1- Schéma Electronique Uvex4.13
Le coeur de l’électronique de l’UVEX4 Upgrade est un microcontroleur Arduino Mega 2560 Pro Mini cadencé à 16MHz avec 256Ko de mémoire flash. Il possède l’immense avantage d’être peu cher, et de proposer 70 entrées / sorties programmables. Il est accompagné de 2 drivers ULN2803 qui permettent de gérer 4 moteurs pas à pas de 5V, d’un ESP8266 pour le WIFI et d’un W5500 pour la connexion réseau filaire RJ45, le tout occupe 35 Digits et 3 analogiques de l’arduino.
Dans cette rubrique nous commençons par ceux qui veulent réaliser de A à Z l’électronique, rien de bien compliqué il faut quand même savoir souder, et avoir un minimum de petit matériel, pince coupante, fer à souder, soudure, une bonne loupe et un peu d’habilité. Il suffira de vous procurer via le site les deux circuits imprimés en question (https://spectro-uvex.tech/?product=4091) et acheter sur le net la liste de composants que vous trouvez dans la nomenclature qui va suivre.
2- Nomenclature
NOMENCLATURE CARTE Mère UVEX4.13:
Câblage connecteurs P6 et P5 :
P6 (1) = +5V
P6 (2) = A0
P6 (3) = D5
P6 (4) = D6
P6 (5) = 0V
P5 (1) = + 5V (TP5)
P5 (2) = Anode photodiode (pastille carrée) P10
P5 (3) = Détection effet hall du réseau P9
P5 (4) = Détection effet hall focus P12
P5 (5) = sortie D41 du MEGA libre
P5 (6) = D42 (température) détection
P5 (7) = Anode Led fente D47 du MEGA
P5 (8) = OV (TP1)
C.I :
U1 MEGA 2560 (sur barrette support)
U2 ULN 2803 (sur support CI 2X9)
U3 ESP 8266 (sur barrette support)
U4 WE5500 (sur barrette support)
U5 ULN 2803 (sur support CI 2X9) Nomenclature CARTE mère UVEX4.13 suite: R1 = 470 ohms (fixe le courant dans la photodiode) R2 = 4,7 kohms (fixe la référence capteur de température) R3/R4/R5 = 470 ohms led RGB libre (1 Kohms ) R6 = 220 ohms (fixe le courant dans la led qui éclair la fente) R7 = 470 ohms (led2 jaune ) R8 = 470 ohms led1 rouge (alimentation 3,3 V ON) RST1 boutons reset à souder SW1 switch à souder (DIP) SW2 switch à souder (DIP) SW4 commutateur à glissière 2X3 points Knitter-switch chez RS : 702-3637 / Réf fab : MFP213N Divers : P1 à P4 connecteurs 5 points à souder mâle Réf : ACERLI P1 : moteur réseau Réf : STEP MOTOR 28BYJ-48 5vdc P2 : moteur fente idem P3 : moteur foc idem idem P4 : moteur (réserve non utilisé pour l'instant) P5 connecteur 8 points avec câble plat soudé (pour câble liaison boitier uvex / mini carte) Réf : ACERLI P6 connecteur 5 points (réserve non utilisé pour l'instant) Réf : LED RGB (cathode commune) diamètre 5 mm LED1 rouge présence 3.3 V diamètre 5 mm LED2 jaune libre diamètre 5 mm
NOMENCLATURE MINI CARTE UVEX4.11
Câblage connecteur P8, 8 points voir nomenclature Uvex4.13
P8 = P5 identique fil à fil par une nappe soudée
P10 = connecteur photodiode Réf :
P11 = connecteur led fente idem
P9 = connecteur det effet hall RESEAU Réf :
P12 = connecteur det effet hall FOCUS idem
U6 = sonde température DS18B20
P9 = P12 connecteurs 3 points coudés
P10 = P11 connecteurs 2 points droits.
Les deux circuits imprimés vont vous aider à souder les composants, la liste des composants est disponible dans la nomenclature. Mais avant de faire cette opération il faudra souder les supports qui peuvent être des barrettes sécables (pour les trois shields) et les supports de circuits intégrés des 2 drivers de moteurs ULN2803.
Ci dessus vous avez la nomenclature des deux circuits imprimés, libre à vous de vous fournir ou vous voulez. Il est facile de se fournir sur Amazon, AliExpress ou autres. Seul le composant switch à glissière SW4 P6 est trouvable sur RS ( code de commande 702-3637).
