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Mesures > Réglage automatique de luminosité
Dernière mise à jour : 09/03/2014Présentation
Cet article présente des méthodes qui permettent un réglage automatique de la luminosité d'afficheurs à LED en fonction de la lumière ambiante, grâce à une LDR (Light Dependant Resistor, appelée aussi photorésistance). Ces méthodes s'apliquent aux systèmes d'affichage à LED non multiplexé ou multiplexé. Vous découvrirez qu'encore une fois on peut aller du plus simple au plus compliqué. Après tout, les schémas, c'est fait pour ça.Schéma 001a - Le plus simple
La méthode la plus simple repose sur une régulation "linéaire avec pertes" qui consiste à limiter plus ou moins le courant qui arrive dans l'afficheur via sa broche "commune". Ici et pour commencer, il s'agit d'un afficheur AC (Anode Commune).
La LDR est câblée en pont diviseur avec le couple résistance R1 / potentiomètre RV1, et le point commun (central) de ce pont délivre une tension dont l'amplitude dépend de la quantité de lumière captée par la LDR. Plus la lumière est forte est plus la tension est élevée en ce point. Comme on ne peut pas brancher directement ce pont diviseur à un afficheur à cause de sa résistance interne trop élevée, on le fait suivre par un transistor monté en suiveur (collecteur commun) dont l'avantage premier est de posséder une résistance d'entrée élevée et une résistance de sortie faible. L'entrée se fait sur la base du transistor et la sortie sur son émetteur (la tension récupérée sur l'émetteur est la même que celle appliquée sur la base, moins 0,6 V). Ce montage fonctionne, mais il présente un inconvénient : si la luminosité de l'afficheur varie bien en fonction de la lumière ambiante, elle varie aussi en fonction du nombre de segments allumés. Ainsi, quand on allume les segments B et C pour afficher le chiffre "1", on bénéficie d'une luminosité plus élevée que quand on allume tous les segments pour visualiser le chiffre "8". Pour donner un ordre de grandeur, on pourrait disposer avec ce schéma de 20 mA par segments pour le chiffre "1" et de 14 mA par segment pour le chiffre "8" (pour un réglage de RV1 et pour une lumière ambiante donnés). Cela est du au fait qu'on fait varier la tension au point "Anode commune" de l'afficheur et que le courant total se partage dans les segments activés. A la limite, s'il n'y a qu'un seul afficheur, ce n'est pas très grave. Mais quand on en a plusieurs alignés et qu'ils n'éclairent pas tous de la même façon, on peut éprouver une certaine gêne. Pour que les segments gardent la même luminosité en toutes circonstance (qu'il y ait un seul ou sept segments allumés), on doit aborder le problème sous un autre angle. C'est pourquoi cette phrase laisse la place à un nouveau paragraphe.
Schéma 001b - On complique un peu
Bon, la méthode décrite ci-avant fonctionne, il ne faut pas être totalement négatif. Ce qui suit est destiné à ceux qui n'en ont jamais assez et qui comme moi aiment compliquer les choses pour soi-disant les rendre meilleures. La méthode précédente était une méthode dans laquelle on faisait travailler un transistor en régime linéaire, qui dissipait sous forme de chaleur (modérée) l'énergie qu'on ne voulait pas voir transformée en lumière par les afficheurs. La solution proposée avec le schéma qui suit met en oeuvre un transistor qui travaille en régime bloqué/saturé (tout ou rien), lequel ne se contente pas de retenir le courant "en trop", mais l'empêche carrément de passer pendant un certain temps. On a affaire, tenez-vous bien, à un signal continu découpé. Oui mon bon m'sieur (comme dirait Jacques Brel), c'est de l'alternatif (ça, il ne l'aurait pas dit).
Le principe de ce montage est de fournir aux afficheurs une tension "alternative" sans chercher à limiter le courant, ce dernier n'étant alors limité que par les résistances RA à RG montées en série avec les segments. Selon la quantité de lumière captée par la LDR, le rapport cyclique du signal délivré par la porte logique CD4093 ou diminue. Cette porte est en effet utilisée en oscillateur astable (multivibrateur, si vous préférez) et le condensateur C1 qui définit la fréquence d'oscillation est régulièrement déchargé à travers R1 et D1 (quand la sortie de la porte est à l'état logique bas) et chargé à travers la LDR et D2 (quand la sortie de la porte est à l'état logique haut). Si la LDR reste dans la pénombre, le temps de charge de C1 est allongé alors que son temps de décharge reste le même (R1 ne change pas de valeur). Le rapport cyclique est élevé, la sortie de la porte logique reste plus longtemps à l'état haut qu'à l'état bas. Le transistor qui fait suite inverse cet état et les segments de l'afficheur restent donc toutes proportions gardées, plus longtemps éteints qu'allumés. Dans ce cas, la luminosité moyenne est faible. Si la LDR est en revanche bien éclairée, le temps de charge de C1 est raccourci, le rapport cyclique est faible, la sortie de la porte logique reste plus longtemps à l'état bas qu'à l'état haut. En sortie du transistor, on retrouve ce signal inversé qui conduit à avoir des segments qui restent plus longtemps allumés qu'éteints. La luminosité moyenne est dans ce cas plus élevée. Pour utiliser ce type de montage avec un afficheur à cathode commune, il suffit de remplacer le transistor PNP (2N2907 ou autre) par un NPN (2N2222 ou autre) et de changer le sens des deux diodes D1 et D2, comme le montre le schéma qui suit.
Schéma 001c - Cas des afficheurs multiplexés
Les schémas vus ci-avant conviennent pour des afficheurs dont le point commun (anode commune ou cathode commune) est normalement relié en permanence à l'un des rails d'alimentation (+V ou masse). Mais on ne peut pas les utiliser en l'état pour régler la luminosité de plusieurs afficheurs câblés en mode multiplexé car leur anode commune ou cathode commune sont déjà reliées à un élément de commande (le plus souvent un transistor) qui assure leur activation les uns après les autres (toujours un seul à la fois).
Il existe plusieurs solutions à ce cas de figure, mais dans tous les cas on doit couper la commande de chaque afficheur (ici base des transistors Q1 à Q4) et insérer un montage (forcément magique) qui va plus ou moins raccourcir le temps de travail pour jouer sur le taux de luminosité moyenne.
Solution 1
On insère une porte AND entre la commande CCx et la base du transistor correspondant (Q1 pour CC1, Q2 pour CC2, etc), une des entrées de cette porte reçoit le signal de commande d'origine et la seconde reçoit un signal PWM dont le rapport cyclique dépend de la lumière ambiante.
Cette solution n'est utilisable que si la fréquence du signal PWM ajouté est nettement supérieure à la fréquence de raffraichissement des afficheurs. Si ce n'est pas le cas, on observe un effet de scintillement ou de vague gênant.