Un anémomètre programmable simple

Cet anémomètre peut être programmé pour exciter un relais ou un buzzer afin que vous soyez averti quand la vitesse du vent dépasse une valeur de seuil critique pour le survi de vos accessoires domestiques. En effet, le relais de sortie peut alors déclencher une sirène ou même (moyennant l’ajout d’un relais plus puissant) actionner le moteur de relevage ou d’enroulement des stores, parasol, etc.



Mais bien sûr cet instrument pourra vous servir aussi pour une foule d’autres choses ! Si vous faites du vol libre (parapente ou delta), il pourra vous permettre d’évaluer si le vent qui souffle actuellement sur votre “point haut” est ou non propice à un décollage immédiat ou s’il vaut mieux le remettre à plus tard. Si vous le montez sur le guidon du vélo il vous indiquera votre vitesse instantanée…pourvu qu’il n’y ait ni de vent de face ni de vent arrière. Même chose si vous le montez sur une embarcation, ou d’ailleurs sur tout type de véhicule, mais avouez que sur une voiture en ville cela fera un peut “folklorique”, sur un 4 X 4 pourquoi pas ? Du fait de la structure de son capteur (voir photo de première page) l’appareil est tout de même plutôt destiné à un usage terrestre fixe.

Figure 1 : La photo de début d’article montre comment se présente le capteur anémométrique à hélice horizontale à coupelles. Celle ci-dessus, le circuit électronique installé dans son boîtier plastique laissant apparaître en face avant l’afficheur à deux chiffres, la LED de signalisation et les deux poussoirs de programmation. A l’intérieur se trouve également un buzzer d’alarme.

Le schéma électrique
Le capteur rotatif SE1 (c’est une hélice horizontale à coupelles, comme vous le voyez) comporte deux fils de sortie qui attaquent l’entrée du circuit (voir figure 2) : un pôle du bornier va à la masse et l’autre à la broche 2 du photocoupleur OC1. Le relais-reed situé à l’intérieur du capteur met cycliquement à la masse la broche 2, à une fréquence proportionnelle à la vitesse du vent.
De la broche 5 de OC1 sortent des impulsions numériques appliquées sur la broche 6 de IC1, un PIC16F819 déjà programmé en usine pour remplir toutes les fonctions qu’exécute normalement un anémomètre qui se respecte.
La première est de visualiser sur un afficheur à deux chiffres la vitesse du vent en km/h.
Pour nous fournir des valeurs précises, le micro calcule la valeur moyenne de deux vitesses instantanées mesurées toutes les dizaines de secondes environ et en transfère les deux chiffres à l’afficheur. L’afficheur à deux chiffres est piloté par le micro en multiplexeur : c’est-à-dire que c’est sur les segments a-b-c-d-e-f des deux chiffres qu’arrive la tension positive pour l’allumage du segment intéressé, puis, alternativement TR1 et TR2 mettent rapidement à la masse tantôt le point K1 (premier chiffre) tantôt le point K2 (second chiffre).
La vitesse de commutation est si rapide que, grâce au phénomène de rémanence rétinienne, l’oeil humain voit les deux chiffres allumés en même temps. Si l’anémomètre détecte une vitesse du vent de 15 km/h, après quelques secondes le micro fait sortir des broches 8-9 une tension positive alimentant les segments b-c des deux chiffres, mais comme seule la base de TR1 est alimentée à travers la broche 3, le 1 ne s’affiche que sur le premier chiffre de gauche. Quand le micro fait sortir une tension positive par les broches 7-12-13-9-10 pour alimenter les segments a-f-g-c-d pour afficher le 5 sur les deux chiffres, si à travers la broche 2 on n’alimente que la base de TR2, le 5 ne s’affiche que sur le second chiffre de droite. La vitesse d’allumage et d’extinction des deux chiffres est si élevée que nos yeux les verront allumés ensemble et liront le nombre 15 affiché.
P1 et P2, poussoirs reliés aux bases de TR1 et TR2, servent à régler le seuil de la vitesse du vent auquel nous souhaitons que se déclenche le relais piloté par TR4 et que retentisse le buzzer interne piloté par TR3. Le relais servira à piloter d’autres relais de puissance 12 V permettant d’actionner les moteurs de relevage ou d’enroulement des stores et des parasols qu’un vent trop violent pourrait endommager, ou alors simplement un signal lumineux (ou sonore ou les deux) nous avertissant que le vent ayant forci nous devons prendre les mesures qui s’imposent.
Quand le seuil de vitesse du vent paramétré est dépassé, sur la broche 16 du micro se trouve un niveau logique haut, soit une tension positive qui, pilotant la base de TR4 le fait conduire, ce qui excite le relais. Automatiquement, un signal carré de 2 kHz environ sort de la broche 1 pour piloter la base de TR3 et faire retentir le buzzer relié à son collecteur : ce signal sonore nous avertit que le seuil de vitesse du vent que nous avons programmé a été atteint ou dépassé.

