L’heure, la date et la température sur un afficheur géant

Une autre application pour nos afficheurs à sept segments géants ET427 : le panneau lumineux affiche cette fois en alternance cyclique l’heure, la date et la température.
L’emploi de LED à haute luminosité et les grandes dimensions des chiffres permettent un affichage visible de loin par un grand nombre de personnes.



Dans les numéros 38 et 39 d’ELM, nous vous avions proposé de construire un panneau lumineux d’affichage des scores pouvant être commandé par radio ou par fil. Dans le numéro 62 nous avons réutilisé une première fois l’afficheur géant à sept segments (dont chacun est constitué de quatre LED à haute luminosité) ET427 pour un compteur de file d’attente. Devant le succès remporté, nous avons décidé de réitérer : voici un afficheur cyclique géant HDT° (heure > date > température).
Comme précédemment, nous utilisons des afficheurs géants (ici, il en faudra quatre) et une platine de contrôle qui les pilote : cette dernière utilise un PIC fort économique et son programme résident spécifique (vous trouverez le “listing» sur notre site Internet car il est trop gourmand en espace papier !).
La platine de contrôle est physiquement adaptée au désormais fameux afficheur géant ET427 (reportez-vous au récent numéro 62 de la revue) : elle trouve sa place entre deux paires de ces afficheurs, comme le montre la photo de début d’ar ticle. Ce panneau à quatre chif fres, avec sa platine de contrôle, permet de choisir la visualisation d’une seule des trois informations possibles ou bien de deux d’entre elles ou bien des trois alternativement.
Le circuit de la platine de contrôle utilise un circuit intégré RTC (“Real Time Clock”) fournissant les informations de date et d’heure : ce circuit intégré est muni d’une batterie tampon afin de ne pas perdre les données en cas de coupure de courant. Pour la température, ce panneau lumineux est doté d’un capteur à semiconducteur assez précis : cependant nous avons choisi de limiter l’affichage de la température à deux chiffres (dizaines et unités des degrés Celsius).

Le schéma électrique
Jetons un coup d’oeil au schéma électrique de la figure 1. On voit que le circuit est alimenté par une tension continue d’environ 12 V : U2 (un régulateur 7805) stabilise cette tension à 5 volts, ce qui est nécessaire pour faire fonctionner le microcontrôleur U1, l’amplificateur opérationnel U4 et le RTC U3.
Les deux tensions (5 et 12 V) sont nécessaires aussi pour alimenter les afficheurs. Le “filon” 12 V doit fournir un courant assez conséquent pour alimenter les 29 grosses LED à haute luminosité de chaque afficheur (avec quatre afficheurs cela fait combien de LED ?). Le 5 V est utilisé aussi pour recharger à travers R1 la batterie tampon de 1,2 V : la tension qu’elle fournit permet à U3 de continuer à compter si le secteur 230 V vient à manquer. La tension nominale de fonctionnement du PCF8593 est en effet de 5 V mais l’horloge interne peut encore fonctionner avec une tension de seulement 1 V (pour un courant de 1 μA) ! R1 en série dans la ligne d’alimentation occasionne sous ce courant une chute de tension dérisoire.
Les deux poussoirs P1 et P2 permettent en revanche de paramétrer D et H, comme le montre la figure 6. Aux broches 13 et 14 (ports RC2 et RC3) du PIC correspond la ligne I2C-bus où voyagent les informations de D et H fournies par le RTC. Le PIC utilise une autre ligne I2C-bus (précisément celle correspondant aux broches 4 et 24, ports RA2 et RB3), au moyen de laquelle il adresse et envoie les données aux quatre afficheurs. Aux broches 25 à 28 correspondent les quatre dip-switchs permettant d’établir quelles données on souhaite voir visualiser sur les afficheurs : le logiciel contrôle le niveau logique de ces broches et, s’il les trouve à zéro volt (micro-interrupteur fermé), il habilite la visualisation de la donnée correspondante, comme le montre la figure 5. En particulier à la broche 25 correspond la visualisation de H, à la 26 de D, à la 27 de T°, tandis que la 28 détermine le mode de lecture de la T°. Le trimmer R16, relié à la broche 3 du PIC (port RA1) détermine pendant combien de secondes chaque donnée doit être affichée, soit le temps de balayage, puisque les données sont affichées cycliquement. Notez que ni pour les dip-switchs ni pour les poussoirs on n’a utilisé des résistances de “pull-up”, de telle façon qu’avec le dip-switch ouvert, la tension sur la broche correspondante est de 5 V.
L’étage de détection de la T° utilise une sonde à semiconducteur LM335, une puce qui, si elle est polarisée correctement, présente à ses extrémités une différence de potentiel de 10 mV / °C. Le réseau comprenant ce LM335 fournit une tension à l’entrée non inverseuse de U4 CA3160, monté en amplificateur. La broche inverseuse est polarisée avec un potentiel de référence lequel, à travers le trimmer R15, peut être modifié dans certaines limites afin d’obtenir la lecture la plus précise possible.
La tension mesurée par le capteur est amplifiée environ trois fois par le CA3160 et envoyée à la broche 7 du PIC qui la lit cycliquement et la met au format binaire à travers le convertisseur A/N correspondant à cette broche soit au port RA5. Le circuit de contrôle dispose de deux LED de signalisation, reliées aux broches 16 et 17 du microcontrôleur (ports RC5 et RC6). Aux broches 9 et 10 correspond le quartz Q1 de 20 MHz donnant la fréquence d’horloge au microcontrôleur.
Un autre quartz Q2 se trouve dans le circuit, il contrôle la base de temps du circuit intégré RTC qui produit les données H et D. À travers le condensateur ajustable C5, on peut modifier légèrement la fréquence d’oscillation de manière à obtenir la précision maximale de cet étage.

