Version du 25 novembre 2018 à 15:59

Présentation générale

• Nom du projet : Mesure d'un courant simple
• Étudiant : MARTIN Raphaël

Description

Chronogramme représentant l'utilisation du processeur et du module de transmission

Dans le cadre de l'internet des objet, il est important de savoir mesurer la consommation énergétique. La première utilisation est bien sûr l'estimation de l'autonomie d'un objet autonome en énergie. Cependant, ce qui nous intéressera ici concerne surtout les variations de consommation suivant les phases de fonctionnement de l'objet en question.

En effet il peut exister un écart important entre la consommation théorique et pratique durant certaines actions à cause de l'environnement. Par exemple une émission radio dans un milieu parasité peut engendrer des délais de transmission plus important. Si cette communication est assurée par une partie spécifique de l'électronique et non par le processeur, il se peut que celle-ci se fasse pendant une phase de veille de ce dernier. Dans ce cas, il est difficile de récupérer les informations sur la durée ou la consommation due à la transmission sans mesure externe. Le chronogramme ci contre illustre les perturbations durant la transmission qui impactent sur la durée nécessaire pour terminer la tâche, ces dernières ne sont a priori pas prévisibles et un ampèremètre précis peut permettre d'avoir une analyse réaliste en situation réelle plus complète du système.

Une solution dans ce cas est d'utiliser un ampèremètre spécifique capable de mesurer une grande dynamique de courant et avec une bonne bande passante. Ces deux critères sont cruciaux pour distinguer les phases de fonctionnement de l'appareil mesuré.

Objectifs

Afin de pouvoir mesurer la consommation d'un objet connecté, j'ai pour objectif de réaliser un ampèremètre ayant les caractéristiques suivantes :

• Une capacité de mesure de courants >2mA à l'aide d'un montage classique

Exemples : Avec une résistance de shunt ou un capteur à effet hall

• Une capacité de mesure des courants plus faibles à l'aide de montages plus précis

Exemples : Avec un montage de type feedback ammeter ou une méthode basée sur les cycles de charge/décharge de condensateur

• L'appareil doit être capable de changer de calibre sans intervention extérieure
• Conserver une bande passante convenable pour détecter les transitions entre les différentes phases de fonctionnement d'un objet connecté
• Avoir la possibilité d'enregistrer les mesures dans le temps afin d'analyser les données
• Avoir un appareil portable pour simplifier son utilisation
• Conserver une bonne précision tout en évitant d'avoir un appareil de mesure trop cher

Ensuite je vais devoir tester ces différents types de mesure sur différentes objets afin de déterminer quelle sont les conditions pour lesquelles ces mesures sont fiables.

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Actuellement, les multimètres tout-en-un grand publique comportent un ampèremètre, c'est le point de départ de mon analyse. Ce type d'ampèremètre mesure le courant à l'aide d'une résistance de shunt, on mesure une tension au borne d'une faible résistance afin de ne pas trop perturber le système étudié. Une telle mesure est plutôt fiable pour des courants au delà du mA et pour des application peu exigeantes. Mon multimètre par exemple d'entrée de gamme (Lifedom MS8321A) est capable de mesurer des courants avec une résolution de 1µA mais seulement jusque 400Hz ce qui est trop peu pour ce projet.

Voici un récapitulatif des méthodes de mesure de courant qui seront abordées durant le projet :

Mesure par résistance de shunt couplée avec un amplificateur de tension

Mesure de courants "importants" : la mesure par résistance de shunt peut être facilement améliorée à l'aide d'un amplificateur opérationnel

• Avantage

La tension image du courant V_out est amplifiée par l'AOP qui n'affecte que de peu la mesure par rapport à une mesure par simple résistance de shunt (grande impédance d'entrée)

• Inconvénients

La résistance de shunt affecte le système (d'où la présence de la tension de chute V_burden aux bornes de R_shunt)

Module ACS712 permettant une mesure par effet hall dans de petits projets d'électronique

Mesure de courants "importants" : la mesure par effet hall

• Avantages

La mesure du courant n'affecte que très peu le système (pas d'introduction d’éléments directement sur le circuit)

L'isolation galvanique permet au signal mesuré de servir également d'alimentation à un étage d'amplification de la mesure

L'isolation galvanique entre le système et la partie mesure permet d'avoir de grande tensions en jeu

• Inconvénient

La mesure est moins précise qu'avec une résistance de shunt et plus adaptée pour de forts courants (assez sensible aux perturbations électromagnétiques)

Mesure par résistance de shunt couplée avec un amplificateur de tension

Mesure de courants "faibles" : la mesure par un montage feedback ammeter

• Avantages

La chute de tension V1 en entrée est proche de 0 (V+ = V- dans un AOP)

L'utilisation de l'amplificateur opérationnel augmente la réactivité du système

• Inconvénient

Convient principalement pour la mesure de petits courants

Analyse du premier concurrent :: Le multimètre de table de précision

Keithley 6485/E

Keithley 6485/E

exemple du Keithley 6485/E

Cet appareil possède une connectique permettant d'exporter les mesures sur un ordinateur (par GPIB / RS232)

Prix : 2510 €HT Résolution minimale : 10 fA Capacité de mesure : 1000 pts/sec

Analyse du second concurrent

Ce concurrent se rapproche plus de l'application que l'on me demande de satisfaire dans ce projet. Il s'agit de mesurer une tension avec une bonne bande passante à l'aide d'un oscilloscope et d'y ajouter un montage afin de mesurer une tension image du courant à déterminer. cet oscilloscope est un boîtier d'acquisition qui envoie les données à un ordinateur dans le but de les enregistrer et de les traiter. Bien sur cet appareil seul ne constitue pas l'ensemble du matériel de mesure (car il manque la sonde de courant) mais il est bien moins coûteux que d'autres solutions "utilisable dès l'ouverture de la boîte".

Prix du boîtier seul sur RS : 174€ HT

Bande passante : 20Mhz

Résolution minimale : 10mV/div

Base de temps minimale : 5ns/div

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

Prologue

Semaine 1

Semaine 2

Documents Rendus