La Sonde du Colorimètre HCFR (Version 2.5)

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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) leds infrarouge qui peuvent piloter un dispositif externe (lecteur DVD).

 Généralité

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

   

Sur les photos ci dessus, on peut voir en partie droite le capteur TAOS, et à gauche la diode verte de fonctionnement (qui s’éteint pendant les mesures), la diode infrarouge (bleutée) de pilotage; sur le côté 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 côté 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 où celle embarquée ne puisse pas 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 2.5 de notre sonde…

Decouvrez le schéma entier...

Vous pouvez télécharger ce document en PDF.

 

 Matériel Nécessaire

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

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 
R8, R9 – 27R 
D1 – Led Verte 3mm ou CMS 1206 (montée coté cuivre) (Ref. Farnell 1219682)
D2 – Led Infrarouge 5mm (montée coté cuivre) 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

U3 et D2 sont optionnels

Les composants

Vous pouvez cliquer sur la photo pour voir une version haute résolution
(Cette photo reprends le cuivre de la version précédente mais l’illustration reste valide)

 

 Le Typon et Implantations

Cette page présente l’assemblage de la sonde en utilisant le cuivre double face, celui ci ne présente pas de difficulté particulière (seulement deux “vias”) mais si vous n’avez pas le matériel nécessaire, nous vous conseillons de vous reporter au montage simple face.

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 circuit final fait 53 x 60mm …

Le Typon...   L'impantation

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

Les Typons côté composants et cuivres, ainsi que le schéma d’implantation traditionnel sont disponibles au format PDF.

 

 Le Montage

Perçage

Le circuit est presque prêt au montage… Vous aurez 93 trous à percer (12 de moins si vous optez pour des condensateurs CMS). Noter les perçages à 2.5 mm pour les fixations et le connecteur USB et 3mm pour la fixation du circuit. Si vous faites vous-même ce cuivre double face, notez que les 8 via de liaison des masses ne sont pas obligatoire, seulement deux via restent à faire mais ils peuvent être remplacé par un strap traversant. 

Tous les percages...

Composants CMS

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’intérieur du boîtier SOIC (voir photo ci dessous).

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

 Vous pouvez cliquer sur les photos pour voir les versions haute résolution…

 

Composants Traditionnels

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

Commencez par les cinq résistances puis le support 28 broches, les boutons-poussoirs, les condensateurs (s’ils ne sont pas en CMS), le quartz et le condensateur électrolytique, enfin, les connecteurs jack 3.5 et USB.

 Tout est monté...

Vous pouvez cliquer sur les photos pour voir les versions haute résolution…

On termine par les deux Leds.
Les leds sont montées en hauteur et non pas au ras du cuivre, pour cela il faut bien mesurer la distance avec le boitier pré-percé ou (mieux) utiliser une entretoise guide.
Prendre 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. (Sachez aussi que la borne + de la led est celle qui à la plus petite électrode vue par transparence).

 

 

Le boîtier

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

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

Le plan de cotes pour percer le boîtier...

Le montage final demande aussi une découpe carrée pour le connecteur USB ainsi qu’un perçage latéral 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 boîtier n’en sera que plus facile.

A l’intérieur du boitier, il faut supprimer les bossages de fixation sous le connecteur Jack 3.5.

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

Le perçage carré peut être fait avec un disque à tronçonner monté sur une mini-perceuse (Dremel), faire attention à ne pas aller trop loin.

L'ensemble monté. 

Vous pouvez cliquer sur les photos pour voir une version haute résolution

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

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

 

 Les Câbles

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

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 câble de rallonge IR, une simple diode IR et un jack 3.5 mono suffisent. La polarité est classique l’âme 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 contient le projet KiCAD complet.

Elle inclut aussi les fichiers au format Gerber, ainsi que les fichiers de perçage pour ceux qui en auraient l’utilité ;)

Le PIC 18F2550 devra être flashé avec le logiciel v5.3 disponible en version pour un seul capteur TAOS et pour la version avec deux capteurs(Ce firmware ne peut être téléchargé via le port USB et la procédure donnée dans le logiciel, il est uniquement destiné à ceux qui ont un programmateur de PIC).

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

Voilà, 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 Franck et Vincent pour cette version 2.5…