Mesure d une Tension Analogique Et Surveillance du Pourcentage de charge des Batteries

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1 Page : 1 / 11 Et Surveillance du Pourcentage de charge des Batteries ORANGE PI PC Plus Auteur : Gerard Cassette Nom Fichier : NT203_Note_Mesure_Tension_Batterie.doc Date Fichier : 27 mars 2017 Suivi des versions : Version Date Commentaire /03/17 Création

2 Page : 2 / 11 Sommaire 1 INTRODUCTION SOLUTIONS PROPOSÉES MESURE DE LA TENSION CONVERSATION TENSION/ TAUX DE CHARGE CODAGE VARIABLES COMMUNES MESURE DE LA REFERENCE 1.1 VOLTS MESURE DE LA TENSION ANALOGIQUE CALCUL DE POURCENTAGE DE CHARGE PROGRAMME DE TESTS LE MONTAGE DE TEST SCHÉMA PLATEFORME RESULTATS MESURE DE LA V ALIMENTATION AVEC LE VOLTMÈTRE MESURE DE LA V ALIMENTATION SANS CORRECTION MESURE DE LA V RÉFÉRENCE MESURE DE LA V ALIMENTATION AVEC CORRECTION MESURE DU POURCENTAGE DE CHARGE CONCLUSION POUR ALLER UN PEU PLUS LOIN

3 Page : 3 / 11 1 INTRODUCTION La mesure d une tension sur les entrée A0 -> A5 de l Arduino de fait de la manière suivante : V=analogRead(Num_Pin) Et l on reçoit une valeur de points à convertir ensuite en tension. La formule de conversion est de la forme : Tension = (V_Alim * valeur_mesurée) / 1023 le V_Alim (sur un arduino Uno Uno =5.0) correspond à la tension d'alimentation de la carte et 1023 à la valeur maximum. On prends, dans la suite de ce document, une carte Arduino Uno (donc 5 volts) La valeur 1023 est fixe et elle est liée à la précision du convertisseur analogique / numérique (10 bits) : 2 ^ 10 = 1024, soit des valeurs possibles de 0 (0 volt) à 1023 (Vmax volts). La valeur «5.0 volts» est une valeur théorique parfaite de la tension de la carte. Mais, entre théorie et pratique, il y a souvent beaucoup de différences. La tension d'alimentation par exemple est souvent plus proche de 4.8 volts ou encore 5.1 volts en fonction de la carte utilisée. Concernant les batteries Li-Ion qui alimentent nos montages, la tension chute rapidement à l approche de la décharge complète. Une erreur de mesure sur cette tension peut donc nous induire en erreur sur la charge réelle de la batterie. La conversion de la tension de l accumulateur en taux de charge est encore plus compliqué puisque cette fonction n est pas linéaire. Page 3

4 Page : 4 / 11 2 SOLUTIONS PROPOSEES. 2.1 Mesure de la tension. Les microcontrôleurs des cartes Arduino "classiques" disposent d une tension de référence. Cette référence de tension est une source de tension qui ne varie pas, qu'importe la tension d'alimentation du microcontrôleur. Dans le cas des microcontrôleurs Arduino, la référence de tension interne est de 1.1 volts et le concepteur a prévu un moyen de mesurer cette tension de cette référence à partir du convertisseur analogique / numérique. La solution consiste donc à mesurer le nombre de points du convertisseur Analogique/Digital de cette tension de 1.1 volts, d en déduire la valeur d un point en volt et de trouver la valeur de la tension mesurée par une règle de trois. Vmesuré = Nb_Points_Mesuré * (1.1/ Nb_Points_Mesuré_Vref_1.1volts) 2.2 Conversation Tension/ Taux de charge. La solution proposée consiste à intégrer en interne dans le code un tableau de correspondance tension batterie/pourcentage de charge et de faire des interpolations linéaire entre ces points. Le site suivant donne un tableau de ces correspondances (à affiner pour nos besoins) Site : Rapport Tension / Pourcentage de charge Pourcentage Tension 0% % % % % % % % % % % % 4.20 Page 4

