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Electronique > Réalisations > Détecteurs > Détecteur humidité 002

Dernière mise à jour : 14/12/2008

Présentation

Le détecteur d'humidité décrit ici permet d'allumer une led en présence ou en l'absence d'humidité. En remplaçant la led par un relais, de nombreuses applications peuvent être envisagées : commande d'arrosage automatique de plantes, avertisseur de débordement d'un récipient (qui pourrait bien être une baignoire), etc. Pour la détection, le circuit fait usage d'un capteur réalisé sur circuit imprimé, et une tension continue est utilisée entre les deux électrodes du capteur, afin de simplifier le schéma. Contrairement à l'utilisation d'une tension alternative, comme cela est fait avec le détecteur d'humidité 001, l'oxydation des électrodes peut être plus rapide avec ce montage. Le montage ne fait appel qu'à des composants courants, que vous pouvez vous procurer sans aucune difficulté. Il est possible de faire encore plus simple, en employant des transistors de type MOSFET, voir page Détecteur humidité 003.

Schéma

Pas très loin, vous devriez le trouver rapidement je pense.

Fonctionnement

Ce montage repose sur une polarisation "incomplète" de la base du transistor Q1 : la base est en effet reliée au pôle positif de l'alimentation, au travers d'un capteur dont la résistivité dépend de ce qui fait contact entre deux électrodes A et B. Eau, terre, mais pas feu s'il vous plait. Afin d'éviter que tout contact direct et accidentel entre les deux électrodes ne provoque la destruction du transistor Q1, une résistance R1 de limitation de courant est ajoutée. Sa valeur est assez faible pour être marginale devant la résistance du capteur, mais assez élevée pour que le courant de base maximal soit supportable. Voyons donc ce qui se passe dans les deux cas extrêmes : quand les électrodes A et B du capteur CAPT01 sont totalement isolées, et quand elles sont franchement en contact.

Electrodes A et B du capteur CAPT01 totalement isolées

Dans ce cas, la base du transistor Q1 se retrouve en l'air, raccordée à rien. Q1, qui est un transistor NPN monté en émetteur commun (Utilisation du transistor), ne peut pas conduire, il reste bloqué. La résistance entre émetteur et collecteur est donc très grande, comme un interrupteur ouvert. De fait, le transistor Q2, également monté en émetteur "presque" commun ("presque", à cause de la diode ajoutée dans la liaison émetteur), peut conduire, grace à la résistance R2 qui polarise positivement sa base. Comme Q2 conduit, la tension présente sur son collecteur est faible, et le transistor Q3 se met à conduire. Car évidement, ce dernier est un PNP, et aime faire exactement l'inverse de ce que fait le NPN dans une même configuration de cablage. Il est lui aussi monté en émetteur commun (oui, l'émetteur peut aussi être dessiné en haut du schéma, et ne pas correspondre à la masse), et se bloque quand la tension de base est positive et supérieure à 0,6V. Nous disions donc que Q3 conduit, ce qui occasionne l'allumage de la led D2. Le transistor Q4, un autre NPN monté en collecteur commun (on finit par aimer ça), ne conduit pas dans cette situation, et la led D3 est éteinte.
Résumé : Q1 est bloqué, Q2 est passant, Q3 est passant et Q4 est bloqué. Led D2 allumée, led D3 éteinte.

Electrodes A et B du capteur CAPT01 franchement en contact

Même sans être expert en électronique, on peut bien se douter que l'on est dans une situation opposée à la précédente, et que l'ensemble du montage va réagir "à l'envers". C'est ce qui se passe en effet. Q1 est cette fois conducteur, ce qui empêche Q2 de conduire puisque sa base se trouve à un potentiel de tension trop faible. Comme Q2 est bloqué, la base de Q3 est polarisée par les résistances R3 et R4, d'une façon trop positive pour lui permettre de conduire, et se bloque donc. Par contre, Q4 adore recevoir une petite tension positive sur sa base (via R3 et R5), et tout content qu'il est, se dacide à laisser passer un courant entre émetteur et base, suffisant pour allumer la led D3 situées dans le trajet.
Résumé : Q1 est passant, Q2 est bloqué, Q3 est bloqué et Q4 est passant. Led D2 éteinte, led D3 allumée.

