Version du 25 novembre 2018 à 16:56

Présentation générale

Création d'une platine programmable basée sur un Atmega 2560 à destination de l'association Robotech

Description

Le club Robotech de Polytech Lille conçoit et programme comme leur nom le suggère des robots sous diverses formes (bras, automates, robots sur roue, etc.). Afin de répondre à leurs besoins, une plateforme de programmation basée sur un atmega2560 leur est nécessaire afin de simplifier la commande et l'intégration des robots.

Objectifs

La plateforme possède un cahier des charges strictes, elle peut être alimentée via une batterie 24V (ou équivalent lipo, soit 22,2V ou 26V, c'est-à-dire une batterie 6S ou 7S), elle est programmable par USB, elle possède à minima deux contrôleurs moteurs à courant continu et une connexion sans fil afin de la reprogrammer et de communiquer, elle possède également les entrées/sorties inhérentes à ce microcontrôleur

Une documentation doit accompagnée la carte quant à ses limites en termes de tensions et de puissances admissibles.
Elle doit être fabriquée entièrement à partir de composants CMS. Bien qu'aucune limite de taille n'ait été prononcée, elle doit bien évidemment resté dans un format suffisamment compact pour être embarquée.

Fonctions

La carte regroupant différentes fonctions, nous devrons gérer efficacement les différents étages d'alimentations, ainsi que faire attention à la consommation générale pour garantir une autonomie correcte. Nous utiliserons donc différents chipsets :

• Bien évidemment, un microcontrôleur Atmega 2560
• Deux modules FTDI :
  • Un pour la connexion USB
  • Un pour la connexion sans fil

Peut-être pourrons-nous utiliser un module sans-fil disposant d'une connexion I2C, SPI ou UART,
et ainsi nous dispenser de ce module supplémentaire

• Plusieurs régulateurs de tensions dont :
  • Plusieurs régulateurs de 5V supportant 1A (ou plus) en sortie pour alimenter le microcontrôleur,
  • un régulateur de tension 24V en sortie pour les moteurs,
  • éventuellement un ou plusieurs régulateurs 3V3 pour les différents modules comme le FTDI, ou le module sans-fil

Ces derniers n'interviendront que si les modules nécessitent une alimentation plus faible Dans ce cas, il peut être intéressant d'alimenter l'ensemble du système de contrôle à cette tension.

Ces régulateur devront accepter une grande plage de tensions,
idéalement allant de 10V à 30V, en cas d'utilisation sur une alimentation de laboratoire lors de tests.

Contraintes

Comme la carte peut se programmer via USB, une attention toute particulière doit être porter quant à l'alimentation de celle-ci.
En effet, il faut éviter toute surtension lors du branchement à l'ordinateur en désactivant l'alimentation de la batterie si jamais celle-ci est connectée.
De plus, les pistes doivent être bien dimensionnées afin d'éviter la surchauffe des pistes et, par conséquent, celle de la carte. Ce matériel étant amené à piloter des puissances relativement importantes (jusqu'à 50W par moteur), il est également judicieux de faire attention à sa température et aux effets joules présents.
Également, il faudra faire attention aux tensions d'alimentations, aux courants et leurs sens, et les niveaux d'alimentations pour ne pas abimé ni la batterie ni la carte. Pour cela, un ensemble de diodes judicieusement choisies sera connecté à chacune des fonctions. Par exemple, des diodes zener en série sur la batterie pour s'assurer d'avoir une tension minimale et/ou ajouter également un circuit logique désactivant la carte si l'alimentation est trop basse.

Les E/S (entrées/sorties) doivent également être facilement accessibles. Ainsi, pour connecter les moteurs, j'ai décidé d'utiliser des borniers à vis, cela permettant de connecter et déconnecter à volonté et facilement les moteurs. Pour l'alimentation, il peut être judicieux d'adapter directement une connexion XT(30 par exemple) pour brancher directement dans un format standard des batteries lipo. Ce point pourra être revu avec Robotech et les encadrants. Pour le reste des E/S, des headers seront utilisés.

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Cette carte n'a en soit rien de nouveau. En effet il existe déjà des dizaines de cartes de ce type, par exemple à destination des imprimantes 3D, ou encore différents modules (shield) Arduino qu'il suffit alors d'empiler les uns sur les autres.
Pour l'analyse des concurrents, j'utiliserai donc ces deux exemples. Cependant, l'avantage de posséder une telle carte propre à Polytech Lille est intéressant, la carte pourra :

• être améliorée au gré des besoins des différents étudiants et du club Robotech,
• fournir une base d'étude solide pour différents modules d'enseignements (microprocesseur, temps réel, systèmes, etc, conception de circuit électronique, parmi d'autres)
• être entièrement réalisable à l'école, offrant l'occasion d'améliorer ses compétences pratiques pour l'utilisation des machines spécifiques à ce type de projets tels que les fers à souder, les fours CMS et les appareils de gravure PCB.
• ainsi être répliquée "à l'infini"

Et c'est quand même plus fun et plus sympa de réaliser ce genre de carte de A à Z plutôt que de jouer aux lego ou de commander une carte entière qui ne sera pas forcément adaptée à tous nos besoins.

Analyse du premier concurrent

Carte basée sur un atmega 2560 à destination d'une imprimante 3D de type RAMPS

Cela pourrait être Tevo, comme Anet, ou pour citer un plus connu Ultimaker, il existe beaucoup de points communs entre la carte que je souhaite réaliser et ce type de matériel. Tous deux disposent de contrôleurs moteurs, même s'il s'agit de moteurs pas à pas, d'une alimentation continue pouvant être importante et de plusieurs E/S possibles supplémentaires.
Bien que basée sur un système d'exploitation (nommé Marlin pour les différentes cartes opensource), rien n'empêche de programmer ces cartes manuellement.

Il existe deux grandes versions :

• Une carte Arduino Mega couplée à un shield RAMPS :

Shield RAMPS v1.4 destiné à l'Arduino Mega

Analyse du second concurrent

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Réponse à la question difficile

Préparation du projet

Cahier des charges

Choix techniques : matériel et logiciel

Liste des tâches à effectuer

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Prologue

Semaine 1

Semaine 2

Documents Rendus