Conception
Electronique (CEL)
Prof. Maurizio Tognolini
CEL – semestre «automne» 2010-2011
Enseignement:
• cours et labo: (Chaque semaine) Je 14:50 – 16:25 en C05, et Me 13:00 – 14:35 (semaines droites) en C55.
Evaluations:
• TE : 1 test de 1 période annoncées 1 semaine avant.
•projet : projet par groupe de deux personnes, évaluation individuelle.
• examen: pas d’examen.
Contact:
• Prof. : Maurizio Tognolini, IAI ([email protected]) bureau C03a, Tel. 024 557 64 12 sauf le vendredi
Balmer Informatique Industrielle SARL (skype: maurizio.tognolini) le mardi.
• Assistant: Mr. Lavanchy David C03 IAI.
Pondération:
0.25 0.75
CEL – travail personnel - organisation
Le travail personnel peut être effectué chez vous ou dans les laboratoires d’électronique à hauteur de 41 heures.
Les périodes encadrées sont au nombre de 46 ce qui représente un travail de 34.5 heures.
Les périodes encadrées se composeront d’exposés ciblés sur des sujets bien précis ainsi que du laboratoire (projet) par groupe de deux personnes maximum. L’évaluation se fait sur la base de tests écrits et du travail fourni (rapport, prototype, programmation).
Déroulement: Chaque groupe fait une partie du design indépendant à la fin du design il rends le
schéma Orcad avec les listes de pièces. Après ceci chaque groupe fait le routage d’une partie du PCB et rends les fichiers pour la fabrication. Le PCB préparé à l’avance (pour des raison de coût) est
fabriqué à 40 exemplaires. Chaque groupe va monter et tester le même prototype. Lors du dernier cours chaque personne présentera son prototype fonctionnel.
L'évaluation du projet se fait sur la base de rendu des différentes parties:
1.Schéma avec liste du matériel et calcul du prix des composants.
2.Fichiers Orcad Layout pour la fabrication du PCB.
3.Prototype monté et testé avec logiciel dans micro-contrôleur.
4.Dossier de test du prototype.
2010 - 2011
2010 - 2011 LUNDI MARDI MERCREDI JEUDI VENDREDI
38 G
1 20/9 26/9 J.F Intro pres CdCSeance 1
39 D
2 27/9 3/10
Seance 2 Description Systeme faire de groupes Schema
Bloc s Orcad
Seance 3 Donner Schémas
incomplets
40 G
3 4/10 10/10 Schématique intro Seance 4
Orcad
41 D
4 11/10 17/10 Schema DRC Seance 5
Seance 6 Cours CEM decouplages
42 G
5 18/10 24/10 Intro EMC tests ESD, Seance 7
emissions RF
43 25/10 31/10 Vacances d'automneVacances d'automneVacances d'automneVacances d'automneVacances d'automne
44 D
6 1/11 7/11 Intro EMC aplication Seance 8
sur proto
Seance 9 Intro Layout
45 G
7 8/11 14/11 Seance 10Layout
46 D
8 15/11 21/11 Seance 11Layout
Seance 12 Soudure SMD ou
Cours PCB Rendu Rapports
47 G
9 22/11 28/11 Distrib materiel start Seance 12
montage
48 D
10 29/11 5/12 Seance 13Montage Fin Montage Seance 14
49 G
11 6/12 12/12 TE 1
50 D
12 13/12 19/12 Prise en main uC et Seance 15 IDE Rapport
Seance 16 Intro SW uWFS et
ecriture
51 G
13 20/12 26/12 Tests sur protos Seance 17
avec SW debug
52 27/12 2/1
Vacances Noël Vacances Noël Vacances Noël Vacances Noël Vacances Noël
1 3/1 9/1 Vacances NoëlVacances NoëlVacances NoëlVacances NoëlVacances Noël
2 D
14 10/1 16/1 Seance 18SW Test sur ProtoSeance 19
CEL – connaissances préalables
Notions théoriques:
• système électroniques 1: Alimentations à découpage simples ( abbaisseur, élévateur,....)
• programmation micro-controlleur, programmation C et assembleur.
• électronique de base: circuits avec ampli. op., filtres analogiques, régulateurs linéaires.
• signaux et systèmes: échantillonnage, filtrage numérique, transformée de Fourrier.
• mécatronique: Capteurs inductifs, aimants permanents, lois d’induction.
Outils:
• Orcad schématique et simulation.
• Matlab pour le traitement du signal.
• Simulink pour la simulation du système
• Excel pour les listes de pièces et le calcul du prix.
• Eventuellement MS Project pour le planning
CEL – Ce que vous allez apprendre
Notions théoriques:
• Analyse du cahier de charges, développer une approche système.
• Conception d’un produit complet en tenant compte des normes en vigueur (EMC)
• Règles de design pour la conception d’un PCB multicouches, connaissance du procédé de fabrication du PCB.
• Choix des composants en tenant compte des performances techniques, du prix et de la disponibilité.
• Exposer un système électronique à des personnes du milieu commercial.
Notions pratiques:
• Utiliser l’outil de schématique pour générer la liste de pièces avec toutes les informations pour la commande du matériel et le calcul du prix.
• Utiliser Orcad Layout pour la conception d’un PCB multicouches et générer les fichiers pour la fabrication des PCB.
• Montage d’un PCB avec composants SMD conventionnels et “fine pitch”.
• Test du système et mise au point.
Pourquoi ce cours projet
CEL – Pourquoi ce cours ?
