positionnement précis servomoteur 12V par photodiodes et relais

[herakles]

Bonjour ,
ca fait bien 15 ans que je n'ai plus mis le nez sur une revue électronique ( selektor, electronique pratique...) , or je cherche un scéma d'asservissement de position d'un gros servomoteur qui doit suivre le mouvement lent d'une aiguille ou un disque avec pistes noires/blanches solidaire d'un dispositif sensible de mesure , d'une horloge , etc...

Je cherche surtout le bon schéma combinant photodiode , résistances , relais , alimentation en 12V ou 6V .

voici le schéma du boîtier qui en fait est un équivalent du potentiomètre de recopie , à ceci près que ce dernier est sensible à l'usure de la piste carbonée surtout au centre et que le couple résistant ne permet pas de suivre le mouvement d'une aiguille .

Si quelqu'un veut bien m'aider , mille mercis d'avance !


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[invitee05a3fcc]

Le disque en "vert" tu peux le fabriquer comme tu veux ?
Ton disque esclave recopie le disque vert. Enfin supposons. Comment tu lis la position du disque esclave?
PS: en opto, pour lire avec un phototransistor, on n'utilise jamais une LED blanche, mais une LED IR (maximum de sensibilité du phototransistor)

[herakles]

Oui , je peux fabriquer toutes les pièces comme je veux , je dispose d'un bon outillage avec découpe par robot .
Mais c'est la partie électronique où mon savoir est un peu limite bien que je sache monter des gradateurs , chenillards , interrupteurs crépusculaires , thermostats , etc... et je ne suis pas trop familiarisé avec les photodiodes .

En effet , le disque vert tourne , à raison de quelques degrés en une minute , la boîte contenant es photodiodes , solidaire du servomoteur doit tourner d'autant et s'arrêter , dans l'attente d'un nouveau mouvement du disque vert , soit dans le sens horaire soit dans le sens anti-horaire .

la précision de recopie doit être excellente , aussi bien à -10°C qu'à +40°C .

à noter que le servomoteur est volontairement limité à 150° de rotation maximum autour de son axe , des fins de course étant prévus ; par contre, le disque vert peut tourner librement sur 360° . il n'est pas gênant qu'a ce moment-là , le servomoteur soit à l'arrêt si le disque vert a parcouru plus que les 150° autorisés pour le servomoteur qui fera alors un retour dans l'autre sens .

[invitee05a3fcc]

Et comment tu connais la position de ton servomoteur ?
Ce ne serait pas plus simple de mettre un codeur optique (incrémental ou absolu) sur le disque vert ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[herakles]

Bonsoir ,

Ca me fait peur ,car je ne sais pas programmer ni dessiner des pistes binaires... ...c'est un fonctionnement en tout ou rien .j'ai essayé avec un frotteur sur des pistes en cuivre concentriques et ca marchait très bien pendant quelques mois , jusqu'à ce que l'usure du cuivre ou un dépôt de poussière de cuivre entre les deux pistes ne perturbe l'alignement du servo. d'où ma préférence pour un système optique , en fait plus précis qu'un robot qui chemine sur un tracé blanc sur fond noir ou un tracé noir sur fond blanc ..

[invitee05a3fcc]

Un codeur optique, c'est une boite avec un axe et qui te donne la position angulaire en relatif ou en absolu.
Tu en fais quoi de la mesure de position ensuite? tu la rentres dans un automate ? un PC ?

[herakles]

Tu en fais quoi de la mesure de position ensuite? tu la rentres dans un automate ? un PC ?

je ne me suis pas bien expliqué : je ne cherche pas du tout à savoir de combien est l'angle entre la position "arrêt" et la position décalée du disque à chaque instant , je désire simplement actionner le servomoteur dans un sens ou un autre , chaque fois que l'une des photodiodes est éclairée par réflexion jusqu'à ce qu'il rencontre la limite d'équilibre d'éclairement entre les deux pistes ,de façon à copier le mouvement d'un élement sensible et trop faibe pour actionner en prise directe l'axe d'un potentiomètre .
exemple = les gyroscopes , les détecteurs de roulis dans un petit hélicoptère miniature , etc...

