Les sondes à effet hall pour la mesure du champ magnétique
Une sonde à effet Hall est un dispositif qui permet de mesurer le champ magnétique à l'aide d'un capteur à effet Hall. Le capteur à effet Hall est un composant électronique qui produit une tension proportionnelle au produit du courant électrique qui le traverse et du champ magnétique perpendiculaire à ce courant.
Pour fabriquer une sonde à effet Hall pour un gaussmètre, il faut suivre les étapes suivantes :
- Choisir un capteur à effet Hall adapté à la gamme de mesure souhaitée, bien souvent de 0 à 20000 Gauss. Il existe différents types de capteurs à effet Hall, comme les capteurs linéaires, les capteurs à seuil ou les capteurs à sortie numérique. Il faut également tenir compte de la sensibilité, de la précision, de la linéarité et de la température de fonctionnement du capteur. Il existe des capteurs peu couteux qui fonctionnent en 5 volts continu.
- Monter le capteur à effet Hall sur un circuit imprimé, en respectant le schéma électrique fourni par le fabricant. Il faut généralement alimenter le capteur avec une tension continue, et connecter la sortie du capteur à un amplificateur opérationnel ou à un convertisseur analogique-numérique, selon le type de signal désiré.
- Protéger le capteur à effet Hall des interférences électromagnétiques, en l'entourant d'un blindage métallique ou en utilisant des câbles blindés pour les connexions. Il faut également éviter de placer le capteur à proximité d'aimants permanents ou de sources de chaleur.
- Calibrer la sonde à effet Hall, en utilisant un champ magnétique de référence connu. Il faut mesurer la tension de sortie du capteur pour différentes valeurs du champ magnétique, et tracer la courbe de calibration qui relie la tension au champ. Il faut ensuite calculer le coefficient de proportionnalité entre la tension et le champ, et le mémoriser dans le gaussmètre ou dans un microcontrôleur associé à la sonde.
- Utiliser la sonde à effet Hall pour mesurer le champ magnétique inconnu, en appliquant la formule : B = V / k, où B est le champ magnétique en tesla, V est la tension de sortie du capteur en volt, et k est le coefficient de proportionnalité en volt par tesla. Il faut veiller à orienter correctement la sonde par rapport au champ magnétique, en alignant l'axe du capteur avec la direction du champ.
Comment relier un capteur 5Vcc ?
Pour relier un capteur à effet hall à sortie numérique 5V, il faut respecter les étapes suivantes :
- Identifier les broches du capteur. En général, il y a trois broches : VCC, GND et OUT. VCC est la broche d'alimentation, GND est la broche de masse et OUT est la broche de sortie numérique.
- Connecter la broche VCC du capteur à une source de tension de 5V, par exemple une sortie du régulateur de tension de la carte Arduino. Connecter la broche GND du capteur à une broche de masse de la carte Arduino.
- Connecter la broche OUT du capteur à une entrée numérique de la carte Arduino, par exemple la broche D2. Cette entrée doit être configurée en mode INPUT ou INPUT_PULLUP dans le code Arduino.
- Placer un aimant près du capteur et observer la valeur lue sur l'entrée numérique. Si le champ magnétique est supérieur au seuil du capteur, la valeur sera HIGH (1), sinon elle sera LOW (0).
Aller plus loin en fabricant un Gaussmètre avec un arduino ? Pourquoi pas...
