Capteurs de position

[scaypapa]

Bonjour,

Je cherche à réaliser un clavier électronique à partir d'un clavier mécanique existant (je veux un simple signal on/off).
J'ai plusieurs contraintes :

• un espace TRÈS limité (moins de 5-7mm de hauteur disponible).
• j'aimerai un système qui me permette de régler facilement la prise en compte de l'appui en fonction de l'enfoncement de la touche (l'appui doit être pris avant enfoncement complet)
• une consommation électrique la plus faible possible

Le système que je vois le plus souvent est de ce genre (capteurs à effet hall) :

Très pratique car très adaptable : le capteur est soudé en bout de patte et les pattes sont tordues de manière à rapprocher plus ou moins le capteur de l'aimant. En revanche, je crains qu'à cause de la longueur de la patte, au moindre coup les contacts se dérèglent. Aussi, niveau place, il faut compter le petit aimant, le capteur et le débattement de la touche.

J'ai trouvé également des capteurs dits "fourche" que j'imagine à rayons IR, mais il semble qu'il en existe également à effet hall. Enfin, ceux-ci semblent dans les plus compacts que je puisse trouver. Au niveau de l'espace nécessaire, ça me parait vraiment idéal. Reste s'il s'avère nécessaire à imaginer un système de réglage pour la partie qui rentre dans la fourche mais ça ne me parait pas si compliqué.

Pourriez-vous m'aider à comprendre d'une manière générale (je sais bien que pour chaque technologie, il y a des tonnes de modèles), à quelles différences je dois m'attendre entre des contacts dits optiques à fourche, ou à effet hall en terme de consommation de courant et de vitesse de commutation.

Aussi, comme on peut le voir sur la première image de ce message, le système présenté semble réussir à alimenter les contacts et récupérer le signal sur seulement 5 fils (à droite de l'image). Je connaissais ce type de système pouvant permettre d'aller jusqu'à n x (n-1) touches pour n entrées utilisées par un µC.
J'imagine qu'ils multiplexent le signal à l'aide des circuits que l'on voit sur la photo. Mais de là à sortir seulement 3 signaux (si on retire les alims + et GND), ça me parait énorme, non ?

Merci beaucoup pour vos conseils, et informations.
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[DAUDET78]

Pourriez-vous m'aider à comprendre d'une manière générale (je sais bien que pour chaque technologie, il y a des tonnes de modèles), à quelles différences je dois m'attendre entre des contacts dits optiques à fourche, ou à effet hall en terme de consommation de courant

le capteur optique consomme un peu plus (faut l'éclairer) et il peut prendre la poussière. Par contre , on le multiplexe facilement par la LED

et de vitesse de commutation.

C'est kif kif . Et, à moins de 5 frappes seconde, ça ne rentre pas en ligne de compte

J'imagine qu'ils multiplexent le signal à l'aide des circuits que l'on voit sur la photo. Mais de là à sortir seulement 3 signaux (si on retire les alims + et GND), ça me parait énorme, non ?

Je pense que c'est du registre à décalage 8 bits . On a besoin d'un fil d'alim, d'un 0V, d'une horloge , d'un Load parallèle et d'une data série

[scaypapa]

Merci beaucoup pour tes réponses.

Je pense que c'est du registre à décalage 8 bits . On a besoin d'un fil d'alim, d'un 0V, d'une horloge , d'un Load parallèle et d'une data série

D'accord je comprends mieux. Donc à partir de là, on peut avoir autant de contacts que l'on veut sur ces seulement 5 bits, la multiplication des boutons n'entraînant qu'un peu plus long de traitement puisque tous les signaux sont en série. Et vu que ce n'est pas une gestion matricielle, il ne peut pas y avoir d'erreur en cas d'appui sur plusieurs boutons à la fois, je me trompe ?

Par contre, je ne comprends pas ce que tu veux dire par

on le multiplexe facilement par la LED

.
Par quel moyen ? Encore une autre technique que la matrice ou le signal série ?

