Brevet FR2722895A1 — publié le 19960126

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE L'invention est relative à un dispositif de régulation thermique, apte à assurer le refroidissement, la climatisation ou le chauffage électrique de locaux d'habitation ou industriels. Le document FR 2 614 D89 décrit un circuit de mesure et de numérisation de la valeur d'une résistance variable, telle qu'une thermistance. Ledit circuit de mesure comprend un micropro Ce dispositif connu donne généralement satisfaction, nais nécessite l'utilisation d'un microprocesseur coûteux, du type comportant au moins trois entrées d' interruption. On connaît également des clrcuits de régulation analoglque de l'art antérieur comportant un commutateur rotatif définissant le mode de fonctionnement du thermostat en alimentant sélectivement des transistors de commutation aptes à agir sur un élément de commande de puissance électrique tel qu'un thyristor ou un triac pour alimenter une résistance de chauffage. Ces circuits de type connu donnent également satisfaction, mais comportent un commutateur coûteux dont l'actionnement provoque une interruption de la continuité électrique et l'apparition d'un arc de rupture de contact électrique. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'art antérieur, en créant un nouveau dispositif de type numérique, de fabrication simple et économique et présentant une bonne fiabilité sur de grandes durées de fonctionnement. L'invention a pour objet un dispositif de régulation thermique, du type comportant un circuit de charge comprenant un condensateur et au moins une resistance, et comportant un microcontrôleur programmé mesurant le temps de charge du condensateur pour déterminer la valeur d'une résistance variable en fonction de la température, caractérisé en ce que le microcontrôleur (MC est un microcontrâleur sans entrée d'interruption. Ainsi, 1 'utilisation d'un microcontrôleur sans entrée d' interruption, en particulier d'un microcontrôleur à jeu d'instructions réduis architecture RISC) évite le recours au microprocesseur coûteux de l'art antérieur qui comporte une pluralité d'entrées d'interruption et nécessite la présence de mémoires tampons intermédiaires pour stocker les valeurs déterminées à chaque étape, avant de les transférer dans la mémoire de données, puis dans l'unité arithmétique et logique du microprocesseur afin de calculer une valeur représentative de la température. Selon d'autres caratéristiques de l'invention - le microcontrâleur ("(C) est programmé selon un mode séquentiel (figure ) pour une opération en continu et en ce que le programme de fonctionnement (figure 2) du microcontrôleur ne comporte que des instructions simples ou des instructions de branchement conditionnel. - le temps de charge du condensateur (C) du circuit de charge est inférieur ou égal à l'intervalle de temps séparant deux passages à zéro de l'alimentation électrique de puissance, de manière à commander l'élément de commande de puissance lors d'un passage à zéro en évitant l'amplification des parasites provoqués par la commande dudit élément. - la loi de régulation est du type proportionnel. - le commutateur de mode de fonctionnement est réalisé par combinaison d'un potentiomètre rotatif et de moyens d'indexation en rotation dudit potentiomètre, de manière à éviter l'apparition d'un arc de rupture de contact-électrique. - les moyens d'indexation en rotation comportent des moyens d'encliquetage élastique d'un ergot avec un logement correspondant, l'ergot ou le logement étant solidaires du potentiomètre ou du support du potentiomètre. - le programme est structuré pour déterminer à chaque cycle de mesure et successivement, un paramètre représentatif de ladite résistance variable et un paramètre représentatif d'une résistance de référence de manière à éliminer l'influence des dérives de température. - le microcontrôleur - le programme détermine un taux (t) de marche du système thermique proportionnel à l'écart de la température déterminée (Ta) à la température de consigne (Tc). L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation de circuit de dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement un organigramme d'un programme de dispositif selon l'invention; - la figure 3 représente schématiquement une vue en perspective avec arrachement partiel d'un commutateur de mode de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, un circuit de dispositif selon l'invention comporte un microcontrôleur MC comportant 18 broches de connection numérotées 1 à 18. La borne 1 n'est pas reliée au circuit, la borne 2 est reliée à un montage en opposition de diodes électroluminescentes 21 et 22 dont l'autre extrémité est reliée au point milieu de deux résistances 23 et 24 connectées d'une part à la masse et d'autre part à la tension d'alimentation VDD, la borne 3 est reliée à la masse à travers un condensateur C, la borne 4 est reliée à la tension d'alimentation VDD, la borne 5 est reliée à la masse, la borne 6 est reliée en parallèle au circuit reliant la borne 3 à la masse à travers le condensateur C et comporte un montage