Premiers pas de bricoleau

[bricoleau]

Bonjour

J'ouvre ce fil de discussion pour exposer et suivre mon petit projet personnel, bénéficier de vos conseils.
Et si le résultat peut profiter à d'autres alors tant mieux.

Autant vous prévenir, on est partis pour un moment, surtout que je ne suis pas pressé et que ma disponibilité pour avancer est parfois en pointillés.
Alors voici le début :

Je pratique arduino depuis plusieurs années, dans d'autres contextes que le modélisme ferroviaire, pour lequel je n'ai quasiment aucune expérience.
A force de lorgner de manière assidue sur les excellents articles de locoduino, j'ai décidé de me lancer dans l'aventure.
Donc en gros c'est grâce (ou à cause?) de vous que je suis ici aujourd'hui, alors il va falloir m'aider 

Mon idée est de fabriquer une sorte de banc de test pour locos et montages de tous poils.
L'objectif est d'avoir un petit réseau prototype, pour expérimenter tout ce qui a trait à l'électronique autour de la gestion d'un réseau miniature.
D'abord en CC, je verrai plus tard le DCC.
La principale contrainte est l'espace disponible chez moi pour cette réalisation, d'où le choix d'opter pour l'échelle N.

Mon équipement de départ :
Coté modélisme : une loco (minitrix 2053), un set de rails (PECO ST-300)
Côté électronique : des cartes arduino de toutes sortes, plein d'autres cartes diverses, un stock de composants, plaques de prototypage, une station de soudage, un oscillo, ...
En dehors du matériel roulant et des voies, j'ai l'intention de tout faire en DIY.

Ma roadmap fourmille d'idées, mais la toute première étape va être de faire rouler la bestiole.

Pour cela, je pense partir sur une alim stabilisée de type industriel 12VDC 3A, avec un montage piloté par un arduino pour hacher la tension en PWM.
Les sources qui me servent de référence sont :
La PWM : Qu’est-ce que c’est ? (2)
La PWM : Qu’est-ce que c’est ? (3)
La PWM : Qu’est-ce que c’est ? (4)
Tension hachée et pertes par effet Joule (1)
Tension hachée et pertes par effet Joule (2)
Discussion sur la synchronisation des signaux en PWM

J'ai bon jusque là? 

[Jean-Luc]

Oui Oui

Il y a même une carte canton qui existe

[Dominique]

Merci Bricoleau, de bien vouloir partager ton expérience ici à Locoduino 

En dehors du matériel roulant et des voies, j'ai l'intention de tout faire en DIY

Je suis dans le même état d’esprit mais en DCC, bien que je reconnaisse que les cartes PWM de Jean-Luc, c’est ce qui se fait de mieux 

Bon courage et vivement tes premiers résultats.
Amicalement
Dominique

[bricoleau]

Il y a même une carte canton qui existe

J'ai vu cela : http://forum.locoduino.org/index.php?topic=74.0
C'est magnifique !!!

Mais je ne vise pas aussi haut.
Et pour pinailler je note quand même qu'il reste une arduino nano en greffon sur la carte, alors qu'il serait possible d'aller au bout de la logique en intégrant un atmega dans le pcb.

De mon côté, je suis plutôt sur une approche inverse.
Je pars sur l'intégration de cartes toutes faites, vendues en masse sur le net, et reliées entre elles via quelques soudures.
C'est certainement une approche de bidouilleur à gros doigts, mais cela me semble quand même plus accessible / plus facile que de concevoir et (faire) fabriquer des circuits imprimés spécifiques, pour ensuite souder unitairement tous les composants dessus.

Mes réalisations ressemblent plutôt à ceci : http://forum.locoduino.org/index.php?topic=124.msg1057#msg1057

Bon d'accord c'est beaucoup moins sexy 

Ma carte arduino de prédilection est la mini pro 5V, que j'achète en ligne pour une misère et par demi-douzaines.
Je trouve la nano trop luxueuse, avec son interface usb inutile en fonctionnement 

Sur ce projet, je pense réaliser un certain nombre de montages indépendants, tous à base de mini pro, et les faire dialoguer via un bus can.
Au départ, je n'étais pas forcément convaincu de la nécessité du bus can.
Mais après moultes recherches et documentation, j'en cerne à présent les bénéfices pour notre domaine d'application.
Pour autant, mon approche d'implémentation hardware du bus consiste à intégrer des cartes d'interface can toutes faites, reliées entre elles.
Celles qui sont décrites ici : http://forum.locoduino.org/index.php?topic=2.msg2281;topicseen#msg2281

NB : actuellement leur prix plancher est à 1€19 pièce mais avec un délai de livraison à 50 jours.
Du coup je me suis fourni à deux fois plus cher, pour constituer un premier stock sous une à deux semaines.
Même à ce tarif, le coût reste dérisoire.

