Topic "Pyranomètre"

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Cywill

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#88 | Signaler ce message


Bonjour à tous,

J'ai un pyranomètre SP-110 de chez Apogee Instrument que j'aimerais relié à un ATSAMA5D31 (ARM Cortex-A5@536MHz)

- Défintion du pyranomètre: https://fr.wikipedia.org/wiki/Pyranomètre

- Datasheet du pyranomètre SP-110: http://www.apogeeinstruments.co.uk/content/SP-110-manual.pdf

- Datasheet du ATSAMA5D31: http://www.atmel.com/Images/Atmel-11121-32-bit-Cortex-A5-Microcontroller-SAMA5D3_Datasheet.pdf

En résumé, le pyranomètre (photodiode) fourni une tension comprise entre 0-250mV proportionnelle à la quantité d'énergie solaire reçue, sa sensitivité est de 0.20mV par W/m2

Le câble est d'une longueur de 5 mètres et dispose de trois fils:

- Rouge (positive)

- Noir (negative)

- Shield/ground

L'ARM ATSAMA5D31 a une tension de référence de 3.3V et d'un ADC de 12 bit

Voici les différentes étapes du traitement du signal que j'envisage de réaliser:

- Filtre RC pour garder que le continu et supprimer le bruit (?)

- Une diode Schottky utilisé pour la protection statique (ESD) et les tensions négatives

- Un amplificateur non inverseur pour amplifier la tension de sorti du pyranomètre 0-250mV => 0-2.75V (gain de 11 avec R1 = 10k et R2 = 1k)

- Un suiveur je sais pas apparemment c'est bien de mettre ça pour des raisons d'impédance (?)

J'ai pu en déduire ce schéma:

Schéma

J'ai vu d'autre schéma ou le filtre RC était après le montage suiveur

Des diodes de clamping extérieures sont elles nécessaires ou les diodes de clamping à l'intérieures de l'ARM sont elles suffisantes ?

Faut il rajouter un condensateur entre le GND et la terre (shield) ?

Voilà, j'aimerais avoir un avis sur le schéma et si vous avez d'autres idées, je suis preneur ;)

Merci pour votre aide

Derniére modification le par Cywill


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#91 | Signaler ce message


Bonjour,

Je reprends ton message depuis le début pour y répondre ;)

- Filtre RC pour garder que le continu et supprimer le bruit (?)

Pourquoi pas, le câble semble blindé, mais un filtrage en plus ne peut pas faire de mal.

Le signal en sortie à l'air très faible (250mV ce n’est rien du tout) et le fait que le capteur soit autoalimenté me laisse penser qu'il ne sort quasiment aucun courant. A voir suivant les performances du blindage, mais un filtre RC pas bas à fc=1Hz pourrait effectivement aider.

- Une diode Schottky utilisé pour la protection statique (ESD) et les tensions négatives

Très bonne idée, surtout pour un montage à bornier / fils avec une grosse probabilité de décharges statiques.

Par contre, dans ton schéma, il manque une diode entre le signal et VCC. Une protection ESD va toujours de pair, avec une diode vers la masse et une diode vers VCC.

Bien faire attention à prendre des diodes qui bloquent avant la tension max de l'entrée analogique (ou dans ton cas, de l'aop). Sinon bye bye l'entrée analogique.

- Un amplificateur non inverseur pour amplifier la tension de sorti du pyranomètre 0-250mV => 0-2.75V (gain de 11 avec R1 = 10k et R2 = 1k)

Bonne idée, par contre, pense à utiliser un ampli-op de précision et "low noise" sinon ton signal à <250mV va disparaitre dans le bruit de l'aop.

Au passage, fais bien attention à la tension d'alim de l'aop. Certains ampli-op marchent en alim simple (0~n volts), d'autres en alim symétrique uniquement (-n~n volts).

Un TLC271 pourrait suffire pour ton montage, mais à tester avant sur breadboard pour confirmer ;)

Pour les résistances, utilise un potentiomètre de 10K ohms à la place de R1, en série avec une résistance de 4.7Kohms. Cela te permettra d'obtenir le meilleur gain possible avec une plage 0-3.3v en sortie. Il faudra faire un peu de réglage au début, mais rien de terrible.

Attention quand même aux dérives de température, ça va jouer sur la précision du montage.

- Un suiveur je sais pas apparemment c'est bien de mettre ça pour des raisons d'impédance (?)

