Le thermostat numérique est un appareil dont les composants principaux sont des composants logiques , voir un microprocesseur permettant le réglage de la consigne . On peut même imaginer l’affichage de celle ci sur un écran et l’affichage de la température en temps réel .
Il est souvent plus cher a fabriquer qu’un thermostat analogique , mais si on y insert un programme ça permet également d’avoir beaucoup de possibilités supplémentaires et une précision de réglage beaucoup plus importante qu’avec un simple thermostat analogique .Et puis peut être aussi le plaisir de pouvoir visualiser une température qui se régule d’elle – même .
Schéma de principe :
C’est en réalité peu différent du thermostat analogique . Seul l’étage de comparaison est réellement différent c’est le microprocesseur qui s’occupe d’effectuer cette tache . La consigne a disparu des composants physique et est simplement devenu une donnée qu’il faudra entrer via le clavier . Une petite différence est que dans le cas du thermostat analogique la consigne est physiquement sauvegardée par le potentiomètre . Dans ce cas , la consigne est volatile puisque rentrée par le clavier . Il faut donc penser a la sauvegarder pour éviter a l’utilisateur d’avoir a paramétrer le thermostat a chaque démarrage .
Le principe de fonctionnement
Nous avons repris un LM35Z pour capteur de température . Il sera suivit d’un étage d’amplification ( LM324) qui permettra d’entrer une valeur sur un ATMEGA ( je n’ai pas encore choisi le modèle ) . L’idée est de convertir la valeur en sortie de l’amplificateur en une donnée numérique que nous pourrons traiter dans un programme . La conversion sera faite par un ADC ( Analog to Digital Converter ) , il s’agit simplement d’un périphérique de l’ATMEGA que nous choisirons .
Un clavier pour naviguer dans les menus de notre thermostat , un écran LCD nous utiliserons un 2×8 caractères avec rétroéclairage bleu ( j’en ai plein en stock ) .Le clavier viendra se connecter sur un port d’entrée qui est chargé de réceptionner les données , et notre écran sur un port de sortie chargé lui d’émettre des données .Puis pour finir un autre port de sortie pour piloter l’étage de sortie .
Choisissons notre ATMEGA :
Il nous faut pour ça savoir combien de pattes sont utilisées :
- 7 par l’écran
- 5 par le clavier
- 1 par l’entrée ADC
- 1 par la sortie
Ce qui nous donne 14 pattes au finale. Nous allons également sortir un port de programmation en JTAG pour pouvoir injecter notre programme . Mine de rien cela fait pas mal de pattes d’utilisées donc pour être a l’aise nous allons choisir un atmega324 .Dans sons boitier DIP c’est un 40 pattes ,si nous voulons quelque chose d’un peu compact nous devrons utiliser un version CMS ( TQFP ou QFN )
La réalisation de la carte électronique
La carte électronique sera conçue sous KICAD car TCI devient trop maigre pour rester utilisable principalement a cause des vias ( pastilles traversantes ) qui sont limitées a 0,8 mm sur TCI . La réalisation de la carte électronique sous KICAD est plus compliqué que sur TCI . TCI est un routeur manuel vous passez directement à la phase » traçage des pistes » .Sur KICAD vous devez tout d’abord faire un schéma et identifier vos composants pour pouvoir tracer vos pistes . C’est plus long mais ça a l’avantage d’être plus sur et de limiter les erreurs de câblage au moment de la conception . D’autant qu’ici nous allons utilisé un QFN au pas de 0,5 mm les erreurs seront donc particulièrement difficile a rattraper après .
Le schéma de principe
Ci-dessus une partie du schéma de câblage pour notre thermostat numérique avec :
- La sortie a contact sec avec un relais a sortie SPDT (un contact normalement ouvert et un normalement fermé avec un commun ) .
- Notre ATMEGA324 QFN chargé d’effectuer toutes les opérations , mesure , affichage , comparaison avec la consigne et activation de la sortie ( ou pas ! ) .
- Quatre boutons poussoir avec un anti-rebond câblé (C6,C7,C8,C9,R13,R14,R15,R16).
- Un port de programmation pour insérer le code dans notre microcontrôleur .
- Une mémoire I2C pour sauvegarder les réglages utilisateurs .
- Un régulateur 5 Volts pour assurer la tension d’alimentation de notre microcontrôleur .
- Le quartz pour l’horloge .
- L’étage analogique qui rentre la valeur lu sur une patte ADC de l’ATMEGA324 . J’y ai inséré 2 diodes Zener afin de limiter la tentions a 4,7 Volts en entrée de l’ADC pour la première ( l’histoire de ne pas risquer de détruire le micro en cas de tension supérieur a 5V ). La deuxième est pour caler la valeur maxi de l’ADC , comprenez pour être a la valeur maximale (binaire ) a 4,7 Volts étant donné que je limite l’entrée avec cette valeur pour la première .
- Le port pour l’afficher LCD 2×8 .
Je me suis fixé une contrainte c’est que les dimensions soient inférieurs a celle d’une prise électrique soit environ 8 cM x 8 cM ( c’est la taille des miennes ! ) .
Voila le PCB
J’ai pu resté sur une double face ce qui me permettra de diminuer le coût de fabrication du produit final . J’y ai également ajouté une alimentation Traco Power pour pouvoir la connecté sur le 230 VAC et un fusible de protection . A l’heure ou j’écris cet article , j’ai envoyé cette carte électronique chez mon fournisseur de PCB pour qu’elle soit fabriqué , nous la testerons ensemble dans la deuxième partie.