Figure 1 : Schéma électrique du panneau lumineux d’affichage cyclique HDT°.

PCF8593 Brochage.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du panneau lumineux d’affichage cyclique HDT°.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du panneau lumineux d’affichage cyclique HDT°.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine du panneau lumineux d’affichage cyclique HDT°.

Liste des composants
R1 .... 1 kΩ
R2 .... 4,7 kΩ
R3 .... 470 Ω
R4 .... 470 Ω
R5 .... 4,7 kΩ
R6 .... 4,7 kΩ
R7 .... 4,7 kΩ
R8 .... 4,7 kΩ
R9 .... 2,2 kΩ
R10 ... 100 kΩ
R11 ... 5,6 kΩ
R12 ... 270 kΩ
R13 ... 10 kΩ
R14 ... 2,7 kΩ
R15 ... 470 Ω trimmer
R16 ... 470 Ω trimmer
C1 .... 100 nF multicouche
C2 .... 470 μF 25 V électrolytique
C3 .... 100 nF multicouche
C4 .... 470 μF 25 V électrolytique
C5 .... 4-20 pF ajustable
C6 .... 22 pF céramique
C7 .... 22 pF céramique
C8 .... 470 pF céramique
C9 .... 470 pF céramique
D1 .... 1N4007
D2 .... 1N4007
U1 .... PIC16F876-EF536 programmé en usine
U2 .... L7805
U3 .... PCF8593
U4 .... CA3160
Q1 .... quartz 20 MHz
Q2 .... quartz 32,76 kHz
BAT1 .. batterie rechargeable 1,2 V 600 mA/h
LD1 ... LED 10 mm rouge
LD2 ... LED 10 mm rouge
P1 .... micropoussoir
P2 .... micropoussoir
DS1 ... dip-switch à six microinterrupteurs
SEN ... LM335

Divers :
1 ...... support 2 x 14
2 ...... supports 2 x 4
1 ...... boulon 3MA 8 mm
1 ...... connecteur deux pôles
1 ...... prise d’alimentation
1 ...... circuit imprimé
Sauf indication contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.
Le listing se trouve sur le site de la revue dans le même dossier que le circuit imprimé.


La réalisation pratique
Passons à la construction de la platine de contrôle, qui sera ensuite placée entre les deux paires d’afficheurs pour constituer le panneau lumineux. Le circuit tient sur un circuit imprimé : la figure 2b en donne le dessin à l’échelle 1. Quand vous l’avez devant vous, montez- y tous les composants dans un certain ordre (en ayant constamment sous les yeux les figures 2a et 3 et la liste des composants). La batterie rechargeable de 1,2 V est soudée directement sur le circuit imprimé (prenez un modèle à languettes soudables). Certains composants sont montés horizontalement afin de gagner de la place en hauteur.
En ce qui concerne l’afficheur, reportezvous à l’article ET532 du numéro 62 et, si possible, à l’article ET427 du numéro 39. Il vous faut en monter quatre.
La platine de contrôle est ensuite reliée aux quatre afficheurs. Les lignes concernées sont au nombre de cinq : + 12 V, +5 V, GND, SDA et SCL : les pastilles de la platine de contrôle et celles des afficheurs se correspondent parfaitement.
Une surcharge de tinol assurera également la liaison mécanique.

Figure 4 : Paramétrage des dip-switchs.