Aussi, 5 frappes par seconde ne me parait pas extrêmement rapide car c'est pour un instrument de musique (un accordéon sur la photo). Je pense que certains musiciens peuvent parfois répéter des notes à une vitesse plus importante que ça... (exemple)

[DAUDET78]

D'accord je comprends mieux. Donc à partir de là, on peut avoir autant de contacts que l'on veut sur ces seulement 5 bits, la multiplication des boutons n'entraînant qu'un peu plus long de traitement puisque tous les signaux sont en série. Et vu que ce n'est pas une gestion matricielle, il ne peut pas y avoir d'erreur en cas d'appui sur plusieurs boutons à la fois, je me trompe ?

Oui et non .....
Imagine que tu as 8 effets Hall
- Tu charges l'état de ces 8 effets Hall en parallèle dans un registre
- Tu balances 8 coups d'horloge
- Tu as , en série, les 8 états des 8 effets Hall
- Tu récupères ces états par une liaison SPI sur un µC
Conclusions :
- Pas d'erreur du à des frappes simultanées (et sans limites)
- Un temps d'acquisition entre deux lectures de 8*T , T étant la période de l'horloge. A la louche, on peut tabler sur un Tmax de 10µS. donc un temps d'acquisition de 0,5ms pour 50 touches

Par contre, je ne comprends pas ce que tu veux dire par .
Par quel moyen ? Encore une autre technique que la matrice ou le signal série ?

Tu mets tous les phototransistors en parallèle et tu multiplexes , en matrice, le courant dans les LEDs. Pas de problème de multi touches.

Aussi, 5 frappes par seconde ne me parait pas extrêmement rapide car c'est pour un instrument de musique (un accordéon sur la photo). Je pense que certains musiciens peuvent parfois répéter des notes à une vitesse plus importante que ça...

avec le calcul que j'ai fait, c'est , au minimum, 100 touches par seconde.

[A voir en vidéo sur Futura]

[scaypapa]

Pardonnes-moi pour toutes ces questions, c'est pour voir si je comprends bien (je débute un peu…) :

Pour les phototransistors, du coup, je peux utiliser un système de matrice comme dans mon premier lien, et comme ça passe par des LEDs, pas besoin de rajouter de diodes pour la gestion du multi-touches. C'est bien ça ?

avec le calcul que j'ai fait, c'est , au minimum, 100 touches par seconde.

Oui ça, ça devrait suffire !

[DAUDET78]

c'est pour voir si je comprends bien (je débute un peu…)

ce n'est pas un défaut ! Si tu as envie d'apprendre

Pour les phototransistors, du coup, je peux utiliser un système de matrice

Pour les LEDs !
Tu remplaces les contacts par les LEDs.
La touche qui est analysée, c'est celle qui est adressée par le matriçage. le phototransistor de cette touche (et uniquement celui-là) est bloqué/saturé en fonction de l'état de la touche

[scaypapa]

Oui pardon, c'est que je fais des approximations dans mon language

Les capteurs optiques sont composés d'une LED et d'un phototransistor donc j'alimente les LEDs une par une (ou par séries de 8 par exemple) et je récupère le signal du phototransistor pour savoir si la touche est appuyée ou non.
Comme j'alimente une LED, je n'ai pas besoin de rajouter de diode pour gérer le multi-touche.

Je vais essayer de faire un shéma pour être plus clair (dans mon propos... et dans ma tête !)

[scaypapa]

Alors voilà :
Matrice opto.jpg

J'utilise 4 E/S du µC pour contrôler 4x3=12 boutons.
On passe Rb0 en sortie à 0 et Rb1,2,3 en entrée et on lit le résultat.
On passe Rb1 en sortie à 0 et Rb0,2,3 en entrée et on lit le résultat.
...
On passe Rb3 en sortie à 0 et Rb0,1,2 en entrée et on lit le résultat.

Après j'imagine qu'on pourrait aussi utiliser le SPI avec ce type de contacts en alimentant les LEDs en permanence.
On aurait alors seulement 3 E/S d'utilisées mais 12 lectures au lieu de 4. J'imagine que la consommation serait légèrement plus importante du fait que toutes les LEDS sont alimentées en permanence alors qu'avec la matrice, elles ne sont alimentées que 3 par 3.
Avec une horloge suffisamment rapide, le temps de traitement n'est pas une réelle contrainte (j'attends de voir quelqu'un qui peut jouer plus de 100 notes à la seconde) mais la consommation peut-être :
Sur l'exemple que j'ai donné plus haut, la datasheet parle de 20mA pour les diodes. Multiplié par disons 50 contacts, ça commence à faire de l'ordre d'1A si elles sont toutes alimentées en permanence.
Aussi, ils parlent d'une tension de 1,2 à 1,4V. J'imagine donc qu'en partant sur une tension d'alim de 5V, il faudra que j'ajoute une petite résistance de 150Ω environ en série avec chaque diode.
Est-ce que du coup le transistor peut fonctionner tel quel sans ajout d'une résistance quelque part ?

