Voile et Electronique : Christian Couderc

Ce dispositif est original, je ne l'ai jamais vu décrit ailleurs. Je l'ai développé il y a fort longtemps, quand les leds et les circuits intégrés n'existaient pas, en transistors discrets (mais il y avait déjà l'électricité, monsieur Volta était né !). La réalisation est très simple maintenant avec des petits microcontrôleurs à bas prix.

Cette réalisation combine en réalité deux principes totalement indépendants :

Un affichage original, adaptable à la mesure d'une grandeur quelconque, consistant à générer une série d'impulsions sonores ou visuelles dont la quantité est proportionnelle à la grandeur mesurée. Cet affichage est très facile à interpréter en milieu hostile. L'originalité du dispositif est dans cette forme d'affichage de l'information.

Une indication de capacité réelle exprimant un temps restant avant épuisement des ressources, dans cet exemple pour des batteries, mais adaptable à d'autres cas non linéaires. Cette partie est beaucoup plus difficile à cerner car aucune mesure directe ne peut la donner, il faut se fonder sur une analyse statistique mise à jour à chaque cycle de charge/décharge. C'est un vieux problème qui concerne tous les types de batteries et qui n'est jamais bien résolu.

Connaître l'état réel d'un accumulateur et l'indiquer en pourcentage de temps restant. Comme nous l'avons vu, ce n'est pas une simple lecture de tension qui peut renseigner sur l'état de fatigue de l'accumulateur. Il faut donc analyser son comportement sur chaque cycle de charge/décharge afin de déterminer son état réel instantané.
Il va donc falloir enregistrer des tables de séries de valeurs en détectant les cycles de charge et de décharge, manipuler ces données pour sortir la table finale magique, qui permettra à un instant donné d'afficher un pourcentage en lisant une tension. Cette table est dynamique, elle est remise à jour en permanence. Ce principe et connu sous le nom de " tables de translations " ou " look-up tables ". L'interprétation est très facile, ce n'est qu'une manipulation de pointeurs, la difficulté est de fabriquer la table. Dans un premier temps on peut se contenter de charger la batterie à fond, la laisser reposer pendant 48 heures, puis la brancher sur la charge et mesurer la courbe de tension à intervalles réguliers. Cette table de base sera valable tant que la batterie ne se dégradera pas trop.

L'application a été développée au départ pour des lampes et phares puissants, que j'utilisais en photo et cinéma sous-marin et en plongée. Il n'existait pas encore les leds et les consommations étaient très fortes !
Pour optimiser le fonctionnement d'une ampoule à gaz rare ou d'une led, il faut l'alimenter avec une tension très précise.

Si la tension baisse, le spectre d'une ampoule à filament glisse vers l'infrarouge (refroidissement), la consommation ne baisse pas sensiblement, mais le rapport luminosité/puissance s'écroule, le rendement est très mauvais.

Si la tension monte, le filament (ou la led) claque très vite. Il faut donc fixer la tension telle que donnée par la fiche constructeur, en dépit d'une tension batterie très fluctuante.

Pour cela j'utilise une pompe de charge régulée qui fournit par exemple 6.02 volts +/- 0.05 v , à 10 ampères, pour une tension d'entrée de 9 à 30 volts ! De plus pour éviter les chocs thermiques, en particulier lors de l'immersion d'un phare allumé, l'allumage et l'extinction sont pilotés par une rampe fiable, je décris ce dispositif en annexes. La particularité de ce dispositif est que la lampe éclaire à flux constant pendant toute la durée de vie de l'accumulateur, et s'éteint sans prévenir (une sécurité coupe l'alimentation au coude de décharge). Il est donc impératif de connaître l'état de charge en temps réel.

Un petit microcontrôleur lit en permanence la tension pendant la décharge et la charge. Il est mis en service par l'ILS (interrupteur à lames souples) commandé par un aimant glissant de l'interrupteur et par une diode pendant la charge. Il manipule ces tensions dans son petit cœur de silicium qui bat au rythme d'un timer, et écrit ou lit une table en mémoire sauvegardée. Pendant la décharge, la lecture de cette table donne le pourcentage de la capacité.

Un logiciel assez évolué pilote l'application. Je ne veux pas fournir une réalisation clefs en mains, aussi je ne donnerai pas pour le moment les sources ni les schémas, mais simplement l'idée (il faut beaucoup de temps pour mettre en forme mes brouillons). La réalisation est à la portée de tous ceux qui manipulent les microcontrôleurs, même avec un basic Stamp d'Elektor, tout fait, programmable en basic.
Cette application est très lente, il suffit de lire la tension toutes les 10 secondes, d'afficher le résultat et de s'endormir, réveil par un timer.

J'utilise toujours ce mode d'économie dans ce genre d'applications, ici seulement pour la pureté du code, car les quelques milli ampères consommés par la carte hors mode sommeil, ne sont pas du même ordre que les 10 ampères consommés par l'ampoule, mais il faut garder de bonnes habitudes. J'ai fait des variantes de ce système dans des cas ou la consommation de la charge était inférieure à celle de la carte, d'où cette obsession de la consommation qui transparaît dans tous mes projets. En mettant la carte en sommeil, la consommation peur être réduite d'un facteur 100 et passer de quelques milliampères à quelques dizaines de microampères en moyenne.