Figure 2 : Schéma électrique de l’anémomètre à seuil de déclenchement paramétrable. Pour régler le seuil de vitesse du vent à partir duquel le relais de sortie s’excite et le buzzer retentit, court-circuitez le cavalier J1 avec sa partie femelle et pressez les poussoirs P1 et P2 jusqu’à l’affichage de la vitesse choisie.

Figure 3 : Brochages du photocoupleur et du microcontrôleur vus de dessus, du régulateur MC78L05 et des transistors vus de dessous.
Celui de la LED est vu de face en contre-plongée.


Figure 4 : Brochage de l’afficheur à sept segments double (deux chiffres) à cathode commune LT533.
Dimensions 16 x 22 mm. Le repèredétrompeur est constituée par le sigle LT533 situé dans sa partie basse (voir figure 6).


Figure 5 : Photo d’un des prototypes de la platine vue du côté “soudures”.

Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la platine vue du côté “soudure” où sont montés l’afficheur à sept segments double, la LED et les deux poussoirs.

Figure 7 : Photo d’un des prototypes de la platine vue du côté “composants” où presque tous sont montés.

Figure 8a : Schéma d’implantation des composants de la platine vue du côté “composants” (en pointillés sont figurés les quelques composants montés sur l’autre face, comme le montrent les figures 5 et 6).

Figure 8b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’anémomètre programmable EN1606, côté soudures.

Figure 8b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’anémomètre programmable EN1606, côté composants.

Liste des composants
R1 ........... 2,2 k 1/8 W
R2 ........... 10 k 1/8 W
R3 ........... 10 k 1/8 W
R4 ........... 10 k 1/8 W
R5 ........... 10 k 1/8 W
R6 ........... 330 1/8 W
R7 ........... 330 1/8 W
R8 ........... 330 1/8 W
R9 ........... 330 1/8 W
R10 .......... 330 1/8 W
R11 .......... 330 1/8 W
R12 .......... 330 1/8 W
R13 .......... 10 k 1/8 W
R14 .......... 10 k 1/8 W
R15 .......... 10 k 1/8 W
R16 .......... 10 k 1/8 W
R17 .......... 1 k 1/8 W
R18 .......... 56 1/8 W
C1 ........... 33 nF polyester
C2 ........... 10 μF électrolytique
C3 ........... 100 nF polyester
C4 ........... 100 nF polyester
C5 ........... 100 μF électrolytique
DS1 .......... 1N4148
DS2 .......... 1N4148
DS3 .......... 1N4148
DS4 .......... 1N4148
DL1 .......... LED
TR1 .......... NPN BC547
TR2 .......... NPN BC547
TR3 .......... NPN BC547
TR4 .......... NPN darlington BC517
OC1 .......... photocoupleur H11AV1A
IC1 .......... PIC16F819-EN1606
IC2 .......... MC78L05
DIS .......... double LT533
RL1 .......... 6 V 2 contacts
BUZZER ....... capsule Souducer
J1 ........... cavalier complet mâle et femelle
P1 ........... poussoir
P2 ........... poussoir
SE1 .......... capteur anémométrique SE120
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


