Balance embraquée avec boitier afficheur/commande à distance

Bonsoir, Je suis nouveau sur ce forum et aurais besoin de vos lumières pour un projet de balance électronique destinée aux véhicules. C'est un projet que je réalise au sein de ma boite (équipementier auto), pour un stage. Je suis d'une formation plutôt mécanique qu'électronique et j'ai besoin de votre expérience pour me guider tout au long du projet. [u]Tout d'abord le contexte de mon projet:[/u] Mon entreprise d'accueil veut développer son propre système de pesée, adapté à des chargements de l'ordre de 2T, avec une précision de 50kg. Actuellement nous avons décidé d'utiliser des jauges de contraintes posées en pont complet ( voir si c'est vraiment nécessaire) sur des corps d'épreuves que je suis en train de concevoir. Les corps d'épreuves sont solidaires des brides de fixation entre le châssis et le plateau à l'arrière du véhicule. Comme il peut y avoir jusqu'à 14 brides sur un véhicule et qu'on veut que tout le poids repose sur les brides il pourra y avoir jusqu'à 14 montages en pont de wheastone , soit 14x4=56 fils à connecter. L'objectif à terme serait de pouvoir produire en série ce nouvel équipement. [u]Ce que je compte réaliser:[/u] 1) Mes 56 fils seront reliés à un premier boitier qui alimente les jauges en tension ( relié à la batterie du véhicule ou avec une source d'énergie indépendante) et qui récupère puis traite le signal en sortie des jauges ( équilibrage,filtrage du bruit, amplification). Je vais l'appeler boitier "jonction". 2) les 56 signaux analogiques sont ensuite convertis en numérique pour être lisibles par le microcontroleur, lui même transmettant l'info à un afficheur LCD distant. 3) Un deuxième boitier est disposé dans la cabine et contient un afficheur LCD qui présente le poids et la répartition du poids (avant/arrière,droite/gauche), ainsi que 2 boutons de commande ( on/off, tare) . Ce boitier "afficheur" est relié par un unique câble/connecteur au boitier jonction. 4) un afficheur secondaire , à portée de main du conducteur, lui permet de visualiser les mêmes infos à l'extérieur du véhicule lorsque ce dernier est à l'arrêt. Ce boitier reçoit des informations sans-fils.

Pouvez vous me dire le nombre et le type de carte Arduino dont j'aurai besoin pour récupérer les infos des 56 fils ? Ai-je oublié un composant essentiel dans ma chaîne d'acquisition? Quel type de connecteur me conseillez vous d'utiliser pour relier le boitier jonction au boitier afficheur ? Quel type d'afficheur permet d'afficher à la fois le poids et la répartition du poids sur une surface suffisante ? En dehors de la carte Arduino et de l'écran, de quels composants aurai-je besoin? On me parle souvent de conditionneur pour l'étape 1 mais je ne vois pas d'une part comment le brancher aux 56 fils en entrée et d'autre part comment je pourrai l'utiliser pour transmettre des infos aux boitiers afficheurs et sans fil. Voilà pourquoi je pensais refaire un conditionneur "maison".

HeryA: ... [u]Ce que je compte réaliser:[/u] 1) Mes 56 fils seront reliés à un premier boitier qui alimente les jauges en tension ( relié à la batterie du véhicule ou avec une source d'énergie indépendante) et qui récupère puis traite le signal en sortie des jauges ( équilibrage,filtrage du bruit, amplification). Je vais l'appeler boitier "jonction". 2) les 56 signaux analogiques sont ensuite convertis en numérique pour être lisibles par le microcontroleur, lui même transmettant l'info à un afficheur LCD distant. 3) Un deuxième boitier est disposé dans la cabine et contient un afficheur LCD qui présente le poids et la répartition du poids (avant/arrière,droite/gauche), ainsi que 2 boutons de commande ( on/off, tare) . Ce boitier "afficheur" est relié par un unique câble/connecteur au boitier jonction. 4) un afficheur secondaire , à portée de main du conducteur, lui permet de visualiser les mêmes infos à l'extérieur du véhicule lorsque ce dernier est à l'arrêt. Ce boitier reçoit des informations sans-fils.

