Descriptif du train miniature
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Descriptif du train miniature
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Département du Génie Électrique et Informatique Descriptif du train miniature Matériel et électronique Version du document 2011a - Draft Sommeliers : Pascal Acco, Guillaume Auriol Description globale 1 Le système du petit est un système distribué composé de : – un réseau ferré miniature (taille H0), – une à quatre motrices miniatures équipées chacune de capteurs et d’un µC STM32F103RB, – une station de base comportant un µC STM32F103RB, une barrière optique et divers capteurs, – un bus filaire CAN mobile grâce à un mat articulé permettant de relier les motrices et la station de base entre-elles, – une alimentation de puissance 12 V du réseau ferré et de 5 V pour la station de base. Ajoutez une photo. 1.1 Réseau ferré Il s’agit d’une boucle d’environ 6 mètres composée de rails de taille H0 alimentés en 12 V continu avec une polarité non imposée. Les rails sont reliés entre-eux pour assurer la continuité électrique sur toute la boucle. Un obstacle placé sous les rails permet d’offrir un côte et une pente dans une des lignes droites de la boucle. 1.2 Trouvez marque Une motrice La motrice est réalisée à partir d’un train miniature à l’échelle H0 de marque . Celle-ci est démontée afin de ne garder que le chassie avec les bogies, le moteur à courant continu et le système de transmission. La motrice est équipée de quatre cartes montées en mezzanine : – une carte de puissance (voir annexe A), – une carte µC (voir annexe B), – une carte STM32-H103 (voir site OLIMEX), – un module de communication sans fils XBEE. L’unité de contrôle STM32F103RB de la motrice peut ainsi : – commander le pont en H de la carte de puissance pour contrôler en tension l’alimentation du moteur à courant continu de la motrice et ceux dans les deux sens, – mesurer la position et la vitesse relative de la motrice grâce à un codeur incrémental monté sur l’arbre moteur ; – mesurer le courant consommé par le moteur, – signaler les mouvements et leur sens ainsi que l’état du système avec une diode avant (verte) et une diode arrière (rouge), – établir une communication sans fil point à point avec un module XBEE appairé, – établir des communications filaires multiple avec d’autres noeuds du bus CAN. Les motrices sont dépourvues de système d’attelage et peuvent au moment d’accélération fortes patiner sur leurs rails. 1.3 La station de base La station de base est constituée par : – la carte de développement MCBSTM32 (voir site de KEIL) comportant un µC STM32F103RB et quelques composants dont un écran LCD, des diodes, etc., – la carte « capteurs communicants »connectée à la MCBSTM32 (voir l’annexe C), 2 1.4. LE RÉSEAU CAN 3 – une barrière optique reliée à la carte « capteurs communicants ». Elle placée en un point de la boucle ferrée et est capable de détecter le passage d’une motrice, – un PC muni de la sonde de débogage KEIL ULINK ME et d’un cordon série permettant d’échanger des données avec la carte MCBSTM32. 1.4 Le réseau CAN A faire 1.5 L’alimentation A faire Version du document 2011a - Draft Carte puissance de la motrice Conception Réalisation Maintenance José Martin & Pascal Acco José Martin José Martin A Cette carte embarquée sur la motrice permet de remplir les fonctions suivantes : – récupérer l’alimentation électrique captée via les bogies du train sur les rails, – réguler l’alimentation électrique autour de 5 V et l’offrir à la carte µC, – transformer les signaux PWM issus de la carte µC pour fournir les signaux de puissance au moteur de la motrice, – fournir des signaux de codage incrémental de la rotation de l’arbre moteur (capteur de position relative de la motrice), – faire une mesure analogique brute du courant consommé par le moteur. A.1 Contraintes mécaniques Cette carte est vissée sur le chassie de la motrice à la place du couvercle initial de la motrice. Le moteur est maintenu sur le chassie par deux serre-fils en plastique. La carte fournit quatre entretoises pour une fixation de la carte µC située au dessus en mezzanine. Les diodes du codeur incrémental soudées sur une face de la carte doivent être positionnées à 12 mm du tambour strié positionné sur l’arbre moteur de la motrice avant réduction et transmission aux roues. Figure A.1 – Schéma technique de la carte de puissance 4 soudés sur fils fin loco. soudés sur fils fin loco. broches 4,5,6 du HE10-8pts femelle soudé sur fil noir et rouge moteur loco. IN ± 12V IN ± 12V OUT 0 V et 5 V IN TTL 3.3 V OUT ± 12 V OUT 0V, 0-3.3 V OUT TTL 5 V A12V1, A12V2 B12V1, B12V2 Bgnd, B5V EN, INPWM1, INPWM2 Bmot1, Bmot2 GND-sens, Isens PHI1, PHI2 broches 2 et 3 du HE10-8pts femelle broches 1 et 2 du HE10-2pts femelle broches 8 et 7 du HE10-8pts femelle connectique sens, valeur Connectique et signaux signal A.2 signaux en quadrature des codeur incrémentaux optiques masse et signal de mesure du courant dans le moteur commande bipolaire du moteur de la motrice