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samedi 26 novembre 2022

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Éclairer le réseau (5)

La carte

. Par : Jean-Luc

DIFFICULTÉ :

Comme exposé brièvement dans le premier article de cette série, une carte a été conçue. Elle embarque un ESP32, possède 4 voies pour connecter des rubans de LED blanches 12V et 2 voies pour des rubans de LED WS2811 12V.

Les PWM des rubans de LED blanches

Le schéma est quasi-identique à celui présenté à la fin de « La PWM : Qu’est ce que c’est ? (4) » excepté la diode roue libre qui n’est pas nécessaire. Ce schéma est reproduit figure 1.

Figure 1 : Schéma pour la PWM 12V des rubans de LED blanches.
Figure 1 : Schéma pour la PWM 12V des rubans de LED blanches.

À gauche on a le signal de PWM, C_BLANC_PUR_A, en provenance de l’ESP32. Il contrôle le transistor T2. Quand la PWM passe à l’état haut (3,3V), T2 devient saturé et décharge la grille du PMOS au travers de la diode D1. Ce faisant, il bloque le transistor T1. Le PMOS devient passant. Lorsque la PWM passe à l’état bas, T2 devient bloqué. Le transistor T1 devient saturé via R3 et charge la grille du PMOS qui devient bloquée. C4 vise à fournir une réserve d’énergie locale. H9 et H10 sont soudés reliés via un fil sur la carte. K3 permet de connecter le ruban de LED. S3 et S6 sont des straps soudés sur la carte. Ils existent pour spécifier des largeurs de piste différentes afin de router la carte automatiquement.

La commandes des rubans de LED WS2811

Comme évoqué dans le premier article, il est nécessaire d’adapter le niveau de 3,3V vers 5V. La circuit utilisé est un 74HCT125. Ce circuit intégré regroupe 4 amplificateurs dont seulement 2 sont utilisés. Le schéma est présenté à la figure 2.

Figure 2 : Circuit d'interface des rubans de LED WS2811.
Figure 2 : Circuit d’interface des rubans de LED WS2811.

L’entrée OE (Output Enable) est connectée à la masse de manière à valider en permanence la sortie. Les résistances R7 et R8 de 470Ω servent, d’une part, à éviter la réflexion du signal et, d’autre part, à empêcher des parasites d’atteindre la première LED du ruban tant que l’ESP32 n’a pas démarré.

L’alimentation

La carte est alimentée en 12V avec une alimentation à découpage achetée chez TME. Il s’agit de ce modèle. Elle délivre 20A. Le régulateur 3.3V situé sur l’ESP32 n’acceptant pas plus de 6V comme tension d’entrée, il est nécessaire d’abaisser l’alimentation de 12V à 5V. Cette tâche est confiée à un bon vieux 7805. Deux condensateurs de 470µF en parallèle (j’ai un gros stock de 470µF) absorbent le pic de tension à l’allumage de manière à épargner les WS2811 qui semblent sensibles à ces transitoires.

Le dessin de la carte

La carte mesure 14cm sur 7,5cm. Le recto est présenté figure 3 et le verso figure 4.

Figure 3 : Recto de la carte d'éclairage.
Figure 3 : Recto de la carte d’éclairage.

Sur la gauche on a, dans la partie supérieure, les 4 emplacements des PMOS et des composants qui leur sont adjoints. Dans la partie inférieure, on a les connecteurs pour les rubans de LED. La distribution de l’alimentation est faite de manière à minimiser la distance entre le 12V et les PMOS et les connecteurs des rubans de LED. Pour distribuer au mieux le courant il y a 2 prises 12V pour les rubans de LED blanches (K2 et K5) et 1 prise 12V pour les rubans de LED WS2811 (K8). IC1 est le 74HCT125.

Figure 4 : Verso de la carte d'éclairage.
Figure 4 : Verso de la carte d’éclairage.

Au verso, les straps S1 à S10 doivent être soudés pour établir la connexion. Au recto deux fils de 1,5mm2 doivent être soudés entre les paires de trous notés PA et AA. La figure 5 montre la carte avec ses composants en place.

Figure 5 : Carte avec les composants soudés.
Figure 5 : Carte avec les composants soudés.

Ces images montrent la version 3.2 qui ne dispose pas d’un moyen de distinguer plusieurs cartes identiques. Sur la version 3.3 en téléchargement ci-dessous, un dip-switch 4 positions permet de donner un numéro à la carte. Ce numéro est lu par l’ESP afin de construire un nom d’hôte en accolant « Eclairage » et le numéro.

Fichier de production Gerber.
Schémas de la carte.

Pour monter cette carte, il faudra :

  • 5 diodes 1N4001 ;
  • 6 condensateurs électrochimiques de 470µF, écartement des broches de 5mm ;
  • 1 dip-switch 4 positions à touches piano ;
  • 1 74HCT125 en boîtier DIL ;
  • 8 transistors BC337 en boîtier TO92 ;
  • 1 7805 en boîtier TO220 ;
  • 4 PMOS IRF9Z34NSTRRPBF en boîtier D2PAK ;
  • 4 résistance 2,2kΩ en boîtier CFR12 (3,2mm x 1,8mm) ;
  • 4 résistance 10kΩ en boîtier CFR12 ;
  • 4 résistance 15Ω en boîtier CFR12 ;
  • 2 résistance 470Ω en boîtier CFR12 ;
  • 2 résistance 47kΩ en boîtier CFR12 ;
  • 1 condensateur céramique de 100nF en boîtier 805 ;
  • 1 condensateur polyester de 330nF, écartement des broches de 5mm ;
  • 1 condensateur polyester de 100nF, écartement des broches de 5mm ;
  • 4 borniers déconnectables 2 broches anglés + prise, écartement des broches 5,08mm ;
  • 3 borniers déconnectables 2 broches verticaux + prise, écartement des broches 5,08mm ;
  • 2 borniers déconnectables 3 broches anglés + prise, écartement des broches 5,08mm ;
  • 2 socles à broches mâle 2 x 10 broches au pas de 2,54mm ;
  • 2 socles à broches femelle 2 x 10 broches au pas de 2,54mm ;
  • Et bien sûr un module MH ET LIVE ESP32MiniKit ou compatible. Ce module est parfois appelé « ESP32 ESP-32S Wemos MINI D1 WIFI ». Les dénominations ne brillent pas par leur clarté sur eBay. Référez-vous au verso de la carte où les broches sont nommées. Souvent les modules compatibles portent la mention « HW-665 » sous la prise micro-USB comme montré à la figure 6.
Figure 6 : Exemple de module compatible avec la MH ET LIVE ESP32MiniKit
Figure 6 : Exemple de module compatible avec la MH ET LIVE ESP32MiniKit

Concernant les borniers déconnectables, les branchements pour les rubans de LED sont de type anglé en bord de carte. Les prises femelles ont les fils qui sortent dans le prolongement des broches. Les branchement pour les alimentations 12V utilisent des socles mâles droits et des prises femelles dont les fils sortent perpendiculairement aux broches. Voir figure 7.

Figure 7 : En haut le connecteur anglé et la prise utilisés pour les rubans de LED. En bas, le connecteur vertical et la prise utilisés pour l'alimentation 12V.
Figure 7 : En haut le connecteur anglé et la prise utilisés pour les rubans de LED. En bas, le connecteur vertical et la prise utilisés pour l’alimentation 12V.

Il nous reste le logiciel à finaliser, ce qui fera l’objet du prochain et dernier article.

Figure 8 : Une des cartes en place dans la zone A.
Figure 8 : Une des cartes en place dans la zone A.

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