Projet à microcontrôleur PIC 16F628A

Thermomètre numérique à capteur numérique DS1620

• Affichage sur un module LCD alphanumérique
  • de la tempéture ambiante
  • de la température minimale
  • de la température maximale
• Communication avec un ordinateur (liaison RS232C)
  • Suivi de température sur graphe déroulant
  • Sauvegarde des mesures dans un fichier
  • Thermostat programmable
• Supervision de température depuis Internet avec une base de données MySQL
• Supervision de température depuis Internet avec le protocole FTP
  

• 1- Présentation
• 2- Schéma électrique de la carte
• 3- Présentation du capteur numérique de température DS1620
• 4- Principe de fonctionnement d'un afficheur LCD alphanumérique
• 5- Principe de fonctionnement de la carte
• 6- L'application DS1620_104.exe pour Windows
• 7- Application de communication avec LabVIEW
• 8- Application de communication en langage Python
• 9- Supervision de température depuis Internet avec un script CGI en Python
  
• 10- Application de communication avec la console Linux
• 11- Supervision de température depuis Internet avec MySQL
  
• 12- Supervision de température depuis Internet avec FTP
  
• 13- Liste du matériel
• 14- Le circuit imprimé
• 15- Code source du microcontrôleur PIC 16F628A

 

• 1- Présentation

Il s'agit d'un thermomètre électronique avec affichage de la température sur un module LCD alphanumérique.

La température ambiante est mesurée toutes les 840 ms avec un capteur numérique DS1620, de la société Analog devices (à l'origine Dallas Semiconductor).

Un bouton poussoir permet de passer à un deuxième écran qui indique les températures maximale et minimale :

Ecran n°1 :

Ecran n°2 :

Un second bouton poussoir réinitialise la fonction température min/max.

En option, on peut connecter la carte sur un ordinateur (via une liaison RS232).

La température est transférée vers l'ordinateur (c'est un microcontrôleur 16F628A qui gère les communications côté carte).

Une application Windows affiche la température en temps réel et fournit un graphe déroulant de la température.

D'autre part, l'application Windows permet de programmer les deux températures de seuil de la fonction thermostat du DS1620.

• 2- Schéma électrique de la carte

Version n°1 : sans liaison RS232

Version n°2 : avec l'option liaison RS232

N.B. Le code source du microcontrôleur est le même, avec ou sans liaison RS232.

• 3- Présentation du capteur de température DS1620

• 4- Principe de fonctionnement d'un afficheur LCD alphanumérique (à interface parallèle)

• 5- Principe de fonctionnement de la carte

5-1- Sans liaison RS232

A la mise sous tension, le microcontrôleur 16F628A configure le capteur de température DS1620 (instruction Write Config avec CPU = 1 et 1SHOT = 0, puis instruction Start Convert T) et configure le module LCD alphanumérique (instruction Set Function pour une utilisation en mode d'interface 4 bits).

Le module Timer1 (16 bits) du microcontrôleur 16F628A est activé, ce qui donne lieu à une interruption toutes les 105 ms environ.

A chaque interruption du Timer1, l'état du bouton poussoir SELECTION ECRAN et du bouton poussoir RESET MIN/MAX est testé.

Toutes les 8 interruptions du Timer1 (soit environ 840 ms), une lecture de la température est effectuée, et l'affichage du module LCD alphanumérique est mis à jour :

Ecran n°1 :

Ecran n°2 :

 

5-2- Avec liaison RS232

Par rapport au fonctionnement sans liaison RS232, deux interruptions s'ajoutent :

- L'interruption de réception de l'UART (qui signale au microcontrôleur 16F628A qu'il a reçu des données de l'ordinateur via la liaison RS232)

- L'interruption d'émission de l'UART (qui signale au microcontrôleur 16F628A que l'UART est prêt à émettre des données vers l'ordinateur)

• 5-2-1- Le câble de communication entre l'ordinateur et la carte

Il faut bien sûr un ordinateur qui possède un port COM, reconnaissable par son connecteur SubD 9 broches mâle.

Il faut brancher un câble "null-modem" (câble croisé) entre l'ordinateur et la carte.