validation et entrées PWM pour la commande bipolaire du moteur (pont en H) alimentation régulée alimentation issue du rail droit via les bogies avant et arrière alimentation issue du rail gauche via les bogies avant et arrière description A.2. CONNECTIQUE ET SIGNAUX 5 Version du document 2011a - Draft 6 ANNEXE A. CARTE PUISSANCE DE LA MOTRICE Descriptif du train Figure A.2 – Schéma électrique de la carte puissance Carte µC de la motrice Conception Réalisation Maintenance José Martin & Pascal Acco José Martin José Martin B La carte µC de la motrice est embarquée sur la carte de puissance et permet essentiellement de connecter la carte OLIMEX STM32-H103 qui intègre le µC STM32 à : – la carte de puissance de la motrice, – la carte de communication sans fil XBEE, – un bus de communication filaire CAN moyennant une adaptation électrique. La carte permet aussi de récupérer l’alimentaion 5 V issue de la carte de puissance et de maintenir celle-ci pendant de brèves micro–coupures inhérentes à l’alimentation par les rails pendant le roulage. De plus, la carte dispose de deux diodes luminescentes pour signaler le déplacement et son sens : une diode verte à l’avant de la motrice et une rouge à l’arrière. B.1 Contraintes mécaniques Cette carte est fixée en « mezzanine » sur les entretoises de la carte de puissance. Elle offre une connexion via deux connecteur HE10-25pts à une carte OLYMEX STM32-H103 contenant le µC d’une part et une connexion via deux connecteur HE10-10pts à une carte de communication sans fil ZeegBee (XBEE MAXSTREAM). Une entretoise est fixée en milieu de carte pour servir de détrompeur lors du branchement de la carte OLIMEX, les connecteur HE10-2pts empêche une mauvaise connexion de la carte XBEE. Un mat flexible réalisé à partir d’un câble électrique épais (5mm2 ) permet de maintenir une paire torsadée constituant le bus de communication filaire de type CAN. Figure B.1 – Schéma technique de la carte µC 7 8 B.2 ANNEXE B. CARTE µC DE LA MOTRICE Connectique et signaux Connexion entre la carte de puissance (HE10-8pts mâle) et la carte OLIMEX (paire de HE10-25pts mâle) Les signaux sont directement reliés sans adaptation de niveau comme indiqué sur le schéma électrique. La carte de puissance fournit à la carte Olimex l’alimentation qui est maintenue par deux condensateurs en cas de rupture brève d’alimentation par les rails. Connexion entre la carte de puissance (HE10-2pts mâle) et la carte OLIMEX (paire de HE10-25pts mâle) La mesure du courant Isens issue de la carte de puissance est filtrée par un filtre RC et transmise à la broche PC2 du STM32 de la carte OLIMEX. Connexion entre la carte ZEEGBEE (paire de HE10-10pts mâle) et la carte OLIMEX (paire de HE10-25pts mâle) Les signaux sont directement reliés sans adaptation de niveau comme indiqué sur le schéma électrique. La carte de puissance fournit à la carte ZeegBee l’alimentation. Connexion entre la carte OLIMEX (paire de HE10-25pts mâle) et le bus CAN Les signaux R et D du bus CAN issus des broches PB8 et PB9 du STM32 (en utilisant le remap) de la carte OLIMEX sont adaptés à la paire différentielle du bus CAN par le SN69HVD230. Ce dernier est alimenté par la carte de puissance et délivre les signaux CANH et CANL sur les broches 2 et 1 du connecteur HE10-2pt mâle. Un emplacement est prévu pour positionner le bouchon résistif de 100Ω de bout de ligne CAN mais aucune résistance n’y est placé car chaque motrice n’est pas forcément en bout de bus. Descriptif du train B.2. CONNECTIQUE ET SIGNAUX Figure B.2 – Schéma électrique de la carte µC 9 Version du document 2011a - Draft Carte « capteurs communicants »de la sation de base Conception Réalisation Maintenance Gérard Rayssac & Guillaume Auriol Gérard Rayssac Gérard Rayssac C La carte « capteurs communicants »est embarquée sur la station de base et est connectée à la carte de développement Keil MCBSTM32 pour offrir : – une connexion ZEEGBEE en se connectant à un module sans fil XBEE, – une connexion RF en se connectant à un module sans fil RT606, – 3 connexions logiques IN ou OUT (configuration par cavaliers) vers un capteur/actionneur externe, – 3 entrées analogiques protégées pour recevoir les signaux de capteur externes. La carte peut fonctionner grâce à l’alimentation fournie par la carte MCBSTM32 lorsque son port USB ou JTAG est branché, ou bien récupérer une alimentation 5 V sur un connecteur HE103pts et la redistribuer vers la carte MCBSTM32 et les modules XBEE et RF. C.1 Contraintes mécaniques Cette carte est enfichée sous la carte MCBSTM32 via les 4 connecteurs HE10-15pts nommés PA, PB, PC, PD. Une partie de la carte est accessible afin d’y positionner les modules RF et XBEE et connecter les capteurs externes. C.2 Connectique et signaux 10 C.2. CONNECTIQUE ET SIGNAUX 11 Figure C.1 – Schéma technique de la carte « capteurs communicants » Version du document 2011a - Draft 12 ANNEXE C. CARTE « CAPTEURS COMMUNICANTS »DE LA SATION DE BASE Figure C.2 – Schéma électrique de la carte « capteurs communicants » Descriptif du train