arduino partie 5

Photorésistance
[Arduino 5] Les capteurs et l’environnement autour
d’Arduino
Savoirprogrammerc’estbien,maiscréerdesapplicationsquiprennentencompteles
évènements de leur environnement, c’est mieux ! Cette partie va donc vous faire
découvrirlescapteurscourammentutilisésdanslessystèmesembarqués.Alorsoui,le
bouton poussoir et le potentiomètres peuvent, en quelque sorte, être définis comme
étantdescapteurs,maisvousallezvoirqu’ilenexistepleind’autres,chacunmesurant
unegrandeurphysiquedistincteetplusoumoinsutileselonl’applicationsouhaitée.
[Arduino501]Généralitéssurlescapteurs
Ce premier chapitre va vous présenter un peu ce que sont les capteurs, à quoi ils
servent, oùestce qu’on en trouve, etc. leur taille, leur forme et j’en passe. Je vais
simplement vous faire découvrir le monde des capteurs qui, vous allez le voir, est
merveilleux!
CapteuretTransducteur
Uncapteurestundispositifcapabledetransformerunegrandeurphysique(tellequela
température,lapression,lalumière,etc.)enuneautregrandeurphysiquemanipulable.
Onpeutd’ailleursprendredesexemples:unmicrophoneestuncapteurquipermetde
transformer une onde sonore en un signal électrique ; un autre capteur tel qu’une
photorésistancepermetdetransformerunsignallumineuxenrésistancevariableselon
sonintensité.
Pournous,utiliserunthermomètreàmercurerisqued’êtredifficileavecArduino,carce
capteur ne délivre pas d’information électrique ou de résistance qui varie. Il s’agit
seulement d’un niveau de liquide. Tandis qu’utiliser un microphone ou une
photorésistanceserabeaucoupplusfacile.Ondistinguedeuxtypesdecapteurs.
CapteursTransducteurspassifs
Ces capteurs ont pour objet de “transformer” ou plus exactement :
donner une image de la grandeur physique qu’ils mesurent par une
résistanceélectriquevariable(enfaitils’agitd’uneimpédance,mais
restonssimples).Parexemple,lepotentiomètredonneunerésistance
qui varie selon la position de son axe. Pour ce qui est de leur
utilisation,ilfaudranécessairementlesutiliseravecunmontagepour

Thermocouple
Détecteurinfrarouge
pouvoirlesutiliseravecArduino.Nousauronsl’occasiondevoirtoutcelaendétailplus
loin. Ainsi, il ne s’agit pas réellement de capteur, mais de transducteurs car nous
sommesobligésdedevoirutiliserunmontageadditionnelpourassureruneconversion
delagrandeurmesuréeenunsignalélectriqueexploitable.
Cesontprincipalementdestransducteursquenousallonsmettreenœuvredansle
cours. Puisqu’ils ont l’avantage de pouvoir fonctionner seul et donc cela vous
permettradevousexercerauniveauélectronique!
Capteursactifs
Cetteautrecatégoriedecapteurestunpeuspécialeetnerecenseque
trèspeudecapteursensonsein.Ils’agitdecapteurdontlagrandeur
physique ellemême mesurée va directement établir une relation
électriquedesortie.C’estàdirequ’ensortiedecetypedecapteur,ily
aura une grandeur électrique, sans adjonction de tension à ses
bornes. On peut direque la présence de la tension(ou différence de potentiel,plus
exactement)estgénéréeparlagrandeurphysique.Nousn’entreronspasdansledétail
decescapteursetresteronsdanscequiestabordableàvotreniveau.
Lesautrescapteurs
Enfait,iln’enexistepasréellementd’autres…
Ces“autrescapteurs”,dontjeparle,sontlescapteurs
oudétecteurstoutprêtsquel’onpeutacheterdansle
commerce, entre autres les détecteurs de
mouvementsoucapteurdedistance.Ilsnefontpas
partie des deux catégories précédemment citées,
puisqu’ils possèdent toute une électronique
d’adaptationqui vas’occuper d’adapterla grandeur
physiquemesuréeparlecapteuretagirenfonction.
Parexempleallumeruneampoulelorsqu’ildétecteunmouvement.Sachezcependant
qu’ilenexistebeaucoupd’autres!Cesontdoncbiendescapteursquiutilisentunou
destransducteurs.Onpourraenfabriquerégalement,nousseronsmêmeobligésafin
d’utiliserlestransducteursquejevaisvousfairedécouvrir.
Retenez donc bien la différence entre transducteur et capteur : un transducteur
permet de donner une image de la grandeur physique mesurée par une autre
grandeurphysique,maisildoitêtreadditionnéàunmontagepourêtreutilisé;un
capteurestnécessairementconstituéd’untransducteuretd’unmontagequiadapte
la grandeur physique donnée par le transducteur en une information facilement
manipulable.
Uncapteur,çacapte!
Un capteur, on l’a vu, est donc constitué d’un transducteur et d’une électronique
d’adaptation.Letransducteurvad’abordmesurerlagrandeurphysiqueàmesurer,par
exemple la luminosité. Il va donner une image de cette grandeur grâce à une autre

