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