Surveillez la consommation de vos montages

L’accessoire que je vous présente aujourd’hui va vous permettre de surveiller la consommation des vos montages. Il est en effet toujours intéressant de connaitre la consommation réelle d’un circuit par curiosité mais aussi par exemple afin de pouvoir choisir le bon type de batterie. L’accessoire en question est un mini-adaptateur USB constitué d’un écran OLED affichant la tension (V), l’intensité (A), la puissance instantané (W) ainsi que la consommation cumulée (mAh). Le tout disponible pour un peu plus de 5 euros sur eBay.fr (frais de port inclus).

Initialement conçu pour surveiller l’utilisation de périphériques USB (recharge d’un téléphone par exemple) il est néanmoins tout à fait possible de l’utiliser à d’autres fins et c’est ce que nous allons voir dans cet article. Notez au passage que vous pouvez également l’utiliser pour surveiller le courant consommé par votre Raspberry Pi !

Les caractéristiques

Ce petit module mesure environ 6 cm de longueur pour 1,8 cm de largeur. Il est possible de l’alimenter avec une tension comprise entre 3v et 10v (avec une précision de mesure de 1%) et le courant maximum admissible est de 3,3 A (avec un précision de mesure de 0,4 %).

Notre testeur USB multi-fonctions

Notre testeur USB multi-fonctions connecté à une batterie Li-Po de 2 élèments

 

La mesure du courant s’effectue à travers une résistance de 50 milli-Ohms générant ainsi une perte de tension relativement faible entre l’entrée et la sortie (de l’ordre de 50 milli-Volts pour un courant de 1A).

Le module est par ailleurs équipé d’un tout petit bouton (sur la tranche) permettant lors d’une courte pression de « renverser » l’affichage… bien pensé !

L’entrée s’effectue via la connecteur USB Male (à gauche sur la photo) et la sortie via le connecteur USB Femelle (à droite).

Un peu de théorie…

Commençons par un peu de théorie afin de bien comprendre les informations affichées sur ce testeur.

La tension s’exprime en Volt (V). Elle est généralement représentée par la lettre « U » dans les formules mathématiques. Par analogie avec le milieu aquatique la tension pourrait correspondre à la hauteur de l’eau dans un reservoir. Une voiture fonctionne généralement sur un circuit 12v, un Arduino Uno sous 5v et un Raspberry Pi principalement sous 3,3v.

L’intensité s’exprime en Ampères (A) ou plus généralement en milli-Ampères (mA) avec 1000 mA = 1 A. L’intensité est généralement representée par la lettre « I ». Toujours par analogie avec le milieu aquatique, l’intensité représente cette fois le débit de l’eau.

Ainsi par exemple (pour simplifier) un montage alimenté mais dont l’interrupteur marche/arrêt est sur la position « OFF » va présenter une tension à ses bornes mais pas de circulation de courant (donc une intensité nulle).  Par analogie, il s’agit d’un réservoir dont le robinet est fermé.

La puissance s’exprime en Watts (W) ou en Milli-Watts (mW). On la réprésente généralement via la lettre « P ». La puissance est directement dépendante de la tension et de l’intensité suivant le formule suivante:

Puissance (P) = Tension (U) X Intensité (I)

Ainsi par exemple pour une tension de 5v et un courant de 1A, la puissance est de 5 Watts.

Nous venons de voir les trois premiers indicateurs affichés par notre mini-testeur. Le dernier élèment affiché correspond à la puissance cumulé et s’exprime en Ampère-Heure (Ah) ou plutôt Milli-Ampère-Heure (mAH) dans notre cas.

Si votre montage consomme par exemple 1 A (soit 1000 mA)  pendant une heure, la puissance cumulée affichée sera donc de 1000 mAh au bout d’une heure.

Autre exemple, si vous montage consomme 1 A pendant 20% du temps et 0,2 A pendant 80 % du temps, votre puissance cumulée au bout d’une heure sera de:

20% * 1 A + 80 % * 0,2 A =  360 mAh

Cette mesure est particulièrement intéressante car elle vous permet d’estimer (grossièrement) la durée de vie de votre batterie. Ainsi si vous alimentez votre montage à l’aide de piles AA Alcalines (qui disposent généralement d’une capacité de 2 850 mAh), vous allez pouvoir alimenter votre montage pendant:

2 850 mAh / 360 mAh = ~ 8 heures

Pratique non ? Bon dans la vrai vie tout cela est un petit plus compliqué car il faut aussi prendre en compte d’autres facteurs tel que le l’évolution de la tension au borne de la pile, l’auto-décharge (plus faible sur les modèles LSDLow Self Discharge -) ou encore le courant maximal que peut délivrer la pile mais cela vous donne déjà une première estimation !