Ainsi, le coeur de chaque montage sera constitué d'un couple arduino pro mini + carte can.
Et autour, quelques composants additionnels soudés sur une plaque de prototypage, comme par exemple le circuit de commande en PWM pour hacher la tension des voies.

[Jean-Luc]

Bonjour,

J'ai également des Pro Mini mais j'ai un soucis avec ces Arduino. L'alimentation n'est pas conçue pour permettre une alimentation via le FTDI et via RAW simultanément, les deux alims seront en conflit et soit le FTDI, soit le régulateur du Pro Mini prendrons un courant inverse. Il aurait fallu une paire de diodes schottky. Résultat, quand on veut développer/débugguer/configurer le Nano in situ, ça ne va pas. Donc je préfère les Nano qui sont légèrement plus chers mais qui permettent de se passer du FTDI et n'ont pas ce problème d'alimentation. De plus j'intègre maintenant tout le temps une interface ligne de commande pour configurer le logiciel, ça me semble plus simple de pouvoir brancher l'USB direct et j'ai besoin d'alimenter à la fois par l'USB et l'allié de la carte.

Pourquoi ne pas avoir intégré un 328 directement ? C'est plus cher que de mettre un Nano et ça m'aurait demandé des développement supplémentaires

Le CAN est prévu à 1Mbits sur cette carte car les alims échangent beaucoup de messages avec des latences contraintes. Les cartes CAN que tu cites plafonnent à 500kbits.

Quant-à la carte, elle est disponible sur demande. Si tu veux synchroniser des cantons et refaire la même chose, les cartes à pastilles vont te donner du fil à retordre (enfin tu vas souffrir beaucoup beaucoup plus qu'avec une carte ad-hoc).

[bricoleau]

Merci pour toutes ces informations

J'avais bien vu la limite des cartes can à 500 kps, liée au quartz à 8Mhz.
Ce qui m'intéresse c'est la mise au point, plus que l'observation d'un résultat fini "qui marche", aussi je vais poursuivre dans mon idée d'essayer d'utiliser au mieux des cartes à pas cher, assemblées de manière artisanale.
C'est sûr que je vais au devant d'obstacles 

Pour les mini pro je n'avais pas mis le doigt sur le conflit 5V/raw, car habituellement je n'utilise pas le raw (mes cartes sont alimentées en 5V régulé).
Jusqu'ici je n'ai pas rencontré de problème particulier à l'utilisation. C'est vrai qu'il faut utiliser un convertisseur usb/ttl pour la brancher au micro, mais cela ne me gêne pas. On voit sur la photo de mon montage les 4 connecteurs disponibles pour ce branchement.
Nano ou mini pro c'est très proche. La différence de prix est négligeable. La première est plus facile à raccorder, la seconde est un poil plus petite.

Quant à la synchro des cantons, c'est plus loin dans ma road map, même si j'ai déjà quelques idées sur le sujet...

[bricoleau]

Voilà les premiers tours de roue 

Une petite video pour immortaliser l'instant :


Le montage qui commande le PWM est celui de l'article La PWM : Qu’est ce que c’est ? (4)


Reproduit sur une plaque de prototypage dont la photo est donnée en pièce jointe

Les deux transistors sont des 2N2222
Les deux diodes sont des 1N4007
Le Mosfet est un IRF540N
J'ai utilisé une résistance de 22 Ohms pour R1 (fonction = limiter le courant de décharge) n'ayant pas de 15 Ohms sous la main.

Le code chargé dans l'arduino est réduit à sa plus simple expression pour le test

Code: [Sélectionner]

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
  digitalWrite(3, HIGH);
  TCCR2B = (TCCR2B & B11111000) | 1; //PWM 32 kHz
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    uint8_t pwm = Serial.parseInt();
    Serial.println(pwm);
    if      (pwm ==   0) digitalWrite(3, HIGH);
    else if (pwm == 255) digitalWrite(3, LOW);
    else analogWrite(3, 255 - pwm);
  }
}

[bricoleau]

Les rails PECO setrack me semblent être de bonne facture.
Les aiguillages sont dotés d'un petit ressort qui plaque bien les aiguilles contre les rails d'un côté comme de l'autre, mais je me demande si cela ne posera pas un problème à la motorisation.

