Le Conditionnement des Signaux de la Sonde PRT100
Dans notre application, comme illustré ci-dessous, les signaux du thermomètre à résistance en
platine sont mis en forme par le module de contrôle en un signal analogique 0 - 24V. Ces signaux sont alors
affichés sur les LED des afficheurs et également convertis numériquement pour être interprétés par le PC.
Figure 1 : Schéma de conditionnement de Capteur Ptr100
Capteur de Température :
- Une description complète du thermomètre à résistance en platine est donnée au chapitre Le fonctionnement de
ce thermomètre réside en la simple mais hautement précise et répétitive propriété du de variation de la
résistance du platine qui est fonction de la T°
-Une sonde Pt100 est un type de capteurs de température aussi appelé RTD (détecteur de température à
résistance) qui est fabriqué à partir de platine. L'élément Pt100 a une résistance RTD = 100 ohms à 0 °C, et il est
de loin le capteur Pt100 le plus utilisé.
Figure 2 : Capteur PRT100
-Le Bruit de Mesure
-Comme vous voyez que le capteur est comme une antenne, en conséquence, il va commencer a capté le bruit et
se mélanger avec la tension, alors pour éviter ce problème, nous allons mettre un condensateur de grande valeur
(100uF) connecté parallèlement avec le capteur, le condensateur joue le rôle d’un filtre passe-bas, et il va
éliminer presque tout le bruit.
-Ce capteur peut mesurer une température entre 0 °C et 100 0 °C. nous allons voir plusieurs détails dans la
partie du conditionnement.
-Etendue de Mesure de ce Capteur :
𝐸𝑚 = {0 − 100°}
-La T° est mesurée grâce à la modification de la résistance, donc la longueur des câbles a une
importance dans les caractéristiques du capteur. Sur l’API S7-300C, un système trois fils est utilisé, le
troisième câble étant le compensateur de la longueur du fil et les variations de la température
ambiante. Des systèmes quatre fils existent mais ne sont nécessaires que pour les mesures de très
haute précision
La mise à l’échelle :
- Les composants de conditionnement sont des ponts actifs qui linéarisent la réponse du PRT et augmente la
valeur de la T° mesurée. La sortie une fois mise en forme est de 50mV/C,
0 degrés→ 0V en sortie
50 degrés→ 12V en sortie
100 degrés →24V en sortie
La variation de signal de sortie :
𝑆𝑉 =
12 𝑉
= 𝟎. 𝟐𝟒 𝑽/𝒄
50 𝐶
-Notre signal de sortie conditionnée de La sonde Ptr-100 est proportionnelle à la variation de température Par la
pente 0.24 V/C
Température
PT100
Tension de sortie
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
2,4
4,8
7,2
9,6
12
24 Vdc
0,24 V/c
14,4
16,8
19,2
21,6
24
Tension VDC
La mise à l'échelle
L'evolution de signal de sortie en fonction de T
30
24
25
21,6
19,2
Vout
20
16,8
14,4
15
12
9,6
10
7,2
4,8
5
2,4
0
0
0
20
40
60
Temperature
80
100
120
Conditionnement :
- Chaque « conditionneur » de signal a un réglage initial à zéro et un léger gain. Ceux-ci ont été préréglés en
usine et en fonctionnement normal de sorte à ne nécessiter AUCUN réglage supplémentaire. Cependant s’il
apparaît que les valeurs des afficheurs sont inexactes, se référer à l’annexe 3 pour ré étalonner les composants.
-Ces circuits fonctionnent à partir d’une alimentation [24 Vdc-0 Vdc} délivrée par le circuit d’alimentation de
L’API S7-300C
Les signaux de température
-Les signaux du capteur PR-t sont conditionnés pour donner une sortie de 50mv/'C avec un zéro réglable et un
gain aisé. Conformément +0.1C, précision +0.1% rdg, stabilité 0.03'C/'C. Alors 50 mV/C .
-Le conditionnement des signaux de Température PRT-100 :
Figure 3 : RTD-PT100 ISIS
- Pour le choix de la résistance R1, il faut choisir une valeur grande, pour éviter l’auto-échauffement, nous
avons choisi R1 = 1K𝛺.
