Contrôle De La Température D'un Autoclave Par Un Microcontrôleur PIC 16F877

اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿـﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿــﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘـﻌﻠﯿــﻢ اﻟﻌﺎﻟـﻲ واﻟﺒﺤــﺚ اﻟﻌﻠﻤــــﻲ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique اﻟﻤﺮﻛﺰ اﻟﺠﺎﻣﻌﻲ ﺑﻠﺤﺎج ﺑﻮﺷﻌﯿﺐ ﻟﻌﯿﻦ ﺗﻤﻮﺷﻨﺖ Centre Universitaire Belhadj Bouchaib d’Ain-Témouchent Institut de Technologie Département de Génie Electrique

Projet de Fin d’Etudes Pour l’obtention du diplôme de Master en : Domaine : SCIENCE ET TECHNOLOGIE Filière : GENIE ELECTRIQUE Spécialité : ELECTRONIQUE BIOMEDICALE Thème

Contrôle de la température d’un autoclave par un microcontrôleur PIC 16F877

Présenté Par : 1) BOUARFA Djalila 2) BOUCHAALA Fadéla

Devant le jury composé de : Dr BENYAHIA Karima M.C.A C.U.B.B (Ain Témouchent) Présidente Dr BENCHERIF Kaddour M.C.B C.U.B.B (Ain Témouchent) Encadrant Mr. BENGANA Abdelfatih M .A.A C.U.B.B (Ain Témouchent) Examinateur

Année universitaire 2016/2017

Remerciements Les paroles peuvent être parfois insuffisantes parce qu’elles ne peuvent traduire nos estimables reconnaissances envers toute personne qui nous a exprimé son soutien, son aide, son encouragement et sa collaboration pour arriver à fin de ce modeste travail. On tient à remercier tout d’abord notre Dieu qui nous a donné le courage et la volonté et qui nous a aidé et montré le chemin du savoir. Nos plus sincères remerciement à notre encadrant Dr BENCHERIF Kaddour pour sa patience, sa disponibilité, ses efforts, ses précieux conseils qui nous ont été très utiles et ses critiques objectives sur la démarche de notre travail. Permettez nous Monsieur de vous exprimer notre reconnaissance et notre respect. Nous adressons aussi toute notre gratitude et respect envers la présidente du jury Dr.BENYAHIA Karima et l’examinateur Mr. BENGANA Abdelfatih qui nous ont honorés en acceptant de juger et d’enrichir notre travail. Nous tenons à remercier le directeur de centre universitaire BEHADJ BOUCHAIB d’Ain Témouchent, et le chef de département et tous les enseignements de la filière de génie électrique. Nous remercions aussi tous les techniciens des laboratoires pédagogiques d’électronique et de biologie de notre centre universitaire pour leurs soutiens inconditionnels et leur aide si précieuse. On remercie également toutes nos familles, et nos amies pour leurs aides et leurs soutiens. Enfin, nous remercions tous ceux qui, de prés ou de loin, on contribue à l’aboutissement de ce projet.

Un grand Merci Dédicace 1

Au nom de dieu le clément, le très miséricordieux

Qu’il me soit permis de dédier cet ouvrage qui est le fruit de cinq ans de formation à tous ceux qui compatissent à mon chagrins et partagent mon bonheur, qui m’enveloppent par leurs admirations, et à qui me devons ma gratitude et ma reconnaissance. Notamment:

A mon Père pour son dévouement, son amour, ses sacrifices, et son encouragement. Que ce travail soit pour lui un faible témoignage de ma profonde affection et tendresse. Que dieu te garde et te procure santé, bonheur, prospérité et longue vie...

A celle qui me manque depuis l’enfance, ma très chère Mère repose en paix.

A mon cher frère Fethi que dieu te bénisse.

A mes adorables sœurs Nihel, et la petite Lamia je vous souhaite tout le bonheur.

A ma binôme Fadéla, que dieu te protège.

A tous mes enseignants qui ont donné le maximum durant nos études, sincèrement merci.

A tous les membres des familles ; BOUARFA Ali, MANSOUR Zineddine, et la famille NIAR, je vous remercie.

A toute ma promotion, je vous souhaite la réussite.

Djalila Dédicace 2

Je dédie ce modeste travail comme un témoigne d’affectation, de

respect et d’admiration:

A ma mère, qui ma encourage à aller de lavant et qui ma donne tout son amour pour reprendre mes études, pour tout ce que tu avais fait pour moi.

A mon père, tu ma donne la vie, la tendresse et le courage pour réussir, je ferai de mon mieux pour rester un sujet de fierté à vos yeux.

A mon frère Youcef et ma sœur Siham et son fils Rayane pour leur encouragement et qu’ils puissent trouver dans ce modeste mémoire l’expression de ma profonde reconnaissance.je vous souhaite de bonheur et de santé.

A mon ami et mon binôme Djalila qui a été avec moi dans la prospérité, et l’adversité, merci énormément pour ton soutien plus que précieux.

A toute ma famille Bouchaala petits et grands et à tous mes amis de la promotion.

Fadéla

Glossaire Glossaire

Glossaire

ARES Advanced Routing and Editing Software A/N Analogique-Numérique ADC Analog to Digital Converter ATNC Agent Transmissible Non Conventional ALU Arithmetic and Logic Unit VDD Broche d’alimentation positive C.P.U Central Processing Unit CISC Complex Instruction Set Computer CAO Conception Assistée par Ordinateur CAN Convertisseur Analogique-Numérique DEL Diode Electroluminescente EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EPROM Electrically Programmable Read Only Memory ICD In Circuit Debugger IDE Integrated Development Environment ISIS Intelligent Schematic Input System Vin La tension d’entrée Vout La tension de sortie LED Light Emitting Diode LCD Liquid Crystal Display MCLR Master Clear Reset μC Microcontrôleur NTC Negative Temperature Coefficient OTPROM One Time Programmable Read Only Memory PRION Particle Infectious Proteinique PIC Peripheral Interface Controller PTC Positive Temperature Coefficient POR Power On Reset PROM Programmable Read Only Memory PWM Pulse Width Modulation RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory RISC Reduced Instruction Set Computer UVPROM Ultra Violet Programmable Read Only Memory WDT Watch Dog Timer

Sommaire

Sommaire Introduction générale……………………………………………………………………………………….….1 Chapitre I : Présentation de l’autoclave et mesure de la température I.1-Introduction………………...……………………………………………………………………………...2 I.2-Présentation de l’autoclave……………………………………………………………………………..….2 I.2.1-Historique………………………………………………………………………………………….…….2 I.2.2-Définition de l’autoclave………………………………………………………………………………...2 I.2. 3-L’autoclave RAYPA……………………………………………………………….……………………3 I.2.4-Les type d’autoclaves………………………………………….………………………………...………4 I.2.5- Les éléments importants……………………………………………………………………………..….4 I.2.6-Comment contrôler le bon fonctionnement de l’autoclave ?……………………………………...……..4 I.2.6.1-Test de Bowie & Dick…………………………………………………………………………………4 I.2.6.2-Test de vide…………………………………………………………………………….………………5 I.2.6.3-Test de Hélix………………………………………….………………………………………………..5 I.2.6.4-ISP Prions…………………………………………………………………….………………….…….5 I.2.6.5-ISP Standard……………………………………………………………………………………..…….5 I.2.7-Les indicateurs de contrôle périodique …………………………………………………………..……...5 II.2.7.1-Les capteurs de pression.…………………………………………….………………………….…….5 I.2.7.2- Les capteurs de température ………………………………………………………………………….6 . Capteur passif ...... 6 . Capteur actif ………………………………………….…………………………………………….....7 I.2.8-Le principe de fonctionnement ………………………………………………………………………….7  Phase 1 ………………………………………………………………………………………………...7  Phase 2 ………………………………………………………………………...……..………………..7  Phase 3 ……………………………………………………………………...…………………………8  Phase 4 ……………………………………………………………………………………………...... 8  Phase 5 …………………………………………………………………….…………………………..8  Phase 6 …………………………………………………………………………………….…………..8  Phase 7 ………………………………………………………………………………………………...8 I.3 Mesure de la température……………………………………………………………………….………….9 I.3.1-Définition de la température……………………………………………………………………………..9 I.3.2- Les échelles de températures……………………………………………………………………………9 I.3.2.1- Le kelvin: …………………………………………………………………………….……………….9 I.3.2.2- Le degré Celsius ……………………………………………...... ……………………………………9 I.3.2.3- Les échelles centigrades …………………………………………………………………….………..9 Sommaire

I.3.2.4- L'échelle Fahrenheit ………………………………………………….……………………………...10 I.3.2.5- L'échelle Rankine ………………………………………………………………………...…………10 I.3.3- Les techniques de mesure ………………………………………………………………………..……10 I.3.3.1-Un thermocouple ……………………………………………………………………….……………10 I.3.3.2-La sonde à résistance de platine ……………………………………………………………...………10 I.3.3.3-Thermistance ………………………………………………………………………………………...10  Thermo-résistances ……………………………………………………………………………….….11  Thermistances ………………………………………………………………………………………..11 I.3.3.4-Bilame …………………………………………………………………………………..……………11 I.3.4- Les techniques de contrôle ………………………………………………………………………….....11 I.3.4.1-Thermostat ………………………………………………………………………..………………….11 I.3.4.2-Climatisation ……………………………………………………………………………………...….11 I.3.4.3-Réfrigération ………………………………………………………………………………………....11 I.3.4.4-Bain thermostaté ……………………………………………………………………………………..11 I.3.4.5- Étuve de laboratoire ……………………………………………………………..…………………..11 I.3.4.6-Cryostat ………………………………………………………………………………………..…….11 I.4-Conclusion ………………………………………………………………………………………...……..12 Chapitre II : Etude du microcontrôleur PIC 16F877 II.1- Introduction sur les microcontrôleurs ………………………………………………………………… 13 II.1.1- La structure interne d’un microcontrôleur ………………………………………………………….. 13 II.1.2- Les différentes architectures des microcontrôleurs …………………………………………………..14  L’architecture VON NEUMANN ……………………………………………………………...……14  L’architecture HARVARD …………………………………………………………………………..14 II.1.3- Les différentes familles des microcontrôleurs ………………………………………………..………15 II.1.4- Les avantage des microcontrôleurs ………………………………………………………….……….15 II.2- Définition d’un PIC ………………………………………...…………………………………………..16 II.2.1- Les différentes familles des PIC ……………………………………………………………..……….16

