Fabrication du hardware

Pour piloter le port HUB75 des dalles LED nous allons devoir créer un PCB ( une carte électronique ) permettant l’assemblage des composants. La encore il s’agit d’un prototype , il faut essayer de prévoir un maximum de choses que nous retirerons peut-être par la suite si un produit en découle. Il faut également prendre en compte qu’un prototype n’est jamais parfait , il y aura probablement des erreurs a corriger par la suite.

J’aurai pu me contenter d’une carte prototype type “Arduino” , mais je préfère une carte réellement adaptée a mon besoin d’autant que je vais en profiter pour vous montrer les étapes qui vont nous amener vers un produit fini.

Voici le schéma que j’ai dessiné:

J’ai choisi d’utiliser un SAMD21J18 comme microcontrôleur. Ce circuit fonctionne en 3V3, il est assez rapide pour piloter de façon convenable une dalle LED P4 de 64x32x3. Puisqu’il fonctionne en 3V3 il va nous faloir un régulateur 3v3 pour l’alimenter. Un régulateur de tension linéaire NCP1117 3v3 suffira sans problème c’est U2 sur notre schéma. Ces entrées sorties seront également en 3v3 ( puisque c’est sa tension d’alimentation ) et ça nous pose un autre problème. Le port HUB75 est lui un port 5V , nous allons donc devoir convertir les données 3v3 en données 5V. Pour faire cette opération nous allons mettre en place un Buffer 74ABT16244 (IC1). Ce composant accepte les entrées basse tension et les convertira en sortie en 0 – 5 v pour notre HUB75.

Je prévois également plusieurs port HUB75 au cas ou je voudrais faire des essais avec plusieurs dalles LED ( J13,J14,J15,J16). J’installe aussi un port d’adressage ( J11 ) sur 20 bit ce qui nous permettra d’identifier les contrôleurs de dalles si nous décidons par la suite faire passer les données sur un seul bus serie via un ordinateur par exemple.

En parlant de port série j’en sors 6 ( J2, J3, J4, J5, J6, J7) je prévois également un régulateur 5v si la car avait besoin d’alimenter la carte en une tension supérieur a 5V le buffer (>IC1) ne le supporterait pas. Je prévois de pouvoir le court-circuiter si il n’était pas monté par la suite et la carte alimenté en 5 v. J’insère également un port USB et quelques LED pour la présence de tension .

Il ne faut pas oublier le Port de programmation pour le SAMD21J18 (j12), pour info in est documenté dans la documentation du SAM.

Le schéma a été réalisé sous Kicad je vais maintenant la router .

Le PCB

J’ai utilisé 4 couches afin de limiter la taille de cette carte Electronique elle aura en interne un plan de masse et un plan de + ce qui va l’aider a s’immuniser contre les parasites exterieurs. Pour finir elle ne fera que 73 mm par 60 mm , c’est assez réduit pour un prototype.

Voici une vue 3D :

Il manque quelques connecteurs car Kicad n’a pas toujours les vue 3D de tous les éléments mais bon , on ne va pas se plaindre il est totalement gratuit.

Je vous retrouve pour la suite , l’assemblage et la mise en route de notre carte.

Sylvain Altmayer

Vous n’avez pas pu passer a coté de ces affichages géants fait a partir de dalles LED , si vous vous demandez de quoi il s’agit vous êtes au bon endroit.

Présentation

Voici une dalle LED P4 indoor RVB, le “P4” signifie 4 mm d’espacement entre les LED , si vous aviez une P3 il y aurait 3 mm une P6  6mm , etc … Elle est noté “indoor” parce qu’elle est conçu pour fonctionner en intérieur. Il existe des dalles LED conçue pour rester a l’extérieur ( Outdoor) , la carte de ces dalles LED est tropicalisé (recouverte d’une résine protectrice).

Les dalles LED sont marquées “RVB” car les LED qui la compose si des LED 3 couleurs (Rouge,Vert,Bleu). Il en existe également des monochromes mais si vous voulez avoir des couleurs il vous faudra des “RVB“.

