PB200 TP2 2nde capteur Temperature Fiche ELEVE VF (1)

FICHEÉLÈVE
Auteur:PatriceBUFFET,Professeur‐FormateurPhysique‐Chimie1/6
TPn°2UTILISATIOND’UNDISPOSITIFAVECMICROCONTROLEURETCAPTEUR
‐REALISATIOND’UNEALARMEAINCENDIE‐
Objectif: Utiliserundispositifavecmicrocontrôleuretcapteurdetempératurepourréaliserunealarmeà
incendie.
Capacitésexigibles(2nde):
Mesurerunegrandeurphysiqueàl’aided’uncapteurélectriquerésistif. 
Produireetutiliserunecourbed’étalonnagereliantlarésistanced’unsystèmeavec
unegrandeurd’intérêt(température,etc.).
Utiliserundispositifavecmicrocontrôleuretcapteur.
PartiesE
PartieA
PartiesB,C,D
Principedefonctionnementdel’alarmeàincendie:
Silatempératureducapteurestsupérieureà35°Calorsdessignauxsonoreetlumineuxsontémisparle
dispositifpouralerterdudanger(cettetempératurededéclenchementdel’alarmeestmodifiable).
PartieA:Lecapteurdetempérature(thermistanceCTN)etsacourbed’étalonnage.  APP‐REA
Unethermistanceestuncapteurdetempératurequisecomportecommeunerésistancedontla
valeurdépenddelatempérature:onl’appellepourcetteraisonunethermistance(préfixe
«thermi»pourthermique;suffixe«istance»pourrésistance).
L’objectifdelapartieAestdetracerlacourbed’étalonnagedecettethermistance10KCTN.
Pourcela,ilfautmesureravecunOhmmètrelarésistanceRth(1)dececapteurpourdifférentes
températuresTdumilieudanslequelilsetrouvepuis,ilfauttracerlegraphiqueRth=f(T)qui
montreladépendancedelarésistancedudipôleenfonctiondelatempérature.
(1) L’indicethsignifiethermistance.
Consigne:Aveclematérielmisàtadisposition,proposeetmetenplaceunprotocole
expérimentalafindeconstruireuntableaudevaleursquitepermettraensuitedetracerlacourbe
d’étalonnagedelathermistance.
Matériel:
Unbécher,del’eau,desglaçons,unthermomètrenumériquederéférence(précision±0,5°C),unballon,unchauffe
ballon,unepotence,unOhmmètre,lathermistance(aveclespattesgainées),2filsdeconnexion(+2pincescrocodiles)
pourl’Ohmmètre.
Schémadel’expérience:

FICHEÉLÈVE
Auteur:PatriceBUFFET,Professeur‐FormateurPhysique‐Chimie2/6
Tableaudesmesures:
températureT(en°C)0100
résistanceRth(enkΩ)
Courbed’étalonnagedelathermistance:
Surunefeuilledepapiermillimétré,tracelacourbed’étalonnageRth=f(T).
OubienaveclelangagedeprogrammationPYTHON,tracelacourbed’étalonnageRth=f(T)
CollezvotreprogrammePYTHONici
Collezvotrecourbed’étalonnageici

FICHEÉLÈVE
Auteur:PatriceBUFFET,Professeur‐FormateurPhysique‐Chimie3/6
PartieB:Lemicrocontrôleur,aucœurdudispositifdel’alarmeàincendieAPP‐REA
«Lescapteursécoutentlemondephysique.
Lesactionneursagissentdanslemondephysique.
Lesmicrocontrôleursécoutentlescapteursetparlentauxactionneurs.»
Source:lelivredeprojetsArduino
DansceTPn°2,vousallezutiliser
d’autrestypesdebroches,ils’agit
desentréesanalogiques,ilyena8,
numérotéesdeA0jusqu’àA7.
C’estsurcesbrochesquel’on
branchelescapteurs.
MicrocontrôleurArduinoTMtypeNano
DansleTPn°1,vousavezrepéré:
‐ lesbroches5VetGNDpour
alimentervotrecircuitavecdu+5V
parrapportàlamasse0V;
‐ lesbrochesnumériquesD2àD13
quienvoient,selonleprogramme
téléversé,unsignalHAUT(+5V)ou
BAS(0V)àdesactionneurs(DELou
buzzer)reliésàcesbroches.
Ilnefautpasbrancheruncapteurdirectemententrelabroche5VetlabrocheGND(0V)!Eneffet,selonlavaleurde
lagrandeurphysiquequ’ilmesure,lecapteurpeutavoirunerésistancetrèsfaible.L’intensitéducourantélectrique
quiletraversepeutdanscecasêtretrèsélevée,etvousrisquezdegrillerlemicrocontrôleur.Ceciexpliquequedans
ledispositifd’alarmeàincendie,onajouteunerésistance(R=10kΩ)ensérieaveclecapteurselonleschémasuivant:
Schémaélectriquedel’alarmeàincendieCircuitaveclamaquettePB200
RÉALISEZlecircuitélectriqueci‐dessus.
SivousutilisezlamaquettepédagogiquePB200(distribuéeparPIERRON),lesdeuxDELetlebuzzersontdéjàcâblés,
ilnevousrestedoncplusqu’àbrancherlathermistanceetlarésistanceR=10kΩenutilisantlaplaquemultitrous.
N’OUBLIEZPASlefildeconnexion(filjaunesurlamaquette)quirelielenœudAàlabrocheA1.
APPELEZLEPROFESSEURPOURVÉRIFIERVOTRECIRCUIT
CapteurdeT