3- Le matériel à commander.
La connectique et les interrupteurs: Nous avons choisit d’utiliser le plus possible les connecteurs de type JST XH au pas 2.54 mm qui offre une garantie de connexion efficace et solide avec très peu de faux contacts. Les fiches JST males sont à souder sur la carte mère et la mini carte, les femelles permettent la liaison avec fils. Les moteurs sont livré avec des fils nus, les JST 5 broches sont livrés avec des connecteurs à sertir dans le boitier plastique ce qui est très pratique. On utilise des connecteurs JST femelles avec fils déjà sertis pour l’interconnexion carte mère / mini carte et pour la connexion avec les capteurs à effet hall, la LED et la photodiode de fentes tournantes. Pour la connexion sans connecteur JST nous préconisons la soudure.
Led/ résistances/ capteurs : Les LEDs d’état de fonctionnement de l’électronique sont au format 5mm, la RGB en cathode commune, le repérage de la cathode est sérigraphie sur le circuit. On pourra se reporter sur la nomenclature pour retrouver ces points de détails. Il y a 8 résistances en 1/4 W et une sonde de température interne précise à 0,5°C près.
Les capteurs internes: Pour les connections internes, à savoir les périphériques qui se connectent à la mini carte nous avons deux détecteurs de position à effet hall, la LED qui éclaire la fente et la Photodiode qui détermine la position de la fente. Tous ces éléments sont reliés à la mini carte, il suffira de se référer au chapitre 5″ Motorisation de la fente et câblage interne ». Des vidéos décrivent les différentes étapes.
Les composants actifs:
– U1 : Le servo de l’électronique UVEX4 est un Arduino Mega 2560 PRO. Il est accompagné par des shields pour la connexion aux périphériques extérieurs:
– U2 & U5: ULN2803APG est un driver de moteur pas à pas qui permet de gérer les signaux de 2 moteurs 5V 28BYJ-48.
– U3 : ESP 8266 permet la connexion WIFI. On pourra l’utiliser pour des périphériques tel de que le cache motorisé.
– U4 : un shield ethernet le W5500 pour une connexion réseau filaire.
4- Montage atelier soudure.
Maintenant que vous vous êtes procuré tout le matériel il est temps de commencer l’assemblage. Pour cela il vous faudra un petit atelier avec centrale de soudure, soudure à l’étain et gaine thermo-rétractable. Souder tous les éléments en suivant les images suivantes ainsi que les schémas précédent. Voilà ce que cela donne quand vous aurez tout soudé, il vous restera à insérer les trois Shields et les deux ULN2803.
Arrivée à ce stade il ne vous reste plus qu’a placer les trois Shields respectivement dans les supports U1, U3 et U4. On remarque que le circuit W5500 est plus haut que les autres, ceci est du à sa contrainte de pouvoir y connecter un câble RJ45, le couvercle de l’électronique sera en appui sur le dessus du module, nous aurions pu le souder sans son support directement sur le circuit imprimé, mais nous avons voulu garder la choix de pouvoir remplacer les circuits facilement en cas de panne.
5- Montage photodiode et diode pour fente tournante.
Dans cette section on va s’occuper du pré-montage du contrôle de rotation de la fente tournante, le montage proprement dit sera effectué dans la page montage du kit motorisé. Pour cela on aura besoin:
– d’une Photodiode 3mm ayant une gamme de sensibilité dans la lumière visible (~450nm à ~800nm).
– d’une LED 3mm émission dans la lumière visible, de haute luminosité.
– de 2 connecteurs JST XH 2.54mm
– des pièces plastiques n°211, 212, et 214
– de deux gaines thermo-rétractible
– d’un poste de soudure avec soudure.
Au final le système de fente tournante doit ressembler à cela:
6- Tests de l'électronique.
Bravo, vous avez une électronique complète, vous êtes en possession du kit Motorisé de l’UVEX4, il vous reste à connecter les différents périphériques à la carte mère pour tester les différents éléments avant intégration dans le boitier de l’UVEX4:
1- Télécharger le logiciel UVEX manager: https://www.spectro-uvex.tech/uvex4/publish.htm
2- Voir l’installation et les tests sur la page Uvex4 manager: https://spectro-uvex.tech/?p=2967.
