Construction d'un enregistreur de données multicanal avec Raspberry Pi – Partie 1 : Exigences et architecture

Pour la construction complète, voir Partie 2 (matériel) et Partie 3 (logiciel). Dans cet article, nous décrivons les concepts de base derrière un enregistreur de données multicanal qui enregistre tension, courant et température à des intervalles configurables.

L'objectif est de démontrer qu'un Raspberry Pi peut passer de jouet éducatif à un instrument robuste, prêt pour le terrain, capable de gérer des tâches de mesure professionnelles. Selon Wikipédia, un enregistreur de données est « un dispositif électronique qui enregistre des données au fil du temps, ou en relation avec la localisation, soit avec un instrument ou capteur intégré, soit via des instruments et capteurs externes. »

Exigences du système

En tant qu'ingénieur terrain ou de service, vous aurez besoin d'un dispositif offrant les capacités suivantes :

• Huit entrées de température couvrant 0–260 °C (32–500 °F)
• Huit entrées polyvalentes pouvant mesurer soit la tension (30 mV – 30 V, précision ±2 mV) soit le courant (10 mA – 500 A)
• Intervalle d'échantillonnage configurable de 1 s à 60 s
• Stockage de configuration persistant au redémarrage
• Récupération intuitive des données et représentation graphique

Fonctionnalités souhaitées :

• Alimenté par batterie, léger et portable
• Opérationnel en environnements terrain et laboratoire
• Pas de dépendance à un ordinateur de bureau ou portable externe pour l'acquisition de données

Ces spécifications permettent une large gamme d'applications — du réglage de circuits de véhicules électriques et surveillance d'incubateurs à l'évaluation de batteries solaires et conditions de serre.

Architecture et aperçu du design

La plateforme centrale est un Raspberry Pi exécutant Raspbian Linux. Nous l'augmenterons avec une carte porteuse personnalisée qui héberge un ADC, connecteurs shunt, capteurs de température, un stabilisateur d'alimentation et un notificateur de panne de courant pour supporter le fonctionnement sur batterie.

La connectivité est basée sur le Wi-Fi. Une clé USB Wi-Fi sera configurée en mode AP (hôte), faisant apparaître l'enregistreur comme un point d'accès réseau sur n'importe quel téléphone ou tablette. En laboratoire, un câble Ethernet peut transformer le Pi en routeur ou extensible Wi-Fi gratuit.

L'architecture logicielle s'articule autour d'une interface utilisateur web. Les utilisateurs peuvent configurer les intervalles de journalisation, sélectionner les canaux et définir des conditions de déclenchement via un navigateur. Les données en temps réel apparaissent sous forme de graphiques dynamiques, tandis que les jeux de données complets peuvent être exportés en CSV pour analyse externe (ex: Excel).

Composants clés incluent :

• ADC interfacé via GPIO pour lectures haute précision
• Service d'arrière-plan qui interroge l'ADC aux intervalles définis par l'utilisateur, stocke les données brutes et gère la persistance de configuration
• API RESTful exposant les points de terminaison de configuration et de données pour l'UI web
• Deux écrans UI principaux : Configuration (définir paramètres) et Statut (voir données, graphiques, options d'export)

Pour des insights plus profonds, référez-vous à la Partie 1 de la série « Enregistreur de données professionnel multicanal sur Raspberry Pi ».