Pouvez vous me dire le nombre et le type de carte Arduino dont j'aurai besoin pour récupérer les infos des 56 fils ? Ai-je oublié un composant essentiel dans ma chaîne d'acquisition? Quel type de connecteur me conseillez vous d'utiliser pour relier le boitier jonction au boitier afficheur ? Quel type d'afficheur permet d'afficher à la fois le poids et la répartition du poids sur une surface suffisante ? En dehors de la carte Arduino et de l'écran, de quels composants aurai-je besoin? On me parle souvent de conditionneur pour l'étape 1 mais je ne vois pas d'une part comment le brancher aux 56 fils en entrée et d'autre part comment je pourrai l'utiliser pour transmettre des infos aux boitiers afficheurs et sans fil. Voilà pourquoi je pensais refaire un conditionneur "maison".

bonjour -1 il est illusoire de connecter les jauges sur un boitier central integrateur, il faut integrer/amplifier au plus prés de chaque pont, tu aura en sortie un signal beaucoup plus exploitable et moins sujet "aux alterations d'ambiance"

-2 il te faut donc 14 CAN , au moins sur le papier un arduino mega (16 input ADC) devrait etre suffisant.

  • 3 et 4 les options sont ouvertes , l'important est déjà de bien cadrer le 1 (obtenir du bon signal propre calibré pour les CAN)

pour les connecteurs , il faut du connecteur serieux : verrouillable,etanche,resistant aux vibrations, il y a pas mal de candidats

Merci de ta réponse Artouste, Tu penses qu'il est préférable de filtrer le signal tout près des capteurs si je comprends bien. Le boitier de jonction s'occupera seulement de convertir le signal en numérique et d'alimenter les jauges du coup. L'intérêt du boitier de jonction au centre du plateau arrière est surtout pratique, pour ne pas à faire rentrer tous les câbles dans la cabine. Après si comme tu dis chaque corps doit disposer d'une partie electronique ça change ma partie mécanique du problème car je vais devoir placer 14 boitiers "filtre" sur le châssis , avec chacun sa petite carte avec composants et connecteurs. Quand tu parles d'intégrateur c'est pour faire filtre passe-bas ?

[u]Sur chaque carte filtre il y aura:[/u] -1 résistance R1 et un condensateur tel que ma fréquence de coupure vaut 1/R1C -1 deuxième résistance R2 pour faire l'amplification -1 connecteur ( 2 entrées pour l'alim et 2 sorties pour la mesure) pour la jauge -1 connecteur identique pour le boitier de jonction.

[u]Ensuite pour le boitier de jonction:[/u] -1 carte Arduino Mega ADK -un shield sur lequel seront ajoutés 14 CAN ( à part la tension minimale mesurable et le taux d'échantillonage je ne vois pas comment les choisir) -14 connecteurs ( 2 entrées, 2 sorties pour chacun) reliés chacun à un boitier "filtre" . Je pensais à des SUB-D, comme c'est ceux qui sont utilisés sur un boitier d'acquisition que j'ai à portée de main. -14 broches afin de la connecter à la carte Arduino -Les diodes et résistances nécessaires pour adapter les signaux envoyés à l'écran LCD. -un connecteur pour l'alim -un connecteur pour commander l'écran LCD

[u]Pour le boitier afficheur:[/u] -1 connecteur pour le boitier de jonction -Des boutons qui gèrent l'information envoyée à l'afficheur par le boitier de jonction. -L'afficheur

Pour le boitier sans fil je n'ai pas encore une idée de ce dont j'aurai besoin. Cela vous semble t-il bon?

HeryA:
Merci de ta réponse Artouste,
…Tu penses qu’il est préférable de filtrer le signal tout près des capteurs si je comprends bien.

lu ta réponse en diagonale :grin:
Non ce que je pense , c’est qu’il faut intégrer au plus prêt, ça ne consiste pas simplement à filtrer du petit signal 8)

je lirais et commenterais plus tard

HeryA: ... -1 deuxième résistance R2 pour faire l'amplification

Pour avancer un peu et cerner "le problème" c'est de l'electronique pure , tu peux expliquer comment selon toi une résistance pourrait là seule "amplifier" ?

