La carte Velleman K8055 / VM110 est une carte d’entrée / sortie sur port USB. La référence K8055 désigne la version en kit, alors que la VM110 est la version montée.

Nous allons voir comment interfacer tout type de capteurs, de sondes, et de récepteurs avec cette carte, afin de pouvoir l’utiliser pour acquérir des données et effectuer des actions à partir du PC.

Pour de plus amples informations sur la carte on peut se référer au manuel de montage, téléchargeable sur le site du fabriquant. Le manuel contient le schéma de la carte à la page 20.

Cet article sera principalement utile aux hobbyists souhaitant découvrir cette carte, ou aux enseignants qui voudraient l’utiliser en cours.

Si vous cherchez à faire fonctionner cette carte sous Linux, et plus précisément Ubuntu, n’hésitez pas à consulter [[:fr:systeme:k8055|mon article]] sur le sujet !

Entrées analogiques

Les entrées analogiques sont protégées par un amplificateur rail-to-rail TLV274 de Texas Instruments (Datasheet).

Lorsqu’on utilise un montage externe sur les entrées analogiques, il faut impérativement retirer le cavalier de la voie correspondante (SK1 et / ou SK2). Le cavalier sert à alimenter le circuit de test du canal à partir du port USB du PC, et un port USB fourni très peu d’énergie.

Le convertisseur A/N (analogique / numérique) intégré au PIC peut mesurer des tensions de 0 à 5 Volts. L’amplificateur rail-to-rail placé en amont permet, en plus de protéger le convertisseur A/D, d’ajuster cette plage de mesure selon les formules suivantes :

• Gain A1 = 1 + ( R10 / R8 )
• Gain A2 = 1 + ( R11 / R9 )

Voici quelques valeurs possibles de ces résistances :

Valeur R8, R9	Gain	Tension max
aucune	x1	5v0
3k3 Ω	x4	1v25
1k1 Ω	x10	0v5
1k0 Ω	x11	0v45
820 Ω	x15	0v33

 

Le convertisseur A/N a une résolution de 8 bits. Il reconnaît donc 256 valeurs différentes (de 0 à 255) sur sa plage de mesure.

• Pour un gain de x1, cela donne une résolution de 5 V / 256 = 0,0195 V.
• Pour un gain de x4, cela donne une résolution de 1,25 V / 256 = 0,0048 V.

Pour obtenir une valeur en Volts, on multiplie donc la valeur obtenue par la résolution. Exemple: La carte mesure sur son canal 1, équipé d’un gain x1 une valeur de 128; Cela correspond à 128 x 0,0195 V = 2,496 V.

La précision de la mesure doit tenir compte de toute la chaîne. La tension de référence est celle fournie par le port USB de l’ordinateur hôte. Elle peut donc varier légèrement d’un ordinateur à l’autre. La précision des résistances joue aussi son rôle, ainsi que les éventuels parasites extérieurs (touchez le TLV274 pendant une mesure, vous verrez comme elle oscille).

Tous les capteurs doivent avoir une masse commune avec la carte. C’est pourquoi chaque bornier offre une borne de masse.

Capteurs passifs

Le capteur passif le plus simple à mettre en œuvre est un potentiomètre. Un potentiomètre permet de doser une information, ou de mesurer un angle. Avec un peu de mécanique on se rend vite compte que l’on peut mesurer un peu n’importe quoi avec ce simple composant (relié à un bras et un flotteur il peut mesurer un niveau de liquide par exemple).

Comme pour toutes les applications, la masse de la source d’alimentation est reliée à la masse de la carte par la borne GND du bornier SK1.

Dans ce cas Vcc ne doit pas dépasser la plage de mesure du convertisseur A/N concerné. Si son gain est de x1 Vcc sera de 5 V. Si son gain est de x4, Vcc sera de 1,25 V.

Il existe nombre de capteurs résistifs, parmis lesquels on compte :

• Les Photorésistances, ou LDR (Light Dependent Resistor), dont la résistance baisse avec la lumière
• Les thermistances CTN (Coefficient de Température Négatif), dont la résistance baisse selon la température
• Les thermistances CTP (Coefficient de Température Positif), dont la résistance augmente selon la température.

Ces trois composants s’utilisent de la même manière, à l’aide d’une alimentation externe et d’un pont diviseur.

La formule de calcul est la suivante : A1 = ( R1 / ( R1 + R2 ) ) x Vcc

N’oubliez pas que A1 ne doit jamais dépasser la tension maximum du convertisseur (5 V, multipliés par le gain).

