MODULES de TELEMESURE

I.       Le TACHYMETRE

    Le module de tachymétrie va nous permettre de mesurer  la vitesse de rotation de l'hélice du moteur en vol
    Son domaine de mesure va de 0 Kt à 25.5 Kt/mn , soit donc de 0 T/mn   à 25500 T/mn. La résolution de mesure est de 100 T/mn
    Deux types de capteur sont envisagés : L'un à effet HALL présenté en premier  et l'autre à Photo-diode ou Photo-transistor, ultérieurement.
    Rappelons que les mesures de télémétrie se font par l'intermédiaire du convertisseur A/D du µC 912C32 utilisé par le décodeur. Ce convertisseur peut
    travailler soit en 8 bits , soit en 10 bits. Comme la tension de référence du convertisseur est la tension d'alim du µC, soit 3.3 V, une tension mesurée de 3.3 V
    donnera un résultat de 255 en mode 8 bits et de 1020 en mode 10 bits. Pour faciliter le travail du µC du bloc de télémesure ( un 908JK3 ), il est souhaitable
    que la tension mesurée pour une grandeur donnée soit en rapport direct avec le résultat du convertisseur.
    Ainsi, le module tachymètre a été déterminé pour donner une tension de sortie de 3.3 V lorsque la vitesse de rotation est de 25500 T/mn. Le convertisseur A/D
    donnant alors 255, l'affichage est un jeu d'enfant car il suffit de bien placer la virgule !

       1. LE SCHEMA

      C'est finalement très simple :   Le capteur à effet HALL, noté 41A  est placé au plus près d'un disque en PVC monté sur l'arbre moteur, derrière l'hélice. Ce disque porte
      deux aimants diamètralement opposés qui passent devant le capteur en provoquant la chute à 0 de la tension S de sortie. La rotation du moteur crée donc 2 impulsions
      négatives par tour. Ces impulsions sont différentiées par la liaison C2/R1 et appliquées sur l'entrée "trigger" d'un monostable construit avec un LMC555CM ( version CMOS
      du fameux NE555 ) Le monostable fabrique une impulsion positive de l'ordre de 1 ms, sur sa sortie 3, à chaque déclenchement. L'impulsion est intégrée par R5/C5 et donne
      une tension continue transmise à un  ampli OP, monté en suiveur de tension et qui la transmet lui-même au RXBEE.
      L'étalonnage se fait par le réglage de la constante de temps Raj+R3/C3, déterminant la durée de l'impulsion du monostable .
      L'injection d'un signal rectangulaire à 400 Hz sur C2 doit donner une valeur affichée de 12000 T/mn  ( on lit  "12.0 Kt" )   A régler par le potentiomètre ajustable.
      L'alimentation est prévue par un élément LiPo de 3.7 V. La tension est régulée à 3.3V par un 6201.
      Le capteur est relié au module par un cordon 3 fils. La sortie rejoint le RXBEE  sur 2 fils
      La vérification du fonctionnement à l'aide d'un générateur BF précis a montré une parfaite linéarité de la courbe de réponse du système, ce qui n'a pas manqué de nous surprendre
      agréablement.

        2. REALISATION.

        Le circuit imprimé est un simple face, sans problème.

       Liste des composants :
              1    XC6201P332MR         F  : 360-5700
              1     MCP6001RT-I/OT      F  : 854-0829
              1     LMC555CM               F  :  949-3972
              R1/2/4     12 kW       805             R3       220 kW      805
              R5            47 kW       805            Pot         50 kW       F : 114-1476
              C1            22 µF       tant/CMS   taille B
              C2           4.7 nF     805
              C3           4.7 nF      ECHU/1206/2%    F : 969-5320
              C4              1 nF      805
              C5           4.7 µF       tant/CMS   taille B

    Le module TACHY mesure   15 x 27 mm et   pèse moins de 2 g  ( sans les liaisons )  4 g avec fils, connecteurs et thermo rétractable.  Consommation : 5 mA

      1    capteur à effet HALL  SS441A         F : 311-1477
      2    aimants    M1219-2                          F : 723-0357
            Rc :   4.7 kW     1206 ou 1/4 W