As-tu pensé que les jauges doivent résister aux secousses quand on roule, et qu'un nid de poule peut représenter un pic de quelques tonnes sur une seule jauge, c'est un coup à arracher le plateau, non? on n'imagine pas les efforts que subit un châssis...

Tu risques aussi de te heurter à une homologation...

Merci Artouste et Super_Cinci pour vos réactions. Artouste: la résistance R2 est reliée à la sortie et à l'entrée V- de l'AOP, comme pour un montage amplificateur non-inverseur.J'ai alors un condensateur et R2 reliés aux mêmes points de l'AOP. Me trompes-je? Super_Cinci: Concernant l'homologation on est encore en train de réfléchir à des solutions. Je m'occupe aussi de faire en sorte que les fixations soient le moins modifiées par l'ajout des capteurs. Ne t'inquiètes pas sur ce point, j'y ai déjà pensé.

HeryA: Merci Artouste et Super_Cinci pour vos réactions. Artouste: la résistance R2 est reliée à la sortie et à l'entrée V- de l'AOP, comme pour un montage amplificateur non-inverseur.J'ai alors un condensateur et R2 reliés aux mêmes points de l'AOP. Me trompes-je? Super_Cinci: Concernant l'homologation on est encore en train de réfléchir à des solutions. Je m'occupe aussi de faire en sorte que les fixations soient le moins modifiées par l'ajout des capteurs. Ne t'inquiètes pas sur ce point, j'y ai déjà pensé.

ok , je comprend mieux donc tu fait déjà l’intégration et du conditionnement en amont ? tes AOP+tripaille doivent être au plus prés des jauges. tu utile quoi comme aop d'instrumentation ?

J'ai reçu un starter kit Arduino Mega de chez Saintsmart. J'ai suivi les tutos du site du zero pour comprendre le fonctionnement des entrées analogiques. J'ai maintenant le problème de l'amplification du signal. Je ne me doutais pas que la précision du CAN de l'Arduino serait trop grossière pour détecter mes signaux de jauge de l'ordre de 0.01mV. En utilisant la fonction analogReference(INTERNAL1v1) j'arrive au mieux à détecter 1mV ( 1.1V/1024). Pour détecter les 0.01mV il me faudrait une Aref de 10mV. En théorie je devrais envoyer cette tension de 10mV sur la broche Aref et tout devrait fonctionner. N'ayant pas d'ampliOp à disposition pour amplifier mon signal de jauge j'ai bêtement pensé à utiliser un diviseur de tension à l'aide de résistances adéquates. J'ai obtenu environ 100mV . En envoyant ce signal sur une des entrées analogiques j'ai pu vérifié que j'avais bien ces 100mV( quoi-que je lis plutôt 87mV ....) . Avec ce même montage, en reliant ce même signal au Aref la tension mesurée passe à 4956mV. Peut-être vous savez pourquoi je ne lis plus 87mV? Si maintenant au lieu de réduire la tension d'entrée j'amplifie le signal des jauges, comment choisir l'ampliOP ( pour en revenir à ta remarque Artouste) ? Ma connaissance des ampliops se limite à leur version théorique parfaite et je suis un peu perdu dans les différents types d'AOP. Quels paramètres dois-je prendre en compte pour en choisir un ? Pour l'amplification elle même je vais prendre: -1 résistance de 1 Ohm -1 résistance de 1 kOhm pour avoir un rapport de 1000 ( 0.01mV réel-->10mV en entrée de l'Arduino)

J'aurai également besoin d'autres AOP pour filtrer le bruit venant des capteurs. Les critères de choix sont-ils identiques que pour une amplification pure?

J'ai aussi une deuxième question. On m'a proposé d'utiliser une communication en série entre les jauges. L'idée serait que chaque jauge convertit sa tension en binaire et un genre d'encodeur inscrit cette valeur binaire dans un plus grand "mot" qui contient toutes les valeurs de toutes les jauges précédentes. La dernière jauge envoie ce mot binaire au boitier de jonction qui le décode et stocke les valeurs. Cette communication série permettrait de réduire le nombre de câbles. Si je ne me trompe pas c'est comme ça que communiques les différents capteurs d'un véhicule classique. Comment mettre cette solution en oeuvre ?

la première chose à savoir, c'est qu'un ampli-op, aussi bon ou cher soit-il, a des tensions limites en sortie, et qu'alimenté à0 et 5V, il te donnera un signal entre 1 et 4V dans le meilleur des cas. donc tu es mal barré pour le PE.

