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Minuteur

Après le succès de mon premier minuteur, j'ai décidé de le moderniser et de l'améliorer tout en conservant un faible encombrement. Voici les améliorations apportées :

Ajout de la possibilité de régler les secondes.
Intégration du réglage par Bluetooth.
Utilisation d'un écran LCD graphique.

Ce minuteur est principalement destiné à une utilisation en cuisine, il doit être facilement réglable et peu encombrant.

Pour le choix des composants, j'ai sélectionné le microcontrôleur STM32L100RC que j'ai déjà utilisé dans plusieurs de mes projets. Ce microcontrôleur présente l'avantage d'avoir une faible consommation d'énergie.

Pour l'affichage, le EADOG102 me semble parfaitement adapté à mon utilisation, étant le plus petit écran LCD graphique que j'ai pu trouver. La gestion de la consommation du système est cruciale pour moi, car je cherche à minimiser la consommation afin d'obtenir la meilleure autonomie possible avec une pile bouton de type CR2450.

Dans la version précédente, j'utilisais un switch de type joystick pour le réglage. Cependant, ce composant est devenu difficile à trouver et assez fragile. C'est pourquoi j'ai décidé de le remplacer par un encodeur rotatif.

Le schéma électronique

Le bouton poussoir de l'encodeur rotatif est utilisé pour enclencher l'alimentation via le transistor (Q2), tandis que le microprocesseur maintient l'alimentation par l'intermédiaire du transistor (Q1).

Pour le buzzer, j'ai intégré un transistor (Q3) en configuration émetteur-suiveur afin d'amplifier le courant à partir de la sortie DAC du microcontrôleur.

Pour minimiser la consommation, j'ai également ajouté un dispositif pour couper l'alimentation du module Bluetooth via le transistor (Q4).

Enfin, j'ai inclus un pont résistif pour mesurer la tension de la batterie et ainsi être averti lorsque celle-ci nécessite un remplacement.

Construction

J'ai cherché le boitier le plus petit possible. 1552C1BK - Boîtier plastique, Portatif, 50x70x22mm, Noir, ABS, IP54, Hammond.

id	Référence	Empreinte	Quantité	Désignation
1	C1,C3,C5,C2,C10	C_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolder	5	100n
2	R3,R2,R7,R4	R_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolder	4	10
3	C7,C8	C_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolder	2	6.8p
4	C18,C11,C9	C_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolder	3	1u
5	R10	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	1	10K
6	D1,D2,D3	D_MiniMELF	3	LL4148
7	R14,R5,R1,R11	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	4	100K
7	R9	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	1	100
9	SW1	SW_Push_SPST_NO_Alps_SKRK	1	SW_Push
10	R8	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	1	47K
11	Y1	Crystal_SMD_2012-2Pin_2.0x1.2mm	1	32.768
12	R6	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	1	510
13	SW2	PEC11L_Encodeur	1	RotaryEncoder_Switch
14	Q3,Q1	SOT-23	2	BC850
15	C20,C19,C6	C_1206_3216Metric_Pad1.33x1.80mm_HandSolder	3	10u
16	C4	C_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolder	1	1n
18	Q2,Q4	SOT-23	2	BC860
19	U2	LQFP-64_10x10mm_P0.5mm	1	STM32L100RCTx
20	U4	EA-DOGS102	1	EA_DOGS102-6
21	R12	R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder	1	15K
22	J1	PinHeader_2x05_P1.27mm_Vertical_SMD	1	Conn_02x05_Odd_Even
23	BZ1	EKULIT-1	1	Buzzer
24	U1	ST_SPBTLE	1	SPBTLE-RF
25	BT1	Support pile CR2450	1	Battery_Cell

Réalisation du PCB

Malheureusement, je ne peux pas utiliser les deux broches mécaniques de l'encodeur rotatif en raison du manque d'espace ; je devrai les couper ! J'ai soigneusement évité la zone sous le module Bluetooth pour ne pas perturber la communication.

Pour garantir la faisabilité du montage, j'ai utilisé Freecad pour simuler la construction en 3D. La plupart des footprints disposent déjà d'un fichier step (3D) associé. Avec KiCad, la vue 3D est automatiquement disponible, ce qui permet d'intégrer facilement le PCB dans le boîtier en utilisant Freecad.

Problème lors de la réalisation

Correction : J'ai initialement supposé l'existence d'une référence de tension interne au microprocesseur, un bandgap, utilisable comme référence pour le convertisseur ADC. Après consultation du datasheet du microcontrôleur, j'ai découvert qu'il existe effectivement une référence interne utilisée pour la calibration du convertisseur ADC.

La référence du convertisseur correspond à la tension d'entrée VDDA. Lorsque le convertisseur est configuré sur 12 bits, une tension d'entrée équivalente à VA = VDDA produira une valeur de 4096. En utilisant un pont résistif de 100K et 33K, j'obtiendrai toujours la même valeur :

4096 ^. VDDA / R14 + R13 ^. R13 / VDDA = X => (4096 ^. K) = X avec K = R13 / R13 + R14

Correction : Mon problème était que je souhaitais mesurer précisément VDDA. Pour résoudre cette difficulté, j'ai remplacé R13 par une diode.

Maintenant VA = n ^. U _T ^. ln ( I / I ₀ + 1)
De manière pratique, la tension aux bornes de la diode peut être considérée comme constante, environ égale à 0,6V. Voici le résultat de la conversion :
x = 4096 ^. V _A / V _DDA
Pour V _DDA = 3[V] => 4096 ^. 0,6 / 3 = 819
Pour V _DDA = 2,6[V] => 4096 ^. 0,6 / 2,6 = 945

Usinage

La modélisation 3D de toutes les parties du projet m'a permis de positionner avec précision l'ouverture pour l'affichage et le trou de perçage pour l'encodeur.

Conclusion

Après quelques mois d'utilisation, j'ai rencontré un problème avec le codeur incrémental. En effet, le filtre logiciel proposé dans l'application n'est pas assez efficace, ce qui empêche de distinguer correctement le sens de rotation.

Pour résoudre ce problème, j'ai ajouté un filtre passe-bas sur chaque sortie du codeur incrémental.