Projet 4 - Oscilloscope minimal

1. Principe de fonctionnement

Le dispositif est constitué d’une Arduino équipée de pointes de touche, branchée à un ordinateur. À l’aide des pointes de touche, l’utilisateur peut mesurer une tension fluctuante allant jusqu’à 5 V. Cette tension est mesurée par l’Arduino à travers une entrée analogique, puis elle est transmise à l’ordinateur via une communication série. Finalement, dans l’ordinateur, un logiciel spécifique développé à l’aide de l’outil libre Processing met en forme ces mesures pour les rendre visibles graphiquement...

1. Entrée analogique

L’Arduino Uno est pourvue de six entrées analogiques numérotées de 0 à 5. Celles-ci sont capables de mesurer une tension entre 0 et 5 V, et de renvoyer un nombre proportionnel entre 0 et 1 024, car il s’agit d’un convertisseur 10 bits. Cet organe important de l’Arduino convertit des valeurs analogiques (fluctuantes et continues, comme une température, une pression, une luminosité) en valeurs numériques (codées sous forme de suites de 0 et de 1) exploitables par les outils informatiques. Le convertisseur analogique/numérique (ADC ou Analog Digital Converter en anglais, CAN ou convertiseur analogique numérique en français) fait littéralement le lien entre le monde réel et le monde informatique, c’est pourquoi il est utile de bien comprendre comment il fonctionne.

L’ADC de la puce qui anime l’Arduino (c’est-à-dire la ATmega328P pour les Uno) utilise la méthode des approximations successives. Cette méthode s’apparente un peu à un jeu de devinette pour découvrir...

1. Mesures de l’entrée analogique par l’Arduino

Dans un premier temps, il s’agit de mesurer la valeur de l’entrée analogique 0 et de la transmettre via la communication série.

Fichier : _01_envoi_mesures

void setup() { 
  Serial.begin(9600); 
} 
 
void loop() { 
  int mesure = analogRead(0); 
  Serial.println(mesure); 
}
 

La routine d’initialisation ouvre une communication série à la vitesse de 9 600 bauds, puis dans la boucle principale loop(), une variable mesure est créée pour stocker le résultat de la lecture de l’entrée analogique 0 (analogRead(0)). Celle-ci est ensuite transmise via la communication série.

Une fois ce code téléchargé, ouvrez le moniteur série dans l’IDE Arduino (Outils - Moniteur série) pour avoir un retour des mesures de l’entrée analogique.

En laissant la pointe reliée à l’entrée analogique 0 en contact avec rien, vous pouvez voir que la tension fluctue beaucoup. Ceci met en évidence le concept de ”potentiel flottant” : un conducteur relié à rien ne présente pas nécessairement une tension nulle.

À noter que la valeur transmise n’est pas la tension, mais la valeur retournée par la fonction analogRead(0), fluctuant entre 0 et 1 024. Cette valeur est un nombre codé sur 10 bits représentant une fraction de 5 V : 1 024 vaut 5 V, mais par exemple...

1. Améliorations possibles

Cet oscilloscope est déjà fort utile, mais il peut être amélioré de plusieurs manières.

Rendre l’oscilloscope portable

En ajoutant un écran TFT et une pile à l’Arduino, il est possible d’obtenir un oscilloscope portable autonome, à même d’effectuer des mesures dans diverses conditions sans avoir besoin d’ordinateur.

Améliorer le programme de visualisation

Le programme de visualisation utilisé dans ce projet est assez simple, mais il n’offre pas toutes les fonctionnalités d’un véritable oscilloscope (enregistrement du signal, utilisation d’un déclencheur, analyse FFT du signal, etc.). Il est intéressant d’implémenter toutes ces fonctions, et aussi de mesurer plusieurs signaux en même temps.

Mesurer des tensions plus élevées

L’Arduino est incapable de mesurer des tensions de plus de 5 V. Ajoutez un pont diviseur de tension, voire plusieurs ponts reliés à un sélecteur multiposition pour mesurer des tensions plus élevées.