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Les capacités d'E/S intégrées à la plupart des microcontrôleurs facilitent la mesure du monde analogique. Supposons que vous souhaitiez créer un enregistreur de données pour la température. Tout ce que vous avez à faire est de vous procurer une sorte de capteur doté d’une sortie de tension linéaire qui représente la plage de température que vous devez surveiller – de zéro à cinq volts représentant 0° à 100°C, peut-être. Connectez le capteur à une entrée analogique, créez un petit code et vous avez terminé. Des trucs faciles.

Maintenant, changez la donne : vous devez monter le capteur loin du microcontrôleur. Plus vos fils sont longs, plus la chute de tension sera importante, jusqu'à ce que finalement votre oscillation de cinq volts représentant une plage de 100° ressemble davantage à une oscillation d'un volt. De plus, vos longs câbles de capteur agiront comme une belle antenne pour capter toutes sortes de bruits, ce qui rendra d'autant plus difficile l'extraction d'un signal de tension utilisable hors de la ligne.

Heureusement, les ingénieurs en procédés industriels ont compris depuis longtemps comment résoudre ces problèmes en utilisant des boucles de courant pour la détection et le contrôle. La norme la plus courante est la boucle de courant de 4 à 20 mA. Nous verrons ici comment elle est née, comment elle fonctionne et comment vous pouvez exploiter cette technique de contrôle de processus de base pour votre microcontrôleur. projets.

La boucle de courant désormais standard de 4 à 20 mA pour le contrôle des processus descend directement d'une des premières innovations en matière d'automatisation industrielle, le contrôle des processus pneumatiques. Avant que les commandes électriques ne soient généralisées, des kilomètres de conduites pneumatiques sillonnaient les usines, fournissant non seulement la puissance nécessaire pour déplacer les actionneurs, mais également la capacité de détecter les conditions. Les ingénieurs de procédés ont utilisé un système de signalisation pneumatique basé sur la pression : 3 PSI à une extrémité de la plage de détection et 15 PSI à l'autre. Un tel capteur ferait varier la pression dans la conduite en fonction de la variable du processus et pourrait être utilisé comme entrée pour un enregistreur graphique, pour contrôler directement une vanne, ou même agir de concert avec d'autres capteurs et actionneurs pneumatiques via des contrôleurs logiques pneumatiques sophistiqués.

Alors que les systèmes pneumatiques sont encore très utilisés aujourd'hui, en particulier dans les industries où les choses ont tendance à exploser autour de l'électricité, les systèmes à boucle de courant 4-20 mA sont devenus un standard de facto dans les années 1940 et 1950. Dans les systèmes à boucle de courant, un transducteur surveillant certaines variables du processus (température, pression, débit, etc.) est connecté à un transmetteur. L'émetteur est câblé en série avec une alimentation CC – généralement 24 volts en milieu industriel. L'émetteur est chargé de convertir la sortie du transducteur en un courant compris entre 4 mA et 20 mA.

La loi du courant de Kirchhoff nous dit que le courant sera le même en chaque point du circuit, quelle que soit la tension. Ainsi, si la tension chute considérablement parce que les fils de l'émetteur mesurent un demi-mile de long, ou si la tension de boucle varie parce qu'un énorme moteur a démarré ailleurs dans l'usine, cela n'a pas d'importance : l'émetteur maintient le courant constant. pour une variable de processus donnée.

Bien entendu, les boucles de courant ne se limitent pas aux capteurs. Une large gamme d'actionneurs, des vannes aux entraînements de moteur, peut être contrôlée par une boucle 4-20 mA. L'acquisition et l'affichage des données sont également possibles, avec des enregistreurs graphiques, des jauges et des indicateurs tous disponibles pour la boucle.

Mais pourquoi 4 mA – ou 3 PSI, d’ailleurs – est-il la limite inférieure de la boucle, plutôt que zéro ? Facile : car il permet une détection des erreurs inhérentes. Si la valeur inférieure du courant de boucle avait été réglée à zéro, il serait impossible de faire la différence entre une lecture de limite inférieure légitime sur un capteur et un fil de boucle cassé.

Alors, comment intégrer un appareil 4-20 mA dans votre dernier projet Arduino ? Retransformer le courant en tension en plaçant une résistance dans la boucle et en mesurant la chute de tension à ses bornes est vraiment tout ce qu'il faut. [AvE] fait le calcul pour nous montrer qu'une résistance de 250 ohms nous donne une oscillation de un volt à cinq volts, ce qui est parfait pour l'entrée analogique d'un Arduino dans la vidéo ci-dessous (avertissement – ​​langage légèrement NSFW à venir).

Vous n'aurez peut-être pas un accès aussi facile aux capteurs et actionneurs de boucle de courant qu'une personne travaillant dans le domaine de l'automatisation industrielle, et votre projet ne profitera peut-être pas vraiment de tout ce que la norme 4-20 mA a à offrir. Mais c'est bien de savoir qu'il est là quand et si vous en avez besoin.