Modélisation et conception d’un système de contrôle d’ascenseur à base d’Arduino Mega

Abstract

L’ascenseur est un système de transport vertical utilisé pour déplacer des personnes ou des marchandises entre les différents niveaux d’un bâtiment. Grâce aux progrès continus dans les domaines de l’automatisation, de l’électronique et des systèmes embarqués, les ascenseurs modernes sont devenus plus performants, plus sûrs et plus confortables pour les utilisateurs. Ce travail a pour objectif l’étude, la conception et la réalisation d’un prototype d’ascenseur intelligent commandé par une carte 3. Le système développé est capable de gérer automatiquement le déplacement de la cabine, les demandes des utilisateurs ainsi que l’ouverture et la fermeture des portes, tout en garantissant un fonctionnement sûr et efficace. Ce mémoire est structuré en quatre chapitres. Le premier chapitre présente une étude générale sur les ascenseurs, incluant leur définition, leur historique, leurs différents types ainsi que leurs principales familles. Le deuxième chapitre est consacré à l’étude de l’architecture générale d’un ascenseur électrique et à la présentation de ses différents composants électroniques, électriques, mécaniques et systèmes de commande. Le troisième chapitre décrit la conception et la réalisation du prototype proposé, les composants matériels et logiciels utilisés, la modélisation du système, les scénarios de fonctionnement, les mécanismes de sécurité adoptés ainsi que les résultats obtenus et leur analyse. Enfin, le quatrième chapitre présente une conclusion générale du travail réalisé ainsi que quelques perspectives et améliorations futures permettant d’optimiser les performances du système et d’intégrer des fonctionnalités plus avancées. Ce projet nous a permis de mettre en pratique les connaissances acquises dans les domaines de l’automatisation, de la programmation, de l’électronique et des systèmes embarqués. Il a également démontré la possibilité de développer un prototype d’ascenseur intelligent capable de reproduire une partie importante des fonctionnalités des ascenseurs réels. Mots-clés : Ascenseur intelligent, automatisation industrielle, système embarqué, Arduino Mega 2560, API (Automate Programmable Industriel), capteurs, actionneurs, moteur DC, moteur BLDC, variateur de vitesse (VVVF), servomoteur, capteur infrarouge, encodeur de vitesse, cellule de charge, fin de course, cabine d’ascenseur, rails de guidage, contrepoids, machine à états finis (FSM), sécurité du système, optimisation des déplacements, boutons poussoirs, interface homme-machine (IHM), architecture système. Abstract An elevator is a vertical transportation system used to move people or goods between different floors of a building. With the continuous advancements in automation, electronics, and embedded systems, modern elevators have become more efficient, safer, and more comfortable for users. The objective of this work is to study, design, and implement a smart elevator prototype controlled by an Arduino Mega 2560 board. The developed system is capable of automatically managing cabin movement, user requests, and door opening and closing operations while ensuring safe and efficient operation. This dissertation is organized into four chapters. The first chapter presents a general study of elevators, including their definition, history, different types, and main families. The second chapter is devoted to the study of the general architecture of an electric elevator and the presentation of its various electronic, electrical, mechanical, and control components. The third chapter describes the design and implementation of the proposed prototype, the hardware and software components used, the system modeling, operating scenarios, adopted safety mechanisms, as well as the obtained results and their analysis. Finally, the fourth chapter presents a general conclusion of the work and proposes several future perspectives and improvements aimed at enhancing system performance and integrating more advanced functionalities. This project enabled us to apply the knowledge acquired in the fields of automation, programming, electronics, and embedded systems. It also demonstrated the feasibility of developing a smart elevator prototype capable of reproducing an important part of the functionalities of real elevator systems. Keywords : Smart elevator, industrial automation, embedded system, Arduino Mega 2560, PLC (Programmable Logic Controller), sensors, actuators, DC motor, BLDC motor, variable frequency drive (VVVF), servo motor, infrared sensor, speed encoder, load cell, limit switch, elevator cabin, guide rails, counterweight, finite state machine (FSM), system safety, movement optimization, push buttons, human-machine interface (HMI), system architecture الملخص

المصعد هو نظام نقل یُستخدم لنقل األشخاص أو البضائع بین مختلف طوابق المباني. ومع التطور المستمر في مجاالت األتمتة واإللكترونیات واألنظمة المدمجة، أصبحت المصاعد الحدیثة أكثر كفاءة وأمانًا وراحة للمستخدمین یهدف هذا العمل إلى دراسة وتصمیم وإنجاز نموذج أولي لمصعد ذكي یتم التحكم فیه بواسطة أرد وینو میجا 2560 ، مع توفیر نظام قادر على إدارة حركة المقصورة وطلبات المستخدمین وفتح وإغالق األبواب بشكل آلي، مع ضمان تشغیل آمن وفعال، یتكون هذا البحث من أربعة فصول. یتناول الفصل األول دراسة عامة حول المصاعد من خالل عرض تعریفها وتاریخها وأنواعها المختلفة وعائالتها الرئیسیة. أما الفصل الثاني فیُخصص لدراسة البنیة العامة للمصعد الكهربائي ومختلف مكوناته اإللكترونیة والكهربائیة والمیكانیكیة وأنظمة التحكم المستخدمة فیه. ویعرض الفصل الثالث تصمیم وإنجاز النموذج المقترح، مع تقدیم المكونات المادیة والبرمجیة المستعملة، ونمذجة النظام، وسیناریوهات التشغیل وآلیات السالمة المعتمدة و عرض النتائج المتحصل علیها، ومناقشتها، وفي الفصل الرابع واالخیر ثم تقدیم خاتمة عامة للعمل مع اقتراح بعض اآلفاق والتطویرات المستقبلیة الممكنة لتحسین أداء النظام وإضافة وظائف أكثر تطو ًراوقد مكن هذا المشروع من تطبیق المعارف المكتسبة في مجاالت األتمتة والبرمجة واإللكترونیات واألنظمة المدمجة، كما أظهر إمكانیة تطویر نموذج مصعد ذكي قادر على محاكاة جزء مهم من وظائف المصاعد الحقیقیة. كلمات مفتاحیة : مصعد ذكي، األتمتة الصناعیة، نظام مدمج، أردوینو میغا ،2560 المتحكم المنطقي القابل للبرمجة، الحساسات، المشغالت، محرك تیار مستمر، محرك بدون فرش، متغیر السرعة، محرك مؤازر، حساس األشعة تحت الحمراء، مشفر السرعة، خلیة قیاس الحمل، مفتاح نهایة الشوط، كابینة المصعد، قضبان التوجیه، ثقل موازن، آلة الحاالت المنتهیة سالمة النظام، تحسین حركة المصعد، أزرار الضغط، واجهة اإلنسان واآللة، معماریة النظام