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 cur 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 !!