Jean-François, radioamateur sous l’indicatif F5RRB avait publié sur le blog un article consacré aux « GPS Mouse » qui ressemblent à nos souris filaires. Il avait pour but d’apprendre comment utiliser ces matériels. Cette fois il a achevé un projet qui lui tenait à cœur depuis de nombreuses années avec ce tachymètre précis au dernier chiffre (±1). Il a entièrement conçu le schéma et son beau-frère Alain a modélisé le boîtier. Ma participation a consisté à imprimer le boîtier. Vous avez suivi ce développement si vous suivez framboise314 sur Facebook ou Twitter.

Un Tachymètre précis avec in PIC16F628A

Le PIC16F628A

Les microcontrôleurs PIC (ou PICmicro dans la terminologie du fabricant) forment une famille de microcontrôleurs de la société Microchip. Ces microcontrôleurs sont dérivés du PIC1650 développé à l’origine par la division microélectronique de General Instrument.

Le nom PIC n’est pas officiellement un acronyme, bien que la traduction en « Peripheral Interface Controller » (« contrôleur d’interface périphérique ») soit généralement admise. Cependant, à l’époque du développement du PIC1650 par General Instrument, PIC était un acronyme de « Programmable Intelligent Computer » ou « Programmable Integrated Circuit ». (source Wikipedia)

Ce microcontrôleur 8 bits CMOS FLASH, puissant (200 nanosecondes de temps d’exécution des instructions) et pourtant facile à programmer (seulement 35 instructions d’un seul mot), embarque la puissante architecture PIC® de Microchip dans un boîtier 18 broches et est compatible en amont avec les dispositifs PIC16F628, PIC16C62XA, PIC16C5X et PIC12CXXX. Le PIC16F628A dispose d’un oscillateur interne de 4MHz, de 128 octets de mémoire de données EEPROM, d’une capture/compare/PWM, d’un USART, de 2 comparateurs et d’une référence de tension programmable qui le rendent idéal pour les applications analogiques/intégrées dans l’automobile, l’industrie, les appareils électroménagers et les applications grand public.

Sa notice et sa documentation sont disponibles en ligne.

Le Tachymètre F5RRB

C’est un appareil auquel Jean-François pense depuis des années. Entre la mesure de vitesse de rotation des hélices en modélisme, la mesure sur les machines outils, les « ventilateurs holographiques » comme celui qui décore le stand framboise314, il voit des tas d’applications.

Il avait en tête une description de tachymètre paru dans la revue « Le Haut Parleur » N° 1694 de juillet 1983 (lien de téléchargement de la revue). Les anciens comme moi se souviennent de l’auteur, une « pointure » dans le domaine de la radiocommande qui nous a fait rêver avec ses montages et ses descriptions. Même si on ne pouvait pas tout réaliser, la lecture de ses articles était une source de connaissances extraordinaire.  Merci Francis THOBOIS pour les articles et les livres parus à l’époque, de nombreuses vocations ont dû naître de ces lectures !

L’objectif visé est la simplicité d’utilisation et la grande sensibilité. Un écran et deux uniques boutons poussoirs permettent d’utiliser l’appareil. La pile de 9 volts a une durée de vie élevée car l’appareil se met en route en appuyant sur un des deux boutons et s’éteint tout seul au bout de 10 minutes d’inactivité. Sur le côté un commutateur permet de choisir la source de mesure : soit la photodiode interne, soit un signal externe, injecté sur une prise située à la base de l’appareil.

Le tachymètre avant montage dans le boîtier. Notez les deux boutons poussoirs accessibles sur le dessus du boîtier. BP2 donne accès au menu et BP1 permet de faire défiler les choix. Le potentiomètre P1 règle le contraste de l’afficheur.
L’inverseur sur la droite du PCB sélectionne la source utilisée pour la mesure et les 3 pins en bas du PCB permettent d’injecter le signal d’une source externe.

Les logiciels utilisés

Un coup de chapeau particulier à destination de Bruno Urbani qui a conçu et mis à disposition gratuitement les logiciels.

SDS : Logiciel de saisie de schéma électronique, permettant d’imprimer des schémas impeccables, et de dessiner à volonté ses propres composants ! fourni avec une bibliothèque de composants assez complète.

TCI : Logiciel pour les électroniciens, destiné à la conception de circuits imprimés. Ce logiciel permet de tracer son circuit simple ou double face rapidement et d’imprimer chacune des couches sur papier ou sur transparent bureautique (pour obtenir un film directement exploitable). Fini le collage de pastilles et de rubans sur mylar. La taille du circuit est limitée par la feuille d’imprimante.

C’est avec ces logiciels, qu’il maîtrise parfaitement, que Jean-François a créé les tachymètre. Les fichiers générés sont envoyés à JLCPCB (dont je vous ai déjà parlé) pour la réalisation de circuits imprimés PCB de qualité.

 

Le schéma du Tachymètre

On est sur la troisième version du tachymètre, il y aura peut-être encore des améliorations dans le futur.

Mesure de la tension de pile

Le tachymètre est alimenté par une pile carrée de 9 volts (6F22, 6LR61)). Une diode1N4148 protège le montage en cas d’inversion de polarité.  En haut à gauche se trouve le circuit de mesure de la tension de pile (T3, T4). le PIC déclenche la lecture de la tension au démarrage par sa sortie RB7. T3 envoie la tension d’alimentation sur un pont diviseur (R7, R8). Le PIC récupère la tension de la pile 9 volts sur son entrée analogique AN3. Le programme mesure la tension et affiche le résultat sur l’écran LCD.