J'ai bon ?

[DAUDET78]

J'utilise 4 E/S du µC pour contrôler 4x3=12 boutons.

ne commence pas par faire des choses ésotériques (et qui ne marchent pas) pour économiser des broches du µC
Sur ton premier schéma :
- Tu commandes les LEDs (le schéma n'est pas correct, on verra ça plus tard) séquentiellement avec C0 C1 C2 C3
- Tu lis le résultat sur L0 L1 L2 (le schéma n'est pas correct, on verra ça plus tard)

Après j'imagine qu'on pourrait aussi utiliser le SPI avec ce type de contacts en alimentant les LEDs en permanence.

Oui, avec des registres à décalage. On alimente les LEDs uniquement pendant le Load des registres
On aurait alors seulement 3 E/S d'utilisées mais 12 lectures au lieu de 4. J'imagine que la consommation serait légèrement plus importante du fait que toutes les LEDS sont alimentées en permanence alors qu'avec la matrice, elles ne sont alimentées que 3 par 3.

Aussi, ils parlent d'une tension de 1,2 à 1,4V. J'imagine donc qu'en partant sur une tension d'alim de 5V, il faudra que j'ajoute une petite résistance de 150Ω environ en série avec chaque diode.

Oui

[DAUDET78]

A supprimer : On aurait alors seulement 3 E/S d'utilisées mais 12 lectures au lieu de 4. J'imagine que la consommation serait légèrement plus importante du fait que toutes les LEDS sont alimentées en permanence alors qu'avec la matrice, elles ne sont alimentées que 3 par 3.

[scaypapa]

D'abord merci pour ta réponse.

Pour commencer, sur mon message, trois shémas apparaissent. Alors que seul le premier est le "bon" (ou celui que je considère comme tel). C'est que le temps de la rédaction du message, je l'ai modifié 2 fois, je ne pensais pas qu'on retrouverait les trois version dans mon post... Si quelqu'un peut supprimer les 2 derniers, ce serait cool pour la clarté du propos. Merci

Je ne comprends pas ce que tu trouves ésotérique dans mon shéma. Je commande bien les LEDs séquentiellement sur les 4 "colonnes" (C0-4) et je lis sur les trois "lignes" libres (L0-4).
En tout cas, j'avais essayé ce fonctionnement (il y a plusieurs mois, donc je fais peut-être une erreur en le reprenant, ce qui explique probablement nombre de mes approximations) avec de simples boutons poussoirs et ça fonctionnait très bien.
Je pense que tu avais compris mais je cherche à réutiliser le shéma appelé "Clavier à Matrice triangulaire à diodes, simple étendue" dans le petit tuto.

En tout cas, puisque tu me dis que mes shémas ne sont pas corrects, tu aiguises ma curiosité et j'aimerai comprendre pourquoi...

[DAUDET78]

Je pense que tu avais compris mais je cherche à réutiliser le shéma appelé "Clavier à Matrice triangulaire à diodes, simple étendue" dans le petit tuto

Sauf que ça marche pour des contacts secs, pas des photocoupleurs

[scaypapa]

D'accord. Bien que je ne comprennes pas bien la raison, j'ai toutes les raisons de te croire sur parole. Je crois en tout cas comprendre que tu veux dire qu'il ne faut pas utiliser les mêmes E/S du µC pour les "lignes" et les "colonnes".

Est-ce que ce shéma conviendrait (un peu) mieux ?
A voir mon shéma, je me dis que peut-être, je pourrais me permettre de ne mettre qu'une seule résistance pour 3 LEDs ?
PS : je n'ai pas remis les résistances sur le shéma du bas indiquant les E/S du µC utilisées, afin de ne pas faire trop compact, mais il va de soit qu'elle y sont aussi


Aussi, le produit final étant destiné à être petit, l'alim en 5V ne m'arrange pas forcément. J'adapterai plus tard mais si je peux alimenter le tout par le biais d'un régulateur LDO3,3V, ça me permettrait de fonctionner sur 3 piles LR06 ou LR03 (3x1,5V). Si je suis obligé de rester en 5V, ça nécessitera au moins une 4e pile. Mais ce n'est pas le sujet pour le moment.