II.2.2- Identification des PICs ……………………………………………………………………………..…16 II.2.3- Le principe de fonctionnement d’un PIC …………………………………………………………….17 II.2.4- Les différents programmateurs des PICs ……………………………………………………………..17 II.3- Définition du PIC 16F877 ………………………………………………………………………….…..18 II.3.1- Les caractéristiques du PIC 16F877 ………………………………………………………………….18 II.3.2- L’organisation du PIC 16F877 ………….………………………………………………………...….19 II.3.2.1- Unité Arithmétique et logique ALU et l’accumulateur W ………………………………...……….19 II.3.2.2- La mémoire ……………………………………………………………………………………..…..19 Sommaire

 Mémoire programme ………………………………………………………………...………………19  Mémoire RAM ……………………………………………………………………………………....19  Mémoire EEPROM ………………………………………………………………………………….20 II.3.2.3- Watch Dog Timer ………………………………………………………………………….……….20 II.3.2.4- Timer ………………………………………………………………………………….……………20 II.3.2.5- Ports entrée/sortie ………………………………………….……………………………………….20 Port A ……………………………………………………………………………………….……………….21 Port B …………………………………………………………………………………………………..….…21 Port C ………………………………………………………………………………………………………...21 Port D et E …………………………………………………………………………………………………...21 II.3.2.6- Convertisseur …………………………………………………………………..…………………...21 II.3.2.7- L’oscillateur …………………………………………………………………………………….…..21  Un quartz ou résonateur céramique …………………………………………………………...……..22  Un oscillateur externe ……………………………………………………………………………..…22  Un simple réseau RC ………………………………………………………………………………...22 II.3.2.8- MCLR ………………………………………………………………………………………………22 II.3.2.9- Description des autres éléments ……………………….…………………………………………...22 II.3.3- Les applications ………………………………………………………………………………………23 II.4- Conclusion …………………………………………………………………………………………...…24 Chapitre III : Conception du circuit électronique III.1- Introduction ……………………………………………………………………………………………25 III.2- L’étude du circuit ………………………………………………………………..…………………….25 III.2.1- Liste des matériels utilisés ……………………………………...…………………………………...25 III.2.2- Le Microcontrôleur PIC 16F877……………………………………………………………...……...25 III.2.3- Le capteur de température LM35 …………………………………………………………………...26 III.2.4- Le régulateur de tension 7805…………………………………………………………………….….27 III.2.5- Le transformateur ………………………………………………………………………….………...27 III.2.6- Diode …………………………………………………….……………………………...…………...28 III.2.7- Pont de diode……………………...……………………………………….………………………...29 III.2.8- L’afficheur LCD ……………………………..…………………………………………..………….29 III.2.9- Le quartz cristal ………………………………………………………………………..…………….30 III.2.10- LED …………………………………………………………………………………….…………..31 III.2.11- Le Condensateur ………………………………………………………………………….………..31  Condensateur électrochimique ………………………………………………………………...…….31  Condensateur céramique ………………………………………………………………………….…32 Sommaire

III.2.12- Résistances …………………………………………………………………………………………32 III.2.12.1- Affichage par code de couleur ……………………………………………………...……………33 III.2.12.2- Résistance avec trois anneaux de couleur ………………………………………………………..33 III.2.12.3- Résistance avec quatre anneaux de couleur ……………………………………..……………….33 III.2.12.4- Résistance avec cinq anneaux de couleur …………………………………………….………….34 III.2.12.5- Résistance avec six anneaux de couleur …………………………………………………..……..34 III.3- L’étude de chaque étage du circuit …………………………………………………………………....35 III.3.1- L’étage d’alimentation stabilisée …………………………………………………………………....35 III.3.2- L’étage du capteur ………………………………………………………………………………..….37 III.3.3- L’étage du Pic ……………………………………………………………………………….………38 III.4- La partie HARDWARE ………………………………………………...……………………………..39 III.4.1- Proteus ……………………………………………………………………………...………………..39 III.4.2- Les avantage de Proteus ………………………………………………………………………..……39 III.4.3- ISIS ……………………………………………………………………………………………...…..39 III.4.4- ARES ……………………………………………………………………………………….……….39 III.5- La partie SOFTWARE…………………………………………………………………………...…….44 III.5.1- mikroC PRO for PIC…………………………………………………………………………...…….44 III.5.2- Le programme en C…………………………………….……………………………………….……44 III.5.3- Le programme en HEXA……………………………………………………………………...……..45 III.6-Résultats et discussions…………………………………………………………………………………45 Conclusion générale………………………………………...………………………………………………..47 Bibliographie………………………………..………………………………………………………………..48 Annexe………………………………………….……………………………………………………………52 Liste des figures

Liste des figures

Chapitre I : Présentation de l’autoclave et mesure de la température Figure I.1: L’autoclave……………………………………………………………………………………..….3 Figure I.2: L’autoclave RAYPA……………………………………………………………………………....3 Figure I.3: Bowie & Dick……………………………………………………………………………………...5 Figure I.4:Capteur de pression tout ou rien……………………………………………………………………6 Figure I.5:Capteur de pression à jauge ……………………………………………………………….……….6 Figure I.6: Les différents capteurs passifs……………………………………………………………………..6 Figure I.7: Exemples des capteurs actifs………………………………………………………...…………….7 Figure I.8: Exemple d’un chronogramme…………………………………………………………….……….8 Chapitre II : Etude du microcontrôleur PIC 16F877 Figure II.1: Divers microcontrôleurs……………………………………………………………………..…..13 Figure II.2: La structure interne d’un microcontrôleur………………………………………………………14 Figure II.3: Le microcontrôleur PIC 16F877……………………………………………………………..….18 Figure II.4 : L’unité arithmétique et logique…………………………………………………………………19 Figure II.5 : Brochage du PIC 16F877…………………………………………………………………….…24 Chapitre III : Conception du circuit électronique Figure III.1: Le microcontrôleur PIC 16F877……………………………………………………………..…26 Figure III.2: Le capteur de température LM35…………………………………………………………….....26 Figure III.3: Le régulateur de tension 7805………………………………………………………………..…27 Figure III.4: Transformateur………………………………………………………………………………….28 Figure III.5: Le symbole du transformateur……………………………………………………….…………28 Figure III.6: La diode et son symbole…………………………………………………………………….….28 Figure III.7: Le pont de diode……………………………………………………………………..…………29 Figure III.8: Le symbole de pont de diode………………………………………………….……………..…29 Figure III.9: L’afficheur LCD……………………………………………...……………………………...…30 Figure III.10: Le quartz cristal………………………………………………...……………………..………30 Figure III.11: Le symbole du quartz cristal ……………………….………………………………………....30 Figure III.12: LEDs en couleurs différentes………………………………………………………………….31 Figure III.13: Symbole de LED………………………………………………………………………..……..31 Figure III.14: Le condensateur électrochimique……………………………………………………………..32 Figure III.15: Le condensateur céramique………………………………………………………………...…32 Figure III.16: Résistance à trois anneaux de couleur………………………………………………...………33 Figure III.17: Résistance à quatre anneaux de couleur………………………………………………..……..34 Liste des figures

Figure III.18: Résistance à cinq anneaux de couleur………………………………………………...……….34 Figure III.19: Résistance à six anneaux de couleur…………………………………………………………..35 Figure III.20: L’étage d’alimentation stabilisée……………………………………………………….……..36 Figure III.21: Le circuit de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES………………………...…36 Figure III.22: Le schéma du négatif de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES……………………………………………………………………………………………………...….36 Figure III.23: La visualisation 3D de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES...... 37 Figure III.24: L’étage du capteur………………………………………………………………………….…37 Figure III.25: L’étage du PIC……………………………………………………………………….………..38 Figure III.26: Le circuit réalisé sous Proteus ISIS…………………………………………………….……..40 Figure III.27: Le circuit réalisé sous Proteus ARES………………………………………………...……….41 Figure III.28: Le schéma de négatif du circuit sous ARES…………………………………………………..42 Figure III.29: La visualisation 3D du circuit sous ARES……………………………………………………43

Liste des tableaux

Chapitre I : Présentation de l’autoclave et mesure de la température Tableau I.1- Tableau de conversion des températures……………………………………………………….10

Introduction générale Introduction générale

Introduction générale :

Afin que le service de chirurgie d’un hôpital effectue des interventions chirurgicales avec de bonne qualité et assure la sécurité de tous les actes médicaux ; l’opération de la stérilisation et l’hygiène sont nécessaires et importantes à chaque instant pour tous les accessoires utilisés. L’équipement qui assure ce rôle est l’autoclave ; les techniciens de maintenance veillent que ce dernier ne tombe pas en panne sinon tout le bloc va s’arrêter de travailler et toutes les opérations seront reportées.

L’autoclave permet de stériliser les matériels médicaux-chirurgicaux résistants aux hautes températures, à la pression et à l'humidité (généralement instruments inox, caoutchouc, verrerie, etc.…) L'action conjuguée de la vapeur d'eau et de la température supérieure provoque la dénaturation puis la mort des microorganismes (bactéries, virus…) présents sur ou dans le matériel.

L’objectif de ce travail est l’étude et la conception d’un circuit à base d’un microcontrôleur PIC 16F877 pour le contrôle de la température d’un autoclave sous environnement de Proteus. Le principe de l’affichage de la température est identique pour tous les autoclaves et pour une meilleure étude et compréhension du fonctionnement nous allons utiliser l’autoclave RAYPA qui est disponible au niveau du laboratoire de biologie de notre Centre Universitaire et qui indique une température de 121°C pour une bonne stérilisation des accessoires spécifiques pour les essais et les tests.

Ce mémoire a été donc organisé en trois chapitres. Dans le premier chapitre nous allons parler sur l’autoclave et son fonctionnement, l’utilité de la mesure de la température. Le deuxième chapitre sera consacré pour étudier le microcontrôleur PIC 16F877. Dans le troisième chapitre nous entamerons l’étude des différentes parties de ce circuit électronique puis sa conception et à la programmation du microcontrôleur sous environnement Proteus ISIS. Puis nous passons au circuit imprimé et la visualisation 3D sous Ares. Et à la fin nous discuterons nos résultats. Nous terminons notre mémoire par une conclusion générale.

Chapitre I

Présentation de l’autoclave et mesure de température Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

I.1- Introduction: La stérilisation à la vapeur d’eau (l’autoclave) est la méthode de référence dans les établissements de santé pour tous les dispositifs médicaux thermorésistants et qui sont réutilisables. Cette méthode utilise la vapeur d’eau comme agent stérilisant et permet d’assurer la préparation du matériel stérile pour les blocs opératoires et les services de soins dans des conditions maximales de sécurité. [1] Alors l’autoclave est considéré comme le moyen de stérilisation le plus fiable et le plus facile à contrôler. L'action conjuguée de la vapeur d'eau et de la température (température supérieure à 120°C) provoque la dénaturation puis la mort des microorganismes (bactéries, virus…) présents sur ou dans le matériel. [2] Dans notre travail, nous allons s’intéresser de l’autoclave RAYPA puisqu’il est disponible dans notre Centre Universitaire.

