PSE SE3 2022/2023
Objectif
Pour l'année académique 2022/2023 il demandé de motoriser un modèle réduit de voiture au 1:87ème ou au 1:43ème avec contrôle par microcontrôleur.
Votre objectif est de concevoir votre propre modèle à l'aide des éléments présentés dans cette page. Vous ne devez pas forcément fusionner l'ensemble des possibilités, d'ailleurs certaines sont incompatibles entre elles. Partir sur quelque chose de simple n'est pas infamant du moment qu'il est proprement exécuté et qu'il débouche sur un prototype fonctionnel.
Certes si vous nous sortez une voiture au 1:87ème totalement fonctionnelle avec propulsion, roues avant directionnelles, chargeur de batterie intégré et contrôle radio nous serons enchantés et nous aurons assez peu de difficulté à vous noter. Maintenant si vous partez sur un simple chassis au 1:43ème avec propulsion utilisant de simples poulies, roue folle permettant des reculs avec virage (axe de roue non fixe) et contrôle par programmation, vous aurez rempli le contrat.
Mécanique
La partie mécanique n'est pas évaluée dans ce projet car elle est hors-sujet pour la filière. Par contre, une démonstration avec une voiture mobile est un excellent moyen de prouver que votre projet fonctionne.
Pour vous aider nous avons modélisé un chassis avec roues avant directionnelles.
Chassis vu de dessus
Chassis vu de dessous
Chassis vu de coté
Chassis vu d'un autre coté
Le fichier freeCAD du chassis Fichier:Chassis-2022.tar.
Seconde version de chassis.
Pour vous aider nous avons modélisé un chassis avec roues avant directionnelles.
Chassis vu de dessus
Chassis vu de dessous
Chassis vu de coté
Chassis vu d'un autre coté
Le fichier freeCAD du chassis Fichier:Chassis2-2022.tar.
Vous avez aussi un modèle de principe pour une roue folle avec recul en virant.
Roue en 3D
Le fichier freeCAD de la roue Fichier:Roue-folle-2022.tar.
Au niveau accessoires vous pouvez, ou pourrez, disposer des éléments suivants :
- engrenages métal pour axe 0.7mm, disponibles et semblent s'adapter aux micro-moteurs simples ;
- vis sans fin métal pour axe de 1mm (diamètre extérieur 3,8mm), disponibles, prévues pour l'axe des voitures 1:87 ;
- vis sans fil plastique pour axe 2mm, disponibles mais s'adaptent mal aux axes des voitures 1:43 ;
- vis sans fil plastique pour axe <2mm, disponibles, prévues pour l'axe des voitures 1:43 ;
- engrenages plastiques pour axe de 3mm, disponibles, pour les moteurs continus.
Moteurs
La commande des moteurs n'est pas, elle, optionnelle.
Plusieurs types de moteurs sont disponibles.
Micro-moteur pas à pas propulsion
Dimensions du micro-moteur propulsion
Micro-moteur glissière pas à pas
Dimensions du micro-moteur glissière
Connecteurs du micro-moteur glissière
Mini-moteur continu avec réducteur
Pilote pour le mini-moteur continu (DRV8210DRLR)
Ressources pour les moteurs :
- les micro-moteurs peuvent éventuellement fonctionner sans pilote (alimentation directe par le microcontrôleur), il reste à vérifier que le couple obtenu suffit et que l'utilisation de plusieurs périphériques n'effondre pas le microcontrôleur ;
- empreintes approximatives pour les microcontrôleurs (à peaufiner) : Fichier:KiCAD-lib-micro-motors.tar ;
- premier jet du PCB de coté pour le micro-moteur glissière : Fichier:KiCAD-slider-side-2022.tar ;
- programme C pour les micro-moteurs pas à pas sans pilote (vidéo de démonstration ci-dessous) : Média:Programme_moteur_pap.tar.
Cartes électroniques
Vous devez concevoir une carte électronique pour contrôler la voiture. La conception doit se faire en utilisant le logiciel KiCAD.
Il est recommandé de reporter au maximum les fonctions mécaniques sur la carte. Le chassis peut ainsi être entièrement constitué de PCB, y compris les pièces mobiles.
Nous vous donnons deux exemples de schémas électroniques.