Par contre j'ai vite laissé tomber leurs clips de raccordement électrique.
Je trouvais le contact médiocre, tant côté rail que fil d'alimentation.
Un petit point de soudure de fil sous deux éclisses me semble bien préférable.

N'y connaissant pas grand chose, je m'interroge sur la loco achetée d'occase car j'ai l'impression que son comportement est "fatigué".
Les symptômes :
Si je commence avec un pwm à 60/255, les phares s'allument mais la loco ne bouge pas.
Si je monte alors à 80 ou 90/255, la loco semble vouloir se mettre en branle, avance très faiblement et finit quelquefois par s'éteindre complètement et là rien d'autre à faire que de tout éteindre, attendre un peu et recommencer. On dirait une sécurité.
Si je démarre directement à 150/255, la loco avance, d'abord tout doucement, puis accélère progressivement sur 10 ou 20 secondes jusqu'à atteindre une bonne vitesse.
Quand je vois qu'elle est lancée je réduis alors le pwm. Sur la video elle tourne à 90/255.

Ce comportement vous semble t'il normal?

J'ai vérifié le montage plein de fois à vide (hors loco), y compris à l'oscillo, sans rien voir d'anormal.

[Jean-Luc]

Bonsoir,

Y a-t-il des composants dans la loco ? condensateur par exemple.

[bricoleau]

Je dirais que non

Je n'ai trouvé que quelques pages de documentation sur cette loco, toutes en allemand, par exemple là

La seule chose signalée est que l'embrayage est à la norme N, ce qui ne me cause pas.

Je voulais vérifier en démontant la bestiole mais n'ai pas trouvé comment procéder. Il y a bien deux vis dessous, mais une fois enlevées il n'y a rien qui vient et je n'ai pas voulu forcer.
C'est vraiment petit le N.

[Jean-Luc]

C'est vrai que le comportement laisse penser à un gommage, un mélange de frottement sec et visqueux.

[bricoleau]

Peut-être un ampérage insuffisant au niveau du moteur?

La semaine prochaine je vais recevoir une seconde loco, neuve celle-ci, en provenance de DM toys.
Si le comportement est correct cela éliminera tout doute sur le montage.

J'attends aussi avec impatience mes modules can d'ici quelques jours également

[bricoleau]

Bonjour

Avec une loco fleischmann neuve, mêmes symptômes mais en moins prononcés.
Une même valeur (faible) de PWM peut conduire à :
- si la loco est à l'arrêt : rien du tout
- si la loco est en mouvement : un ralentissement suivi d'une vitesse très lente mais constante

Je vais essayer de pousser plus avant les contrôles de mon montage de hachage de tension, mais je me dis que c'est peut-être un comportement normal : la résistance mécanique au mouvement est peut-être plus forte lorsque la loco est à l'arrêt.
Ca m'intéresserait d'avoir vos avis car je suis vraiment néophyte en contrôle de moteurs.

[Jean-Luc]

Oui la résistance mécanique est plus forte à l’arrêt. Tu as les frottements mais également l’énergie à amener pour accélérer la loco.

Tu as deux choix :

1) conserver une fréquence de PWM élevée avec les avantages du silence et de la bonne santé du moteur. Si tu veux de beaux ralentis, il faut faire un asservissement de vitesse.

2) baisser la fréquence vers la centaine d’herz (123 où 245). Ca produira un son, un Si un peu faux a l’octave 1 ou 2, et les moteurs dissiperons 2 fois plus de chaleur qu’avec une tension continue conduisant à une vitesse identique. Avec un moteur à rotor sans fer et aimant au néodyme, ça risque de désémanter le moteur (les aimants au néodyme perdent de manière irréversible leur aimantation vers 80ºC)

[bricoleau]

Merci pour ces précisions
Bien évidemment, je vais partir sur un asservissement de vitesse, en conservant un hachage à haute fréquence.

Ce qui m'amène à une autre question de néophyte en moteurs : est-ce qu'une mesure du courant consommé permet d'évaluer la vitesse de rotation du moteur de manière fiable?

J'ai un acs712 et un max471 sous la main, je comptais justement voir ce que je pouvais en tirer de manière expérimentale avec une loco... quand j'aurais fini de jouer avec les interface CAN que j'ai reçues cette semaine