J'ai vu d'autre schéma ou le filtre RC était après le montage suiveur

Dans ton cas, il serait judicieux de mettre le filtre RC après l'ampli-op. Filtrer un signal à 250mV, je n'y crois pas trop.

Le problème d'impédance dans ton cas est dû au fait qu'un convertisseur analogique / numérique utilise un condensateur pour "capturer" la tension sur l'entrée analogique à un instant t et faire la mesure.

Si le capteur sort un courant très faible (ce qui est surement le cas ici), le condensateur met un certain temps à se charger et la mesure est faussée. L'ajout de l'ampli-op résoudra le problème normalement.

Des diodes de clamping extérieures sont elles nécessaires ou les diodes de clamping à l'intérieures de l'ARM sont elles suffisantes ?

C'est l'entrée de l'ampli-op qu'il faut protéger dans ton montage, donc diodes externes obligatoires ;)

Après, si tu es prudent lors du câblage, tu peux t'en passer, mais c'est un poil dangereux.

Faut il rajouter un condensateur entre le GND et la terre (shield) ?

Un blindage se connecte toujours à la masse que d'un côté (en général côté capteur). De l'autre côté, il faut rien câbler sinon tu fais une boucle de masse et le blindage devient ton pire ennemi.

Regarde dans la doc technique si ton capteur à un blindage déjà câblé à la masse côté capteur. Si oui, touche à rien, si non, relie le blindage à la masse le plus prés possible de tes fils de signaux, directement, sans condensateur.


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Cywill

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#95 | Signaler ce message


Merci Skywodd c'est méga cool de m'avoir répondu en détaillant !

De ce fait j'ai modifié mon schéma en fonction de tes réponses

Schéma

Pourquoi pas, le câble semble blindé, mais un filtrage en plus ne peut pas faire de mal.

Il l'est:

5 m of shielded, twisted-pair wire; santoprene rubber jacket (high water resistance, high UV stability, flexibility in cold conditions); pigtail lead wires

Le signal en sortie à l'air très faible (250mV ce n’est rien du tout) et le fait que le capteur soit autoalimenté me laisse penser qu'il ne sort quasiment aucun courant.

La photodiode du pyranomètre est similaire à celle ci: http://www.digikey.com/product-detail/en/luna-optoelectronics/PDB-C139/PDB-C139-ND/480579

A voir suivant les performances du blindage, mais un filtre RC pas bas à fc=1Hz pourrait effectivement aider.

J'applique la formule de la fréquence de coupure:

fréquence de coupure

avec R = 1.6k C = 100µF

Bien faire attention à prendre des diodes qui bloquent avant la tension max de l'entrée analogique (ou dans ton cas, de l'aop). Sinon bye bye l'entrée analogique.

Je suis pas sure d'avoir compris, en fait je dois utiliser une diode Zener qui bloque la tension a 3.3V pour protéger l'entrée de l'AOP ?

Un TLC271 pourrait suffire pour ton montage, mais à tester avant sur breadboard pour confirmer

La commande est partie ;)

Attention quand même aux dérives de température, ça va jouer sur la précision du montage.

Je compte utiliser un capteur de température sur le PCB (un capteur en I2C ou un LM35 ;) )

Regarde dans la doc technique si ton capteur à un blindage déjà câblé à la masse côté capteur. Si oui, touche à rien, si non, relie le blindage à la masse le plus prés possible de tes fils de signaux, directement, sans condensateur.

Ils disent rien dans la doc, par contre, j'ai vu un mec sur Youtube en train de câbler le pyranomètre sur un datalogger professionnel, il avait relié le GND et le shield sur la même borne donc on peut supposer que le GND et le shield ne sont pas reliés au niveau du capteur

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#100 | Signaler ce message


De ce fait j'ai modifié mon schéma en fonction de tes réponses

par Cywill

La double série de diodes ne sert pas à grand chose, mais si c'est "optionnel", ça va ;)

Par contre, tu as une erreur de câblage au niveau du potentiomètre. Le curseur n'est pas relié. En l'état, tu utilises le potentiomètre comme une simple résistance de valeur fixe.

De plus, comme tu n'as pas de résistance en série avec le potentiomètre, tu vas manquer de marge pour faire tes réglages par la suite (gain max = 3.12 avec les valeurs de ton schéma).

Utilise R2 = 1K, R2 = potar 10K + résistance série de 4.7K. Cela te permettra de régler le gain à ~13, ce qui te donnera un joli Vout = 3.3v à Vin = 250mV.

