materiels:capteurs:force:force [WEBGE Wikis]

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===== Capteurs - Force - Phidgets =====

[Mise à jour le 25/6/2024]

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==== 1. Généralités ====
{{ :materiels:capteurs:300px-strain_gauge.svg.png?nolink&50|}}
Le but des extensomètres à fils résistants ou jauges de déformation (ou, abusivement, **jauges de contrainte**) est de traduire la **déformation d'une pièce** en **variation de résistance électrique** (plus les extensomètres s'étirent, plus leurs résistances augmentent). Elles consistent en des spires rapprochées et sont généralement fabriquées à partir d'une mince feuille métallique (quelques µm d'épaisseur) et d'un isolant électrique, que l'on traite comme un circuit imprimé (par lithographie et par attaque à l'acide). <html><a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Jauge_de_d%C3%A9formation" target="_blank">Wikipédia</a></html>

Un **capteur de force** est un tranducteur convertissant une force en un signal électrique mesurable. Bien qu'il existe une variété de capteurs, les capteurs de force à **jauges de déformation** sont les plus utilisés et dominent notamment le secteur de pesage. Les cellules de charge à jauge de déformation fournissent des précisions de **0,03%** à **0,25%** de pleine échelle et sont adaptées à presque toutes les applications industrielles.

  * **Principe de la mesure d'une force avec un pont de jauges**
{{ :materiels:capteurs:force4.jpg?nolink |}}

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==== 2. Capteurs de force ====

=== 2.1 Capteur 780 g === 
{{  :materiels:capteurs:jaugecontrainte.png?nolink&180|780g Phidgets CZL616C }}
== 2.1.1 Présentation ==
  * //**Source**// : <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Load_Cell_Primer" target="_blank"><b>wiki</b></a></html> Phidgets  "Guide des jauges de contrainte".

<callout type="info" icon="true">Capteur à jauges de contrainte **Phidgets CZL616C** permettant de mesurer une force jusqu'à **780g** dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-780-g-czl616c-17598.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //**Caractéristiques**// 
      * Alimentation: 5 Vcc (3 à 10 Vcc)
      * Plage de mesure: 0 à 780 g
      * Sortie: **800 µV/V**
      * Erreur maxi: ±100 µV/V
      * Brochage:
        * Rouge: + 5Vcc
        * Noir: GND
        * Vert: +
        * Blanc: -

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**//
      * <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Calibrating_Load_Cells" target="_blank">Etalonnage des capteurs</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj-458.pdf" target="_blank">Datasheet (pdf à télécharger)</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj2-3132-0-mechanical-1852.pdf" target="_blank">Dimensions (pdf à télécharger)</a></html>

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=== 2.2 Capteur 20kg === 
{{  :materiels:capteurs:jaugecontrainte.png?nolink&180|20kg CZL635-20 }}
== 2.2.1 Présentation ==
  * //**Source**// : <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Load_Cell_Primer" target="_blank"><b>wiki</b></a></html> Phidgets  "Guide des jauges de contrainte".

<callout type="info" icon="true">Capteur à jauge de contrainte **Phidgets CZL635-20** permettant de mesurer une force jusqu'à **20kg** dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-20-kg-czl635-20-17600.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //**Caractéristiques**// 
      * Alimentation: 5 Vcc (3 à 10 Vcc)
      * Plage de mesure: 0 à 20kg
      * Sortie: **1mV/V**
      * Erreur maxi: ±150 µV/V
      * Brochage:
        * Rouge: + 5Vcc
        * Noir: GND
        * Vert: +
        * Blanc: -

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**//
      * <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Calibrating_Load_Cells" target="_blank">Etalonnage des capteurs</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj-460.pdf" target="_blank">Datasheet à télécharger</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj2-3134-0-mechanical-1854.pdf" target="_blank">Dimensions</a></html>

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=== 2.3 Capteur 200 kg  === 
{{ :materiels:capteurs:force:capteur-de-force-200-kg-czl204e-200-19654.jpg?nolink|200 kg CZL204E-200}}
== 2.3.1 Présentation ==
  * //**Source**// : <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Load_Cell_Primer" target="_blank"><b>wiki</b></a></html> Phidgets  "Guide des jauges de contrainte".