Il te faut amplifier ton signal au cul de la jauge, on en avait déjà parlé (sinon, tu amplifieras également tous les parasites)...

Tu n'as pas trouvé des AN (Application Notes) traitant le sujet chez tes fournisseurs de jauges? il faudrait commencer par ça, car il y a beaucoup de trucs à apprendre...

Bonjour Il faut utiliser des liaisons par courant 4 - 20 mA. Il n'y a que deux fils utilisés à la fois pour l'alimentation et le signal. C'est ce que l'on utilise en industrie. A+

Rebonjour voir : meteosat.pessac.free.fr/Cd_elect/Doc_pdf/liaison/loop420.pdf?

Super_Cinci: J'ai compris l'idée d'amplifier au plus près. Mon boitier d'amplification sera vraiment au plus près de mes jauges. Vu l'encombrement très réduit je ne peux pas mettre mes AOP au cul des jauges. Et puis la zone où est collée ma jauge est très sollicitée mécaniquement; il n'est pas possible d'y mettre un composant élec. Je n'ai pas compris en quoi le fait que les AOP saturent à 4V pose un problème. Mes tensions mesurées sont dans l'intervalle [-0.1;0.1]V ; je vais les passer dans l'intervalle [-4;4]V. Ive123: L'émetteur de Burr-Brown c'est quoi exactement comme composant? Quel est le terme générique ? J'ai tapé burr-brown sur Farnell mais je tombe sur différents types ( transducer, converter) qui font sensiblement la même chose: convertir une tension en un courant dans l'intervalle 4-20mA. Si j'ai bien compris ton intervention, ce composant assure 2 fonctions: -transformer la tension en courant pour ne pas avoir de perte en amplitude le long du fil -amplifier le courant avant de le transformer en tension dans l'intervalle [0; 5]V à l'aide d'une résistance de 250 Ohms.

Cela dit je ne sais toujours pas quel type d'AOP serait le plus adapté pour le filtrage.

HeryA: ... Cela dit je ne sais toujours pas quel type d'AOP serait le plus adapté pour le filtrage.

le filtrage et sa methode (il y en a peut etre d'autre que de de dedier un AOP et tripaille à ça :grin: ) est une fonction dérivée secondaire suivant déjà necessairement une parfaite/tres bonne/bonne intégration du stimuli initial.

si tu veux de l'aide plus precise :

-quelle ref exacte les jauges ? - quel ampli est/serait déjà choisis/selectionnés pour l'integration ?

le proverbe : "ne pas mettre la charrue avant les boeufs " est toujours bien d'actualité , meme dans électronique "actuelle" :grin:

Merci pour ta réponse Artouste.
Ce que j’ai du mal à comprendre c’est que tu me demande quel type d’amplificateur je vais utiliser, alors que c’est que je cherche à savoir :cold_sweat:.
J’ai fait un tour du forum pour avoir une idée du type de composant à utiliser. Je suis tombé sur le INA125 et les ADS1110 ou ADS1231 qui me permettraient d’amplifier mes [-0.1;0.1]mV ( je me rend compte d’ailleurs que je me suis trompé dans mon précédent message). Les ADS sont des convertisseurs analogique numériques donc je récupère l’info sur les entrées digitales de l’Arduino c’est bien ça ? J’ai aussi vu que les tensions négatives ne pouvaient être lues par l’Arduino et qu’il fallait que je fasse un autre montage pour décaler mes tensions entre 0 et 5V.

Pour la référence des jauges: Vishay CEA-06-250UW-120
J’ai pas plus d’infos que ça sur cette jauge, désolé. Pas de datasheet ou d’application note a priori.

