Acquérir l'information - les différents capteurs

Un signal électrique logique est un signal électrique qui ne peut prendre que deux valeurs. Ces deux valeurs sont nommées état haut et état bas.

L'état haut correspond souvent à la tension la plus haute que peut prendre le signal, communément 3,3 V ou 5 V, et l'état bas correspond à la tension la plus basse, communément 0 V.

Dans la pratique, le capteur TOR possède deux seuils distincts afin d’éviter que la sortie ne devienne instable lorsque l’entrée est très proche du seuil.

• Pour que la sortie du capteur passe à l’état haut, il faut que la grandeur d’entrée passe au-dessus du seuil haut.
• Pour que la sortie du capteur passe à l’état bas, il faut que la grandeur d’entrée passe en dessous du seuil bas.

L’écart entre le seuil haut et le seuil bas est appelé hystérésis.

Exemple
Un détecteur de mouvement infrarouge pourra détecter la présence ou l'absence de mouvement dans une pièce.

Les microcontrôleurs et les microprocesseurs sont capables de directement exploiter les signaux fournis par les capteurs TOR, car ce sont des signaux binaires.

Un signal électrique analogique est un signal électrique qui peut prendre toutes les valeurs possibles entre une valeur minimale et une valeur maximale.

L’opération de transformation s'appelle la transduction. La tension du signal sera directement liée à la valeur du phénomène physique capturé.

Exemple
Un capteur de température analogique pourra fournir une tension proportionnelle à la température qu'il mesure. Pour chaque augmentation de 1 °C à partir de 0 °C, la tension augmentera de 0,1 V.

Un capteur analogique fournit une tension analogique qui ne sera pas directement exploitable par un cerveau numérique, comme un microcontrôleur ou un microprocesseur.

Pour qu'un microcontrôleur ou un microprocesseur puisse utiliser l'information d’un capteur analogique, il faudra préalablement que le signal soit numérisé par un composant qu'on appelle un CAN.

Un capteur numérique est un capteur qui effectue successivement :

• la transduction d'un phénomène physique en signal électrique analogique ;
• la numérisation du signal analogique en signal logique.

Le signal logique produit n'est pas un simple signal binaire comme celui produit par les capteurs TOR : c'est un signal logique codé. Cela signifie qu'il utilise un langage, appelé norme ou protocole de communication, pour transmettre sous forme binaire une information complexe comme un nombre, une lettre, un mot, un texte complet, etc.

Exemple
Un capteur de température numérique va mesurer puis transmettre la valeur 16,9 °C à un microcontrôleur, en se servant du protocole UART. Voici à quoi ressemble le signal logique codé qui permet de transmettre cette valeur.

Chaque donnée que le capteur numérique transmet est donc un signal logique composé de plusieurs valeurs binaires (à l'état haut ou l'état bas) : ces valeurs binaires sont appelées des bits. L'ensemble des bits qui permettent de transmettre une donnée s'appelle une trame.

Exemple
La trame que le capteur de température numérique transmet au microcontrôleur par UART comporte 11 bits.

• Le bit 1 est un bit de start, qui permet d'indiquer que la trame débute.
• Les bits 10 et 11 sont des bits de stop qui permettent d'indiquer que la trame se termine.
• Les bits 2 à 9 sont les bits de data qui permettent de transmettre la donnée. Ici, la valeur binaire vaut (10101001)₂, ce qui correspond en décimal à (169)₁₀ qui est la valeur que le capteur transmet pour 16,9 °C.
  Remarque : 1 × 2⁰ + 0 × 2¹ + 0 × 2² + 1 × 2³ + 0 × 2⁴ + 1 × 2⁵ + 0 × 2⁶ + 1 × 2⁷ = 169

À chaque fois que le capteur numérique veut transmettre une valeur au microcontrôleur ou au microprocesseur, il doit lui envoyer une trame complète.

Exemple
Le signal suivant montre comment se déroule la transmission de température par le capteur numérique durant environ 14 s, dans le cas où il transmet une nouvelle valeur de température toutes les 4 s.

Les microcontrôleurs et les microprocesseurs sont capables de directement exploiter les signaux fournis par les capteurs numériques car ce sont des signaux binaires.

Les capteurs passifs ont besoin d’être intégrés dans un circuit avec une alimentation.

Voici quelques exemples de capteurs passifs.

La résistance interne d’un capteur résistif varie avec la grandeur physique.

L’inductance est l’aptitude d’un dipôle électronique à stocker de l’énergie magnétique lorsqu’il est traversé par un courant.

La valeur de l’inductance L d’un capteur inductif varie avec la grandeur physique. Un capteur inductif détecte uniquement les objets métalliques.

Le capteur inductif émet un champ magnétique. Les objets métalliques perturbent ce champ magnétique. C’est cette perturbation qui est détectée par le capteur.

La capacité correspond à l’aptitude d’un dipôle électronique à stocker de l’énergie lorsqu’il est traversé par une tension.

La valeur de la capacité C d’un capteur capacitif varie avec la grandeur physique.

Cette énergie est généralement faible, ces capteurs nécessitent donc l’utilisation d’amplificateurs. Voici quelques exemples de capteurs passifs.

Les capteurs photoélectriques (ou photovoltaïques) sont basés sur la libération de charges électriques dans la matière sous l‘influence d’un rayonnement lumineux ou, plus généralement, d’une onde électromagnétique.

L’application d’une contrainte mécanique à certains matériaux dits piézoélectriques (le quartz par exemple) entraine l’apparition d’une tension entre leurs faces opposées.

Un champ magnétique B et un courant électrique I créent dans un matériau semi-conducteur une tension proportionnelle à B et I.

Les capteurs proprioceptifs effectuent leurs mesures par rapport à ce qu'ils perçoivent localement du déplacement du robot.

Les capteurs extéroceptifs se basent sur des mesures prises par rapport à l’environnement global (repère absolu).