I.2- Présentation de l’autoclave: I.2.1- Historique:  Le principe de l'autoclave a été inventé par Denis Papin en 1679.  Le 9 avril 1820, Pierre-Alexandre Lemare dépose un brevet sur la « marmite autoclave » qui sera améliorée par Nicolas Appert.  Son successeur et continuateur, Raymond Chevallier-Appert, brevette, le 28 décembre 1852, la pratique de stérilisation sous le titre « autoclave avec manomètre spécial », ancêtre du stérilisateur actuel à vapeur.  En 1879, Charles Chamberland améliore le procédé à des fins médicales. [3]

I.2.2- Définition de l’autoclave: Un autoclave est un récipient à parois épaisses et à fermeture hermétique conçu pour réaliser sous pression (de quelques bars) soit une réaction industrielle, soit la cuisson ou la stérilisation à la vapeur. Alors l’autoclave est un appareil permettant de stériliser, par utilisation de la chaleur et de la vapeur d'eau sous pression, le matériel utilisé en milieu médical (les linges et les instruments) thermorésistants avant d'être utilisé. [4]

2 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

Figure I.1: L’autoclave.

I.2.3- L’autoclave RAYPA: L’autoclave RAYPA est un instrument de stérilisation, qui est très utilisé pour la stérilisation de : verre, liquides, plastique, objets métalliques, sac de déchets, etc. Il est contrôlé par un microprocesseur avec dix programmes de stérilisation et six programmes libres pour l’utilisateur. [5]

Figure I.2: L’autoclave RAYPA.

3 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

I.2.4- Les types d’autoclaves: La norme NF EN 13060 distingue trois types d’appareils:  Les autoclaves de classe B: seuls véritables stérilisateurs, réalisent un cycle comportant un prétraitement avec alternance de vides et d´injections de vapeur, une phase de plateau de stérilisation, et une phase de séchage sous vide. Les autoclaves de classe B sont les seuls recommandés par la norme NF EN 13060 pour la stérilisation de dispositifs médicaux.  Les autoclaves de type N: correspondent à des désinfecteurs à vapeur d´eau, traitant des dispositifs non emballés.  Les autoclaves de type S: sont une classe “ fourre tout” dont les indications sont fixées par le fabricant. Les grands stérilisateurs, de plus de 60 litres, répondent à la norme NF EN 285. Il en existe un seul type réalisant des cycles du même type que les cycles B des petits stérilisateurs. [3]

I.2.5- Les éléments importants:  La qualité de la vapeur (pour le cas des autoclaves à vapeur saturée), qui doit être saturée et homogène.  La température, qui doit être régulée au plus proche du barème.  La pression suivant la loi de Regnault.  La qualité de l'eau, la présence de substances en suspension risque d'entraîner une altération de la charge à stériliser de même que la présence de chlore dans l'eau peut endommager l'inox de manière irrémédiable. [3] I.2.6- Comment contrôler le bon fonctionnement de l’autoclave ? I.2.6.1- Tests de Bowie &Dick : indicateurs colorimétriques sous forme de rubans adhésifs qui permettent de s'assurer de la qualité de la vapeur de l'enceinte et du vide, et de l’exactitude de la relation "pression- température". L’indicateur contient plusieurs couches de feuilles au milieu desquelles est placée une feuille test comportant l’encre chimique avec un virage calorimétrique précis du bleu clair au vert foncé. Il changera de couleur si l'air de l'enceinte a été correctement éliminé. Le test du Bowie & Dick doit être effectué tous les jours avant la première utilisation. Avant l’utilisation, le motif est de couleur bleu clair, et une fois passé dans l’autoclave pendant 3.5minutes à 134°C, le motif vire au vert foncé uniforme si la qualité de la vapeur d’eau est correcte. Cependant, s’il reste quelques taches bleutées sur le motif, le test ne sera pas validé, mais s’il est devenu totalement vert foncé, le test est conforme. [2]

4 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

Figure I.3: Bowie & Dick. [6] I.2.6.2- Test de vide: Le « test de vide »ou « essai de fuite d’air » à été conçu pour vérifier l’étanchéité de l’autoclave. Il est utilisé pour démontrer que la qualité de fuite d’air dans la chambre du stérilisateur pendant les périodes de vide ne dépasse pas un niveau qui pourrait empêcher la pénétration de la vapeur d’eau dans la charge du stérilisateur, et qu’elle ne constitue pas de risque potentiel de ré contamination de la charge pendant le séchage. Le taux de montée maximum permise en pression pendant le temps de test de 10 minutes est de 1,3 KPa. Le test de vide a une durée d’environ 30 minutes. Il est recommandé d’effectuer un test de vide quotidien, avant d’initier la routine de stérilisation. Le test de vide doit être réalisé avec la machine à froid pour obtenir des résultats corrects. [7]

I.2.6.3-Le test Hélix: contrôle la capacité de l’autoclave à stériliser les corps creux. I.2.6.4-ISP Prions: intégrateur contrôlant la stérilisation des ATNC. I.2.6.5-ISP standard: intégrateur contrôlant la stérilisation des micro-organismes conventionnels. [3]

I.2.7-Les indicateurs de contrôle périodique: Il existe des systèmes de sondes autonomes à placer dans l’autoclave, permettant les contrôles périodiques des paramètres de l’équipement, donnant des indications sur le fonctionnement du stérilisateur et permettant également l’enregistrement et le traitement des paramètres physiques d’un cycle de stérilisation. [2] I.2.7.1-Les capteurs de pression: permettent de mesurer la pression de la vapeur d’eau saturée à l’intérieur de la cuve. Il existe différentes sortes de capteurs de pression comme le capteur « tout ou rien » ou le capteur à jauge de contrainte. Si la pression est trop faible, la chaleur humide ne pénètre pas dans les containers ou dans les sachets, impliquant une mauvaise stérilisation. [2]

5 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

Figure I.4:Capteur de Figure I.5:Capteur de pression tout ou rien. [2] pression à jauge. [2]

I.2.7.2- Les capteurs de température: Les capteurs de température permettent de mesurer la température à vide ou en charge à l’intérieur de la cuve, et ce pour tout cycle de stérilisation. Un régulateur de température est également présent dans les autoclaves et réalise un contrôle continu de celui-ci. On décompose les capteurs de température en deux sous catégories : [2] . Capteur passif:

Figure I.6: Les différents capteurs passifs. [2]

6 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

. Capteur actif: [2]

Figure I.7: Exemples des capteurs actifs. [8]

I.2.8-Le principe de fonctionnement: La stérilisation par autoclavage agisse sur trois paramètres fondamentaux : - la température : 121°C. - le temps : 21 minutes. - la pression : 1 bar. L'autoclave fonctionne selon un "cycle de stérilisation" qui comporte les étapes suivantes:

 Phase 1 : Le préchauffage de l'enceinte et de ses parois au démarrage du stérilisateur. La vapeur se condense sur les objets à chauffer et à stériliser en leur cédant une certaine quantité de calories dont la majeure partie provient de la chaleur latente de vaporisation. La capacité calorifique doit être suffisante pour provoquer une vaporisation totale, mais il est nécessaire, et impératif d'effectuer des purges d'air.  Phase 2: La purge de l'appareil et la réalisation du vide pour chasser l'air de l'enceinte et pour obtenir des vapeurs saturantes. La qualité de la stérilisation dépend de la qualité de la purge d'air. L’air est très mauvais conducteur de chaleur, c’est pourquoi il faut s’assurer qu’il n’y a plus aucune poche dans la cuve, sinon la température ne sera pas uniforme et les bactéries pourraient s’y développer.

7 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

 Phase 3: La montée en température et en pression de la vapeur d'eau doivent s’effectuer très rapidement.  Phase 4: La stérilisation commence lorsque la température et la pression choisies sont atteintes et s'achève lorsque celles-ci diminuent. On parle alors de plateau de stérilisation (temps de stérilisation pour 121°C à 1bar: 21 minutes).  Phase 5: Le séchage par le vide qui permet d'évacuer la vapeur d'eau, à l’aide de la pompe à vide. La charge a été humidifiée par l'eau provenant de la condensation de la vapeur.  Phase 6: Le retour à la pression atmosphérique grâce à une entrée d'air filtré afin de pouvoir effectuer une ouverture de porte. Cette entrée d'air doit se faire à l'aide d'un filtre à air " très haute efficacité " retenant toutes les particules de dimensions supérieures à 1mm et n'autorisant le passage que de 0,1% au maximum de particules comprises entre 0,3mm et 1mm.  Phase 7: Nettoyage de l’enceinte de stérilisation à l’aide d’un chiffon doux pour la débarrasser d’éventuelles particules résiduelles, et ce après chaque cycle de stérilisation.

