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La carte 4 alimentations traction de présérie est arrivée

Jean-Luc — 2014-03-01T20:28:27Z

La carte 4 alimentations traction de présérie est revenue de chez Eurocircuits. Cette nouvelle carte corrige plusieurs problèmes qui seront présentés dans la série d'articles en préparation. C'est aussi un re-dessin complet avec une implantation différente des composants afin d'obtenir une surface plus réduite [1], une plus grande régularité d'implantation pour faciliter son montage [2] ainsi qu'un montage des micro-contrôleurs en bord de carte pour faciliter leur extraction.

Une fois montée, cette carte sera intégrée au réseau de Philippe, qui est le plus avancé de nos trois réseaux, afin de la valider. L'étape suivante sera la fabrication en série de la carte définitive.

[1] Quand on fait fabriquer, on paye à la surface. il est donc important de faire compact !

[2] Il nous a fallu 2 hommes/jour pour monter la carte prototype.

Une carte Arduino pour le pilotage du pont tournant

Jean-Luc — 2014-01-18T11:26:20Z

Comme le prototypage pour le pilotage du pont tournant a été fait avec un Arduino, j'ai décidé de faire 2 cartes de pilotage. Une première intégrant un Arduino Nano [1] et une DRV8824 et une seconde intégrant un PIC 18F26K80 et la même DRV8824. La première carte servira de carte de développement des algorithmes et de matériel pédagogique pour les Arduino. Elle sera commandée via des poussoirs. Quand elle me sera devenue inutile, il est possible que je la vende. La seconde sera intégrée sur mon réseau, permettant ainsi de piloter le pont via le bus CAN des accessoires.

La carte est tirée et il me reste à percer les trous pour placer et souder les composants. J'ai eu un petit soucis de gravure, j'utilise deux transparents superposés qui malheureusement se sont mal superposés sur cette insolation [2], mais j'ai pu récupérer les pistes collées avec un couteau de modéliste. Ce n'est pas très joli mais l'isolation électrique est bonne.

Un article de description de cette carte suivra, bien entendu.

[1] L'Arduino Uno est trop grand pour se loger sous un pont tournant en N à côté du moteur pas-à-pas. L'Arduino Nano choisi est fabriqué par Funduino, (voir le produit sur dx.com). La version officielle de Gravitech est hors de prix.

[2] Il est préférable d'utiliser des transparents polyester qui ne se déforment pas à la chaleur de l'imprimante laser

Le capteur EE-SY193 d'OMRON

Jean-Luc — 2014-01-11T17:45:43Z

J'ai reçu 16 capteurs EE-SY193 la semaine dernière et, bien entendu, la première chose que j'ai faite ce week-end est d'en monter un sur une breakout board de ma fabrication pour examiner son fonctionnement. Le composant est petit mais pas au point de poser des problèmes de soudage.

Ce capteur et 6 de ses semblables doivent trouver sa place sur la carte de commande du pont tournant. Il permettra de lire une roue codeuse absolue afin de connaître la position absolue du pont comme expliqué dans Détection du zéro du pont tournant.

Le montage est classique pour ce type de composant. La LED IR est alimentée via une résistance de 180Ω afin de limiter le courant à 20mA. Le collecteur du photo-transistor IR est tiré à 5V via une résistance de 3,3kΩ et son émetteur est à la masse.

Avec ces valeurs résistances, une surface noire disposée à 1mm de distance du capteur engendre une tension de 4,5V au point de mesure et une surface blanche une tension de 0,5V.

Test des LED RGB WS2812B

Jean-Luc — 2013-12-09T20:53:06Z

J'ai reçu 10 exemplaires de ces LED la semaine dernière. J'avais préparé un circuit imprimé pour faire des essais. Le circuit représente une aiguille sur le TCO et les LED sont implantées à raison de 4 pour 3cm en X (soit un pas de 7,5mm) et 4 pour 2cm en Y (soit un pas de 5mm). De cette manière les LED tombent sur les intersections du cadre tactile.

J'ai tiré le circuit imprimé hier et soudé les LED.

Cet élément va venir prendre place dans le prototype de TCO que je suis en train de construire.

Je viens de tester avec la bibliothèque NeoPixel d'Adafruit et ça crache très fort. Un petit film pour se rendre compte :

Le programme de test d'Adafruit est assez démonstratif avec un bel effet sapin de Noël. Je ferai quelque chose de plus sobre bien entendu.

Début d'application avec le TPIC6B595

Jean-Luc — 2013-10-30T18:52:00Z

Après la rédaction de l'article « L'architecture électronique du cadre tactile », j'ai rapidement mis les composants sur la breadboard et programmé la gestion des LED IR. Pour les besoins de l'expérimentation, j'ai remplacé les LED IR par des LED classiques.

