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Après une présentation sur le matériel Arduino, suivie d’une activité pratique, voici le temps de
connecter notre petit matériel vers l’extérieur et de commencer à faire des mesures dans le
monde analogique: ce n’est pas toujours facile !
Table des matières
1) Le convertisseur analogique / digital (A/D)
2) Les recommandations de câblage
3) Les différents amplificateurs isolés galvaniquement
4) La mesure de courant
5) Les jauges de contraintes
6) Les capteurs reliés directement à un bus de données

1) Le convertisseur analogique digital (A/D)
Quelques paramètres:
a. La plage de mesures.
Il y a des convertisseurs qui fonctionnent dans une plage de:
0-5V -> Adapté à l’alimentation du microcontrôleur
0-10V -> Un meilleur rapport signal / bruit
-10V / + 10V -> Bipolaire.
Ratio métrique -> On fournit au convertisseur la mesure de la tension de
référence aux bornes du capteur, cette tension peut varier légèrement (compensation
des chutes de tension dans les câbles, etc.)
b. La vitesse de conversion
Il existe des convertisseurs très rapides, d’autres très précis, c’est toujours un
compromis entre vitesse, résolution et …. prix !
c. Le « sample and hold »
Quelques fois, on doit mesurer un signal à un instant très précis. Le convertisseur est
incapable de convertir la tension à cet instant précis. De plus, la commande software ne
connaît pas forcément cet instant.
On va donc prendre un échantillon à cet instant précis, mémoriser de manière
analogique la valeur.
On aura ainsi le temps d’effectuer une conversion précise “off line”
Cas particulier le « peak and hold »: c’est la mémorisation de la valeur maximum. Du
point de vue électronique, c’est tout un art !
d. La résolution.
Supposons que je veuille construire un pèse-personne.
Échelle de mesure 0-> 100 Kg, résolution 0,1 Kg. On prendra une résolution 20 fois
meilleure que la précision que l’on veut afficher soit 100/20 = 5 grammes !
Nombre d’échantillons: 100 Kg / 0,005 = 20000 échantillons -> 15 bits minimum, on est
loin de l’Arduino de base…

Quelques technologies utilisées:
A. Le convertisseur à double rampe en 3 étapes
Ce fut la première technologie vraiment efficace. Aujourd’hui, cette technologie est
remplacée par le delta sigma.
1) On charge une capacité avec un courant proportionnel au signal à convertir pendant un
temps fixe (le temps du comptage complet du compteur) ;
2) On décharge ensuite la capacité, avec un courant constant issu de la tension de
référence, jusqu'à annulation de la tension à ses bornes. Lorsque la tension devient
nulle, la valeur du compteur est le résultat de la conversion ;
3) On annule enfin la tension aux bornes de la capacité par une série convergente de
charges et de décharges (l'objectif étant de décharger totalement la capacité pour ne
pas fausser la mesure suivante). On parle en général de phase de relaxation.

B. Le convertisseur flash
Cette technologie est utilisée dans le cas où l’on a besoin de rapidité, par exemple vidéo,
oscilloscope numérique, etc.. C’est diablement rapide, mais… onéreux.

C. Le convertisseur delta sigma
C’est aujourd’hui une des technologies les plus utilisées pour des conversions précises dans le
cas où le besoin en bande passante est faible. On trouve couramment des convertisseurs avec
une résolution de 24 bits pour quelques dollars. Attention, un convertisseur de 24 bits de
résolution ne signifie pas 24 bits de précision. Rappel: pour un convertisseur de 24 bits avec
une échelle de 5 V, le LSB vaut: 0.0000003 V soit 0,3 micro volt !
En effet, il y a plusieurs facteurs qui entachent la précision, notamment:
● Le bruit du signal analogique
● Le bruit de quantification
● Le convertisseur n’est pas forcément monotone.
● La référence de tension n’est pas parfaite (bruit, etc)
● La ronflette…
.
D. Le convertisseur utilisé dans l’Arduino.
Le microcontrôleur de l’Arduino contient déjà un convertisseur analogique digital.
Ce convertisseur est bien pratique pour des petits montages. Dans d’autres cas, il devra être
remplacé par un composant plus performant.
C’est un convertisseur basé sur l'approximation successive. La notice technique nous apprend
que le temps de conversion est de 13 à 260 us pour une précision de 10 bits.
Comme dans la majorité des convertisseurs analogiques digitaux, la fin de la conversion peut
générer une interruption sur le microcontrôleur.
Remarque: l’utilisation de nombres flottants impose le chargement d’une librairie
supplémentaire, consomme beaucoup de mémoire et de CPU !