Réalisation des accessoires.

Traités d’accessoires ces petits objets n’en sont pas pour autant des arguments de vente. Ils sont pratiquement indispensables. Si la petite station météo est emportée pour la promenade du dimanche en étant configurée en altimètre, il sera indispensable de lui fournir une énergie électrique sous la forme d’une petite pile de 9V par exemple. Vous pouvez aussi la brancher sur la batterie au plomb de votre automobile qui pour la circonstance sera déposée du moteur et rangée dans le sac à dos, mais certains esprits chagrins vont objecter que c’est un tantinet pesant.
Dans l’optique d’une autonomie complète, il suffit d’utiliser le petit connecteur situé sur le circuit imprimé principal sous le module NANO Arduino. Il importe toutefois de se confectionner un petit adaptateur pour établir le lien entre les deux picots HE14 et les deux bornes de la pile 9V. La Fig.53 présente un tel cordon réalisé à partir d’un coupleur de pile filaire du commerce 1, complété par la fiche 2. Il saute aux yeux que la fiche 2 est un composite à base d’un connecteur HE14 femelle à trois broches soudé sur une minuscule chute de plaque cuivrée prépercée. La ligne filaire issue de 1 est protégée par un petit tronçon de gaine en X. Cette dernière est immobilisée coté cuivre par un petit pont en fil rigide replié en zone Y sur le dessus comme une agrafe. Les deux parties pliées sont agglutinées en Y avec une colle de nature « TOP SECRET DÉFENSE ».

Cette attache est parfaitement visible sur la Fig.54 la fiche étant branchée sur le connecteur. On distingue parfaitement la petite gaine de protection au départ du fil. Marquée sur l’élément 8,2V en cours d’usage, il s’agit d’un petit accumulateur rechargeable qui accuse les cycles, il ne lui reste plus que 41mAh de capacité soit environ une heure et vingt minutes d’utilisation : Pas assez pour assurer une grande randonnée.
L‘accessoire de branchement en cours de description fait partie intégrante de ces petits dispositifs qui sont entassés dans les tiroirs pour effectuer diverses expériences avec Arduino. Ils sont manipulés à tout va et de se fait doivent se montrer robustes. Dans cet esprit, on retourne la petite station météo pour l’observer Fig.55 coté semelle. Les deux fils du coupleur de pile sont soudés sur les picots du connecteur HE14. Puis la petite gaine de protection à la sortie est assurée par le petit pont en fil rigide. Notez que ce fil rigide ne fait pas de court-circuit entre les deux pistes cuivrées soudées sur les fils car les bandes conductrices sont séparées.
Quasiment ritournelle, tout le dessous est ensuite complètement noyé dans de la colle Araldite qui en assure la protection mécanique, et fait office d’isolant électrique pour éviter tout contact intempestif avec un élément quelconque lors des manipulations expérimentales ou de mise au point. ATTENTION : Rien n’empêche d’effectuer un branchement inversé de la fiche quand on l’insère sur le connecteur interne. Bien que le régulateur tripolaire intégré situé en aval accepte en principe ce type de bêtise, il ne faut toutefois pas tenter le diable. Il serait plus sage de compléter la face latérale du coffret de la petite station météo par une indication de polarité, surtout si elle sert souvent d’altimètre.

Vraiment petite cette NANO station météo tenue en main sur la Fig.56 et je vous assure que je n’ai pas une « paluche » qui pourrait me servir de raquette. La photographie montre assez bien la fiche de liaison avec l’accumulateur qui assure l’autonomie électrique de l’appareil. Cette fiche dépasse exagérément et dégrade de façon significative la miniaturisation de l’ensemble. Par ailleurs, cette verrue qui « pendouille » n’en fait pas un dispositif particulièrement « portable ». Il serait infiniment plus judicieux de prévoir sous la semelle un compartiment à piles. Des types AAA conféreraient une plus grande autonomie, et le tout, entièrement fermé pourrait se targuer sans abuser, du qualificatif de nomade. N’ayant pas pour vocation la fonction d’altimètre podométrique et autres variantes cardiotruc, mon prototype ne sera sauf exception utilisé que sous la forme d’une station météo à enregistrement sur long intervalle de temps. (Je dispose déjà d’un appareil mémorisant sur 24h.) Du coup, je me suis contenté de prévoir les essais sans pour autant augmenter le volume et la complexité par ajout d’un compartiment à piles. À chacun de choisir sa version, mais ajouter un coupleur de piles spécifique (Ou le fabriquer.) et l’enfermer n’a vraiment rien de sorcier, c’est du petit bricolage …

 

 

 

 

Le petit capot de protection des capteurs.

