Mesure de tension avec Arduino

Version imprimable

Voir 40 message(s) de cette discussion en une page

13/03/2021, 23h40
Vincent PETIT

1 pièce(s) jointe(s)

Bonjour Jean Claude,
Voici le schéma que je te propose

Pièce jointe 593368

R5, D1 et D2 sont des éléments de protections de l'AOP MCP6002. Les diodes ont le rôle de "clamp", si la tension du capteur vient dépasser 5V alors D1 va se mettre à conduire et écrêter l'éventuelle surtension à 5.6V. Le MCP6002 pouvant supporter 7V entre ses broches d'alimentation, il survivra. La diode D2 c'est pour l'inverse, c'est à dire au cas où la tension du capteur viendrait à devenir négative et passer sous 0V, dans ce cas de figure D2 va se mettre à conduire et écrêter l'éventuelle soustension à -0.6V. R5 sert à protéger les diodes D1 et D2 en limitant le courant qui va les traverser.

U1 est câblé en suiveur, gain de 1, afin de présenter une grande impédance d'entrée, c'était ton souhait dans le cahier des charges. Note que R5 n'a aucune importance, elle ne fera augmenter de 5 kΩ la gigantesque impédance d'entrée de l'AOP. L'entrée de l'AOP va tirer 1pA sur l'entrée du capteur et le courant de fuite des diodes ajouterons environ 50nA.

U2, R2, R3, C1 et C2 forme un filtre passe bas du second ordre, c'est une configuration classique "Sallen-key" avec un gain de 1, il assure principalement le rôle de filtre anti-repliement (antialiasing) pour l'ADC. La fréquence de coupure est de 1 kHz, toutes les fréquences au delà seront atténuées.

C3 est le condensateur céramique de découplage à placer le plus proche possible des alimentations du MCP6002.

ps : j'ai prix l'AOP proposé par Auteur parce qu'il est pas cher et il est disponible dans un boîtier DIL (composant traversant facile à souder). Je ne trouve que des versions CMS de l'OPA192.
14/03/2021, 12h53
Beginner.

Citation:

Envoyé par Vincent PETIT

Voici le schéma que je te propose

Joli schéma !
14/03/2021, 13h34
jeanclaude83

Mesure de tension avec Arduino

Bonjour

Alors là Vincent Petit vous êtes un Prince.

Merci pour ce schéma.

Juste une dernière question si j'ose abuser de votre patience: Combien vont consommer les alimentations du montage (en gros); j'aurai 4 montages à alimenter et le choix de 2 sources d'alimentation; soit Arduino, soit une alimentation 5 v volts que j'ai fabriqué basée sur un 7805.

Je vais de toute façon lire la "datasheet" du MPC6002.

@ Suivre
14/03/2021, 14h04
jeanclaude83

Mesure de tension avec Arduino

Je me réponds à moi même!

Consommation du MCP6002 100 microA (typique?) donc au total 800 microA je dois pouvoir les alimenter par Arduino.

@Suivre
14/03/2021, 18h18
Vincent PETIT

Bonjour Jean Claude,
Vu la conso tu peux alimenter l'électronique par le 5V de l'Arduino. Avec un 7805 ce serait dommage car il a besoin d'au moins 5mA de charge pour bien réguler, il faudrait alimenter une LED en plus par exemple.
16/03/2021, 13h33
jeanclaude83

Mesure de tension avec Arduino

Bonjour Vincent

Je vais donc tout alimenter par Arduino.

J'ai lu la "datasheet" dans tout les sens, je n'ai rien vu qui ressemble à la tension de déchet du MCP6002.

Quelqu'un connaît t'il le terme anglais?

J'ai trouvé les amplis à 0,54€; je vais les mettre sur support; me reste plus qu'à vérifier les composants qui me manque.

