Comparaison LM35/DHT11 pour la température
La même grandeur physique peut évidemment être mesurée avec différents capteurs, chacun ayant ses caractéristiques propres. En effet, on a déjà pu voir que pour obtenir la température ambiante, on peut notamment utiliser le LM35 ou le DHT11. Dans cette section, on va mener quelques recherches et expériences pour identifier si on a vraiment besoin du LM35 dans le cadre de notre système, ou non.
Caractéristiques des capteurs
La première chose qu'il faut faire consiste à comparer les caractéristiques des différents capteurs à l'aide de leur datasheet. La figure 12 présente le résultat de cette comparaison. Les capteurs comparés n'ont pas forcément de valeurs pour les mêmes caractéristiques, notamment à cause du fait que leur type de sortie est différent.
| Caractéristique | LM35 | DHT11 |
|---|---|---|
| Grandeur physique mesurée | Température en °C | Température en °C |
| Type de sortie | Analogique | Numérique |
| Plage de mesures | -55 °C ... 150 °C | 0 °C ... 50 °C |
| Étendue de mesure | 205 °C | 50 °C |
| Sensibilité | 10 mV/°C | — |
| Résolution | — | 1 °C |
| Précision | ±0,5 °C | ±2 °C |
La première différence concerne la plage de mesures, le DHT11 ayant une plage beaucoup moins large que celle du LM35, et donc une étendue plus petite. Le DHT11 n'est pas capable de mesurer des températures négatives et ne sait pas monter au-delà de 50 °C.
La deuxième différence est le plus petit changement de température que le capteur est capable de détecter. Comme on l'a vu à la section 2.2.1, en utilisant une pin analogique pour lire la sortie du capteur et en travaillant avec une tension de 5 V, le LM35 va pouvoir détecter tout changement de 4,9 mV, c'est-à-dire de 0,49 °C, étant donné sa sensibilité de 10 mV/°C. Le DHT11, quant à lui, ne peut détecter qu'une variation de 1 °C minimum, étant donné sa résolution.
Enfin, la dernière différence entre les deux capteurs est leur précision, nettement moins bonne pour le DHT11 qui en affiche une de ±2 °C, contre une précision de ±0,5 °C pour le LM35, garantie lorsqu'il est utilisé à 25 °C, selon sa datasheet.
Pour résumer, mesurer la température avec le DHT11 produira un résultat moins précis et avec une moins grande granularité qu'avec le LM35, les valeurs mesurables étant également plus limitées.
Tension d'alimentation
Un autre élément à comparer est la plage de tensions d'alimentation acceptée par les différents capteurs. Cette information est importante lorsque l'on conçoit un système, car si les plages de tensions des capteurs utilisés au sein du même système sont différentes, il faudra prévoir plusieurs sources d'alimentation, rendant le système plus complexe.
Dans notre cas, le LM35 nécessite une tension d'alimentation comprise entre 4 V et 20 V et le DHT11 une tension comprise entre 3,3 V et 5 V. Les deux intervalles ont comme intersection la plage de tensions d'alimentation du DHT11 et ils sont donc partiellement compatibles.
Consommation électrique
Le LM35 et le DHT11 sont tous les deux des capteurs passifs qui nécessitent un apport d'énergie externe pour fonctionner. Comparer la consommation électrique des deux capteurs est donc intéressant, pour connaitre celui qui consommera le moins. Le LM35 ne tire que 60 µA de sa source en permanence, car il mesure la température de manière continue. Le DHT11, quant à lui, consomme entre 40 µA et 50 µA lorsqu'il ne prend pas de mesure, mais entre 1 mA et 1,5 mA lorsqu'il prend une mesure. Cette consommation plus élevée s'explique par le fait que le capteur est plus complexe, devant notamment gérer le protocole de communication sur le bus 1-Wire, convertir la mesure prise en une donnée numérique et transférer cette dernière.
Prix
Enfin, un dernier élément qui peut être pris en compte est simplement le prix du capteur. Pour avoir une comparaison la plus précise possible, il faut regarder les prix proposés par un même vendeur, et avec les mêmes conditions de vente, car il y a souvent des réductions lorsque la quantité achetée est plus grande. On peut, par exemple, regarder sur le site de vente AliExpress où l'on trouve que cela revient à environ 1,39€ pour un lot de $5$ LM35 DZ et à environ 4,2€ pour un lot de $5$ DHT11 de la société Aosong, frais d'envoi compris. Le LM35 est donc largement moins cher, ce qui s'explique notamment par sa grande simplicité.
Comparaison des valeurs mesurées
Une fois l'analyse théorique des capteurs faite, on doit faire une comparaison pratique de ces derniers, pour voir s'ils s'accordent sur la température mesurée. On va donc relier les deux capteurs à l'Arduino, comme montré sur la figure 13, et écrire un sketch pour comparer les résultats qu'ils produisent, en conditions réelles.
Pour ne pas avoir un sketch trop gros, on va utiliser la librairie d'Adafruit pour communiquer avec le DHT11. La figure 14 montre le sketch que l'on va utiliser. Il s'agit évidemment d'une combinaison des codes précédemment présentés pour interroger le LM35 et le DHT11. La variable t1 contient la température lue depuis le LM35 et la t2 celle obtenue à partir du DHT11.
La figure 15 montre les mesures réalisées par les capteurs, lorsqu'ils ne sont pas perturbés. On peut observer qu'ils produisent un résultat assez stable, mais que le DHT11 renvoie toujours une valeur supérieure au LM35. La granularité des deux capteurs est également différente, la résolution du DHT11 n'étant que de 1 °C. Enfin, on observe aussi qu'il n'y a pas de correspondance systématique entre les deux capteurs. En effet, lorsque le LM35 mesure 23,44 °C, le DHT11 mesure tantôt 25 °C, tantôt 24 °C, par exemple.
La figure 16 montre ce qui se passe lorsque l'on exhale de l'air chaud sur les capteurs, à deux reprises. Globalement, on voit que le LM35 réagit plus vite aux changements de température, et de manière beaucoup plus précise que le DHT11. Enfin, même si les valeurs mesurées par les deux capteurs ne sont pas les mêmes, les tendances observées (augmentation et diminution de la température) sont cohérentes.
Choix d'un capteur
Maintenant que l'on a pu analyser et tester les deux capteurs, il faut prendre une décision pour la mesure de température ambiante. Soit on garde le LM35, soit on s'en passe et on utilise la mesure réalisée par le DHT11, que l'on doit de toute façon garder pour l'humidité relative. Si on a besoin d'une mesure précise, proche de la température réelle et avec une grande granularité, il faut choisir le LM35. Sinon, le DHT11 est tout à fait suffisant, car il produit une mesure cohérente, même si elle est moins précise. La consommation électrique supplémentaire due au LM35 n'est pas énorme, et ne justifie pas sa suppression dans le cadre de notre système. On peut suivre le même raisonnement pour son prix, peu élevé. Pour notre application de détection des niveaux sonores aux alentours d'un aéroport, on va donc garder le LM35, car il a plus d'avantages que d'inconvénients.