Pour obtenir la visualisation correcte des chiffres dans l’ordre prévu, il est nécessaire de paramétrer les dip-switchs de chaque afficheur comme le montre la figure. Au moyen de ces dip-switchs, rappelons-le, il est possible d’adresser la platine en choisissant parmi huit combinaisons possibles. Les micro-interrupteurs contrôlent en effet les adresses A0, A1 et A2 du PCF8574 (un huit bits expanseur d’I/O pour application I2C-bus) monté sur chaque platine.

Figure 5 : Les modes de fonctionnement.

Le dip-switch à quatre micro-interrupteurs de chaque platine permet de sélectionner les informations que le panneau lumineux doit visualiser.
Le premier micro-interrupteur active la visualisation de l’H, le deuxième la visualisation de la D et le troisième la visualisation de la T° (voir tableau ci-dessous).

TABLEAU DE RÉFÉRENCE DES DIP-SWITCHS
 
0 (OFF)1 (ON)
1 Ne pas visualiser heureVisualiser heure
2 Ne pas visualiser dateVisualiser date
3 Ne pas visualiser temp.Visualiser temp.
4 Màj t° en temps réelMàj t° chaque s.



Figure 6 : Les réglages de l’heure et de la température.

La température ambiante est détectée par un capteur à semiconducteur dont le signal de sortie est élaboré par un amplificateur opérationnel. Le gain de cet étage est contrôlé par le trimmer R15 grâce auquel on peut effectuer le réglage du système. Pour cela il est nécessaire de mettre les deux premiers micro-interrupteurs sur OFF et les troisième et quatrième sur ON, de mesurer la température avec un thermomètre de référence et de régler R15 pour obtenir la visualisation de cette température sur le panneau lumineux.
Placez ensuite le quatrième micro-interrupteur sur OFF et les trois autres comme l’indique le tableau de configuration.
Pour régler la fréquence d’horloge de U8, laquelle produit les données de H et D, agissez sur le condensateur ajustable C5 : ce composant permet d’ajuster légèrement la fréquence de l’oscillateur afin d’éviter que l’horloge n’avance ou ne retarde. Dans ce cas, il n’est pas possible d’effectuer un réglage initial précis car les écarts détectables sur un laps de temps court sont trop faibles : laissez donc d’abord le condensateur ajustable en position centrale et réglez-le par la suite si l’horloge avance ou retarde trop.
Les deux micro-interrupteurs du circuit imprimé n’ont rien à voir avec la D et l’H, ils n’ont trait qu’au paramétrage initial. Pour régler l’H, il faut maintenir P1 pressé pendant environ trois secondes jusqu’à ce que les deux LED de la platine de contrôle clignotent, signalant ainsi le début du cycle de programmation.
Nous pouvons alors régler D et H avec les trois poussoirs. Pour mémoriser la donnée réglée, il faut maintenir P2 pressé pendant environ trois secondes. La procédure de réglage de la D est très semblable : pour entrer en mémorisation, il faut maintenir P2 pressé pendant environ trois secondes jusqu’à ce que les LED commencent à clignoter. Pendant cette phase, nous pouvons sélectionner le jour et le mois avec les deux poussoirs. Quand le réglage est terminé, pour le mémoriser, il faut presser P1 pendant environ trois secondes.

Fonctionnement et paramétrage
Quand le câblage et l’assemblage sont terminés, il vous faut procéder au paramétrage des dip-switchs des quatre platines afficheurs et de la platine de contrôle.
Pour les platines afficheurs, voir figure 4 : chaque dip-switch doit être paramétré de manière différente en fonction de la position de l’afficheur sur le panneau lumineux (ces paramétrages sont indispensables). En ce qui concerne les dip-switchs de la platine de contrôle, vous pouvez en paramétrer les micro-interrupteurs en fonction des informations que vous voulez voir visualiser par le panneau lumineux (voir figure 5). Quant à la date, elle est visualisée “à la française” (jj/mm).
Procédons aux essais. Mettez le panneau lumineux sous tension et commencez les réglages : dès la mise sous tension le panneau indique “00:00” et le générateur du PCF commence à compter. Après une minute, il indiquera “00:01” (voir figure 6 pour les réglages de l’heure, minute, jour, mois, ainsi que pour celui de la température).

2 commentaires:

  1. Bonjour,
    étant très intéressé par votre afficheur à leds 7 segments géants, j'aurais préféré la mesure de température au 1/10è de degré (pour ma piscine) plutôt que la date ou encore l'heure. Car pour une mesure se limitant au degré, on ne sait pas si on se trouve tout près du degré supérieur ou si c'est le degré venant d'être atteint, ce qui fait en gros un écart d'un degré.
    Malgré tout, vos sujets sont très intéressants.
    Merci.

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  2. quel est la reference du transistor utilisé?svp repondez moi

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