Controleur de Lumière

De fablabo



Une centrale de phares clignotants pour velo ou velomobile



Résumé

Le travail de cette semaine à la fabacademy est de construire un circuit actionneur, et de le piloter avec un microcontrolleur.

J'en profite pour réaliser une centrale phares/clignotants pour mon vélomobile.

Pour exploiter un peu plus les possibilités du tiny (car sans ça j'aurais put fair tout ça sans microcontroleur), je vais créer des fonctionnalités de type code/phares (en PWM) et clignotants/warnings

Design du circuit

J'utilise FabModules pour dessiner le circuit  : make_cad_png

Il s'agit d'un ATTINY44, piloté par 3 interrupteurs, pour actionner 3 mosfets.

La carte est pourvue d'un régulateur de tension, ainsi, les lumières pourront être alimentés à différentes tensions.

D'après le datasheet du mosfet (N) , et du régulateur on peut alimenter le circuit jusquà 30V

Fichier:Light.central.44.cad

Light.central.traces.name.png Light.central.44.interior.holes.png

ATTENTION il n'ya pas de diode à l'entrée du régulateur ! si on branche l'alim à l'envers, il brule !

Light.central.board.png

Liste des composants

identifiant composant quantité
D1,D2,D3 Leds rouge 1206 cms 3
R1 Résistance 1206 cms 10Ko 1
R2,R3,R4 Résistance 1206 cms 100 Ohms 3
C1 condensateur 1206 cms 1uF 1
IC1 ATtiny44SSU 1
IC2 régulateur 5V/100mA LM3480IM3-5.0 1
T1,T2,T3 Mosfets N 30V 1.7A 3
J1 Connecteur ISP 6 broches 1
J2,J3,J4,J5 borniers à vis pas de 3.5mm 4

Fabrication

Lors de la gravure, comme j'étais incertain de l'horizontalité du plan de travail, j'ai réglé dans fabmodules une profondeur légèrement plus importante que la normale : 0.12mm au lieu de 0.1

Light.control.milled.board.jpg

On voit la différence car les inter-pistes sont beaucoup plus creux, alors les pistes et les motifs fins sont plus fragiles : c'est notamment flagrant pour le texte, mais il faudra se méfier lors de la soudure, car les pistes fines pourront avoir tendance à se décoller.

Light.control.soldered.board.jpg

Bien que je m'améliore à chaque fois, je pense que j'ai encore quelques progrès à faire en soudure ;)

Les borniers à vis, traversants, sont soudés au dos du circuit.


J'ai utilisé le petit code ci-dessous pour tester le circuit : j'ai dut m'y reprendre à plusieurs fois pour corriger toutes les petites erreurs de soudure.

Code

Je vais coder en C, en partant des exemples du cours du jour

fonctionnement désiré

en entrée

3 interrupteurs sont câblés avec le connecteur ISP aux entrées PA4, PA5 et PA6 reglées en pullup


1 bouton poussoir (PA4) : à chaque relâchement du bouton on change de mode pour les phares : code > phares > éteint

pendant l'appui, on est en plein phares (pour faire des appels de phares)


2 interrrupteurs monostables (PA5 et PA6) : les clignotants

si on déclenche un clignotant alors que le bouton des phares est allumé, on passe en warnings.


en sortie

Les pins PA0 PA1 PA2 sont câblé sur les mosfets



Premier test

Pour valider le circuit

j'ai fait un code simple qui fait clignoter les sorties

Fichier:Hello.blink.3.44.zip

J'avais commencé avec une alimentation à découpage de récupération, mais le microcontroleur ne répondait pas bien. Il semble que l'alimentation chutait beaucoup en tension sous la charge, pourtant pas si énorme...

Finalement, j'ai mis une pile 9V et ça fonctionne bien

interruptions

Les clignotants...clignoteront, donc, ça serai judicieux d'utiliser des interruptions pour détecter les changements des boutons même pendant le delay de clignotement.

quelques ressources à propos des interruptions sur le tiny :

http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=105493

http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__interrupts.html


dans le datasheet, on voit que les trois entrées des boutons sont sur le même port d'interruption


J'ai pour l'instant pas implémenté la fonction warning.

Pour mettre en action les interruptions, j'ai renseigné la fonction ISR(PCINT0_vect) qui est appelée à chaque interruption sur les pins concernés.

