs pour détecter les conditions atmosphériques (pluie et vent) et un microcontrôleur pour la gestion des données, avec possibilité d’activer une sortie à relais au cas où le seuil d’alarme prédéfini serait dépassé. Il est idéal pour contrôler la fermeture de sécurité (en cas de pluie ou vent fort) des stores, parasols et autres Velux motorisés.

Caractéristiques techniques
• Alimentation : 12 VDC
• Consommation max : 200 mA
• Capteur vent : anémomètre à palettes rotatives avec sortie à contact “reed”
• Capteur pluie : platine à variation de résistance
• Visualisation en temps réel de la vitesse du vent détecté
• Vitesse minimale détectable : 1 km/h
• Vitesse maximale détectable 99 km/h
• Résolution : 1 km/h
• Signalisation conditions d’alarme par LED
• Sortie d’alarme à relais
• Possibilité de programmation du seuil d’alarme vent
• Vitesse minimale d’alarme : 1 km/h
• Vitesse maximale d’alarme : 70 km/h
• Paramétrage par défaut du seuil d’alarme : 10 km/h
• Durée minimale d’excitation du relais en monostable : 1 seconde
• Durée maximale d’excitation du relais en monostable : 60 secondes
• Durée par défaut : 10 secondes
• Possibilité de le maintenir constamment actif pendant tout le temps de dépassement du seuil d’alarme
• Possibilité d’exclure l’un des deux capteurs

Chacun sait que les stores ou les parasols, même les plus solides, sont facilement détruits par le vent et que les Velux doivent être fermés s’il se met à pleuvoir.
Pour peu que ces éléments de votre confort domestique soient motorisés (et c’est souvent le cas), le contrôleur “pluie et vent” que nous vous proposons dans cet article de construire va vous éviter bien des désagréments.
Il s’agit d’une petite centrale météo dotée de deux capteurs (pluie et vent), d’un affi chage numérique de la vitesse de ce dernier et surtout d’un relais se déclenchant si l’une ou l’autre ou les deux conditions d’alarme (il pleut ou/et le vent dépasse une certaine vitesse) sont vérifi ées, afi n de remonter le store, fermer le parasol ou/et le Velux.
Les seuils d’intervention et le nombre de capteurs en fonction (l’un, l’autre ou les deux) sont bien entendu paramétrables : en effet, un microcontrôleur gère ces capteurs et en visualise les valeurs sur deux affi cheurs à sept segments.
La section pluie est la plus simple à gérer car son capteur permet de vérifi er immédiatement s’il pleut ou non (elle est en tout ou rien) : s’il pleut, le relais de sortie est activé (pendant une durée paramétrable à l’aide d’un simple potentiomètre ou bien pendant toute la durée de la pluie, au choix) et, par exemple, le moteur du Velux ou du parasol se met à tourner pour les fermer. La vitesse du vent est, elle, acquise par un anémomètre à pales rotatives à la sortie duquel se trouve un contact qui se ferme à une fréquence proportionnelle à la vitesse détectée.
Grâce au microcontrôleur, nous pouvons donc compter ces impulsions et par conséquent mesurer la force (c’est-à-dire la vitesse) du vent, celle-ci étant visualisée par les deux affi cheurs à 7 segments : si cette valeur dépasse le seuil paramétré, le relais de sortie est activé et, par exemple, le store s’enroule ou le parasol se ferme.

Le paramétrage
Le fonctionnement du système est très simple : quand la pluie est détectée ou que le vent dépasse un certain seuil paramétré de vitesse, le relais de sortie est activé. La section pluie n’est pas réglable car elle fonctionne en “tout ou rien” numérique et le relais se déclenche dès que l’eau mouille le capteur. La section du vent requiert en revanche un interfaçage plus complexe, mais grâce au microcontrôleur, la conversion de la sortie de l’anémomètre en km/h est relativement simple. Le réglage du seuil d’activation du relais doit être fait manuellement en suivant une procédure très facile à exécuter : il suffi t en effet de maintenir P1 pressé jusqu’à ce que l’affi cheur visualise deux zéros clignotants. Il faut alors relâcher le poussoir et, à l’aide du potentiomètre R1, paramétrer le seuil (de 1 km/h à 70 km/h). La valeur choisie est visualisée sur l’affi cheur et, pour confi rmer, il suffi t de presser brièvement P1 : quand le vent dépasse ce seuil de vitesse, le relais s’excite (la durée d’activation du relais est paramétrable en maintenant P1 pressé jusqu’à ce que LD1 commence à clignoter et ensuite, avec R1, il est possible de régler la durée de 0 à 60 secondes). Voir fi gure 4.
Un bornier permet de relier la sortie du relais en parallèle avec l’interrupteur de relevage manuel des stores ou de fermeture du parasol et du Velux.

