La Sonde du Colorimètre HCFR

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La sonde colorimétrique proposée ici va servir à analyser les flux lumineux, mettre en forme les informations et ensuite les transmettre à l’ordinateur.

La sonde se compose essentiellement de trois dispositifs, les capteurs (qui vont mesurer les flux lumineux), un port de communication par lequel la sonde sera relié à l’ordinateur (USB) et d’une (ou deux) diodes infrarouge qui peuvent piloter un dispositif externe (lecteur DVD).

 Généralité

La sonde est constituée d’un microcontrôleur (Microchip 18F2550) relié à deux capteurs de lumière (Taos TCS230) et à un ordinateur via un port USB (Type B), etde deux diodes infrarouge (une montée sur le circuit, une autre optionnelle à relier à une entrée Jack 3.5 mono).

Sur la photo, on peut voir en partie haute les 2 capteurs TAOS, la diode verte de fonctionnement (qui s’éteint pendant les mesures), la diode infrarouge (bleutée) de pilotage; en partie basse à gauche l’embase USB de communication vers l’ordinateur.

Chaque capteur intègre seize photodiodes sensibles à différentes longueurs d’onde.
Ils retournent au microcontrôleur les informations sur le flux lumineux reçu par chacune de ces photodiodes.

Chaque capteur peut être équipé d’un filtre supplémentaire amovible ou non permettant de modifier les caractéristiques du spectre du flux lumineux reçu (ceci est une option à venir non décrite sur cette page).

Le microcontrôleur permet de sélectionner, d’activer ou de configurer l’un des capteurs. Ainsi les mesures peuvent être effectuées par l’un ou l’autre des capteurs (ou un mélange des deux). Ensuite, il mesure le signal renvoyé par les capteurs et en déduit les caractéristiques représentatives du flux lumineux reçu.

La liaison USB permet d’échanger des ordres et des données entre le logiciel exécuté par le microcontrôleur et le logiciel exécuté par l’ordinateur.

La diode infrarouge permet de piloter une source pour, par exemple, le passage d’une mire de mesure à une autre et ainsi automatiser l’acquisition par le logiciel coté ordinateur. Une seconde diode IR (optionelle) peut être connectée à la sortie Jack 3.5mm mono de la sonde. Ceci permet de déporter le pilotage IR au cas ou celle embarquée ne puisse piloter vos appareils.

A noter que les capteurs de la sonde sont aussi utilisés en tant que dispositif de réception infrarouge permettant de mémoriser les caractéristiques des signaux IR de télécommande (par exemple). Ceci sera particulièrement utile pour piloter une source (lecteur de DVD, etc.)

 

La fabrication de la sonde du Colorimètre HCFR en “DIY” ne pose pas de problème particulier, si ce n’est la soudure des capteurs CMS, d’autre part la programmation du pic nécessite un programmateur (une fois programmé, les mises à jour se font via le port USB).

 

 Le Schéma

Voici le schéma de la version USB de notre sonde…

Decouvrez le schéma entier...

Vous pouvez télécharger ce document en PDF.

 

 Matériel Nécessaire

Le circuit a été concu pour que certains composants (les condensateurs) puissent être soit des composants CMS soit Traditionnel.

La liste des composants nécessaires est la suivante :

C1, C3, C4 – 100nF (CMS 1206 ou Trad. 5.08 ) (Ref. Farnell 1100591)
C7 – 220nF (CMS 1206 ou Trad. 5.08 ) (Ref. Farnell 1100593)
C5, C6 – 33pF (CMS 1206 ou Trad. 5.08) (Ref. Farnell 1100502)
C2 – 100µF 10v (Chimique Polarisé) (Ref. Farnell 3201480)
R1 – 3.3K 
R2 – 150R 
R3 – 2.2K 
R4, R5, R6, R7 – 0R (Straps) 
R8, R9 – 27R 
D1 – Led Verte 3mm ou CMS 1206 (montée coté cuivre) (Ref. Farnell 1219682)
D2 – Led Infrarouge 5mm (montée traversante) Ref. Farnell 1045378
SW1, SW2 – Commutateur monostable 5.08 * 7.62 (Micro Switch Ref. Farnell 3801202) 
X1 – Quartz 4Mhz (Ref. Farnell 9712720)
Q1 – NPN – BC547 
P1 – Embase CI USB Type B (Ref. Farnell 1177885)
U1 – PIC 18F2550 (Microchip) (Ref. Farnell 9321250)
U2, U3 – Capteur TAOS – TCS230 (CMS SO8, Ref. Farnell 4891211)
K1 – Connecteur Jack 3.5 Mono pour CI (Ref. Farnell 152206)
1 Support 28 Broches (Ref. Farnell 1103850)
1 Boîtier ABS, 65*100*20 mm - SA123

Les composants

Vous pouvez cliquer sur la photo pour voir une version haute résolution

 

 Le Typon et Implantations

Nous présentons ici le montage de la sonde en utilisant un circuit simple face facile à réaliser, il existe cependant une version double face qui peut tenter les plus expérimentés.

Hormis les capteurs TCS230, l’utilisation de CMS n’est pas indispensable. Le typon du cuivre inclut un large plan de masse, les pistes sont assez larges et les pastilles de bonne taille. Le tirage du cuivre par la méthode photo classique ne présente pas de difficulté particulière. Le circuit final fait 55 x 78 mm …

Le Typon...   L'impantation

Une découpe est prévue dans la partie inferieure pour y loger un écrou de pied photo; ceci est optionnel.