           Le montage du module tachymètre ne présente aucune difficulté
           Commencer par la pose des petits éléments R et C
           Souder rapidement le condensateur ECHU car il n'apprécie
           guère l'opération.                                                                                       détail du montage du capteur HALL
           Terminer par les composants actifs
           Le montage du capteur HALL n'est pas si simple,
           car il doit être au plus près des aimants.
           Il faudra adapter son support en fonction du modèle
           de  l'avion utilisé
           Vue ci-contre  de l'installation realisée sur le fidèle
            Baron de service. On voit clairement le disque ajouté
            et ses deux aimants  Ø=3, e= 2 ( voir ci-dessus )
            Le capteur est soudé sur une plaquette époxy fixée
            sous le bati moteur. La face avant à 2 ou 3 mm du
            passage des aimants. Protection par araldite, puis
            thermo-rétractable. Les 3 fils de liaison sont terminés
            par un connecteur 3 broches SLM à détrompeur

            Attention lors de la pose des aimants, de mettre la bonne face côté 441A, Faire un essai préalable. Bien entendu les deux aimants doivent présenter le même pôle  du côté du capteur

II.   L'ALTIMETRE-VARIOMETRE  -1       ou  -2

      Contrairement au module tachymètre, nous avons prévu une convertion sur 10 bits pour la tension issue de l'altimètre. Cela nous permet ainsi d'avoir une amplitude de mesure
        allant de 0 à 1020 à 1 point près , donc d'afficher directement des altitudes de 0 à 1020 m, ce qui nous semble raisonnable, avec une résolution obtenue de 1 m.
        Nous avons eu la grande chance de découvrir, au moment de l'étude de ce module, un capteur de pression  présentant des caractéristiques remarquables, avec des dimensions
        réduites ( 10 x 8 x 4 mm ) et un prix raisonnable . C'est le KP125 de INFINEON. :
            - Compensé en température
            - entièrement calibré par le fabricant.
            - Sortie linéaire proportionnelle à la pression barométrique
        Nous avons mis sur la page "Fichiers" du groupe Yahoo/SUPERTEF, la data-sheet en anglais de ce composant . A lire si cela vous intéresse  ! Vous pourrez alors constater qu'il
        s'agit d'un composant très élaboré.
        Résultat final :  Un altimètre qui ne nécessite pas de calibrage. Aucun réglage et .... altitude exacte à ± 2 m   près.
        A la mise sous tension du système, le "0" d'altitude est fait automatiquement. Dans ces conditions, on dispose, en principe ( selon le lieu et la pression  atmosphérique du moment )
       d'une marge de 750 m en altitudes positives et de 250 m en altitudes négatives.  Un signe "-" est affiché dans ce dernier cas

           1. Le SCHEMA

        L'ALTIMETRE

    Le capteur de pression KP125 est monté
    selon les recommandations du fabricant.
    Il doit être alimenté en 5V stables, car la
    sortie est proportionnelle à cette tension.
    Une alimentation soignée a donc été retenue
    En principe, la tension d'entrée est celle d'un
    élément LIPO, donc de 3.7 V nominal.
    Un doubleur de tension est alors nécessaire
    C'est un MAX1682 qui assure cette fonction.
    La sortie à 7.4 V est  appliquée à un régulateur
    5V alimentant tout le montage.
    La tension de sortie du KP125 est filtrée par
    R2/C3 puis transmise à A1 ( 1/4 de MCP604 )
    monté en suiveur de tension. Puis la tension est
    appliquée à un ampli inverseur A2 qui la met dans
    le bon sens ( quand l'altitude augmente la pression
    diminue, donc la tension de sortie du KP125 ) et
    l'amplifie dans un rapport de 5.14. Cette valeur
    ayant été calculée très précisément pour avoir une
    absence de calibrage à faire. Une tension d'offset
    de 3.3 V donnée par une zener est appliquée à e+
    et produit le décalage nécessaire au bon résultat.
    Le condensateur C4 donne à l'ampli une réponse
    de filtre passe-bas, pour réduire le bruit.




