Module B25 Capteur de Tension

Le module capteur de tension B25 est un pont diviseur prêt à l’emploi : il prend une tension continue jusqu’à 25 V sur son bornier à vis et la restitue cinq fois plus petite sur une broche de sortie, à un niveau qu’une entrée analogique d’Arduino peut lire sans dommage. Un petit circuit imprimé bleu, deux résistances de précision, un bornier à vis et un peigne de trois broches au pas de 2,54 mm : il n’y a rien à souder et rien à régler.

Une entrée analogique de carte Arduino mesure au maximum 5 V. Ce module transforme donc une plage de 0 à 25 V en une plage de 0 à 5 V, ce qui permet de surveiller une batterie, une alimentation ou un montage embarqué sans jamais dépasser ce que la carte accepte. C’est le composant qu’on ajoute quand on veut lire une tension au lieu de la subir : suivi de charge d’un accumulateur, contrôle du 12 V d’une alimentation, mesure de la réserve d’un pack d’accus.

Caractéristiques techniques

Le rapport de division, et l’erreur de programme qu’il provoque

C’est le point qui compte le plus dans cette fiche, parce qu’il est très souvent raté. Le module ne renvoie pas la tension mesurée : il en renvoie le cinquième. Un programme qui se contente de convertir la lecture analogique en volts affiche donc la tension présente sur la broche de la carte, pas celle du bornier — et il annonce 2,4 V là où la source en fournit 12.

La conversion se fait en deux temps, et le rapport du diviseur intervient dans le second :

Ce facteur de 5 est celui du modèle standard. Les résistances du diviseur ont une tolérance, et la référence « 5 V » d’une carte alimentée par USB est souvent plus proche de 4,8 V : le facteur réel d’un exemplaire donné n’est donc pas exactement 5. La bonne méthode est de le calibrer une fois, au multimètre, et d’écrire la valeur trouvée dans le programme — c’est ce que fait le mini-projet ci-dessous.

Ce que le module ne fait pas

Ces limites ne relèvent pas du réglage : elles tiennent à la nature du composant, et les ignorer peut coûter la carte Arduino ou pire.

Applications

• Surveillance d’un accumulateur — suivre la décharge d’un pack d’accus et déclencher une alerte avant la coupure automatique, en comparant la tension lue à un seuil dans le programme.
• Contrôle d’une alimentation — vérifier qu’un bloc 12 V délivre bien sa tension, et couper un module 1 relais 5 V par programme si elle disparaît.
• Mesure sur un montage embarqué — lire la tension d’un moteur ou d’un éclairage dans un projet autonome, pour journaliser sa consommation ou détecter une défaillance.
• Afficheur de tension autonome — transformée en petit voltmètre sur afficheur LCD 16×02 en I2C, sans ordinateur ni multimètre à côté du montage.
• Banc de test et étalonnage — mesurer une source étalon à l’entrée et comparer avec un multimètre de référence pour établir le facteur exact de son exemplaire.
• Suivi de charge solaire — surveiller la tension d’un panneau ou d’un régulateur dans un projet de recharge autonome, l’entrée restant sous la limite de 25 V.

Mini-projet : un mesureur de tension 0 à 25 V sur le moniteur série

Un quart d’heure suffit pour obtenir un voltmètre qui affiche la tension du bornier, en clair, sur le moniteur série de l’IDE Arduino. Le programme moyenne seize lectures pour stabiliser l’affichage, applique le facteur du diviseur et prévient quand la plage du module est dépassée. C’est aussi le montage qui permet de calibrer le facteur réel de son exemplaire.

Ce qu’il faut

Le câblage

Le montage est volontairement minimal : la source se branche sur le bornier, la sortie se branche sur la carte, et rien d’autre.

Le programme

À téléverser sur la carte, puis à observer dans le moniteur série réglé à 9 600 bauds. Aucune bibliothèque n’est nécessaire.

/*
 * Mesureur de tension 0 a 25 V avec le module B25 et une carte Arduino
 * Le module divise par 5 la tension appliquee au bornier : le programme
 * multiplie la lecture de A0 par ce facteur pour retrouver la tension
 * d entree. La masse de la source et celle de la carte sont communes.
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_MESURE = 0;      // entree analogique A0, reliee a la broche S
const float ECHELLE = 5.0;      // rapport du diviseur du module
const float REFERENCE = 5.0;    // tension de reference de la carte, en volts
const int LECTURES = 16;        // nombre de lectures moyennees par cycle
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Mesureur de tension 0 a 25 V");
  Serial.println("Masse de la source et masse de la carte reunies");
}
void loop() {
  long somme = 0;
  for (int i = 0; i != LECTURES; i++) {
    somme += analogRead(PIN_MESURE);
  }
  float niveau = somme / (float) LECTURES;            // 0 a 1023
  float surBroche = niveau * REFERENCE / 1023.0;      // tension sur A0
  float entree = surBroche * ECHELLE;                 // tension mesuree
  Serial.print(entree, 2);
  Serial.print(" V   ");
  // min() ramene la valeur a 25 : si elle y colle, la plage est depassee
  if (min(entree, 25.0) == 25.0) {
    Serial.print("plage depassee : au dessus de 25 V");
  } else {
    Serial.print("dans la plage du module");
  }
  Serial.println();
  delay(500);
}