[scaypapa]

Désolé, j'ai oublié les résistances sur le dernier shéma montrant les E/S du µC utilisées :

[DAUDET78]

C'est mieux.
Mais je ne vois pas pourquoi, en haut tu alimentes les LEDs depuis le 5V et qu'en bas , elles sont reliées au 0V ???? faut choisir !
3 remarques :
1/ Que ce soit en haut ou en bas, la sortie du µC ne peux délivrer, à la louche, que 4mA environ . Ca va être dur dur de sortir 3*20=60mA (1). Faut que tu trouves une solution !
2/ Quand un phototransistor est "Off", Quelle est la tension sur l'entré RBx du µC ? Perso, je ne sais pas répondre !
3/ Tu as environ 55 touches. Donc, il faut une matrice de 8*7 . Donc 15 broches de µC .... et 8*20=160mA (1) de courant LED .

(1) par une astuce, qu'on verra plus tard, on peut réduire ce courant de moitié

[scaypapa]

Bonjour Daudet.

Le shéma du haut au 5V et celui du bas à la masse, c'est juste une erreur d'inattention. Désolé. J'ai modifié mon shéma en cours de route et ai simplement oublié de reporter la modif sur le shéma du dessous.

Bref, en effet, pour alimenter les 3 LEDs, il va me falloir un peu plus de puissance, penses-tu qu'un PNP pourrait suffire même si je passe à 4, 5 voire 8 LEDs par colonne ?
Pour ton point numéro 2 : tu veux dire qu'il faut que j'impose un niveau bas par une pull-down ?

Enfin voilà où j'en suis, je n'ai représenté qu'une série de 3 contacts pour simplifier le shéma :


PS : j'ai bien peur au final de revenir à un système SPI. Si j'ai bien compris, j'aurai alors l'ensemble des LEDs à alimenter en même temps. Je ne sais pas si un simple PNP suffira. A priori, j'aurai en tout 44 notes sur l'instrument soient 880mA.
Mais tes conseils m'aident beaucoup et je penses que ça me sera profitable de commencer par aller déjà au bout de cette solution...

[DAUDET78]

Enfin voilà où j'en suis, je n'ai représenté qu'une série de 3 contacts pour simplifier le shéma :

Sauf que si tu branches RB0 directement sur la sortie de ton µC .... c'est un court-circuit au 5V-0,6V , il va pas aimer Et il faut faire 6 fois ce montage.
Utilise un ULN2803 ou un ULM2003
Il faut bien une PullDown. Sa valeur est à déterminer en fonction du choix définitif de la fourche opto

j'ai bien peur au final de revenir à un système SPI. Si j'ai bien compris,

????

j'aurai alors l'ensemble des LEDs à alimenter en même temps. Je ne sais pas si un simple PNP suffira. A priori, j'aurai en tout 44 notes sur l'instrument soient 880mA.

Non, chaque groupe de 8 LEDs est alimenté successivement . Donc 160mA ! ...et pas en permanence .
Et n'oublie pas ma botte secrète

(1) par une astuce, qu'on verra plus tard, on peut réduire ce courant de moitié

en #15

[scaypapa]

Tout d'abord, je viens de voir une autre erreur : j'ai dessiné des optocoupleurs PNP sur mon dernier shéma alors que le contacteur optique que j'ai retenu pour le moment est en NPN.

Utilise un ULN2803 ou un ULM2003

En effet en plus, des ULN2803, j'en ai en stock
Mais est-ce que j'aurai le même problème ou est-ce que l'ULN protège mes sorties RB0,1,2,3... sans ajout de composants supplémentaires ?

j'ai bien peur au final de revenir à un système SPI.
???