<callout type="info" icon="true">Capteur à jauges de contrainte **Phidgets CZL204E-200** permettant de mesurer une force jusqu'à **200 kg** dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-200-kg-czl204e-200-19654.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //Caractéristiques// 
    * Alimentation: 5 Vcc (via la carte 1046)
    * Plage de mesure: 0 à 200 kg
    * signal de sortie: 1 mV/V
    * Surcharge maxi: 240 kg
    * Brochage:
      * Rouge: + 5Vcc
      * Noir: GND
      * Vert: +
      * Blanc: -
    * Longueur du câble: 3 mètres

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**//
      * <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Calibrating_Load_Cells" target="_blank">Etalonnage des capteurs</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj-906.pdf" target="_blank">Fiche technique à télécharger</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj2-3137-0-mechanical-1858.pdf" target="_blank">Dimensions</a></html>

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=== 2.4 Capteur Grove 101020553 ===
{{ :materiels:capteurs:force:ar-capteur-de-force-grove-101020553-28518.jpg?nolink&300|}}
== 2.4.1 Présentation ==
  * //**Source**// : <html><a href="http://wiki.seeedstudio.com/Grove-Round_Force_Sensor_FSR402/" target="_blank"><b>Wiki</b></a></html> seeed studio.

<callout type="info" icon="true">Module capteur de force compatible Grove basé sur un **FSR402** permettant la mesure d'une pression de **0,2 à 20 N**. Ce capteur communique avec un microcontrôleur type Arduino via une liaison analogique.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-grove-101020553-28518.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>

  * //**Caractéristiques**//
    * Alimentation: 3,3 et 5 Vcc
    * Sortie: analogique (0 à 650)
    * Interface: compatible Grove
    * Dimensions: 20 x 20 x 13 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}} 
  * //**Documentation**//
    * Fiche technique <html><a href="https://github.com/SeeedDocument/Grove-Round_Force_Sensor_FSR402/raw/master/res/FSR402.pdf" target="_blank">FSR402</a></html>

\\

{{ :materiels:capteurs:environnement:code.png?nolink|}}
== 2.4.2 Exemples de code == 
<tabs>
  * [[#tab-fsr402duino_1|Arduino UNO]]
  * [[#tab-fsr402pico_1|Rpi Pico (µPython)]]
<pane id="tab-fsr402duino_1">
    * //Connexion à un shield// <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/pdf/TinkerkitV2.pdf" target="_blank">Tinkerkit v2</a></html>{{ :materiels:capteurs:force:fsr404.jpg?nolink |}}

    * //**Exemple** pour tester le capteur// 
{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
<code cpp *.cpp>
const int captforce = A0; // Le module est connecté à la broche A0 de la carte (IO du connecteur Tinkerkit)

int Nforce; // Valeur délivrée par le CAN

void setup(){
  Serial.begin(9600);       // Initialisation du moniteur série
}

void loop(){
  Nforce = analogRead(captforce);       // Lit la valeur du CAN
  Serial.println(Nforce);               // et l'affiche dans le moniteur série
  // A compléter pour déterminer la force exercée sur le capteur

  delay(1000);                         // Attente s entre deux valeurs
}
</code>
</pane>
<pane id="tab-fsr402pico_1">
A venir
</pane>
</tabs>

\\

==== 3. Amplificateurs d'instrumentation ====
===3.1 Module Phidgets 1046_1 ===
{{ :materiels:capteurs:phidgets1046.png?nolink&180|Module Phidgets 1046_1}}

  * //**Source**// : <html><a href="https://www.phidgets.com/?tier=3&catid=98&pcid=78&prodid=1027" target="_blank"><b>wiki</b></a> Phidgets</html>

<callout type="info" icon="true">Interface Phidgets 1046_1 avec pont de Wheatstone permettant de raccorder jusqu'à 4 capteurs de force non amplifiés tels que capteurs à jauge de compression, accéléromètres, baromètres, etc. Livrée avec un boîtier noir et un cordon USB de raccordement. Cette carte est compatible notamment avec les capteurs de force CZL616C, CZL635-5, CZL635-20 et CZL635-50.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-interface-pour-4-capteurs-de-force-1046-1-37994.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //**Caractéristiques**//
      * Alimentation: 5 Vcc (via le port mini-USB)
      * Consommation: 15 mA
      * Courant disponible pour les capteurs: 465 mA maxi
      * TTaux de rafraîchissement : de 1 à 60000 ms
      * Réglage du gain: 1, 8, 16, 32, 64, 128
      * Température de service: -40 à 80 °C
      * Dimensions: 53 x 44 x 21 mm.

