MET_TE Station météorologique : Mesure de température Partie G.COLIN 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 LM5 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 -4 C et +6 C. Etude du capteur La documentation complète du capteur est donnée en annexe. Le capteur dispose de bornes : 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 mv par degré Celsius. (mv pour C) Exemples : C mv 5 C 5mV L alimentation doit être comprise entre 4V et V. Dans le montage de la figure, la plage de mesure est de C à 5 C. Dans le cas de la figure (résistance R entre Vout et une tension négative Vs), la plage de mesure peut être de -55 C à +5 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 : +5V R 8K LM5 U VT N448 D La tension VT fournie par le capteur est mv + mv/ C. 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. Déterminer la valeur de k.
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 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 Symbole Européen Symbole Américain Patte : Entrée Patte : Entrée + Patte 6 : Sortie 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 : Télécharger le fichier MET_TE.zip et le décompresser dans le répertoire travail. Ouvrir le projet MET_TE_AMP.opj sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) et visualiser le schéma de la page
Lancer plusieurs simulations pour les différentes valeurs de VE du tableau sur le document réponse.. Compléter le tableau du document réponse et en déduire l amplification du montage.. Calculer l amplification du montage à l aide de la formule + 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 +V. Ouvrir le projet MET_TE_SAT.opj sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) et visualiser le schéma de la page Lancer la simulation et visualiser l évolution de VS et VE 8.V 6.V 4.V.V V -.V s ms ms ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms ms V(VE) V(VS) Time. Déterminer la plage de fonctionnement de Vs pour laquelle il y a amplification du signal d entrée sans saturation.
4 Montage complet Le montage capteur + amplificateur est donné ci-dessous : R 9K +5V LM5 U R 8K VAN R K U 5 MAX46 +5V 7 4 6 VAN N448 D Les tensions VAN et VAN sont appliquées sur les entrées A et A du Convertisseur Analogique Numérique de la carte ARDUINO. Le montage de simulation sous Orcad Demo (PSPICE STUDENT) est le suivant : R 76.mV 9k 5.V VCC.7V 6mV VT RT k VCC 76.mV VAN 6.mV 6.mV D R k R 8k U 8 - BW V + 7 V+ V- 4 N OUT N 6 5 VAN V DN448 Le générateur de tension VT et la résistance RT simulent le capteur. La tension VT correspond à la tension fournie par le capteur. 4. En lançant plusieurs simulation, compléter, sur le document réponse, les valeurs de VAN et VAN ( chiffres après la virgule). Rappel : Dans le cas de la carte ARDUINO, le résultat de la conversion est : 4 Avec N le résultat de la conversion (entier compris entre et ) 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= VAN la tension appliquée sur l entrée du Convertisseur Analogique Numérique 4. Par calcul, compléter sur le document réponse, les valeurs de N et N correspondant aux résultats de la conversion des tensions VAN et VAN.
5 Traitement numérique Le µp de la carte ARDUINO récupère les informations N et N, 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. - Pour illustrer ce traitement à réaliser, compléter l exemple donné sur le document réponse.