Situation réelle

Dans la vraie vie, le capteur va sans doute être soumis à un environnement qui va faire que sa résistivité ne sera jamais ni totalement infinie ni totalement nulle. Mais entre les deux extrêmes. Vous aimeriez bien connaitre les vraies valeurs résistives, hum ? Je vous rassure, totalement impossible de vous le dire comme ça, sans autre précision sur le contexte d'utilisation et le type de capteur utilisé. C'est pourquoi le plus sage est de sauter directement au paragraphe suivant.

Prototype

Le premier proto a été réalisé sur plaque d'expérimentation à bandes cuivrées et pré-percées. Je ne l'ai plus puisqu'il n'était pas pour moi. J'ai refait ce même circuit électronique par la suite pour vérifier deux ou trois points sur lesquels on m'a questionné, sur une plaque d'expérimentation sans soudure.



Le basculement entre allumage led verte et led rouge s'effectue pour une résistance de l'ordre de 400 KO entre les points A et B de la sonde, constituée ici de deux fils dénudés plantés dans la terre du pot de fleur. Pour un point de basculement sur une autre valeur (100 KO ou 1 MO par exemple), il convient de modifier la valeur des résistances R1 et R2. On reste forcement dans l'expérimental, vu que les pots de fleurs et les terres ne se ressemblent pas ;-).

Réalisation du capteur

Si le capteur est identique à celui utilisé dans le détecteur d'humidité 001, et que les électrodes prennent donc la forme du circuit imprimé ci-dessous, le montage sera relativement sensible, peut-être même trop pour certaines applications.



Pour détecter de l'eau en faible quantité (détection début débordement par exemple), ce type d'agencement en peigne convient très bien. Mais pour détecter une terre trop ou pas assez humide (détection terre sèche dans un pot de fleur par exemple), peut se poser le problème d'une trop grande sensibilité, la résistance offerte par la terre même sèche pouvant ne pas être assez élevée. Si le montage est trop sensible (led D3 toujours allumée même avec terre sèche), deux solutions : soit augmenter la valeur de la résistance de base (220K ou 470K au lieu de 22K par exemple), soit élaborer un capteur dont les électrodes possèdent moins de dents de peigne, et que ces dernières soient plus espacées, comme le montre l'exemple de circuit imprimé suivant.



Comment ça, pas de dents ? Ah oui, vous avez raison, il y a juste deux pistes de cuivre simples, petites et très espacées. Avec ça, ça devrait aller... pour le pot de fleur. Pour d'autres applications, je vous laisse le soin de réfléchir un peu, ça ne devrait pas être trop dûr de trouver quelque chose qui vous convient entre ces deux extrêmes.

Corrections et remarques diverses

11/11/2008
- Les résistances R4 et R5 peuvent avoir une valeur comprise entre 47K et 100K environ. Une valeur plus faible conduit à un courant de base des transistors Q3 et Q4 plus important, et un courant de collecteur qui suit dans le même sens, ce qui joue sur la luminosité des leds. A l'origine, les valeurs spécifiées étaient de 100K, ce qui allait très bien avec des leds récentes, qui s'illuminent très bien à partir de quelques mA. Les valeurs de 47K désormais attribuées sur le schéma permettent une illumination des leds plus importante et conviennent mieux pour des leds "tout type", mais bien évidement au détriment de l'autonomie de la pile de 4,5 V. A vous de choisir votre camp ;-)
07/11/2008
- Ajout de la résistance R8, que j'avais omise. Cette résistance peut avoir une valeur comprise entre 4K7 et 100K, à tester en fonction du taux d'humidité "nominal" du milieu dans lequel est placée la sonde. Pour ma part, j'ai retenu une valeur de 22K.