PowMeter pour Nano

Je me pose ces questions à chaque fois que j’étudie un nouveau projet Arduino. Un objectif de très basse consommation est souvent prioritaire (voir comment économiser l’énergie d’une carte Arduino). Mais à chaque fois je dois faire un bricolage avec plusieurs multimètres. Je mets 10 minutes à vérifier que tout est bien connecté. Ca ne marche pas, vu le faux contact des sondes sur mon voltmètre et les calibres brûlés. Il y a des fils partout … Bien que j’aie 2 voltmètres plus le numérique de l’oscilloscope, il y a toujours quelques chose qui ne va pas.

D’autre part je m’intéresse depuis quelques temps aux composants de mesures de courant / tension. Le sujet est plus compliqué qu’il n’y parait et j’ai d’abord été surpris d’obtenir de mauvais résultats. Comme vous sans doute, j’envisageais un montage maison. Je me suis vite rendu compte que faire une mesure sur une ligne amont portée à une tension supérieure ou égale à la tension d’alimentation de mon circuit de mesure est difficile, surtout si l’on souhaite de la précision. J’ai découvert qu’il existe un grand nombre de montages publiés, qui sont souvent compliqués. A ce sujet je vous conseille de consulter la très bonne note d’application de Analog Devices AN105. Ce document recense plusieurs dizaines de montages pour chaque situation spécifique.
Heureusement, il existe aujourd’hui des circuits dédiés performants. En fait il en existe beaucoup, surtout fabriqués par Texas Instruments.  Finalement j’ai retenu un composant aujourd’hui classique en montage Arduino: l’INA226, afin de l’intégrer dans une architecture “tout I2C”.

La carte est donc équipée de deux circuits INA226 qui communiquent par I2C avec un microcontrôleur Atmega88 et un écran OLED minuscule sur son PCB d’interface. Les mesures sont faites au travers des résistances de mesure de courant d’une puissance de 1W malgré leur petite dimension (0805). J’espère donc griller  beaucoup moins facilement cet instrument que les calibres de mes multimètres… Il faut néanmoins éviter les court circuits !

Caractéristiques principales:

• USB:
  • Plage de courant: 0 – 500 mA, modifiable jusqu’à 800 mA et plus
  • Résolution: 0.025 mA

• VIN:
  • Plage de courant: 0 – 8 A
  • Résolution: 0.25 mA

• Tension:
  • Plage de tension: 0 – 24 V
  • Résolution:  0.01 V

• Autre:
  • Erreur de mesure: inférieure à 1%
  • Dimensions: 69 mm * 18,2 mm * 18.5 mm
  • Poids: 10 grammes

Les avantages de cette solution de mesure sont:

• Un très faible encombrement: le bouclier s’installe sur l’emplacement de la carte Nano, il est un peu plus long, de 23 mm.
• Il vous permet de visualiser la consommation sur le port USB si celui-ci est alimenté,
• mais aussi de voir la consommation sur l’entrée VIN MON (ajoutée).
• et la consommation des périphériques de votre montage qui sont reliés à la sortie VAUX (ajoutée).
• Il ne consomme aucune ressources logicielles de votre projet grâce au microcontrôleur embarqué. Sa consommation en courant est de moins de 10 mA.
• Tous les composants principaux communiquent par I2C, vous pouvez donc récupérer les données de mesures dans votre programme pour déclencher des actions.
• Bonne précision de mesure.
• Il est possible d’utiliser l’écran OLED pour votre projet.

Quelques applications

Configurer le bouclier:

PoweMeter pour Nano comporte un microcontrôleur Atmega168. Vous pouvez modifier le programme à volonté (grâce à un programmateur ISP ) pour utiliser le bouclier selon vos besoins spécifiques. L’OLED peut servir à afficher les informations que vous voulez. Il est possible de communiquer directement par I2C avec les composants du bouclier. Le pack de ressources inclue une librairie de programme console que vous pouvez charger sur la carte Nano pour configurer PowMeter. Vous pouvez paramétrer:

• Le type d’affichage: USB et VIN, seulement USB ou seulement VIN.

• Définir une alerte: par exemple ici une alerte est déclenchée si la tension USB est inférieure à 6V ( non réaliste).

• Récupérer les mesures de tension et courant sur l’USB et VIN afin de les utiliser dans un programme.
• Mettre le bouclier dans un mode d’économie d’énergie.
• Etalonner PowMeter.

Exemples d’applications

• Véhicule radio commandé qui nécessite de suivre la consommation régulièrement (par exemple un avion solaire).
• Robot Arduino nécessitant d’optimiser la consommation.
• En travaux pratiques Arduino pour remplacer quelques multimètres dont l’utilisation est confuse.
• Objets connectés avec monitoring de la consommation.
• Tout type de montage Arduino portable.
• Validation de circuit sur “breadboard” en phase d’étude.
• Pour remplacer jusqu’à 4 multimètres.