La place disponible sur la breadboard ne permet pas de mettre plus de 3 registres à décalage TPIC6B595 et 24 LED mais 3 TPIC en série suffisent pour vérifier que le montage fonctionne. Le logiciel lui est écrit pour 32 LED, ce qui explique la pause qu'il y a entre deux balayages.

Le logiciel a fonctionné presque du premier coup. J'avais été un peu vite sur l'état de /G [1] et par conséquent les sorties étaient déconnectées la plupart du temps.

Voici donc une vidéo qui montre le décalage ralenti 256 fois dans la première partie et 10 fois dans la seconde. Vous n'aurez pas droit au fonctionnement en vitesse normale car avec un balayage toutes les 19,2ms la persistance rétinienne fait que les LED sont allumées en permanence et par conséquent, il n'y a rien à voir.

[1] C'était bien la peine de passer du temps à décortiquer le fonctionnement pour ensuite mal lire ce que l'on a soi même écrit !

Platine d'adaptation HE10 vers RJ45

Jean-Luc — 2013-10-21T11:50:00Z

Dans les plans initiaux, le bus CAN traction ainsi que les autres signaux qui interconnectent le contrôleur central aux cartes 4 alimentations est porté par une nappe de 14 conducteurs au pas de 1,27mm. Cette nappe comporte donc 3 paires de conducteurs pour véhiculer en différentiel :

le bus CAN traction
le signal de synchronisation des PWM
le signal de synchronisation de la mesure de vitesse

Les 8 autres conducteurs sont alloués à l'alimentation des transceivers CAN, qui sont découplés de l'alimentation du reste de la carte, à raison de 5 conducteurs pour la masse et 3 conducteurs pour le +9V. La nappe est sertie dans un connecteur femelle HE10 qui vient s'enficher dans le connecteur mâle de la carte.

Au cours des essais de mise au point des alimentations traction et une fois éliminés et corrigés tous les problèmes logiciels et matériels, il restait des soucis d'erreurs sur le bus CAN. Quelques investigation côté logiciel ont montré que le problème ne venait pas forcement de là et les soupçons se sont portés sur la nappe. Quelques remplacements par une autres nappe, inversion de sens, tortillage plus tard, la coupable était trouvée. Elle avait pourtant été réalisée avec soin mais la fiabilité n'est pas suffisante.

Nous avons donc décidé de remplacer la connectique HE10 avec nappe de 14 conducteurs par du RJ45 et du câble ethernet classique 8 conducteurs. Ces câbles sont largement disponibles, à un coût négligeable, sont câblés en paires torsadées et offrent une bande passante bien supérieure à nos besoins. Seuls 6 conducteurs sont employés pour les signaux. L'alimentation est maintenant délivrée séparément.

Recto de la platine pour la carte prototype 4 alimentations

Verso de la platine

La première carte 6 servos est montée

Jean-Luc — 2013-09-21T21:53:05Z

J'ai terminé ce soir le montage de la première carte 6 servos. Il y a eu quelques anicroches.

Tout d'abord une erreur de brochage des transistors de puissance BD680 m'a forcé à inverser 2 des broches en les tordant en hélice. Pour je ne sais quelle raison, j'avais ajouté à la bibliothèque de composants un boîtier TO-126 dont les broches 2 et 3 étaient inversées. Ça se fait assez facilement mais c'est un peu rageant de tomber sur ce genre d'erreur alors que j'avais vérifié cette carte des dizaines de fois avant de l'envoyer à la fabrication.

Ensuite quelques sueurs froides avec le générateur d'horloge qui passe tout juste à cause des régulateurs de tension. Le boîtier du générateur est atypique. Bien qu'ayant un format 8 broches, il est un peu plus long qu'un boîtier 8 broches et je n'en avais pas tenu compte lors du dessin. Enfin, ça passe et c'est le principal.

Enfin j'ai dû remplacer le connecteur d'alimentation. À l'origine j'avais prévu un bornier à vis mais ceux que j'avais en stock ne correspondaient pas à l'empreinte de composant utilisée. Je me suis rabattu sur une prise mâle à 90°. C'est aussi bien voire mieux que le choix initial.

Lors du montage, j'ai testé au fur et à mesure les alimentations et les commandes des transistors de puissance. Il me reste à tester la carte au niveau du logiciel. J'ai déjà repéré un bug : la séquence d'allumage bloque au premier servo en erreur. Il faudra aussi que je rajoute les allumages de LED selon le traffic CAN et l'activité de la carte.

Une fois cette première carte opérationnelle, je passerai au montage de cette quincaillerie sous la gare. Gare qu'il va falloir que je présente dans un prochain billet.