A la fin de chaque cycle de stérilisation, un chronogramme est imprimé et conservé au minimum cinq ans. [2]

Figure I.8: Exemple d’un chronogramme. [9]

8 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

I.3 Mesure de la température: I.3.1-Définition de la température: Grandeur physique liée à la notion immédiate de chaud et froid. Deux corps en contact ont tendance à égaliser leurs températures, par échange de chaleur (équilibre thermique). Les thermomètres fournissent une mesure de la température en utilisant des phénomènes comme la variation de la pression des gaz, ou la dilatation thermique de corps. La physique statistique montre que la température est la manifestation, à l'échelle macroscopique, du mouvement des atomes et molécules. Elle est directement liée à l'énergie cinétique moyenne des constituants microscopiques de la matière. [10] I.3.2- Les échelles de températures: La température est une variable d'état intensive. Sa valeur détermine, avec celle de la pression, l'état des corps purs. La température est mesurée avec l'échelle Kelvin (symbole K) qui vaut °C + 273°. Ainsi une température diurne de 20°C sur Terre est égale à 293°K et celle de la surface du Soleil de 5500°C vaut environ 5770°K. Il existe plusieurs systèmes de mesures antérieurs et toujours utilisés : les échelles Celsius, centigrade, Fahrenheit et Rankine. [11] I.3.2.1- Le kelvin: 1 Il est défini à partir du point triple de l'eau : un kelvin est égal à ⁄273,16 fois la température du point triple de l'eau. Le zéro absolu, correspondrait à la limite à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de −273,15 °C ; mais on ne peut jamais l'atteindre (penser que l'entité physique est plutôt 1/T, et on ne peut jamais atteindre l'infini). Cette unité permet de définir une échelle absolue des températures. [11] I.3.2.2- Le degré Celsius: C'est le kelvin auquel on retire 273,15°K. Son unité est le °C. Elle est une simple translation de l'échelle absolue . La température du point triple de l'eau y a donc pour valeur 0,01 °C. [11] I.3.2.3- Les échelles centigrades: L'échelle de mesure est telle que 0 et 100 sont fixés. Elle est appelée centigrade car les deux points de référence sont distants de 100°. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui définit l'échelle. Par exemple dans l'échelle centigrade, le zéro correspond à la température de la glace fondante et 100 degrés centigrades correspond à la température d'ébullition de l'eau sous une pression de 1 atmosphère. [11]

9 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

I.3.2.4- L'échelle Fahrenheit: Son symbole est °F. Elle attribue une plage de 180°F entre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par une fonction affine. Elle fixe le point de solidification de l'eau à +32°F et le point d'ébullition à +212°F. [11] I.3.2.5- L'échelle Rankine: C'est une simple homothétie de l'échelle absolue avec un facteur 9/5 . L'unité légale de température dans le Système international est le kelvin de symbole K (noter l'absence du symbole ° car ce n'est pas une échelle de mesure). [11] Le tableau ci-dessous résume les formules permettant de convertir une température entre les différentes échelles. A partir de : Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine Réaumur

T Kelvin = TK TC + 273,15 5/9 (TF+459,67) 5/9 TRa 5/4 TRe+273,15

T Celsius = TK – 273,15 TC 5/9 (TF -32) 5/9 (TRa-491,67) 5/4 TRe

T Fahrenheit = 9/5 TK – 459,67 9/5 TC +32 TF TRa-491,67 9/4 TRe + 32

T Rankine = 9/5 TK 9/5 TC + 491,67 TF+459,67 TRa 9/4 TRe+491,67

T Réaumur = 4/5 (TK – 273,15) 4/5 TC 4/9 (TF -32) 4/9 (TRa-491,67) TRe

Tableau I.1: Tableau de conversion des températures. [11] I.3.3- Les techniques de mesure: Afin de mesurer la température il est nécessaire qu’on utilise des capteurs de température, sondes de températures ou capteurs thermométrique. Les capteurs de température sont des dispositifs permettant de transformer l’effet du réchauffement ou du refroidissement sur leurs composants en signal électrique. [12] On compte les capteurs thermométriques suivants: I.3.3.1-Un thermocouple:(ou couple thermoélectrique) est un système constitué de deux fils métalliques de nature différente reliés par des jonctions. Il permet la mesure de température par application de l'effet Seebeck. On mesure la force électromotrice pour déterminer la température. [13] I.3.3.2-La sonde à résistance de platine: elle est constituée d'un filament de platine (Pt), entourant une tige de verre ou non, dont la caractéristique est de changer de résistance en fonction de la température. Sa résistance augmente en même temps que la température. Les sondes les plus couramment utilisées sont de type Pt 100 (100 Ω à 0 °C). [14] I.3.3.3-Thermistance : Les principaux capteurs de température utilisés en électronique sont basés sur la variation de la résistance électrique en fonction de la température. Couramment, on différencie les thermo-résistances des thermistances comme suit :

10 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

 Thermo-résistances : Augmentation régulière de la résistivité de certains métaux (argent, cuivre, nickel, or, platine, tungstène, titane) avec l'augmentation de la température.

 Thermistances : Variation (plus importante) de la résistance d'autres matières (oxydes métalliques, composites) en fonction de la température, cette variation pouvant être assez irrégulière ou soudaine, dans un domaine étroit de température. Il existe deux types de thermistances : -à coefficient de température positif (PTC). -à coefficient de température négatif (NTC). [15] I.3.3.4-Bilame : Un bilame est un dispositif d'estimation de la température généralement utilisé pour afficher la température ou pour déclencher et arrêter un processus utilisant de l’électricité. Le bilame est constitué de deux lames de métaux ou d'alliages différents, souples, soudés ou collés l'un contre l'autre, dans le sens de la longueur. [16] I.3.4- Les techniques de contrôle : I.3.4.1-Thermostat: Un thermostat est un dispositif permettant de maintenir un système (appareil, machine, moteur, etc.) à une température relativement stable. [17] I.3.4.2-Climatisation: La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau de poussières, etc.) d’un local pour des raisons de confort (automobile, bureaux, maisons individuelles) ou pour des raisons techniques (laboratoires médicaux, locaux de fabrication de composants électroniques, blocs opératoires, salles informatiques, etc.). [18] I.3.4.3-Réfrigération: Réfrigérateur, Froid industriel ou Production du froid est le procédé permettant d'obtenir et de maintenir un système (local, produit, etc.) à une température inférieure à celle de l'environnement.[19] I.3.4.4-Bain thermostaté: Un bain thermostaté est un dispositif pouvant fonctionner selon le principe du bain marie. À la différence du bain marie, le bain thermostaté offre un contrôle précis de la température, permettant par exemple de chauffer à 37°C en vue de réaliser une digestion enzymatique. [20] I.3.4.5- Étuve de laboratoire: Une étuve de laboratoire est un appareil de chauffage fonctionnant le plus souvent à la pression atmosphérique (parfois sous vide ou sous gaz neutre) et permettant d'effectuer divers traitements thermiques à température régulée. [21] I.3.4.6-Cryostat :Un cryostat est un instrument de physique permettant d’obtenir des températures cryogéniques par l’utilisation de l'inertie thermique d'un liquide très froid. Le cryostat à dilution utilise deux isotopes : l'hélium 3 (rare) et l'hélium 4 (commun). [22]

11 Chapitre I Présentation de l’autoclave et mesure de la température

I.4-Conclusion: C’est dans les hôpitaux que les patients sont les plus exposés à des risques d’infections ; l’importance de la stérilisation dans les établissements de santé est donc primordiale. En effet, Dans les hôpitaux l’autoclave est le stérilisateur le plus utilisé et le plus fiable. Afin de clarifier son principe de fonctionnement et de mise en œuvre nous nous intéresserons à la procédure de contrôle de la température.

Chapitre II

Etude du microcontrôleur PIC 16F877 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

II.1- Introduction sur les microcontrôleurs :

Un microcontrôleur est circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels d’un ordinateur : processeur, mémoire, unités périphériques, et interfaces d’entrées-sorties, contrôleur de bus CAN, convertisseur analogique numérique etc. Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d’intégration, une plus faible consommation électrique, une vitesse de fonctionnement plus faible et un cout réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels. Par rapport à des systèmes électroniques à base des microprocesseurs et autres composants séparés, les microcontrôleurs permettent de diminuer la taille, la consommation électrique, et le cout des produits. Ils ont ainsi permis de démocratiser l’utilisation de l’informatique dans un grand nombre de produits et de procédés. Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés par exemple dans les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l’électroménager, et la téléphonie mobile. [23]

Figure II.1: Divers microcontrôleurs. [23]

II.1.1- Structure interne d’un microcontrôleur :

La structure interne d’un microcontrôleur est dotée des quatre parties suivantes :

Un microprocesseur qui va prendre en charge la partie traitement des informations et envoyer des ordres. Il est lui-même composé d'une unité arithmétique et logique(UAL) et d'un bus de données. C'est donc lui qui va exécuter le programme embarqué dans le microcontrôleur.

Une mémoire de données (RAM ou EEPROM) dans laquelle seront entreposées les données temporaires nécessaires aux calculs. C'est en fait la mémoire de travail qui est donc volatile.

Une mémoire programmable (ROM), qui va contenir les instructions du programme pilotant l'application à laquelle le microcontrôleur est dédié. Il s'agit ici d'une mémoire non volatile puisque le programme à exécuter est à priori toujours le même. Il existe différents types de mémoires programmables que l'on utilisera selon l'application. Notamment :

13 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

- OTPROM : programmable une seule fois mais ne coute pas très cher. - UVPROM : on peut le ré effacé plusieurs fois grâce aux ultraviolets. - EEPROM : on peut le ré effacé plusieurs fois de façon électrique comme les mémoires flash.

La dernière partie correspond aux ressources auxiliaires. Celles-ci sont généralement : - Ports d'entrées / sorties parallèle et série. - Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle. - Des convertisseurs A/N pour traiter les signaux analogiques. [24]

Figure II.2: La structure interne d’un microcontrôleur. [25]

II.1.2- Les différentes architectures des microcontrôleurs :

 L’architecture VON NEUMANN employée par la plupart des microcontrôleurs actuels (INTEL80XX, motorola HC05, HC08 et HC12, ou ZILOG Z80) est basée sur un bus de données unique. Celui-ci véhicule les instructions (du programme) et les données. -Architecture des processeurs d’usage général -Goulot d'étranglement pour l'accès à la mémoire  L’architecture HARVARD utilisée par les microcontrôleurs PIC est basée sur deux bus de données. Un bus est utilisé pour les données et un autre pour les instructions (du programme). [26]

14 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

II.1.3- Les différentes familles des microcontrôleurs :

 La famille Atmel AT91 .

 La famille Atmel AVR (utilisée par des cartes Wiring et Arduino) .

 Le C167 de Siemens/Infineon .

 La famille Hitachi H8 .

 La famille Intel 8051, qui ne cesse de grandir ; de plus, certains processeurs récents utilisent un cœur 8051, qui est complété par divers périphériques (ports d’E/S, compteurs/temporisateurs, convertisseurs A/N et N/A, chien de garde, superviseur de tension, etc.) .

 L’Intel 8085, à l'origine conçu pour être un microprocesseur, a en pratique souvent été utilisé en tant que microcontrôleur.

 Le Freescale 68HC11 .

 La famille Freescale 68HC08 .

 La famille Freescale 68HC12 .

 La famille Freescale Qorivva MPC5XXX .

 La famille des PIC de Microchip .

 La famille des dsPIC de Microchip .

 La famille des ST6, ST7, STM8, ST10, STR7, STR9, STM32 de STMicroelectronics .

 La famille ADuC d'Analog Devices .

 La famille PICBASIC de Comfile Technology .

 La famille MSP430 de Texas Instruments .

 La famille 8080, dont les héritiers sont le microprocesseur Zilog Z80 (désormais utilisé en tant que contrôleur dans l'embarqué) et le microcontrôleur Rabbit .

 La famille PSoC de Cypress .

 La famille LPC21xx ARM7-TDMI de Philips .

 La famille V800 de NEC .

