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La numérisation des senseurs
La communication par câble

Bureau d'études - Electronique

Présentation Vers tête de chapitre



Il est toujours plus commode de transmettre une information numérique qu'une information analogique : câblage réduit, connecteurs plus petits et bien plus manipulables, pas d'altération de la mesure avec la connectique ou la longueur du câble, meilleure immunité au bruit électrique de l'environnement, pas d'interfaces analogiques spécifiques à acquérir. C'est pourquoi la numérisation des signaux à la sortie immédiate des senseurs présente toujours un indéniable avantage, et permet de plus grâce aux microcontrôleurs un traitement temps réel local et haute vitesse du signal qu'il serait souvent impensable de confier à un équipement informatique récupérant les signaux d'une multitude de capteurs.

Alors que la technique actuelle s'oriente de plus en plus vers la transmission sans fil de portée réduite, la transmission numérique par câble conserve des avantages certains dans tous les cas où le sans-fil n'est pas absolument indispensable : pas de criticité de la portée, pas de gène de la propagation par des écrans, pas de dissémination de sources chimiques d'alimentation, pas de gestion des remplacements des piles, pas de restriction d'alimentation pour des senseurs gourmands en énergie, meilleur cloisonnement des réseaux.

Dans le concept proposé par TECHNETEA, les signaux analogiques sont numérisés aux pieds des senseurs et les données numériques sont transmises par superposition du signal numérique au courant d'alimentation de la platine senseurs, ceci au travers d'un unique câble coaxial (voir photos).

La communication numérique bidirectionnelle (250 kBauds) permet si nécessaire le paramétrage du capteur. Le firmware embarqué assure toutes les fonctions de gestion et de communication, ainsi que l'identification du modèle de platine connecté.


La liaison à l'informatique est réalisée par une interface (concentrateur) chargée de l'alimentation des platines senseurs et du relayage des données vers une ligne de communication informatique normalisée. Des platines senseurs de modèles différents peuvent cohabiter sur le réseau constitué, les entrées du concentrateur sont indifférenciées.

Sur le modèle ci-contre, l'interface concentrateur retransmet les données numériques des platines senseurs vers une ligne USB. L'ensemble du réseau constitué est alimenté par l'énergie fournie par le câble USB, permettant ainsi la connexion à des ordinateurs PC portables sans aucune autre source d'énergie.

concentrateur USB

Le concept, généralisable à la plupart des senseurs, permet la connexion de senseurs spécifiques avec des interfaces électriques spécifiquement développées et donc réellement optimisées. Le concept devient particulièrement intéressant en cas de regroupement de micro-senseurs de types différents sur un point de mesure pour réaliser un capteur hybride (voir exemple ci-dessous), ou en cas de grandes quantités de capteurs concentrés sur un site de dimensions réduites (typiquement le cas d'une étude de modélisation 2D ou 3D en laboratoire).

Parmi les autres points à souligner

- Sa taille : l'électronique ne représente que quelques cm3, et peut être placée dans un boîtier miniature, ou bien moulée.

- Sa simplicité : rien de plus simple que de connecter, ou de remplacer un capteur, même par un modèle différent.

- Sa flexibilité : TECHNETEA peut développer sur demande toute interface électronique adaptée à un senseur spécifique, même à l'unité.

- ATEX : Le concept a été développé pour être facilement transposable à un contexte ATEX (ATmosphères EXplosibles).


Etalonnage
Etalonnage d'un lot de capteurs numériques dans
une cloche à gaz - Pilotage par ordinateur



Un exemple d'application : un capteur hybride gaz/température

Dans cet exemple, une platine de 30mm x 20mm intègre 2 capteurs chimiques sensibles à des types de gaz différents et un capteur de température, ainsi que toute l'électronique de numérisation et de communication.

L'alimentation de la platine se fait en 5V (100mA au total pour le chauffage intégré des capteurs gaz). Les données sont retransmises sur le câble d'alimentation (un câble coaxial de 2.7mm de diamètre) sous la forme d'une trame de 3 valeurs numériques.

Ci-contre, les données issues de chacun des deux capteurs gaz sont placées sur chacun des deux axes du graphique.

L'animation représente à l'accéléré un enregistrement temps réel de 3 minutes ; les données enregistrées à raison de 4 par seconde, permettent d'observer les réactions des deux capteurs à l'exposition de différents produits chimiques.



Cette figure qui date de 2008 utilise VML et l'ancienne approche de Microsoft®, et c'est la raison pour laquelle elle ne peut être visualisée sous sa forme animée qu'avec les anciennes versions du browser Internet Explorer® de Microsoft®





Un exemple d'application : utilisation du principe de communication avec un automate
Sequenceur rail DIN

Le principe d'alimentation et communication précédemment exposé n'est pas réservé aux seules applications d'instrumentation. Dans cet autre exemple, un automate développé dans le style d'un équipement pour rail DIN, alimente et commande trois petits équipements motorisés par ce principe, et fournit plus classiquement plusieurs sorties logiques.

Le paramétrage est modifiable par USB, et le séquenceur intégré dans le firmware permet à l'automate d'assurer des opérations en totale autonomie 24 heures sur 24, tout en conservant la trace datée des évenements dans sa mémoire grâce à son horloge RTC.

L'historique des évenements est également récupérable par la connexion USB.