Intégration d'un capteur thermocouple avec l'Arduino Portenta H7 via le MAX6675

Composants et fournitures

Composant	Quantité
Arduino Portenta H7	1
Accessoire de test, thermocouple et adaptateur	1
Carte de dérivation thermocouple SparkFun – MAX31855K	1

Applications et services en ligne

• CircuitMaker by Altium

À propos de ce projet

Dans ce tutoriel, je vous guide pour connecter un thermocouple haute température à l'Arduino Portenta H7, en exploitant le convertisseur thermocouple-numérique MAX6675. Les deux ports SPI de la Portenta offrent une interface robuste, et le MAX6675 fournit une résolution 12 bits jusqu'à 1024 °C – idéal pour la surveillance de qualité industrielle.

Ce que vous allez apprendre

• Comment un thermocouple génère une tension et comment cette tension varie avec la température.
• Sélectionner et câbler un circuit intégré MAX6675 sur le bus SPI de la Portenta H7.
• Interpréter les données du capteur dans l'Arduino IDE et les visualiser sur le Moniteur Série.

Fournitures

• Arduino Portenta H7
• Thermocouple type K (via carte de dérivation SparkFun MAX31855K)
• Carte Portenta Throne (PCB personnalisé avec doubles en-têtes SPI)
• Condensateurs de découplage 0,1 µF standards
• Bloc à vis 4 broches pour l'insertion du capteur

Fonctionnement des capteurs thermocouple

Un thermocouple consiste en deux métaux dissemblables soudés à une extrémité. Lorsque cette jonction est chauffée, une tension thermoélectrique est générée, proportionnelle à la différence de température entre la jonction et l'extrémité de référence. Comme cette tension est infime – généralement quelques millivolts – elle doit être amplifiée et numérisée avant qu'un microcontrôleur ne puisse la lire.

Les thermocouples type K, en chromel et alumel, sont le choix le plus courant pour la détection de température industrielle. Ils couvrent de –200 °C à 1260 °C avec une précision typique de ±1 °C lorsqu'ils sont associés à un convertisseur approprié comme le MAX6675.

Exigences matérielles du capteur

Pour un fonctionnement fiable, le MAX6675 doit être alimenté par le même rail 3,3 V que la Portenta H7, et un condensateur de découplage 0,1 µF doit être placé au plus près de la broche VCC du circuit intégré. Les fils du thermocouple doivent être insérés dans les bornes à vis dédiées sur la carte de dérivation, en respectant la polarité (rouge = positif).

Retour au schéma de notre carte Throne

En utilisant Altium Designer, j'ai routé les deux bus SPI disponibles de la Portenta vers les circuits intégrés MAX6675 sur la carte Throne personnalisée. La première interface SPI (broches 38, 40, 42 sur connecteur HD 2) dessert le premier MAX6675, tandis que la seconde (broches 33, 59, 61 sur connecteur HD 1) alimente le second CI. Le design suit les recommandations de la fiche technique du MAX6675 pour la largeur de piste et le placement du découplage.

L'assemblage est simple – soudez les MAX6675 et les condensateurs de découplage avec un fer de précision, puis fixez le thermocouple à la carte de dérivation à l'aide des bornes à vis.

Broches de connexion du capteur

Lors du câblage du thermocouple, observez les marques de polarité du fabricant : le fil rouge est +, le fil noir est –. Connectez le capteur aux bornes à vis de la carte de dérivation, puis reliez les broches VCC, GND, DO, CS et SCK de la carte de dérivation aux en-têtes correspondants de la Portenta comme indiqué dans le schéma.

Logiciel et test

Le sketch Arduino utilise la bibliothèque Adafruit MAX6675 pour communiquer via SPI. Après l'initialisation de la LED embarquée (PC_7) pour un retour visuel, le programme affiche les relevés en Celsius et Fahrenheit chaque seconde.

Une fois le sketch téléversé, le Moniteur Série affiche une augmentation constante de la température alors que la plaque chauffante chauffe le thermocouple – confirmant une communication SPI réussie et une conversion précise.

Ceci conclut ce projet. L'expérimentation continue avec les capteurs et les E/S polyvalentes de la Portenta approfondira vos compétences en embarqué. Bon hacking !

Code

• Fichier sans titre

Fichier sans titre (Arduino)

// Exemple domaine public – démo rapide MAX6675
// Source: www.ladyada.net/learn/sensors/thermocouple
#include "max6675.h"
// Broches SPI sur Portenta H7 (ajuster si nécessaire)
const uint8_t thermoCLK = 9;
const uint8_t thermoCS = 8;
const uint8_t thermoDO = 10;
MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO);

void setup() {
  pinMode(PC_7, OUTPUT); // LED embarquée
  digitalWrite(PC_7, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(PC_7, LOW);
  delay(500);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Test MAX6675");
  delay(500); // laisser le temps à la puce de se stabiliser
}

void loop() {
  float tempC = thermocouple.readCelsius();
  float tempF = thermocouple.readFahrenheit();
  Serial.print("C = ");
  Serial.println(tempC);
  Serial.print("F = ");
  Serial.println(tempF);
  // Clignoter la LED si température > 30 °C
  digitalWrite(PC_7, tempC > 30 ? HIGH : LOW);
  delay(1000);
}

Schémas

Voir le schéma complet et le layout PCB dans les fichiers PDF joints.