Comment visualiser volts et ampères sur un même afficheur ?

Avec un seul afficheur LCD et le circuit fort simple que nous vous proposons ici, vous allez pouvoir réaliser un instrument de mesure des plus utiles. Il vous permettra de lire simultanément une valeur de tension en volt et une valeur de courant en ampère. En volt, la lecture pourra s’étendre de 0,1 à 40,0 V et, en ampère, de 0,1 à 9,99 A.



Le plus souvent, les alimentations variables réalisées par des amateurs, n’ont pas d’instruments de mesure et, quand elles en ont, ce sont des voltmètre et ampèremètre analogiques, c’est-à-dire for t peu précis, en tout cas incapables d’apprécier une différence de tension de 0,2 ou 0,3 V, ni de courant de 200 mA.

Notre réalisation
C’est pourquoi nous vous proposons dans cet article un afficheur LCD en mesure (c’est bien le cas de le dire !) de visualiser simultanément et en temps réel la tension en volt (avec une résolution de 0,1 V) et le courant en ampère (avec une résolution de 10 mA).


Figure 1 : Dessin de l’afficheur LCD CMC116L01 utilisé dans ce montage.
Sur la page de gauche : photo de l’appareil de mesure terminé et installé dans son boîtier, prêt à fonctionner.


Le schéma électrique
La figure 2 donne le schéma électrique complet de ce “V-Amètre” : son fonctionnement est fort simple. Commençons la description par le circuit intégré IC2 MCP3202, un double convertisseur A/N à douze bits. Comme le montre la figure 3, où nous avons simplifié au maximum son schéma synoptique, si nous appliquons sur ses broches d’entrée 2 et 3 diverses valeurs de tension VinA et VinB, le double convertisseur A/N lit alternativement en multiplexeur la tension présente sur les deux entrées A et B et la convertit en données numériques : il les envoie donc, par sa broche 6, au microcontrôleur IC3 dont le rôle est de les afficher sur un afficheur alphanumérique.
Sur la gauche de l’afficheur apparaît la valeur de la tension appliquée sur la broche d’entrée 2 de IC2 et sur la droite la valeur de la tension appliquée sur la broche 3 de IC2.
Voyons maintenant comment relier ce V-Amètre à une quelconque alimentation stabilisée. Comme le montre la figure 4, sur la douille rouge présente sur l’alimentation, nous prélevons la tension positive à appliquer à la borne d’entrée correspondant à R1 du V-Amètre (+Vin). Pour la sortie, la tension positive est prélevée sur la douille +Vin et la tension négative sur la douille –Vout.

Pour mesurer la tension en volt fournie par l’alimentation, la tension positive entrant par le pont R1/R2 atteint l’entrée VinA du double convertisseur A/N IC2 et, une fois transférée sur le microcontrôleur IC3, ce dernier la visualise sur la gauche de l’afficheur.
Pour mesurer le courant consommé par le circuit relié à l’alimentation, la tension négative entrant dans le pont RCS/R3 atteint l’entrée inverseuse + de l’amplificateur opérationnel IC1 : ce dernier amplifie environ dix fois la chute de tension aux extrémités de RCS, puis la tension amplifiée est appliquée sur l’entrée VinB du double convertisseur A/N IC2 qui la visualise sur la droite de l’afficheur.

Comme le montre la figure 6, la résistance RCS est une petite piste de cuivre du circuit imprimé en forme de U, ce qui nous permet d’obtenir une très faible valeur ohmique que nous ne trouverions jamais dans le commerce.
Ajoutons que le microcontrôleur IC3 est un ST62T10-EC1556, déjà programmé en usine et que nous l’utilisons aussi pour prélever sur la broche 9 une fréquence à onde carrée : cette dernière, redressée par DS4 et DS3, nous permet d’obtenir une tension négative d’environ 4 V servant à alimenter la broche 4 de l’amplificateur opérationnel IC1.

Les trimmers présents dans ce circuit servent pour :
R12 = trimmer à un tour servant à doser la luminosité des numéros apparaissant sur l’afficheur LCD, R7 = trimmer multitour servant à remettre à zéro (sur 0,00) la valeur du courant quand sur les bornes de l’alimentation aucun circuit n’est branché et que donc aucun courant n’est consommé, R6 = trimmer multitour servant à faire apparaître sur l’afficheur LCD le valeur exacte du courant consommé par le circuit alimenté.
Pour alimenter ce V-Amètre, il faut une tension stabilisée de 5 V que nous pouvons prélever sur une alimentation stabilisée, comme celle dont la figure 15 vous donne le schéma électrique.