Si vous n'en avez pas, vous pouvez facilement en faire un (il faut 3 fils et 2 connecteurs SubD 9 broches femelle).

 

• 5-2-2- Protocole de communication entre l'ordinateur et la carte

  Seul l'ordinateur prend la parole. Le microcontrôleur PIC 16F628A se contente de répondre.

   

  L'ordinateur envoie 3 octets (via la liaison RS232) :

Une fois reçus, le PIC transmet l'instruction vers le DS1620 (via les 3 fils du port série synchrone).

Dans le cas d'une instruction de lecture (Read Temperature, Read TH, Read TL) le thermomètre DS1620 renvoie les données vers le PIC (température sous la forme d'un nombre binaire 9 bits, codé en complément à 2).

Ce nombre est envoyé tel quel vers l'ordinateur sous la forme de 2 octets :

• 1er octet : (0000000 D8)
• 2ème octet : (D7 ... D0)

D0 = bit de poids faible

Pour les autres instructions, le PIC envoie deux octets 0x00 à l'ordinateur (via la liaison RS232).

Instruction DS1620	1er octet (données)	2ème octet (données)
Read Temperature (toutes les 1000 ms)	(0000000 D8)	(D7 ... D0)
Read TH (lecture de la température haute du thermostat)	(0000000 D8)	(D7 ... D0)
Read TL (lecture de la température basse du thermostat)	(0000000 D8)	(D7 ... D0)
Write TH (écriture de la température haute du thermostat)	0x00 (non utilisé)	0x00 (non utilisé)
Write TL (écriture de la température basse du thermostat)	0x00 (non utilisé)	0x00 (non utilisé)

 

• Exemple d'oscillogrammes : instruction Read Temperature
  • Communication entre l'ordinateur et le PIC (liaison RS232) :

0xAA = code de l'instruction Read Temperature

0x00 0x2D = 0 0010 1101 = 45 = +22,5 °C

• Communication entre le PIC et le DS1620 (port série synchrone) :

10101010 = 0xAA = code de l'instruction Read Temperature

0 00101101 = 0x2D = 45 = +22,5 °C

• 6- L'application DS1620_104.exe pour Windows

Procédure d'utilisation

-> Brancher le câble "null-modem" entre l'ordinateur et la carte (hors tension)

Attention : l'utilisation d'un adaptateur USB <-> port COM semble poser problème !

-> Mettre la carte sous tension

-> Ouvrir l'application DS1620_104.exe

-> Configurer les paramètres de la liaison RS232C :

• 9600 bauds
• 8 bits de données
• Pas de bit de parité
• 1 bit de STOP
• Pas de contrôle de flux

-> Ouvrir le port

La température actuelle doit s'afficher (avec une mise à jour toutes les 1000 ms).

 

Il y a la possibilité de sauvegarder les données dans un fichier texte :

Ce fichier peut ensuite être exploité avec un tableur...

• Télécharger l'application DS1620_104.exe pour Windows 797 ko

Code source de l'application

Cette application a été écrite en C++ avec l'environnement de développement Borland Builder 5.

L'application fonctionne sous Windows XP (au moment de l'écriture du code), et plus récemment sous Windows 10.

N.B. Borland Builder 5 nécessite l'installation du composant TComPort (la version 2.64 est suffisante) pour la gestion de la liaison RS232 :

• Téléchargement : http://sourceforge.net/projects/comport/
• Procédure d'installation : http://petit.developpez.com/serie/install_tcomport/
• Tutorial : http://petit.developpez.com/serie/cours_tcomport/

Télécharger le code source de l'application DS1620_104.exe 224 ko

• 7- Applications de communication RS232 avec LabVIEW

Voici deux VI que j'ai écrit avec LabVIEW 5 :

• ds1620_011.vi
• ds1620_thermostat_004.vi

Notez que ces VI fonctionnent également avec la version 6 de LabVIEW.