HeryA: Merci pour ta réponse Artouste. Ce que j'ai du mal à comprendre c'est que tu me demande quel type d'amplificateur je vais utiliser, alors que c'est que je cherche à savoir :cold_sweat:. J'ai fait un tour du forum pour avoir une idée du type de composant à utiliser. Je suis tombé sur le INA125 et les ADS1110 ou ADS1231 qui me permettraient d'amplifier mes [-0.1;0.1]mV ( je me rend compte d'ailleurs que je me suis trompé dans mon précédent message). Les ADS sont des convertisseurs analogique numériques donc je récupère l'info sur les entrées digitales de l'Arduino c'est bien ça ? J'ai aussi vu que les tensions négatives ne pouvaient être lues par l'Arduino et qu'il fallait que je fasse un autre montage pour décaler mes tensions entre 0 et 5V.

Pour la référence des jauges: Vishay CEA-06-250UW-120 J'ai pas plus d'infos que ça sur cette jauge, désolé. Pas de datasheet ou d'application note a priori.

bonsoir tu trouvera de la bonne doc concernant tes jauges ici (specifs et instru) http://www.vishaypg.com/micro-measurements/databooks/

Tu parlais filtrage, je pensais que tu avais déjà choisi la partie amplification/integration, ce qui est le point le plus critique. tu t'attaque à du mV en milieu perturbé : il faut que tu reflechisse à comment coller au plus pres des jauges pour integrer et sortir un signal facile à conditionner. il faut aussi que tu reflechisse à de la bonne alim un BB INA326 peut peut etre faire l'affaire regarde la data avec les appli en pont complet (fig7) http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina326.pdf

Bonjour, Le INA326 et le INA125P sont tous deux des amplificateurs d'instrumentation à gain programmable, je joue sur les résistances branchées sur les pins d'entrée. Artouste, tu me proposes le INA326 pour quelle raison ? Tu le préfères au INA125 parce que la fréquence de coupure est de 1kHz et du coup il fait aussi office de filtre passe-bas? Peux-tu m'expliquer ton raisonnement ?

Comme je suis encore en phase de test, je préfèrerais un composant traversant pour pouvoir le brancher sur ma breadboard. Dans le même genre il y a le INA122P qui est traversant. Autrement si je commande le INA326 qui a un boitier de type MSOP , y a-t-il des connecteurs qui me permettraient de relier facilement des câbles aux broches du composant sans les souder?

HeryA: Bonjour, Le INA326 et le INA125P sont tous deux des amplificateurs d'instrumentation à gain programmable, je joue sur les résistances branchées sur les pins d'entrée. Artouste, tu me proposes le INA326 pour quelle raison ? Tu le préfères au INA125 parce que la fréquence de coupure est de 1kHz et du coup il fait aussi office de filtre passe-bas? Peux-tu m'expliquer ton raisonnement ?

bonjour Il n'y en a pas , j'ai exposé le INA326 comme possible candidat, parce que c'est un compo que j'ai utilisé. ce n'est pas le seul candidat , apres il faut selectionner sur d'autres criteres et le INA125 semble aussi un bon candidat.

Bonjour, J'ai finalement pris un INA126P pour amplificateur d'instrumentation. L'amplification marche bien lorsque j'utilise un potentiomètre en diviseur de tension. J'ai suivi le montage présent à cette adresse: http://stackoverflow.com/questions/18146670/thermocouple-signal-amplification-using-ina126p En faisant des relevés de points j'ai néanmoins remarqué que ma sortie n'évolue pas linéairement. Je n'ai malheureusement pas pu avoir un nombre suffisant de mesures( une dizaine de points entre 0 et 5V) vu que le potentiomètre est trop sensible. Pour l'instant j'ai le sentiment que plus mon signal est faible, moins il est amplifié. En me basant sur le topic que j'ai mis en lien ci-dessus, j'ai regardé dans la datasheet des informations sur la tension du mode commun. Tout ce que j'en retiens c'est que quelque soit la valeur de ma tension à amplifier, le signal de sortie sera entre 600mV et 3.5V. Je ne sais pas si ça a un lien avec la linéarité de ma sortie .

Concernant maintenant mon montage avec les jauges, je n'arrive pas à avoir le même comportement de mon système entre 2 mesures. Ca me désole. J'utilise le moniteur Serial pour mesurer mon signal amplifié: - Parfois ma tension à l'équilibre vaut soit 124 ( =600mV) soit 716(=3.5V). Si il vaut 124 il ne peut pas mesurer des tensions négatives ( car 124 est le minimum en sortie), mais s'il vaut 1024 il ne peut mesurer que les tension négatives. -Parfois ma tension à l'équilibre passe d'un extrême à l'autre sans raison. -Autrement je ne mesure rien du tout, que ce soit en positif ou négatif.