 La famille K0 de NEC. [27]

II.1.4- Les avantage des microcontrôleurs :

-Cout réduit. -Encombrement moindre. -Fiabilité. -Mise en œuvre plus simple

15 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

-Consommation plus faible. -Sans problème de conception de réalisation et de mise au point. [28]

II.2- Définition d’un PIC:

Un PIC ressemble à un parallélépipède noir avec des "pattes" métalliques, et c’est un microcontrôleur qui signifie Peripheral Interface Controller, c’est une unité de traitement d’information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de faciliter l'interfaçage avec le monde extérieur sans nécessiter l’ajout de composants externes. Les Pics sont des composants RISC (Reduced Instructions Set Computing) ou encore composant à jeu d’instructions réduit. L'avantage est que plus on réduit le nombre d’instructions, plus facile et plus rapide en est le décodage, et plus vite le composant fonctionne. [29] Les instructions sont codées sur un nombre réduit de bits, ce qui accélère l'exécution du programme (1 cycle machine par instruction sauf pour les sauts qui requirent 2 cycles). En revanche, le nombre limité d’instructions oblige à se restreindre à des instructions basiques, contrairement aux systèmes d'architecture CISC (Complete Instructions Set Computer) qui proposent plus d'instructions, donc codées sur plus de bits, mais réalisant des traitements plus complexes. Un microcontrôleur PIC peut donc fonctionner de façon autonome après programmation. [26]

II.2.1- Les différentes familles des PIC:

Il existe trois familles de PIC : Base-Line : les instructions sont codées sur 12 bits. Mid-Line : les instructions sont codées sur 14 bits. High-End : les instructions sont codées sur 16 bits. [26]

Nous nous limiterons dans ce document à la famille Mid-Line et particulièrement au PIC 16F877.

II.2.2- Identification des PICs :

Un PIC est généralement identifié par une référence de la forme suivante : xx(L)XXyy-zz

xx : famille du composant, actuellement « 12, 14, 16, 17 et 18 ». L : tolérance plus importante de la plage de tension XX : type de mémoire programme C : EPROM ou EEPROM CR : PROM F : Flash

16 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

yy : Identificateur. zz : vitesse maximale du quartz de pilotage. [30]

Exemple :

[30]

II.2.3- Principe de fonctionnement d’un PIC :

Le microcontrôleur exécute des instructions. On définit « le cycle instruction » comme le temps nécessaire à l’exécution d’une instruction. Attention de ne pas confondre cette notion avec le cycle d’horloge qui correspond au temps nécessaire à l’exécution d’une opération élémentaire (soit un coup d’horloge). Une instruction est exécutée en deux phases :

 La phase de recherche du code binaire de l’instruction stockée dans la mémoire de programme.  la phase d’exécution ou le code de l’instruction est interprété par le processeur et exécuté.

Chaque cycle instruction dure 4 coup d’horloge.

On pourrait donc croire qu’un cycle instruction dure 8 cycles d’horloge mais l’architecture particulière du PIC lui permet de réduire ce temps par deux. En effet, comme les instructions issues de la mémoire de programme circulent sur un bus différent de celui sur lequel circulent les données, ainsi le processeur peut effectuer la phase de recherche d’une instruction pendant qu’on exécute l’instruction précédente. [31]

II.2.4- Les différents programmateurs des PICs :

 PICkit 2 et 3.

 PICSTART.

 ICD2 et ICD3.

 Real-Ice.

 PM3 (programmateur pour la production).

 SoftLog (programmateur pour la production).

 MikroProg (programmateur de MikroElectronika permettant de programmer toute la gamme des PIC). [27]

17 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

II.3- Définition du PIC 16F877:

Le PIC 16F877 est un microcontrôleur RISC d'architecture de type Harvard. La mémoire programme et données et les bus correspondants sont séparés. Ceci permet au même instant d'exécuter l'instruction à l'adresse courante et de décoder l'instruction suivante (structure de type « pipeline »).

16 : indique un PIC de la famille Mid-Line.

F : signifie que le type de la mémoire est Flash.

877 : indique le type du PIC. [32]

Figure II.3: Le microcontrôleur PIC 16F877. [33]

II.3.1- Les caractéristiques du PIC 16F877:

Le microcontrôleur PIC 16F877 fonctionne à 20 Mhz maximum, et il possède :

 35 instructions (composant RISC).

 8Ko de mémoire Flash interne pour le programme.

 368 octets de RAM.

 256 octets de d'EEprom.

 2 compteur/ timer de 8 bits.

 1 compteur/ timer de 16 bits.

 1 Watchdog

 15 sources d'interruption.

 33 entrées/sorties numériques configurables individuellement, disposés en 5 ports nommés de A à E.

 8 entrées configurables en entrées analogiques.

 un mode SLEEP. [34]

18 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

II.3.2- L’organisation du PIC 16F877 :

II.3.2.1- Unité Arithmétique et logique ALU et l’accumulateur W: L’ALU est une Unité Arithmétique et logique 8 Bits qui réalise les opérations arithmétiques et logiques de base. L’accumulateur W est un registre de travail 8 bits, toutes les opérations à deux opérandes passent par lui. On peut avoir : - Une instruction sur un seul opérande qui est en général un registre situé dans la RAM. - Une instruction sur 2 opérandes. Dans ce cas, l’un des deux opérandes est toujours l’accumulateur W, l’autre peut être soit un registre soit une constante. Pour les instructions dont un des opérandes est un registre, le résultat peut être récupéré soit dans l’accumulateur, soit dans le registre lui-même. [35]

Figure II.4: L’unité arithmétique et logique. [26] II.3.2.2- La mémoire :

La mémoire du PIC 16F877 est divisée en trois parties :

 Mémoire programme :

C’est une mémoire morte de type FLASH de 8 kMots (1Mot = 14 bits). Dans cette zone nous allons écrire notre programme.

 Mémoire RAM : L’espace mémoire RAM adressable est de 512 positions de 1 octet chacune : * 96 positions sont réservées au SFR (Special Function Registers) qui sont les registres de configuration du PIC.

19 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

* Les 416 positions restantes constituent les registres GPR (General Propose Registers) ou RAM utilisateur. Sur le 16F877, 3 blocs de 16 octets chacun ne sont pas implantés physiquement d’où une capacité de RAM utilisateur de 368 GPR. [35]

 Mémoire EEPROM :

La mémoire EEPROM ( Electrical Erasable Programmable Read Only Memory ), est constituée de 256 octets que nous pouvons lire et écrire depuis notre programme. Ces octets sont conservés après une coupure de courant et sont très utile pour conserver des paramètres semi-permanents. [26]

II.3.2.3- Watch Dog Timer : un chien de garde WDT, est un dispositif permettant une initialisation du PIC lorsque le programme s’exécute en dehors du temps imparti (erreur programme). [26] C'est une protection destinée généralement à redémarrer le système, si une action définie n'est pas exécutée dans un délai imparti. Dans le PIC, il s’agit un compteur 8 bits incrémenté en permanence (même si le μC est en mode sleep) par une horloge RC intégrée indépendante de l'horloge système. Lorsqu’il déborde, deux situations sont possibles : - Si le μC est en fonctionnement normal, le WDT time-out provoque un RESET. Ceci permet d’éviter de rester planté en cas de blocage du microcontrôleur par un processus indésirable non contrôlé. - Si le μC est en mode SLEEP, le WDT time-out provoque un WAKE-UP, l'exécution du programme continue normalement là où elle s'est arrêtée avant de rentrer en mode SLEEP. Cette situation est souvent exploitée pour réaliser des temporisations. [36]

II.3.2.4- Timer : Ce PIC possède 3 Temporisateurs (TIMERs) 2 temporisateurs de 8bits et 1 temporisateurs de 16 bits, qui permettent de compter des impulsions reçues sur le microcontrôleur PIC ou de compter les cycles d’horloge du microcontrôleur PIC (afin de programmer des temporisations). [26]

II.3.2.5- Ports entrée/sortie :

Le PIC 16F877 dispose de 33 broches d’entrées/sorties regroupés dans 5 ports (PORT A, PORT B, PORT C, PORT D et PORT E). Chaque broche d’un port peut être configurée soit en entrée soit en sortie à l’aide des registres de direction TRISA, TRISB, TRISC et TRISD et TRISE:  Port A : 6 pins I/O numérotées de RA0 à RA5.  Port B : 8 pins I/O numérotées de RB0 à RB7.  Port C : 8 pins I/O numérotées de RC0 à RC7.  Port D : 8 pins I/O numérotées de RD0 à RD7.  Port E : 3 pins I/O numérotées de RE0 à RE2. [35]

20 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

Port A : Les broches port A, excepté RA4, sont multiplexées, avec les entrées du convertisseur analogique numérique (AN0... AN4). La broche RA4 est multiplexé avec l’entrée d’horloge externe du timer0 (RA4/T0CKI).

Port B : Le port B peut être programmé pour un tirage à 5V (pull up) de toutes ses lignes que l'on peut mettre ou non en service en mode entrée uniquement. Elles sont automatiquement désactivées quand le port est configuré en sortie. En mode entrée, chaque broche du PORT B doit être maintenue à un niveau haut par l'intermédiaire de résistances de 10 k pour ne pas déclencher d'interruptions imprévues. Cette possibilité d'interruption sur un changement d'état associé à la fonction de tirage configurable sur ces 4 broches, permet l'interfaçage facile avec un clavier. Cela rend possible le réveil du PIC en mode SLEEP par un appui sur une touche du clavier.

Port C : Le port C est partagé avec liaisons, les timers 1 et 2 et les modules CCP.

Port D et E : En plus de leur utilisation comme PORTS E/S; les ports D et E, permettent au microcontrôleur de travailler en mode PSP (Parallel Slave Port) c’est-à-dire, qu’il peut être interfacé avec un autre microprocesseur. Dans ce cas le PORT D représente le bus de données et le PORT E les signaux de contrôle (RD\, WR\ et CS\). Le PORT E peut être aussi, configuré en mode analogique pour former avec le PORT A les 8 entrées du convertisseur analogique numérique. Par défaut, le PORT E est configuré comme port analogique, et donc, comme pour le PORT A. [36]

II.3.2.6- Convertisseur :

Le CAN est un périphérique intégré destiné à mesurer la tension et la convertir en mode binaire qui pourra être utilisée par le programme. Le PIC 16F877 travail un convertisseur analogique/numérique de 10 bits avec 8 entrées analogiques multiplexées du port. [26]

II.3.2.7- Oscillateur : L’horloge système peut être réalisée soit avec un quartz, soit avec une horloge extérieure, ou soit par un circuit RC. Un oscillateur interne qui permet une fréquence maximale d’oscillation f élevée de 20 MHz. La fréquence de fonctionnement réelle du microcontrôleur PIC est égale à la fréquence de l’oscillateur divisée par 4, soit 5 MHz. Une instruction standard dure donc une période d’horloge, soit 200 ns. (nano = 10-9). [26]

21 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

 Un quartz ou résonateur céramique : permet d’obtenir une fréquence de fonctionnement très précise.