@ Suivre
16/03/2021, 16h03
Vincent PETIT

1 pièce(s) jointe(s)

Bonjour,
Voici les deux paramètres que tu cherches :

Pièce jointe 593544
17/03/2021, 19h29
Guesset

Bruit et silence

Bonjour,

Concernant la technique d'ajout de bruit pour récupérer de la résolution après filtrage, ça marche sauf au voisinage de 0. En effet, superposé à une valeur proche de 0, le bruit va produire des valeurs positives et négatives (moyenne 0), mais les valeurs négatives vont êtres ramenées à 0 (plage de numérisation 0..5 V). La moyenne bruit n'est alors plus nulle après numérisation (phénomène de détection) et le filtrage n'y pourra rien. Il faut donc faire attention au niveau minimal du signal à capter et ne pas superposer un bruit d'amplitude supérieure à ce niveau.

La détection du bruit explique pourquoi en photographie le bruit est plus gênant dans les zones sombres car il "décolle" les noirs.

Concernant le filtrage on peut substituer un filtre récursif à la fenêtre de moyennage. Le plus simple (ordre 1) a la forme Y_n = Y_n-1 + a.(X_n - Y_n-1 ) avec a < 1 (on prend souvent a = 2^-p pour pouvoir remplacer les multiplications par des décalages et rester avec des entiers). On peut également prendre X_n = 2^q.X_{n_capté} pour augmenter la résolution notamment si on utilise l'ajout (avec modération :oops:) de bruit. Ce filtre est un passe-bas similaire à un RC. L'avantage est qu'il consomme peu de ressources mémoires.

Salutations
19/03/2021, 11h28
electroremy

Citation:

Envoyé par Guesset

Concernant la technique d'ajout de bruit pour récupérer de la résolution après filtrage, ça marche sauf au voisinage de 0. En effet, superposé à une valeur proche de 0, le bruit va produire des valeurs positives et négatives (moyenne 0), mais les valeurs négatives vont êtres ramenées à 0 (plage de numérisation 0..5 V). La moyenne bruit n'est alors plus nulle après numérisation (phénomène de détection) et le filtrage n'y pourra rien. Il faut donc faire attention au niveau minimal du signal à capter et ne pas superposer un bruit d'amplitude supérieure à ce niveau.

La détection du bruit explique pourquoi en photographie le bruit est plus gênant dans les zones sombres car il "décolle" les noirs.

C'est une excellente remarque !

A bientôt
20/03/2021, 06h26
jeanclaude83

Mesures de tension avec Arduino

Bonjour

Donc si j'ai bien lu la tension de déchet du MCP6002 = 0,025v.

Petites questions:
1 - Les câbles de liaisons entre les capteurs et l'UC gaz ne sont pas blindés; le filtre ( schéma Vincent) est t'il nécessaire dans mon cas de figure?
2 - Je comptais utiliser des câbles blindés pour mes raccordements; utile?
3 - Je possède un wagon de diodes 1N4007; je pense qu'elles feront l'affaire; un lecture des datasheets s'impose. Vérification faîte: la différence est que la 4148 est une diode de commutation rapide, ce qui dans mon cas ne semble pas se justifier; pour le reste ça passerais.

@ Suivre
20/03/2021, 12h41
Vincent PETIT

Bonjour Jean Claude,

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

Donc si j'ai bien lu la tension de déchet du MCP6002 = 0,025v.

En sortie oui.
En entrée il y en une aussi, c'est plutôt une incertitude qu'un déchet, elle est de 0.0045V. Sur un signal qui évolue entre 0V et 5V on peut dire qu'une imprécision de 4.5mV n'est pas très grave, mais au besoin on peut complexifier l'électronique pour faire une calibration logicielle (ça devient du luxe *)

* on pourrait mettre par exemple un relai en tête du montage dont la borne "NO" (normalement ouvert) va à la masse et l'autre borne "NC" (normalement clos) va au signal afin que le Arduino puisse faire une calibration. Imaginons que le système démarre, le relais est en "normalement ouvert" car pas encore commandé, celui-ci amène donc la masse jusque l'ADC du Arduino en passant par toute la chaîne d'AOP. L'ADC de l'Arduino ne va pas mesurer la tension de masse à 0V, il va lire les tensions de déchets/décalages/incertitudes de la chaîne d'AOP (par exemple +4mV) et là le Arduino via un programme de calibration peut décider que cette tension est le 0V. En fait se programme sera un petit offset négatif de -4mV qui compense les +4mV d'incertitude de la chaîne d'AOP.

