Mesure et journalisation précises de thermocouple pour laboratoires et expériences scientifiques

Introduction

Une surveillance de température précise est essentielle pour tout laboratoire – qu'il s'agisse d'un atelier domestique, d'une classe de sciences scolaires, ou d'une installation de recherche. Les capteurs thermocouples sont la norme pour mesurer de larges plages de température, mais les interfacer avec des ordinateurs monocarte peu coûteux peut être un défi. Ce guide montre comment connecter un amplificateur thermocouple ADS1118 haute résolution à un Raspberry Pi, permettant une journalisation de température précise, rapide et fiable à une fraction du coût des systèmes commerciaux.

Vue d'ensemble de la conception

De nombreux amateurs se tournent par défaut vers le MAX31855, mais l'ADS1118 de Texas Instruments offre une résolution 16 bits, deux entrées analogiques, et une compensation de jonction froide intégrée. Une carte de développement ADS1118 toute faite – incluant un afficheur LCD et un connecteur thermocouple – est disponible pour moins de 20 $ et peut être montée directement sur un Raspberry Pi via SPI. Si vous préférez une construction personnalisée, une petite carte adaptateur ou PCB perforé peut être fabriquée en utilisant des connecteurs SIL 10 voies standard ; les fichiers de layout de carte sont fournis dans l'archive du projet.

Configuration matérielle

1. Connectez la carte ADS1118 à l'en-tête 40 broches du Pi :

• VCC (ADS1118) → 3,3 V (Broche 1)
• GND → GND (Broche 9)
• CLK → SPI SCLK (Broche 23)
• ADS_CS → SPI CE1 (Broche 26)
• LCD_CS → SPI CE0 (Broche 24)
• LCD_RS → GPIO 17 (Broche 11)
• SIMO → MOSI (Broche 19)
• SOMI → MISO (Broche 21)

2. Activez les interfaces SPI, I²C et SSH du Pi via raspi-config ou Raspberry Pi Imager.

3. Optionnellement, fixez la carte avec une époxy légère comme Araldite, en laissant assez d'espace pour un futur soudage si nécessaire.

Vue d'ensemble logicielle

Le firmware est divisé en trois fichiers principaux : therm.c (pilote principal), lcd.c (gestion LCD), et main.c (logique applicative). Le pilote utilise la bibliothèque ADS1118 de TI, adaptée pour l'implémentation SPI du Pi. La compensation de jonction froide est gérée automatiquement par la lecture du capteur de température interne ; la valeur ADC brute est ensuite convertie en degrés Celsius en utilisant les tables de correspondance thermocouple fournies par le fabricant.

Compilation et exécution

mkdir -p ~/development/therm
cd ~/development/therm
cp ~/Downloads/therm.zip .
unzip therm.zip
gcc -o therm therm.c -lrt
sudo ./therm

Exécutez le programme avec sudo ou en root. L'application échantillonne le capteur interne une fois par seconde et le thermocouple dix fois en succession rapide, moyenne les relevés, et sort une mesure à résolution 0,1 °C. L'LCD affiche la température courante sur la ligne du bas et un libellé d'expérience défini par l'utilisateur sur la ligne du haut.

Interface web

Le projet inclut aussi un serveur HTTP léger qui sert des données de température en temps réel et permet la surveillance à distance via n'importe quel navigateur web. Visitez https://adresse-pi:8000 pour voir les relevés en direct, les journaux historiques, et les options de configuration.

Bonnes pratiques et dépannage

• Utilisez un régulateur 3,3 V dédié si vous anticipez un fort tirage de courant pour garder le capteur isolé du rail d'alimentation bruité du Pi.
• Gardez les fils du thermocouple courts et blindés ; les longs parcours introduisent du bruit et du lag thermique.
• Vérifiez que l'horloge SPI du Pi est réglée à 1 MHz ou moins pour une performance optimale de l'ADS1118.
• Lors de l'assemblage sur plaque d'essai, placez l'ADS1118 et l'adaptateur Pi côte à côte plutôt qu'empilés pour réduire le crosstalk thermique.

Conclusion

Ce système fournit une journalisation de température haute précision, faible coût, adaptée aux laboratoires éducatifs, projets amateurs, et expériences de recherche. Son design modulaire, code open-source, et matériel simple en font un point de départ idéal pour quiconque cherche à intégrer des mesures précises de thermocouple dans une plateforme Raspberry Pi.