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## Principes de base
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Un circuit de voitures Carrera comporte des manettes et un circuit de contrôle électronique de la tension par voie. Ce contrôleur est HS sur notre circuit et à besoin d'un remplacement.
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Le controleur ci dessous est la carte d'origine, je l'ai volontairement coupée en plusieurs endroits pour mes essais afin de me connecter sur les pistes pour les télécommandes.
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Les contrôleurs de télécommande sont des résistances variables ayant pour valeurs :
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- 11.45 kΩ la gâchette relâchée
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- 0.840 kΩ la gâchette enfoncée
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- 13 Ohms me bouton "turbo" pressé
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Une idée tentante est de refaire un circuit simple avec des convertisseurs DC-DC accessibles pour remplacer le circuit original. Si on part sur une base à régulateurs LM2596HVS ADJ qui sont de petits DC-DC variables, voilà le schéma de référence de la datasheet de ce composant :
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Le problème est que pour la majorité de ces convertisseurs :
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- Il y a un minimum de sortie de 1 V
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- La régulation n'est pas linéaire, donc certaines zones de pression de la télécommande auront + d'influence que d'autres.
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## Réalisation d'un maquette
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Pour valider un concept de réparation, j'ai pris ce que j'avais dans les tiroirs :
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- Un LM298N
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- Un Arduino Nano
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L'idée est de créer un générateur de PWM, en fonction de la résistance de la manette, le signal électrique appliqué aux voitures sera + ou moins long. Ici on applique pas le PWM à une LED mais à des moteurs donc sur la maquette on utilise le L298N comme pont de puissance.
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Je n'ai pas besoin du point en H car mes moteurs ne vont pas dans les deux sens, on utilise donc qu'une seule sortie du module comportant le L298N. Sur l'image ci-dessous, je câble les rails du circuit sur la sortie "DC Motor 1" et j'utilise uniquement l'entrée INA
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Pour créer un PWM le code Arduino suivant va s'occuper de :
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- Lire une tension d'entrée analogique (+5V vers pont diviseur 11k de la télécommande avec une résistance de 1k à la masse)
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- Générer un PWM de sortie
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```
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// High-frequency PWM using Timer2 on digital outputs D3 & D11 (31 kHz)
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const int pwmPin1 = 11; // OC2B, Pin 15 sur le 328P, pilote Q1
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const int pwmPin2 = 3; // OC2A, Pin 1 sur le 328P, pilote Q2
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const int analogPin1 = A0; //J2 Manette Gauche, Pin 23 sur le 328P
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const int analogPin2 = A1; //J4 Manette Millieu, Pin 24 sur le 328P
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void setup() {
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pinMode(pwmPin1, OUTPUT);
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pinMode(pwmPin2, OUTPUT);
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pinMode(analogPin1, INPUT);
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pinMode(analogPin2, INPUT);
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// ----- Timer2 Fast PWM (8-bit), no prescaler -----
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TCCR2A = _BV(WGM20) | _BV(WGM21) | _BV(COM2A1) | _BV(COM2B1);
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TCCR2B = _BV(CS20); // No prescaler → 31.37 kHz
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}
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void loop() {
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int adc1 = analogRead(analogPin1);
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int adc2 = analogRead(analogPin2);
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if (adc1 <= 100){
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adc1 = 0;}
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if (adc2 <= 100){
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adc2 = 0;}
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uint8_t pwm1 = map(adc1, 0, 1023, 0, 255);
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uint8_t pwm2 = map(adc2, 0, 1023, 0, 255);
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OCR2B = pwm1; // D3, J2 Manette Gauche, Pin 1 sur le 328P, pilote Q3
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OCR2A = pwm2; // D11, J4 Manette Millieu Pin 15 sur le 328P, pilote Q1
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}
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```
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Et voici le signal de sortie :
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Etant donné que ca fonctionne et que c'est simple il reste à miniaturiser la chose pour que cela puisse rentrer à nouveau dans le circuit originel.
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Pour miniaturiser le concept va retenir :
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- L'utilisation d'un Atmega328p et son quartz a 16Mhz programmé avec le code Arduino
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- Deux petits Mosfet 1A qui vont faire pont de puissance vers les moteurs
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- Des diodes de roues libre autour des moteurs pour ne pas claquer les Mosfets
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- Un port JTAG pour reprogrammer au besoin le processeur.
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Pour valider que le Mosfet N-channel puisse bien être piloté, une simulation du circuit à été faite dans LTSpice:
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Le PCB sur lequel seront soudés les composants et qui reprends les pistes pour les télécommandes et le raccordement de puissance d'origine.
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Et la commande qui arrivera bientôt :
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La soudure à été réalisée avec de la pâte a souder, d'abord on met des gouttes sur toutes les pastilles, on y colle les composants et on fait fondre. Le circuit est fonctionnel, mais j'ai fait une erreur de positionnement qui va me déranger pour mettre le circuit en place : La diode D5 est à un endroit qui m'oblige à retirer un peu de plastique.
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On voit aussi C1 qui est remplacé par un électrolytique car je n'ai pas commandé la bonne référence.
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Pour programmer la carte ci-dessus j'utilise la méthode : Méthode #4 : programmation d’un ATmega328P en ISP, avec un Arduino Uno transformé en programmateur décrite sur le site [https://passionelectronique.fr/programmer-atmega328p/#methode-4-programmation-dun-atmega328p-en-isp-avec-un-arduino-uno-transforme-en-programmateur]()
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Le montage réalisé avec à gauche le programmateur, et a droite le contrôleur à programmer.
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Ensuite dans ArduinoIDE
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Bon cette première version du contrôleur de circuit fonctionne mais n'est pas fiable...
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Après quelques minutes de jeu sur le circuit je casse Q1 ou Q2. J’imagine que le problème viens de petit courts-circuits sur la piste lorsque les balais de la voiture viennent à toucher les deux rails. D'une part Q1 et Q2 sont limites pour ce moteur, d'autre part il n'y a aucune protection contre les sur-intensités sur ce circuit.
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Dans la deuxième version, j'ai laissé passer une erreur dans la conception du PCB qui s'est retrouvée sur le circuit fabriqué...
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Il a fallu gratter la piste pour rattraper le faux contact entre ADC3 et la piste U1-PD3. J'ai pu aussi trouver deux autres problèmes de design. Tout d'abord une piste bien trop petite :
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Un condensateur permettant de réduire le bruit de mesure à ajouter :
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Tout celà à été corrige dans le fichier KiCad mais non mis en production. Je garde le circuit "bricolé" à la main avec les erreurs corrigées en grattant dans le jouet actuel car cela fonctionne. |