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− | # | + | #DAC1220 (Convertisseur Numérique Analogique)(ref : DAC1220E-ND) [https://www.digikey.fr/product-detail/fr/texas-instruments/DAC1220E/DAC1220E-ND/275815] (Quantité = 1) |
− | # | + | #ADR421 (2.5V Reférence) (ref : ADR421ARZ-ND) [https://www.digikey.fr/products/fr?keywords=ADR421ARZ-ND] (Quantité = 1) |
+ | #MCP3550 (Convertisseur Analogique Numérique) (ref : ADR421ARZ-ND) [https://www.digikey.fr/products/fr?keywords=ADR421ARZ-ND] (Quantité = 2) | ||
+ | #OPA4192 (AOP) (ref : 296-43159-1-ND) [https://www.digikey.fr/products/fr?keywords=296-43159-1-ND] (Quantité = 1) | ||
+ | #OPA2192 (AOP) (ref : 296-42106-1-ND) [https://www.digikey.fr/products/fr?keywords=296-42106-1-ND] (Quantité = 1) | ||
+ | #Résistances 1k ±1% de types 0805 | ||
==Positionnement par rapport à l'existant== | ==Positionnement par rapport à l'existant== |
Version du 19 septembre 2019 à 13:47
Sommaire
[masquer]Présentation générale
Dans les sujets proposés, j'ai décidé de prendre le projet "Capteur de niveau d'eau et de pollution" dirigé par Antoine Branquart lors de la période 2018/2019.
Le but est de reprendre le projet, d'expliquer les soucis de sa non finalisation et d'enfin mener le projet à son terme. Ce projet vise la réalisation d'un système de détection de pollution dans l'eau. En effet, la pollution provoque une mauvaise qualité de l'eau, et cela engendre près de 2 millions de morts par an dû à la maladie.
La pollution est présente sous différente formes, est difficilement détectable et parfois avec une constante de temps assez longue (Certains toxiques produisent leur effet néfaste qu'après certaines années).
Il est difficile de prévoir les épisodes de pollution (qui intervient lorsque un ou plusieurs polluant dépassent la concentration limite fixés par des seuils) car les tests sont ponctuels et nécessitent des outils coûteux dans des laboratoires, ce qui prend du temps.
Le projet vise donc la réalisation d'un capteur autonome qui permet d’éviter les épisodes de pollution et d'envoyer ses résultat à un module via un couple émetteur-récepteur radio.
Description
Lors de son projet, Antoine a commencé par la réalisation d'une carte électronique avec un potentiostat. Commençons par expliquer ce qu'est un potentiostat.
Potentiostat
Un potentiostat est un outil capable de réaliser des expériences de voltamétrie cyclique simple. C'est une méthode d’électro-analyse basée sur la mesure du flux de courant résultant de la réduction ou de l'oxydation des composés tests présents en solution (ici, dans de l’eau) sous l'effet d'une variation contrôlée de la différence de potentiel entre deux électrodes spécifiques.
Le potentiostat est composé de 3 électrodes :
- Une électrode de travail "ET" (en platine)
- Une électrode de référence "ECS" (au calomel saturé)
- Une contre électrode "CE" (en platine)
Le principe est d'imposer une différence de potentiel entre l'ET et L'ER et de mesurer le courant traversant l'ET.
Schéma de principe
Sur le schéma, on peut voir que l'AOP permet de maintenir la différence de potentiel entre la référence et l'électrode de travail, aussi proche possible du potentiel d'entrée de la source.
Objectifs
J'ai discuté avec Antoine à propos de son projet qu'il a continué au Vietnam. Là-bas il a designé une nouvelle carte différente de celle qu'il avait faite en France. Malheureusement, la carte n'était pas fonctionnelle. Il m'a conseillé de m'inspirer du montage qu'il avait vu (et routée) et que j'ai retrouvé dans un document. (lien vers le pdf : Fichier:Pot.pdf)
Le synoptique du système reste le même :
La communication entre le microcontrôleur et le potentiostat se fera de la manière suivante. Le microcontrôleur envoie les données numériques pour générer un potentiel. Ces valeurs numériques passent à travers un DAC pour générer des valeurs analogues correspondantes. Ensuite, l'amplificateur opérationnel compare cette valeur au potentiel mesuré entre le courant dans la contre électrode jusqu'à ce que la valeur mesurée soit égale à la valeur de consigne générée par le microcontrôleur via le DAC. Ensuite, le potentiel mesuré est introduit dans un ADC, pour transmettre le tout au microcontrôleur. La transmission se fait via un bus SPI et le microcontrôleur envoie les données au module radio via également un bus SPI. Les deux modules radio communiquent via le protocole LoRa.