L’alimentation du circuit
Pour alimenter cet anémomètre, il faut une tension continue non stabilisée d’environ 9 V (une pile 6F22 ou une petite alimentation bloc secteur 230 V feront l’affaire). La pile s’imposant dans le cas où vous avez besoin de vous éloigner du réseau électrique, cas du vol libre évoqué plus haut). La consommation est tout de même de 150 mA maximum (quand le relais est excité uniquement), ce qui correspond à une heure d’autonomie sur pile.
Pour porter cette autonomie à huit heures, vous pouvez monter en série deux piles plates de 4,5 V (type lampe de poche). Mais si vous utilisez l’appareil à la maison, surtout si vous devez attaquer des relais de puissance pour relever les stores, etc., prenez un petit transformateur secteur 230 V de 2 ou 3 VA et fournissant au secondaire 6 V : la tension une fois redressée par un petit pont sera de 7 ou 8 V et on la lissera avec un électrolytique de 100 ou 220 μF pour en obtenir 9 ou 10 V, à appliquer aux points + et – du schéma électrique de la figure 2.

La réalisation pratique
Pour réaliser cet anémomètre à seuil de déclenchement paramétrable, il vous faut le capteur anémométrique SE1, bien sûr, mais aussi le circuit imprimé CS1606 : c’est un double face à trous métallisés dont la figure 8b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1. Si vous observez bien les figures 5 à 8 et la liste des composants de la figure 2, vous n’aurez aucune difficulté à le monter. Commencez par la face “soudures” où vous monterez la LED rouge, l’afficheur à deux chiffres et les deux poussoirs puis retournez la platine côté “ composants” et montez-les tous en commençant par les supports du micro et du photocoupleur et en terminant par les périphériques (borniers, prise d’alimentation, cavalier, relais et buzzer). Attention à la polarité des nombreux éléments polarisés.
Préparez le jack mâle d’alimentation comme le montre la figure 8a sans court-circuit ni inversion de la polarité.
Procédez au montage de la platine dans le boîtier plastique (voir figures 9 et 10) et au câblage du capteur, de l’alimentation et de l’utilisateur (charge à commander, soit directement, soit à travers un relais de puissance, en fonction de vos besoins).

Figure 9 : Montage dans le boîtier plastique de la platine à l’aide de deux vis autotaraudeuses. Le fond de la coque est percé pour le passage de l’afficheur, de la LED et des poussoirs (voir figure 1). Les côtés pour celui des fils venant du capteur, allant à la charge et du jack d’alimentation.

Figure 10 : Photo d’un des prototypes de l’anémomètre installé dans son boîtier plastique et du capteur anémométrique. Pour fixer ce dernier sur le toit de la maison, on rallongera le câble à deux conducteurs avec un câble à deux fils fins (ou un câble coaxial de petit diamètre). Le courant qui le parcourra n’excèdera pas 2,5 mA.

Le câblage du capteur anémométrique
Le cordon de ce capteur ne mesurant que deux mètres, si vous voulez l’installer sur le toit (c’est là qu’il serait le mieux, non ?), vous devrez le prolonger : pour ce faire, n’hésitez pas à choisir un câble à deux fils même très fins (plus fin que les fils d’origine), car le courant qui les parcourra ne dépasse pas 2,5 mA. Un petit câble coaxial, dont la tresse constituerait le fil de masse, ferait aussi bien l’affaire.

Le réglage
Le cavalier J1 (voir figure 8a) va vous servir à régler le seuil de déclenchement du relais (et de retentissement du buzzer interne) en terme de vitesse du vent : pour régler ce seuil, courtcircuitez les deux pôles de ce cavalier avec sa partie femelle.
Si vous voulez, par exemple, établir le seuil à 42 km/h, pressez P1 et tout de suite l’afficheur visualise d’abord 00 puis progressivement 01-02-09-10-11-18-29-30, etc., jusqu’à 39-40-41-42. P2 sert à diminuer la vitesse affichée : 41-40-39, etc.
Quand vous avez ainsi paramétré la vitesse du vent correspondant au seuil de déclenchement du buzzer et du relais, vous pouvez effectuer une simulation.
Il suffit d’enlever la partie femelle du cavalier, de presser en même temps P1 et P2 et de voir les nombres affichés augmenter jusqu’à 42, le relais se déclenche alors, le buzzer retentit et DL1 s’allume.
Si le son du buzzer vous parait trop faible, vous pouvez monter une sirène (type alarme) sur le bornier de sortie du relais.

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...