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**//
    * Fiche technique <html><a href="https://www.phidgets.com/?prodid=1270#Tab_Specifications" target="_blank">PhidgetBridge 4-Input</a></html>
    * <html><a href="https://www.phidgets.com/productfiles/1046/1046_1/Documentation/1046_1_Mechanical.pdf" target="_blank">Dimensions</a></html>

\\

{{ :materiels:capteurs:force:sen13879.jpg?nolink&200|}}
===3.2 HX711 ===
== 3.2.1 Présentation ==
  * //**Sources**//
    * Site <html><a href="https://www.sparkfun.com/products/13879" target="_blank">Sparkfun</a></html>
    * <html><a href="https://learn.sparkfun.com/tutorials/load-cell-amplifier-hx711-breakout-hookup-guide" target="_blank">Tutoriel</a></html> Sparkfun

<callout type="info" icon="true">Module amplificateur pour capteurs de force à pont de Wheatstone basé sur un convertisseur analogique-numérique **HX711** 24 bits. Ce circuit est directement interfaçable avec 2 ponts de jauge.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-amplificateur-pour-capteur-de-force-sen-13879-25334.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>

  * //**Caractéristiques**//
    * Alimentation: 2,7 à 5 Vcc
    * Consommation: < 1,5 mA
    * Fréquence: 10 ou 80 mesures/sec
    * Gain : 32 (canal B),64 ou 128 (canal A )
    * T° de service: -40 à +85 °C
    * Dimensions: 31 x 23 x 15 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}} 
  * //**Schéma**// : à télécharger <html><a href="https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/SparkFun_HX711_Load_Cell_v11.pdf" target="_blank">ici</a></html>

  * //**Connexions**// à une carte Arduino{{ :materiels:capteurs:force:hx711_fritzing.jpg?nolink&800 |}}
{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**//  
    * Datasheet du circuit <html><a href="https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf" target="_blank">HX711</a></html>

\\

== 3.2.2 Bibliothèques == 
<tabs> 
  * [[#tab-hx711duino_1|Arduino UNO]]
  * [[#tab-hx711pico_1|Rpi Pico (µPython)]]
<pane id="tab-hx711duino_1">
  * //A partir du gestionnaire de bibliothèques de l'**IDE Arduino**, installer ://
{{ :materiels:capteurs:force:libhx711dfrobot.png?nolink |}}
</pane>
<pane id="tab-hx711pico_1">
A venir
</pane>
</tabs>

\\

{{ :materiels:capteurs:environnement:code.png?nolink|}}
== 3.2.3 Exemples de code == 
<tabs>
  * [[#tab-hx711duino_2|Arduino UNO]]
  * [[#tab-hx711pico_2|Rpi Pico (µPython)]]

{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
<pane id="tab-hx711duino_2">
  * //**Exemple 1** de l'IDE Arduino pour tester le capteur// \\ Dans l'IDE Arduino, sélectionner : Fichier → Exemples → DFRobot_HX711 -> **readWeight**

  * //**Exemple 2** : Etalonnage d'un capteur CZL204E-200 //
    * //Connexion à un shield// <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/pdf/TinkerkitV2.pdf" target="_blank">Tinkerkit v2</a></html>{{ :materiels:capteurs:force:czl204e-200.jpg?nolink |}}

{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
<code cpp *.cpp>
/*
 Arduino pin 5 -> HX711 CLK
         pin 3 -> HX711 DOUT
 5V -> VCC
 GND -> GND
*/
#include "HX711.h"

#define LOADCELL_DOUT_PIN  3
#define LOADCELL_SCK_PIN  5

HX711 scale;

float calibration_factor = -14000; //-7050 worked for my 440lb max scale setup

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Etalonnage du HX711");
  Serial.println("Retirer le poids de la balance");
  Serial.println("Au début des lectures, placer un poids connu sur la balance");
  Serial.println("Entrer + ou a dans la console pour augmenter le facteur d'étalonnage");
  Serial.println("Entrer - ou z dans la console pour diminuer le facteur d'étalonnage");

  scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);
  scale.set_scale();
  scale.tare();	// Echelle à 0

  long zero_factor = scale.read_average(); // Lecture de référence
  Serial.print("Zero factor: ");
  Serial.println(zero_factor);
}

void loop() {

  scale.set_scale(calibration_factor); // Ajuster à ce facteur d'étalonnage

  Serial.print("Lecture: ");
  Serial.print(scale.get_units(), 1);
  Serial.print(" kg"); // Unités SI 
  Serial.print(" facteur_étalonnage: ");
  Serial.print(calibration_factor);
  Serial.println();

  if(Serial.available())
  {
    char temp = Serial.read();
    if(temp == '+' || temp == 'a')
      calibration_factor += 10;
    else if(temp == '-' || temp == 'z')
      calibration_factor -= 10;
  }
}
</code>
</pane>
<pane id="tab-hx711pico_2">
A venir
</pane>
</tabs>
\\