 Un oscillateur externe permet une synchronisation avec un autre circuit.

 Un simple réseau RC peut suffire, l’oscillateur est peu précis mais économique.

II.3.2.8- MCLR : cette broche sert à initialiser le microcontrôleur PIC :

À la mise sous tension par un front montant (min 72 ms, max 72 ms +1024 x Tosc). Cette initialisation est appelée POR (POWER ON RESET). Cette broche peut être simplement reliée à l’alimentation VDD si on n’a pas besoin de RESET externe. [26]

II.3.2.9- Description des autres éléments :  Une surveillance de la tension d’alimentation BOR (Reset si chute de tension VDD). Un module de débogage in-situ ICD (In Circuit Debugger).  2 modules CCP1-2 (Capture Compare PWM) fonctionnant dans l’un des trois modes suivants : *Mode capture (CAPTURE): ce mode permet en outre d’effectuer des mesures de temps. *Mode comparaison (COMPARE): ce mode permet en outre de générer des événements périodiques.

22 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

*Mode PWM (PULSE WIDTH MODULATION): ce mode permet de générer des signaux dont le rapport cyclique est variable.  Une interface de communication USART/SCI (Universal Synchronous & Asynchronous Receiver Transmitter).  Une interface de communication série synchrone SSP/SPI et I2C.  Une seule tension d'alimentation comprise entre 3V et 6V. [26]

II.3.3- Les applications :  Informatique (souris, modem …).  Vidéo (Appareil photos numérique, caméra numérique …).  Contrôle des processus industriels (régulation, pilotage).  Appareil de mesure (affichage, calcul statistique, mémorisation).  Automobile (ABS, injection, GPS, airbag).  Multimédia (téléviseur, carte audio, carte vidéo, MP3, magnétoscope).  Appareils médicaux.  Electroménager (lave-vaisselle, lave-linge, four micro-onde). [37]

23 Chapitre II Etude du microcontrôleur PIC 16F877

Figure II.5 : Brochage du PIC 16F877. [38]

II.4- Conclusion :

Un microcontrôleur est un circuit qui intègre un maximum de fonctions dans un même boitier. L’intégration de ces fonctions dans le même environnement permet de créer des applications plus simplement. Les microcontrôleurs, quelque soit leurs constructeurs, ont des architecture très similaires et sont constitués de modules fondamentaux assurant les mêmes fonctions.

Ils sont et continueront à être largement utilisés pour les applications de régulation et de commande de processus industriels. Alors aujourd'hui ils sont implantés dans la plupart des applications grand public ou professionnelles.

Chapitre III

Conception de circuit électronique sous Proteus Chapitre III Conception du circuit électronique

III.1- Introduction:

Dans ce chapitre nous allons faire la simulation du schéma électrique via le logiciel PROTEUS ISIS Professionnel version 7.6, qui est principalement connu par l’édition des schémas électriques.

III.2- L’étude du circuit:

III.2.1- Liste des matériels utilisés:

Notre circuit électronique contient les éléments suivants :

 1 Microcontrôleur PIC 16F877.  1 Capteur de température LM35.  1 Régulateur de tension 7805.  1 Transformateur.  1 Pont de diode.  1 Afficheur LCD.  1 Quartz cristal.  1 LED rouge.  1 LED vert.  1 Condensateur électrochimique 2000 µF.  2 Condensateurs céramique 22 pF.  1 Résistance 10KΩ.  1 Résistance 100Ω.  1 Résistance 240 Ω.

III.2.2- Le Microcontrôleur PIC 16F877:

On appelle microcontrôleur un circuit intégré qui est constitué d’un microprocesseur associé à un ou plusieurs périphériques. Le microcontrôleur PIC 16F877 est un circuit intégré de 40 broches, dont l’alimentation doit être comprise entre 3 et 6V (pour plus de détails voir chapitre II). [36] Alors, le microcontrôleur PIC 16F877 représente le cerveau de notre projet.

25 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.1: Le microcontrôleur PIC 16F877. [33]

III.2.3- Le capteur de température LM35 :

Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température. Il est extrêmement populaire en électronique, car il est précis, peu couteux, très simple d'utilisation et a une fiabilité à toute épreuve. Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -55°C à +150°C. Le capteur LM35 fonctionne avec n'importe quelle tension d'alimentation comprise entre 4 volts et 30 volts, ce qui permet de l'utiliser dans virtuellement n'importe quel montage numérique ou analogique. [39]

Figure III.2: Le capteur de température LM35. [40]

26 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.2.4- Le régulateur de tension 7805:

Un régulateur de tension est un composant à 3 bornes dont le rôle consiste à rendre quasi continue une tension qui présente une ondulation et à stabiliser sa valeur malgré les variations de la tension d’entrée ou les variations de la charge. [41] Les régulateurs sont de très grande utilité dans les circuits électriques lorsque vous avez besoin d'une tension stable. En effet un régulateur permet de rentre la tension de sortie très fixe, ce qui est préférable pour des composants comme les microcontrôleurs. 7805: Le 8 signifie ici que le régulateur est positif (tandis que le 9 signifie qu’un régulateur est négatif). 7805: Ces deux derniers chiffres(05) permettent de savoir la tension de sortie. Elle sera ici de +5V. [42]

Figure III.3: Le régulateur de tension 7805. [43]

III.2.5- Le transformateur :

Un transformateur est un appareil qui permet de changer et d’adapter l’intensité et la tension du courant électrique. Il en existe différents types selon la nature du courant à transformer. [44]

La tension peut être soit augmentée ou abaissée selon l’utilisation voulue. Le changement d’un niveau de tension à un autre se fait par l’effet d’un champ magnétique. Le transformateur est constitué de deux enroulements (ou plus) couplés sur un noyau magnétique. Le coté de la source est appelé le primaire (N1 est le nombre de spires primaire), le coté de la charge est appelé le secondaire (N2 est le nombre de spires secondaires). Si N1 > N2 le transformateur est dit élévateur de tension et Si N1 < N2, il s’agit d’un abaisseur de tension. [45]

27 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.4: Transformateur. [46] Figure III.5: Le symbole du transformateur. [47]

III.2.6- Diode:

La diode est un composant électronique à 2 pattes, c'est-à-dire un dipôle, dont la particularité et l'intérêt principal étant qu'il ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Pour faire très simple sur son utilité, cette spécifiée très particulière permet notamment de protéger une partie d'un circuit électrique. Mais le domaine d'application des diodes est plus vaste, et concerne aussi bien l'électronique analogique, numérique et également l'électrotechnique. Ce dipôle est appelé diode de redressement lorsqu'il est utilisé pour réaliser les redresseurs qui permettent de transformer le courant alternatif en courant unidirectionnel (continu). [55]

Figure III.6: La diode et son symbole. [56]

28 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.2.7- Le pont de diode:

Un pont de diodes, aussi appelé pont de Graetz, ou redresseur double alternance, est comme son nom l'indique, quatre diodes connectées l'une à l'autre. Permettant de redresser le courant alternatif en courant continu. Bien qu'il y ait d'autres montages pour redresser le courant, ce montage reste le moyen le plus répandu pour réaliser cette fonction. [48]

Figure III.7: Le pont de diode. [49] Figure III.8: Le symbole du pont de diode. [50]

III.2.8- L’afficheur LCD:

Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelés afficheurs LCD (Liquid Crystal Display), sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 à 5 mA), sont relativement bons marchés et s'utilisent avec beaucoup de facilité. Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et diffèrent les uns des autres, non seulement par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi par leurs caractéristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dotés d'un rétro éclairage de l'affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées derrière l'écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en intensité (de 80 à 250 mA). Ils sont très utilisés dans les montages à microcontrôleur, et permettent une grande convivialité. Ils peuvent aussi être utilisés lors de la phase de développement d’un programme, car on peut facilement y afficher les valeurs de différentes variables. [51]

29 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.9: L’afficheur LCD.

III.2.9- Le quartz cristal:

Le quartz est un composant dit passif, qui a la particularité de vibrer (résonner) à une fréquence bien particulière et très stable. Il intervient dans la réalisation d’oscillateurs, d’horloges, de compteurs, de fréquencemètres, et en général de tout équipement pour lequel la précision temporelle est importante. [52] Sa particularité est d'osciller lorsqu'il est parcouru par un courant électrique à une fréquence qui dépend de sa taille et de l'angle de découpage. Ce composant est utilisé dans tous les montages électroniques digitaux à base de microprocesseur pour la fréquence du montage. [53]

Figure III.10: Le quartz cristal. [54] Figure III.11: Le symbole du quartz cristal.