Oui : comme on en parlait plus haut, le temps de traitement n'est pas ma contrainte principale. Ce qui est le plus important dans mon cas, c'est la compacité du système final et si je peux économiser des broches, je pourrai utiliser un µC plus petit (en terme de dimensions).
Dans l'idéal un DIP8 même si je n'y crois pas trop : 2 pins minimum pour l'alim, 2 pins pour l'oscillateur, 3 pour le SPI... restera à transmettre le signal...
La contrainte suivante serait la consommation pour avoir une bonne autonomie en fonctionnant avec un minimum de piles. A priori, je partirai sur un XLP de Microchip. Si je dois sortir un signal MIDI, je suis obligé d'utiliser du 5V mais si je me contente d'écrire sur une carte SD par exemple, une tension de 3,3V suffirait, donc plutôt dans les séries 12/16LFxxxx.

Quand tu dis que chaque groupe de 8 est alimenté successivement, parles-tu dans le cas d'un système matriciel ou même en SPI avec registres à décalage ?

Oui oui, je me souviens bien de ta remarque du post #15, mais pour le moment, je n'en sais pas plus Tu veux dire que les contacteurs optiques sont donnés pour 20mA sur la LED mais que 10mA suffiraient à les activer ?

[DAUDET78]

...... que j'ai retenu pour le moment est en NPN.

J'avais pas vu ... mais les phototransistors sont tous NPN

Mais est-ce que j'aurai le même problème ou est-ce que l'ULN protège mes sorties RB0,1,2,3... sans ajout de composants supplémentaires ?

L'ULN est direct compatible 5V

je pourrai utiliser un µC plus petit (en terme de dimensions).

C'est pas la taille du µC l'important, mais la quantité de composant à rajouter pour l'interface. Si tu peux rester en 5V, c'est mieux

Quand tu dis que chaque groupe de 8 est alimenté successivement, parles-tu dans le cas d'un système matriciel ou même en SPI avec registres à décalage ?

C'est pareil !
- En matriciel, 7 pulses d'alimentation de 160mA (pour 8*7= 56 touches)
- En SPI, 1 pulse d'alimentation de 160*7=1120mA

[scaypapa]

OK merci.

Si tu peux rester en 5V, c'est mieux

C'est mieux pour quoi ? Par exemple si je veux simplement écrire sur une carte SD, alimenter le tout en 3.3V me permettrait d'économiser des composants pour l'adaptation des tensions de communication.
Si je dois sortir un signal MIDI pur, en effet, il vaut mieux partir sur du 5V.
En tout cas je suis à l'écoute de tes explications, j'imagine que tu as de bonnes raisons de dire ça (et moi, j'ai tout à apprendre !)

En effet au final, dans tous les cas j'aurai alimenté mes 44 contacteurs à la fin d'une lecture.

C'est pas la taille du µC l'important, mais la quantité de composant à rajouter pour l'interface.

Je suis d'accord, c'est pour ça que pour le moment, je n'exclue aucune solution. Quand je serai au bout, je pourrai comparer les deux en connaissance de cause.

Aussi, il est probable que je n'aie pas la place pour intégrer le système complet dans mon instrument.
Dans mon idée actuelle (si le système complet ne rentre pas tel quel), j'aimerai intégrer la(les) rampe(s) de contacts seule(s) dans l'instrument.
Le reste du système serait intégré dans un petit boitier clipsable via un connecteur comprenant :

• le µC et son entourage (oscillateur, condensateurs de découplage, régulateur de tension…)
• les éventuels boutons de commande (on/off, démarrage de l'enregistrement, pause, arrêt…)
• la sortie (carte SD ou prise MIDI, je ne suis pas encore fixé, voire les deux)
• les accus et/ou le connecteur d'alimentation

Enfin bref, voilà où j'en suis :


Est-ce que j'avais compris ton "astuce" pour diviser la consommation par 2 ou est-ce que c'est un peu plus compliqué que ça ?

Tu veux dire que les contacteurs optiques sont donnés pour 20mA sur la LED mais que 10mA suffiraient à les activer

[scaypapa]

En relisant la doc des contacteurs (ps.4 et 5), il semble qu'il soit plutôt préconisé de placé ma résistance de 10k entre Vcc et le transistor(fig.10).
Je comprends aussi qu'un courant de 10mA dans la LED suffirait à activer le contact (fig.4). Voire moins, il faudrait que je sache combien de courant j'ai besoin pour placer une entrée du µC à 1…

[DAUDET78]

C'est mieux pour quoi ?

faut peser le pour et le contre en connaissance de cause. L'ULN ne fonctionne pas (mal) en 3,3V faut le remplacer par 7 NMOS "basse tension" et on ne peut plus diviser le consommation par 2 avec les LEDs en série . .

