Commande d`un servomoteur sans programme

Commande d'un servomoteur sans programme
Extrait du PoBot
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Commande d'un servomoteur
sans programme
- Composants - Les sorties - Les moteurs électriques - Les servomoteurs -
Date de mise en ligne : lundi 19 janvier 2009
Description :
Il est possible de contrôler un servomoteur simplement en utilisant une sortie numérique tout ou rien pour indiquer si le servo doit rejoindre une position
prédéfinie (gauche ou droite, ouvert ou fermé, etc..). On va le faire le plus simplement possible, soit par électronique non programmable, soit avec un
microcontrôleur auxiliaire.
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Commande d'un servomoteur sans programme
Sommaire
• Solution 1 : le NE555
• Solution 2 : un microcontrôleu
Les servomoteurs sont très utilisés en robotique. Nous leur avons consacré un grand nombre d'articles. Ce sont des
modèles courants en modélisme, et ils se pilotent habituellement avec une radio-commande, donc le signal de
contrôle est universel et il est possible de le reproduire avec une puce programmable, comme Eric l'a présenté
dans un excellent article : Bouge ton servo
Ici nous expliquons comment ne pas recourir à la programmation : on peut utiliser quelques composants
électroniques simples et courants pour obtenir la commande en position d'un servomoteur.
L'objectif est le suivant : ne pas implémenter dans un micro-contrôleur le signal particulier nécessaire à un
servomoteur mais utiliser une carte auxiliaire prenant en entrée un niveau logique binaire (0 ou 1) pour obtenir un
changement de la position du servomoteur.
Les raisons sont les suivantes, au choix :
les ressources de calcul du contrôleur principal sont limitées
pas de contrôleur du tout (le cas des cartes I/O type Phidget ou K8055)
Solution 1 : le NE555
Carte avec NE555
connecteurs de chaque côté
On va commencer par un circuit intégré très connu, le NE555 qui existe depuis plus de 35 ans et rend toujours de
très bons services. Vous trouverez un très bon article de présentation ici :
Tutoriel Robotix.fr sur le NE555 [http://www.robotix.fr/tutoriel-1-6-composant-le-ne555.html]
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Il suffit d'ajouter une résistance et un condensateur et on obtient un signal carré "monostable" qu'on peut déclencher
une fois. Le but est de reproduire le signal nécessaire à un servomoteur :
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niveau bas pendant environ 20 millisecondes
niveau haut entre 1 et 2 ms selon la position souhaitée
Bien sûr le NE555 devra reproduire ce signal régulièrement, on va donc utiliser le NE555 en "astable" (voir le site de
robotix.fr cité au début de cet article).
Pour celà, on va alterner la charge et la décharge en utilisant des valeurs de résistances et de condensateurs bien
précises permettant d'obtenir les temps souhaités.
Utilisation d'un montage proposé
Un montage sensé atteindre le but fixé est proposé sur le Wikibot de Planète-Sciences" : NE555 pour contrôler un
servo [http://www.planete-sciences.org/robot/wikibot/index.php/Commande_simple_d'un_servo-moteur] mais trop
insuffisant à mon goût, donc on va reprendre point par point.
Voici la liste du matériel utilisé :
1 circuit intégré NE555 (temporisateur monostable ou astable)
1 transistor PNP BC558 (TO92)
1 diode 1N4148
1 résistance 150 kOhms
1 résistance 200 kOhms
1 condensateur 100 nF ou 10 nF
1 condensateur 220 nF
1 potentiomètre / résistance variable ( 20 kOhms)
1 potentiomètre / résistance variable ( 10 kOhms)
Datasheet NE555
version Philips.
Datasheet diode 1N4148
Datasheet transistor BC558
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Datasheet potentiomètre "trimpot"
Le transistor permet d'avoir deux positions : selon qu'on ouvre ou ferme le circuit grâce à une entrée numérique sur
la base, on ajoute la valeur de la résistance, faisant passer la constante de temps de l'autre côté de la valeur
médiane (en gros de 1 à 2 ms si on prend les extrêmes).
Pour comprendre le fonctionnement d'un transistor, regardez cette animation sur le site de l'Université du Mans :
théorie du transistor [http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/transiec.html]
Circuit schématique et implantation des composants
On peut choisir de réaliser le circuit avec un logiciel de CAO électronique comme Eagle ou utiliser un petit outil pour
simuler le placement des composants sur une plaque d'essai à bandes ("veroboard" ou "stripboard" en anglais).