-Alors, à T = 0°C, RTD = 100 𝛺, et d’après le diviseur de tension :
𝑉𝑂𝑢𝑡 =
𝑉𝑐𝑐 . 𝑅𝑡𝑑
24.100
=
= 2.18 𝑣
𝑅1 + 𝑅𝑡𝑑 100 + 1000
Figure 4 : Tableau des Resistance Pt100 en fonction de température
Et d’après la datasheet du capteur : 𝑅𝑡𝑑 = 119.10 Ω à une température 𝑇 = 100℃
𝑉𝑂𝑢𝑡 =
𝑉𝑐𝑐 . 𝑅𝑡𝑑
24.138,51
=
= 2.55 𝑣
𝑅1 + 𝑅𝑡𝑑 138,51 + 1000
-Donc la plage de variation du signal de sortie [2.18 V ; 2.55 V].
-La variation de signal de sortie en fonction de température :
𝑑𝑉 2.55 − 2.18
=
= 3.7 𝑚𝑉/℃
𝑑𝑇
100 − 0
Montage Adaptateur de l’impédance :
- Alors, maintenant il faut qu’on ajoute un montage suiveur car, la circulation d'un courant provoquerait une
réduction de la tension perçue par l'amplificateur. Le montage suiveur contourne ce problème, ce qui lui vaut
aussi le nom d'adaptateur d'impédance.
Figure 4 : Montage AOP Suiveur
- Vout = 2.55 V pour T = 0°C, nous allons rendre Vout = 0 V pour T = 0°C, c’est pour cette raison, nous avons
utilisé un montage soustracteur, pour rendre la réponse du système 0V à 0°C. la différence de la tension de
sortie 3.7 𝑚𝑉/℃ .
𝑑𝑉 = 2.55 − 2.18 = 0.37 𝑉
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 2.18 𝑉 → 𝟎 𝑽 à 𝑇 = 0℃
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 2.55 𝑉 → 𝟐𝟒 𝑽 à 𝑇 = 100℃
Figure 5 : schéma de mise en forme de Signal Température
Figure 6: L’allure de variation de Température
24
Convertisseur ADC égale 10bit, la résolution égale :210=23,4375 mV
-le total nombre de division =
0.37
0.023
0,2255 = 47. 150 = 3,25°C, cela signifie que la température la plus bas
qu’on peut mesurer = 3,25°C, il faut donc augmenter la marge de signal de sortie. Nous avons choisi
d’augmenté le signal de sortie de 0,2255 jusqu’à 1V. La relation entre la tension de sortie et la variation de la
résistance et linéaire Y=mX+C, d’après la datasheet, à T = 30°C, Vt1 = 0.09V et RT1 = 111,2 Ohm et à T =
150°C, Vt2 = 1 V et RT2 = 160 Ohm.
Acquisition des données :
La conversion Analogique/Numérique :
La conversion A\D est réalisé avec le convertisseur du microcontrôleur PIC18F4550 de
Microchip. Il contient 13 entrées analogique de 10 bits, avec un temps de conversion maximal
de 0.8 μs par bits, avec la configuration automatique du temps d’acquisition ; qu’il faut le
déterminer juste dès la première conversion.
Le temps d’échantillonnage du convertisseur :
Avant de lancer la conversion le ADC doit attendre un temps d’acquisition :
����=����+��+�����
Avec : ���� : le temps d’établissement d’amplificateur.
�� : le temps de charge du condensateur.
����� : coefficient de température. �����=(����−25°)(0.02μ�°�)⁄ .
Le convertisseur A\D dans le PIC18F4450 dispose d’un condensateur de maintien avec une
capacité de 25 pF qu’il faut le charger complétement avant de lancer la conversion. Le temps
de charge du condensateur dépend à la résistance de la source et la résistance de l’interrupteur
échantillonneur ; qu’il dépend elle-même a la valeur de la tension de référence du convertisseur.
Le temps de charge du condensateur : ��=−(�����)(���+���+��)��(12048⁄)
��=1.05μ� Pour une tension de référence 24.
Avec : ��� : La résistance de l’interrupteur.
����� : La capacité du condensateur.
�� : La résistance de la source à convertir.
��� : la résistance d’interconnexion entre la source est l’interrupteur.