La connectique

Ces dalles LED se composent généralement de 3 connecteurs , un connecteur d’alimentation ( en Blanc ici ) et 2 connecteurs HE10 16 point .

L’alimentation est généralement en 5 volts , si vous avez besoin d’en alimenter une ,prévoyez une alimentation 5 Volts avec pas mal d’Ampères disponibles (3 -4A ) car si vous avez besoin de piloter toutes les LED pour faire du Blanc , la consommation va devenir très élevé.

Détail du connecteur HUB75

Voici le port Hub 75 , c’est le standard des dalles LED. Il y en a 2 sur chaque dalle elles sont généralement indiqué “JIN” et “JOUT“. Le pilotage se fera par le port “JIN” qui est le port d’entrée des données. Le port “JOUT” est un port d’extension qui permet d’étendre la surface d’affichage avec un simple câble reliant le “JOUT” de la dalle piloté au “JIN” d’une autre dalle.

Le fonctionnement du protocole

Les pins R1, G1 et B1 servent a piloter les LED dans la première partie de la dalle. Les pins A,B,C,D servent a adresser les lignes. Les 16 premières avec R1, G1, B1 et les 16 dernières avec R2,G2,B2. Si il y a moins de lignes vous aurez moins de combinaison a piloter tout simplement.

La patte CLK sert a écrire la valeur de la couleur. Vous activez la une couleur ou une autre puis activez la patte CLK pour passer a la LED suivante.

La patte LATCH sert a a valider le changement de ligne lorsque vous changez d’adresse ( ABCD ) pour écrire d’autres lignes.

Dans la suite nous allons concevoir une carte Electronique pour les piloter !

Qu’est ce que c’est qu’un gradateur a triac ?

Un gradateur a triac est un simplement un circuit qui est chargé de découper le signal du secteur afin d’en réduire sa puissance. Pour faire simple on va découper des morceaux de l’alimentation d’une lampe afin d’en diminuer la puissance.

Voici l’illustration :

Sous la courbe noir , vous avez le signal secteur , qui va alimenter une lampe par exemple. La courbe rouge est la partie ou l’on éteint volontairement l’alimentation et la partie en bleu le signal que nous obtenons réellement aux bornes de la lampe.

On peut voir que seule une partie du signal d’alimentation arrive réellement a notre lampe ce qui va évidement limiter la puissance qui lui parvient.

Le montage

Principe :

Le triac :

C’est le composant qui est chargé de découper la puissance arrivant sur notre lampe. Il s’agit tout simplement d’un interrupteur. Il possède 3 pattes A1 ,A2 et g la gâchette, si vous vous intéressez a ces composants voici une documentation d’un modèle très courant. L’avantage de ces composants est qu’ils permettent de piloter des courants très important et qu’ils ne coûtent presque rien! Le problème c’est qu’ils ne fonctionnent qu’en alternatif , je vais vous expliquer pourquoi.

Le triac est ouvert tant qu’il n’est pas commandé, il ne laisse donc pas passer le courant. Lorsque vous injectez un courant suffisant dans la gâchette le triac se ferme entre A1 et A2 le courant se met donc a circuler dans notre lampe. Vous ne pouvez plus couper l’alimentation! Le triac ne sait pas couper l’alimentation tout seul et vous ne pouvez pas l’y aider. La seule chose qui permet la réouverture du circuit est la mise a 0 de la tension secteur. Ça tombe bien , sur le réseau électrique 50 Hz elle passe a 0 100 fois par seconde.

Si vous utilisez un triac en continu , vous pourrez le déclencher sans problème , vous ne pourrez en revanche pas l’éteindre car la tension est continue. C’est pourquoi on ne les utilisent qu’en alternatif.

Le diac:

Le diac est un composant peu courant, en réalité on ne les trouvent qu’avec les triacs. Si vous voyez une diode un peu étrange près d’un triac , ne cherchez pas c’est un diac.

Son travail est de piloter les gâchettes des triacs, il est de toute façon conçu pour ça. Il a une tension de diac, il va brutalement se mettre en court circuit arrivé a cette tension .

