Plan de développement du projet N°50

2.L’électronique

2.1.Choix de l’architecture

La réalisation de tout robot nécessite l’utilisation de plusieurs domaines scientifiques, dont l’électronique. Nous avons donc fait appel à nos connaissances sur le sujet et identifié principalement trois grands besoins :

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  les cartes de commande qui contiennent les microcontrôleurs
  
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  la carte pour recevoir les signaux des télémètres (les yeux du robot)
  
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  les cartes desservant la partie puissance
  

Fig. 5 - Schéma général de la structure de l’électronique de notre robot

Les cartes de commande : Il s’est avéré que nous avions besoin principalement de deux cartes de commande.

La première pour la commande globale du robot qui contenait un microcontrôleur AtMega128. Ce composant a été choisi car il nous permettait de ne pas repartir de zéro au niveau des connaissances à acquérir ; en effet, le microcontrôleur AtMega128 avait été utilisé l’année précédente et nous possédions donc une documentation et une aide non négligeable des anciens. Ses caractéristiques (nombre d’entrées/sorties, fréquence d’horloge, taille de la mémoire, prix, consommation électrique) sont appropriées pour l’application envisagée. De surcroît, nous avons pu réutiliser une partie du programme déjà écrit par les anciens, ce qui, vu les délais de réalisation, est un avantage non négligeable.

La deuxième carte, incorporant un ASIC, le HCTL1100, sert à commander de manière précise les mouvements des moteurs. Ceux-ci sont commandés par des signaux PWM, qui permettent d’obtenir un déplacement à vitesse constante ou en accélération, en fonction des besoins.

La carte des télémètres : Elle a une structure simple. Il s’agit de comparateurs avec des amplificateurs opérationnels. En fonction d’un seuil réglable, elle donne au microcontrôleur une valeur logique « 0 » ou « 1 ».

Carte de puissance : La partie électronique délivrant la puissance au robot est constituée de deux cartes, une de puissance et une pour l’ascenseur.

La carte de puissance a principalement deux fonctions. Tout d’abord elle fournit les tensions nécessaires au fonctionnement des moteurs par l’intermédiaire d’un pont en H. Ensuite elle fournit également des sorties stabilisées à 5 V pour les circuits électroniques embarqués sur le robot. Les deux types de sorties étant différentes, en terme de puissance demandée, elles doivent être séparées. Une séparation simple et efficace a été réalisée en utilisant des optocoupleurs.

La deuxième carte, utilisée pour la commande d’un moteur pas à pas, est composée de quatre transistors Darlington et de protections par diodes. C’est une façon très simple et efficace de commander un moteur pas à pas.

2.2.Problèmes rencontrés

A priori, le principal problème posé en électronique est la maîtrise des membres du groupe. Nous sommes loin d’être des experts en la matière et nous avons essayé de remplacer ceci par un travail soutenu. Les résultats ont été généralement bons, mais certaines difficultés étaient difficilement maîtrisables à cause des choix initiaux des composants.

Ainsi nous avons rencontré plusieurs types de problème :

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  Difficultés rencontrées pendant la prise en main et l’utilisation du logiciel OrCAD lors de la réalisation des typons. OrCAD ne fait pas la différence entre les lettres en majuscules et celles en minuscules ce qui a occasionné des liaisons indésirables entre les composants. Ceci a provoqué quelques soucis (plusieurs variantes pour certaines cartes), mais finalement nous avons réussi à réaliser toutes les cartes.
  
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  Le deuxième problème est que nous avons mal choisi le type de CMS du microcontrôleur. Celui-ci nécessite en effet une manipulation très fine (professionnelle) lors de son soudage sur la carte électronique. Nous avons quand même réussi à réaliser une carte AtMega fonctionnelle, ce qui a été insuffisant. Du fait du dysfonctionnement de nos différents microcontrôleurs (sortis de leur emballage), nous n’avons pu nous présenter à la coupe qu’avec un seul microcontrôleur, ce qui est insuffisant.
  
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  Pour les composants sensibles (microcontrôleurs), il faut toujours assurer une protection anti-statique. Ceci peut éviter beaucoup d’ennuis.
  
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  Les câbles de liaison entre les cartes nécessitent une attention particulière pendant leur réalisation, mais également pendant leur manipulation. C’était un point sensible et nous avons perdu du temps pour y remédier.
  
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  Un autre problème qui se situe entre l’électronique et l’achat des composants est le fait que le microcontrôleur choisi, l’AtMega128, n’est pas facilement disponible en France. Il était impossible d’en obtenir avant un délai de 10 jours, ce qui nous a causé des problèmes pendant la Coupe. Cela dit, il semble que son utilisation va se généraliser.
  

2.3.Conseils pour les années futures

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  Il s’est avéré que l’utilisation d’une architecture CMS pour le microcontrôleur n’est pas appropriée, vu que nous ne disposions ni d’une maîtrise suffisante en électronique, ni d’outils adaptés pour la manipulation de ces composants. Une architecture DIP pour les composants est beaucoup plus souhaitable à l’avenir. En effet dans cette variante, les composants sont beaucoup moins sensibles et il est très facile de les changer sur les cartes (il y a un socle où elles rentrent, au lieu de les souder).
  
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  L’intégration des cartes électroniques au sein du robot est un problème auquel il faut réfléchir dès la conception mécanique de celui-ci. Des emplacements facilement accessibles, des fils qui ne s’emmêlent pas sont indispensables pour éviter les faux contacts et les problèmes de liaisons mal branchées. L’idée d’une carte mère (sur laquelle se fixe les autres cartes) peut être utile à considérer.
  
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  Les câbles de connexion utilisés dans l’ordinateur sont bien plus fiables que ceux réalisés à la main. Les risques de faux contacts pour les premiers sont nettement inférieurs que pour les deuxièmes. Ceci dit il n’existe pas forcement de câble avec le nombre de liaisons souhaité. Mais il est possible de n’utiliser qu’une partie de celles-ci et de relier le reste à la masse.
  
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  Si dans les années à venir les télémètres sont toujours utilisés pour la détection d’obstacle, nous conseillons de garder la structure actuelle. En effet « la carte des télémètres » a subi des tests poussés qui ont montré des résultats encourageants. Elle semble très robuste.
  

Un conseil d’ordre général en électronique : il faut toujours aller au plus simple. Nous l’avons appris au fur et à mesure, ce qui nous a coûté des efforts inutiles, et a causé la perte d’un temps précieux.