Avez vous une piste d'explication? Car mon résultat étant complètement aléatoire je ne peux plus avancer ma conception élec.

Bonjour à tous, Je crois avoir trouvé la cause du comportement aléatoire de mes jauges. En fait mon pont de wheastone est mal équilibré. En faisant une simulation sur LTspice tout fonctionne au mieux, mais en réalité la tension que j'ai dans chaque branche est sensiblement différente. J'ai testé cette hypothèse dans LTspice en mettant par exemple 1.649V sur une branche et 1.670V sur l'autre: suivant quelle branche est en "surcharge" ma sortie d'ampli est soit saturée à 600mV , soit à 3.5 V . Or à chaque mesure que je lance il y a des légers mouvements de mes composants et fils qui changent la valeur des résistances de mon pont , ce qui fait que le résultat est toujours différent. Pour remédier à ce problème j'ai branché un potentiomètre en série d'une des branches. Je fais alors un réglage fin pour que la tension des 2 branches soit la même lorsque les jauges ne sont pas sollicitées. J'arrive à mes fins, j'obtiens bien mon signal amplifié mais je pense que sur le véhicule ça ce ne sera pas envisageable d'équilibrer le pont à la main. Pensez vous qu'il y a une autre solution pour équilibrer le pont ?

[u]Pour la transmission des informations entre mon boitier de jonction et mon boitier afficheur:[/u] Je compte faire communiquer 2 cartes Arduino Mega ensemble: une carte sous l'écran et une autre à distance pour la conversion CAN et les calculs de masse, répartition de poids, etc... J'ai testé la librairie Wire en mode Master-Reader: mon écran est maître et reçoit de ma carte du boitier de jonction les divers infos utiles à l'affichage. Je ne reçois cependant aucune info de la carte de jonction. J'ai pourtant testé l'exemple de base avec le message "hello " envoyé sous la forme de 6 octets. Concernant le câblage je n'ai besoin que de 4 câbles en théorie: SDA, SCL , la masse et l'alim . Je pense commander des borniers à vis, des broches mâles/femelle et des veroboards pour relier proprement mes fils aux cartes. [u]Pour la transmission des informations entre mes jauges et mon boitier de jonction:[/u] J'utilise un INA126P par pont de Wheastone ( et par corps d’épreuve). L’entrée Ref est alimentée par 2.5V et l’entrée V- est reliée à la masse. De cette manière je peux amplifier des signaux très faibles sans être limité en sortie à 800mV. Si je comprends bien c’est le principe de la masse virtuelle : Mon ampli étant alimenté en 0-5V ( alim asymétrique) ma sortie est bloquée entre environ 800mV et 3.5V. Ce qui fait que si ma tension en entrée est trop faible la valeur en sortie sera de 800mV. Si maintenant au lieu de mettre la reference à la masse je la mets à 2.5V : l’amplificateur comprend que le zéro est à la référence et du coup qu’il est alimenté en +/-2,5V. Je n’ai alors plus le problème de la saturation à 800mV en sortie. Ai-je raison ? La carte du corps d’épreuve est reliée par 3 fils au boitier de jonctions : l’alim, la masse et la sortie amplifiée. Je pourrais également rajouter des filtres passes bas plus tard, après les essais sur véhicule.

Sur un autre point je recherche des boitiers facilement réusinables pour mes 2 arduinos. J'ai du mal à trouver des boitiers qui sont suffisamment haut pour contenir une carte et laisser suffisamment de place pour caser un écran , son shield et la carte pour les connecteurs. Grossièrement il me faudrait 3 à 4 fois la hauteur d’une Arduino Mega ( 30 minimum). En largeur il faut assez de place pour rajouter 2 boutons ( ce qui fait du coup environ 120mm). Bien sûr que mes 2 boitiers seront différents mais je prends les dimensions max pour pouvoir éventuellement rajouter des éléments.