• Télécharger ds1620_011.vi 223 ko

• Télécharger ds1620_thermostat_004.vi 223 ko

• 8- Application de communication RS232 en langage Python

# (C) Fabrice Sincere
# python 2.7

# communication RS232 avec un thermomètre numérique à capteur numérique DS1620
# http://fabrice.sincere.free.fr/cm_electronique/projet_pic/thermometreLCD_DS1620htm/thermometreLCD_DS1620.htm

# test : OK (linux/ubuntu + winXP)

import time
import serial   # librairie externe pyserial

print 'Communication avec le port COM'

filename = 'temperature.txt'
print '\nFichier de sauvegarde : '+filename
Fichier = open(filename,'a')

# biblio pyserial :
# http://pyserial.sourceforge.net/shortintro.html
# http://pyserial.sourceforge.net/pyserial_api.html

Port = serial.Serial()

Port.baudrate = 9600
Port.bytesize=8
Port.parities=0
Port.stopbits=1
Port.xonxoff=0
Port.rtscts=0
Port.timeout=0.1 # en seconde

print """
# Sous Windows :
# COM1 -> 0 (ou COM1)
# COM2 -> 1 (ou COM2)

# Sous Linux :
# COM1 -> 0 (ou /dev/ttyS0)
# COM2 -> 1 (ou /dev/ttyS1)
"""

nomport = raw_input('Nom du port COM ? ')
try:
    int(nomport)
    Port.port = int(nomport)
except:
    Port.port = nomport

print 'Port ->',Port.portstr,'\n'

Port.open()

try:
    while True:
        # écriture
        Port.write('\xAA\x00\x00')

        # lecture
        MSB = Port.read() # octet de poids fort
        LSB = Port.read() # octet de poids faible

        if (MSB !='' and LSB != ''):
            temperature = ord(LSB) + 256* ord(MSB)
            if temperature >= 256:
                temperature = temperature - 512
            temperature *= 0.5
            affichage = time.strftime('%H:%M:%S',time.localtime()) + '  '+ str(temperature) +' °C'
            print affichage
            Fichier.write(affichage+'\n')

        # pause 1 seconde
        time.sleep(1.0)

except KeyboardInterrupt:
    # CTRL + C
    print "\nCTRL+C\nFermeture du port",Port.portstr
    Port.close()
    Fichier.close()

>>> 
Communication avec le port COM

Fichier de sauvegarde : temperature.txt

# Sous Windows :
# COM1 -> 0 (ou COM1)
# COM2 -> 1 (ou COM2)

# Sous Linux :
# COM1 -> 0 (ou /dev/ttyS0)
# COM2 -> 1 (ou /dev/ttyS1)

Nom du port COM ? 0
Port -> COM1 

09:15:28  19.5 °C
09:15:29  19.5 °C
09:15:30  19.5 °C
09:15:31  19.5 °C
09:15:32  19.5 °C
09:15:33  19.5 °C
09:15:34  20.0 °C
09:15:35  20.0 °C
09:15:36  20.0 °C
09:15:37  20.0 °C
09:15:38  20.0 °C
09:15:39  20.0 °C

CTRL+C
Fermeture du port COM1
>>> 

Télécharger le script Python 2.7

Télécharger le script Python 3

• 9- Supervision de température depuis internet avec un script CGI en Python

Testé chez moi avec Linux/Ubuntu derrière une Livebox, avec les paramètres réseaux suivants :
IP privée : 192.168.1.10
IP publique : 90.14.148.96

Installations :
En plus de Python 2.7 et du package pyserial, il faut installer sur votre machine un serveur Web Apache (ici avec XAMPP).

Les scripts Python cgi_lecture_temperature.py , cgi_formulaire_consigne.py et cgi_traitement_formulaire_consigne.py doivent être placés dans le répertoire /opt/lampp/cgi-bin/
Attention aux droits : Propriétés -> Permissions -> autoriser l'exécution du fichier comme un programme

A propos des scripts CGI en Python :
La première ligne des scripts doit être :
#! /usr/bin/python
La première sortie doit être (header) :
print "Content-Type: text/html\n\n"

Configuration de la Livebox :
Routeur-NAT -> Ajouter un service HTTP (protocole TCP, port 80, adresse IP du serveur 192.168.1.10)

Configuration du pare-feu :
autoriser les connexions entrantes sur le port 80 (protocole TCP)

Démarrage du serveur Web :
Dans la console Linux, taper la commande :
sudo /opt/lampp/lampp start

Si le script cgi_lecture_temperature.py donne une erreur du type :
Permission denied: '/dev/ttyS0'
alors dans la console Linux, taper la commande :
sudo chmod 666 /dev/ttyS0

Ces scripts fonctionnent également sous Windows (testé avec XP et Wampserver).