comprenant une résistance 25 variable avec la température et une résistance 26 de linéarisation, la borne 7 est reliée également en parallèle à la masse à travers le condensateur C et comporte un montage en série de deux résistances 27 et 28 représentatif d'un premier mode de fonctionnement, la borne 8 est également reliée en parallèle à la masse à travers le condensateur C et comporte également un montage en série de deux résistances 29 et 30 représentatif d'un deuxième mode de fonctionnement, la borne 9 est reliée à la masse à travers le condensateur C et comporte une résistance 31 représentative d'un troisième mode de fonctionnement, la borne 10 est reliée à la masse à travers le condensateur C et une résistance 32 d'étalonnage du dispositif; la borne 11 est reliée à la masse à travers le condensateur C et une résistance 33 prédéterminée correspondant par exemple à la consigne de maintien hors gel. La borne 12 est reliée à l'alimentation 20 du secteur électrique à travers deux résistances 34 et 35 reliées en série, la borne 13 est reliée à un circuit d'un élément de commande de puissance électrique tel qu'un thyristor ou un triac relié à un corps de chauffe d'un convecteur ou appareil de chauffage électrique analogue (ce circuit de commande de type connu ne sera pas décrit plus avant dans la présente description), la borne 14 est reliée à la tension d'alimentation VDD, les bornes 15 et 16 sont reliées à un circuit oscillateur comprenant un résonateur ou oscillateur à quartz 36 et deux condensateurs 37 et 38 reliés à la masse en un point milieu, les bornes 17 et 18 sont reliées à une borne 19 de pilotage à travers une résistance 41 et deux circuits de référence de tension comprenant respectivement une résistance 40, une diode 39 et une résistance de raccordement à la masse 44, une résistance 43, une diode 42 et une résistance 45 de raccordement à la tension d'alimentation VDD (les bornes 17 et 18 permettent ainsi suivant le niveau haut ou bas du signal arrivant par la connection de pilotage 19 de modifier à distance le mode de fonctionnement du dispositif). En référence à la figure 2, le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention est commandé par un programme selon un mode séquentiel de manière à opérer en continu. Le programme de fonctionnement représenté à un l'organigramme de la figure 2 ne comporte que des instructions simples ou des instructions de branchement conditionnel. L'algorithme général représenté utilise un sousprogramme "ACQUISITION" qui utilise lui-même un sousprogramme "MESURE" de mesure absolue de résistance. Le sous-programme "MESURE" de mesure absolue de résistance part d'une étape 100 dans laquelle le condensateur C de la figure 1 est chargé et débute le cycle en synchronisation avec le secteur comme représenté à l'étape 101 pour mettre à zéro la sortie correspondant à la décharge du condensateur (étape 102), mettre l'entrée de déclenchement de seuil (trigger) à niveau bas à l'étape 103, mettre la sortie correspondante à haute impédance à l'étape 104, se replacer à l'étape 105 en situation de synchronisation avec l'alimentation électrique du secteur, charger immédiatement le condensateur C à travers la résistance à mesurer à l'étape 106, déclencher le compteur à l'étape 107 jusqu'à obtention du niveau du seuil de déclenchement (trigger) à l'étape 108, arrêter les compteurs à l'étape 109 et sauvegarder la valeur correspondante, mettre la sortie correspondante à haute impédance à l'étape 110 avant d'arriver à l'étape 111 qui correspond à l'instant de synchronisation avec le secteur suivant immédiatement l'instant de synchronisation correspondant à l'étape 105 et terminer le programme "MESURE" à l'étape 112. Le principe de détermination d'une résistance par comparaison avec une résistance étalon de référence en multipliant la valeur de la résistance étalon de référence par le rapport des impulsions correspondantes données par un compteur incrémenté à partir du début de la décharge d'un condensateur C est connu en lui-même; l'invention prévoit spécifiquement que le condensateur est choisi de manière que le temps de charge du condensateur C soit inférieur ou égal à l'intervalle de temps séparant les deux passages à zéro de l'alimentation électrique de puissance, de manière à commander un élément de commande de puissance lors d'un passage à zéro (étape 111) en évitant l'amplification des parasites provoqués par la commande dudit élément. Ainsi, selon l'invention le sous-programme "MESURE" détermine à chaque cycle et successivement un paramètre représentatif de la résistance 25 variable en fonction de la température et un paramètre représentatif d'une résistance de référence, de manière à éliminer l'influence des dérives de température. Le sous-programme "MESURE" est utilisé par le sousprogramme d'ordre supérieur "ACQUISITION" qui débute à l'étape 200, effectue à l'étape 201 la détermination de la résistance 25 variable en fonction de la température, effectue à l'étape 202 la détermination de la résistance d'étalonnage précitée, calcule à l'étape 203 la résistance variable en multipliant la valeur