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

1 - Les câbles de liaisons entre les capteurs et l'UC gaz ne sont pas blindés; le filtre ( schéma Vincent) est t'il nécessaire dans mon cas de figure?

Le filtre est nécessaire pour éviter le repliement spectrale, c'est une sorte d'artefact de mesure si jamais une perturbation trop rapide, par rapport à la fréquence à laquelle tu lis l'ADC, est captée par la filasse et d'autant plus que l'entrée a une impédance élevée.

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

2 - Je comptais utiliser des câbles blindés pour mes raccordements; utile?

Pas forcément si tout est dans le même carter (la même enceinte), comme dans les avions ou les voitures, poser le fil de mesure contre la masse est très efficace. Mais il faudrait que je vois un schéma de principe du câblage et des photos de tout ça.

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

3 - Je possède un wagon de diodes 1N4007; je pense qu'elles feront l'affaire; un lecture des datasheets s'impose. Vérification faîte: la différence est que la 4148 est une diode de commutation rapide, ce qui dans mon cas ne semble pas se justifier; pour le reste ça passerais.

Oui à la rigueur tu peux mettre ça si tu en as beaucoup. Après si le signal ne peut pas dépasser 5V car l'alim de l'UC est de 5V, les diodes ne servent à rien. On en met si on a peur d'une mauvaise manipulation ou s'il y a des incertitudes quant aux niveaux des tensions mais si on est sur, on n'en met pas. Dans les design que j'ai fait, j'en ai rarement mis.
20/03/2021, 17h04
Guesset

Impédance : des hauts et des bas

Bonjour Jean-Claude,

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

...
1 - Les câbles de liaisons entre les capteurs et l'UC gaz ne sont pas blindés; le filtre ( schéma Vincent) est t'il nécessaire dans mon cas de figure?
...

Si les fils d'origines ne sont pas blindés (paire torsadée peut être) et pas ridiculement courts, cela incite à penser que l'impédance d'entrée sur l'UC gaz est à relativement faible impédance car moins sensible aux parasites. Alors cette UC pourrait être "piratée" par un autre montage à impédance assez élevée (un Arduino par exemple) sans même s'en rendre compte et sans prendre les précautions d'un étage augmentant l'impédance d'entrée.

Comme l'Arduino présente une impédance d'entrée non négligeable, si le câblage vers lui n'est pas très court (> 30 cm pour fixer un ordre de grandeur) la paire torsadée voire blindée devient utile. Avec le montage du filtre haute impédance de Vincent, on pourrait imaginer le placer au plus près de l'UC gaz (en toute rigueur c'est seulement le premier étage qu'il est intéressant de rapprocher de l'UC mais il est dur de couper le CI en 2) et faire une adaptation d'entrée basse impédance côté Arduino pour fiabiliser la liaison. Mais ça devient une usine à gaz (oui, jeu de mots facile :oops:).

Hors de propos, je me demande si on a le droit d'intervenir sur ce type d'équipement. Par exemple, les assurances ne pourraient elles pas s'abstraire de toute responsabilité (c'est un vrai métier :mouarf:) si l'installation a été modifiée ?

Salutations
21/03/2021, 14h13
jeanclaude83

Mesure tension avec Arduino

Bonjour

Citation:

Envoyé par Guesset

Bonjour Jean-Claude,

Si les fils d'origines ne sont pas blindés (paire torsadée peut être) et pas ridiculement courts, cela incite à penser que l'impédance d'entrée sur l'UC gaz est à relativement faible impédance car moins sensible aux parasites. Alors cette UC pourrait être "piratée" par un autre montage à impédance assez élevée (un Arduino par exemple) sans même s'en rendre compte et sans prendre les précautions d'un étage augmentant l'impédance d'entrée.

Les fils sont long parfois de + d'un mètre, et le câblage a certainement été fait par des singes: on dirait Beyrouth; des fils dans tous les sens et qui se croisent et se recroisent sans raison apparente.