Je développerai un jour les relations entre historique de variation de tension et capacité résultante dans le cadre d'une page sur les accumulateurs. Je supposerai ici ce principe connu.

A ce stade, nous avons donc une carte contrôleur qui dispose de tables en eeprom, sait lire la tension et sait calculer le pourcentage de capacité.
Il faut maintenant consacrer une patte du circuit à l'affichage de l'information.

J'ai utilisé au début un galvanomètre gradué de 0 à 100, piloté par un convertisseur PWM simple (pulse width modulation), mais cela est peu lisible en plongée et ne s'applique que pour les caissons en altuglas. En plongée profonde, la narcose obscurcit les esprits et la lecture d'un galvanomètre n'est plus interprétée par le cerveau. Ce système ne me satisfaisant pas j'ai cherché et trouvé la bonne solution.

Une fois l'idée comprise, la réalisation est triviale avec le microcontrôleur, une patte commande la gate d'un petit Mosfet (à 0.1 Euro) et allume la led.

Un microcontrôleur premier prix n'a pas de convertisseur analogique incorporé, Il faut lire une tension, disons de 30 ou 16 volts suivant l'application, en gros aux 2/3 en fin de décharge. J'utilise pour cela un vieux composant parfait, l'UJT, (Uni Junction Transistor) qui utilise la charge d'un condensateur via une résistance, et court-circuite ce condensateur à une tension dépendant de l'UJT.

Sur le condensateur, se retrouve une rampe de tension exponentielle, à front descendant très raide. Un pulse est mis en forme sur ce front et commande une patte d'entrée du microcontrôleur, protégée par diodes. Avec 0.5 Euro en achetant tout ou en fouillant dans ses poubelles le tour est joué. Il n'est pas utile de détailler ce montage, trivial pour tout électronicien.

Pour un matériel non étanche, aucun problème, un trou dans le boîtier, un point de colle et le problème est résolu.

Mais pour un caisson opaque étanche et résistant, surtout en métal, c'est beaucoup plus compliqué, il faut maintenir l'étanchéité. Celle du couvercle ou de la vitre est toujours bien assurée par un joint torique. Le problème est pour les deux plots de charge (ou le plot si corps métal) et pour la led. En pratique cela demande des astuces. Je détaillerai les problèmes d'étanchéité des traversées sur une future page sur les caissons étanches, en "Divers ".

Pour contourner la difficulté de l'étanchéité de la led sur caissons métalliques, j'ai utilisé parfois une alternative en replaçant la led par un buzzer collé dans le caisson. Le son et la vibration dans la main se perçoivent bien par le plongeur et cela ne traumatise pas trop les poissons. Cela s'est avéré gênant en plongée spéléologique, avec plusieurs lampes allumées la cacophonie est inacceptable.

Cette partie du montage n'a absolument rien d'original, j'ai suivi les notes d'applications, en particulier celles de Maxim ou Linear Technology qui disposent d'un incroyable choix de circuits spécialisés. Avec un circuit, une diode de roue libre, une self bobinée maison et quelques condensateurs et résistances, le résultat est certain comme décrit dans l'application. J'ai essayé de très nombreux circuits de cette marque, tous les montages ont fonctionné au premier coup et dépassé les caractéristiques de rendement annoncées, autour de 90%. Je n'irai pas plus loin pour le moment sur ce sous-ensemble, consultez les fabricants.

Le plus difficile est de choisir le composant, l'offre est immense, tous les circuits sont différents. J'ai une bonne technique, j'en commande quelques échantillons différents à chaque nouveau projet, je les teste et comme ils marchent tous bien, je n'ai pas deux applications qui utilisent le même composant.

En réponse aux courriels des déçus s'attendant à trouver un kit fini, prêt à brancher. Ce n'est pas le but de mes pages, je ne vends rien, je veux simplement donner des idées originales à des expérimentateurs curieux. Pour le moment pas de schéma, pas de typon, à vous de bosser aussi, j'espère que vous ferrez mieux et que nous pourrons échanger nos résultats. J'ai chronométré, il m'a fallu 2 heures pour écrire cette petite page sous Word, 2 heures pour mettre en forme en HTML, faire la photo à l'appareil numérique et corriger mes 300 fautes de frappe. Ce site n'est qu'un jeu pour moi, je n'ai pas le temps d'y consacrer plus sauf si elle éveille un intérêt particulier. A vous lire…

Vous trouverez les réponses aux questions que vous vous posez sur l'évolution du projet et le moyen d'obtenir schémas, kits, produits finis, assistance, garde d'enfants à domicile, ratons laveurs, extrême-onction, contrat d'élimination d'ennemis, fourniture de call girls et plus ici :

Du schéma au produit fini ?

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 20 Juin 2009 à 21 h