3- Reprendre le montage de l’UVEX4 à l’étape KIT Motorisé: https://spectro-uvex.tech/?p=2198
7- Un peu de Mathématiques, la position du réseau.
Le moteur est une 32 pas/tour avec un réducteur x64 ce qui donne une précision de 0,18°/pas. Ainsi il faut 20 pas moteur pour qu’une raie identifiée traverse le capteur de par en par, avec une ASI183, ce qui est suffisant pour placer le domaine spectral souhaité dans le capteur, il est ainsi aisé de passer du domaine UV à la partie visible du spectre puis à l’infrarouge. Cette précision ne dépend pas du réseau utilisé, on peut ainsi envisager de balayer le spectre d’une étoile et de faire du raboutage pour obtenir un spectre allant de l’UV jusqu’à l’IR et ceci quelque soit le réseau. La précision n’est cependant pas suffisante pour identifier les raies à coup sur, il faut pour cela utiliser une lampe de calibration.
Camera
Nb de pas/fenêtre
ASI 183
20.4
ATIK 460EX
19.3
ATIK 314L+
13.9
Le fichier Excel de calcul.
Longueur d'onde en fonction des angles réseaux, largeur de la fenêtre en longueur d'onde en fonction des réseau et de la camera.
Ici la géométrie de l’UVEX4 avec le fameux logiciel Geogebra:
Géogebra interactif
Parece que cada vez estamos mas cerca de la publicación de los ficheros para pedir la electrónica.
¿Hay ya fecha?
Muy buen trabajo, muchas gracias
Hola Samuel
Gracias por su comentario, sí es cierto que pronto oficializaremos el sitio web de uvex4. Haremos una presentación en las reuniones de Ciel et Espace del 11, 12 o 13 de noviembre en París.
También normalmente para la electrónica tenemos previsto o bien comprar las dos placas y cablearlas con la lista de componentes para los que sepan hacer montajes sencillos, o un kit completo programado y probado. El primer paso será ensamblar el uvex4 con los archivos .stl disponibles en el sitio, o tomar la versión impresa y ensamblada con insertos. Esto es lo que ocurrirá.
Hasta pronto
Alain López
Buenos dias.
Estoy intentando comprar en la Boutique la electronica y no consigo hacer el pago.
Me puede decir como hacerlo?
Bonjour,
je monte un UVEX motorisé et je me pose une question sur la photodiode. Quelle est sa référence ?
J’ai monté une PD204-6C de chez everlight et en regardant le schéma et la nomenclature on a R1=470 ohm n’est-ce pas plutôt 470 k car avec 470 ohm et un courant inverse dans la photodiode de quelque microampère cela fait une tension très faible a l’entrée du microcontroleur ?
merci pour cette belle réalisation.
cordialement
Franck Weil
Bonjour Franck
Dans la nomenclature la valeur de résistance R1 est bien 470 ohm, elle est branchée entre la masse et l’entrée analogique A8 du Mega 2560.
Pour la référence de la photodiode nous avons acheté un lot de photodiodes classique sur Amazon, cependant nous ne connaissons pas la référence!
Tu peux essayer avec cette valeur de résistance et ta photodiode PD204-6C, ça devrait marcher avec tes tests, tu nous diras si problème, désolé pour nôtre imprécision.
Cordialement Alain
Bonjour Alain,
Je pense que vous avez monté un phototransistor et dans ce cas avec une résistance de 470 ohm dans l’émetteur cela fonctionne; une photodiode fonctionne en inverse avec la cathode au plus. Le courant est faible et pour avoir une tension utilisable il faut une valeur de résistance beaucoup plus élevée. J’ai fait des tests avec la photodiode PD204-6C et une résistance de 470 k , la tension au bornes de la résistance varie entre 0 et 5V( avec le système de fente tournante). Comme l’impédance d’entrée de l’ATmega est de quelques Mohm cela devrai fonctionner sauf si les résistances de Pull-up du microcontrôleur sont activées: est-ce le cas ?
merci.
Cordialement.
Franck Weil
Bonjour Alain,
J’ai fait des tests avec UVEX4 manager et cela ne fonctionne pas. J’ai une valeur ON=953 et OFF=1004. L’impédance du convertisseur ADC est trop faible pour une photodiode (pull-up de 35K environ). Je vais commander des phototransistors PT204-6C. A suivre….
Cordialement
Franck Weil