30 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.2.10- LED : Une diode électroluminescente (abrégé en DEL en français, ou LED, de l'anglais : light-emitting diode), est un dispositif optoélectronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Une diode électroluminescente ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une diode classique, l'inverse étant le sens bloquant) et produit un rayonnement monochromatique ou poly chromatique non cohérent à partir de la conversion d’énergie électrique lorsqu'un courant la traverse. Elles sont aussi utilisées dans la construction des écrans plats de télévision : pour le rétro éclairage des écrans à cristaux liquides ou comme source d'illumination principale dans les télévisions. [57]

Figure III.12: LEDs en couleurs différentes. [58] Figure III.13: Symbole de LED. [59]

III.2.11- Le Condensateur:

Le condensateur est un composant électronique élémentaire, constitué de deux armatures conductrices (appelées « électrodes ») en influence totale et séparées par un isolant polarisable (ou « diélectrique »). Sa propriété principale est de pouvoir stocker des charges électriques opposées sur ses armatures. La valeur absolue de ces charges est proportionnelle à la valeur absolue de la tension qui lui est appliquée. Le condensateur est caractérisé par le coefficient de proportionnalité entre charge et tension appelé capacité électrique et exprimée en farads (F). [60]

Il existe plusieurs types de condensateurs:

 Condensateur électrochimique :

Le condensateur électrolytique encore appelé « électrochimique », ou plus communément « chimique » est très commun dans les applications en courant continu ou en basses fréquences (en dessous de 1MHz). [61]

31 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.14: Le condensateur électrochimique. [62]

 Condensateur céramique :

C’est un condensateur pour lequel le diélectrique est un matériau céramique fritté. [63]

Figure III.15: Le condensateur céramique. [64]

III.2.12- Résistances :

Les résistances sont des dipôles. On rencontre les résistances dans la plupart des circuits électroniques (ordinateurs, télévision). L’ajout d’une résistance en série dans un circuit permet de limiter l’intensité du courant dans ce circuit. Plus la résistance d’un circuit est grande, plus l’intensité du courant est faible. Chaque résistance est donc caractérisée par une valeur notée R et exprimée en ohm Ω. Une résistance peut aussi être appelée conducteur ohmique. Pour connaître la valeur de la résistance d’un conducteur ohmique, les fabricants placent des anneaux colorés. [65]

32 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.2.12.1- Affichage par code de couleur:

Le codage de la valeur de la résistance peut être réalisé avec trois anneaux de couleur, quatre anneaux de couleur, cinq anneaux de couleur (haute précision) ou six anneaux de couleur (haute précision et haute stabilité). A chaque couleur (et donc à chaque anneau) correspond un chiffre, selon une table de correspondance normalisée par tout le monde. Certains anneaux de couleur permettent de définir la valeur de base du composant, un anneau définit le facteur de multiplication à appliquer à la valeur de base, un autre peut définir sa tolérance (précision), et un dernier enfin peut définir le degré de stabilité de la valeur du composant en fonction de conditions extérieures telle que la température ambiante. [66]

III.2.12.2- Résistance avec trois anneaux de couleur:

Les deux premiers anneaux sont significatifs, et le troisième indique le facteur de multiplication. Aucun anneau ne précise la tolérance, qui est dans ce cas forcément de 20%. Une telle résistance dotée de trois anneaux de couleur est presque à coup sûr une résistance au carbone. [66]

Figure III.16: Résistance à trois anneaux de couleur. [66]

III.2.12.3- Résistance avec quatre anneaux de couleur :

Les deux premiers anneaux sont significatifs, le troisième indique le facteur de multiplication, et le quatrième indique la tolérance. Une résistance possédant quatre anneaux peut être de type carbone ou métallique. Si la couleur de son corps principale est marron, il s’agit d’une résistance au carbone. Si la couleur du corps est vert, il s’agit d’une résistance à couche métal (résistance métallique). [66]

33 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.17: Résistance à quatre anneaux de couleur. [66]

III.2.12.4- Résistance avec cinq anneaux de couleur :

Les trois premiers anneaux sont significatifs, le quatrième indique le facteur de multiplication, et le cinquième indique la tolérance. Une telle résistance est une résistance de précision, et elle est généralement de type métallique, avec une tolérance de 2% au moins. [66]

Figure III.18: Résistance à cinq anneaux de couleur. [66]

III.2.12.5- Résistance avec six anneaux de couleur :

Les trois premiers anneaux sont significatifs, le quatrième indique le facteur de multiplication, le cinquième indique la tolérance et le sixième indique le coefficient de température.

Une telle résistance est rarement employée dans le domaine grand public, car ses performances élevées la rendent couteuse à fabriquer. On la trouve en particulier dans des filtres analogiques de haute précision et dans les appareils de mesure professionnels. [66]

34 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.19: Résistance à six anneaux de couleur. [66] III.3- L’étude de chaque étage du circuit:

III.3.1- L’étage d’alimentation stabilisée:

La plupart des systèmes électroniques ont besoin d’une alimentation continue pour fonctionner. Puisque la tension fournie par le réseau électrique est une tension alternative, la première chose qu’on doit faire est de transformer cette tension en une tension continue. La partie du montage qui effectue cette opération s’appelle « alimentation ». Cette dernière est constituée d’un transformateur qui permet le couplage du secteur aux circuits électroniques, d’élever ou d’abaisser la tension d’entrée, et assure aussi l’isolation entre le secteur et le reste. Et d’un circuit redresseur qui doit redresser la tension de sortie du transformateur par un pont de diode appelé « pont de Graetz » dont le but est de convertir la tension alternative obtenue à la sortie du secondaire en un signal redressé double alternance. Elle est constituée aussi d’une partie de filtrage pour filtrer ou faire disparaître les ondulations de faibles valeurs. Cette opération est assurée par l’utilisation d’un phénomène de charge et de décharge du condensateur. Et à la fin un régulateur pour régler et fixer la tension de sortie. [67]

Transformateur Redressement Filtrage Régulation Notre montage nécessite une alimentation de 5V pour alimenter le PIC, le capteur et l’afficheur LCD.

35 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.20: L’étage d’alimentation stabilisée.

On utilise la partie ARES du logiciel pour réaliser le typon de l’étage de l’alimentation stabilisée comme il est illustré dans les figures suivantes :

Figure III.21: Le circuit de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES.

Figure III.22: Le schéma du négatif de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES.

36 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.23: La visualisation 3D de l’étage d’alimentation stabilisée réalisé sous ARES.

III.3.2- L’étage du capteur:

Le LM35 est l’un des transducteurs de température à circuit intégré. Une des grandes forces du capteur LM35, qui fait sa popularité, c'est son pré calibration en sortie d'usine. Tous les capteurs LM35 sont calibrés en degré Celsius lors de la fabrication. Cela signifie qu’il ne nécessite pas de calibration externe et maintient une précision de + / -0,4°C à température ambiante et + / - 0,8 °C sur une plage de 0°C à +100°C. La sortie analogique du capteur est proportionnelle à la température. Il suffit de mesurer la tension en sortie du capteur pour en déduire la température. Chaque degré Celsius correspond à une tension de +10mV. Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C :

Température (° C) * Vout = (100°C / V)

Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 ° C La tension de sortie varie linéairement avec la température. [68]

Figure III.24: L’étage du capteur.

37 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.3.3- L’étage du Pic:

La gestion de l’ensemble est confiée à un microcontrôleur de type 16F877. Le microcontrôleur PIC 16F877 est relié avec l’oscillateur quartz cristal pour donner la fréquence au PIC pour qu’il fonctionn, et avec l’afficheur LCD dont il est programmé de telles façons à afficher la température venue du capteur.

Figure III.25: L’étage du PIC.

38 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.4- La partie HARDWARE:

III.4.1- Proteus:

Le logiciel Proteus est une suite logicielle destinée à l'électronique. Développé par la société Labcenter Electronics, les logiciels incluent dans Proteus permettent la CAO électronique dans le domaine électronique. [69]

III.4.2- Les avantage de Proteus:

Cette suite logicielle est très connue dans le domaine de l'électronique. De nombreuses entreprises et organismes de formation (incluant lycée et université) utilisent cette suite logicielle. Outre la popularité de l'outil, Proteus possède d'autres avantages

 Pack contenant des logiciels facile et rapide à comprendre et utiliser.  Le support technique est performant.  L'outil de création de prototype virtuel permet de réduire les coûts matériel et logiciel lors de la conception d'un projet. Deux logiciels principaux composent cette suite logicielle: ISIS et ARES. [69]

III.4.3- ISIS:

Le logiciel ISIS de Proteus est principalement connu pour éditer des schémas électriques. Par ailleurs, le logiciel permet également de simuler ces schémas ce qui permet de déceler certaines erreurs dès l'étape de conception. Indirectement, les circuits électriques conçus grâce à ce logiciel peuvent être utilisé dans des documentations car le logiciel permet de contrôler la majorité de l'aspect graphique des circuits. [70]

III.4.4- ARES:

Le logiciel ARES est un outil d'édition et de routage qui complètement parfaitement ISIS. Un schéma électrique réalisé sur ISIS peut alors être importé facilement sur ARES pour réaliser le PCB de la carte électronique. Bien que l'édition d'un circuit imprimé soit plus efficiente lorsqu'elle est réalisée manuellement, ce logiciel permet de placer automatiquement les composants et de réaliser le routage automatiquement. [70]

La figure suivante présente le schéma électrique de la carte d’interface :

39 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.26: Le circuit réalisé sous Proteus ISIS.

On utilise la partie ARES du logiciel pour réaliser le typon comme il est illustré dans les figures suivantes :

40 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.27: Le circuit réalisé sous Proteus ARES.

41 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.28: Le schéma de négatif du circuit sous ARES.

42 Chapitre III Conception du circuit électronique

Figure III.29: La visualisation 3D du circuit sous ARES.

43 Chapitre III Conception du circuit électronique

III.5- La partie SOFTWARE:

III.5.1- mikroC PRO for PIC:

Le langage mikroC for PIC a trouvé une large application pour le développement de systèmes embarqués sur la base de microcontrôleur. Il assure une combinaison de l'environnement de programmation avancée IDE (Integrated Development Environment), et d’un vaste ensemble de bibliothèques pour le matériel, de la documentation complète et d’un grand nombre des exemples. Le compilateur mikroC pour PIC bénéficie d'une prise en main très intuitive et d'une ergonomie sans faille. Ses très nombreux outils intégrés (mode simulateur, terminal de communication Ethernet, terminal de communication USB, gestionnaire pour afficheurs 7 segments, analyseur statistique, correcteur d'erreur, explorateur de code, mode Débug ICD...) associé à sa capacité à pouvoir gérer la plupart des périphériques rencontrés dans l'industrie (Bus I2C™, 1Wire™, SPI™, RS485, Bus CAN™, USB, gestion de cartes compact Flash et SD™/MMC™, génération de signaux PWM, afficheurs LCD alphanumériques et graphiques, afficheurs LEDs à 7 segments, etc...) en font un outil de développement incontournable pour les systèmes embarqués, sans aucun compromis entre la performance et la facilité de débogage. [71]

III.5.2- Le programme en C: void main() { // Code par: Autoclave ;Laboratoire Pédagogique Biologie ;CUABBTEMOUCHENT // Déclaration des variables kbd_init(); lcd_init(); setup_adc_ports(AN0); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_8); delay_us(20); float ref=30; // declaration de la temperature ref qui est une temperature ambiante lcd_init(); lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"PFE Regulateur"); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Temperature "); delay_ms(2000); lcd_putc("\f"); int a; while(1) {// Code par:Autoclave ;Laboratoire Pédagogique Biologie ;CUABBTEMOUCHENT // Calcul et affichage de la température ambiante a=kbd_getc( ) if (char(a) == '1') { lcd_init(); delay_ms(1000);} if (input(plus)){ ref=(float)ref+0.5 ;} if (input(moin)){ ref=ref-0.5 ;} lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Ref=%2.1f",ref);

44 Chapitre III Conception du circuit électronique

lcd_putc(223); //afficher la signe du C printf(lcd_putc,"C");

//------calcul de temperature ch1------set_adc_channel(0); delay_ms (10); adc_value = read_adc(); delay_ms(100); volts = (float)((adc_value * 5)/1023.0)*100; delay_ms(20); if (volts > ref) { output_high(led);output_low(relais);output_low(fin);lcd_gotoxy(11,1); printf(lcd_putc,"/*OK "); } if (volts < ref) { output_low(led);output_high(relais);output_high(fin);lcd_gotoxy(11,1); printf(lcd_putc,"/*Att "); } lcd_gotoxy(10,2); delay_ms(100); printf(lcd_putc,"+%2.1f",volts); delay_ms(10); lcd_putc(223); //afficher la signe du C printf(lcd_putc,"C");

}//end while(1) }//end voidmain()

III.5.3- Le programme en HEXA: (voir en annexe)

III.6-Résultats et discussions:

La conception de notre circuit nous a permet de bien comprendre le fonctionnement de logiciel Proteus ; qui est effectivement entièrement destiné à la conception des maquettes électronique. Nous considérons l'un des meilleurs logiciels pour programmation et simulation des microcontrôleurs car il est puissant et si performant. Pour des bons résultats il faut donner importance à la partie software aussi. A partir de la conception et l’exécution de notre carte d’interface sur le logiciel Proteus, nous constatons un bon contrôle de la température par le PIC 16F877.

