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  Présentation de l'interface universelle :

    Le développement à grande échelle des systèmes d'automatisation de toutes sortes à fait apparaître dans les foyers, au bureau et dans les lieux publics des petites centrales destinées à la commande de toutes sortes d'appareils électriques.
     Qu'elles soient pilotées par liaison filaire ou à distance, l'attrait de ces dispositifs est en constante augmentation chez le particulier. Bien qu'il existe de nombreux produits similaires dans le commerce sous la forme de kits ou bien encore prêt à l'emploi, voici une solution alternative peu onéreuse à réaliser soi-même.

       Composée d'un grand nombre d'entrées et sorties numériques, cette carte innove en proposant également des entrées et des sorties analogiques ainsi qu'une gestion d'écran LCD.
       Les nombreuses sorties numériques et PWM vous permettent de piloter des relais, des leds, des triacs ou optio-triacs, ou bien encore faire varier la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu... 
       Vous pouvez également suivre l'évolution des états logiques présents sur les différentes entrées de l'interface où l'on peut y connecter de nombreux circuits logiques, micro-switchs, opto-coupleur, etc...        Enfin les entrées analogiques vous permettent de mesurer des potentiels issus par exemple de capteurs de température, de pression, de lumière, etc...

       Se laissant très simplement piloter à partir d'une liaison série ou bien USB, deux logiciels d'application écrits en Bordand Delphi sont disponibles en libre téléchargement et sont accompagnés de leurs codes sources. Comme vous le verrez, les commandes sont extrêmement simples à maitriser aussi bien pour une communication RS232 ou bien USB, vous laissant la plus totale liberté dans vos développements...
 

  Principales caractéristiques de l'interface universelle :

         Tension d'alimentation : entre +8V (min) et +22V (max) DC.
         Communication RS232 (19200 bauds) ou USB configurable sur la platine par cavalier.
         16 entrées numériques 0 / 5V avec pull-up ou pull-down configurable par cavalier.
         40 sorties numériques 0 / 5V (extensibles à 64 sorties maxi en utilisant le connecteur K4).
         2 sorties PWM (précision sur 8 bits) pour une fréquence du signal de 15kHz comprenant :
              - 2 sorties analogiques 0V à 5V.
              - 2 sorties PWM à collecteur ouvert avec variation du rapport cyclique de 0 à 100%                 (courant maxi 100mA pour 40V).
         2 entrées analogiques de 0 à 5V pour une conversion analogique - numérique sur 12 bits.
         1 LCD standard rétro ou non rétro-éclairé de 8 ou 16 ou 20 caractères avec 2 ou 4 lignes.
         Délais de réaction moyen de l'interface avec la liaison RS232 : 500ms.
         Délais de réaction moyen de l'interface avec la liaison USB : 5ms.
         Port RS232 : câble RS232 droit câblé fils à fils.
         Port USB : câble compatible USB 2.0 ou 1.1.
         Configuration minimale : CPU Pentium 4 avec port USB ou RS232.
         OS conseillés  8, Seven, Vista et XP.
         

  Présentation de l'interface : 

        Partie supérieure du circuit imprimé :

 
Principales embases de l'interface

        Partie centrale gauche du circuit imprimé :

Toutes les entrées disposent d'une connexion au +5V et à la masse (GND).

        Partie inférieure gauche du circuit imprimé :

L'intensité lumineuse des leds vertes D8 et D10
dépend du rapport cyclique sur PWM1 et PWM2.

        Partie inférieure du circuit imprimé :

Les deux entrées du CAN 12 bits sont protégées contre les surtensions
au moyen d'un couple composé par deux diodes D1 et D2 puis D3 et D4.

        Partie basse du circuit imprimé :

Le routage du connecteur est conçu pour recevoir des
LCD pourvus ou non pourvus de rétro-éclairage.

Photo avec un afficheur LCD bleu rétro-éclairé disposant de 4 lignes pour 20 caractères.
Vous pouvez utiliser n'importe quel modèle de LCD, 2 lignes pour 16 caractères, etc...

 
        Partie droite du circuit imprimé :

Les 40 sorties numériques 
pilotées chacune par un circuit de gestion utilisant le protocole I²C de Philips.

  De quelle manière peut-on utiliser les entrées / sorties de l'interface ? : 

      Afin d'illustrer les différentes possibilités de connectivités de l'interface, voici ci-après quelques exemples d'application...

        Sorties numériques de l'interface :
 

           Connexion à un autre microcontrôleur : 

                  Vous pouvez directement connecter certaines broches des 40 sorties numériques de l'interface à l'un des ports d'un microcontrôleur comme ci-dessous :

               Le logiciel vous permet de saisir sous forme décimale la valeur de l'octet à envoyé sur la sortie désirée. Par exemple, ici nous envoyons 125 sur la sortie J3 (0111 1101 en binaire), 255 pour la sortie J4, etc...

           Connexion d'un ou plusieurs relais 1T :

                 Utilisez un circuit ULN2803 afin de piloter des dispositifs gourmands en courant, tel que relais, moteur, etc... alimentés sous des tensions supérieures ou égales à +5V.

           Connexion d'une led directement en sortie de l'interface :

                  Exemple de connexion directe d'une led sur l'une des sorties de l'interface constituée par un circuit PCF8574.
                 Chaque ligne de sortie de l'interface peut débiter un maximum de 100µA, toutefois elle peut commuter à la masse un courant de 25mA, ce qui est amplement suffisant pour connecter directement une led.
 

           Connexion d'une led avec l'aide d'un transistor intermédiaire :

                  Exemple où le transistor BC337 sert d'étage intermédiaire entre la sortie de l'interface et la led.

