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Electronique

Platine de détection de vent

Un dispositif automatique protège un store contre l'intensité du vent ambiant. Il permet la définition d'un seuil à partir duquel la vitesse du vent est supposée dangereuse pour la structure du store (la toile ainsi que les bras...). Ce dispositif doit être capable de présenter un réglage de ce seuil sur une plage de vitesse de vent allant de 20km/h à 50 km/h.


image d'un capteur éolien... Voiçi le premier module de cette application, qui en comportera au minimum trois, un pour chaque élément (vent, pluie, soleil). Il s'agit içi d'un convertisseur Fréquence/Tension, qui permet de transformer l'information de vitesse en provenance du capteur éolien en une tension proportionnelle à ... cette vitesse, justement ! Cette information est directement proportionnelle à la vitesse du vent.
schema eole Le capteur est du type moulinet à 3 coupelles (ou godets) en étoile. Il permet une mesure fiable quelle que soit la vitesse du vent. La conversion en un signal électrique se fait par des contacts de type ILS (2 impulsions/tour). La rotation du moulinet entraine deux aimants permanents qui modifient l'état de l'ILS. En cliquant sur ce lien, vous pourrez voir une vue éclatée en couleur de tous ses éléments constitutifs.

 

 

 

Détail de fonctionnement :

Le capteur qui possède déjà en interne une résistance série de 1KΩ est alimenté au travers d'une résistance de 1,5KΩ (R202) servant à sa polarisation. Ainsi, lors de la rotation de l'anémomètre, la valeur résultante de sortie est de quasiment Valim/2, soit environ 2,5V crête. Ce signal est de forme rectangulaire (son rapport cyclique idéal serait de 50%, mais ce n'est pas tout à fait vrai, du fait probablement de la disparité magnétique fournie par les 2 aimants... vérifié à l'oscillo, j'obtiens 57,66%...).
La cellule composée de la diode D202 et des résistances R203/204 constitue un adaptateur en tension. La seconde cellule, composée de la résistance R205, du condensateur C203 et de la porte logique IC202A constitue un montage intégrateur (filtre passe-bas). C204 et R206 constituent un montage dérivateur (filtre passe-haut). Les montages dérivateurs sont généralement utilisés comme commande de déclenchement d'une bascule monostable. A l'aide de ce filtre, nous allons pouvoir détecter les impulsions sur front montant, et les mettre en forme grâce à un trigger de Schmitt (IC202B). Ceci permet d'obtenir un signal parfaitement stable. Un circuit oscillateur composé d'un NE555 (câblé en circuit monostable) et d'un circuit RC (P201+R207+C206) délivre un signal de type impulsionnel dont la durée à l'état haut dépend du réglage de P201, pour chaque implusion en provenance de IC202B. En fin de compte, la sortie du monostable ne délivrera une impulsion que lorsqu'il y aura un signal présent à son entrée. Le potentiomètre P201 permet donc de sélectionner une fenêtre de travail. C'est tout le but recherché içi. Ce signal sera ensuite convertit en une tension, tension directement proportionnelle à la fréquence de ce qui sort du NE555. Cette tension sera ensuite appliquée à un amplificateur opérationnel (LM741), dont le seuil est ajustable grâce à P202+R209+R210. Une résistance de 1,8MΩ permet d'obtenir un gain afin d'amplifier le signal résultant. Une nouvelle mise en forme grâce à IC202C, puis attaque d'un transistor BC547 (T1) au travers d'une résistance de 10KΩ (R213), R212 et R214 servant de polarisation à sa base. La sortie s'effectue sur le collecteur via R215 et sa diode électroluminescente de signalisation.
Dans cette configuration, on obtient sur la broche (1) de K203 un état haut (+5V) au repos, et un état bas (0V) lorsque la vitesse du vent dépasse le seuil fixé par P201.

Alimentation :

L'alimentation de l'ensemble se fait au travers du régulateur de tension IC201 pour le 5V, le 12V provenant d'un circuit d'alimentation commun à tous les modules. Pour des raisons de rendement et par-delà d'économie d'énergie, j'ai en effet opté pour un bloc d' alimentation de type SMPS (alimention à découpage). Ce type d'alimentation fonctionne avec un rendement de plus de 80%, affiche un minimum de pertes et d'échauffement, et offre une protection contre les surtensions, tout ceci grâce à des composants très performants. De plus, leur plage de fonctionnement est large (de 85 à 264V environ, et à une fréquence de 47-63Hz), ce qui autorise une utilisation sous toutes les latitudes !