Le Typon ainsi que le schéma d’implantation traditionnel et CMS sont disponibles au format PDF.

Le coté composants  La face cuivre et CMS

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 Le Montage

Perçage

Le circuit est presque prêt au montage… Vous aurez 98 trous à percer (12 de moins si vous optez pour des condensateurs CMS). Notez les perçages à 2.5mm pour les fixations et le connecteur USB ainsi que le perçage à 6.0mm pour le passage de la led IR.

Tous les percages...

Composants CMS

Le schéma d’implantation CMS est disponible au format PDF.

Le plus délicat est le montage des composants CMS. Notamment les capteurs TCS230, prenez bien soin de noter leur orientation.
Un petit conseil : La patte de masse des capteurs est facile à repérer, elle a une forme de “L” inversé à l’interieur du boîtier SOIC (voir photo ci dessous).

L'ensemble des CMS... Notez l'orientation des capteurs...

Orientation des capteurs... Le coté cuivre monté...

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Composants Traditionnels

Le schéma d’implantation traditionnel est disponible au format PDF.

Commencez par monter les quatre straps. Notez celui qui va en partie sous le support 28 broches.
Ensuite les cinq résistances puis le support 28 broches, les boutons-poussoirs, les condensateurs (s’il ne sont pas en CMS); le quartz et le condensateur electolytique, enfin, les connecteurs jack 3.5 et USB.

Les straps et resistances.... Tout est monté...

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On termine par les deux Leds qui demandent une préparation spéciale.
La led IR va traverser le cuivre, elle devra être pliée à 180°, prennez soin de repérer la polarité. La patte la plus courte est la masse (-), c’est aussi de ce coté qu’est le méplat de la LED. Sur le circuit, le plus (+), patte longue est représenté par une pastille carrée.

De même la led verte de 3mm est montée côté cuivre et verra ses pattes pliées pour l’occasion.
Elle vient se loger juste sur l’emplacement de la version CMS… En effet, cette led peut être remplacée par une version CMS au pas de 1206…

La led verte... La led IR...

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Deux sondes de la première pré-série montée… Une en traditionnel, l’autre avec les condensateurs en CMS.

Coté face.... Coté pile...

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Le boîtier

Le schéma des découpes et mesures est disponible au format PDF.

Le boîtier devra être percé à 3mm pour la led verte, 6mm pour la led IR et 10 ou 12mm pour les deux capteurs.

Le plan de cotes pour percer le boîtier...

L'ensemble monté.

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Le montage final demande aussi une découpe carrée pour le connecteur USB ainsi qu’un perçage lateral de 6mm pour le connecteur Jack.

Vous trouverez ci dessous les illustrations des différentes étapes de la réalisation des percages.

Nous vous conseillons de ne pas monter le connecteur USB et Jack 3.5 dans un premier temps, la vérification pour la mise en place dans le boitier n’en sera que plus facile.

 

 
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Le percage carré est fait avec un disque à tronçonner monté sur une mini-perceuse (Dremel), faites attention à ne pas aller trop loin.

L'ensemble monté. 
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Les vis de 6.35mm sont un peu longue, nous vous conseillons soit de les couper (à droite sur la photo, on enléve 2mm) soit d’utiliser une rondelle nylon d’un ou deux mm.


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Enfin, la finition des percages de facade et du jack 3.5 sera obtenue avec un outil à chanfreiner à 45°.

 

 Les Cables

La sonde devra être reliée à l’ordinateur par l’intermédiaire d’un cable USB (1.1 ou 2.0). Nous vous conseillons de ne pas dépasser 5m (Néanmoins, des essais ont montrés que cela marchait au dela).

L'ensemble monté. 
Vous pouvez cliquer sur les photos pour voir une version haute résolution

En option, si vous prévoyez de piloter un lecteur de DVD via Infra-Rouge et que ce dernier n’est pas directement en “visu” de l’émetteur IR monté sur la sonde; Vous devrez fabriquer un cable de ralonge IR, une simple diode IR et un jack 3.5 mono suffisent. La polarité est classique l’ame de la jack 3.5 est le + de la led…

 

 Conclusion

Une archive zip reprenant l’ensemble des documents de cette page est disponible ici.

Elle inclut aussi le fichier Gerber du cuivre, ainsi que le fichier de perçage pour ceux qui en auraient l’utilité ;)

Le PIC 18F2550 devra être flashé avec le logiciel v5.1 disponible ici(Ce firmware ne peut être téléchargé via la port USB et la procédure donnée dans le logiciel, il est uniquement destiné à ceux qui ont un programateur de PIC).

Le fichier .inf d’installation du driver de la sonde sous Windows XP ou 2000 est disponible ici.

Une version plus récente du fichier .inf d’installation du driver de la sonde sous Windows XP ou Vista 32/64 bits est disponible ici.

Voila, nous vous souhaitons un bon montage et surtout beaucoup de plaisir à utiliser cette sonde avec le logiciel du “Colorimètre HCFR”.

Benoit (Ki), Patrice (Laric) et l’équipe du Colorimètre HCFR
Un grand merçi à Jerome…