Un gaussmètre est un appareil qui mesure le champ magnétique d'un objet ou d'un environnement. Il existe plusieurs types de gaussmètres, mais dans ce tutoriel, nous allons voir comment en fabriquer un avec un arduino, un capteur à effet Hall et un écran LCD. Le capteur à effet Hall est un composant qui varie sa tension de sortie en fonction du champ magnétique qui l'entoure. L'arduino va lire cette tension et la convertir en unités de gauss, puis l'afficher sur l'écran LCD. Voici les étapes à suivre pour réaliser ce projet :
- Matériel nécessaire :
- Un arduino Uno ou compatible
- Un capteur à effet Hall linéaire (par exemple le A1302)
- Un écran LCD 16x2 avec module I2C
- Des fils de connexion
- Une breadboard
- Une résistance de 10 kΩ
- Un aimant
- Montage :
- Connectez le capteur à effet Hall à l'arduino comme suit :
- Le fil rouge (VCC) au 5V de l'arduino
- Le fil noir (GND) au GND de l'arduino
- Le fil jaune (OUT) à la broche analogique A0 de l'arduino
- Connectez l'écran LCD à l'arduino comme suit :
- Le fil rouge (VCC) au 5V de l'arduino
- Le fil noir (GND) au GND de l'arduino
- Le fil jaune (SDA) à la broche analogique A4 de l'arduino
- Le fil vert (SCL) à la broche analogique A5 de l'arduino
- Placez la résistance de 10 kΩ entre le fil jaune du capteur et le GND, pour former un diviseur de tension
- Placez l'aimant près du capteur, mais pas trop, pour éviter la saturation
- Code :
- Téléchargez la bibliothèque LiquidCrystal_I2C pour contrôler l'écran LCD : https://github.com/johnrickman/LiquidCrystal_I2C
- Ouvrez l'IDE arduino et copiez le code suivant :
c++ // Inclure la bibliothèque LiquidCrystal_I2C #include <LiquidCrystal_I2C.h> //
Créer un objet LiquidCrystal_I2C avec les paramètres suivants : // Adresse I2C : 0x27 // Nombre de colonnes : 16 // Nombre de lignes : 2 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //
Définir la broche analogique où est connecté le capteur à effet Hall #define HALL_PIN A0 //
Définir la sensibilité du capteur en mV/Gauss (voir la datasheet du capteur) #define HALL_SENS 1300 //
Définir la tension de référence en mV (par défaut 5000 pour le 5V de l'arduino) #define VREF 5000 //
Définir la valeur du zéro du capteur en mV (mesurer la tension de sortie du capteur sans champ magnétique) #define HALL_ZERO 2500 //
Déclarer une variable pour stocker la valeur lue sur le capteur int hallValue; //
Déclarer une variable pour stocker la valeur du champ magnétique en Gauss float gaussValue; void setup() { //
Initialiser la communication série à 9600 bauds Serial.begin(9600); // Initialiser l'écran LCD lcd.init(); //
Activer le rétroéclairage de l'écran LCD lcd.backlight(); } void loop() { //
Lire la valeur analogique du capteur à effet Hall hallValue = analogRead(HALL_PIN); //
Convertir la valeur analogique en tension en mV hallValue = hallValue * VREF / 1023; //
Soustraire la valeur du zéro du capteur hallValue = hallValue - HALL_ZERO; //
Convertir la tension en champ magnétique en Gauss gaussValue = hallValue / HALL_SENS; //
Afficher la valeur du champ magnétique sur le moniteur série Serial.print("Magnetic field: "); Serial.print(gaussValue); Serial.println(" Gauss"); //
Afficher la valeur du champ magnétique sur l'écran LCD lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Magnetic field:"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(gaussValue); lcd.print(" Gauss"); //
Attendre une seconde delay(1000); } ``` - Test : - Téléversez le code sur l'arduino et ouvrez le moniteur série - Approchez ou éloignez l'aimant du capteur et observez les variations du champ magnétique sur le moniteur série et sur l'écran LCD - Attention à ne pas approcher l'aimant trop près du capteur, car il peut le saturer et fausser les mesures
Félicitations, vous avez réussi à faire un gaussmètre avec un arduino ! On ne se mentira pas, cela demande certaines compétences, de la patience, et cela reste soumis à une incertitude sur la qualité de l'étalonnage de ce magnétomètre. Si vous ne souhaitez pas vous lancer dans cette aventure et que vous préférez un matériel professionnel éprouvé, vous avez la possibilité d'acquérir un de nos gaussmètres.