Exemple de carte pour la voiture au 1:87
Le schéma électronique de la carte :
Dans le schéma vous pouvez trouver les fonctionnalités suivantes :
- une alimentation avec un régulateur pour passer du 5V USB à une tension de 3.3V mais aussi avec un dispositif pour sélectionner une alimentation par USB ou par batterie ;
- le microcontrôleur avec son horloge mais aussi son connecteur de programmation ISP et le connecteur USB ;
- un dispositif de recharge de la batterie LiPo avec une entrée pour tester la tension de la batterie (sur une entrée numérique donc avec peu de sensibilité) ;
- deux moteurs pas à pas et un système d'éclairage ;
- enfin un module de communication radio.
Après le routage les cartes suivantes sont obtenues.
Un total de 8 cartes sont prévues :
- principalement la carte chassis sur laquelle sont implantés les puces microcontrôleur, charge de LiPo et communication radio ;
- le moteur-glissière nécessite une micro-carte de côté pour récupérer les phases ;
- tous les composants ne tiennent pas sur le chassis 50x20mm, une carte fille est donc prévue pour porter l'éclairage, l'antenne radio et même des pistes supplémentaires ;
- 3 petites cartes sont dédiées pour recevoir les roues : deux pour les roues directionnelles et une pour le train arrière, sur ces cartes doivent êtres soudés des morceaux de tube de cuivre recevant les axes ;
- toujours sur le principe que la carte principale ne permet pas de recevoir tous les éléments, une carte fille permet de connecter l'ISP et une autre l'USB.
Les cartes ont été commandées. En aucun cas il est prévu que ces cartes fonctionnent dans leur version initiale. C'est d'ailleurs la démarche "bureau d'études" que nous souhaitons que vous assimiliez. Ces cartes vont permettre d'avancer dans le projet pour éventuellement aboutir sur une seconde version des cartes. Ci-dessous sont listés les points que les premières cartes vont permettre d'éclaircir.
- Le microcontrôleur devrait fonctionner mais le principe des cartes filles pour la programmation ISP et DFU/USB est à valider.
- Il y a peu de chances pour que les empreintes pour les micro-moteurs pas à pas soient exactes mais ce devrait être une bonne base pour aboutir à une seconde version fonctionnelle.
- L'aspect mécanique est aussi à tester et à corriger : les roues directionnelles fonctionnent-elles ? quels problèmes sont rencontrés pour la transmission de la propulsion via l'engrenage et la vis sans fin.
- Le dispositif d'alimentation par USB ou par batterie est-il fonctionnel ? Le test de tension de la batterie donne-t-il quelque chose ? La recharge de la batterie par le MAX1811 marche-t-elle ?
- La transmission radio est-elle fonctionnelle ? En particulier les libertés prises au niveau de l'antenne sur PCB dégradent-elles beaucoup cette transmission ?
Les sources pour le logiciel KiCAD version 5.1 : Fichiers KiCAD pour la voiture 1:87.
Uniquement les sources pour les empreintes des moteurs pas à pas (modifiées) : Empreintes KiCAD pour les moteurs pas à pas.
Exemple de carte pour la voiture au 1:43
Le microcontrôleur
Vous utiliserez un microcontrôleur ATMega16u2 comme coeur de votre circuit imprimé. Prenez exemple sur la partie microcontrôleur des schémas fournis.
La programmation du microcontrôleur se fera par DFU USB.
Energie
La carte électronique de votre voiture est alimentée par une batterie LiPo. La batterie peut être chargée en utilisant une puce MAX1811. Voir les schémas fournis pour avoir une idée de commencer utiliser une puce MAX1811.
Puce de contrôle de charge
Batteries 100mAh et 300mAh, connecteur molex mâle
Batterie 100mAh 15x20x5mm
Les connecteurs adaptés aux batteries FQ777 ont aussi été commandés (micro JST 2 broches 1.25mm).
Eclairage
Vous pouvez vous lâcher sur les LED pour simuler les dispositifs lumineux de votre voiture. Attention cependant votre micro-contrôleur n'a qu'un nombre limité de sorties.
Contrôle de la voiture
Contrôle par programmation
Il est recommandé d'utiliser la fonctionnalité USB pour pouvoir programmer le comportement de la voiture. A défaut une programmation par port série est acceptable. Le programme PC permettant d'envoyer la suite d'instructions que la voiture doit réaliser est aussi à votre charge.
