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Electronique > Réalisations > Affichage / mesures > Voltmètre 008b (True-RMS) - Pro

Dernière mise à jour : 10/10/2021

Présentation

Le voltmètre présenté ici fait appel à un PIC 16F88 et offre une plage de mesure de 0,00 Vac à +99,9 Vac en une seule gamme.

J'ai repris et légèrement modifié mon voltmètre 008 à base de PIC 16F88, et l'ai complété d'un convertisseur True RMS. De cette manière, le voltmètre peut mesurer une tension alternative (ac) de forme quelconque (sinus ou autre) et en extraire la valeur efficace vraie (RMS).

Plusieurs options ont été prévues :

alimentation unique de +5 V avec ou sans isolation galvanique, ou alimentation symétrique de +/-12 V
filtre passe-bas d'ordre 2 pour réduction de l'ondulation de la tension convertie aux très basses fréquences (< 10 Hz)
convertisseur A/N externe 12 bits - contre 10 bits offerts par le microcontrôleur

Ce circuit a été développé pour une utilisation 24h/24. Le demandeur ne souhaitait pas décortiquer un voltmètre True-RMS du commerce et préférait en outre un affichage à LED plutôt qu'un affichage LCD.

Schéma

Un microcontrôleur PIC 16F88, trois afficheurs sept segments et un circuit de conversion RMS pour un montage complet et autonome.

Ce voltmètre 008b dispose d'une entrée DC et d'une entrée AC

Etage d'entrée (convertisseur RMS)

L'entrée a été conçue en vue d'accepter une tension alternative de valeur comprise entre 0 et 99,9 Vac en une seule gamme, avec une tension efficace maximale de 300 Vac.

La résolution globale de mesure dépend du CAN employé, CAN 10 bits interne au PIC ou CAN 12 bits externe :

CAN 10 bits : 1024 niveaux entre 0 et 99,9 V => résolution 0,097 V, soit environ 100 mV
CAN 12 bits : 4096 niveaux entre 0 et 99,9 V => résolution 0,024 V, soit environ 25 mV

Le logiciel du PIC est écrit pour accepter les deux possibilités. Lorsque le CAN externe 12 bits est utilisé, un changement de calibre automatique peut être activé pour permettre une résolution d'affichage au dizième de volt (mais avec la même précision de mesure) :

Remarques

Lors de la mise sous tension, le logiciel du PIC vérifie la présence du convertisseur A/N externe. Si ce dernier est détecté, alors, la lecture de la tension s'effectue par ce dernier. Si le convertisseur A/N externe n'est pas détecté, alors la lecture de la tension s'effectue par la ligne RB7/AN6 du PIC.
Dans ce montage à gamme unique de 00.0 à 99.9 V, la mesure d'une tension inférieure à 2 Vac est entachée d'une erreur de mesure non négligeable. Cette erreur n'est pas critique pour le demandeur qui souhaitait une tension minimale à mesurer de 12 Vac.
Une très bonne précision dans les faibles tensions pourrait bien entendu être obtenue en adoptant un commutateur deux gammes à l'entrée de l'appareil, une première gamme de 0.00 à 9.99 V et l'autre de 00.0 à 99.9 V.

Conversion AC vers True-RMS

Il existe plusieurs techniques pour obtenir la valeur efficace d'une tension, l'une d'elle consiste à employer des convertisseurs log et anti-log. Ici, il est fait usage d'un convertisseur d'un type différent et plus performant, offrant une très bonne linéarité et peu affecté par les variations de température. Deux circuits spécialisés (dédiés à la conversion AC/RMS) peuvent être utilisés au choix, l'un adapté à une tension d'alimentation unique de +5 V, l'autre adapté à une tension symétrique de +/-12 V.

Filtrage suppléméntaire optionnel

Un filtrage additionnel a été prévu en option pour la mesure de signaux alternatifs de très basse fréquence (< 10 Hz). Dans les fréquences très basses en effet, il faut un temps d'intégration assez long pour moyenner les fluctuations, et un filtre actif est requis si on veut conserver un temps de réaction faible. Même à 50 Hz (fréquence de la tension à mesurer dans le cas présent), ce filtre ne fait pas de mal ;)

Affichage

Une fois l'acquisition de la tension d'entrée effectuée, la valeur lue est "codée" afin de pouvoir être envoyée sous forme multiplexée aux trois afficheurs sept segments. Cette façon de faire permet d'économiser sur le nombre de fils requis entre l'élément de commande (PIC) et le circuit d'affichage (afficheurs sept segments), mais demande un poil de précautions supplémentaires pour que l'affichage se fasse sans problème (sans scintillement gênant). Les différentes étapes se déroulent de la façon suivante :

Acquisition de la tension d'entrée, appliquée soit sur la broche RB7/AN6 du PIC, soit sur l'entrée du convertisseur A/N externe
Transformation de la valeur numérique lue (0 à 1023 ou 0 à 4095) en une valeur de tension (0 V à 99.9 V)
Transformation de la valeur unique de tension (0 V à 99.9 V) en trois chiffres indépendants (dizaine, unité et dizième)
Affichage séquentiel des trois chiffres (dizaine, unité et dizième)

Le taux de raffraichissement de l'affichage est de 15 ms (66 Hz), environ 200 Hz au niveau de chaque digit. Cette valeur est assez élevée pour tromper l'oeil et limiter tout scintillement gênant.

Logiciel du PIC

Pro - Logiciel PIC non disponible en libre service

Circuit imprimé (PCB)

Réalisé en double face.

Historique

10/10/2011
- Première mise à disposition.