     Le VARIOMETRE

        Nous n'avons pas réinventé la roue et donc utilisé un schéma que vous pourrez consulter ici :    http://graccus.free.fr/vario.html      
        Il concerne les deux étages A3 et A4 du MCP604.
        L'étage A3 est monté en différenciateur, un usage classique de l'ampli OP. Pour ce faire la liaison A2/A3 est capacitive ( par C5 ) De cette manière, la composante continue de V/ALTI
        n'est pas transmise, mais uniquement ses variations. Le gain de l'étage est déterminé par C5R7, tandis que R6 et C6 assurent la stabilité du montage.
        Quand V/ALTI est stable, la sortie 7 de A3 se fixe à + 2.5 V, tension donnée par la polarisation de e+ (5) par le pont R11/R13 avec R11=R13
        Quand V/ALTI augmente, la variation entraîne la baisse de tension de la sortie 7 et inversement quand V/ALTI baisse. Si après une montée ou baisse de V/ALTI, cette tension redevient
        stable, la sortie 7 revient à + 2.5 V. En conclusion, la sortie 7 est une indication de la baisse ou de la montée de V/ALTI. Mais les variations en 7 sont faibles. IL faut les amplifier.
        C'est l'étage  A4 monté en inverseur de gain 100 ( = R9/R8 ) qui donne cette amplification tout en remettant les variations dans le bon sens.
        Sur une montée du modèle, la sortie1 de A4   tend vers + 5V et sur une descente, vers 0V.
        Mais le convertisseur A/D du RXBEE n'accepte des tensions que de 3.3 V maxi. Le pont diviseur R12/R14 ramène les variations de   V/VARIO  de 0V à + 3.3 V.
        Les valeurs binaires obtenues et transmises par la télémétrie vont de 0 à 255 pour le vario. ( conversion 8 bits )

           2. REALISATION

  Le module ALTI-VARIO
  mesure  15 x 34 mm  et
  pèse 2 g !! (état des photos)
  env 4g avec fils et connecteurs
  Consommation 20 mA / 3.7 V
  A gauche, la face recto avec
  à gauche le capteur KP125
  et au centre le MCP604
  A droite , la face verso avec
  en haut vers la gauche le
  1682 doubleur de tension
  et en bas  le régulateur 5V
  Au centre, la zener 3.3 V
  Branchement de la batterie à
  gauche et liaison 3 fils vers le
  RXBEE à droite


             Les fichiers de circuits imprimés, tant du TACHY que de l'ALTI-VARIO sont à la page TELECHARGEMENTS dans un unique fichier zippé.

    Nous conseillons de commencer par les éléments du verso,
       Mais en tout premier installer les liaisons recto-verso : Elles
       sont au nombre de 8 et visibles sous la forme d'un "*"
    

      Les composants du verso :
           1      MAX1682EUK-T      ( RS : 316-1372 )
           1     LP2980IM5-5.0  ( Reg5V)  F : 977-9329
           1     ZRC330F01TA   ( Z3.3 )    F : 113-2712
           R10         27 kW     805
           R11/13    10 kW     603  0.1%    F : 116-0359
           R12         5.6 kW     805
           R14           11 kW    805
           C8/9        0.1 µF     603
           C10         4.7 µF     tant/CMS   taille A ou B
           C11         0.1 µF     805
           C12          10 µF     tant/CMS   taille B
           C13          6.8 µF    tant/CMS   taille B

Remarquer l'alimentation par la tension +BATT de la batterie principale. Une 1N4148 si la batterie est à 4 éléments. Trois IN4148 en série si cette batterie a 5 éléments
Protéger la ou les diodes par thermo-rétractable pour éviter tout contact avec le circuit imprimé ou un composant

     Le verso étant équipé passer au recto. On commencera par souder les
         petits composants R et C, puis le MCP604 et enfin le KP125
    
         Les composants du recto :
            1    MCP604-I/SL        F : 975-8720
            1   KP125         INFINEON   (  voir plus loin ! )
            R1     56 kW      805                 R2     100 kW      805
            R3     10 kW      603     0.1%    F: 116-0359
            R4   1.5 kW       603      0.1%    F: 116-0326
            R5   49.9 kW     603      0.1%    F: 116-0385
            R6      82  kW           805           R7     680 kW       805
            R8     4.7  kW           805           R9     470 kW       805
            C1/2/3        0.1 µF    805
            C4              0.1 µF    603
            C5               10 µF    805      ( F:  940-2136 )
            C6             220 nF     805      ( F:  128-8261 )
            C7             470 nF     805      ( F:  128-8281 )
            St    0 W     603     ( Pot  envisagé mais non utilisé au final )