Radio-contrôle
Vous avez deux possibilités pour la commande à distance de votre voiture, soit une communication radio classique, soit une communication BlueTooth.
Module de communication 2,4Ghz
Module Bluetooth Low Energy
Les modules RF 2,4Ghz utilisent une puce NRF24L01, ces modules étant un peu encombrants, quelques puces ont été commandées pour intégration directe sur le PCB (disponibilité fin février). Vous avez un exemple d'utilisation sur le premier schéma de carte fourni plus haut. Les puces NRF24L01 doivent être alimentées en 3,3V mais ses E/S sont compatibles 5V. Il n'est donc pas obligatoire de passer l'ATMega16u2 en 3,3V.
Réalisation des groupes
| Numéro | Elèves | Page |
|---|---|---|
| Trinôme 1 | Sarra BEZZINE & Heriniaina ANDRIANIRINTSOA & Imen MLIKA | Trinôme 1 2022/2023 |
| Trinôme 2 | Younes BENMBAREK & Camille CARIAT & Abdel ZONGO | Trinôme 2 2022/2023 |
| Binôme 3 | Simon CRUCHET & Amaury BECQUET | Binôme 3 2022/2023 |
| Binôme 4 | Romain DUHR & Louis DERYCKERE | Binôme 4 2022/2023 |
| Binôme 5 | Youness EL QASTALANI & Chaymae RHANIM | Binôme 5 2022/2023 |
| Trinôme 6 | Stephane KADER ISSACK & Marion NORMAND & Amaury DA PONTE | Trinôme 6 2022/2023 |
| Binôme 7 | Alexandre BRASSEUR & Louis WIJSMAN | Binôme 7 2022/2023 |
| Trinôme 8 | Némo CAZIN & Antoine CEGARRA & Adrien PALIFERRO | Trinôme 8 2022/2023 |
| Binôme 9 | Thomas NAVE & Thibault DUYCK | Binôme 9 2022/2023 |
| Monôme 10 | Adrien GONTIER | Monôme 10 2022/2023 |
| Binôme 11 | Taha NEHARI & Martin CHAUVELIERE | Binôme 11 2022/2023 |
Absents :
- Imen MLIKA
- Ababacar sadikh NDOYE
Réalisation "programmateur AVR"
Utilisez ces pages pour :
- indiquer l'URL HTTPS de votre archive GIT sur laquelle trouver le projet KiCAD et les programmes C (LUFA et libusb) ;
- un schéma 3D de votre PCB ;
- une photo de la carte soudée ;
- une très courte vidéo de la carte avec les LED clignotantes ;
- une copie écran montrant l'affichage de la communication entre votre programme libusb, votre carte et le microcontrôleur AVR.
| Numéro | Elèves | Page |
|---|---|---|
| Binôme 1 | Simon CRUCHET & Amaury BECQUET | Binôme 1 2022/2023 |
| Binôme 2 | Romain DUHR & Louis DERYCKÈRE | Binôme 2 2022/2023 |
| Binôme 3 | Chaymae RHANIM & Heriniaina ANDRIANIRINTSOA | Binôme 3 2022/2023 |
| Binôme 4 | Stéphane Kader ISSACK & Marion NORMAND | Binôme 4 2022/2023 |
| Binôme 5 | Thomas NAVE & Thibault DUYCK | Binôme 5 2022/2023 |
| Binôme 6 | Amaury DA PONTE | Binôme 6 2022/2023 |
| Binôme 7 | Sarra BEZZINE & Imen MLIKA | Binôme 7 2022/2023 |
| Binôme 8 | Némo CAZIN & Antoine CEGARRA | Binôme 8 2022/2023 |
| Binôme 9 | Alexandre BRASSEUR & Louis WIJSMAN | Binôme 9 2022/2023 |
| Binôme 10 | Taha NEHARI & Martin CHAUVELIERE | Binôme 10 2022/2023 |
| Binôme 11 | Younes BENMBAREK & Abdel ZONGO | Binôme 11 2022/2023 |
| Monôme 12 | Camille CARIAT | Monôme 12 2022/2023 |
| Binôme 13 | Youness EL QASTALANI & Adrien PALIFERRO | Binôme 13 2022/2023 |