Fonction LEDmètre

Déterminer la résistance de limitation d’une LED.

Fig 37

Assurément il ne s’agit pas d’une révolution informatique qui va changer votre vie d’électronicien. Cette nouvelle fonction confine presque à un gadget. Elle permet de faire calculer par le programme la valeur de la résistance à placer en série avec une LED pour en ajuster la luminosité et limiter le courant électrique qui la traverse. La procédure utilisée suppose que le montage qui utilisera cette LED fonctionne en +5Vcc « permanent » ce qui correspond à nos activités sur Arduino.

Rien de bien transcendant. Il suffit tout compte fait d’alimenter la LED entre le +5Vcc d’Arduino et la masse en intercalant une résistance R LED comprise entre 270Ω et 10kΩ. Après quelques tentatives on arrive en général à trouver le bon compromis. Ces manipulations sont élémentaires, mais encore faut-il avoir à sa disposition une variété suffisante de résistances pour conduire l’étude. Si vous envisagez de commander des composants, pouvoir déterminer la valeur de la résistance sans la posséder sera tout compte fait bien utile. On peut d’autant plus envisager ce petit luxe que nous avons optimisé le programme principal et que le gain en place dépasse toutes nos espérances.

RETOUR SUR L’OPTIMISATION DU PROGRAMME ET DES DONNÉES.

Développant la version LCD du mini laboratoire, les conseils donnée dans le chapitre précédent ont été suivis scrupuleusement. En particulier celui de l’encadré rouge. Comme l’afficheur LCD ne présente que deux ligne de 16 caractères, et désirant visualiser un maximum de données simultanément, il a bien fallu organiser ces dernières pour qu’elles puissent « entrer » dans l’écran. Les textes affichés et les formats des données numériques ont ainsi été étudiés avec minutie avec un souci permanent de gain de place. Associé à des procédures qui utilisées plusieurs fois affichent des textes identiques, la généralisation de cette façon de faire a, en fin de compte, abouti à une économie considérable de place en mémoire dynamique. Du coup il devient possible d’ajouter sans risque de collision de PILE de nouvelles fonctions, et l’on ne va pas s’en priver !

Avant de poursuivre, ouvrons une parenthèse pour revenir à la fonction TESTEUR DE CONTINUITÉ. À bien observer tous les items du MENU, on constate que c’est la seule qui fournit son information sous uniquement une forme sonore. Une personne atteinte de surdité ne pourrait pas s’en servir, et ce serait bien trop injuste. C’est la raison pour laquelle la tonalité générée est doublée, comme montré sur la Fig.38, d’un affichage sur la ligne du bas d’une « rampe » d’étoiles qui informe l’opérateur de la qualité relative du contact mesuré. Plus il y a d’étoiles, plus la résistance électrique du contact est élevée. Sur la ligne du haut il y a un rappel du courant maximal qui peut traverser le composant ou la ligne électrique mesurée. 

Détermination de la résistance de limitation R LED.

L’idée initiale semblait élémentaire, mais comme souvent en informatique, dès que l’on veut concrétiser on se heurte à une flopée de problèmes imprévus. Sur ce point le LEDmètre s’en donne à cœur joie. Pourtant, à la base la mesure reste simple. Avec un générateur de courant continu on fournit l’énergie à la LED. Pour bien montrer ici que la résistance R LED placée en série peut être aussi bien coté masse que coté +Vcc sur

la Fig.39 elle se trouve coté générateur. Avec l’ampèremètre A on surveille l’intensité. Le voltmètre V permet d’ajuster le générateur G pour avoir exactement 5Vcc aux bornes de la branche étudiée, car A, sur de petits calibres, présente une impédance interne non négligeable. Souvent les éclairages des LED alimentées par leur courant nominal sont trop lumineux par rapport à ce que l’on désire pour l’application envisagée. Ce n’est que lorsque l’éclairage du composant échantillonné correspond à ce que l’on désire, que l’on a déterminé la valeur correcte de R LED. Cette technique suppose que la branche ainsi traitée sera placée sur une sortie binaire avec alimentation continue et non par un signal haché de type PWM. Pour concevoir la fonction LEDmètre il nous faut un moyen d’en faire varier à convenance l’éclairage. Quand ce dernier nous convient, on clique sur un B.P. et le programme fait le reste. Le problème vient du fait que nous ne désirons pas ajouter de composant, l’électronique du mini laboratoire étant maintenant globalement figée. On pourrait se faire un adaptateur externe comme c’est le cas pour la mesure des tensions alternatives, mais vu que cette fonction reste « marginale », simplifier au maximum le matériel est plus raisonnable.