5 3 CODAGE Page : 5 / Variables communes // Ajustement de la Vref théorique à 1.1 volt #define V_Ref_Ardunio 1.08 #define V_Ref_Trace (true) 3.2 Mesure de la Reference 1.1 Volts // Fonction de Mesure la référence interne à 1.1 volts * unsigned int Lecture_V_Ref_Arduino(void) { int VRef; /* Elimine toutes charges résiduelles */ #if defined( AVR_ATmega328P ) ADMUX = 0x4F; #elif defined( AVR_ATmega2560 ) ADCSRB &= ~(1 << MUX5); ADMUX = 0x5F; #elif defined( AVR_ATmega32U4 ) ADCSRB &= ~(1 << MUX5); ADMUX = 0x5F; #endif delaymicroseconds(5); /* Sélectionne la référence interne à 1.1 volts comme point de mesure, avec comme limite haute VCC */ #if defined( AVR_ATmega328P ) ADMUX = 0x4E; #elif defined( AVR_ATmega2560 ) ADCSRB &= ~(1 << MUX5); ADMUX = 0x5E; #elif defined( AVR_ATmega32U4 ) ADCSRB &= ~(1 << MUX5); ADMUX = 0x5E; #endif delaymicroseconds(200); /* Active le convertisseur analogique -> numérique */ ADCSRA = (1 << ADEN); /* Lance une conversion analogique -> numérique */ ADCSRA = (1 << ADSC); /* Attend la fin de la conversion */ while(adcsra & (1 << ADSC)); /* Récupère le résultat de la conversion en point de Convertisseur*/ VRef= ADCL (ADCH << 8); VRef= VRef ; // à ce niveau, on obtient la valeur en point de la tension de référence. return VRef; Page 5

6 Page : 6 / Mesure de la Tension Analogique /** Fonction de Mesure d'une Tension Analogique */ float Lecture_V_Analogique_Arduino(int P_Pin) { unsigned int raw_v; unsigned int raw_ref; float V_ana; // mesure de la Tension de reference raw_ref = Lecture_V_Ref_Arduino(); raw_v = analogread(p_pin); #if (V_ref_Trace == true) Serial.print("V_Ref_Ardunio = "); Serial.println(V_Ref_Ardunio, 3); Serial.print("nb points VRef ="); Serial.println(raw_ref); Serial.print("nb points V ="); Serial.println(raw_V); #endif /* Calcul de la tension réel avec un produit en croix */ V_ana = ((raw_v * V_Ref_Ardunio) / raw_ref) ; return V_ana; 3.4 Calcul de Pourcentage de Charge / /** Fonction decalcul de taux de charge d'accu 3.7 V */ float Remplissage_Bat(float P_Mesure ) { float X0; float X1; float Y0; float Y1; float Y; int I; float Pente; // Table de Charge // Source : // 0% 3.00 // 5% 3.30 // 10% 3.60 // 20% 3.70 // 30% 3.75 // 40% 3.79 // 50% 3.83 // 60% 3.87 // 70% 3.92 // 80% 3.97 // 90% 4.10 Page 6

7 // 100% 4.20 Page : 7 / 11 // ATENTION : Tableau a ajuster par USER mais ne jamais enlever les valeurs de debut et fn (0 et 100) car il securise le code (evite des division par zero) float V_batterie[] = { 0.0, 3.00, 3.30, 3.60, 3.70, 3.75, 3.79, 3.83, 3.87, 3.92, 3.97, 4.10, 4.20, ; float Pourcentage[] = {0,0, 5, 10, 20, 30, 40,50, 60, 70, 80,90, 100, 100; int Nb; // Trouve la taille du tableau Nb = sizeof(v_batterie); // Recherche de la borne max correspondant a la Tension indiquée for (I = 1; I <= Nb; I++) { if (P_Mesure <= V_batterie[I]) break; // Calcul du taux de remplissage X0 = V_batterie[I - 1]; Y0 = Pourcentage[I - 1]; X1 = V_batterie[I]; Y1 = Pourcentage[I]; Pente = (Y1 - Y0) / (X1 - X0); Y = Y0 + (P_Mesure - X0) * Pente; #if (V_ref_Trace == true) Serial.print("X0 = "); Serial.println(X0, 3); Serial.print("Y0 = "); Serial.println(Y0, 3); #endif return Y; Page 7