Comment ça marche

• Les seize lectures d’affilée sont additionnées puis divisées : la moyenne efface le bruit du convertisseur et l’afficheur cesse de sauter d’un dixième de volt à chaque rafraîchissement.
• surBroche est la tension réellement présente sur A0, comprise entre 0 et 5 V. C’est le résultat brut de la mesure, sans le diviseur.
• entree applique le facteur 5 : c’est la tension du bornier, celle que vous lisez aussi au multimètre.
• La comparaison finale utilise min() plutôt qu’un opérateur de comparaison, ce qui évite d’écrire un signe d’inégalité dans un programme destiné à être publié sur une page web.
• Le seuil de 25 V n’est pas décoratif : au-delà, la broche S dépasse 5 V et l’entrée analogique de la carte est en danger. Si le message apparaît, coupez l’entrée avant de continuer.
• Une lecture qui reste collée à 0 : vérifiez d’abord la masse commune, ensuite la polarité du bornier, puis que la broche S est bien celle qui part vers A0.

Calibrer le facteur réel de son exemplaire

Mesurez la source au multimètre et notez la valeur exacte, puis lisez l’affichage du programme. Divisez la tension du multimètre par celle qu’affiche la carte : vous obtenez le facteur réel de votre exemplaire, souvent entre 4,9 et 5,1. Remplacez alors la valeur de ECHELLE par ce nombre et téléversez à nouveau. L’erreur tombe d’elle-même sous le pour cent, sans rien changer au câblage.

Pour aller plus loin

• Mesurer deux sources — un second module sur l’entrée A1 permet de surveiller à la fois un panneau et son accumulateur, les deux masses restant réunies.
• Enregistrer plutôt qu’afficher — écrire la tension datée sur une carte mémoire rend le montage utile pour suivre une décharge sur plusieurs heures, sans ordinateur branché.
• Afficher sur écran — un afficheur sur bus I2C se câble en deux fils sur la carte et dispense du moniteur série.
• Déclencher une action — comparer la tension à un seuil puis actionner un relais ou allumer une diode d’alerte transforme le mesureur en surveillance automatique.
• Lisser davantage — porter LECTURES à 64 rend l’affichage plus stable encore, au prix d’un rafraîchissement un peu plus lent.

Questions fréquentes

Le programme affiche 2,4 V alors que ma source en donne 12 : pourquoi ?

Parce que le facteur du diviseur a été oublié. Le module renvoie le cinquième de la tension d’entrée, et un programme qui convertit la lecture analogique sans multiplier par 5 décrit la tension de la broche, pas celle du bornier. Multipliez le résultat par le rapport du module, puis calibrez ce rapport au multimètre.

Jusqu’à quelle tension puis-je mesurer ?

25 V en continu, pas au-delà. Le module est prévu pour que 25 V à l’entrée donnent 5 V en sortie, la limite d’une entrée analogique de carte Arduino. Sur une carte alimentée en 3,3 V, la limite descend à 16,5 V : la broche accepte alors 3,3 V au maximum, et le diviseur reste le même.

Faut-il alimenter le module ?

Non. Il n’a pas de broche d’alimentation : c’est un diviseur de résistances, il prélève seulement le courant nécessaire à la mesure, moins d’un milliampère. La source mesurée n’est donc pas mise en charge par le module.

Puis-je mesurer la tension d’un appareil branché au secteur ?

Non, et ce n’est pas une question de plage de mesure mais de sécurité. Le module n’offre aucune isolation : son entrée et sa sortie partagent la même masse, et une carte Arduino reliée à un ordinateur n’est pas prévue pour être mise au potentiel du secteur. Ce module sert à des tensions continues basses et à des sources flottantes de faible puissance, jamais au réseau électrique.

La mesure est fausse dès que je branche autre chose sur la même alimentation

Cherchez du côté des masses. Une source mesurée par ce module doit partager sa masse avec la carte, et si deux appareils reliés à des masses différentes se retrouvent dans le même montage, le courant de masse fausse la lecture. Réunissez les masses en un seul point et recommencez la mesure.

Peut-il mesurer le courant d’un montage ?

Non, il mesure une tension. Pour obtenir un courant, il faut mesurer la chute de tension aux bornes d’une résistance de valeur connue placée dans le circuit, puis appliquer la loi d’Ohm dans le programme. C’est faisable, mais la précision reste celle d’une mesure de tension sur une faible chute.

Le module chauffe-t-il pendant la mesure ?

Pas de manière perceptible : le courant qui le traverse reste inférieur au milliampère. Une chaleur anormale signale une erreur de câblage ou une tension d’entrée largement supérieure à la plage prévue, et il faut couper l’alimentation avant d’endommager la carte.

À combiner avec

Ce module ne fonctionne pas seul : il lui faut une carte qui lise sa sortie et une source à mesurer. Une alimentation 12 V 2 A fait une source d’essai commode, et un support pour deux batteries 18650 permet de s’entraîner sur un pack d’accus, en suivant la décharge sur plusieurs heures.

Pour transformer la mesure en décision, un module relais commandé par le programme coupe ou rétablit l’alimentation dès que la tension passe sous un seuil. Et si le montage doit rester autonome, sans ordinateur, le résultat s’affiche directement sur un écran câblé à la carte plutôt que dans le moniteur série.