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Simple robot from your parts bin that avoids obstacles. Get the PDF for this project here

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 Même si ce n'est pas dit dans la vidéo, il existe en réalité une deuxième tige plongée dans chaque cuve          pour fermer le circuit électrique et assurer la circulation du courant dans l'eau dont l'ordre de grandeur est de quelques µA.

La deuxième tige est plongée plus profondément que la première qui est ajustable en hauteur de manière à pouvoir calibrer le déclenchement pour un volume de 1,0L précisément. 

Le domino de raccordement sur la photo rend l'ajustage très facile et permet d'effectuer par la suite un autre réglage, éventuellement et tout aussi simplement.

Le long des tiges verticales ajustables, se trouve un morceau de plastique transparent plutôt difficile à voir sur la photo. Il sert à détourner le flux d'eau provenant du déverseur (sélecteur) par conséquent à l'empêcher de faire une liaison avec la tige, ce qui déclencherait par erreur la vidange de la cuve avant qu'elle n'ait réellement  atteint 1L de volume. Cette astuce est utile uniquement quand le débit de pluie est fort car dans ce cas le flux d'eau sortant du déverseur à tendance à s'avancer assez loin ce qui n'arrive pas quand il y a seulement un petit filet d'eau.

La détection du niveau d'eau dans chaque cuve est assurée par le double comparateur de tension LM393.

Exemple pour une cuve: sur une de ses entrée il reçoit une tension de référence "V ref" réglable et fourni par l'ajustable P2 et sur l'autre la tension aux bornes de la résistance de tirage vers le bas RG.

        Quand la surface de l'eau ne fait pas le lien entre les 2 tiges la tension aux bornes de la résistance RG vaut 0 V. 

A l'inverse quand le volume d'eau atteint 1 L et que l'eau relie ensemble la tige fixe et la tige ajustable, sa résistance électrique bien qu'élevée laisse passer du courant ce qui fait augmenter la tension aux bornes de RG. 

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Cette élévation de tension dépasse la valeur de la tension de référence "V ref" ce qui fait changer l'état la sortie du comparateur qui prévient le microcontrôleur qui lui comptabilisera + 1 L, changera la position du déverseur et videra la cuve concernée.

Les résistances RG doivent être du même ordre de grandeur que la résistance de l'eau entre les tiges pour que ça fonctionne, j'ai choisi 1MΩ.

Cela dit, la résistance de l'eau est susceptible de varier en fonction de son PH, des impuretés et d'autres paramètres je pense.

Les condensateurs CB servent à retarder très légèrement l'élévation de tension aux bornes des résistances RG afin qu'un éventuel parasite électrique ne puisse pas faire croire au système qu'une cuve à atteint 1 L par erreur. Ordre de grandeur de CB: 1 ~ 4.7 nF. Je n'ai pas pu vérifier leur efficacité car je les ais mis par défaut.

Les résistances RD servent de tirage vers le haut comme les sorties du comparateur sont à collecteur ouvert.

Programmation:

        La programmation du PIC n'est pas des plus difficiles pour cette application.

Les cuves se vident alternativement quand elles n'atteignent 1L et chaque cuve ne peut se vider que si sa jumelle a terminé de remonter.

Le déverseur change de position avant qu'une cuve pleine se soit vidée et le moteur du déverseur est coupé lorsque le capteur de fin de course correspondant à la position finale que le déverseur doit atteindre est enclenché.

Notez que dans cette application les 6 capteurs de fin de course ne coupent jamais l'électricité de puissance qui alimente les moteurs mais envoient des signaux au microcontrôleur pour lui ordonner de couper l'alimentation de leurs relais.

Cette manière de faire est potentiellement risquée parce qu'en en cas de plantage du PIC il se peut qu'un moteur continue de tourner et occasionne des dégâts matériels et/ou s'auto-détruise par surchauffe.

J'ai fait comme ça car le PIC a besoin des informations de fin de course pour faire fonctionner le système et enchaîner les actions. L'idéal aurait été d'avoir des capteur de fin de course, micro-rupteurs à lamelle souple dans le cas présent, dotés de 2 circuits électriques isolés l'un de l'autre.