Schéma du circuit de commande
Circuit d'implantation
Implantation sur veroboard
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Premier test : tel quel
On implante tous les composants selon ce circuit sur une plaque d'essai. C'est assez facile, ce n'est pas encore le
montage définitif donc on prend de la place, surtout pour pouvoir laisser passer les différents fils qu'on va ensuite
connecter : alimentation 5v, ligne de commande et retour vers le servo, plus toutes les connexions de test, par
exemple les grippe-fils pour l'analyseur logique Saleae Logic.
Montage préliminaire sur breadboard
On va d'abord faire des tests juste avec l'alimentation et regarder le signal obtenu en sortie du montage (à la place
du servomoteur)
On connecte ensuite l'Arduino et un servomoteur :
Connexion Arduino et servo
Les points rouge et noir sont le 5V et la masse (en provenance de l'Arduino ou de la carte microcontrôleur et à
destination du servo)
Le point vert est l'entrée HIGH ou LOW pilotée par le microcontrôleur et le point bleu est la sortie de commande du
servomoteur. Tel que le schéma de principe l'indique, c'est ici qu'il faudrait se connecter, ce qu'on fait pour notre
premier test.
Et là c'est le drame : le servo se bloque et fait un méchant bruit. On regarde à l'analyseur, le créneau dépasse les 3
millisecondes dès qu'on connecte le servo, alors qu'il reste sagement entre 1 et 2 millisecondes (signal typique
souhaité) quand le servo est déconnecté &mdash;> le montage proposé est calamiteux, théorique et ne peut pas
marcher tel quel. En tout cas c'est ma conclusion et j'aimerais bien que les auteurs m'expliquent comment ils l'ont fait
fonctionner (c'est bien les wiki pour l'anonymat).
Second test : un étage supplémentaire
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On va donc protéger le circuit pour empêcher le servomoteur de parasiter le signal. Pour cela j'ai pris ce que j'avais
sous la main, une diode (et pas une led) et une résistance. Voici le schéma.
Schéma complet avec correction
en haut à gauche, une diode et une résistance.
Et maintenant ça va mieux : on a bien nos deux créneaux à 1,1 ms et 1,8 ms réglables avec les potentiomètres :
Signal correct
Il y aurait certainement des améliorations à faire : regarder à l'oscilloscope (que je n'ai pas) d'où venait les parasites
et mieux choisir le filtre diode/résistance.
Solution 2 : un microcontrôleur
Et oui, on peut décharger la gestion du micro-contrôleur principal en utilisant un µC secondaire qui va écouter sur 1
entrée numérique le choix et gérer le servo comme on le fait habituellement. Il y a donc un programme, mais externe.
Par exemple, avec un simple petit ATtiny13 à 8 pattes ou dans mon cas un ATtiny2313 qui fait tout de même 20
pattes, on va implémenter un programme très simple qui écoute sur une ligne d'entrée la commande et va piloter le
servomoteur sur une ligne en sortie. Ok il y a du code à exécuter, mais c'est simplement déporté dans une puce
auxiliaire et les ressources du contrôleur principal sont toujours préservées !
AVR ATtiny2313 - datasheet résumée
Code source
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En utilisant WinAVR et la bibliothèque "delay" de AVR-libc pour attendre un nombre de millisecondes précis.
int main(void) { // port en sortie (servo) sbi(DDRB,0); // port en sortie (led de contrôle) sbi(DDRD,1);
cbi(PORTD,1); // port en entrée (commande position 0 ou 1) cbi(DDRD,0); cbi(PORTD,0); // pull-down while (1)
{ sbi(PORTB,0); if (inb(PIND) & 0x01) { cbi(PORTD,1); _delay_ms(1.3); } else { sbi(PORTD,1);
_delay_ms(1.8); } cbi(PORTB,0); _delay_ms(20); } return 0; }
C'est vrai que ça fait un peu "grosse cavalerie" et je ne regrette pas d'avoir tenté avec le NE555, mais quand même
on aurait eu moins de composants sur la carte et une plus grande précision dans la gestion des créneaux.
Avec la version NE555, je n'ai pas réussi à avoir les limites du servo et il ne tournait que de 90° et encore !
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