           Connexion d'une ampoule 230V sur l'une des sorties de l'interface :

                  Grâce à l'usage d'un opto-triac, la commande de dispositifs connectés au réseau électrique devient enfantine. Voici un exemple vous permettant de commander une ampoule sur 230V.

Cliquez sur l'image ci-dessus pour l'agrandir

           Connexion d'une led et d'un relais alimentés en +12V :

                  En plus de la led,  nous connectons ici un relais sous des tensions supérieure à +5V comme dans l'exemple ci-dessous ou nous utilisons un relais en +12V :

                Sachez qu'il n'est pas nécessaire de placer une diode 1N4007 de roue libre en parallèle avec le bobinage du relais, car l'ULN2803 dispose sur toutes ses sorties d'une diode dont les cathodes sont toutes reliées en interne au VCC (pin 10).

        Entrées numériques de l'interface :
 

           Connexion de boutons poussoirs et de micro-switchs :

                  Dans le cadre de cet exemple, nous avons placé le cavalier SW1 en configuration pull-up afin de disposer des résistances de rappels intégrées à l'interface sur l'ensemble des 8 entrées.
                  Une pression sur les boutons poussoirs 1 à 4 nous permet de modifier le quartet de poids fort appliqué à ces entrées. Idem pour les micro-switchs placés sur le quartet de poids faible.

                  Le logiciel vous affiche au format décimal la valeur de l'octet présent à la fois sur l'entrée J1 (composée de 8 entrées) mais également l'octet de l'entrée J2 (composée de 8 entrées).

           Connexion de boutons poussoirs et d'un circuit TTL :

                  Nous plaçons le cavalier SW1 sur le mode pull-down afin de disposer des résistances de rappels à la masse sur l'ensemble des 8 entrées.
                  Un compteur binaire en technologie TTL (7490) est placé sur le quartet de poids faible.                   Quatre boutons poussoirs reliés au +5V nous permettent de changer le quartet de poids fort...

           Connexion avec isolation optique :

                  Nous avons placé le cavalier SW1 en configuration pull-up afin de disposer des résistances de rappels intégrées à l'interface sur l'ensemble des 8 entrées. Ce mode est nécessaire pour la polarisation du transistor NPN intégré à l'opto-coupleur TIL111.
                 Le signal logique est envoyé sur l'entrée n°1 de l'interface. Une led permet de visualiser l'état logique 0 ou 5V appliqué sur le bornier deux plots.

                  Pour des états logiques présents en entrée compris entre 0 et 12V, remplacez la résistance de 470 ohms par une résistance de 2,2k.

        Sorties PWM de l'interface :
 
           Connexion d'une led sur la sortie PWMT1 :

                  La sortie PWMT1 utilise un transistor référencé T1 sur l'interface comme tampon intermédiaire. Nous pouvons lui connecter un dispositif donc la tension d'alimentation n'excède pas les 40V pour un courant maximum de 100mA. Au delà, le transistor T1 de l'interface sera détruit.
                 Dans le cadre de cet exemple, nous avons connecté une led dont nous faisons varier l'intensité lumineuse en fonction du rapport cyclique délivré sur PWMT1.

                 Le logiciel vous permet de modifier les réglages associés aux deux sorties PWM, c'est à dire les sorties référencées J7 et J8 de l'interface.

           Connexion d'un moteur à courant continue sur la sortie analogique DAC1 :

                  La sortie analogique DAC1 délivre un potentiel compris entre 0 et 5V (en théorie) en fonction du rapport cyclique choisi par l'utilisateur.
                  Cette tension vient s'additionner avec le potentiel de régulation +5V du 7805 nous permettant d'obtenir en sortie OUT un potentiel variable compris entre 5V lorsque DAC1=0V et 10V lorsque DAC1=5V. Bien entendu, l'entrée du régulateur doit être reliée à un potentiel supérieur à 10V !

           Connexion d'un moteur à courant continue sur la sortie PWM1 :

                  Un MOS-FET de puissance est chargé de faire varier la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu en jouant sur le rapport cyclique du signal délivré par l'interface au niveau de PWM1.  
                  Notez qu'il est parfaitement possible de remplacer le moteur par une ampoule, par un ventilateur de PC (12V ou 24V) , etc... Il faudra toutefois penser à ajuster la tension de service du condensateur de 220µF en fonction de la tension d'alimentation +V.

        Entrées analogiques (convertisseur analogique numérique CAN 12 bits) de l'interface :
 
           Connexion d'un ajustable au CAN :

                  En vous référant au schéma de principe de l'interface, vous pouvez remarquer que le CAN est alimenté à partir d'une référence de tension de 4,096V. De la sorte, le CAN 12 bits possédant 4096 pas de quantification, nous obtenons un quantum pour le CAN de q = 4.096 / 4096 soit un quantum de q=1mV.
 

                   Ainsi, par exemple si le potentiel envoyé au niveau de INT1 est de 664mV, le logiciel sous Windows vous affiche la valeur 664 en correspondance avec l'entrée J5.

           Connexion d'un capteur de température sur le CAN :

                  Nous plaçons un capteur de température LM35 possédant une sensibilité de 10mV/°C sur l'entrée analogique de l'interface. Sachant que le quantum du CAN est de 1mV, vous n'aurez aucun mal à afficher sur votre logiciel la température mesurée par le capteur...

        Utilisation d'un LCD sur l'interface :
 
                 Vous pouvez connecter n'importe quel type d'afficheur LCD alphanumérique à l'interface.                  La gestion du LCD se fait en mode 4 bits au moyen des broches D4 à D7. Notez que les broches 15 et 16 du connecteur sont dédiées au rétro-éclairage du LCD pour les modèles qui en sont équipés.

                   La partie basse du logiciel vous permet de saisir et d'envoyer votre texte au LCD ligne par ligne...