Carte de mesure
"Elle produit combien cette éolienne ? Et elle tourne plus vite si on fait ça ?"
On a souvent eu ces questions, alors on s'est dit qu'on allait réalisée une petite carte de mesure pour obtenir ces informations. L'objectif : pouvoir afficher la vitesse de rotation, la tension et le courant produit, de manière ludique. L'occasion aussi de bidouiller un peu avec un petit arduino, des leds, des boutons et un petit écran LCD.
On l'a conçu de manière à être modulable avec le pont redresseur triphasé qui existait déjà, et on a essayé qu'elle soit le plus claire possible !
Sur la gauche de la carte on vient brancher deux phases, qui sont comparés pour obtenir un signal correspondant à la période de rotation de l'éolienne.
En bas à gauche on vient brancher le + et le - de la carte basique, et notre charge (une led et une resistance, ou n'importe quoi d'autre). Le courant produit va passer dans une petite résistance de mesure, dont on va amplifier le signal pour obtenir une tension proportionnelle au courant passant dans la charge.
Ces deux signaux sont ensuite envoyé dans un Arduino, qui peut afficher ce qu'il veut sur un écran LED. On a ajouté deux petites LED, un bouton reset, et un bouton switch pour s'amuser !
Un seul petit détail qui change ! Pour pouvoir mesurer le courant, il faut que la charge (LED, resistance, ou autre) soit branché au niveau des sorties "+ out" et "- out" de la carte de mesure, et non pas sur la carte basique du pont redresseur triphasé. Nous recommandons donc de souder, à la place de la LED, un petit connecteur permettant d'ajouter et retirer la LED quand on le souhaite. Les connecteurs header pinsocket femelle avec un pas de 2.54mm sont parfait par exemple.
Précision
Pour l'instant, la carte permet surtout d'afficher un ordre de grandeur des mesures souhaitées, il ne faut pas s'attendre à une précision parfaite (pour ça, utiliser un oscilloscope et un multimètre sera toujours plus pertinent). Jouer sur la résistance de mesure peut permettre d'améliorer cette précision.
électronique
La partie mesure de la vitesse de rotation :
Les phases 1 et 2 sont injectée dans une petite puce, qui est un amplificateur opérationnel. Il permet de comparer quelle phase est au dessus de l'autre à instant donné, et renvoi un 1 quand c'est l'une, un 0 quand c'est l'autre. On verra ainsi la LED verte clignoter pendant la rotation. Le signal de sortie, RPM, est injecté dans l'arduino qui va en déduire le nombre de tour par minute que fait l'éolienne, et l'afficher.
La partie mesure de l'énergie produite :
On récupère le + et le - de l'énergie produite.
La tension en + est divisé par deux à l'aide d'un pont diviseur de tension (R12 et R14), puis est injectée dans l'arduino. Le pont diviseur sert uniquement à ne pas griller l'arduino qui n'est pas censé recevoir de tension supérieur à 5V sur ses entrées.
L’électricité produite en + passe ensuite dans la charge, qui doit être branché sur "+ out" et "- out" (soit via les fiches bananes, soit via le petit connecteur). Le courant va alors traverser la résistance de mesure (R10). On sait que la tension est proportionnelle au courant (U = R* I). On va donc récupérer la tension Umesure, et l'envoyer à l'arduino, pour en déduire le courant produit I.
Mais avant ça, il faut l'amplifier ! En effet, comme R10 est faible, Umesure est tout petit, et elle risque de ne pas bien être détectée par l'arduino. On le fait donc passé dans un autre amplificateur opérationnel (caché dans le même boîtier que le premier, mais connecté légèrement différemment car on ne veut pas comparer mais amplifié cette fois !) avant de l'envoyer dans arduino.
A plusieurs endroit de la carte on peut repérer des petits composants ronds. C'est des condensateurs qui servent à filtrer les signaux, pour éviter qu'ils soient parasités.
LED, bouton et écran
Les boutons sont en montage "pullup". par défaut, ils bloquent le courant, et renvoient donc les 5V qu'on leur envoie dessus vers l'arduino, un signal "HIGH" (ou 1). Quand on appuie dessus, ils laissent passer le courant. L'arduino recoit donc un signal LOW (ou 0).
Les résistances sont connectés au 5V, mais pas à la masse : leur pole moins part vers l'arduino après une résistance. Pour les allumer, il faut envoyer un signal LOW (0V) via l'arduino, pour créer une différence de tension. Et donc pour les éteindre, un signal HIGH (5V - 5V = 0V : la led est éteinte).
L'écran est connectée en parallèle , selon ce modèle là https://lastminuteengineers.com/arduino-1602-character-lcd-tutorial/
