Soutenance mémoire
Les Tensions variables
Une tension « variable » est une tension dont la valeur varie au cours du temps. L’utilisation d’un oscilloscope, grâce à la visualisation, facilite son étude. Il y a 4 autre définition de la tension variables :
• Tension périodique : Une tension variable est une tension periodique, si cette tension reprend la même valeur à intervalles de temps égaux. L’intervalle de temps constant est la ‘période’ qui se note T et s’exprime en secondes.
• Tension alternative : Une tension variable périodique est une tension alternative, si sa valeur moyenne est nulle, c’est-à-dire que les 2 aires hachurées A et B sont égales comme indique la figure suivante
• Tension alternative symétrique : Une tension variable périodique est une tension alternative symétrique si sa valeur moyenne est nulle et si les 2 aires hachurée A et B sont égales et superposables.
• Tension alternative sinusoïdale : Une tension variable périodique est une tension alternative sinusoïdale si cette tension est une fonction sinusoïdale du temps. Et cet tension sinusoïdale est sous-entend être donc : périodique, alternative et symétrique.
Microcontrôleur Arduino
Arduino est un projet électronique open source de prototypage basé sur une plateforme flexible, autant du côté matériel que logiciel. Le projet Arduino est la mise en œuvre d’une petite carte électronique programmable et un logiciel multiplateforme, qui peut être à tout un chacun dans le but de créer facilement des systèmes électroniques. Il est principalement destiné aux artistes, designers, amateurs, et tous ceux qui s’intéresse à la création d’objets et d’environnements interactifs. L’Arduino peut sentir l’environnement en recevant l’apport de capteurs, et interagir en contrôlant des circuits électroniques, des moteurs, des actionneurs, lumières et autres. En gros, c’est une carte disposant d’une large plage d’entrée sortie, avec un microcontrôleur au milieu.
• Choix de la carte Arduino UNO : Plusieurs types d’Arduino existent sur le marché comme le MEGE 2560, ZERO, DUE, NANO, etc. Mais dans ce projet, l’Arduino UNO est le principal matériel. Ce choix est fait parce qu’UNO est la carte la plus robuste, le plus utilisé et documenté sur toute la famille de Arduino et Genuino. UNO offre déjà assez de pins analogiques et numériques pour couvrir le besoin du présent projet et compatible avec plusieurs modules sur le marché. Le Uno est une carte microcontrôleur basée sur le ATmega328P. Il dispose de 14 broches numériques d’entrée / sortie (dont 6 peuvent être utilisées comme sorties PWM : Pulse Width Modulation), 6 entrées analogiques, un cristal de quartz 16 MHz, une connexion USB, une prise d’alimentation, d’une embase ICSP et un bouton de réinitialisation. Il contient tout le nécessaire pour soutenir le microcontrôleur ; simplement le connecter à un ordinateur avec un câble USB ou de la puissance avec un adaptateur AC-DC ou d’une batterie.
Programme Arduino pour le calcul de tension efficace
1er Méthode : Calcule directe de la tension efficace : Suivant notre ordre d’idées, notre programme consiste à exploiter la définition de la tension efficace en rapportant la valeur obtenue par l’utilisation de l’équation (2-5) : ? =????√2 Par défaut, la référence de mesure sur l’entrée analogique est de 5 Volts et qui se fait entre 0 et 5 Volts sur 1024 niveaux. Le programme du microcontrôleur reçoit donc une valeur entre 0 et 1023, proportionnelle à la tension d’entrée. La méthode et la précision de mesure de l’entrée analogique de l’Arduino sont développées dans l’annexe. Toutefois, l’obtention de ce niveau dans le programme xx nécessite un algorithme précis puisque le signal de sortie du capteur n’est pas constant. Étant donné que le signal oscille 50 fois par seconde pour un réseau de 50Hz et avec une fréquence d’horloge de 16MHz de l’ATmega328P de l’Arduino, le programme répète plusieurs fois (qui dépende de la longueur du programme) trois étapes pendant une seconde :
➢ Lire la valeur sur l’entrée analogique
➢ Chercher le niveau maximal et minimal
➢ Faire la différence entre les deux niveaux
Ainsi, la différence du niveau maximal et minimal donne le double de l’amplitude de U’’ et logiquement la division de cette différence de niveau en deux donne le niveau de U’’. Dans cet ordre d’idées, la valeur efficace est ensuite obtenue en divisant la tension maximale par √2 ou en le multipliant par 0,707. D’ailleurs, l’objectif final est d’obtenir la tension efficace U du réseau. Cette valeur efficace s’obtient simplement en multipliant le ?′′????????par le premier rapport de transformation N du transformateur et puis par le second rapport n du diviseur de tension composé de R1 et R2.
