Enoncé du TP

MET_TE1
Station météorologique : Mesure de température – Partie 1
G.COLIN
1 – Présentation
Dans le cas de la station météo, on envisage différentes solutions pour mesurer la température.
Dans ce premier TP, on envisage l’utilisation d’un capteur de température LM35 qui délivre une tension analogique, image de la
température.
La tension analogique délivrée par le capteur va devoir être amplifiée, puis convertie en information numérique.
La plage de mesure désirée est comprise entre -40°C et +60°C.
2 – Etude du capteur
La documentation complète du capteur est donnée en annexe.
Le capteur dispose de 3 bornes : 2 bornes pour l’alimentation électrique du capteur et une borne pour la sortie analogique.
Les montages de base, repris de la documentation, sont donnés ci-dessous :
Le capteur délivre une tension de 10mV par degré Celsius. (0mV pour 0°C)
Exemples :
10°C 100mV
25°C 250mV
L’alimentation doit être comprise entre 4V et 20V.
Dans le montage de la figure 1, la plage de mesure est de 2°C à 150°C.
Dans le cas de la figure 2 (résistance R1 entre Vout et une tension négative –Vs), la plage de mesure peut être de -55°C à +150°C.
Pour éviter de fournir une tension négative au montage, on s’inspire du montage proposé en figure 7 de la documentation
technique.
La tension de sortie est Vout, entre + et –
Le montage retenu pour le capteur est le suivant :
3
R3
18K
+5V
2
U1
VT
D1
1N4148
1
LM35
La tension VT fournie par le capteur est 0mV + 10mV/°C
2.1 – Compléter le tableau du document réponse pour les différentes valeurs de la température.
La relation entre VT (tension fournie par le capteur en V) et T (température en °C) peut se mettre sous la forme Ut=k•T
2.2 – Déterminer la valeur de k.
3 – Amplification
La tension fournie par le capteur est trop faible pour être directement appliquée sur l’entrée du convertisseur intégré dans le
µP de la carte ARDUINO. Pour mémoire, les entrées analogiques du convertisseur acceptent une plage de 0 à 5V.
Pour amplifier la tension fournie par le capteur, on utilise un composant très utilisé en électronique : l’Amplificateur
Opérationnel (Ampli Op pour les intimes).
Circuit intégré
Patte 2 : Entrée –
Patte 3 : Entrée +
Symbole Européen
Patte 6 : Sortie
Symbole Américain
Patte 7 : alimentation +
Patte 4 : alimentation –
Associé à des résistances, il existe de nombreux montages à Ampli Op.
Pour l’application présente, on retient le montage amplificateur non inverseur :
Pour ce montage, l’amplification est : 1
Télécharger le fichier MET_TE1.zip et le décompresser dans le répertoire travail.
Ouvrir le projet MET_TE1_AMP.opj sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) et visualiser le schéma de la page1
Lancer plusieurs simulations pour les différentes valeurs de VE du tableau sur le document réponse.
3.1 – Compléter le tableau du document réponse et en déduire l’amplification du montage.
3.2 – Calculer l’amplification du montage à l’aide de la formule 1 +
Saturation et plage de fonctionnement :
Pour observer les limites de fonctionnement du montage (limites qui dépendent en particulier de la tension d’alimentation), on
applique sur l’entrée un signal variable de -5V à +10V.
Ouvrir le projet MET_TE1_SAT.opj sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) et visualiser le schéma de la page1
Lancer la simulation et visualiser l’évolution de VS et VE
8.0V
6.0V
4.0V
2.0V
0V
-2.0V
0s
V(VE)
1ms
V(VS)
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
Time
3.3 – Déterminer la plage de fonctionnement de Vs pour laquelle il y a amplification du signal d’entrée sans saturation.
10ms
4 – Montage complet
Le montage capteur + amplificateur est donné ci-dessous :
R2
39K
+5V
+5V
U2
R3
18K
3
1
R1
10K
2
3
4
5
MAX406
VAN0
D1
1N4148
1
U1
VAN1
6
2
LM35
7
Les tensions VAN0 et VAN1 sont appliquées sur les entrées A0 et A1 du Convertisseur Analogique Numérique de la carte
ARDUINO.
Le montage de simulation sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) est le suivant :
R2
39k
761.2mV
3.730V
U2
2
RT
761.1mV
10k
8
100k
3
BW
0V
+
N1
OUT
N2
1
6
VAN1
5
4
600mV
VT
-
V+
R1
0
V-
VCC
7
5.000V
VCC
VAN0
161.1mV
161.1mV
D1
R3
0
18k
D1N4148
0V
0
0
Le générateur de tension VT et la résistance RT simulent le capteur.
La tension VT correspond à la tension fournie par le capteur.
4.1 – En lançant plusieurs simulation, compléter, sur le document réponse, les valeurs de VAN1 et VAN0 (3 chiffres après la
virgule).
Rappel : Dans le cas de la carte ARDUINO, le résultat de la conversion est : × 2 × 1024
Avec N le résultat de la conversion (entier compris entre 0 et 1023)
Vref la tension de référence appliquée sur le CAN – Dans le cas de la carte ARDUINO, cette tension vaut 5V.
n le nombre de bits du convertisseur – Dans le cas de la carte ARDUINO n=10
VAN la tension appliquée sur l’entrée du Convertisseur Analogique Numérique
4.2 – Par calcul, compléter sur le document réponse, les valeurs de N1 et N0 correspondant aux résultats de la conversion des
tensions VAN1 et VAN0.
5 – Traitement numérique
Le µP de la carte ARDUINO récupère les informations N1 et N0, résultats des conversions.
Pour avoir une information numérique image de la température, il faut faire un traitement numérique (réalisé soit par le µP de
la carte ARDUINO, soit par LABVIEW, …).
5.1 - Pour illustrer ce traitement à réaliser, compléter l’exemple donné sur le document réponse.