Figure 2 : Schéma électrique du voltmètre-ampèremètre. Pour alimenter ce circuit il faut une tension stabilisée de 5 V, à prélever sur une alimentation, dont la figure 15 donne le schéma électrique.

Liste des composants
RCS = piste du ci
R1 = 90,9 kΩ 1 %
R2 = 10,1 kΩ 1 %
R3 = 1 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 15 kΩ
R6 = 10 kΩ trim. 20 tours
R7 = 10 kΩ trim. 20 tours
R8 = 1 megaohm
R9 = 10 kΩ
R10 = 150 ohm
R11 = 15 kΩ
R12 = 10 kΩ trim. 1 tour
R13 = 10 kΩ
C1 = 470 nF polyester
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 pF ceramico
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 47 μF électrolytique
C9 = 100 nF polyester
C10 = 100 μF électrolytique
C11 = 100 μF électrolytique
C12 = 1 μF électrolytique
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 μF électrolytique
FC1 = réson. céramique 8 MHz
DS1 = diode 1N4148
DS2 = diode 1N4148
DS3 = diode 1N4148
DS4 = diode 1N4148
DZ1 = zener 4,096 V LM4040
IC1 = intégré CA3130
IC2 = intégré MCP3202
IC3 = CPU EC1556
Display = LCD CMC 116 L01

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

Figure 3 : Schéma synoptique et brochage du circuit intégré MCP3202. Pour lire simultanément la tension et le courant, on utilise ce convertisseur A/N lisant en multiplexeur les valeurs présentes sur les entrées VinA et VinB.

La réalisation pratique
Si vous suivez avec attention les figures 11a, 12 et 13, vous ne devriez pas rencontrer de problème pour monter ce V-Amètre : procédez par ordre, afin de ne rien oublier, de ne pas intervertir les composants se ressemblant, de ne pas inverser la polarité des composants polarisés et de ne faire en soudant ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée.
Quand vous êtes en possession du circuit imprimé double face à trous métallisés de 12 x 4,8 cm (dessins, à l’échelle 1, des deux faces figure 11b-1 et 2), montez tous les composants comme le montre la figure 11a.

Placez d’abord, côté composants, les cinq picots d’interconnexions puis, côté soudures (voir figure 6), le connecteur barrette à seize trous.
Ensuite, dans le circuit imprimé de l’afficheur LCD, insérez et soudez le double connecteur mâle à seize broches, comme le montre la figure 8.
Vérifiez bien toutes les soudures.
Montez alors les trois supports des circuits intégrés et vérifiez que vous n’avez oublié de souder aucune broche.
Là encore, ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée.
Otez l’éventuel excès de fl ux décapant avec un solvant approprié.
Montez alors les résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord) : R1 est une résistance de précision de 90,9 k (blanc-noirblanc-rouge-marron) et R2 de 10,1 k (marron-noir-marron-rouge-marron). Montez à gauche du circuit imprimé le trimmer R12 à un tour et à droite les deux trimmers multitour R6 et R7. Continuez par les diodes DS1, DS2, DS3 et DS4, en orientant bien leurs bagues noires repère-détrompeurs comme le montre la figure 11a, soit respectivement vers la gauche, le bas, le haut et le bas. Montez ensuite la zener DZ1 près de IC2 : elle a la forme d’un transistor plastique demie lune à trois pattes, orientez bien son méplat repère-détrompeur vers C8.
Montez, près de IC3, le filtre céramique FC1, près de IC1 le condensateur céramique C4 et, enfin, tous les condensateurs polyesters et les électrolytiques en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Il reste à enfoncer dans leurs supports les trois circuits intégrés, repère-détrompeurs en U orientés dans les sens montrés par la figure 11a, soit vers le bas pour IC1, vers la droite pour IC2 et vers la gauche pour IC3. Enfin, prenez l’afficheur LCD et enfilez à fond son connecteur mâle dans le connecteur femelle, comme le montre la figure 10.

Figure 4 : Pour lire le valeur de la tension présente sur les douilles de sortie d’une alimentation et pour savoir quel courant consomme le circuit à alimenter, vous devez relier la borne positive de l’alimentation à l’entrée +Vin de notre circuit et la borne négative à l’entrée –Vin, en utilisant ensuite comme pôle négatif la sortie –Vout.

Figure 5 : Avant de fixer l’afficheur LCD sur le circuit imprimé, vous devez accomplir une série d’opérations simples illustrées dans cette page.