2ème Méthode : Utilisation du Bibliothèque EmonLib : Cette méthode consiste à utiliser un Bibliothèque appelé : « EmonLib » qui est conçue pour le moniteur emonTX du projet OpenEnergyMonitor. EmonLib utilise la méthode de l’échantillonnage pour calculer les grandeurs électriques et il propose des fonctions qui font sortir directement le courant efficace, la tension efficace, la puissance réelle, la puissance apparente et le facteur de puissance. A ce sujet, voici ci-dessous un exemple propose par la bibliothèque pour le calcul du courant efficace, de la tension efficace, de la puissance réelle, de la puissance apparente et du facteur de puissance. Voici les étapes suivies par le code pour déterminer ces grandeurs électriques
1- Inclure la librairie EmonLib.h (source : https://github.com/openenergymonitor/EmonLib).
2- Créer un objet emon1 par le classe EnergyMonitor. Cet objet permet de manipuler facilement les fonctions et les données énergetiques.
3- Configurer et calibrer le capteur tension et courant avec les fonctions voltage() et current()
4- Calculer toutes les valeurs avec la fonction calculVI()
5- Faire sortir chaque valeur par l’objet emon1.
Par rapport à la fiabilité et la fonction complète de la librairie EmonLib, notre projet de mesure l’utilise particulièrement pour ces besoins.
Classe de l’appareil de mesure (Multimètre)
Les appareils de mesure numérique sont composés de trois parties distinctes :
• Section analogique traite le signal à mesurer et est composé d’amplificateurs opérationnels, dispositifs de redressement, filtres, etc.
• Convertisseur analogique-numérique (Echantillonne la tension d’entrée et transforme ces échantillons en séries numériques.)
• Partie numérique et afficheur (Comptage et comparaison des valeurs numériques et affichage).
La principale différence entre les divers Appareils de mesures numérique comme le multimètre se trouve en générale dans le convertisseur analogique-numérique. Comme il y a échantillonnage et quantification du signal à mesurer il a donc obligatoirement des seuils ou des pas. Une valeur comprise entre deux pas sera automatiquement arrondie au pas inférieur ou supérieur. Ces pas définissent la sensibilité de l’AMN appelés également « unité ». Avec ce type d’appareil, il faut également faire également attention au nombre de points de mesure. Ils donnent la plus petite « unité » de mesure possible (souvent également appelée digit – selon les fabricants, on trouve une différence de signification du terme « digit ».). Indépendamment de l’erreur d’insertion tout appareil donne des indications plus ou moins entachées d’erreur. Pour chiffrer l’incertitude de mesure d’un appareil, on se sert d’une quantité appelée classe de l’appareil et donné par le constructeur. On peut classer les appareils suivant leur classe de précision :
• Les appareils étalons. Classe de précision : 0,5 ; 0,1 ; 0,2
• Les appareils de contrôle. Classe de précision : 0,5 et 1
• Les appareils industriels. Classe de précision : 1,5 et 2,5
• Les appareils indicateurs. Classe de précision : 5
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : GENERALITES
I-Tension électrique en régime sinusoïdale
I-1- Les Tensions variables
Tension périodique
Tension alternative
Tension alternative symétrique
Tension alternative sinusoïdale
I-2- Théorème de Fourier
I-3- Tension instantanée
I-4- Tension maximale
I-5- Tension efficace
I-6- Tension moyenne
II- Méthode d’approche sur la mesure de la tension alternative sinusoïdale
II-1- Les différents types de signaux
Information Analogique
Information Logique
Information numérique
II-2- Chaîne d’information
II-3- Capteur
a- Définition générale
b- Mode de fonctionnement des capteurs
c- Caractéristiques techniques des capteurs
II-4- Numérisation du signal ou information Analogique
a- Quelques définitions
b- Processus de Numérisation
Etape 1 : Echantillonnage
Etape 2 : La quantification
PARTIE II : MATERIELS ET METHODES
I- Descriptions générale de notre système de mesure
II- Supports Matériels
II-1- Microcontrôleur Arduino
II-2- Capteur de Tension sinusoïdale
II-3- Supports logiciels
II-3-1- Environnements de développement intégré (EDI) Arduino
PARTIE III : CONCEPTION ET REALISATION
I- Programme Arduino pour le calcul de tension efficace
1er Méthode : Calcule directe de la tension efficace
2ème Méthode : Utilisation du Bibliothèque EmonLib
II- Réalisation de notre capteur
II-1- Essaie sur Bread-board
II-2- Ajustements de notre système de mesure
PARTIE IV : RESULTAT ET DISCUSSION
I- Mesures et présentation des résultats
II- Sensibilité du convertisseur
III- Classe de l’appareil de mesure (Multimètre)
IV- Domaine d’utilisation
V- Amélioration et recommandation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
ANNEXE
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