•
Dans le cursus de formation il n’y a pas de notion de conception de produit constitué d’un système électronique.•
Les notions de prix de revient et coûts de développement ne sont jamais abordés jusque ici.•
C’est une occasion de mettre en pratique ce que vous avez acquis dans les cours théoriques et les travaux pratiques.•
Ce projet vous permettra de concevoir un circuit imprimé qui tient compte d’un boîtier imposé et le faire fabriquer.•
Introduction aux normes CEM pour le marquage CE.•
Tenir compte du test au début de la conception du système.F a i r e l e e r r e u r s c l a s s i q u e s e t e n t i r e r u n e n s e i g n e m e n t !
Contenu du cours
CEL – comment répondre à ce besoin : Apprentissage par projets ?
•
La forme choisie est celle d’un projet et d’exposées ciblés sur les différentes thématiques qui n’ont pas été traitées dans les cours précédents.•
Un projet concret, attractif, réel, représentatif du travail demandé à l’ingénieur électricien.•
Un projet avec des contraintes réelles telles que délai, prix de revient, taille,autonomie, fiabilité, respect des normes et les performances sans “Nice to have”.
•
On veut concevoir un prototype dont la finalité est un produit industriel qui doit avoir un prix imposé par le marché.•
Ce que l’on apprend en faisant est retenu bien mieux de ce que l’on apprend en écoutant.Contenu du cours
Le projet : Une station météo de poche.
•
Appareil portable de poche fonctionnant sur accumulateur.•
Chargeur par USB, transfert de données en option.•
Mesure de la pression atmosphérique ou altitude.•
Mesure de l’humidité et de la température.•
Mesure de la vitesse du vent (anémomètre)•
En option mesure du temps (montre).•
Affichage par display LCD 2x16 caractères.Design mécanique imposé (boitier)
Cahier des charges
Le cahier de charges (CdC) à quoi ça sert ?
1. Définir l’objet à réaliser de la façon la plus précise, du moins fixer des limites.
2. Décrire les performances que l’on veut atteindre au minimum en tenant compte des contraintes imposées par le marché (rapport prix/performance).
3. Fixer des délais pour que le produit arrive sur le marche au bon moment.
4. Donner des contraintes de délai de développement et de ressources nécessaires.
5. Imposer certains choix techniques (composants stratégiques, techniques de fabrication, outils de programmation, normes...).
Conception schématique
•
Le schéma est conçu (dessiné) et simulé avec un logicel professionnel (ORCAD).•
Les etudiant-es apprennent a vérifier les schémas et à faire un calcul approximation du coût.Conception logicielle su uC
•
Le logiciel est embarqué dans un micro-contrôleur (uC) 8 bit.•
La programmation se fait en langage C.•
Le temps réel est une composante importante.Conception du circuit imprimé PCB
Quelques notions de “bon-sens”
Ce ne sont pas des lois absolues mais seulement de bon conseils.
•
Préférez la simplicité du système à sa complexité, un système simple demande souvent plus de créativité que un système compliqué!•
Simplicité, fiabilité, faible coût vont ensemble sans réduction des performances au prix d’un effort de développement.•
Réduire le nombre de composants au minimum diminue les frais de montage et augmente la fiabilité.•
Si vous avez le choix de réaliser une fonction par du matériel ou du logiciel, choisissez le logiciel. Le logiciel on le paye une fois (développement etmaintenance).
•
Ne prenez pas des notes d’applications des fabricants sans les analyser, leur butNotre CdC
1.
Mesure de l’altitude de 0 à 5000 [m] +/- 10 [m]2.
Mesure de la température -10 à +50 [°C] +/- 1 [°C]3.
Mesure d’humidité relative de 20% à 100 % +/- 10 %4.
Mesure de la vitesse du vent de 5 à 100 [km/h] +/- 5 [km/h]5.
Alimentation par un accu Ni-MH de 1.2 [V] 250 [mAh] type V250H6.
Affichage par display LCD 2 x 16 caractères.7.
Un bouton poussoir pour démarrer le système.8.
Un bouton circulaire capacitif (Qweel).9.
Dimension du boîtier imposées (voir dessin).10.
Coût matériel < 70 CHF par 1000 pièces/anLes composants imposés
1. Capteur de pression NPP-301A-100A de GE Nova Sensor.
2. Capteur de humidité et température SHT10 de Sensirion.
3. Le micro-contrôleur C8051F346 de Silicon Laboratories.
4. Le display LCD 2x16 caractères EA DOG-M.
5. Le circuit pour le bouton tournant capacitif QT1106 de Quantum.
6. L’accumulateur Ni-MH 1.2 V.
7. L'hélice pour l’anémomètre.
8. Le boîtier plastique.
Quelques échéances et dates importantes
Délais incompressibles et échéances:
1. Rendu schémas: 3 novembre 2010
2. Fabrication des PCB à 10 jours ouvrables.
3. Travail écrit test 1 période: 9 décembre 2010 (sous réserve de l’avancement) 4.Rendu fichiers pour fabrication: 25 novembre 2010
5. Montage 2 jours (c’est vous qui le faites) 6. Test du circuit 1 semaine.
7.Rendu appareil testé: 26 janvier 2010
C’est à vous de jouer !
A faire pour la prochaine fois:
2. Former des groupes de 1 ou 2 personnes ( répartir le travail).
3. Commencer à faire un schéma bloc avec les signaux importants et la documentation de projet.
1. Trouver tous les data sheet des composants stratégiques et les analyser.
4. Charger sur votre PC le logiciel IDE de Silicon Laboratoies avec compilateur C ASM et linker.
5. Une documentation se trouve sur le site de l’iAi:
http://www.iai.heig-vd.ch/fr-ch/Enseignement/Supports/CEL