de la résistance étalon par le nombre d'impulsions correspondant à la résistance variable et en divisant par le nombre d'impulsions correspondant à la résistance étalon. Le programme "ACQUISITION" sauvegarde ensuite la valeur obtenue de la résistance variable dans une mémoire de données à l'étape 204 et se termine à l'étape 205. L'algorithme général utilise les sous-programmes "ACQUISITION" et "MESURE" précités ; cet algorithme général de commande du microprocesseur est le suivant - A l'étape 300, on initialise le microcontroleur en initialisant une base de temps d'une durée prédéterminée par exemple de 40 secondes; à l'étape 301, on charge la capacité C, à l'étape 302, on examine si le dispositif change de mode de fonctionnement : si oui, on retourne à l'étape 300 Si non, on passe à l'étape 303 dans laquelle en utilisant le sous-programme "ACQUISITION", on mesure la résistance variable et on détermine la température. A l'étape 304, on examine l'ordre en provenance de la borne de pilotage 19 et à l'étape 305 on examine Si l'ordre du pilotage commande l'arrêt : si oui, on retourne à l'étape 300 ; si non, on continue à l'étape 306 dans laquelle on examine si l'ordre de pilotage indique la mise en fonctionnement hors gel . si oui, on utilise le sousprogramme "ACQUISITION" pour déterminer la valeur de la résistance correspondant au fonctionnement hors gel et on retourne à l'étape 300; si non, on passe à l'étape 308 et on utilise le sous-programme "ACQUISITION" pour déterminer le mode de fonctionnement indiqué par le commutateur de mode de fonctionnement. A l'étape 309, si le commutateur indique l'arrêt on retourne à l'étape 300; si non, on examine si le commutateur est en mode de fonctionnement confort à l'étape 310 : si oui, on utilise à l'étape 311 le sous-programme "ACQUISITION" pour déterminer la valeur de la résistance correspondant au mode confort et on passe à l'étape 312 pour examiner s'il y a eu une variation de consigne : Si oui, on retourne à l'étape 300 ; si non, on passe à l'étape 313 correspondant à l'expiration de la base de temps de durée prédéterminée précitée. Lorsque la durée prédéterminée de la base de temps est atteinte, on passe à l'étape 314 dans laquelle on calcule le taux de marche (taux de fonctionnement de l'élément de commande de puissance) et on calcule la valeur de la correction de consigne, de manière à commander directement l'élément de commande de puissance au moyen de la sortie 13 du microcontrôleur MC; dans le cas contraire, l'algorithme général continue à fonctionner selon ce mode séquentiel et selon une opération en continu en retournant à l'étape 302 tant que la durée prédéterminée de la base de temps précitée n'est pas atteinte : le microcontrôleur est par conséquent programmé selon un mode séquentiel pour opérer continûment sans interruption. Dans le cas où le commutateur n'est pas en position de mode confort, on passe à l'étape 315 pour examiner si le commutateur est en position de mode économique : Si oui, on utilise le sous-programme "ACQUISITION" pour déterminer la valeur de la résistance correspondant au mode de fonctionnement économique à l'étape 316, puis on continue le déroulement du programme par les étapes 312, 313 et 314, comme expliqué ci-dessus en référence au mode confort. Dans le cas où le commutateur n'est pas en mode de fonctionnement économique, on passe à l'étape 317 pour lire les instructions de pilotage correspondant à un mode de fonctionnement programmé, et on passe ensuite à l'étape 318 pour déterminer si l'on est en mode de fonctionnement économique ou non : si oui, on se branche à nouveau à l'étape 316 ; si non, on se branche à l'étape 311. L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation d'un microcontrôleur sans interruption, d'utiliser en continu un programme de fonctionnement qui ne comporte que des instructions simples ou de branchement conditionnel, étant précisé que le temps de cycle du microcontrôleur est de préférence assez faible pour permettre le déroulement d'un cycle maximal de programme entre deux passages à zéro de l'alimentation électrique de puissance : la durée d'un cycle d'instruction est par exemple choisie inférieur à 500 nanosecondes. De préférence, étant donné que la fréquence de cycle élémentaire du microcontroleur est très élevée par rapport à la fréquence de la tension d'alimentation, on utilise une loi de régulation de type proportionnel, dans laquelle le taux de marche du système thermique est proportionnel à l'écart entre la température déterminée au moyen de l'algorithme général décrit en référence à la figure 2 et la température de consigne désirée. Par exemple, si Tc est la température de consigne désirée, que BP est la bande proportionnelle et que TA est la température de l'environnement, on interrompt tout chauffage par blocage de l'élément de commande de puissance électrique lorsque la température de l'environnement Ta est supérieure à la température de consigne Tc désirée, on chauffe de manière continue lorsque la température Ta de l'environnement est inférieure à la température Tc-BP (température inférieure à la température