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   Synoptique du Météo OSD :

   Les différents capteurs :

        Capteur de température OUT :

        La mesure de la température externe OUT est une fois de plus confiée à un LM35DZ. En introduisant une tension de décalage via P1 et U4:D, il devient ainsi possible de mesurer des températures négatives jusqu'à -49,9°C. J'ai déjà utilisé cette structure schématique dans le montage Thermomètre Digital présent sur ce site et je vous renvoie aux pages de ce montage pour de plus amples détails [ Thermomètre digital ].

LM35DZ (National Semiconducteur)

 

        Capteur de température IN :

         Toujours basé sur le LM35DZ, seules les températures positives seront prises en compte. Nul besoin d'utiliser une tension de décalage dans ce cas...  
         Pour de plus amples détails, veuillez consulter le montage [ Thermomètre digital ].

 

        Capteur de pression  :

         La pression est mesurée par un capteur MPX2100 du constructeur Motorola. Là aussi, j'ai déjà employé ce composant dans un autre montage publié sur ce site [ Baromètre digital ].
        Je vous revoie à cette application pour de plus amples explications sur la structure à amplification différentielle de ce capteur.

MPX2100 (Motorola)
 

        Capteur d'humidité :

        Le principe de ce capteur est basé sur la variation de capacité aux bornes de deux films polyamides métallisés. Le diélectrique large de quelques microns permet de piéger les molécules d'eau suspendues dans l'air modifiant de la sorte la capacité résiduelle du capteur.
 

Capteur d'humidité RTC6919001 ou H1 (Philips)

 

   Principe de fonctionnement de la mesure d'humidité relative "Rth" (hygromètre) : 

       La présente technique constitue un compromis entre complexité et précision. Elle est basée sur la mesure réelle de la capacité du capteur par la mise en oeuvre d'un capacimètre rudimentaire.


        Mesure par différentiateur R - C :

       Dans le croquis suivant, la capacité du capteur d'humidité fait partie d'un différentiateur R et C 
dont la tension de sortie moyenne est proportionnelle à la capacité à mesurer.
 

           Synoptique d'un capacimètre à différentiateur R - C :

Le différentiateur est composé d'une capacité (capteur)
et d'une résistance connue R1.

           Principe de la mesure de capacité par différentiateur :

             La structure se subdivise en trois parties, à savoir une source de tension de référence Uref, un commutateur analogique et un oscillateur astable délivrant un signal rectangulaire de rapport cyclique 50%.

Signal en sortie du commutateur analogique
 

             Le condensateur au sein du capteur d'humidité est soumis alternativement à une tension de référence Uref et à la masse du montage.

             Le réseau constitué par R1 et la capacité du capteur permet de "convertir" le signal carré en un signal impulsionnel alternativement positif et négatif  (principe du différentiateur) :

Différentiation par circuit R et C

            Si les conditions sur R1 sont parfaitement définies et stables dans le temps, les variations observées dans la forme des impulsions seront uniquement dues aux variations de la capacité du capteur.
            Ainsi, il suffit de procéder à un redressement du signal impulsionnel et faire appel à un réseau R et C secondaire d'intégration (filtre passe-bas) pour en extraire la tension moyenne (U moyen).
            La tension moyenne ainsi obtenue est directement proportionnelle à la capacité du capteur.

Redressement du signal différentié.

        Mise en pratique de la mesure de capacité du capteur d'humidité U10 :

    La mesure de capacité est réalisée sur le schéma structurel à partir de composants classiques :

          Le signal rectangulaire est obtenu au moyen d'un simple multivibrateur astable NE555.
          La tension de référence Uref = 2,5V est obtenue via un simple pont diviseur de tension.
          La résistance R1 est matérialisée par deux résistances séries R23 et R24. Elles forment avec la capacité du capteur d'humidité le circuit différentiateur.
          La diode D5 se charge de redresser le signal différentié.
          Les composants C24, R27, R28 et R29 sont chargés d'extraire la tension moyenne du signal redressé.

           Le multivibrateur astable NE555 :
 

    Le multivibrateur astable de type NE555 délivre en sortie 3 un signal rectangulaire de rapport cyclique 50% avec une fréquence de l'ordre de 5,7 kHz. Bien entendu, cette fréquence est rendue variable via le potentiomètre P4 afin d'assurer la calibration du dispositif.
    Consultez la page [ Réglages ] pour en savoir plus.

           La référence de tension :

    La tension de référence Uref est obtenue au moyen d'un simple pont diviseur. Un amplificateur opérationnel U11:A est chargé d'assurer l'adaptation d'impédance pour ne pas déséquilibrer le pont diviseur de tension connectée au reste du montage.