J'applique la formule de la fréquence de coupure: (…) avec R = 1.6k C = 100µF

par Cywill

J'obtient fc = 0.994718394324 Hz, le compte est bon ;)

N.B. Tu ne pourras faire une mesure que toutes les ~370ms à cause du temps de réponse du filtre.

Je suis pas sure d'avoir compris, en fait je dois utiliser une diode Zener qui bloque la tension a 3.3V pour protéger l'entrée de l'AOP ?

par Cywill

Les diodes anti-esd ont une tension de seuil / coupure. Si tu prends une diode qui bloque seulement après 10 volts, ton montage va pas apprécier. Cherche "3.3v TVS diode", tu devrais trouver des centaines de références ;)

Je compte utiliser un capteur de température sur le PCB (un capteur en I2C ou un LM35 ;) )

par Cywill

Regarde d'abord de combien la température fait varier ta mesure. Un simple capteur de température ne va pas faire de miracles.

Ils disent rien dans la doc, par contre, j'ai vu un mec sur Youtube en train de câbler le pyranomètre sur un datalogger professionnel, il avait relié le GND et le shield sur la même borne donc on peut supposer que le GND et le shield ne sont pas reliés au niveau du capteur

par Cywill

Donne un coup de multimètre entre la gaine et la masse, si c'est connecté tu le verras très vite à l'ohmmètre ;)


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Cywill

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#135 | Signaler ce message


Les diodes anti-esd ont une tension de seuil / coupure. Si tu prends une diode qui bloque seulement après 10 volts, ton montage va pas apprécier. Cherche "3.3v TVS diode", tu devrais trouver des centaines de référence

Ok pour la diode TVS mais ça se branche comment ? Je dois en mettre une juste à l'entrée entre le signal et la masse avant les clamping diode (Schottky) ?

Comme ce schéma:

schéma

Dans la datasheet de l'AOP TLC271 que tu m'as mentionné, il est écrit que l'AOP possède un "internal ESD-protection" la diode diode TVS est elle nécessaire du coup ?

De plus, j'ai vu qu'il était possible de faire un filtre actif en combinant AOP et filtre passe bas, y a t-il un intérêt d'utiliser ce genre de filtre pour mon montage ?

Pourquoi, des fois notamment sur les AOP le condensateur de découplage du IC est souvent accompagné par un condensateur polarisé de plus grande taille, en parallèle ?

Merci Skywodd ;)


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#136 | Signaler ce message


Je dois en mettre une juste à l'entrée entre le signal et la masse avant les clamping diode (Schottky) ?

par Cywill

C'est ça, comme sur le schéma (et les résistances en série sont là pour limiter le courant).

Bon, après réflexion, je suis pas sûr qu'une diode TVS soit bien utile finalement. Ton capteur ne sort pas de tension (enfin tellement peu), la diode TVS va servir à rien en fait. C'est surtout l’électricité statique qui va venir poser problème.

Essaye juste avec les diodes Schottky dans un premier temps, ça devrait aller.

Dans la datasheet de l'AOP TLC271 que tu m'as mentionné, il est écrit que l'AOP possède un "internal ESD-protection" la diode diode TVS est elle nécessaire du coup ?

par Cywill

La diode TVS non, les diodes Schottky oui.

Le TLC271 supporte 2Kv, mais il est précisé que chaque décharge dégrade ses capacités. En gros, ça le crame pas, mais ça le tue quand même à petit feu.

Trouve toi une double diode Schottky, de préférence classée 16Kv.

De plus, j'ai vu qu'il était possible de faire un filtre actif en combinant AOP et filtre passe bas, y a t-il un intérêt d'utiliser ce genre de filtre pour mon montage ?

par Cywill

Tu peux effectivement fusionner le filtre et l'ampli. L’intérêt c'est que tu peux te passer du suiveur en faisant cela.

Après le montage devient plus compliqué, donc à toi de voir.

Pourquoi, des fois notamment sur les AOP le condensateur de découplage du IC est souvent accompagné par un condensateur polarisé de plus grande taille, en parallèle ?

par Cywill

Ça dépend du montage, mais quand on met une grosse capa à côté d'un circuit, c'est en général pour lisser des pics de courant.

Dans le cas d'un aop seul je vois pas l’intérêt, après si c'est un ampli de puissance, là ok.

Sinon, si la capa est en série avec le signal d'entrée, ça peut aussi être un condensateur de filtrage de composante continue (pour recentrer un signal autour du 0v).