Le montage :

Le courant va charger notre condensateur au travers de nos deux résistances, une fixe et l’autre variable. Le temps de charge va dépendre de la valeur de la résistance et de la position de la résistance variable. Tant que la tension du diac n’est pas atteinte au bornes du condensateur, celui – ci ne conduit pas. Lorsqu’elle est atteinte le condensateur va brutalement se décharger dans la gâchette du triac lui permettant de conduire le courant entre A1 et A2.

Etant donné que l’on peut faire varier le temps de charge du condensateur on peut  donc décaler dans le temps l’impulsion de fermeture du triac et donc limiter ou augmenter la puissance dans la lampe.

Illustration :

Ci-dessous la sinusoïde du secteur découpée par le le triac avec un temps de déclenchement “a” court .La partie en rouge est l’énergie qui fini dans la lampe.

Ci-dessous la sinusoïde du secteur découpée par le le triac avec un temps de déclenchement “a” plus long .La partie en rouge est l’énergie qui fini dans la lampe.

On comprend que la puissance qui fini dans la lampe est plus faible dans le deuxième cas .

Pour conclure :

Le gradateur à triac est un montage peu coûteux permettant avec peu de composants  de limiter une puissance alternative. Il travaille en commutation ( ouvert -fermé ) et donc dissipe assez peu de chaleur. Le défaut principale est qu’il ne fonctionne qu’en alternatif car le triac a besoin d’un passage a 0 v  pour ouvrir a nouveau. Méfiez -vous également des circuits inductifs.

Si vous avez besoin de précisions ou d’un montage pratique avec des valeurs intéressantes pour faire fonctionner ce circuit dites le moi dans les commentaires ! 🙂

Sylvain Altmayer

Le digicode CAME S0001

Contexte

Un ami vient de venir me voir avec un digicode fabriqué par la marque CAME .Il n’y a pas de référence dessus , d’après mes recherches il semble que ce soit le modèle S0001 dont on trouve la documentation ici.

Voici a quoi il ressemble :

Carte CAME S0001

On peut tout de suite remarquer que l’électronique est assez ancienne , les circuits intégrés en boitier DIL devenant assez rare sur des montages récents. D’après ce qu’il m’a dit le système a à peut près 25 ans ( il n’avait pas l’air très sur)

Le câblage est assez simple , il peut se faire en 12 V ou en 24 V continu ou alternatif . C’est intelligent de la part de CAME car ça évite les impaires de câblage par les clients . En effet en ayant une carte acceptant toute les possibilités d’alimentations on évite les inversions de polarités par exemple. On trouve également une sortie a contact sec fait par un relais ainsi qu’une entrée voie A et voie B venant du clavier du DIGICODE.

Voici maintenant le clavier :

La aussi il est assez simple , une alimentation multi-tension comme sur la carte ainsi que la voie A et la voie B , on remarque également un buzzer . Toutes les touches du clavier semblent être récupérées sur les deux fils de la voie A et B ainsi que le buzzer .

Comment ça fonctionne ?

C’est assez simple , le micro contrôleur de la carte électronique vient faire une mesure entre la voie A et B du clavier celle ci étant différente a chaque touche appuyé . Si on prends a l’Ohmemétre les valeurs de la résistance entre la voie A et B on trouve :

A vide : 12.90 k Ohm

Touche 1 :  10,54 k Ohm

Touche 2 : 9,40 k  Ohm

Touche 3 : 8,35 k Ohm

Touche 4 : 7,50 k Ohm

Touche 5 : 6,40 k Ohm

Touche 6 : 5,50 k Ohm

Touche 7 : 4,7 k Ohm

Touche 8 : 3,90 k Ohm

Touche  E : 2 k Ohm

Il s’agit donc de mettre une résistance en série avec le clavier pour fabrique un diviseur de tension dont la tension aux bornes variera en fonction de la touche appuyé , le micro contrôleur utilisant un ADC pour savoir sur quelle touche l’utilisateur a appuyé.

Voyons un peu le montage pour être plus clair :

 

Le buzzer

Il y a un buzzer qui est également mit sur les voies A et B , la question … comment font t’il pour séparer les informations données par les touches du clavier des sons envoyés au buzzer . Ils ont tout simplement mit en série un condensateur avec le buzzer , la partie variable se retrouve absorbé par le seulement par le buzzer .

La carte S0001

La carte S0001 était défectueuse une diode Zener a coté du régulateur avait rendu l’âme .L’ami en question avait acheté une S0002m afin de remplacer la S0001 , malheureusement celle ci n’a pas l’air de fonctionner avec son clavier ce qui est potentiellement embêtant car les emplacements et boites a l’extérieur sont prévus pour ce clavier. Le clavier d’origine était également en piteux état les boutons poussoir du clavier ne fonctionnait plus très bien et la bande caoutchouc donnant l’élasticité aux touches était en mauvais état comme vous pouvez le voir ci-dessous .

Comme on le voit ci-dessus le caoutchouc du clavier est en mauvais état j’ai pu le remplacer avec un joint trouvé de plomberie dans un magasin de bricolage

La carte digicode S0001

La carte est assez simple , c’est le microcontrôleur de marque ST  qui fait l’essentiel du travail .Il reçoit les informations du clavier qu’il mesure avec une entrée analogique . Une mémoire I2C type 93C06 qui est ici pour stocker les paramètres dont probablement le code du digicode. Une sortie synthétise la fréquence émise par le buzzer et une autre sortie est chargée de piloter le relais lorsque le code est bon .

L’étage d’alimentation de cette carte est assez simple aussi , un redressement pour pouvoir prendre le continu comme l’alternatif , un condensateur de filtrage , une Zener de protection et un régulateur 7805 .

En regardant la panne de la carte je me demande si elle n’a pas subit une surtension lors d’un bricolage .

L’ensemble serait assez facile a refaire ça sera l’objet du prochain article .

Bonne lecture

Sylvain Altmayer

Un servomoteur qu’est ce que c’est ?

Lorsque l’on parle de servomoteur , beaucoup d’entre vous verrons une image comme celle ci dessous :

Un servomoteur est un système asservi par un retour de mesure .Il pourra automatiquement corriger sa position en fonction de celle-ci , ce que signifie qu’il sera capable de conserver sa position ou de la corriger si elle venait a bouger dans le temps .

Il y a plusieurs type de servomoteurs , un model comme celui de la photo est un modèle dit analogique. Rien de bien compliqué cela veut tout simplement dire qu’il possède un potentiomètre ( une résistance variable ) pour faire sa mesure de position . D’autres modèle sont numériques , ça signifie que le retour d’information est fait par des impulsions ou un codeur . Dans ce cadre la, les cartes électroniques chargés de piloter les axes d’une Commande numériques ( de fraiseuses par exemple ) sont également appelé carte servomoteur si elles possèdent un codeur .

Pour résumer si un System motorisé a un retour d’information permettant une correction de sa position , c’est un servomoteur !

Comment utiliser un servomoteur .

Pour connecter votre servomoteur , vous aurez la plupart du temps 3 fils comme ci-dessous :

Il y a sur ce connecteur , une alimentation et un  signal . Nous allons donc devoir connecter un + , un – , et le fil de signal qui sera bien entendu piloté avec le – . Certain servo n’ont pas les mêmes couleurs de fils , voici une méthode pour vous repérer , prenez comme – le fil de couleur le plus proche du noir , comme + le fil le plus proche du rouge et le dernier comme fil de signal . Beaucoup de ces servo ne s’alimentent qu’en 5 volts , veillez quand même a vous renseigner de sa tension d’alimentation avec de le monter définitivement , dans le doute 5 Vdc fera généralement l’affaire.

Le signal

Il vous faudra un signal carré d’une période de 20 mS , un servo comme celui que vous voyez sur la photo est fait pour effectuer un mouvement de 0° a 180 ° , la commande se fera de 1 ms a 2 ms la plupart du temps 1 ms pour 0° et 2 ms pour 180° entre les deux 1.5 ms pour 90° par exemple comme sur le schéma ci dessous .

J’espère que ce petit article aura éclairé vos idées sur le fonctionnement d’un servo-moteur !

Pensez a vous inscrire !

Sylvain Altmayer