Aussi, il est probable que je n'aie pas la place pour intégrer le système complet dans mon instrument.

Il faut mettre le µC et l'interface de commande dans le bousin, sinon, tu as trop de fils "sensibles" à relier (quitte à mettre 2µC, un pour gérer les capteurs en interne, un pour ton MIDI/carteSD)

Enfin bref, voilà où j'en suis :

Sauf que tu n'as pas lu la datasheet de l'ULN ! C'est simplement des Darlingtons capables d'absorber du courant (collecteur ouvert) mais pas d'en fournir !

Est-ce que j'avais compris ton "astuce" pour diviser la consommation par 2 ou est-ce que c'est un peu plus compliqué que ça ?

Voir la P.J.

[DAUDET78]

La bonne P.J. !



PS : impossible avec l'éditeur de supprimer la mauvaise .....

[Antoane]

Bonjour,

PS : impossible avec l'éditeur de supprimer la mauvaise .....

Kennedy n'aurait pas dit mieux

"Aller en mode avancé" > bouton "gérer les pièces jointes"

[DAUDET78]

"Aller en mode avancé" > bouton "gérer les pièces jointes"

Je tenterais cette manip lors de ma prochaine erreur de PJ ......

[scaypapa]

Merci pour ces explications.

Je n'ai pas bien compris où la datasheet indique que l'ULN2803 fonctionne mal sous 3.3V, mais j'ai toutes les raisons de te croire.
En effet avec les diodes en série par 2, c'est encore plus simple

Par contre avais-tu vu ma remarque sur la doc des contacteurs qui avait l'air de conseiller de mettre la résistance (10k) entre Vcc et le collecteur plutôt qu'entre l'émetteur et la masse ?
Cette différence change-t-elle quelque chose ?

PS : Concernant les PJ, je n'ai pas compris non plus comment en supprimer. peut-être une fonction accessible uniquement aux modérateurs ?

[DAUDET78]

Je n'ai pas bien compris où la datasheet indique que l'ULN2803 fonctionne mal sous 3.3V, mais j'ai toutes les raisons de te croire.

la tension de saturation est de l'ordre de 1V. Sous 5V, on en tient compte, sous 3,3V , ça devient rédhibitoire (1V+Vf= quasiment 3,3V )

Par contre avais-tu vu ma remarque sur la doc des contacteurs qui avait l'air de conseiller de mettre la résistance (10k) entre Vcc et le collecteur plutôt qu'entre l'émetteur et la masse ?

C'est kif kif. Faut simplement que la tension sur le "pont diviseur" Phototransistor- Résistance ou Résistance-Phototransistor donne les bonnes tensions "1" et "0" au µC

[Antoane]

Bonjour,

PS : Concernant les PJ, je n'ai pas compris non plus comment en supprimer. peut-être une fonction accessible uniquement aux modérateurs ?

Non, mais elle n'est accessible que pendant les 5 minutes suivant l'envoi d'un message (comme pour toute édition de message).
Il faut :
- passer en mode d'édition avancée,
- dans le cadre "Options supplémentaires", situé sous le cadre où tu rédiges, cliquer sur le bouton "Gérer les pièces jointes",
- dans le cadre du bas de la fenêtre nouvellement ouvert, cliquer sur la petite croix en haut à gauche de la miniature de la PJ à supprimer,
- valider (s'il ne reste pas de PJ) ou fermer la fenêtre
- enregistrer les modifications.

[scaypapa]

Ah je crois avoir compris pour le transistor en simulant le circuit.
Tout simplement, avec la résistance côté masse, un niveau haut sur la base (diode allumée et contact ouvert) donne un niveau haut au niveau du µC alors que si la résistance est côté Vcc, un niveau haut sur la base donne un niveau bas sur l'entrée du µC.
Et inversement.
A vérifier que ça fonctionne bien en pratique j'imagine qu'l faut adapter la résistance en fonction de Vce.

[DAUDET78]

A vérifier que ça fonctionne bien en pratique

C'est une maladie de simuler des trucs évidents ...

j'imagine qu'l faut adapter la résistance en fonction de Vce.

Non ....

Sa valeur est à déterminer en fonction du choix définitif de la fourche opto