Vue sur les 3 motoréducteurs, une partie des capteurs de fin de course et les 6 relais quand les 2 cuves sont abaissées

        Par sécurité le programme n'autorise l'alimentation de chaque moteur que pendant un temps légèrement supérieur au temps que doit normalement prendre une manoeuvre. De cette façon, si par exemple un capteur de fin de course est endommagé et ne peut plus indiquer au PIC de couper l'alimentation d'un moteur, ce dernier s'arrêtera quand même grâce à cette temporisation de sécurité. 

Si une cuve est censée normalement se vider entièrement en 5 secondes par exemple, le programme n'autorise le moteur à fonctionner que pendant 7 secondes maximum, dans le sens descente.

Capteurs de fin de course (suite)

        En cas de panne électrique les valeurs mémorisées dans la RAM du PIC s'effacent et le compteur revient à 0 pour les deux valeurs de volumes d'eau ( journée et total ).

L'idéal aurait été de se servir des quelques cases de mémoire EEPROM intégrées au PIC pour au moins mémoriser le volume total. Mais faute de place dans la mémoire FLASH dans laquelle est écrite le programme, il ne m'était pas possible de programmer une sauvegarde des données.

Toutes les 24 heures, à minuit normalement, le volume d'eau journalier est remis à 00. Une interruption avec le timer 0 sert à compter ces 24 heures. Il n'y a pas de pendule réelle à régler dans ce système avec heures et minutes mais juste un compteur qui compte tous les jours 24 heures avant de faire une remise à 00 du temps et du volume d'eau correspondant à "Ce jour - - - - - ".

Pour "régler l'heure" il faut mettre le compteur de temps à 00 quand il est minuit, pour ceci il suffit de maintenir le bouton poussoir, le même qui sert à faire défiler les modes d'affichage, enfoncé pendant 12 secondes. Le bouton est donc 2 en 1 ce qui nous fait un peu moins de fils ! ! 

P1 permet de régler le contraste de l'afficheur LCD.

La carte de commande: pas très beau oui ! mais pour une construction temporaire ça suffit !

Pilotage des moteurs:

        Chaque moteur est commandé par 2 relais comportant chacun un contact repos / travail. Leurs bobines sont pilotées par des transistors mosfets que l'on aperçoit sur la photo ci-dessus. Les résistances RA évitent que les que les grilles des transistors se retrouvent "en l'air" et que les moteurs se mettent en marche si le PIC n'est pas implanté sur son support. 

Les résistances RB ont pour but d'éviter que les capacités indésirables Cgs ( grille - source ) des mosfets n'appellent un "grand" courant sur les sorties du PIC à leur mise sous tension.

DA sont des diodes de roues libre. RC sont des résistances de limitation car les bobines des relais utilisés supportent 12 V et l'alimentation de puissance fourni environ 15 V. Les condensateurs CA limitent la remontée des parasites produits par les moteurs dans le reste du circuit. Sachez que j'ai eu quelques problèmes de plantage du microcontrôleur parfois et je pense qu'un filtrage plus complet, à base de bobine/condensateurs, aurait résolu ce problème.

Les moteurs qui manoeuvrent les cuves se prennent directement 15 V. J'ai eu besoin de limiter très fortement la vitesse du moteur du déverseur et ais donc réduit sa tension d'alimentation au moyen d'un régulateur ajustable LM317, la tension (et donc vitesse) est réglable par l'ajustable P3. 

Le rendement du régulateur est mauvais mais ce n'est pas critique comme ce moteur tourne très peu de temps.

D1 est une diode de roue libre qui évite la destruction du LM317 par surtension lorsque les contacts des relais coupent le courant du moteur.

Alimentation électrique / partie puissance:

        Comme dit dans la vidéo l'alimentation provient d'un transformateur abaisseur, le redressement et le filtrage sont faits sur la carte de puissance du dispositif, un régulateur linéaire produit 5 V pour la partie commande.