8 Page : 8 / Programme de tests /************************************************************************************** * Code Arduino permettant de mesurer Une tension d'alimentation Corrigée par VRef * //************************************************************************************** */ /** SETUP SETUP SETUP SETUP */ # define V_ref_Trace (false) #include "Bib_Analogique.h" /* Fonction setup() */ void setup() { /* Initialisation du port série */ Serial.begin(115200); Serial.println(); Serial.println("******************"); Serial.println(F("Mesure d'une tension analogique")); //jeter la première mesure de Vref unsigned int raw_ref = Lecture_V_Ref_Arduino(); /** LOOP LOOP LOOP LOOP */ /* Fonction loop() */ void loop() { //* Le numéro de broche analogique pour la mesure de la tension en VIN */ const byte BROCHE_CAPTEUR_VIN = A0; /* mesure de la tension D'alimentation*/ float real_vin = Lecture_V_Analogique_Arduino(BROCHE_CAPTEUR_VIN); /* Affichage */ Serial.println(); Serial.println(" "); Serial.print("Tension batterie = "); Serial.println(real_vin, 3); /* mesure du taux de remplissage Accu*/ float taux_remplissage=remplissage_bat(real_vin); Serial.print("Taux Remplissage batterie = "); Serial.println(taux_remplissage, 1); delay(5000); Page 8

9 Page : 9 / 11 4 LE MONTAGE DE TEST. 4.1 Schéma 4.2 Plateforme. Page 9

10 5 RESULTATS Page : 10 / Mesure de la V alimentation avec le voltmètre La mesure de la tension V_in avec voltmètre indique 3.84 Volts. 5.2 Mesure de la V alimentation sans correction La mesure de la tension V_in sans correction de la Tension Vref donne 4.3 Volts; alors que le voltmètre donne 3.84 volts ; donc un écart de 0.46 volts. 5.3 Mesure de la V référence Le résultat théorique devrait être de 225 points pour une tension de 5V. On trouve 254 ; ce qui donne un décalage de 29 Points. Cela s explique parce que la tension d alim n est pas de 5V mais de 4.8 volts ; donc 1023 points = 4.8 volts. Donc Vref semble plus forte. 5.4 Mesure de la V alimentation avec correction La mesure de la tension d alimentation avec correction de la Tension Vref donne 3.94 Volts; alors que le voltmètre donne 3.84 volts ; donc un écart de 0.1volts ce qui est nettement mieux mais pas encore excate. Un montage avec un potentiomètre pour faire varier la tension a montré un écart constant non expliqué. Apres analyse, il semble que cela vient de la précision de la tension interne du 1.1 volt qui peut varier de +/ volt. Apres essai, j ai ajusté la tension de à 1.08 volt. Suite à cette correction, le résultat de la mesure de tension entre le voltmètre et la mesure Arduino a été inférieur à 0.01 J ai donc stocké la valeur de V_ref dans une constante à ajuster dans les montages. Elle est stockée dans la variable V_Ref_Ardunio. 5.5 Mesure du Pourcentage de Charge. Pas de mesure réelle effectuée sur ce point. Les résultats sont donc théorique et montrent seulement la validation de l algo. Il est nécessaire d ajuster les valeurs dans le tableau en fonction de la batterie utilisée ; puis, par la suite, en fonction des essais. Attention pour le paramétrage du tableau dans le code : La première valeur doit être 0 et la dernière 100 afin de sécuriser le code. Page 10

11 Page : 11 / 11 6 CONCLUSION La correction des mesures de tension par la mesure de Vref et l ajustement de la tension V_Ref sont donc nécessaires et la précision obtenue est suffisante pour notre montage DOMO_100. Si l on désire, par la suite, faire des mesures plus précise, il faudra utiliser une autre méthode, en amenant une tension de référence Vref plus stable et mesurable directement par un voltmètre. 7 POUR ALLER UN PEU PLUS LOIN. Voici les sites qui m ont servi de référence pour les mesures de tension. et Page 11