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  Page mise à jour le 13/03/2018 (Tous droits réservés - TECHNETEA)  

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La numérisation des senseurs
La communication par câble

Développements Electroniques






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.

Module USB pour capteurs numériques

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 de capteurs gaz
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.

Capteur numérique pour gaz - gros plan Capteur numérique - Face capteurs
Capteur numérique - Face électronique

Sur le graphique ci-contre, les données issues de l'un des capteurs sont placées sur l'axe X et les données issues de l'autre sur l'axe Y. Les données enregistrées à raison de 4 échantillons par seconde, permettent d'observer les réactions des deux capteurs à l'exposition de différents produits chimiques.

L'animation représente un enregistrement temps réel de 3 minutes accéléré 2.5 fois.



(Version non animée si le browser est incompatible)

Courbe - Version non animée




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

Le principe d'alimentation et de communication précédemment exposé n'est pas réservé aux seules applications d'instrumentation. Dans cet autre exemple, un contrôleur d'automates développé dans le style matériel pour rail DIN, alimente et commande trois automates équipés de petits moteurs électriques pour en gérer les mouvements.

Le séquenceur intégré dans le firmware est paramétrable par USB, et permet à l'automate d'assurer des opérations de gestion d'échantillonnages biochimiques en totale autonomie 24 heures sur 24, tout en conservant dans sa mémoire non volatile la trace datée d'événements survenus grâce à une horloge temps réel.

L'historique des évenements enregistrés est récupérable sur le site d'intallation au travers d'une connexion USB au moment de la récupération des échantillons biochimiques.