Si la température du fonctionnement est 25° donc �����=0. Donc ����=1.25 μ�
Il y a un autre paramètre qui entre en jeux dans la détermination du temp d’échantillonnage,
c’est le temps de conversion d’un bit ou bien le ���. Il dépend de la fréquence de l’horloge
du CPU, à condition de ne pas passer 0.8 μs, pour cette raison le constructeur fournis différent
valeur de prescaler (2, 4, 8, 16, 32, 64). Dans notre cas et avec l’utilisation d’une horloge de 48MHz
le ���=6448=1.33 μ�. La conversion se fait comme le montre la figure extrait du document
constructeur.
-Avec 4 cycles de ���� et 12 cycles de ��� le temp d’échantillonnage est donc : ��≈21μ�
��≈47.6 ���
Le nombre de cycle de ���� est configurable avec une valeur minimale de 2 cycles, ce nombre
choisi est valable pour le premier échantillon, la suite de la conversion se fait automatiquement,
si le mode automatique a été choix
Capteur de Débit :
Le débit du liquide dans les canalisations est mesuré au moyen d’un débitmètre de type
«codeur». Le liquide, en se déplaçant dans le capteur, fait tourner une hélice équipée de six
pales. Montés de chaque côté des pales, se trouvent des diodes infra rouges de type barrière,
produisant une impulsion à chaque fois que la barrière est coupée. Ainsi, six impulsions
correspondent à un tour de l’hélice, et nous récupérons donc une fréquence de signal en sortie,
qui est proportionnelle au flux du liquide.
-L’échelle maximum est environ de 570Hz (impulsions/sec) qui est convertie en tension par le
circuit d’interface (se référer au chapitre 4.4.3). Cette tension est utilisée pour afficher le débit
sur l’afficheur à LED et est également numériquement convertie pour être interprétée par le
automate Siemens S7-300C.
Le conditionnement des signaux de débit mètre :
-le nombre des impulsions est proportionnelles au débit de l’eau par les caractéristiques
suivantes :
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
Tachymètre fréquence / tension basé sur LM2917N
Principe de circuit :
Le circuit est basé sur un tachymètre IC classique LM2917. Le train d’impulsion est
échantillonné sur
la broche 1, le seuil du trigger de Schmitt trigger évite les interférences incongrues issue de la
pompe et convertit l’entrée analogique en impulsions numériques. Pour chaque impulsion du
trigger de Schmitt, le courant de charge de la pompe entre et sort de C1. R1 modifie ce
courant en une tension image, C2 devenant une légère capacité. La tension image est injectée
dans l’entrée non inversée de l’AOP, qui est réglé comme étant un émetteur. Ainsi, le but de
l’AOP est de commander la sortie du transistor TR1, et ainsi la tension appliquée à l’entrée
non inversée est suivie par la tension de l’émetteur (Ve). La tension de sortie depuis le
conditionneur peut varier en modifiant le gain. Le potentiomètre de variation du gain
commande la gâchette de TR2, plus le gain est élevé et plus la tension de seuil est élevée et
plus le courant depuis le collecteur vers l’émetteur est important. Ainsi, une plus grande chute
de tension est produite à travers R2, celle-ci étant la tension de sortie.
Le contrôle de circuit
Un moyen simple de mesurer le régime est de convertir la fréquence d'un capteur relié au
moteur en une tension proportionnelle. Le convertisseur fréquence-tension LM2917N est
conçu exactement pour ce travail. Le CI est disponible en 2 versions, 8 broches (LM2917N-8)
et 14 broches (LM2917N). Les deux ont un régulateur de tension intégré, donc si aucune autre
puce n'est requise, vous n'avez pas besoin d'un 7805.
-Le circuit minimal montré en premier sur cette page donne une sortie d'environ 1 volt par
entrée à 66 Hz. L'entrée doit être CA et non une entrée CC pulsée. Ce circuit est basé sur la
version 8 broches.
-Vout = Vcc x Fin x R1 x C2: où Fin = fréquence d'entrée en hertz, R1 = résistance connectée
à la broche 3, C2 = capacité connectée à la broche 2, et Vcc n'est pas de 12, mais de 7,5 volts
(à partir du régulateur).
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
-L’objective de circuit est de fournir la tension de sortie 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑓(𝐹𝑖𝑛 ) ,la fréquence des
impulsions fournie par la roue codeur traversée par la barrière infra-rouge va être convertie en
signal électrique qui va par la suite convertie en signal numérique par le convertisseur
Analogique numérique.