Honnêtement, c’est plus une option qu’un accessoire. Pour le mettre en place il faut déposer le couvercle. Une fois avoir refermé le coffret, on peut considérer qu’il restera définitivement sur le boîtier. Dans cette configuration, on obtient un appareil totalement transportable à vocation migratoire. Cependant une autre optique d’emploi peut emporter le suffrage. Celle où la station météo se trouve à poste fixe dans une pièce « confortable » pour sa consultation périodique. Les capteurs sont déportés à l’extérieur ou dans un local éloigné. Dans ce cas, le protecteur n’est plus très utile, par contre il faut prévoir un moyen de télémesures filaire ou par ondes hertziennes.
Largement détaillé en Fig.35 inutile d’en tartiner encore des lignes et des lignes. Un simple petit dessin Fig.57 en deux vues réalisées à l’échelle des dimensions suffira pour vous inspirer à créer le votre. Contrairement au coffret, ce petit élément est réalisé en plaques de polystyrène choc de 2mm d’épaisseur, sauf pour la plaque de base orange servant de semelle de liaison avec le boîtier.

Une dernière petite image en Fig.58 lorsque le protecteur est immobilisé sur le coffret. Les deux petits boulons de liaison de diamètre nominal Ø2mm sont bien visibles. L’espace entre la cloison et les circuits électroniques est largement suffisante pour pouvoir utiliser une pince précelle. Cette dernière aide à insérer les rondelles plates sur les vis et à tenir les écrous au moment du serrage. Le connecteur du codeur rotatif peut facilement être dégagé du boîtier pour le brancher.

Liaison avec des capteurs situés à distance.

Envisager de mesurer les paramètres à grande distance, par exemple dans un local situé à cinquante mètres de NANO MÉTÉO imposera vraisemblablement de réaliser un dialogue par voie hertzienne en VHF ou UHF. De nombreux modules commerciaux prévus pour des échanges de type série sont disponibles en ligne. Ils sont très simples à mettre en œuvre, obligeant toutefois à ajouter une petite couche de programme dans le croquis de NANO MÉTÉO. Comme ce volet n’a pas pour but de développer une telle application, les dispositifs hautes fréquences seront passés sous silence dans ce tutoriel. En contre partie, si l’on peut se contenter d’un éloignement de quelques mètres, un petit câble filaire est largement suffisant. C’est l’option adoptée pour mon usage personnel. Comme c’est le cas pour l’adaptateur de la Fig.53 cette ligne sera aussi considérée comme un outil disponible pour les opérations expérimentales avec Arduino. Donc … il faut du solide !
Elle a fière allure la limande de la Fig.59 constituée d’une nappe plate de fils pour ordinateurs et de deux prises FEMELLES ! C’est une question de sécurité. Quand on a branché d’un coté, surtout dans un contexte expérimental où dans le laboratoire cohabitent une foule de systèmes électriques « à l’air libre », vous pouvez être certains que si à l’autre extrémité on à une prise mâle, ses broches vont entrer en contact sur le module qui engendrera le maximum de dégâts. C’est OBLIGÉ !
Donc, c’est pratiquement un principe, une ligne électrique doit présenter à ces deux extrémités des prises femelles.
Faire transiter des signaux binaires à fréquence élevée sur des lignes très longues et non blindées n’est pas très conseillé. Un câble blindé avec masse, plus au moins cinq lignes et d’un encombrement réduit, n’est probablement pas très commun, sans compter son prix d’achat. La tentation de tester avec de la nappe d’ordinateur très courante est forte, d’autant plus que la ligne de dialogue est concrétisée par des sorties d’Arduino à niveaux TTL et sous basse impédance. Dans ces conditions on peut espérer que les capacités réparties sur une ligne étendue ne dégraderont pas trop les signaux échangés et que l’immunité aux parasites environnants sera suffisante.