#! /usr/bin/python
#-*- coding:utf-8 -*-

# script cgi_lecture_temperature.py
# (C) Fabrice Sincere
# python 2.7

# script cgi
# communication RS232 avec un thermomètre numérique à capteur numérique DS1620
# http://fabrice.sincere.free.fr/cm_electronique/projet_pic/thermometreLCD_DS1620htm/thermometreLCD_DS1620.htm

# test : OK (linux/ubuntu 11.10 + xampp 1.7.7)

import cgitb # débogage cgi
cgitb.enable()

import serial   # librairie externe pyserial

# biblio pyserial :
# http://pyserial.sourceforge.net/shortintro.html
# http://pyserial.sourceforge.net/pyserial_api.html

import time

print "Content-Type: text/html\n\n"

print """<!DOCTYPE html
    PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN"
    "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="fr" lang="fr">

    <head>
        <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
        <title>Mesure de température</title>
    <meta http-equiv="Refresh" content="10"/>
    <meta name="Author" content="Fabrice Sincère"/>
    </head>

    <body>"""

print '<p>Communication avec le port COM</p>'

# au préalable, il faut créer le répertoire /opt/lampp/htdocs/temperature
filename = '/opt/lampp/htdocs/temperature/temperature.txt'
filename0 = '../temperature/temperature.txt'
print "<p><a href='"+filename0+"'>Fichier de sauvegarde</a></p>"
Fichier = open(filename,'a')

Port = serial.Serial()

Port.baudrate = 9600
Port.bytesize=8
Port.parities=0
Port.stopbits=1
Port.xonxoff=0
Port.rtscts=0
Port.timeout=0.1 # en seconde

# Sous Windows :
# COM1 -> 0 (ou COM1)
# COM2 -> 1 (ou COM2)

# Sous Linux :
# attention : permission 666
# > sudo chmod 666 /dev/ttyS0
# COM1 -> 0 (ou /dev/ttyS0)
# COM2 -> 1 (ou /dev/ttyS1)

nomport = 0
try:
    int(nomport)
    Port.port = int(nomport)
except:
    Port.port = nomport

print '<p>Ouverture du port ',Port.portstr,'</p>'

Port.open()

# lecture de la température
Port.write('\xAA\x00\x00')

# lecture

MSB = Port.read() # octet de poids fort
LSB = Port.read() # octet de poids faible

if (MSB !='' and LSB != ''):
    temperature = ord(LSB) + 256* ord(MSB)
    if temperature >= 256:
        temperature = temperature - 512
    temperature *= 0.5
    affichage = time.strftime('%H:%M:%S',time.localtime()) + ' ----> '+ str(temperature) +' °C'
    print '<p>'+affichage+'</p>'
    Fichier.write(affichage+'\n')
else:
    print '<p style="color:red;">La carte n\'est pas branchée !</p>'

# lecture de la température basse du thermostat
Port.write('\xA2\x00\x00')

MSB = Port.read() # octet de poids fort
LSB = Port.read() # octet de poids faible

if (MSB !='' and LSB != ''):
    temperature = ord(LSB) + 256* ord(MSB)
    if temperature >= 256:
        temperature = temperature - 512
    temperature *= 0.5
    affichage = str(temperature) +' °C'
    print '<p>'+'Thermostat : TLow -->'+ affichage+'</p>'