Il faut donc écrire dans cette fonction les tests et les actions à effectuer en cas d'actionnement d'un des pins surveillés

ISR(PCINT0_vect) // interrupt service routine { // called when PCINT0 changes state


 /////////////BLINKERS
 if((!(button_pins & LeftBton_pin)) && blink_mode==0 ){      
     blink_mode=1;
 }
 
  if((!(button_pins & RightBton_pin)) && blink_mode==0  ){
     blink_mode=2;
 }
   
if((button_pins & RightBton_pin) && blink_mode==2){
    blink_mode=0;
    }
      
   if((button_pins & LeftBton_pin) && blink_mode==1){
    blink_mode=0;
    }
   
   
   /////////////////LIGHT
   if(!(button_pins & LightBton_pin) && btonLightState==0){
       //LightBton_pin rise up
       //
       btonLightState=1;
   }
   if((button_pins & LightBton_pin) && btonLightState==1){
       //LightBton_pin rise down
       btonLightState=0;
       //change light mode
       if(light_mode<2) {
           light_mode+=1;
       }else{
           light_mode=0;
       }       
   }
 
 
  return;

}


Ensuite, dans le début du programme, j'ai activé le port d'interruption lié aux pins 0 à 7, soit PCIE0

Puis réglé le masque de surveillance sur les pins qui m'interressent (pour ne pas que la routine se déclanche lorsque les sorties sont activées

enfin, j'ai activé le mode interrupt :

   GIMSK |= (1<<PCIE0);                             // enable PCIE0 interrupt 
   PCMSK0 = (1<<PCINT4)|(1<<PCINT5)|(1<<PCINT6);   // pin change mask: listen to portA 4, 5 and 6
   sei();				           //Enable Global Interrupt

pwm

pour régler l'intensité des lumières je compte utiliser du PWM

hélas, les sorties que j'ai utilisées n'on pas la fonction hardware

heureusement, on peut fabriquer un pwm en soft :

http://www.kobakant.at/DIY/?p=3393

La difficulté est de faire du PWM sur les phares sans perdre la temporisation des clignotants

le principe est le suivant :

Blink_delay correspond à la durée de clignotement des clignotants


  • on allume les clignotants si besoin
  • pendant 10 cycles d'une durée de (Blink_delay/10) on allume (et on étient si besoin) les phares
  • on étiend les clignotants
  • pendant 10 cycles d'une durée de (Blink_delay/10) on allume (et on étient si besoin) les phares


le code de ce pwm du pauvre est :

void poormanPWM(){//for lights int i;

    for (i=0; i<10; i++) {
          if(light_mode!=0){
              set(Lights_port,Light_pin); // Turn light on if necessary
          }else{
              clear(Lights_port,Light_pin);//else shut it
              }
          long_delay_ms(blink_delay/20);
          if(light_mode==1) clear(Lights_port,Light_pin); // Turn light off half time in low mode
          long_delay_ms(blink_delay/20);
          
       }
   

}


Lensemble du code final est téléchargeable ici : Fichier:Light.control.44.c.zip

Essais

on programme le tiny en tapant

make -f Light.control.44.make program-usbtiny 


à vide

Comme j'ai mis des leds témoin sur le circuit, j'ai put coder tout le programme sans mettre de charge sur les mosfets.

j'avais également monté un petit tableau de bord de fortune pour câbler des interrupteurs.

Le comportement est complètement conforme à mes attentes :

  • chaque appui sur le bouton poussoir des phares change de mode d'éclairage : OFF / LOW / HIGH
  • Les clignotants s'allument et s'éteignent sans (pratiquement) interférer avec le phare


en charge

Light.control.working.board.jpg

j'ai câblé un petit ruban de led 12V pour tester. Il est un peu sous alimenté, mais ça fera l'affaire pour le moment.

Le mosfet des phares fonctionne bien

Hélas, lorsque j'active un des clignotants, cela ne fonctionne plus.

En testant les mosfets des clignotants, je m'aperçoi qu'ils ne fonctionnent pas. Il doit y avoir un problème de soudure mais je ne suis pas au lab. Je devrais corriger ça plus tard.