Citation:

Envoyé par Guesset

Comme l'Arduino présente une impédance d'entrée non négligeable, si le câblage vers lui n'est pas très court (> 30 cm pour fixer un ordre de grandeur) la paire torsadée voire blindée devient utile. Avec le montage du filtre haute impédance de Vincent, on pourrait imaginer le placer au plus près de l'UC gaz (en toute rigueur c'est seulement le premier étage qu'il est intéressant de rapprocher de l'UC mais il est dur de couper le CI en 2) et faire une adaptation d'entrée basse impédance côté Arduino pour fiabiliser la liaison. Mais ça devient une usine à gaz (oui, jeu de mots facile :oops:).

Je ne saisi pas tout, mais j'utiliserai des câbles blindés. Sinon je peux facilement placer les montage à 30 cm de l'UC.

Citation:

Envoyé par Guesset

Hors de propos, je me demande si on a le droit d'intervenir sur ce type d'équipement. Par exemple, les assurances ne pourraient elles pas s'abstraire de toute responsabilité (c'est un vrai métier :mouarf:) si l'installation a été modifiée ?

Salutations

Pas de souci: je ne modifie rien, j'utilise seulement les signaux.

@+
21/03/2021, 16h32
Guesset

Solution économique ?

Bonjour Jean-Claude,

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

...
Les fils sont long parfois de + d'un mètre, et le câblage a certainement été fait par des singes: on dirait Beyrouth; des fils dans tous les sens et qui se croisent et se recroisent sans raison apparente.
Je ne saisi pas tout, mais j'utiliserai des câbles blindés. Sinon je peux facilement placer les montage à 30 cm de l'UC...

30 cm et fils simplement torsadés (ou un fil plaqué sur une masse) devraient suffire. Si l'UC gaz marche avec le câblage que tu décris ce n'est pas ton ajout direct qui va la perturber. Pour le bon fonctionnement de ton propre module tu seras peut-être obligé de faire un filtrage par soft mais la moyenne glissante ou un filtrage récursif feront très bien l'affaire.

Ce qu'il faut juste se rappeler est que plus on travaille avec des impédances élevées en entrée plus on est sensible aux parasites (il y a aussi des problèmes d'adaptation d'impédance mais pas aux fréquences qui sont en jeu ici). C'est simplement un effet d'antenne.

Dans le pire des cas, un RC d'entrée pourrait être utile, nous en reparlerons si nécessaire. L'entrée analogique de l'Arduino présente une impédance de 100 MOhm mais au moment de la mesure elle a besoin d'une source à moins de 10 kOhm. Or une mesure ne prend que 250 us environ. Avec, par exemple, 2 mesures par seconde l'impédance moyenne resterait de l'ordre de 100 MOhm. Un RC permettrait de se rapprocher de cette valeur avec un R assez élevé (mais pas trop pour éviter l'effet d'antenne) et une capacité qui donne au R//C une constante de temps compatible avec le temps de mesure. En résumé, on pompe très peu sur la source, on charge la capacité qui libère sa réserve seulement durant la mesure.

Le montage proposé par Vincent est d'ordre supérieur mais pour être bien utilisé, il nécessiterait que le premier étage (adaptation d'impédance Z_entrée forte, Z_sortie faible) soit au plus près de la source (le capteur) et le second étage (filtrage de nettoyage du signal à l'arrivée) à l'entrée de l'Arduino ce qui semble difficile avec un seul CI :aie:. Pourtant cela garantirait une liaison basse impédance et un signal propre.

C'est pourquoi je propose cette approche alternative a minima qui, si j'ai bien compris la situation, devrait répondre au besoin.

Salut
21/03/2021, 18h26
electroremy

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

Les fils sont long parfois de + d'un mètre, et le câblage a certainement été fait par des singes: on dirait Beyrouth; des fils dans tous les sens et qui se croisent et se recroisent sans raison apparente.

Ca n'est pas gênant si la fréquence des signaux est faible et que le circuit électronique de lecture est muni d'un passe-bas.

Si le coffret est métallique il apporte une bonne protection contre les perturbations extérieures.

A noter également : les câbles blindés ont une capacité intrinsèque non négligeable.