-Le conditionnement de signal par une tachymètres IC LM2917N permet de régler une sortie
continue adapter à l’entrée de l’automate SEIMENS S7-300c.
La mise à l’échelle :
-l’entrée en fréquence :
𝐹 ∈ (0,570 𝐻𝑧)
𝑉𝑂𝑢𝑡 ∈ (0,24 𝑉𝑑𝑐)
La carte de conditionnement de débitmètre :
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
La circuit PCB de la carte de conditionnement :
Les caractéristiques techniques de LM 2917N :
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
Le système d’acquisition des données :
3-2 ) Convertisseurs intégrés : exemple de ADC 0808
Description générale :
les composants ADC0808 et ADC0809 sont des circuits monolithiques CMOS d'acquisition de
données, comprenant un Convertisseur Analogique Numérique de 8 bits, un Multiplexeur de 8
voies et un circuit logique de contrôle compatible multiprocesseurs.
La technique de CAN utilisée est celle des approximations successives mettant en œuvre, outre
la logique de contrôle, un réseau R//2R de résistances, un réseau de commutateurs analogiques
(Switch) ainsi qu'un comparateur.
Le multiplexeur 8 voies permet d'accéder à une quelconque entrée analogique parmi 8, selon le
code binaire des adresses de poids faible 'A2 Al A0' = 'C B A' présenté à l'entrée du décodeur
d'adresses interne au composant. Le code des adresses est verrouillé sur une impulsion au niveau
haut appliquée sur 1'entrée ALE (Broche 22).
L'interfaçage avec un microprocesseur est facilité par le décodage latché des adresses et les
sorties 3 états compatible TTL.
La configuration interne au circuit élimine le besoin d'un réglage de zéro et de pleine échelle.
Valeurs limites :
- Tension d'alimentation VCCMax = 6,5V;
-Tension sur chaque broche, exceptées celles de contrôle: de - 0,3V à VCC +
0,3V;
-Tension des entrées de contrôle (START; 0E; CLOCK; ALE; ADDA;
ADDB; ADDC) : de -3V à +15V ;
-Puissance dissipée: 875 mW;
-Fréquence d horloge: 10 Khz < FCLK <1280 Khz.
Caractéristiques :
1) Tension d'alimentation VCCMax = 5V;
2) Résolution: 8bits ;
3) Faible consommation : 15mW ;
4) Durée d'un cycle de conversion : 100µs ;
5) Plage de température de fonctionnement :de - 40°C à +85°C ou de -55°C à +125°C ;
6) Erreur totale sans ajustement :
+/-1 LSB pour le circuit ADC 0809 ;
+/-1/2 LSB pour le circuit ADC 0808.
Rôle des broches :
-START : impulsion positive donnant l'ordre du début de Conversion Analogique Numérique ;
-ALE (Adress Latch Enable) : entrée de validation des adresses active sur un niveau haut de
tension ;
-EOC (End Of Conversion) : front montant signifiant la fin d'un cycle de Conversion
Analogique Numérique ;
-0E (Output Enable) : signal de validation du résultat de la CAN. un niveau " haut" de tension
appliqué sur cette broche (Br 9) amène le C.A.N. à déposer sur le bus de données le résultat
numérique N = [D7 ; D6 ; Dl; D0] de la C.A.N;
-un niveau "bas" de tension sur la broche 0E' force les sorties du C.A N. à l'état dit de
"Haute Impédance" (H.I).
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
Synoptique du composant ADC 0808 :
Sélection des entrées analogiques :
Entrée
analogique
sélectionnée
C
B
A
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
-Le code numérique 'N' de sortie pour une quelconque valeur de la tension d'entrée VIN s'obtient par :
-Le convertisseur analogique numérique utilisée pour la conversion est ADC0809 :
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
Le Quantum :
-Expression du quantum, pour un convertisseur dont les fils de sortie sont au nombre de 8, et
une tension de référence de 15v on a :
𝑞=
15
= 0.058
28
-Le processus de conversion prend 8 périodes d’horloge, et donc le temps de conversion
dépend de la vitesse de l’horloge. Celle-ci a été préréglée d’usine à 500KHz pour un
fonctionnement optimum du système et n’a besoin d’aucun réglage. Cependant, si des
problèmes de conversion se produisent :
Les entrées de multiplexeurs :
Le schéma de convertisseur ADC0809 est :
Projet Stage
ENSET-M: SEER3