FICHEÉLÈVE
Auteur:PatriceBUFFET,Professeur‐FormateurPhysique‐Chimie4/6
PartieC:ApplicationdesloisdelaphysiqueANA–RAIS‐REA
Schémaélectriquedel’alarmeàincendieSchémaélectriqueéquivalent,
seulelamaillecontenantlecapteurestreprésentée
Remarquetrèsimportante:LecourantélectriquenecirculepasdanslabrancheA‐A1.L’intensitéducourant
électriquequicirculedanslarésistanceR=10kΩestdonclamêmequecellequicirculedanslathermistance.
1) Lorsquelecapteurestàlatempératureambiante,mesurezlestensionsUR,UthetUGetvérifiezlaloidesmailles.
2) Àl’aidedelaloid’Ohmetdelaloid’unicitéducourantélectriquedansuncircuitensérie,établirlarelation
entrelatensionUthauxbornesdelathermistance,latensionURetlesdeuxvaleursdesrésistancesRthetR.
3) Àl’aidedelaloidesmailles,endéduirelarelationencadréeenrougesousleschémaélectrique.
APPELEZLEPROFESSEURPOURVÉRIFIERVOTRETRAVAIL

FICHEÉLÈVE
Auteur:PatriceBUFFET,Professeur‐FormateurPhysique‐Chimie5/6
PartieD:LeconvertisseurAnalogiqueNumériqueouCAN casoùUG=4,64VANA
Aveclacourbed’étalonnage(partieA),nousavonsvuquesinousconnaissonsRthalors,nouspouvonsendéduirela
températureT.
Lesloisdelaphysique(partieC)nousdonnentlarelationentreRthetUth.
LesgrandeursphysiquesRthetUthsontdoncdesimagesdelatempérature.Sinouspouvonsmesurerl’unedecesdeux
grandeurs,alorsnouspourronsendéduirelavaleurdelatempérature.
NousavonsvuquemesurerUthavecunvoltmètreesttrèssimple.Cependant,lemicrocontrôleurestcapablede
mesureretd’afficherrapidementcettetensionélectriqueUthentresamasseetsesentréesanalogiquesA0àA7.
Pourcela,lemicrocontrôleurmesureUthàintervalledetempsrégulier,bloquecettedonnée,l’exploite
éventuellement,puisrefaitunemesure,labloqueànouveau,l’exploiteéventuellementetc.àunefréquencetrès
rapideappeléefréquenced’échantillonnage:enphysique,cettefonctions’appelleunéchantillonneurbloqueur.
LatensionanalogiqueUth(signalcontinu)etainsiremplacéeparunetensionnumérisée(signaldiscontinu).
Uneautrecaractéristiqueimportanted’unmicrocontrôleurestlenombredebitsutilisépourcoderlesvaleursdes
tensionsmesurées.Lemicrocontrôleur(ATmega328Putiliséici)codel’amplitudedelatensionen«mots»de10bits.
Un«bit»(del’anglaisbinarydigit)estunchiffrebinaire(0ou1).
Avecunmotde2bits,onpeutécrire:00,01,10et11soit4valeurs.(4=22)
Avecunmotde3bits,onpeutécrire:000,001,010,011,100,101,110,111soit8valeurs.(8=23)etc.
Avecunmotde10bits,onpeutécrire210=1024valeurs.
EXPERIENCE:Alimentezvotremicrocontrôleuretmesurezavecunvoltmètrelatensionélectriqueentresaborne
notée«5V»etsamassenotée«GND».NotelavaleurmesuréeUG=Umax=…....Vc’estlatensionmaximaledu
microcontrôleur.
AvecunmicrocontrôleurArduinoTMdetypeNano,
LatensionminimaleUmin=0,00VsuruneentréeanalogiqueestcodéeparlenombreN=0
LatensionmaximaleUmax=4,64VsuruneentréeanalogiqueestcodéeparlenombreN=1023
IlyaunerelationdeproportionnalitéentrelatensionanalogiqueUetlavaleurnumériqueN
mesuréeparlemicrocontrôleurauniveaudesentréesanalogiques.
Parexemples:
 Silatensionmesuréeauniveaudel’entréeanalogiqueA1vautU=3,00Valors,le
nombreNcorrespondantàcettetensionestN=1023*3,00/4,64=661.
 Silavaleurnumériquelueparlemicrocontrôleurauniveaud’uneentrée
analogiqueestN=224,alorslavaleurdelatensionélectriquecorrespondanteest
U=4,64*224/1023=1,02V.