Un bouton poussoir peut être normalement ouvert ou normalement fermé.
Normalement ouvert signifie qu'en l'absence de toute pression par l'utilisateur, le bouton poussoir ne laisse pas passer le courant quelque soit la tension à ses bornes. Ce comportement peut être représenté dans le plan (V, I) (lire Tension, Courant).
Lorsque l'utilisateur appuie sur un bouton poussoir normalement ouvert, il ferme le circuit dans lequel le bouton est inséré. Dans ce cas, le courant peut circuler à travers les contacts du bouton et la tension aux bornes du bouton poussoir peut être considérée comme nulle (on suppose ici que le bouton a une résistance de contact nulle).
Les entrées/sorties sur un microcontrôleur se font en tension. Il faut donc constituer un circuit électrique permettant de recueillir une tension évoluant en fonction de l'état du bouton poussoir. On peut pour cela fixer le potentiel d'un côté du bouton poussoir à la masse comme l'illustre la figure ci-contre :
Lorsque le bouton poussoir est pressé par l'utilisateur, la fermeture du circuit relie la sortie à la masse du montage (le 0v). On a donc fixé le potentiel à 0 dans ce cas là.
Lorsque le bouton poussoir est laissé relaché, la sortie dirigée vers le microcontrôleur est laissée en "l'air". Le potentiel n'est donc pas fixé. Le microcontrôleur ne pourra pas déterminé de façon fiable l'état du bouton poussoir. Il faut donc compléter le circuit pour fixer la potentiel lorsque le bouton poussoir est ouvert afin de fixer le potentiel dans ce cas précis.
Une solution simple consiste à mettre en place une résistance de tirage à l'état haut (Pull-Up). Ainsi, quand le bouton poussoir est relaché, un très faible courant circule à travers la résistance de Pull Up vers le microcontrôleur. La tension de sortie du circuit vaut alors : \(V=V_{cc}-R.I\) où \(I\) est très faible, soit \(V=V_{cc}\).
Le schéma devient le suivant :
Par la suite, on prendra \(R=47k\Omega\).
Le microcontrôleur utilisé est l'ATmega328p dont la documentation est disponible ici.
La carte multifonction est munie d'un capteur de température. Le choix s'est porté sur le circuit intégré MCP9700A de Microchip.
Dans cette partie, on étudie le fonctionnement des LEDs rouge, orange et verte dont les documentations sont accessibles par les liens suivants :
On représente une LED par le symbôle suivant :
Notes :
La caractéristique \(I = f(V)\) dépend de plusieurs paramètres comme la température de fonctionnement, la couleur de la LED ...
Dans le cas de la LED rouge utilisée, on voit que la tension à ses bornes devra être de l'ordre de \(2v\) pour atteindre les \(20mA\) lui permettant d'être parfaitement allumée.
Dans le boitier multifonction, les LEDs sont branchées sur des sorties "tout ou rien" (également dites digitales) du microcontrôleur ATmega328p.
En sortie digitale, le microcontrôleur fournit \(0v\) pour un niveau logique bas et \(3v\) pour un niveau logique haut. Plus précisément, à l'état haut, on retrouve sur la sortie la tension des piles alimentant le circuit. Lorsque le circuit sera alimenté par 2 piles AAA, cette tension d'alimentation pourra évoluer entre \(1.8v\) et \(3v\).
Pile neuve, on a donc \(V_{cc}=3v\). Si on branche une LED rouge sur \(3v\), le courant est alors très important (bien supérieur à \(50mA\) si on se réfère à la caractéristique ci-contre), entraînant la destruction immédiate de la LED. Il faut donc introduire un élément dans le circuit pour limiter le courant dans la LED. Cette opération consiste à fixer le point de fonctionnement du circuit.
Pour limiter le courant dans un circuit, la solution la plus simple consiste à placer une résistance en série dans le circuit. On obtient ainsi le schéma suivant :
Pour rappel : le potentiel de la masse est de \(0v\).
Le point de fonctionnement étant fixé pour que la LED s'illumine totalement, c'est à dire avec \(V_{LED}=2v\) et \(I=20mA\) lorsque \(V_{cc}=3v\) :
Il s'agit de réaliser un dossier listant les différents modes de communication utilisables pour la réalisation d'objets connectés.
Pour chaque mode, il faudra donner :
Il n'existe pas de mesure directe permettant de connaître la charge restante d'une pile en mAh. On procède en réalité à une estimation de la charge restante à partir de la mesure de la tension de sortie de la pile à vide ou lorsque celle-ci alimente une très faible charge.
Les microcontrôleurs disposent d'un périphérique appelé Convertisseur Analogique/Numérique permettant de réaliser des mesures de tension. On obtient alors un nombre représentatif de la tension d'entrée à la sortie du Convertisseur Analogique/Numérique.
Typiquement, un convertisseur 10 bits fournira une information pouvant prendre \(2^{10}=1024\) valeurs différentes comprises entre \(0\) et \(2^{10}-1=1023\). La valeur \(0\) correspondra à une tension d'entrée égale à une tension de référence inférieure notée \(V_{REF-}\) tandis que la valeur \(1023\) sera obtenue losque la tension d'entrée aura atteint la valeur de la tension de référence supérieure notée \(V_{REF+}\).
Dans le cadre de la mesure du niveau de tension du bloc de piles, \(V_{REF-} = 0v\) et \(V_{REF+}\) utilisera une référence de tension interne au microcontrôleur d'une valeur de \(V_{REF+} = 1.1v\).
Idéalement, on souhaite profiter de toute la plage de mesure du convertisseur. Donc, lorsque les piles sont neuves, on cherchera à imposer une tension de \(1.1v\) correspondant à \(V_{REF+}\) à l'entrée du convertisseur. Deux piles AAA neuves en série présentant une tension de \(3v\), il faut donc réaliser un montage simple permettant de passer d'une tension de \(3v\) à une tension de \(1.1v\).
Pour abaisser la tension issue du bloc de piles, on utilise un diviseur de tension reposant sur un pont résistif dont le schéma est le suivant :
Question subsidiaire : considérant la tolérance de 5% des résistances, déterminer l'intervalle des valeurs que la tension $V_{R_2}$ peut prendre dans la réalité.
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