Dans notre projet nous avons parlé particulièrement sur l’autoclave de laboratoire qui est utilisé pour préparer des réactifs, pour la stérilisation de matériel (solide et liquide), et de déchets contaminés avant leur élimination. Au cours de l’autoclavage, le contenu à stériliser est exposé à la vapeur saturée à la température requise pendant une durée approprié.

45 Chapitre III Conception du circuit électronique

L’autoclave RAYPA est utilisé dans le laboratoire de biologie dans notre Centre Universitaire avec une température fixé en 121°C. Tandis que dans les hôpitaux la température des grands stérilisateurs peut atteindre jusqu’à 134°C (elle diffère selon les besoins ou le matériel à stériliser). Pour obtenir une meilleure stérilisation la relation entre la température et la pression est comme suit : *1 bar avec 121°C et 2 bars avec 134°C.

C’est pour cela le contrôle de température de l’autoclave est très important. Nous sommes obligés de contrôler la température et la pression à chaque instant pour assurer une bonne qualité de stérilisation.

Conclusion générale

Conclusion générale :

L’objectif de notre travail consiste de développer un circuit électronique pour contrôler la température d’un autoclave par un microcontrôleur PIC 16F877 à fin de contrôler le déroulement du cycle de stérilisation. Ce qui nécessite de faire une recherche bibliographique pour bien comprendre le fonctionnement de l’autoclave et du microcontrôleur PIC 16F877 ainsi que sa programmation.

A cet effet, nous avons consacré notre travail sur le savoir d’utiliser le logiciel Proteus qui nous a permet de bien construire notre maquette électronique avec l’éditeur du schéma ISIS et le passage vers la conception du négatif du circuit imprimé par l’outil ARES.

Ce projet nous a permis d’élargir nos connaissances dans le domaine électronique et bien comprendre le fonctionnement des microcontrôleurs. Nous signalons le manque des composants tels que le microcontrôleur PIC 16F877, l’afficheur LCD et quelques équipements et en particulier le programmeur assembleur dans notre centre universitaire ce qui nous a empêché et entravé pour passer nos résultats théoriques obtenues dans la partie de réalisation pratique. Nous espérons que notre étude sera utile pour les prochaines recherches et sera compter dans l’avenir.

Enfin, nous estimons avoir fournir les éléments nécessaires à la clarification de l’utilité et de l’élaboration de notre projet.

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50 Bibliographie

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Annexes Annexe

Annexe 1: Le code de couleur des résistances.

Annexe 2: Le PIC16F877.

52 Annexe

53 Annexe

-Structure interne du PIC 16F877.

54 Annexe

-Brochage du PIC16F877.

Pins Descriptions

1 MCLR/VPP/THV Master Clear Reset 2 RA0/AN0 Port A 3 RA1/AN1 Port A 4 RA2/AN2/VREF- Port A 5 RA3/AN3/VREF+ Port A 6 RA4/T0CKI Port A 7 RA5/AN4/SS Port A 8 RE0/RD/AN5 Port E 9 RE1/WR/AN6 Port E 10 RE2/CS/AN7 Port E 11 VDD Positive Power Supply 12 VSS Ground 13 OSC1/CLKIN Oscillateur 14 OSC2/CLKOUT Oscillateur 15 RC0/T1OSO/T1CKI Port C 16 RC1/T1OSI/CCP2 Port C 17 RC2/CCP1 Port C 18 RC3/SCK/SCL Port C 19 RD0/PSP0 Port D 20 RD1/PSP1 Port D 21 RD2/PSP2 Port D 22 RD3/PSP3 Port D 23 RC4/SDI/SDA Port C 24 RC5/SDO Port C 25 RC6/TX/CK Port C 26 RC7/RX/DT Port C 27 RD4/PSP4 Port D 28 RD5/PSP5 Port D 29 RD6/PSP6 Port D 30 RD7/PSP7 Port D 31 VSS Ground 32 VDD Positive Power Supply 33 RB0/INT Port B 34 RB1 Port B 35 RB2 Port B 36 RB3/PGM Port B 37 RB4 Port B 38 RB5 Port B 39 RB6/PGC Port B 40 RB7/PGD Port B

55 Annexe

-Le programme en Hexa:

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

56 Annexe

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57 Annexe

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58 Annexe

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59 Annexe

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Annexe 3:

Agence Française de Normalisation (AFNOR). La norme NF EN 13060 : pour les petits stérilisateurs à la vapeur d’eau. La norme NF EN 285: pour les grands stérilisateurs à la vapeur d’eau.

60 Annexe

Annexe 4: Le capteur LM35

61 Annexe

62 Annexe

Annexe 5: L’afficheur LCD.

63 Résumé:

L’utilisation d’un autoclave est obligatoire et permet d'assurer aux patients et aussi aux professionnels de la santé et aux médecins une protection contre d’éventuels risques d’infection ou de contamination croisée entre eux tous. La stérilisation par la vapeur est la plus utilisée dans le milieu hospitalier, elle est nécessaire pour tout dispositif médical qui ne soit pas à usage unique (ciseaux, pinces, boîte inox, etc..). L’objectif de notre travail consiste au contrôle de la température d’un autoclave par un microcontrôleur PIC 16F877. Nous utilisons l’autoclave RAYPA puisqu’il est disponible dans notre centre universitaire, mais le principe de fonctionnement et d’affichage de la température est identique pour tous les autoclaves. La connaissance du fonctionnement de l’autoclave et du microcontrôleur PIC 16F877 sont nécessaires. La réalisation du circuit électronique doit être sous environnement de logiciel Proteus. Les mots clé: stérilisation, autoclave, température, PIC 16F877.

Abstract:

The use of an autoclave is mandatory and ensures that patients, as well as health professionals and doctors are protected against possible infection or cross-contamination. Steam sterilization is the most widely used in hospitals, it is necessary for any medical device that is not disposable (scissors, forceps, stainless steel box, etc.). The objective of our work is to control the temperature of an autoclave by a PIC 16F877 microcontroller. We use the RAYPA autoclave since it is available in our university center, but the principle of operation and display of temperature is identical for all autoclaves Knowledge of the operation of the autoclave and the PIC 16F877 microcontroller is required. The realization of the electronic circuit must be under Proteus software environment. The key words: sterilization, autoclave, temperature, PIC 16F877.

ﻣﻠﺨﺺ: اﺳﺘﺨﺪام ﺟﮭﺎز اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ ﺿﺮوري ﻷﻧﮫ ﯾﻀﻤﻦ ﻟﯿﺲ ﻓﻘﻂ

ﻟﻠﻤﺮﺿﻰ ﺑﻞ أﯾﻀﺎ ً ﻟﻠﻌﺎﻣﻠﯿﻦ ﻓﻲ ﻣﺠﺎل اﻟﺼﺤﺔ و اﻷطﺒﺎء

ﺣﻤﺎﯾﺔ ﻣﻦ ﻣﺨﺎطﺮ اﻧﺘﻘﺎل ا ﻟﻌﺪوى ﻓﯿﻤﺎ ﺑﯿﻨﮭﻢ.

اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ ﺑِﺒُﺨﺎر اﻟﻤﺎء ھﻲ اﻟﻄﺮﯾﻘﺔ اﻷﻛﺜﺮ اﺳﺘﺨﺪاﻣﺎ ً ﻓﻲ ا ﻟﻤﺴﺘﺸﻔﯿﺎت, ﻓﮭﻲ ّﻣﮭﻤﺔ ﻟﺠﻤﯿﻊ اﻷدوات اﻟﻄﺒﯿﺔ ّﻣﺘﻌﺪدة اﻹﺳﺘﻌﻤﺎﻻت ( ﻣﻘﺺ, ﻛﻤﺎﺷﺔ, ﻋﻠﺐ اﻟﻔﻮﻻذ … إﻟﺦ) .

اﻟﮭﺪف ﻣﻦ ھﺬا اﻟﻌﻤﻞ ھﻮ ّاﻟﺘﺤﻜﻢ ﻓﻲ ﺣﺮارة ﺟﮭﺎز اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ ﱢﺑﺎﻟﻤﺘﺤﻜﻢ PIC 16F877 .

ﻧﺴﺘﺨﺪم ﺟﮭﺎز اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ RAYPA ﻷﻧﮫ ﻣﺘﻮﻓﺮ ﻓﻲ ﻣﺮﻛﺰﻧﺎ اﻟﺠﺎﻣﻌﻲ ، و ﻟﻜﻦ ﻣﺒﺪأ اﻟﺘﺸﻐﯿﻞ

و ﻋﺮض درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة ﻣﻄﺎﺑﻖ ﻟﺠﻤﯿﻊ أﺟﮭﺰة اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ.

ﻣﻦ ّاﻟﻀﺮوري ﻣﻌﺮﻓﺔ ﻣﺒﺪأ ﺗﺸﻐﯿﻞ ﺟﮭﺎز اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ و ﱢاﻟﻤﺘﺤﻜﻢ PIC16F877.

ﺗﺼﻤﯿﻢ اﻟﺪاﺋﺮة اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ ﯾﺘﻢ ﺑﺒﺮﻧﺎﻣﺞ Proteus.

اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ: اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ , ﺟﮭﺎز اﻟﺘﻌﻘﯿﻢ , اﻟﺤﺮارة, PIC16F877.