Toutefois, engager les lecteurs dans cette voie sans l’avoir testée sévèrement ne serait absolument pas sérieux. C’est la raison pour laquelle, bien que non indispensable pour mon usage personnel, la ligne présentée dans ce chapitre a été réalisée. Elle permettra bien d’autres expérimentations avec Arduino, indispensable à coup sûr pour sur certaines études futures.
Technique désormais bien au point, on prépare un petit morceau de circuit imprimé prépercé. On coupe les pistes cuivrées aux endroits stratégiques. On soude le connecteur par ses broches longues. Sur ces dernières on soude les fils de la nappe plate. Dans une minuscule chute de plaque imprimée on taille une bride. Comme la limande est plate, dans ce cas particulier une gaine cylindrique de protection ne convient pas. La bride rigide est plus appropriée. Par rapport à la solution de la Fig.53 on adopte l’inverse. Les fils rigides servant de pont passent librement sur le dessus de la petite plaque et sont repliés sur le dessous coté bride. La vue agrandie de la Fig.61 permet de voir qu’en plus les deux agrafes sont soudées sur les pistes cuivrées de la bride. On peut aussi remarquer que les deux pistes latérales ont été repérées par des cercles colorés. Il sera ainsi facile de trouver la correspondance des fils lors du branchement. Enfin, ces marques seront indélébiles, car la fiche et la bride sont copieusement incluses dans une gangue protectrice réalisée … avec de la colle Araldite. C’est solide, c’est costaud, c’est isolant, c’est fonctionnel !
Fonctionnel, est asséné un peu trop rapidement il me semble. Avant de valider cette belle bretelle de raccordement, faut-il qu’elle passe victorieusement les tests. Dans le cahier des charges il est stipulé qu’elle ne doit pas dégrader les signaux binaires du dialogue série. Hors une capacité parasite répartie sur une grande longueur peut fort bien diminuer les taux de transition entre le « 0 » et le « 1 ». La rapidité de changement d’état conditionne la vitesse de transmission possible. Par ailleurs, cette capacité parasite répartie tout le long de la ligne peut engendrer de la diaphonie : Le signal d’une ligne filaire se retrouve plus ou moins et se superpose sur celui d’une autre ligne.

Ce phénomène existe forcément. Si l’onde parasite est très inférieure à celle qui est valide, surtout dans un contexte binaire de tout ou rien, elle passera totalement inaperçue. Reste à le vérifier.
Autre particularité des lignes longues et plates : L’induction parasite. Si les fils du toron sont torsadés, on augmente très légèrement la capacité répartie. Par contre, on élimine radicalement le problème de l’induction parasite. De quoi s’agit-t-il ?
Une ligne de dialogue série comporte forcément deux fils, celui qui véhicule le signal et celui qui sert de référence zéro pour le potentiel, c’est à dire la masse GND. Hors ces deux fils sont obligatoirement « fermés » aux deux extrémités par l’électronique qui parle, et celle qui écoute. On obtient une spire magnétique très plate, mais comme sa longueur est significative, sa « surface » n’est plus négligeable. Nous savons tous qu’une spire magnétique va transformer en courants induits toute variation de champ magnétique dans laquelle elle se trouve. Les pics des tensions induites seront d’autant plus virulents que les variations de magnétisme seront brutales. L’orage, le démarrage de moteurs électriques, l’allumage d’un spot lumineux puissant sont des sources diaboliques pour torturer l’électronicien. (Et encore, je n’ose même pas aborder le problème des ondes stationnaires qui peuvent se révéler redoutables avec des signaux de type « tout ou rien » !)
Seule façon de tester la validité d’une solution quelconque : Caricaturer l’agression et observer le comportement de l’éprouvette. La première approche consiste à construire une ligne longue, plus étendue que celle dont on aura besoin, pour amplifier volontairement les problèmes potentiels. Ce n’est pas spécialement évident sur la Fig.59 car la ligne est enroulée, mais sa longueur fait quatre mètres. La station météo est configurée en enregistrements rapides : Aucun point aberrant n’apparait durant plusieurs heures de fonctionnement. C’est bon signe, le dialogue entre NANOMÉTÉO et les capteur s’organise correctement, tout semble aller pour le mieux dans le meilleur des mondes. Ce n’est toutefois pas suffisant pour prouver la fiabilité de cette ligne de transmission. Probablement que les fronts « verticaux » doivent être altérés par la constante de temps résultant des capacités réparties, que les transitoires doivent générer des oscillations amorties induite par les fréquences de résonance issues des inductions parasites. Ces dégradations ne semblent pas altérer le dialogue série. C’est un peu normal, car l’on ne fait pas transiter des signaux analogiques faibles, mais des « 0 » et des « 1 » précisément inventés pour palier ce type de difficulté. Reste à prouver que « le bruit de fond » est bien en dessous des marges de perturbations tolérées par de l’I2C.

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