Le schéma électrique
Le circuit, dont la fi gure 1 donne le schéma électrique, est alimenté avec une tension stabilisée de 12 V servant à faire coller RL1. Un régulateur 7805 (U2) en tire le 5 V stabilisé pour alimenter toute la logique de contrôle. L’appareil est géré par un microcontrôleur PIC16F628, scandé par un quartz de 20 MHz. Deux capteurs lui sont couplés.
Le transducteur “pluie” est interfacé avec le PIC par un simple BC547 que R21 maintient en saturation : la broche 2 du microcontrôleur est donc maintenue au niveau logique bas. Quand le capteur détecte la présence d’eau, sa résistance s’abaisse notablement et la base de T1 passe à un potentiel très bas, ce qui met le transistor en interdiction et fait passer de 0 à 1 le niveau du port RA3 et commuter le relais d’alarme.
Le capteur “vent” est relié à travers une résistance de “pull up” R19 au port RA2.
A chaque tour, le “reed” contenu dans les pales rotatives de l’anémomètre, met cette broche à la masse. Une routine particulière, résidant dans la mémoire programme du PIC, compte combien de fois ce contact se ferme pendant un intervalle temporel défi ni, ce qui permet de calculer la vitesse du vent. A l’aide de deux pilotes 4511, la valeur mesurée est visualisée sur deux affi cheurs à 7 segments. La donnée fournie par le microcontrôleur au format BCD, est convertie par les décodeurs en un format adéquat pour l’affi chage. Ces circuits intégrés disposent d’une broche de contrôle utilisée pour l’habilitation de la section d’affi chage. Comme le montre la fi gure 1, la valeur à visualiser est envoyée aux deux pilotes mais n’est visualisée que par le circuit intégré ayant le port ST à un niveau logique bas.
Pour paramétrer la durée d’activation de RL1 et le seuil d’intervention, on se sert de P1 (relié au port RB2) et du potentiomètre R1 (voir fi gure 4). Ce dernier est lu par le port RA1 selon le procédé de décharge et recharge d’un condensateur (C9 en l’occurrence).
Une dernière particularité touche l’activation de RL1, lequel est relié directement à la broche 3 de U1 sans transistor pilote. Cette confi guration est possible, car le port RA4 du PIC dispose d’une sortie “open collector” et donc le transistor, habituellement monté à l’extérieur, est déjà intégré dans le microcontrôleur.

Figure 1 : Schéma électrique du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique.

Figure 2b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique, côté soudures.

Figure 2b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique, côté composants.

Liste des composants
R1 ........ pot. 10 kΩ
R2 ........ 470
à
R15 ...... 470 Ω
R16 ...... 10 kΩ
R17 ...... 1 kΩ
R18 ...... 470 Ω
R19 ...... 680 kΩ
R20 ...... 100 kΩ
R21 ...... 680 kΩ
R22 ...... 470 Ω
C1 ........ 100 nF multicouche
C2 ........ 220 μF 25 V électr.
C3 ........ 100 nF multicouche
C4 ........ 220 μF 25 V électr.
C5 ........ 10 pF céramique
C6 ........ 10 pF céramique
C7 ........ 10 pF céramique
C8 ........ 10 pF céramique
C9 ........ 100 nF 63 V polyester
D1 ....... 1N4007
D2 ........ 1N4007
U1 ........ PIC16F628A-EF549 programmé en usine
U2 ........ 7805
U3 ........ 4511
U4 ........ 4511
P1 ........ micropoussoir
T1......... BC547
RL1....... relais 12 V
LD1 ...... LED 5 mm verte
Q1 ........ quartz 20 MHz
DIS1 ..... affi cheur 7 segments cathode commune
DIS2 ..... affi cheur 7 segments cathode commune

Divers :
1 ...... prise d’alimentation
2 ...... borniers 2 pôles
1 ...... bornier 3 pôles
2 ...... supports 2 x 8
1 ...... support 2 x 9
1 ..... bouton pour potentiomètre
1 ...... boulon 8 mm 3MA
1 ...... boîtier Teko Coffer2
Sauf spécifi cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 3a : Photo d’un des prototypes de la platine du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique, côté composants.

Figure 3b : Photo d’un des prototypes de la platine du contrôleur “pluie et vent” à affi chage numérique, côté soudures où quelques composants (en pointillé fi gure 2a) sont montés.

Le programme résident
Une grande quantité de la mémoire programme du PIC est consacrée à la visualisation de la vitesse du vent. Sur notre site Internet, vous en trouverez une partie : la routine principale, celle permettant l’affi chage des données et celle du calcul de la vitesse du vent.
Le menu principal vérifi e si le poussoir est pressé, c’est-à-dire si le programme est réclamé. Est demandée en outre la routine LISVENT, s’occupant de la gestion de l’anémomètre et de l’affichage de la vitesse du vent. Différentes instructions, concernant la gestion du relais, sont aussi présentes : en particulier la durée d’activation paramétrée et la donnée fournie par les capteurs. Bien sûr, en cas de dépassement du seuil une commande d’activation de la sortie d’alarme est envoyée.
La routine VISUALISATION s’occupe de la gestion des 4511 et de l’envoi à ces derniers de la donnée à affi cher. Pour visualiser les données sur l’affi cheur et habiliter les deux 4511, on se sert des ports RB6 et RB3 destinés respectivement au contrôle du premier et du second affi cheur à sept segments.
La routine la plus importante est celle de la lecture de l’anémomètre. Dans cette section du programme, une série de contrôles du contact “reed” du capteur a lieu : en fonction du temps qui s’écoule entre une fermeture de cet interrupteur et la suivante, la vitesse du vent est calculée. Ensuite, la donnée trouvée est convertie en km/h et enfi n la routine de visualisation est appelée.