Parfois, quand on démonte des appareils audios anciens (à lampes ou à transistor), on est surpris de voir comment sont faites certaines liaisons
Pourtant ça fonctionne (à condition de ne pas avoir de téléphones GSM à proximité, mais on ne peux pas reprocher aux concepteurs de ces appareils de ne pas en avoir tenu compte)

A bientôt
22/03/2021, 13h45
jeanclaude83

Mesure de tension avec Arduino

Bonjour

Merci de vos lumières.

Dans un premier temps, je vais tester sur 1 capteur la solution suivante (faut bien décider)

Montage Vincent.
Câbles torsadés, mais comme je n'ai besoin que d'un seul fil pour le signal, je vais le torsader avec une masse.
Le matériel d'acquisition au plus près de l'UC.
Une mesure par seconde; largement suffisant pour le but recherché.

Ultime question avant commande du matériel: les condensateurs de quel type mylar céramique? les valeurs sont t'elles critiques?

@ Suivre
22/03/2021, 15h00
Vincent PETIT

Bonjour,

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

Câbles torsadés, mais comme je n'ai besoin que d'un seul fil pour le signal, je vais le torsader avec une masse.

:plusser:
A défaut tu plaques le fil contre le chassie qui est aussi à la masse. Bien sur les masses doivent être commune (le 0V du Arduino doit aller aussi à la masse principale)

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

Le matériel d'acquisition au plus près de l'UC.

:plusser:

Citation:

Envoyé par jeanclaude83

les condensateurs de quel type mylar céramique? les valeurs sont t'elles critiques?

Pour le découplage (celui a mettre au plus proche des bornes d'alimentation de l'AOP) la valeur n'est pas critique de 1nF à 220nF, souvent on voit 10nF ou 100nF, on en attend surtout un bon comportement en fréquence (lors des variations brutales de tension)
Les technos peuvent être :

- le céramique : MLCC genre X7R c'est très bien
- le film : Polyester MKT convient parfaitement (on le voit souvent, petit condensateur rectangulaire jaune)

Pour le condensateur réservoir d'énergie, si les AOP sont proches du Arduino alors il n'est pas utile puisqu'il est déjà sur le Arduino (derrière le connecteur JACK d'alimentation)

A+
22/03/2021, 23h26
Vincent PETIT

Mince j'ai oublié un bout de réponse.
Pour les condo du filtre actif passe bas (2eme ordre), les valeurs sont plus critiques si tu veux que la fréquence de coupure soit celle que j'avais annoncée.

Prends du céramique MLCC C0G qui sont très stables, si tu prends du X7R ça va aller aussi mais leurs valeurs bougeront avec la température.
23/03/2021, 13h34
jeanclaude83

Mesure de tension avec Arduino

Bonjour

Merci Vincent je lance la commande en suivant ce que tu préconises.

Pour faire rigoler le pro: je n'avais pas remarqué de l'AOP utilisé était double; j'allais commander deux fois trop; c'est ballot non!

@ Suivre.
24/03/2021, 22h38
Auteur

bonjour,

le MCP6002 a effectivement 2 AOP. Tu auras remarqué dans la datasheet le MCP6004 qui contient 4 AOP.

Citation:

* on pourrait mettre par exemple un relai en tête du montage dont la borne "NO" (normalement ouvert) va à la masse et l'autre borne "NC" (normalement clos) va au signal afin que le Arduino puisse faire une calibration. Imaginons que le système démarre, le relais est en "normalement ouvert" car pas encore commandé, celui-ci amène donc la masse jusque l'ADC du Arduino en passant par toute la chaîne d'AOP. L'ADC de l'Arduino ne va pas mesurer la tension de masse à 0V, il va lire les tensions de déchets/décalages/incertitudes de la chaîne d'AOP (par exemple +4mV) et là le Arduino via un programme de calibration peut décider que cette tension est le 0V. En fait se programme sera un petit offset négatif de -4mV qui compense les +4mV d'incertitude de la chaîne d'AOP.

Ca me fait penser au montage pour la suppression des tensions d'offsets (input offset voltage null circuit dans les datasheet) sur les AOP comme le TL081 ou le LM741. :D

Voir 40 message(s) de cette discussion en une page