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Système d'acquisition analogique polyvalent

Je vous proposer de réaliser un module à connecter sur le port série de tout compatible PC, et même de tout système disposant d’une liaison série d’ailleurs, capable de réaliser l’acquisition, sous forme manuelle ou automatique, de quatre tensions analogiques indépendantes.

Présenté comme cela, une telle réalisation peut vous sembler banale, mais la mienne se démarque du lot par quelques caractéristiques remarquables, dues tout à la fois au schéma utilisé et au logiciel que j'ai écrit pour la piloter ; logiciel qui est bien sûr mis gratuitement à votre disposition à la rubrique logiciel de ce site.

Photo du système

Présentation

Ce module, qui ne mesure que 80 mm sur 50 mm, se connecte sur le port série RS 232 de tout compatible PC sur lequel il prélève intégralement son alimentation. Il dispose de quatre entrées analogiques 0 à 5 volts qu’il convertit en numérique avec une précision de 8 bits, ce qui leur confère une résolution de 20 mV.

Ces entrées sont toutes équipées d’un amplificateur opérationnel à transistors à effet de champ qui leur permet d’afficher une impédance d’entrée de plusieurs centaines de MW , autorisant ainsi la réalisation de mesures même à très haute impédance.

Le logiciel associé, dont vous pouvez voir une recopie d’écran ci-dessous, permet :

  • de calibrer très précisément la conversion analogique/numérique en fonction des composants utilisés sur votre propre montage ;
     

  • de réaliser des acquisitions automatiques ou manuelles des tensions appliquées aux entrées du montage ;
     

  • de choisir parmi plusieurs vitesses d’acquisition lorsque le montage fonctionne en mode automatique ;
     

  • et enfin de définir des unités et des facteurs de conversion indépendants pour chacune des entrées en fonction de la grandeur qui y est mesurée.

 

Recopie d'écran du logiciel de commande

Une entrée peut ainsi afficher directement une tension en volts tandis que l’autre affichera une température en °C pour peu que vous l’ayez faite précéder d’un convertisseur température/tension. Il suffira pour cela d’indiquer l’unité (°C dans cet exemple) et le facteur de conversion (par exemple 0,1 V/°C) dans les cases « Coefficient » et « Unité » de l’entrée correspondante.

Malgré ces possibilités très intéressantes, le montage reste simple comme vous avez peut-être déjà pu le constater si vous avez regardé son schéma. Cette simplicité résulte en grande partie de l’utilisation d’un circuit intégré spécialisé : le MIC 640 de Mictronics.

Pour tout savoir sur les circuits Mictronics cliquez sur ce lien -> Logo Mictronics

Le circuit MIC 640

Ce circuit, disponible en boîtier DIL 8 pattes, permet de mesurer 4 tensions analogiques indépendantes, comprises entre 0 et 5 volts, et d’envoyer le résultat de cette mesure sous forme de quatre caractères, sur une liaison série asynchrone standard. Sa sortie série est directement compatible TTL ou CMOS et peut être connectée à une entrée série RS 232 par simple ajout d’une résistance.

Le MIC 640 peut fonctionner en mode automatique, et envoyer ainsi le résultat de ses quatre mesures toutes les secondes, ou en mode commandé, auquel cas il envoie le résultat de ses quatre mesures sous contrôle d’un signal logique externe. C’est dans ce dernier mode que nous l’utiliserons ici.

Sa consommation étant extrêmement faible, il est possible de l’alimenter à partir des signaux inutilisés du port série RS 232, sous réserve bien sûr de ne pas gâcher le peu d’énergie disponible dans des circuits externes associés trop gourmands.

Ce circuit, aisément disponible en France, coûte moins de 18 euros ce qui en fait un candidat de choix pour cette réalisation dont nous allons découvrir le schéma sans plus tarder.Si vous voulez en savoir plus à propos du MIC 640 ; sa fiche technique complète, intégralement en français, est disponible en téléchargement en cliquant sur ce lien.

Schéma du module d’acquisition

Le cœur du module est évidemment le MIC 640, repéré IC1 sur la figure ci-dessous. Il est directement relié à l’entrée série RS 232 du PC via la résistance de limitation de courant R1.

Son entrée appelée CTRL permet de définir son mode de fonctionnement. Laissée à la masse, elle lui fait réaliser automatiquement une conversion de chaque entrée par seconde alors que, si on la ramène au niveau haut comme c’est le cas ici, elle déclenche une conversion de chaque entrée lors de chaque mise à la masse.

Ces mises à la masse ont lieu grâce au transistor T1 commandé par la sortie de données série TXD de l’interface RS 232, via la diode D4. Cette même sortie sert, grâce à la diode D3 cette fois et au condensateur C3, à fabriquer la tension d’alimentation négative de l’étage d’entrée que nous découvrirons dans un instant.

Schéma du module

Les lignes de contrôle DTR et RTS de l’interface série fournissent quant à elles l’alimentation positive via les diodes D1 et D2. Cette tension, non régulée, sert à l’alimentation positive de l’étage d’entrée. Par contre, elle est régulée à 5 volts grâce à IC2 de façon à alimenter sous une tension très stable le MIC 640.

Comme le courant ainsi disponible, tant pour l’alimentation positive que pour l’alimentation négative, est tout de même faible (10 mA maximum), il m'a fallu choisir judicieusement les composants utilisés et ceux-ci ne devront être remplacés sous aucun prétexte. IC2 est en effet un régulateur 5 volts 3 pattes très faible consommation : en l’occurrence un LM 2936 Z5 qui n’absorbe que 500 µA. Pour information, son « équivalent » le 78L05 consomme 3 mA dans la même situation !

L’étage d’entrée quant à lui est réalisé au moyen de quatre amplificateurs opérationnels à transistors à effet de champ montés en suiveurs de tension. Cela confère ainsi à ce module une impédance d’entrée supérieure à 100 MW . Ces quatre amplificateurs sont regroupés dans un seul boîtier, référencé LF 444 chez National Semiconducteur, dont la consommation totale ne dépasse pas 800 µA pour les quatre amplificateurs ! Ici aussi, pas question de mettre par exemple un TL 084 qui fait figure de vorace avec ses 5,6 mA !

Cet étage d’entrée est protégé des tensions excessives au moyen des résistances R7 à R10 et des diodes D6 à D13. Si vous le faites précéder de divers étages de conversion grandeurs physiques / tension, vous pouvez éventuellement vous passer des diodes de protection qui dégradent quelque peu la très haute impédance d’entrée du LF 444 en raison de leur courant de fuite. Il n’est en effet que de 50 pA maximum pour les entrées du LF 444 alors qu’une diode, même faibles fuites, laisse passer facilement 1 nA soit 20 fois plus !

Pour découvrir la réalisation de ce montage :
Cliquez sur ce bouton ->
Réalisation

 

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