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Electronique > Réalisations > Affichage / mesures > Indicateur niveau batterie 005

Dernière mise à jour : 27/06/2009

Présentation

Cet indicateur permet de visualiser rapidement, à l'aide de quatre voyants (leds), six niveaux de tension d'une batterie 12 V de voiture, au volt près.

indicateur_niv_bat_005_pcb_3d_a

Le circuit est basé sur un PIC de type 12F675, dans lequel on exploite un des CAN (convertisseurs analogique / numérique) pour la mesure de la tension batterie. Le composant doit certes être programmé, mais jetez un oeil au schéma et comparez-le à un montage classique à comparateurs de tension, pour le même effet visuel et pour la place occupée par les composants... La plage de tension d'alimentation est comprise entre +8 V et +20 V.

Schéma

13 composants, tout compris.

indicateur_niv_bat_005

Mesure et affichage
Le circuit de mesure et celui d'affichage sont confondus en un seul, puisque c'est le PIC 12F675 qui se charge de tout. L'entrée AN0 du PIC reçoit la tension de la batterie, atténuée dans un rapport de 4 par le pont diviseur constitué de R1 et R2, ce qui signifie qu'une tension batterie de 12V se traduit par une tension mesurée (sur AN0) de 3V. La pleine échelle de mesure du CAN, qui est ici de 5 V puisque le PIC est alimenté sous cette tension, correspond à une tension batterie de 20 V, tension élevée qui ne devrait en théorie jamais être atteinte. Deux précautions vallant mieux qu'une, une diode zener (D5) de 4,7 V ou de 5,1 V ecrête tout dépassement qui pourrait se produire pour diverses raisons (surtensions sur ligne d'alimentation 12 V).

Les leds s'allument selon les plages de tension suivantes (Vbat = tension de la batterie) :
Vbat < +11 V : led D1 clignotante
+11 V < Vbat < +12 V : led D1 allumée en continu
+12 V < Vbat < +13 V : led D2 allumée en continu
+13 V < Vbat < +14 V : led D3 allumée en continu
+14 V < Vbat < +15 V : led D4 allumée en continu
Vbat > +15 V : led D4 clignotante

Pour la partie affichage, les leds sont directement reliées aux quatre bornes du PIC parmi celles qui restent et qui peuvent être exploitées en sortie. Le port GP3 ne peut servir que d'entrée, il n'est pas utilisé dans la présente application. Comme une seule led ne peut être allumée à la fois (cela peut au besoin être modifié moyennant réécriture du code logiciel), une seule résistance de limitation de courant est requise. Si on voulait faire bien les choses, on devrait adopter une résistance par led car celles utilisées ne sont pas toutes de la même couleur et leur tension nominale diffère. Mais en pratique, on se contente fort bien d'une telle "limitation", et la valeur choisie ici pour R3 permet d'obtenir un courant voisin de 10 mA pour chaque led, ce qui suffit pour les illuminer suffisement. Si leur emplacement physique fait que la lumière émise n'est pas suffisante, vous pouvez toujours descendre la valeur de cette résistance à 220 ohms ou 180 ohms, sans aucun soucis.

Alimentation
Le PIC 12F675 ne peut être alimenté directement sous une tension de 12 V, sa connection directe à la batterie de la voiture lui serait fatale. C'est pourquoi un petit régulateur de tension de type 78L05 (petit boitier TO92 plastique) a été ajouté pour lui permettre de "tourner" en toute quiétude. Si vous avez un LM7805 (boitier TO220 avec semelle métal) en stock, vous pouvez aussi l'utiliser, il prendra simplement plus de place (le circuit imprimé proposé est prévu pour un modèle 78L05). Notez en passant que le LM7805 standard en boitier TO220 nécessite un courant de sortie de 10 mA au moins pour une régulation correcte. Afin de satisfaire cette exigence, je vous conseille de placer en sortie du régulateur, une led rouge avec une résistance série de 270 ohms. Cette led peut servir d'indicateur de mise sous tension, bien que la présence d'au moins une led allumée ou clignotante en sortie du montage signale déjà la présence d'une tension...

Prototype

Réalisé en deux étapes, sur plaque d'expérimentation sans soudure. La première étape consistait simplement à vérifier que la présence d'une tension variable comprise entre 0 V et +5 V sur l'entrée de mesure produisait bien l'allumage de l'ensemble des leds, l'une après l'autre. Le tout alimenté sous une tension unique de +5 V.