Les circuits imprimés de la carte 6 servos sont arrivés

Jean-Luc — 2013-08-29T05:59:32Z

J'ai reçu hier les circuits imprimés de la carte 6 servos. Comme il s'agit de CI double face que j'utilise en de nombreux exemplaires, j'ai préféré la faire fabriquer. En effet, si graver en double face n'est pas si difficile, il est en revanche quasiment impossible d'atteindre la même qualité et la même finesse. De plus, en gravant soi-même, il est impossible d'avoir des contacts traversant. Il est donc nécessaire de souder les composants de chaque côté de la carte, ce qui augmente le travail d'une part mais qui peut se révéler impossible comme par exemple dans le cas des supports de circuits intégrés, d'autre part. La CI a été fabriqué à 16 exemplaires.

7 exemplaires du circuit imprimé de la carte 6 servos

La fabrication a donc été assurée par Eurocircuits, spécialisé dans les petites séries et le prototypage. La société assure également la production pour Elektor. Elle est basée en Belgique et possède deux unités de production en Hongrie et en Allemagne. Il faut compter une semaine de fabrication et 24h de transport.

Il n'y a plus qu'à passer au montage du premier exemplaire, ce que je ferai dès que j'aurai reçu les composants qui me manquent.

Moteur pas-à-pas et pont tournant

Jean-Luc — 2013-08-05T06:56:24Z

J'ai commencé à bricoler avec un moteur pas-à-pas prêté par Philippe [1]. Je ne vais pas entrer dans les détails de fonctionnement de ce type de moteur, d'autres le font bien mieux que je ne le ferais.

Les moteurs pas-à-pas sont typiquement employés pour des applications qui nécessitent un positionnement précis et pour lesquelles on préfère réaliser une commande en boucle ouverte [2] généralement pour des raison économiques. Par exemple, le positionnement d'un chariot d'imprimante entre dans cette catégorie.

Classiquement, la commande d'un moteur pas-à-pas se fait par pas entier ou par demi-pas. Dans mon cas, je ne veux pas mettre de réduction pour garder un système mécaniquement simple et bon marché. Dans ces conditions une rotation par pas entiers ou par demi-pas est inappropriée car la giration du pont tournant ressemblerait à celle de l'aiguille des secondes sur une horloge comme présenté dans la vidéo ci dessous.

Pour obtenir un mouvement doux, il faut faire ce que l'on appelle du microstepping. Au lieu de commander le passage d'un pas au suivant en « tout ou rien », on va progressivement baisser la courant sur la bobine du pas que l'on quitte pendant qu'on l'augmente progressivement celui de la bobine du pas que l'on gagne. La loi qui gouverne l'évolution du courant sur la bobine est un sinus.

En pratique, on applique sur les bobines une PWM dont le rapport cyclique évolue en sinus et « ça devrait marcher ».

Comme on le voit, ça marche presque. Il y a une petite pause à chaque pas. À suivre donc ...

[1] Un de mes deux complices, Philippe est le roi de la récupération !

[2] C'est à dire une commande qui est appliquée sans mesurer la réaction du système. En l'occurrence, la position n'est pas mesurée.

Le logiciel de la carte 6 servos est terminé (ou presque)

Jean-Luc — 2013-08-01T07:20:23Z

Les dernières fonctionalités ont été implémentées et testées. Il ne reste plus que les clignotements de LED et la gestion du jumper dont je ne sais pas vraiment quoi faire, réinitialisation des paramètres ? mode maintenance où tous les servos sont centrés ?

Une étape importante était la vérification du bon fonctionnement avec les 6 servos branchés. Les commandes des servos sont multiplexées dans le temps. Le logiciel passe d'un servo à l'autre toutes les 3,33 ms. De cette manière, entre deux commandes d'un même servo, 3,33 x 6 = 20 ms se sont écoulés, ce qui correspond à la période de la PWM d'un servo. Bien que le logiciel ait été conçu dès le départ pour gérer les 6 servos, le développement n'a été effectué qu'avec un seul. Les 5 autres étaient gérés mais cette gestion n'avait pas été testée. C'est désormais chose faite.

Mouvements simultanés avec 5 servos

Une seconde étape importante était la détection des pannes. Le logiciel confronte la consigne du servo avec l'état des fins de course et détermine d'éventuelles pannes matériel venant soit du servo, soit des fins de course. Par effet de bord, il détecte aussi des erreurs logicielles de commande du servo. je reviendrai en détails sur ce point.

Enfin, avec 6 servos fonctionnant simultanément, la consommation peut être importante. La carte au repos consomme environ 80 mA. Lorsque 6 servos fonctionnent simultanément, la consommation monte à presque 500 mA. Cela laissait craindre des problèmes de consommation globale si 11 cartes fonctionnent en même temps. Le logiciel a donc été amélioré pour limiter le nombre de servos en mouvement simultanément.

Limitation du nombre de servos en mouvement