de consigne Tc désirée de la valeur de la bande proportionnelle BP) et on chauffe entre ces deux valeurs en utilisant un taux de fonctionnement ou taux de marche calculé comme rapport de l'écart de température à la bande proportionnelle t = TG-TA BP En référence à la figure 3, le commutateur de mode de fonctionnement, qui fournit les valeurs des résistances 28,30,31 et 33 mentionnées en référence à la figure 1 résistance de consigne de mode confort, résistance de consigne de mode économique, résistance de consigne en gel, résistance d'indication du mode programmé, est réalisé par combinaison d'un potentiomètre P rotatif et de moyens d'indexation en rotation dudit potentiomètre, de manière à éviter l'apparition d'un arc de rupture de contact électrique. Le potentiomètre P est un potentiomètre de type connu à piste continue dont la résistance varie entre une valeur minimale et maximale en fonction de l'angle de rotation du potentiomètre et qui présente à cet effet un logement pour un axe d'entraînement 50 solidaire d'un bouton de commande 51 présentant 3 ergots 52 qui coopèrent avec des logements 53 solidaires du boîtier supportant la carte ou circuit imprimé du potentiomètre. Les logements 53 sont dans cet exemple au nombre de 12 de manière à définir avec les trois ergots 52 quatre positions prédéterminées par encliquetage élastique des trois ergots 52 dans trois logements correspondant à 53, de manière à fournir un angle de rotation du potentiomètre avec une bonne répétitivité. La valeur absolue de l'angle de rotation ne nécessite pas d'être connue, en raison du fait que le dispositif est calibré au démarrage et en ce que les valeurs des résistances correspondant aux différents angles de rotation reproductibles sont enregistrés lors de la programmation initiale dans une mémoire de données. L'invention décrite en référence à un mode de réalisation particulier n'y est nullement limitée, mais couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre et l'esprit de l'invention, dans laquelle le microcontrôleur programmé est un microcontrôleur sans entrée d'interruption à durée élémentaire de cycle faible inférieur à 500 nanosecondes et comportant de préférence une technologie à jeu d'instruction réduit (architecture de type RISC), de manière à pouvoir effectuer continûment un programme de longueur prédéterminée entre deux passages à zéro de la tension électrique alternative d'alimentation du corps de chauffe. REVENDICATIONS 1- Dispositif de régulation thermique, du type comportant un circuit de charge comprenant un condensateur et au moins une résistance, et comportant un microcontrôleur programmé mesurant le temps de charge du condensateur pour déterminer la valeur d'une résistance variable en fonction de la température, caractérisé en ce que le microcontrôleur (MC ) est un microcontrôleur sans entrée d'interruption. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le microcontrôleur (MC) est programmé selon un mode séquentiel (figure 2) pour une opération en continu et en ce que le programme de fonctionnement (figure 2) du microcontrôleur ne comporte que des instructions simples ou des instructions de branchement conditionnel. 3- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant un élément de commande de puissance électrique tel qu'un thyristor ou un triac, caractérisé en ce que le temps de charge du condensateur (C) du circuit de charge est inférieur ou égal à l'intervalle de temps séparant deux passages à zéro de l'alimentation électrique de puissance, de manière à commander l'élément de commande de puissance lors d'un passage à zéro en évitant l'amplification des parasites provoqués par la commande dudit élément. 4- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la loi de régulation est du type proportionnel. 5- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur de mode de fonctionnement est réalisé par combinaison d'un potentiomètre rotatif (50) et de moyens d'indexation en rotation (51-53) dudit potentiomètre, de manière à éviter l'apparition d'un arc de rupture de contact-électrique. 6- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens d'indexation en rotation (51-53) comportent des moyens d'encliquetage élastique (53) d'un ergot (52) avec un logement correspondant, l'ergot (52) ou le logement (53) étant solidaires du potentiomètre ou du support du potentiomètre. 7- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le programme est structuré pour déterminer à chaque cycle de mesure et successivement, un paramètre représentatif de ladite résistance variable (25) et un paramètre représentatif d'une résistance de référence (27 à 33) de manière à éliminer l'influence des dérives de température. 8- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le microcontrôleur (MC) est relié par liaison filaire (19) à un émetteur d'instructions déterminant le mode de fonctionnement du dispositif. 9- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le programme détermine un taux (t) de marche du système thermique proportionnel à l'écart de la température déterminée (Ta) à la température de consigne (Tc).