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La seconde étape englobait l'ensemble du circuit, y compris le régulateur de tension 78L05 et le pont diviseur (atténuateur) sur l''entrée de mesure. Le tout alimenté sous une tension variable de +8 V à +20 V.

indicateur_niv_bat_005_proto_002a

Tout fonctionne bien, les relevés de mesure qui suivent montrent que les tensions de basculement (passage d'une led à l'autre) sont très proches de celles attendues.
Remarques :
- pour chacun des deux protos, j'ai utilisé un multimètre différent (un de bonne qualité pour le proto 001 et un grand public pour le proto 002).
- pour les valeur du CAN, les valeurs entre paranthèse correspondent aux tensions de basculement théoriques.
- pour le proto 001, la précision des relevés de mesure est moins bonne à cause du potentiomètre ajustable utilisé, qui "coinçait" un peu.
- pour le proto 002, le léger décallage de 0,1 V observé est lié à la précision des résistance R1 et R2, explication un peu plus loin.


 Valeur CAN du PIC
(min = 0,
max = 1023)
 Tensions de basculement
Proto 001 - Alim +5 V
Entrée mesure 0 V .. +5 V
 Tensions de basculement
Proto 002 - Alim +8 V à +20 V
Entrée mesure via pont R1 / R2
D1C
 -
 < 2,81 V
 < 11,1 V
D1C -> D1
 557 (2,72 V) 2,81 V
 11,1 V
D1 -> D2
 608 (2,97 V) 3,05 V
 12,1 V
D2 -> D3
 659 (3,22 V) 3,30 V
 13,1 V
D3 -> D4
 709 (3,46 V) 3,55 V
 14,1 V
D4 -> D4C
 760 (3,71 V) 3,80 V
 15,1 V
D4C
 -
 > 3,80 V
 > 15,1 V
D1C = led D1 clignotante, D4C = led D4 clignotante

Influence de la précision des résistances R1 et R2
Les tensions de seuils peuvent plus ou moins différer selon la valeur réelle des résistances R1 et R2. On n'a certes pas besoin ici d'une précision à 1 mV, mais j'imagine que vous souhaitez tout de même une précision comprise entre 10 mV à 100 mV (moi-même me satisfais d'une précision à 0,1 V près). Pour cela, il faut utiliser des résistances de précision 1 % ou 2 % pour R1 et R2. Si vous utilisez des résistance à 10 %, vous devez vérifier leur valeur réelle à l'ohmètre avant de les implanter. Voici deux exemples de cas extrême que l'on peut trouver si R1 et R2 sont des modèles +/-10 %.
Cas extrême N°1 : R1 = 8200 + 10 % = 9020 et R2 = 2700 - 10 % = 2430. Dans ce cas, une tension d'alim de 12 V se traduit par une tension à l'entrée du CAN de
12 V * 2430 / (9020 + 2430) = 2,54 V (au lieu de 2,72 V). Dans ce cas, il faut une tension de 13 V pour que la led D1 s'allume en continu, alors qu'elle devrait le faire pour une tension de +12 V. Conclusion : sensibilité trop faible...
Cas extrême N°2 : R1 = 8200 - 10 % = 7380 et R2 = 2700 + 10 % = 2970. Dans ce cas, une tension d'alim de 12 V se traduit par une tension à l'entrée du CAN de
12 V * 2970 / (7380 + 2970) = 3,44 V (au lieu de 2,72 V). Dans ce cas, la led D4 s'allume déjà pour une tension de 12 V, alors qu'elle devrait s'allumer pour une tension de +14 V ! Conclusion : sensibilité trop grande...

Seuils ajustables ?

Tel que le montage est présenté ici, les seuils sont figés en dur dans le logiciel du PIC. Comme le code source est fourni, vous pouvez les modifier à votre guise. Un montage similaire avec seulement deux seuils mais qui peuvent être ajustés sans recompilation du programme, est décrit à la page Indicateur fenêtre 003.

Logiciel du PIC

Code source (MikroPascal) et fichier binaire compilé (*.hex) prêt à flasher, dans l'archive suivante.
Indicateur niveau batterie 005 - Pour PIC 12F675
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Circuit imprimé

Réalisé en simple face.

indicateur_niv_bat_005_pcb_composants

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi