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samedi 27 mai 2017

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La carte servomoteurs CAN et DCC (1)

Le matériel

. Par : Dominique, Jean-Luc, Thierry

Le pilotage de servomoteurs avec un mouvement lent a de nombreuses applications en modélisme ferroviaire, des aiguillages aux portes de remises en passant par les passages à niveau. Voici une carte à réaliser vous même et dont le logiciel peut être personnalisé à loisir, tout est libre.

De format 10x5 cm, la carte est conçue pour piloter 8 servomoteurs. Le raccordement au reste de l’électronique du réseau se fait en DCC   ou avec un bus CAN. La carte peut être utilisée dans différentes configurations :

  • commande par le bus DCC  . La centrale envoie les ordres de position.
  • commande par le bus CAN. Une électronique de votre conception envoie les ordres de position.

Ces deux modes sont mutuellement exclusifs.

On peut également souhaiter disposer de rétro-signalisation [1] pour diffuser l’état actuel de la position des servomoteurs. En effet, comme il s’agit de mettre en œuvre des mouvements lents, la position effective n’est pas la position de consigne, du moins pas immédiatement. Le bus CAN sert à cela également et peut donc être employé en même temps que le bus DCC.

Enfin, la carte dispose, optionnellement, de la possibilité de mettre des contacts de fin de course pour connaître la position effective des servomoteurs. Ce dispositif renforce la sécurité. En cas de panne, une position non concordante avec la consigne de position peut être détectée.

Les connecteurs

La carte est munie de 13 connecteurs :

  • Le connecteur d’alimentation en 12V CC, prise mâle au pas de 3,5mm
  • Le connecteur DCC, prise mâle au pas de 3,81mm
  • Les deux connecteurs CAN RJ11 6p4c
  • Le connecteur d’extension I2C   SPOX 4 broches
  • Les 8 connecteurs pour les servomoteurs au pas de 2,54mm

La photo ci-dessous donne le positionnement de ces connecteurs sur la carte.

Les connecteurs de la carte.

Le connecteur d’alimentation

Le connecteur d’alimentation est un connecteur à souder mâle au pas de 3,5mm. Quand on regarde le connecteur côté broches, le ⊖ est à gauche et le ⊕ à droite.

Le connecteur d’alimentation

Il est conçu pour recevoir un bornier femelle permettant de visser les câbles d’alimentation.

La carte ne dispose pas d’interrupteur. À la mise sous tension, le LED POWER de l’Arduino doit s’allumer.

Le connecteur DCC

Le connecteur DCC est un connecteur à souder mâle au pas de 3,81mm. Quand on regarde le connecteur côté broches, le ⊖ est à gauche et le ⊕ à droite.

Le connecteur DCC

Il en conçu pour recevoir un bornier femelle permettant de visser les câbles DCC.

Bien que le pas soit différent du connecteur d’alimentation, il est possible, en forçant un peu, de faire entre l’un dans l’autre. Une erreur ne détruirait pas la carte mais connecter le signal DCC sur le connecteur d’alimentation engendrerait une alimentation discontinue avec pour résultat un fonctionnement incertain de l’Arduino et des autres circuits logiques. Connecter l’alimentation sur le connecteur DCC n’a pas d’incidence particulière.

Le connecteur I2C  

Le connecteur I2C permet d’étendre les fonctions de la carte. Il transporte à la fois le bus I2C et l’alimentation 5V.

Il s’agit de l’alimentation 5V délivrée par l’Arduino. La consommation doit rester raisonnable.

Le connecteur est un SPOX mâle 4 broches au pas de 2,5mm. Le connecteur femelle est à monter avec les broches correspondantes.

Le connecteur I2C

La carte vue du dessus, de gauche à droite, les broches sont :

  • +5V
  • SDA
  • SCL
  • GND

Les connecteurs CAN

Les connecteurs CAN sont des connecteurs RJ11. Ils transportent les signaux CANL et CANH. Chaque signal est présent sur 2 broches, CANH est sur les deux broches centrales et CANL sur les deux broches latérales.

Les connecteurs CAN

Lors du câblage du réseau CAN il faut raccorder ensemble les CANH d’une part et les CANL d’autre part.

Les connecteurs servomoteur

Les connecteurs pour les servomoteurs sont des connecteurs mâles de signal au pas de 2,54mm. Ils sont normalement destinés à recevoir des prises femelles qui sont à monter avec ces broches ou celles-ci si vous désirez des contacts dorés.

Les connecteurs servomoteur

De gauche à droite on trouve :

  • 5V
  • GND
  • le signal de commande du servomoteur
  • le contact de fin de course trigonométrique
  • le contact de fin de course horaire.

Si les contacts de fin de course ne sont pas utilisés, il est tout à fait possible de brancher une prise de servo standard sur les 3 broches de gauche, comme ceci :

Connexion d’un servo standard

L’alimentation

À partir du connecteur d’alimentation, la tension d’alimentation d’entrée passe par une diode qui évite qu’une inversion de fils ne détruise la carte et est, d’une part, envoyée à l’entrée VIN de l’Arduino Nano et, d’autre part, sur un régulateur 5V qui alimente les servomoteurs. Le régulateur de l’Arduino Nano fournit le 5V pour les autres circuits logiques de la carte.

La carte peut être alimentée via l’USB, cette situation se présente lorsqu’un nouveau programme est téléversé ou lorsque l’on souhaite avoir accès au moniteur pour configurer la carte. Elle peut également être alimentée via le connecteur d’alimentation, cette situation se présente lorsque la carte est implantée sur un réseau.
Les deux alimentations peuvent être actives simultanément.

En cas d’alimentations simultanées, il faut d’abord connecter l’USB et ensuite brancher le connecteur d’alimentation. En effet, le convertisseur USB/série de certains Arduino Nano refuse de démarrer lorsque le 5V est fourni par le régulateur de l’Arduino Nano avant que le 5V venant de l’USB ne soit disponible.

Si la carte est alimentée via l’USB seul, les servomoteurs ne sont pas alimentés et ne peuvent donc être pilotés.

La tension doit être comprise entre la tension minimum d’alimentation externe (VIN) de l’Arduino Nano plus le seuil de la diode de protection. Normalement un Arduino Nano peut a une tension d’alimentation de 7V minimum. La tension doit donc être de 7,7V. Toutefois il se peut que sur certains clones chinois la tension nécessaire soit au moins de 9V.

De plus, le circuit de surveillance de l’alimentation, circuit destiné à sauvegarder l’état de la carte en EEPROM lors de la coupure d’alimentation, nécessite une tension de 12V. Si vous compter utiliser cette fonction, il donc nécessaire d’alimenter la carte en 12V.

L’alimentation des servomoteurs

L’alimentation des servomoteurs est assurée par un régulateur 7805. Ce type de régulateur fournissant au maximum 1A à 1,5A, tous les types de servomoteurs, notamment ceux qui consomment beaucoup, ne sont pas utilisable. La carte est plutôt conçue pour des micro-servomoteurs comme le très répandu Turnigy TG9e. Ces micro-servomoteurs on typiquement des dimensions de 25mm x 25mm x 12mm, un couple de 1,3kg.cm pour une masse de 10g et une consommation mesurée de 100mA servo bloqué.

Le bouton CFG

Dans le coin inférieur gauche de la carte se trouve le bouton CFG. Lorsque la carte démarre alors que ce bouton est enfoncé elle démarre en mode configuration. Pour démarrer en mode configuration, il faut donc :

  • raccorder l’Arduino Nano à l’ordinateur par l’USB et lancer sur l’ordinateur un programme de terminal avec la liaison série programmée à 115200 bauds et ouverte sur le port série correspondant à l’Arduino Nano.
  • enfoncer CFG.
  • appuyer et relâcher le bouton RST de l’Arduino Nano.
  • la led L du Nano clignote alors à 10Hz.
  • relâcher le bouton CFG.

Le message Mode configuration apparaît sur le terminal suivi de l’invite de commande Servo>. La carte est prête à exécuter des commandes.

[1terme barbare et consacré : des capteurs permettent de renseigner un gestionnaire, sécurité et circulation automatique, de l’état du réseau.

Rubrique « Cachée »

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