# lecture de la température haute du thermostat
Port.write('\xA1\x00\x00')

MSB = Port.read() # octet de poids fort
LSB = Port.read() # octet de poids faible

if (MSB !='' and LSB != ''):
    temperature = ord(LSB) + 256* ord(MSB)
    if temperature >= 256:
        temperature = temperature - 512
    temperature *= 0.5
    affichage = str(temperature) +' °C'
    print '<p>'+'Thermostat : Thigh -->'+ affichage+'</p>'

print "<p>Fermeture du port",Port.portstr,'</p>'
Port.close()
Fichier.close()

print "</body></html>"

Lecture de la température (mis à jour toutes les 10 secondes) :



Fichier de sauvegarde :



#! /usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

# script cgi_formulaire_consigne.py

# Affichage d'un formulaire HTML

print "Content-Type: text/html\n\n"

print """<!DOCTYPE html
    PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN"
    "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="fr" lang="fr">

    <head>
        <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
        <title>Mesure de température</title>
    <meta name="Author" content="Fabrice Sincère"/>
    </head>

    <body>
    <p>Température de consigne (en °C) du thermostat :</p>

    <p>Par exemple : 54.5</p>

    <form action="cgi_traitement_formulaire_consigne.py" method="post">
    <p>
    Tlow : <input type="text" name="tlow" /><br/><br/>
    Thigh : <input type="text" name="thigh" /><br/><br/>
    <input value="ENREGISTER" type="submit" name="envoyer"/>
    </p>
    </form>

    </body>
</html>"""



#! /usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

# (C) Fabrice Sincère

# script cgi_traitement_formulaire_consigne.py

# Traitement des données transmises par le formulaire HTML

import serial
import cgi
form = cgi.FieldStorage()

def octets(temperature):
    temperature =int(temperature*2)
    if temperature < 0:
        temperature += 256
        MSB = 1
        LSB = temperature
    else:
        MSB = 0
        LSB = temperature
    return [MSB,LSB]

print "Content-Type: text/html\n\n"

print """<!DOCTYPE html
    PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN"
    "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="fr" lang="fr">

    <head>
        <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
        <title>Mesure de température</title>
    <meta name="Author" content="Fabrice Sincère"/>
    </head>

    <body>"""


Port = serial.Serial()

Port.baudrate = 9600
Port.bytesize=8
Port.parities=0
Port.stopbits=1
Port.xonxoff=0
Port.rtscts=0
Port.timeout=0.1 # en seconde

# Sous Windows :
# COM1 -> 0 (ou COM1)
# COM2 -> 1 (ou COM2)

# Sous Linux :
# attention : permission 666
# > chmod 666 /dev/ttyS0
# COM1 -> 0 (ou /dev/ttyS0)
# COM2 -> 1 (ou /dev/ttyS1)

nomport = 0
try:
    int(nomport)
    Port.port = int(nomport)
except:
    Port.port = nomport

print '<p>Ouverture du port ',Port.portstr,'</p>'

Port.open()



if form.has_key("tlow"):
    Tlow = form["tlow"].value
    try:
        Tlow = float(Tlow)
        Port.write('\x02'+chr(octets(Tlow)[0])+chr(octets(Tlow)[1]))
        Port.read()
        Port.read()
        print '<p>Tlow  : valeur enregistrée</p>'
    except:
        print '<p>Tlow  : Valeur non valide</p>'

if form.has_key("thigh"):
    Thigh = form["thigh"].value
    try:
        Thigh = float(Thigh)
        Port.write('\x01'+chr(octets(Thigh)[0])+chr(octets(Thigh)[1]))
        Port.read()
        Port.read()
        print '<p>Thigh  : valeur enregistrée</p>'
    except:
        print '<p>Thigh  : Valeur non valide</p>'

print "<p>Fermeture du port",Port.portstr,'</p>'
Port.close()

print "</body></html>"



• 10- Application de communication RS232 avec la console Linux

• DS1620_reception.sh (à exécuter en premier)
  
• DS1620_emission.sh

• 11- Supervision de température depuis Internet avec MySQL
  

• de visualiser la température (mise à jour : 1 seconde)
• toutes les 5 minutes, la température est enregistrée dans une base de données MySQL externe (via le réseau Internet). Pour cela, 3 requêtes SQL sont utilisées :