La réalisation pratique
Nous pouvons maintenant passer à la construction de l’appareil. La platine unique tient sur un circuit imprimé double face à trous métallisés : la fi gure 2b-1 et 2 en donne les dessins à l’échelle 1.
Quand vous l’avez devant vous, montez d’abord les composants de la face “composants” (fi gures 2a et 3a) puis ceux du côté cuivre (fi gures 2a et 3b) en contrôlant bien les valeurs sur la liste des composants. Côté cuivre sont montés les deux affi cheurs à 7 segments, la LED verte, le micropoussoir, l’écrou plat et le bouton du potentiomètre (vous monterez bien sûr ce dernier après avoir installé la platine dans son boîtier plastique).
Prenez le boîtier Teko Coffer2 et percez-le pour laisser passer les deux affi cheurs à 7 segments, la LED et le poussoir en face avant, sur un côté, la prise d’alimentation et sur l’autre les fi ls d’entrée des capteurs et de sortie d’alarme (c’est-à-dire de commande des moteurs des appareils protégés).
Voir la photo de début d’article.
Montez les capteurs en les reliant aux borniers. Câblez le relais de sortie : les contacts C et NO peuvent être reliés en parallèle sur l’interrupteur de commande de relevage du store, de fermeture du parasol ou du Velux. Le circuit s’alimente en 12 V 500 mA, par exemple avec un bloc secteur 230 V.

Le paramétrage de la durée d’activation du relais :
1. Maintenir P1 pressé.
2. Dès que LD1 commence à clignoter, relâcher le poussoir.
3. Quand le clignotement s’arrête, régler le potentiomètre R1 pour paramétrer la durée désirée, affichée en seconde (01 à 60 : activation en cas d’alarme, 00 : activation sur alarme et désactivation quand l’alarme cesse).
4. À la fin, confirmer le paramétrage par une pression de P1.
5. L’afficheur visualise la donnée insérée (valeur paramétrée clignotante).

Le paramétrage du seuil d’alarme pour la vitesse du vent :
1. Maintenir P1 pressé.
2. Après quelques secondes (environ trois) LD1 commence à
clignoter. Maintenir le poussoir pressé jusqu’à ce que l’afficheur commence à clignoter en visualisant 00.
3. Régler le potentiomètre pour paramétrer le seuil d’alarme de la vitesse du vent (en km/h).
4. Confirmer cette valeur par une brève pression sur P1.
5. L’afficheur visualise la donnée insérée (valeur paramétrée clignotante).

Figure 4 : Les paramétrages.

Figure 5 : Les liaisons externes.

Les capteurs sont reliés à l’appareil par les borniers (ils ne sont pas polarisés et donc aucune polarité n’est à respecter). Les sorties du relais sont disponibles sur un bornier à trois pôles. Les liaisons à l’installation préexistante sont très simples : il suffi t de relier les sorties C et NO du relais en parallèle avec le poussoir d’enroulement du store. L’appareil est alimenté par un bloc secteur 230 V pouvant fournir 12 V et 500 mA.

Les réglages.
En vous reportant à la fi gure 4, paramétrez d’abord la durée d’activation du relais puis le seuil d’alarme de la vitesse du vent.
Pour tester le bon fonctionnement de l’appareil, paramétrez une durée d’activation de quelques secondes puis mouillez légèrement le capteur pluie (celui qui ne se règle pas) avec une éponge humide : LD1 s’allume et le relais s’excite pendant la durée paramétrée.
Si le capteur est maintenu mouillé (laissez l’éponge sur le capteur), la LED reste allumée mais le relais se relaxe. Essayez alors de paramétrer une durée d’activation de 0 seconde : si vous appuyez l’éponge humide sur le capteur, le relais s’excite et le reste tant que l’éponge reste en contact avec le capteur. Dès que l’éponge est retirée, le relais se relaxe.
Le test du capteur vent est aussi simple : paramétrez un seuil de 5 km/h et souffl ez sur les pales de l’anémomètre jusqu’à ce que la vitesse mémorisée s’affi che : le relais s’excite.
L’appareil est alors prêt à être couplé au moteur (ou aux moteurs) de l’ (ou des) appareil(s) à commander. Attention, les capteurs doivent être placés à l’extérieur et de telle manière qu’ils puissent, sans aucune gêne, détecter la vitesse du vent et la présence de la pluie (ils ne doivent pas être “masqués”)
Le boîtier de l’appareil doit par contre être bien à l’abri des agents atmosphériques.

1 commentaires:

  1. Bonjour,
    Je voudrais savoir comment trouvez le Pic 16F628-EF 549 ?
    Puis La programmation du Pic pour le Schéma du (Contrôleur Pluie et Vent à Affichage Numérique)
    Merci Bien.

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