grandeur,danscecasunerésistanceélectriquevariable.Etl’électroniqued’adaptation
vasecharger,parexemple,de“transformer”cettegrandeurenunetensionélectrique
imagedelagrandeurmesurée.Attentioncependant,celaneveutpasdirequelasortie
sera toujours une tension variable. Ainsi, on pourrait par exemple plutôt avoir un
courant variable (et tension fixe), ou carrément un message via une liaison de
communication(voirsérieparexemple).Uncapteurplussimpleparexemplepourrait
simplement nous délivrer un niveau logique pour donner une information telle que
“obstacleprésent/absent”.
Agauchesetrouvelagrandeurphysiquemesurable.Ensortiedutransducteurc’est
une autre grandeur physique, manipulable cette fois. Et en sortie de l’électronique
d’adaptation,c’estl’informationquipeutêtresousformedesignalélectriqueoud’une
simpleimagedelagrandeurphysiquemesuréeparuneautregrandeurphysiquetelle
qu’unetensionélectriqueouuncourant.
Mesure,lerôledutransducteur
Gardonsnotreexempleavecuncapteur,pardon,transducteurquimesurelaluminosité.
LetransducteurquiopèreaveccettegrandeurestunephotorésistanceouLDR(Light
Depending Resistor). C’est une résistance photosensible, ou si vous préférez qui
réagitàlalumière.Larelationétablieparlaphotorésistanceentrelaluminositéetsa
résistance de sortie permet d’avoir une image de l’intensité lumineuse par une
résistanceélectriquequivarieseloncetteintensité.Voicisonsymboleélectriqueetune
petitephotod’identité:

Onadonc,ensortiedutransducteur,unerelationdutypeyenfonctiondex: .
Ils’agitsimplementdurapportentrelagrandeurphysiqued’entréeducapteuretsa
grandeurphysiquedesortie.Ici,lerapportentrelaluminositéetlarésistanceélectrique
desortie.Danslesdocstechniques,voustrouvereztoujourscerapportexprimésous
formegraphique(onappelleçaunecourbecaractéristique).Ici,nousavonsdoncla
résistanceenfonctiondelalumière:
L’intérêtd’adapter
Adapterpourquoifaire?Ehbienjepensedéjàavoirréponduàcettequestion,mais
reprenonslesexplicationsavecl’exemplecidessus.Laphotorésistancevafournirune
résistanceélectriquequifluctueselonlaluminositédefaçonquasiproportionnelle(en
faitcen’estpasréellementlecas,maisfaisonscommesi ).Ehbien,quevatonfaire
d’unetelle grandeur?Estcequenous pouvonsl’utiliseravec notrecarteArduino ?
y=f(x)

Directementcen’estpaspossible.Noussommesobligédel’adapterenunetension
quivarie de façon proportionnelle à cetterésistance,puisquenous nesommes pas
capable de mesurer une résistance directement. Ensuite nous pourrons simplement
utiliser la fonction analogRead() pour lire la valeur mesurée. Néanmoins, il faudra
certainementfairedescalculsdansleprogrammepourdonneruneréelleimagedela
luminosité.Etensuite,éventuellement,affichercettegrandeuroulatransmettreparla
liaisonsérie(oul’utiliserdelamanièrequivousfaitplaisir !).Denouveau,voicila
relationétablissantlerapportentrelesdeuxgrandeursphysiquesd’entréetdesortie
d’untransducteur:
Apartirdecetterelation,onvapouvoirgérerl’électroniqued’adaptationpourfaireen
sorted’établirunenouvellerelationquisoitégalementuneimagedelamesureréalisée
parlecapteur.C’estàdirequel’onvacréeruneimageproportionnelledelagrandeur
physiquedélivréeensortieducapteurparunenouvellegrandeurphysiquequisera,
cette foisci, bien mieux exploitable. En l’occurrence une tension dans notre cas. La
nouvellerelationseradustyleyprime(attention,ilnes’agitpasdeladérivéedeymais
deyimage)enfonctiondey:
Cequirevientàdirequeyprimeestlarelationdesortieducapteurenfonctiondela
grandeurdemesured’entré.Soit:
Concrètement,nousretrouvonscesformulesdanschaquepartieducapteur:
L’électroniqued’adaptation
Elleserapropreàchaquecapteur.Cependant,jel’aiénoncéaudébutdecechapitre,
nous utiliserons principalement des transducteurs qui ont en sortie une résistance
électrique variable. L’électronique d’adaptation sera donc quasiment la même pour
tous.Laseulechosequichangeracertainement,c’estleprogramme.Ouicarlacarte
Arduino fait partie intégrante du capteur puisque c’est avec elle que nous allons
“fabriquer” nos capteurs. Le programme sera donc différent pour chaque capteur,
d’autantplusqu’ilsn’ontpastouslesmêmesrelationsdesortie…vousl’aurezcompris,
onauradequois’amuser! Pourconcluresurl’intérieurducapteur,rentronsdansla
partieélectroniqued’adaptation.LacarteArduinofaisantpartiedecetteélectronique,
onvaavoirunschématelqueceluici:
y=f(x)
=g(y)
y
′
=g(y) = g(f(x))
y
′
y
′