Le nombre de carrés indique la tension restante. Si la tension tombe en dessous de 6 volts l’afficheur demande de changer la pile.

Capture des informations de rotation

C’est ce schéma qui a servi de base à la réalisation de ce tachymètre. A l’époque l’auteur utilisait un compteur qui pilotait un afficheur. Aujourd’hui un PIC à 5€ (en France) fait le travail moyennant « quelques » lignes de programme. Mais le schéma de la sonde reste valable :

Le capteur est une photodiode PIN  BPW34  à haute vitesse et à haute sensibilité avec sa surface de 7,5 mm². Elle est sensible au rayonnement visible et au proche infrarouge. La notice de la BPW34 est disponible en ligne. Malgré son grand âge elle est toujours d’actualité.

la BPW34 attaque l’entrée 2 de l’ampli opérationnel (OpAmp) U2 . Les variations de lumière captées par la BPW34 sont amplifiées par l’OpAmp et envoyées à  la deuxième partie de l’OpAmp monté en trigger.

La cellule R3/C4 provoque un retard du signal et les variations de lumière captées par la photodiode sont transformées en signaux rectangulaires « propres ». La sortie 7 de l’OpAmp attaque la base du transistor T1, chargé de transmettre le signal au PIC.

L’inverseur SW1 est utilisé pour envoyer un signal extérieur remis en forme par T2 qui protège (dans une certaine mesure) l’entrée du PIC.

Au début du comptage, le PIC affiche un # sur l’écran.

L’afficheur LCD

L’afficheur est un modèle classique de 2 lignes de 8 caractères. Il n’utilise pas le rétroéclairage pour économiser la pile. Seul le contraste est réglable à l’aide du potentiomètre P1.

L’afficheur est monté directement sur le circuit imprimé.

Notice d’emploi du tachymètre

La notice est sur le schéma

BP2 (bouton de gauche permet d’accéder au menu

Le bouton de droite permet de faire défiler les choix. Valider par le BP2 (gauche)

Affichage de la valeur Max mesurée.

Blocage de la valeur mesurée (HOLD) un H est affiché à droite de la mesure.

Le boîtier imprimé en 3D

C’est à Alain, beau-frère de Jean-François qu’a été confiée la modélisation du boîtier. Pour ma part j’ai participé en imprimant deux versions du boîtier en fonction des évolutions du projet.

Les tests

Ventilateur LEDs

C’est le type de ventilateur que je vous ai présenté dernièrement, sous forme de démontage. Celui que j’ai utilisé est encore fonctionnel.

Les pales du ventilateur sont transparents, ce qui ne va pas faciliter la mesure puisqu’elle est basée sur les variations de lumière… J’ai choisi de poser 2 morceaux de scotch d’électricien noirs au bout des pales.

Pour que le contraste soit « franc » j’ai mis une lampe à LED (je vous ai décrit ce modèle dans un article l’an passé) derrière le ventilateur.

La mesure est stable et oscille entre 2240 et 2280 tours par minute environ. Cela correspond à peu près à 37 tours par seconde. La vitesse varie légèrement car le moteur est un mini moteur à balais, pas régulé, et c’est le microcontrôleur qui mesure la durée de rotation avec un aimant et un capteur à effet Hall, puis il adapte l’affichage en fonction de la vitesse mesurée. La fréquence d’affichage est bien supérieure aux 25Hz nécessaires pour que l’affichage soit vu comme continu pour un œil humain.

Les essais en aéromodélisme

Pour tester l’appareil de Jean-François en condition réelles, j’ai sollicité Rémi, membre du FabLab UtoPi et du club d’aéromodélisme du Creusot. Rémi possède une collection impressionnante d’engins volants de toutes tailles et motorisations.
Et surtout il possède un tachymètre Thunder Tiger, marque bien connue des modélistes. Ce tachymètre lit les hélices 2 ou 3 pales et affiche une lecture à multiplier par 100 pour avoir la valeur réelle.

En comparaison, le tachymètre de Jean-François affiche directement la valeur et est il donc plus précis. Sur l’image de droite on voit que le Thunder Tiger affiche 19 (x100) alors que le tachymètre de Jean-François affiche 1953 (qui est une bonne année 😀 )

Pour faire les mesures Rémi a fixé les deux tachymètres sur un de ses avions (avec des élastiques) et a lancé le moteur pour pouvoir comparer les mesures.

On voit sur ces images les deux tachymètres montés sur l’avant de l’avion. On peut maintenant comparer les valeurs lues :

 

Vous pouvez voir ici que, sur une large plage de mesures, les deux tachymètres sont d’accord sur la mesure, avec un bonus pour l’appareil de Jean-François, qui affiche tous les chiffres significatifs.

Conclusion

Une belle réalisation de maker pour des makers, des aéromodélistes, et pour tous ceux qui ont besoin de mesurer précisément la vitesse de rotation d’un objet. Utilisez les commentaires ci-dessous si vous souhaitez plus d’informations.

Merci à Jean-François pour cette belle réalisation, et à Rémi qui a gentiment réalisé les mesures comparatives.

Jean-François pourra vous envoyer directement les fichiers pour les PCB ainsi que le programme.