Figure 6 : Vous devez insérer dans le circuit imprimé le connecteur barrette à seize trous et les quatre entretoises plastiques permettant de maintenir l’afficheur LCD.

Figure 7 : Brochages du microcontrôleur programmé EC1556 et du circuit intégré CA3130 vus de dessus et de la zener LM4040 vu de dessous.

Figure 8 : Dans le boîtier de l’afficheur LCD CMC116L01, insérez le double connecteur barrette mâle à seize broches et soudez-le.

Figure 9 : Dans le circuit imprimé, insérez le connecteur barrette femelle à seize trous et les quatre entretoises plastiques nécessaires pour soutenir l’afficheur LCD, comme le montre la figure 6.

Figure 10 : Après avoir fixé le connecteur femelle dans le circuit imprimé et le connecteur double mâle dans l’afficheur LCD, vous pourrez les solidariser l’un de l’autre.

Figure 11a : Schéma d’implantation des composants du V-Amètre. On voit à droite du circuit imprimé la piste de cuivre en U utilisée comme résistance RCS pour détecter une tension proportionnelle à la valeur du courant consommé par le circuit que nous alimentons. Les trimmers R6 et R7 servent pour le réglage, le trimmer R12 pour doser la luminosité de l’afficheur LCD.

Figure 11b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du V-Amètre, côté composants.

Figure 11b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du V-Amètre, côté soudures.

Figure 12 : Ce dessin montre comment relier la borne positive d’une alimentation à l’entrée +Vin du V-Amètre et la borne négative à l’entrée –Vin.
La tension à utiliser sera prélevée sur les douilles de sortie situées en bas à droite du dessin. Pour faire fonctionner l’afficheur LCD, il est nécessaire de l’alimenter avec une tension de 5 V, comme le montre la figure 11.



Figure 13 : Photo d’un des prototypes de la platine du V-Amètre. L’appareil peut être inséré à l’intérieur de n’importe quelle alimentation stabilisée, pourvu qu’elle puisse lui fournir la tension stabilisée de 5 V dont il a besoin pour fonctionner. Sinon, on adoptera la solution de la figure 14.

Pour alimenter le circuit
Pour alimenter ce montage, comme le montrent les figures 14 à 16, il faut une alimentation stabilisée capable de fournir une tension de 5 V. Notre alimentation peut parfaitement convenir. La figure 15 en donne le schéma électrique et la figure 16 vous permet de la réaliser sans peine ni risque de vous tromper.
Si vous optez pour cette solution, l’alimentation et le montage prendront place dans un boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium, percés et sérigraphiés, comme le montre la figure 14.

Mais si vous voulez, vous pouvez aussi insérer le montage dans une alimentation variable afin de la doter d’un double instrument de mesure V et A mètre.
Dans ce cas vous récupèrerez la tension d’alimentation du montage (5 V) sur cette alimentation variable en utilisant un régulateur 7805 à connecter à la sortie du pont redresseur. Il vous faudra alors pratiquer une fenêtre rectangulaire dans la face avant de votre alimentation variable pour l’afficheur LCD.


Figure 14 : Montage de la platine du V-Amètre avec son afficheur LCD, ainsi que son alimentation 5 V stabilisée (voir figures 15 et 16), dans un boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium. Les bornes +/– de sortie peuvent être fixées sur le panneau arrière.


Figure 15 : Schéma électrique de l’alimentation, capable de fournir une tension stabilisée de 5 V.

Liste des composants

C1 = 100 nF céramique
C2 = 100 nF céramique
C3 = 100 nF céramique
C4 = 100 nF céramique
C5 = 1 000 μF électrolytique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 470 μF électrolytique
RS1 = pont redres. 100 V 1 A
IC1 = intégré L7805
T1 = transfor. 4 W sec. 8 V 0,5 A
S1 = interrupteur

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

Figure 16a : Schéma d’implantation des composants de l’alimentation pouvant alimenter notre V-Amètre. Cette alimentation est à insérer à l’intérieur du boîtier plastique, comme le montre la figure 14.


Figure 16b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’alimentation, côté soudures.

4 commentaires:

  1. Ce commentaire a été supprimé par l'auteur.

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  2. bonjour , est ce que ce circuit peut mesurer une tension de 380 V et un courant de 100A

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  3. bonjour
    comment obtenir le fichier .hex du PIC
    cdt philippe
    phill38@aol.com

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  4. bonjour
    comment obtenir le fichier .hex du PIC
    cdt philippe
    phill38@aol.com

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