NB1.  On remarquera que quelques résistances ( R 3/4/5/10/11/13) sont à 0.1%. Cette précision est nécessaire pour parvenir à se passer de tout étalonnage.
         Remarquer que R4+R5 = 1.5 k + 49.9 k = 51.4 k  et que R3 = 10 k. D'où le gain de A2 égal à 51.4 k / 10 k = 5.14.    Cette valeur de gain a été déterminée après
         étude à l'ordinateur de l'ensemble KP125/A1/A2. Elle permet de garantir une précision de  ± 2 m   sur la plage couverte par l'altimètre.
        Nous décrirons plus loin la manip à faire pour vérifier le fonctionnement de l'altimètre.
        Après avoir fait un premier proto de l'ALTI-VARIO, nous avons été surpris de constater le bon fonctionnement et l'exactitude obtenue sans réglage.
        Voulant en avoir le cœur net, un 2ème proto a été réalisé qui a confirmé le résultat du premier.
        La vue verso ci-dessus  montre les liaisons à faire : Les sorties "A" ( alti ) , "V" ( vario ) et M "masse ) vont vers le RXBEE câblé comme ci-dessous 
        ( revoir la description du RXBEE pour cela )

NB2.   ALIMENTATION des MODULES
       Les modules de télémesure ont été conçus pour une alimentation indépendante par un élément Lipo de 3.7 V
       donnant un peu plus de 4 V en fin de charge.
       Mais cette solution efficace n'est pas forcément du goût des utilisateurs qui enragent de devoir ajouter une ou
       deux batteries quand il y en a déjà une principale.
       La première idée qui vient à l'esprit et que nous avons malheureusement un peu favorisée, est de se servir
       du 3.3 V du Rx pour ces modules. Il faut absolument prohiber cette solution en particulier pour l'alti-vario car
       elle induit une instabilité constatée de ce module.
       Par ailleurs pour le tachymètre, doté lui-même d'un régulateur 3.3 V on comprend que la méthode pose problème.
       Nous vous proposons donc la solution alternative suivante :
       L'utilisation de la batterie principale de 4.8 V ou de la tension de 5 V donnée par le BEC.
       La figure ci-contre  montre le montage préconisé

             Attention, ce montage est différent de celui qui a été présenté précédemment. ( avant le 15/03/09 )
              Il est associé à la modification du logiciel du bloc de télémesure.
              Dans cette nouvelle configuration  l'information RSSI  est toujours transmise, d'où pose de la résistance R11.
           
            - Le + BATT est amené sur le 1er picot 2 mm de droite ( ancien 3.3V/AD3 ) venant du  point 16 du 4015.
              Une diode 1N4148 est nécessaire car la batterie de 4 éléments monte à 5.6 V en fin de charge alors que
              la tension limite absolue acceptée par l'entrée du doubleur de tension MAX1682 de l'alti-vario est de 5.5 V
              Cette tension est alors ramenée à 5.6 - 0.6 =  5 V ce qui est acceptable
              La solution : liaison sans diode entre 16 du 4015 et picot +BAT et report de cette
              diode dans l'alti/vario. Voir figure verso ci-dessus
              ( une ou trois 1N4148 intercalées dans le fil d'alimentation de l'alti/vario et qui se placent facilement  au verso
              de ce module )
      Autres remarques :
              Les modules se branchent sur le Rx avec un connecteur 4 points
              Cas AVION       : +BAT, masse, tachy, Alti.      ( sortie vario de l'alti/vario non utilisée )
              Cas PLANEUR : +BAT, masse, Vario, Alti       ( le tachy n'est pas géré dans ce mode )
                  
              Les straps   ST1et ST2, la résistance R14 n'existent plus.
             
              Dans ces conditions il n'y a rien à modifier pour passer du mode AVION au mode PLANEUR
              La distinction se fait dans le bloc de TELEMETRIE par le commutateur SW1 et bien entendu par
              le montage ou non du TACHY.

      ATTENTION
             Dans le cas où la batterie principale connectée sur le Rx est à 5 éléments ( 7 V en fin de charge )
            il faut   impérativement monter 3 diodes IN4148 en série, ramenant cette tension  sur le MAX1682
            à 7 - 1.8 =  5.2 V

NB3.  Détails sur l'altimétrie  et tests de l'altimètre.       A venir !!