Je n'ai pas calculé qu'il y avait nécessité d'un transformateur d'un minimum 50 VA, mais c'est cette puissance que j'avais sous la main et je me doutais que ça suffirait largement.

Les 15 V servent aux moteurs et aux LED de puissance d'éclairage nocturne.

Avec les 10 mètres de câble de section relativement petite sous 12 Vac, entre le transformateur et le système, il y a encore plus de chutes de tension quand les LED ou les moteurs s'alimentent donc la valeur 15 V n'est qu'approximative.

Les LED ont besoin d'un courant constant (source de courant) pour fonctionner correctement, ce sont des régulateurs LM317, branchés de manière inhabituelle, qui leurs sont associés, qui se chargent de réguler le courant et non pas la tension cette fois. La valeur du courant qui traverse les LED n'est donc pas influencée par les chutes de tension sur le bus 15 V.

Notez qu'utiliser un LM317, régulateur linéaire, pour faire cette régulation implique un mauvais rendement et donc une grande perte d'énergie, c'est pourquoi ils sont montés sur dissipateur.

Les résistances RF1 et RF2, calculées pour que les LM317 débitent respectivement 700 mA et 350 mA sont des modèles de puissance.

Ces LED vertes demandent 350 mA (1 W chacune) et cette bleue là 700 mA (3 W). D'après les documentations ces modèles de LED vertes ont un flux lumineux de 60 lm et la bleue de 33 lm, curieusement je ne perçois aucune différence d'intensité lumineuse alors qu'il devrait pourtant y avoir un facteur d'environ 4 sauf erreur d'interprétation de ma part... 

Les LED de puissances sont installées sur refroidisseurs: indispensable pour ces modèles là.

Remarques / Critiques:

        Ce système bricolé à la "va vite" se comporte bien pour les faibles débits de pluie, mais il faut quand même noter qu'il y a plusieurs sources d'imprécision même en dehors du phénomène de saturation apparaissant lors des débits trop grands:

A l'instant où le déverseur s'oriente vers l'autre cuve il y a une petite quantité d'eau qui s'échappe par le vide situé entre les 2 cuves.

Quand le débit est grand, l'eau qui chute du déverseur crée une vague dans la cuve et le sommet de cette vague peut toucher l'extrémité de la tige de détection avant d'atteindre réellement un volume de 1L dans la cuve.

J'ai effectué l'étalonnage du compteur à 1 L quand les cordes de traction étaient neuves et sèches, avec le temps et imprégnées d'eau on peut penser que leur rigidité a changé. Un changement de rigidité peut, avec le poids de l'eau, modifier d'angle d'inclinaison des cuves quand elles sont à l'horizontale et donc fausser le déclenchement à la valeur de 1L.

Et enfin: une cuve ne peut jamais se vider jusqu'à la dernière goutte.

Difficile pour moi d'estimer ce pourcentage d'imprécision.

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Ioduremetallique a fabriqué un robot très original qui permet de se servir gratuitement dans les distributeurs de boite de soda. Ce robot n’est pas vraiment là pour voler ou dévaliser ces machines, mais il sert surtout à valider une idée et gros travail d‘ingénierie DIY.

Chaque distributeur dispose d’une trappe anti-vol qui condamne l’accès aux boissons quand on y insère la main, mais lorsque la trappe est rabattu, l’accès est libre. Ioduremetallique a donc réalisé un robot que l’on loge dans le bas de la machine et qui va aller se servir.

On ouvre donc la trappe, on place le robot et on referme la trappe. Avec la télécommande, il suffit alors de déplier le robot et d’aller chercher la canette de son choix avec une pince. Un peu comme le jeu du grappin, mais l’on gagne à chaque fois ou presque.
Il ne faut pas croire que ce robot a été simple a réaliser, car c’est plus de 7 mois d’essai et de conception qui ont été nécessaire pour réaliser ce robot RoboArna.
 
Voici une vidéo de démonstration, pour information, Ioduremetallique devrait proposer une seconde vidéo plus technique avec plus de détails sur ce robot d’ici peu.

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