Technique
L’utilisation du ballon sonde se fait à l’aide d’une interface ICD3. La programmation du ballon sonde est déjà complète. En effet, les programes sont téléversés, tous les capteurs sont calibrés, grâce aux courbes d’étalonnages et autres données des notices de chaque capteur.
Le ballon sonde nécessite plusieurs alimentations: une alimentation de 5V pour le microcontrôleur, composant au coeur du montage, et des alimentations de +15V et -15V nécessaires à l’amplificateur opérationnel et au multiplieur, inclus dans le montage du détecteur de particules.
Notre ballon-sonde est équipé de plusieurs capteurs : une thermistance, un hygromètre, un capteur de pression, un accéléromètre et un détecteur de particules. Nous allons décrire le montage et la configuration de chaque composant.
La thermistance
La thermistance, de référence CTN10 (datasheet), permet de mesurer la température dans l'atmosphère entourant la ballon sonde.
Grâce à l'équation et aux constantes fournies dans la datasheet, on exprime la température en fonction de la valeur de la tension mesurée. Cette température est exprimée en kelvins.
L'hygromètre
L'hygromètre utilisé est le HCZ-D5-B (datasheet). La documentation fournit des courbes d'étalonnage donnant le pourcentage d'humidité en fonction de la tension mesurée et de la température.
Grâce à ces courbes, on calcule des constantes permettant d'obtenir le pourcentage d'humidité par un calcul simple en fonction de la tension mesurée ainsi que de la température, donnée par la thermistance.
Capteur de pression
Le capteur de pression MPX5100 (datasheet) permet à la sonde de mesurer les variations de pression dans l'atmosphère.
Accéléromètre
L'accéléromètre ADXL335 (datasheet) permet de mesurer l'accélération du ballon lors de son ascension sur 3 axes. Il pourrait aussi permettre (si demandé) de déterminer l'orientation du bloc sonde.
Cet accéléromètre fonctionne très simplement puisqu'il délivre une tension proportionnelle à l'accélération pour chacun des axes. Il détecte ainsi des valeurs alllant de -3g à +3g.
L'accéléromètre est alimenté en 3V, l'adaptation en tension (5V-> 3V) est réalisée par un pont diviseur (à gauche de l'image)
Dans le code, on récupère les différentes tensions que l'on traite ensuite. Le calcul est effectué en fonction des données du constructeur et des calibrages que nous avons réalisé, le résultat du calcul est ensuite exprimé en g.
Détecteur de particules
Le détecteur de particules permet d'indiquer la présence ou non de particules. Il est constitué de plusieurs composants dont la combinaison optimise la détection.
On réalise dans un premier temps un montage de détection à l'aide d'une diode émettant dans l'InfraRouge et d'une photodiode. On envoie, grâce au microcontrôleur PIC16F1509, un créneau aux bornes de la diode, configuré grâce au module PWM. Le signal en sortie de la diode étant trop faible, on utilise un montage à amplificateur opérationnel non inverseur pour l'amplifier. Ensuite, le signal obtenu est multiplié par lui-même, après qu'il soit passé à travers un filtre passe-haut.
Enfin, on ajoute un filtre passe-bas en sortie du multiplieur, pour ne garder que la composante continue du signal. On relie alors la sortie à une entrée du microcontrôleur pour récupérer les données.
Dans le code, on réalise une boucle if déterminant s'il y a présence ou non de particules, selon la valeur de la tension mesurée. (Cf. Codes)
Enregistrement des données
Les données sont stockées en temps réel sur une mémoire SRAM (datasheet), grâce à une liaison SPI configurée en mode maître.
L'affichage se fait ensuite grâce à un Arduino, qui communique avec le microcontrôleur par une liaison série.
Après avoir téléversé le programme “liaison_serie.ino”, il faut relier la broche RB7 du microcontrôleur au port RX de l’Arduino, ainsi que la masse de l’Arduino à celle du microcontrôleur. Le moniteur série doit être réglé sur 9600 bauds.