Si R1 est une photorésistance et que R2 est une résistance fixe (disons 10 kΩ), la tension augmentera avec la quantité de lumière reçue. A l’inverse, si R1 est fixe et R2 une photorésistance, la tension baissera avec la quantité de lumière reçue.

Le principe est exactement le même avec une thermistance CTP. Une thermistance CTN aura le comportement inverse puisque une CTN a un coefficient de température négatif.

Capteurs actifs

Le LM35 de National Semiconductor (Datasheet) est un composant fabuleux. Il mesure une température comprise entre -55 °C et +150 °C et retourne directement sa valeur à raison de 10 mV par degré (+/- 0,5° de tolérance). Il supporte une plage d’alimentation très large (de 4 à 30 V). La datasheet donne de nombreux exemples (déport de la sonde, modification de la plage de mesure, etc).

Vu sa plage de tension de sortie, il est conseillé de configurer le gain du convertisseur A/N concerné sur x4. Il consomme tellement peu (60 µA) que l’on peut l’alimenter avec les sorties N/A à des fins de test.

Todo:

• Donner quelques schémas de sondes actives (compte-tour, etc)

Entrées digitales

Les entrées digitales sont protégées par un octuple Darlington ULN2803APG de Toshiba (Datasheet). Ce circuit très peu coûteux est monté sur support. Il isole le processeur des montages reliés en entrée. Il est ainsi très facilement remplaçable en cas d’incident.

Types de capteurs simple à contact :

• Poussoir
• Interrupteur
• Microrupteur
• Capteur Reed / ILS
• Contact d’inclinaison

La plupart des capteurs de système d’alarme sont utilisables sur les entrées digitales, tels que :

• Détecteurs radio
• Détecteurs infra-rouge
• Détecteurs d’ouverture de porte (qui ne sont ni plus ni moins que des ILS)

En revanche ils nécessiteront très certainement une alimentation dédiée (mis à par les ILS).

Capteurs NO (normalement ouvert)

Un capteur normalement ouvert est un capteur qui fait contact lorsqu’il a détecté ce pour quoi il a été conçu. Les entrées sont déjà équipés de résistances pullup, donc il n’est pas nécessaire d’en ajouter.

Schéma de câblage

Capteur d’inclinaison

Microrupteur

Capteur Reed / ILS

​Note: La broche identifiée 6 sur le schéma correspond à la broche GND du connecteur SK4.

Capteurs NF (normalement fermé)

Un capteur normalement fermé est un capteur qui fait contact en permanence, sauf s’il a détecté ce pour quoi il a été conçu. C’est généralement le principe des capteurs d’alarme, car dans ce cas précis on a besoin de déclencher l’alarme si quelqu’un tente de couper les fils qui relient les capteurs à la centrale.

[Schéma: Capteur NF]

On peut aussi réaliser un montage simple de détecteur de seuil qui permet d’utiliser un capteur analogique sur une entrée digitale, qui se déclenchera à un seuil prédéfini.

[Schéma: Trigger]

Note: Les deux premières entrées digitales (I1 et I2) disposent chacune d’un compteur matériel indépendant au niveau du processeur de la carte. En plus de lire l’état de l’entrée, on peut aussi lire le capteur ou le réinitialiser avec les logiciels appropriés.

Sorties analogiques

Les sorties analogiques sont protégées par un amplificateur rail-to-rail TLV274 de Texas Instruments (Datasheet).

Sorties digitales

Les sorties digitales sont protégées par un octuple Darlington ULN2803APG de Toshiba (Datasheet). Ce circuit très peu coûteux est monté sur support. Il isole le processeur des montages reliés en sortie. Il est ainsi très facilement remplaçable en cas d’incident.

Montage à alimentation commune

On peut relier tout un éventail d’appareils aux sorties digitales de la carte, tant qu’ils respectent les caractéristiques du réseau de Darlington, à savoir 30 V maximum, et 500 mA maximum par canal. Au delà de ces limites il faut envisager une partie puissance (transistor de puissance, Triac, relais, etc).

 

Note: Les broches 9 et 10 sur le schéma sont respectivement référencées CLAMP et GND sur la carte.

Montage à alimentations dédiées

Si le besoin se fait sentir de connecter des récepteurs utilisant des tensions différentes, on peut soit intégrer une régulation en aval des sorties digitales, soit utiliser une source de tension dédiée à une sortie en particulier.

 

Comme pour toutes les applications, la masse de la source d’alimentation est reliée à la masse de la carte par la borne GND du bornier SK8.