Diagnostic (temporaire)

  • les mosfets des clignotants sont à revoir
  • peut-être que la charge cumulée des leds indicateurs fait chuter la tension du régulateur qui est un peu limite : il serait bien
    • de changer le régulateur par un plus puissant
    • de mettre des résistances plus fortes sur les leds indicateurs

ou bien mon circuit d'indication perturbe le déclenchement du mosfet, il faudrait alors mettre les leds indicateurs en aval du mosfet (avec des résistances dimensionnées pour la tension d'alimentation)

Version 2

je modifie le circuit pour trois raisons :

  • installer un régulateur plus puissant
  • élargir les pistes de puissance
  • ajouter un capteur de lumière pour piloter les phares

régulateur de tension

Le nouveau régulateur peut fournir jusqu'à 1 Ampère : http://fr.rs-online.com/web/p/regulateurs-de-tension-a-faible-chute-ldo/7615618/ datasheet:LM2940IMP

Tension d'entrée maxi : 24V protection contre les cablages inversés

vu la puissance, je peux envisager d'alimenter les lampes avec

Par contre, il apparait qu'il faut un condensateur de lissage d'au moins 22uF : absent du fabinventory

J'ai heureusement trouvé des condensateurs 47uF dans l'atelier...

J'ai du créer un objet dans fabModules :

class C_5mm(part): class C_5mm(part):

  #
  # 5mm capacitor
  #
  #     
  def __init__(self,value=):
     self.value = value
     self.labels = []
     self.pad = [point(0,0,0)]     
     #self.shape = rectangle(-.02,.02,-.11,-.019)    
     self.shape = cube(-.02,.02,-.11,-.019, 0,0)
     self.pad.append(point(0,0.05,0))      
     self.labels.append(self.text(self.pad[1].x,self.pad[1].y,self.pad[1].z,'-'))      
     self.shape = add(self.shape,cube(-.02,.02,.019,.11,0,0))      
     self.pad.append(point(.0,-.05,0)) 
     self.labels.append(self.text(self.pad[2].x,self.pad[2].y,self.pad[2].z,'+'))

à noter que j'ai découvert une particularité du code : pour faire des traces qui ne dessinent pas aussi des trous, il faut utiliser des primitives de volume (cube, cylinder...), les formes plates (square,circle) provoquant des trous.

Le circuit principal

j'ai repris le même schéma en élargissant les pistes de puissance.

J'ai créé une dérivation pour avoir le choix d'alimenter les lampes soit en 5V régulé, soit avec l'alimentation principale (6 à 12V)

Light.central.v2.44.board.pngLight.central.v2.44.cut.pngLight.central.v2.44.traces.png

les fichiers sont en 72pixels/mm

  • R2,R3,R4 = 100k

Le capteur de lumière

en alternative au bouton, j'ai produit un détecteur de lumière pour actionner les phares directement quand la lumière ambiante baisse.

Light.Detector.board.png Light.Detector.cut.png Light.Detector.traces.png

le capteur est un Optek OP580 (phototransistor)


Work in progress : Media:Lumvelo.zip


Fabrication

Fraisage

Le circuit est réalisé en fraisage avec la Modela MDX20

Soudure des composants

Lumvelo.soude.jpg

Cablage

Le circuit a deux ou trois options de cablage :

  • on peut choisir la tension d'alimentation des lumières
  • on peut éventuellement cabler le capteur de lumière avec les interupteurs (du code doit être écrit)

LightControl.wiring.png

Tests

sans charge, ça fonctionne bien

mais lorsqu'on câble des leds derrière les mosfets, ça fait des trucs bizarres

Avec Laurent, j'ai découvert que même sans charge, l'alim perd 1 V quand on actionne les inter de clignotants : ça fait beaucoup alors je check mon code

Je pense que les entrées en pullup fonctionnent bizarrement.


Je vérifie la mise en oeuvre des résistances pullup http://www.micahcarrick.com/avr-tutorial-switch-debounce.html


Debuggage

Avec l'aide de Laurent, j'ai réussi à isoler le problème :

En voulant configurer mes entrées numériques en "pullup", je les ai configurées en sortie, donc lorsqu'on actionnai un interrupteur, elles tentaient de fournir un maximum de courant (car étant reliées à la masse, elle provoquaient un court circuit).

J'ai donc changé le code  :

// initialise button pins pullup

  //
  set(button_port,LeftBton_pin); 
  set(button_port,RightBton_pin) ;
  set(button_port,LightBton_pin); 
   //initialise inputs
  set(Lights_direction,LeftBton_pin); 
  set(Lights_direction,RightBton_pin); 
  set(Lights_direction,LightBton_pin) ;


par

// initialise button pins pullup
  button_port |= _BV(PA4);
  button_port |= _BV(PA5);
  button_port |= _BV(PA6);


Finalement le code fonctionne !


Fichiers finaux

Je publie d'hors et déjà les fichiers de fabrication finaux, avant d'implanter le circuit dans mon vélomobile