===  3.3 Nuvoton NAU7802 pour capteur de force (I2C) ===
{{ :materiels:capteurs:force:module_i2c_pour_capteur_de_force_sen-15242.jpg?nolink| Module NAU7802}}

== 3.3.1 Présentation ==
  * //**Sources**// \\ - <html><a href="https://learn.sparkfun.com/tutorials/qwiic-scale-hookup-guide" target="_blank"><b>Guide d'utilisation</b></a></html> Sparkfun. \\ - <html><a href="https://makezine.com/projects/bees-sensors-monitor-hive-health" target="_blank">L'Internet des abeilles : ajouter des capteurs pour surveiller la santé des ruches</a></html>

<callout type="info" icon="true">Module basé sur un circuit **NAU7802** prévu pour connecter facilement un **capteur de force (4 fils)** en I2C à un microcontrôleur compatible Arduino.</callout>

  * //**Distributeur**// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-module-i2c-pour-capteur-de-force-sen-15242-37208.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>

  * //**Caractéristiques**//
    * Alimentation : 3,3 Vcc
    * Interface I2C (**SLA=0x2A**)
      * sur connectique Qwiic ou pastilles à souder
    * Dimensions : 36 x 26 x 16 mm 
 
  * //**Schéma-blocs**//
{{ :materiels:capteurs:force:block_diagram_nau7802.png?nolink |}}

  * //**Application typique**//
{{ :materiels:capteurs:force:apptypiquenau7802.png?nolink |}}

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //**Documentation**// 
    * Datasheet du circuit à télécharger <html><a href="https://www.nuvoton.com/export/resource-files/en-us--DS_NAU7802_DataSheet_EN_Rev2.4.pdf" target="_blank"><b>ici</b></a></html>
    * <html><a href="https://cdn.sparkfun.com/assets/6/a/5/9/d/Qwiic_Scale.pdf" target="_blank">Schéma </a></html> 

{{ :materiels:capteurs:environnement:iconechronogrammes.png?nolink&50|}}
  * //**Chronogrammes**//
    * Relevé des signaux du bus I2C . A télécharger <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/img/Mesures_NAU7802.zip" target="_blank"><b>ici</b></a></html>.

\\

== 3.3.2 Bibliothèques == 
<tabs> 
  * [[#tab-nau7802duino_1|Arduino UNO]]
  * [[#tab-nau7802pico_1|Rpi Pico (µPython)]]

<pane id="tab-nau7802duino_1">
  * //A partir du gestionnaire de bibliothèques de l'**IDE Arduino**, installer ://
{{ :materiels:capteurs:force:libsparkfunnau7802.png?nolink |}}
</pane>
<pane id="tab-nau7802pico_1">
<html><span style="color:red">A venir</span></html>
</pane>
</tabs>

\\

{{ :materiels:capteurs:environnement:code.png?nolink|}}
== 3.3.3 Exemples de code == 
<tabs>
  * [[#tab-nau7802duino_2|Arduino UNO]]
  * [[#tab-nau7802pico_2|Rpi Pico (µPython)]]

<pane id="tab-nau7802duino_2">
  * //**Ressources**//
    * <html><a href="https://learn.sparkfun.com/tutorials/qwiic-scale-hookup-guide" target="_blank"><b>Guide d'utilisation</b></a></html> Sparkfun. {{ :materiels:capteurs:intensite:doc.gif?nolink|}}
    * //**Fiche guide**// pour l'étude d'une chaîne d'information comprenant un module **NAU7802** <html><a href="https://webge.fr/doc/projets/tsin/0_Fiches guide TSIN/TSIN_FGA_CZL635_20_ET_NAU7802.zip">[Télécharger]</a></html>

  * //**Connexion**// à une <html><a href="https://wiki.seeedstudio.com/Base_Shield_V2/" target="_blank">Base Shield V2</a></html> montée sur une Arduino Uno \\ <html><span style="color:red">A venir</span></html> 

{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
  * //**Exemple** de l'IDE Arduino pour tester le capteur// \\ Dans l'IDE Arduino, sélectionner : Fichier → Exemples SparkFun Qwiic Scale NAU7802 Arduino Library -> **Example1_BasicReadings**
</pane>
<pane id="tab-nau7802pico_2">
<html><span style="color:red">A venir</span></html>
</pane>
</tabs>