• CREATE TABLE IF NOT EXISTS web_temperature1 (ID INT(10) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,date DATE NOT NULL,time TIME NOT NULL,temperature varchar(20) collate latin1_general_ci NOT NULL) ENGINE = MYISAM DEFAULT CHARSET=latin1 COLLATE=latin1_general_ci
• INSERT INTO web_temperature1(ID,date,time,temperature) VALUES (NULL,CURDATE(), CURTIME(), '21,5')
• SELECT date,time,temperature FROM web_temperature1 ORDER BY ID DESC LIMIT 0,1
  

• web_temperature.exe
• libmysql.dll

Télécharger web_temperature.exe (263 ko)
Télécharger libmysql.dll (1,0 Mo)

• Code source de l'application

Cette application a été écrite avec C++ Borland Builder 5.

Télécharger le code source (222 ko)

N.B. La communication avec le port COM (RS232) nécessite l'installation du composant TComPort (dont j'ai déjà parlé ci-dessus).

La communication avec la base de données MySQL nécessite la librairie C libmysql, que vous pouvez télécharger librement sur le site officiel www.mysql.com :

Rubrique : Downloads
-> mysql-connector-c-noinstall-6.0.2-win32.zip

Pour utiliser cette librairie avec C++ Borland Builder 5, voici un lien externe :

Tutorial : Utilisation de l'API MySQL avec Borland C++ Builder

Un petit oubli dans ce tutorial : il faudra ajouter libmysql.lib au projet (Projet -> Ajouter  au projet -> libmysql.lib)

Lien utile : http://fabrice.sincere.free.fr/application_builder5/client_mysql/mysql_client_builder.html

Télécharger le code source du script PHP

• 12- Supervision de température depuis Internet avec FTP

• de visualiser la température (mise à jour : 1 seconde)
• toutes les 5 minutes, un fichier local web_temperature.txt (qui contient les informations date, heure et température) est transféré sur un site Web avec le protocole FTP (File Transfert Protocol).
  

Télécharger web_temperature_ftp.exe (292 ko)

Cette application a été écrite avec C++ Borland Builder 5.

Télécharger le code source (15 ko)

http://monsiteweb.fr/web_temperature.txt

• 13- Liste du matériel

   

  • 1 programmateur pour flasher le programme du microcontrôleur PIC 16F628A

     

  Sans liaison RS232 :

• 1 afficheur LCD alphanumérique 2 x 16 à interface parallèle
• 3 résistance 10 k
• 1 potentiomètre 2,2k (réglage du contraste de l'afficheur)
• 1 capteur de température numérique DS1620
• 1 microcontrôleur PIC 16F628A (boîtier PDIP)
• 1 quartz 20 MHz (20 MHz nécessairement)
• 1 condensateur électrochimique de 100 µF (filtrage)
• 1 condensateur électrochimique de 10 µF (filtrage)
• 5 condensateurs de 100 nF (filtrage)
• 2 condensateurs de 22 pF
• 1 source d'alimentation continue +12 V (ou une pile de 9 V)
• 1 régulateur 7805 (boîtier TO220)
• 2 boutons poussoirs (ouverts au repos)

 

Avec liaison RS232 : composants supplémentaires

• 1 circuit intégré MAX233A (interface RS232C <-> TTL/CMOS)
• 1 connecteur SubD 9 broches mâle
• 1 condensateur électrochimique de 1 µF (filtrage)
• 1 câble null-modem (femelle/femelle)
• 1 ordinateur avec port COM. Attention : l'utilisation d'un adaptateur USB <-> port COM semble poser problème !

 

• 14- Le circuit imprimé

Dimension : 62 x 100 mm

Simple face.

Télécharger le typon

Remarque :

On n'oubliera pas les 9 straps (à souder en premier).

 

• 15- Code source du PIC 16F628A

Le code source a été écrit en langage assembleur avec l'environnement de développement gratuit MPLAB IDE de Microchip.

• Télécharger le code source en assembleur (.asm)
• Télécharger le code objet (.HEX)

© Fabrice Sincère ; révision 2.4.12
Contenu sous licence CC BY-NC-SA 3.0