Capacité théorique des principales batteries

Le tableau que je vous propose ci-dessous résume la capacité typique des principales piles & batteries que l’on peut trouver sur le marché:

Type de batterie Tension pour 1 élèment (v) Capacité typique (mAh)
Pile AAA (LR03) 1.5 v 1 250 mAh
Pile AA (LR06) 1.5 v 2 850 mAh
Pile C (LR14) 1.5v 8 350 mAh
Pile D (LR20) 1.5v 20 500 mAh
Pile bouton CR2032 3v 225 mAh
Pile 9v Alcaline 9v 565 mAh
Pile rechargeable AAA 1.2v 800 mAh (ou plus)
Pile rechargeable AA 1.2v 2000 mAh (ou plus)
Elèment Lithium-Polymer 3.7v variable

Si vous souhaitez plus d’informations sur les différents types de batterie, je vous invite à consulter l’article Wikipedia à ce sujet: http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A9lectrique

Sortez le fer à souder !

Après cette introduction théorique, nous allons désormais construire quelques adaptateurs permettant d’un côté de connecter vos sources d’alimentations (piles, batteries, adaptateur secteur…) et de l’autre vos montages.

J’ai fait le choix d’utiliser un connecteur universel de type JST que l’on retrouve fréquemment sur les batteries Li-Po de faible puissance (tel que les drones). J’ai trouvé pour cela un lot de 50 connecteurs Males + 50 connecteurs Femelles pour moins de 7 Euros sur eBay.fr, bref largement de quoi voir venir !

Mon lot de connecteurs JST (50 Males + 50 Femmelles) acheté moins de 7 Euros sur Ebay.fr

Mon lot de connecteurs JST (50 Males + 50 Femelles) acheté moins de 7 Euros sur Ebay.fr

Ce type de connecteur permet de faire circuler sans problème le courant maximum admissible par le testeur: 3,3 A (je ne suis néanmoins pas allé jusque là..)

Voici les composants dont vous allez avoir besoin pour réaliser cette bidouille:

  • Notre mini testeur USB OLED (acheté sur eBay.fr) pour moins de 7 Euros.
  • Notre ensemble de connecteurs et de cables au format JST (eBay.fr)
  • Des connecteurs USB Males et Femelles à souder (un lot de 10 coûte entre 1 Euros et 1,50 Euros sur eBay.fr)
  • Tout autre connecteur que vous jugerez utile (boitier pour pile AA, prise pour pile 9v, Fiche 2,1mm pour alimentation Arduino). Vous pouvez par exemple acheter un lot d’adapteur « Pile 9v vers Arduino » afin de le couper et récupérer d’un côté l’adaptateur pour pile 9v et de l’autre la fiche 2,1mm pour Arduino.
Exemple d'adaptateur "Pile 9v <--> Arduino" pouvant être récupéré pour nos besoins

Exemple d’adaptateur « Pile 9v Arduino » pouvant être récupéré pour nos besoins

 

Un lot de 10 Connecteurs USB Femelles disponible pour moins de 1,5 Euros sur eBay.fr (frais de port... compris !)

Un lot de 10 Connecteurs USB Femelles disponible pour moins de 1,5 Euros sur eBay.fr (frais de port… compris !)

 

Dernier point à connaitre avant de se lancer, le brochage (« pinout » en Anglais) du connecteur USB type « A »:

Brochage du connecteur USB de type A

Brochage du connecteur USB de type A

En vue de face la masse se trouve donc sur le connecteur le plus à gauche et le « Vcc » sur le connecteur le plus à droite. Les deux connecteurs centraux (D+ et D-) correspondent au flux de données que nous n’utiliseront pas dans ce contexte.

Il ne nous reste plus désormais qu’à souder tout ce joli monde. Pour ma part j’ai réalisé:

  • Côté Alimentation:
    • Un connecteur USB Femelle vers connecteur JST Male
    • Un connecteur USB Femelle vers une prise 9v
    • Un connecteur USB Femelle vers deux fiches « bananes » pour branchement sur l’alimentation stabilisée
    • Un connecteur JST Femelle vers une prise XT60 (utilisé sur certaines batteries Li-Po de puissance)

 

  • Côté Circuit:
    • Un connecteur USB Male vers connecteur Male 2.1mm (utilisé pour alimenter la l’alimentation de la plaque d’éxpérimentation).
    • Un connecteur USB Male vers deux fils rigides pouvant s’insérer dans une plaque d’expérimentation
    • Un connecteur USB Male vers  connecteur JST Femelle

 

Vue d'ensemble des connecteurs réalisés

Vue d’ensemble des connecteurs réalisés

 

Un exemple d'utilisation avec une batterie Li-Po de 2 élèments

Un exemple d’utilisation avec une batterie Li-Po de 2 élèments (côté « Alimentation » uniquement).

 

Voilà ! J’espère vous avoir donné envie de vous lancer dans cette petite aventure qui m’a demandé une petite heure de travail et qui me rendra, j’en suis sûr, beaucoup de services à l’avenir !

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