Antoine avait fait son potentiostat sur une carte à part, je pense qu'il est possible de faire une carte de type "shield" et de brancher ça directement sur la carte du microcontrôleur.
Pour la communication entre les deux systèmes (les deux microcontrôleurs), il est judicieux d'utiliser le protocole LoRa avec les modules radios achetés pour le projet. Enfin, pour les microcontrôleurs, les cartes Nucléo qu'Antoine utilisait au début de son projet. Cependant, ces cartes souffrent d'un manque de librairies au niveau des protocoles LoRa, et une carte arduino de basse consommation sera également envisageable.
Donc, il y aura une partie de réalisation de carte, en s'inspirant du schéma trouvé sur internet. Ensuite, la réalisation du code pour la communication radio entre les deux microcontrôleurs.
Analyse du projet
Analyse de l'ancien projet
Antoine à réalisé une carte potentiostat et à également réussi une communication entre les deux modules radio qu'il a acheté au vietnam.
Cependant, les tests réalisés avec le potentiostat qu'il a réalisé au Vietnam n'étaient pas bons. Cela vient peut-être qu'il n'a pas pu tester son capteur avec un "dummy cell", petit module qui permet de tester efficacement un potentiostat. Par ailleurs, il n'a pas réussi à assembler complètement son système.
Réunion avec M.Boé
Le 19 Septembre, j'ai eu une réunion avec M.Boé. Nous avons discuté des différends points du projet.
Tout d'abord, M.Boé m'a conforté dans mon choix de réaliser le schéma suivant :
Nous avons d'abord discuté du choix du microcontrôleur. Il m'a conseillé d'enlever le PIC16F1259 du schéma et d'intégrer dans le projet une carte avec un STM32F4XXX (de STMicroElectronics) qui se programme à l'aide de Mled OS. C'est un RTOS (Real-time Operating system) qui permet de programmer des périphériques se basant sur un processeur ARM comme avec le STM32. De plus, pour la sélection de la carte STM32, je dois choisir en adéquation avec un module radio LoRa compatible, et qui se branche directement sur la carte.
Par ailleurs, nous avons également discuté du DAC et des deux ADC présents sur le schéma. Ils utilisent le protocole SPI pour échanger des données. Les auteurs du pdf dans lequel se trouve le schéma on utiliser des librairies permettant l'utilisation du SPI. Le but est donc de réécrire en partie du code afin de l'adapter à mon projet.
Enfin, M.Boé m'a conseillé d'ajouter des jumpers ainsi que des "tests points", afin de pouvoir déboguer la carte la plus rapidement et simplement possible.
Liste de Matériel
En adéquation avec le schéma, je reprends les composants qui sont disposés sur le schématique :
- LM2662 (Régulateur de tension 5V - 9V)(ref : LM2662MX/NOPBCT-ND) [1] (Quantité = 1)
- DAC1220 (Convertisseur Numérique Analogique)(ref : DAC1220E-ND) [2] (Quantité = 1)
- ADR421 (2.5V Reférence) (ref : ADR421ARZ-ND) [3] (Quantité = 1)
- MCP3550 (Convertisseur Analogique Numérique) (ref : ADR421ARZ-ND) [4] (Quantité = 2)
- OPA4192 (AOP) (ref : 296-43159-1-ND) [5] (Quantité = 1)
- OPA2192 (AOP) (ref : 296-42106-1-ND) [6] (Quantité = 1)
- Résistances 1k ±1% de types 0805
Positionnement par rapport à l'existant
Analyse du premier concurrent
Analyse du second concurrent
Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé
Réponse à la question difficile
Préparation du projet
Cahier des charges
Choix techniques : matériel et logiciel
Liste des tâches à effectuer
Calendrier prévisionnel
Réalisation du Projet
Feuille d'heures
Tâche | Prélude | Heures S1 | Heures S2 | Heures S3 | Heures S4 | Heures S5 | Heures S6 | Heures S7 | Heures S8 | Heures S9 | Heures S10 | Total |
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Analyse du projet | 0 |