Cet article présente la conception électronique du prototype de commande de la console de commandes du diorama de la Batcave du projet BATLab112.
Introduction
La réalisation du diorama technique du projet BATLab112 requiert la mise en œuvre d’une infrastructure de commande fiable, didactique et cohérente avec les fonctions attendues du dispositif final. La console de commande, élément central de l’interface opérateur, constitue à ce titre un module critique. Elle assure l’articulation entre les commandes manuelles, les systèmes d’automatisation futurs et l’ensemble des actionneurs mécaniques, notamment le moteur de la plateforme rotative.
Après validation du concept mécanique de la console et de l’agencement des composants électroniques (écrans, boutons, commutateurs, microcontrôleurs), une première étape de prototypage électronique a été entreprise. L’objectif de cette phase est de vérifier la pertinence des choix techniques, d’évaluer l’ergonomie des modes de commande et de valider les comportements fonctionnels avant passage à une intégration définitive.
Le présent document propose une description détaillée de cette première version électronique, de son architecture générale aux essais menés sur maquette, en adoptant une démarche rigoureuse conforme aux standards de conception en électronique appliquée.
+ d’infos sur la conception préliminaire de la console de commande :
Schéma électronique
Architecture générale du système
La structure électronique de la console de commande repose sur un schéma de principe élaboré à l’aide du logiciel libre KiCad, choisi pour sa flexibilité, sa richesse fonctionnelle et sa compatibilité avec les environnements de prototypage rapide.
L’architecture est organisée en deux sous-systèmes principaux :
- Le module de gestion des commandes manuelles, intégrant les commandes de l’opérateur (boutons, commutateurs, voyants).
- Le module d’interface de puissance, assurant la mise en forme et la distribution des signaux vers le moteur à courant continu responsable de la rotation de la plateforme.
Cette séparation fonctionnelle répond à un impératif de lisibilité du schéma mais également à une logique de modularité favorisant les évolutions ultérieures.
KiCad
Ce schéma électronique est réalisé avec la suite logicielle KiCad distribuée librement.
Sous-système de gestion des commandes
La partie supérieure du schéma se divisent en 5 parties dédiées à la gestion des commandes. La partie inférieure du schéma est dédiée à l’interface entre les commandes et l’alimentation du moteur de rotation de la plateforme.
Mise sous tension – arrêt général
La mise sous tension générale est réalisée au moyen d’un relais à auto-maintien, solution fréquemment adoptée dans les environnements industriels.
Le principe consiste à maintenir l’alimentation du circuit tant que le relais reste excité, l’opérateur pouvant interrompre cette excitation via un bouton poussoir d’arrêt.
Cette architecture garantit la sécurité fonctionnelle du dispositif tout en simplifiant le comportement de remise en service.
Sélection du mode Auto / Manuel
Un commutateur à deux positions permet de choisir entre un mode automatique et un mode manuel. Ce choix conditionne la provenance des signaux de commande :
- En mode manuel, les boutons opérateur commandent directement les relais gérant le sens de rotation.
- En mode automatique, ces mêmes relais sont pilotés par l’unité d’automatisation (qui sera intégrée dans une phase ultérieure du projet).
- BP_ON : Bouton poussoir de commande du relais K1
- K1 : Relais dont un contact est utilisé pour assurer son auto-maintien. Le deuxième contact est utilisé pour mettre sous tension tout le reste du montage.
- BP_OFF : Bouton poussoir de coupure de l’alimentation du relais K1.
- Led_ON : Led dont l’allumage dépend du deuxième contact du relais K1.
- SWITCH AUTO/MAN : Commutateur permettant d’alimenter soit les relais K2, K3 et la Led Led_AU, soit la Led Led_MA seule.
- K2 : Relais dont un des contacts autorise la mise sous tension de la suite du montage.
- K3 : Relais dont les contacts aiguilles vers l’interface de puissance du moteur, les commandes manuelles ou les commandes automatiques.
- Led_AU : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur SWITCH AUTO/MAN en position AUTO.
- Led_MA : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur SWITCH AUTO/MAN en position MAN.
Sélection du mode Switch / Pulse
La sélection entre le mode switch et le mode pulse est assurée par un commutateur à 2 positions.
- SWITCH PULSE/SWITCH : Commutateur permettant d’alimenter soit K4 et Led_Pulse, soit K5 et Led_Switch.
- K4 : Relais dont un contact va autoriser les commandes manuelles en mode pulse.
- K5 : Relais dont un contact va autoriser les commandes manuelles en mode switch.
- Led_Pulse : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur en position Pulse.
- Led_Switch : Led dont l’allumage est commandé par le commutateur en position Switch.
Switch & Pulse Commands
Les commandes manuelles en mode pulse sont assurées par des boutons poussoirs classiques. Il est nécessaire de maintenir l’appui sur le bouton poussoir maintenir la commande.
Les commandes manuelles en mode switch sont assurées par des boutons poussoirs à maintien de position. un premier appui bloque le bouton poussoir en position pour activer la commande. Un second appui, libère la position du bouton poussoir est arrête la commande.
- PB1_PULSE: Bouton poussoir de commande de la rotation du moteur dans un sens.
- PB2_PULSE : Bouton poussoir de commande de la rotation du moteur dans l’autre sens.
- PB1_SWITCH : Bouton poussoir à maintien de position pour commander la rotation du moteur dans un sens.
- PB1_SWITCH : Bouton poussoir à maintien de position pour commander la rotation du moteur dans l’autre sens.
Controller commands
Les contacts du relais K3 permettent d’aiguiller vers le moteur, soit les signaux des commandes manuelles soit ceux des commandes automatiques.
LED_R1 : Led dont l’allumage est commandé par une commande pulse ou switch pour un même sens de rotation du moteur.
LED_R2 : Led dont l’allumage est commandé par une commande pulse ou switch pour un même sens de rotation du moteur.
DC Motor controller
L’interface de puissance qui assure le pilotage du sens de rotation du moteur à partir des signaux de commandes numériques manuelles ou automatiques est une carte électronique basée sur un L298N.
Maquette
Afin de valider ces choix, une maquette physique du circuit a été réalisée. Le câblage sur plaque expérimentale (protoboard) a permis :
- de vérifier la cohérence des connexions ;
- de confirmer la compatibilité électrique entre les éléments ;
- d’effectuer une série de tests fonctionnels (mise sous tension, bascules de modes, commandes moteurs).
Cette démarche de prototypage intermédiaire est conforme aux bonnes pratiques de l’ingénierie électronique, permettant de déceler d’éventuelles incohérences avant la production d’un circuit imprimé ou l’intégration dans l’environnement mécanique définitif.
Test de fonctionnement
Cartes électroniques
Conclusion
Cette première itération électronique de la console de commande du diorama BATLab112 constitue une étape structurante du projet. Elle permet de valider l’ensemble des fonctions de base : gestion de la mise sous tension, sélection des différents modes de commande, pilotage du moteur de la plateforme rotative et évaluation de l’ergonomie opérateur.
L’architecture modulaire mise en place offre une marge significative pour les développements ultérieurs, notamment :
- l’intégration d’un système de contrôle automatisé basé sur Arduino ou équivalent,
- la mise en place d’un affichage en temps réel via un écran TFT 2,8’’,
- la migration vers un câblage définitif en adéquation avec les contraintes mécaniques du diorama.
En ce sens, ce prototype représente un jalon essentiel dans la transition entre la conception préliminaire et la validation fonctionnelle du dispositif final, illustrant une démarche académique structurée et reproductible.
BATLab112 