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Résumé
Cet article présente le test d’intégration final du système de commande du pont élévateur du diorama Batcave BATLab112. Basé sur un Arduino Nano R4 pour le contrôle des moteurs et un Arduino Mega pour la console de supervision, ce système assure l’acquisition des vitesses de rotation de quatre moteurs, leur affichage sur écrans OLED et…
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Sommaire
Vers la validation finale du système électronique du pont élévateur
Cet article clôt une longue série de publications consacrées au développement du système électronique de commande du pont élévateur du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Parmi les différents équipements conçus jusqu’à présent dans le cadre de ce projet, le pont élévateur constitue l’ensemble le plus complexe sur le plan technique. Son architecture repose en effet sur le pilotage simultané de quatre moteurs électriques dont la vitesse de rotation doit être régulée avec précision. Cette exigence de synchronisation et de stabilité explique le temps particulièrement important consacré aux phases de conception, d’expérimentation et de mise au point du système.
Le présent article expose ainsi les essais d’intégration du système électronique de commande du pont élévateur réalisés avant l’assemblage mécanique final des plateformes motorisées avec les axes verticaux du mécanisme.
Armoires électriques Arduino pour le contrôle et la puissance du pont élévateur
Depuis l’article précédent, les deux armoires électriques intégrant les fonctions de contrôle et les interfaces de puissance des moteurs ont été équipées de leurs enveloppes mécaniques puis assemblées entre elles afin de constituer un module fonctionnel unique. L’esthétique générale de cet ensemble s’inspire directement des armoires électriques industrielles réelles, fréquemment regroupées de cette manière lorsqu’elles participent à un même système technique. À l’échelle 1/12, cette configuration présente également l’avantage d’améliorer la stabilité de l’ensemble et de faciliter sa manipulation lors de son intégration dans le diorama.
L’écran destiné à l’affichage des fréquences de rotation des moteurs a été intégré à l’armoire de contrôle. Le panneau de fixation de cet écran, monté sur la porte de l’armoire, intègre désormais deux voyants lumineux. Le voyant supérieur indique que l’armoire est alimentée électriquement, tout en précisant qu’aucune tension n’est encore délivrée vers les plateformes motorisées et que l’ensemble des composants internes demeure à l’arrêt. Le voyant inférieur signale quant à lui l’activation du sectionneur principal de l’armoire, entraînant l’alimentation des composants internes, notamment du microcontrôleur Arduino Nano R4, ainsi que la mise sous tension des capteurs optiques installés sur les plateformes moteurs.
Fiabilisation des capteurs optiques des plateformes moteurs
Deux des plateformes motorisées ont nécessité une intervention corrective consistant au remplacement de leurs capteurs optiques. Ces derniers se sont révélés défaillants au cours des précédentes campagnes d’essais fonctionnels. Cette opération de maintenance a permis de restaurer la fiabilité des mesures de vitesse de rotation nécessaires au fonctionnement du système de régulation.
Console de commande Arduino Mega et écran TFT pour le pont élévateur
À ce stade du développement, la console de commande centralisée est simulée par un montage expérimental composé d’un écran TFT piloté par une carte Arduino Mega ainsi que d’une plaque de prototypage regroupant les commandes manuelles simplifiées. Ce dispositif permet notamment de régler le rapport cyclique appliqué à la commande de la fréquence de rotation initiale des moteurs.
Au-delà de sa fonction essentielle de validation du bon fonctionnement global du système électronique, ce montage expérimental permet également de tester les échanges de données entre l’Arduino Nano R4 de l’armoire de contrôle et l’Arduino Mega de la console de commande, au moyen d’une liaison série assurant la transmission des informations de pilotage et de supervision.
Programmation des sketches Arduino Mega et Nano R4
Une maquette de simulation regroupant les principaux éléments du système de contrôle a été mise en œuvre afin de constituer un environnement de développement et de validation du sketch de régulation de vitesse exécuté par la carte Arduino Nano R4. Ce dispositif expérimental permet de faciliter la mise au point progressive des algorithmes de commande avant leur intégration définitive dans le système électronique embarqué.
Cette maquette expérimentale regroupe les principaux sous-ensembles nécessaires à la validation du système de commande. Elle comprend une carte Arduino Uno utilisée comme générateur de signaux PWM à fréquence variable, une carte Arduino Mega associée à un écran TFT et à une platine de prototypage simulant les organes de commande manuelle de la console centralisée, ainsi qu’une carte Arduino Nano R4 destinée à l’implémentation et à la mise au point des algorithmes de régulation de vitesse des moteurs du pont élévateur.
Arduino Mega : développement du logiciel de la console de commande TFT
Le développement du programme embarqué sur la carte Arduino Mega s’inscrit dans la continuité des travaux réalisés pour les consoles de commande des équipements précédemment développés dans le cadre du projet BATLab112, notamment la plateforme rotative et le pont roulant. Cette nouvelle version du sketch reprend l’architecture logicielle existante tout en y intégrant des fonctionnalités complémentaires, parmi lesquelles la réception de données transmises par liaison série Rx/Tx depuis le système de contrôle du pont élévateur, ainsi que leur affichage sur l’écran TFT de la console.
Ce programme demeure en cours d’évolution afin de répondre aux nouvelles exigences induites par la régulation de vitesse des moteurs du pont élévateur. Les développements futurs porteront notamment sur l’intégration de nouvelles fonctionnalités, l’amélioration de l’interface graphique utilisateur et l’optimisation des performances globales du système. Une analyse détaillée de ce code sera présentée ultérieurement lors de la conception du modèle opérationnel définitif de la console de commande du pont élévateur.
Arduino Nano R4 : programmation du système de contrôle et de régulation des moteurs
Le sketch exécuté par l’Arduino Nano R4, intégré à l’armoire électrique de contrôle, regroupe quant à lui les fonctions indispensables à la réalisation des essais d’intégration. Il assure l’acquisition des fréquences de rotation des quatre moteurs, l’affichage local de ces mesures sur un écran OLED, la transmission des valeurs mesurées vers la console de commande, ainsi que le pilotage du rapport cyclique des signaux de commande destinés aux moteurs.
Cet environnement logiciel constitue la base expérimentale nécessaire au développement progressif des algorithmes de régulation de vitesse. Les premiers essais seront conduits à vide, les moteurs étant découplés des axes mécaniques, afin de valider le comportement du système dans des conditions simplifiées. Dans un second temps, les expérimentations seront réalisées en charge, avec les moteurs couplés aux axes verticaux du pont élévateur, permettant ainsi d’évaluer les performances du système dans des conditions représentatives de son fonctionnement réel.