Modification [Edit du 27/09/2013] :

Avec mes déboires de parasites dont je n'arrivais pas à trouver la provenance, une idée m'est soudain apparue !
J'ai regardé de plus près le datasheet du circuit intégré HEF40106BP, et je me suis aperçu que sa tension d'alimentation pouvait aller de +3V à +15V... j'ai donc modifié ma carte pour que IC202 soit alimenté en +12V, et surprise... plus de parasite du tout !
En fait, sur mon schéma il est fait mention d'un CD40106, la version CMOS du HEF40106BP, et qui lui est alimenté en +5V, d'où mon problème !
Le plus simple est donc de supprimer le régulateur 7805, et de tout passer en +12V, moyennant très peu de modifications...
Il vous faudra dans ce cas modifier la valeur de R202 (1,5K) en la passant à 3,9K, couper la piste d'alimentation (pin 14) de IC202 à l'aide d'un simple cutter, et de relier cette broche directement au +12V. Par contre, en procédant ainsi, la Led verte ne s'allumera plus, puisqu'elle est alimentée par la différence de potentiel entre le +12V et le +5V !
La Led consommant environ 10mA, remplacez R201 (680 ohm) par une résistance de 470 ohm, et reliez l'ensemble série Led + résistance entre le +12V et la masse.
C'est tout, maintenant, le montage fonctionne uniquement avec une alimentation de +12V, vous économiserez ainsi quelques euros tout en gardant la même platine, si vous l'avez déjà gravée...

Schéma de principe :

image du schéma de principe du module

Réalisation :

L'assemblage de la platine n'appelle aucune remarque particulière, si ce n'est qu'il faut mieux commencer par souder les vias remplaçant les trous métallisés (utiliser pour ce faire des morceaux de pattes de résistances, par exemple...). Soudez ensuite les supports tulipes (ou lyre selon votre choix, mais il est déconseillé de souder directement les circuits intégrés, car il est plus aisé de débrocher que de dessouder le composant lors d'une panne !).

Vous avez fini ? Bravo ! Maintenant, déposez tous les circuits intégrés, il ne doît rester comme composants actifs que le régulateur 5V et le transistor.
Armez-vous d'un voltmètre, et branchez le +12V à la broche 3 du connecteur K201 (c'est l'entrée du fusible). Dès lors que c'est fait, la Led verte doît s'illuminer (si ce n'est le cas, débranchez immédiatement, et vérifier vos branchements, la polarité de l'alimentation, l'absence de court-circuits, etc...).

Testez sur les supports de CI la présence du +5V et/ou +12V sur les pattes d'alimentation, à savoir :

Tableau des alimentations des semi-conducteurs
  IC202 IC203 IC203
+5V pin 14    
+12V   pin 4 pin 8
GND pin 7 pin 1  


Si vous n'obtenez pas ce résultat, c'est qu'il y a un problème sur le circuit imprimé lui-même... ce sera à revoir !
Vérifiez hors tension à l'aide d'un ohmmètre la continuité des masses. On est jamais à l'abris d'une micro-coupure, due peut-être à une trop longue exposition dans le perchlorure de fer...

Tout ceci est absolument nécessaire avant de procéder à la mise sous tension définitive !
Vous voiçi arrivé au terme de cette épreuve, le prochain épisode sera la mise au point...

Photos du module :

photo de la platine vue côté composants...photo de la platine vue côté soudures...
Il s'agit içi d'un prototype sur lequel j'ai déjà apporté de petite modifications...

Liens :

Les liens çi-dessous vous permettront de télécharger le schéma et les typons au format PDF (échelle 1:00)

Note : Les numéros de version peuvent différer entre le schéma de principe et les typons, et n'ont pas nécessairement de relation entre eux. Les fichiers que j'ai placé sur mon site sont effectivement les versions les plus abouties.
link.gifLien vers le site de fabrication de circuits imprimés que j'ai utilisé
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