           Intégration et redressement :

    La tension de référence Uref charge le condensateur du capteur d'humidité U10 au rythme des signaux rectangulaires. Le tampon U11:B n'est pas véritablement indispensable pour assurer un fonctionnement correct du montage. Toutefois, afin de se prémunir de tout affaiblissement de la tension Uref soumise aux pointes de courants dues à la charge du condensateur U10, un second tampon U11:B a été ajouté.

    Le commutateur analogique U13:A sera chargé d'appliquer successivement au condensateur du capteur U10 soit la tension de référence Uref ou bien la masse du montage au rythme de l'horloge délivrée par le multivibrateur astable NE555.

    Le tampon U11:B a néanmoins quelque peine à décharger (via R23 et R24) le condensateur du capteur U10 durant les créneaux bas du signal rectangulaire.
    Pour l'aider dans cette tâche, un transistor D-MOS Q5 pris en parallèle sur la sortie de U11:B devient conducteur au moment où la tension de référence Uref (sous forme rectangulaire) passe par un niveau bas. Cette adjonction permet de réduire les exigences posées à l'amplificateur opérationnel U11 de sorte que l'on pourra employer un modèle conventionnel.

    La tension de différentiation recueillie sur la résistance R25 subit ensuite un redressement. En fait, il ne s'agit ni plus ni moins de tronquer les impulsions négatives du signal. Une simple diode Schottky BAT85 référencée D5 remplie parfaitement ce rôle.
 
    Si l'on veut éviter de déséquilibrer le réseau constitué par U10, R23 et R24, il est nécessaire d'incorporer un nouveau tampon U11:C afin d'assurer l'adaptation d'impédance vis à vis du filtre passe-bas suivant.

Oscillogrammes réels du montage.
La trace supérieure rouge est obtenue sur la broche n°7 de U11:B
La trace inférieure bleu est obtenue sur la broche n°10 de U11:C

           Valeur moyenne du signal différentié et redressé :

   La dernière étape consiste à effectuer la moyenne du signal impulsionnel par un filtrage de type passe-bas. Le filtre est composé des éléments R26, R27, R28, R29 et C24. Il est nécessaire pour des raisons de linéarité d'employer un condensateur C24 de type MKT. En effet, cette technologie à l'avantage de présenter une impédance relativement élevée.

   Enfin, un dernier tampon U11:D permet d'isoler le filtre passe-bas de l'étage suivant.
   La tension U moyen délivrée en sortie 14 de U11:D est directement proportionnelle à la capacité du capteur d'humidité U10.

   Multiplexage des grandeurs météorologiques à numériser :

   La sélection des grandeurs météorologiques à convertir par le CAN 12 bits U6 (MAX187) s'effectue au moyen d'un double multiplexeur analogique U5 (4052).  Afin de réduire par deux la résistance série des commutateurs analogiques, le double multiplexeur est câblé volontairement en parallèle.

  Enfin, le microcontrôleur PIC16F876 sera chargé de collecter les données transmises par le CAN tout en sélectionnant le type de grandeurs analogiques à convertir au moyen des entrées A et B du circuit multiplexeur U5.

   Générateur de caractères et commutation vidéo : 

   Le circuit U14 référencé SAA5244A de l'écurie Philips est détourné de sa vocation première. En effet, ce composant est utilisé dans les téléviseurs du commerce comme décodeur - afficheur Télétexte compatible CEEFAX. Ainsi les deux seules fonctions fondamentales de ce circuit sont l'acquisition des informations codées dans le signal vidéo composite et l'affichage de ces informations. Par chance il est possible de se servir de l'une ou de l'autre de ces fonctions ou bien des deux.
    Dans le cadre de cette application, seule la deuxième fonction d'affichage est exploitée.

    La mise en œuvre du circuit est extrêmement simple. Il ne requiert qu'un oscillateur à quartz de 27MHz et une interface R, V, B +  commutation rapide.

   Le dialogue entre le générateur de caractères et le microcontrôleur s'effectue au moyen d'un bus série  I ² C  conventionnel.


    D'autre part, le circuit SAA5244A a deux possibilités intéressantes : soit un verrouillage sur le signal vidéo incident, soit un fonctionnement autonome en générant une synchronisation composite.    Dans le cadre de ce projet, c'est le verrouillage sur le signal incident que j'ai choisi bien évidemment.

   Ce signal incident (vidéo composite) sera soit la vidéo issue du téléviseur (péritel K1), soit la vidéo en provenance d'un périphérique externe (péritel K2). C'est le commutateur vidéo spécialisé U15 référencé TEA2014A qui est chargé d'effectuer cette sélection de façon automatique.