Basé sur le schéma de la Fig.40 le principe du calcul de R LED consiste à déterminer A le courant qui la traverse, et ΔU la tension aux bornes de la LED quand elle est illuminée à notre souhait. Il est facile d’en déduire la valeur de la résistance R LED. Par une application de l’inévitable loi d’Ohm : 

Problème pratique : On ne peut pas utiliser l’entrée E de notre appareil, car elle sert à piloter par le bouton du potentiomètre la luminosité de la LED. Nous allons naturellement alimenter cette dernière par la PWM issue de D11. Il nous faut trouver une autre entrée qui puisse servir à

Fig 40

mesurer la chute de tension ΔU aux bornes de la diode. Après analyse, l’entrée A2 est disponible et se prête bien à cette mesure. Le montage utilisé sera celui de la Fig.40 dont voici le fonctionnement :

L’entrée A1 reçoit la tension continue variable issue du potentiomètre. C’est cette dernière qui permet de piloter le rapport cyclique de la sortie PWM issue de D11. Ce courant haché à notre convenance fournit l’énergie à travers la résistance R1 de 220Ω à la LED dont on peut à notre choix doser la luminosité. La chute de tension ΔU aux bornes de la diode électroluminescente est mesurée par l’entrée A2. Le courant qui traverse la LED se calcule toujours avec la loi d’Ohm, mais il faut tenir compte de celui fourni par D11 à travers R1, plus celui issu du +5Vcc via R2 de 1kΩ présente à l’intérieur de l’appareil de mesures. La formule de calcul s’écrit :

Dans cette équation I moyen sera en mA si les tensions sont exprimées en mV et les résistances en Ω. Le facteur multiplicateur τ représente le rapport cyclique de la PWN pour raisonner en valeur efficace, coefficient qui doit varier entre 0 et 1 en fonction de l’ajustement du potentiomètre.

Aspect logiciel.

Concrètement, le programme P04_LEDMETRE.ino commence par inviter à tourner le bouton du potentiomètre du mini laboratoire pour ajuster la luminosité de la LED échantillonnée. Quand cette dernière correspond à ce que l’on désire, cliquer une première fois sur FC- engendre l’affichage de la valeur de la résistance à placer en série avec la LED ainsi que la tension que l’on observera à ses bornes dans ces conditions. Un deuxième clic sur FC- remplace les données précédentes par l’indication du courant qui traversera la LED dans cette configuration. Tout clic

supplémentaire sur FC- quel qu’en soit la durée se contentera d’inverser la nature des informations affichées quel que soit sa durée. L’organigramme de la Fig.41 présente le fonctionnement de la procédure bouclée, mais c’est surtout celui de la Fig.42 qui détaille la méthode utilisée pour procéder aux calculs aboutissant à l’affichage des données. Sur la Fig.41 l’ensemble des éléments coloriés en jaune correspondent au traitement du bouton rotatif permettant d’ajuster le rapport cyclique le la génération PWM sur D11, donc la luminosité de la LED. On remarque que la valeur pour l’instruction qui impose le rapport cyclique de la PWM n’est modifiée que si la consigne a changé. C’est assez impératif d’une part pour ne pas charger inutilement le microcontrôleur, d’autres parts pour obtenir un signal régulier.

Les mesures sur A2 étant effectuées avec filtrage, le programme enchaîne sur la gestion des boutons poussoir. Si le B.P. FC- est activé il y a saut à la procédure qui affiche les paramètres pour la LED. C’est cette procédure détaillée par l’organigramme de la Fig.42 qui effectue les divers calculs. Si l’on a activé FC+ avec un clic court le programme demande à nouveau d’ajuster la luminosité. Si le clic est long il y a Retour au MENU de base sur la fonction n°1.

Considérons la procédure de la Fig.42 qui commence en (1) par calculer la valeur du rapport cyclique τ . Par définition une telle entité varie entre 0 et 1, alors que dans la transposition on calcule une valeur cent fois plus importante. (Notez au passage que pour optimiser la taille des données dynamiques, cette valeur est calculée provisoirement dans la variable I moyen.) La raison est simple : Si l’on transposait entre 0 et 1 nous aurions soit 0, soit 1, donc on multiplie par cent la précision. En (2) on calcule la valeur de I moyen avec la formule donnée dans l’encadré jaune donné ci-avant. Pour compenser le facteur 100 qui « affecte » la valeur de τ , au lieu de diviser par 220Ω on divise par la grandeur 22000, donc cent fois plus forte. Toutefois, une contrainte particulière vient un peu dégrader la précision de la détermination de la valeur de R. La séquence rose (3) procède à la mesure du paramètre ΔU. Pour pouvoir effectuer cette mesure, il faut stopper temporairement le découpage de la tension sur la PWM. C’est la raison pour laquelle la sortie D11 utilisée en « tout ou rien » est forcée à +5Vcc permanent le temps de mesurer ΔU Puis on replace D11 à 0V pour ne pas soumettre la LED à un courant maximal en permanence. Disposant de la valeur de ΔU le programme peut alors effectuer les calculs prévus. La faille, c’est que la valeur de R sera déterminée à partir d’un ΔU qui correspond au courant maximal, et non au courant I moyen plus faible qui sera celui dans la LED pour la luminosité souhaitée. Hors la chute de tension aux bornes d’une LED est fonction de la grandeur du courant qui la traverse. Rassurez-vous, de nombreux essais ont montré que les résultats affichés sont fiables. En utilisant une résistance de valeur proposée par le programme, à peu de chose près on obtient le courant prévu et la luminosité que nous avions ajustée avec le bouton du mini laboratoire. N’oubliez-pas que de toute façon, la résistance qui sera mise en série ne pourra présenter que des valeurs normalisées, donc pas forcément exactement celle qui a été calculée.

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