C'est tout à fait l'équivalent analogique d'un capteur de positionnement rotatif : potentiomètre de postiionnement avec sa piste en carbone associé à un circuit comparateur délivrant un courant PWM au servomoteur dans un sens ou un autre

Donc pas de PC ni programmateur ni PIC etc....le plus simple possible

SFERNICE a dans sa gamme de potentiomètres un modèle très précis hors de prix : ROT 116 SF dans les 250€ ..mais 0.1% de précision tout de même en précision de positionnement ! or l'axe est un peu dur à manoeuvrer , c'est pourquoi je cherche un simple équivalent optique qui correspond au "frotteur" du potentiomètre .

[invitee05a3fcc]

Je vais te dire ma position. Si on ne connait pas tous les tenant et aboutissant de ton problème, on ne peux pas réfléchir.
- Tu dis qu'il y avait un potentiomètre de recopie et tu ne veux pas imaginer la solution du codeur optique qui n'a, comme couple, que le frottement des roulements
- Tu ne dis pas ce que tu fais de ton information de position

[Forhorse]

Si j'ai bien compris, le système est déjà pleinement fonctionne avec des pistes et de frotteur. Tu cherches juste à remplacer cette solution mécanique par une solution optique ?
Dans ce cas sa résolution devrait être simple.
Déjà est-ce que toute cette optique sera dans l'obscurité ou est-ce que ça doit travailler en lumière ambiante ?

[herakles]

Dans ce cas sa résolution devrait être simple.
Déjà est-ce que toute cette optique sera dans l'obscurité ou est-ce que ça doit travailler en lumière ambiante ?

tu as très bien compris la problématique , bravo

Cela avait très bien fonctionné jusqu'à ce que l'usure des frotteurs /poussières cuivre mette un terme à l'expérimentation des années 80 , au bout de quelque mois ...

Effectivement , tout se passe dans une boîte noire de 40 à 50mm de diamètre , dans le noir le plus complet !

j'ai continué à cogiter sur la forme à donner à cette boîte , avec un cache intérieur pour couper le flux IR de 18h à 6h du matin . et fait une simulation qui me donne satisfaction

cependant , je sèche sur les bonnes valeurs des différents composants à associer avec une photodiode pour actionner le relais inverseur , un schéma serait le bienvenu

Encore merci !

[Forhorse]

Le mieux que je puisse te conseiller, c'est de faire une petite recherche sur google avec "schéma barrière infrarouge", car c'est exactement ce que tu veux faire, sauf qu'a la place d'avoir les émetteurs et récepteurs en face, le couplage se ferra par réflexion.
La plus part des schéma proposent une modulation du signal pour avoir une immunité à la lumière ambiante, tu n'en a pas forcement besoin, mais qui peut le plus peu le moins ! (et ça fiabilisera d'autant plus la solution)
Tu peux te baser simplement sur un système à 555 côté émetteur et filtre à base d'ampli-op côté récepteur, et utiliser un optocoupleur reflecif pour l'optique (led et phototransistor dans le même boitier De ce genre là par exemple
Ou pour simplifier la partie récepteur, te baser simplement sur un composant spécifique comme un TSOP11xx (il existe quantité de composants équivalent)

[Forhorse]

J'ajouterais au passage que tu n'a normalement besoin que d'un seul circuit émetteur (le deux led infrarouge en série alimenté par le même circuit modulateur)
cependant, suivant la distance entre les deux pistes, il est possible qu'il y ai perturbations réciproque.
Dans ce cas, il est préférable de faire deux circuits d’émission, basé sur des fréquences de modulation totalement différentes; ainsi ils seront immunisé l'un par rapport à l'autre

[herakles]

Merci beaucoup , Forhorse !!!

je vais laisser décanter tout ce que j'ai eu comme infos , et après les fêtes , je repars à l'attaque !

tiens , voici le schéma de ce je compte faire , c'est en fait un suiveur solaire "en aveugle" de la position du soleil donnée par un petit moteur synchrone tournant en 24h
Un cache permet de couper le rayon IR au coucher du soleil ce qui stoppe le servomoteur à l'OUEST
Le servo se repositionnera au petit matin à l'EST en attendant la réapparition du soleil .

Bonnes fêtes de Noel à toi et encore merci .

PS = tu peux critiquer mon schéma le cas échéant , ne te gênes pas

[Forhorse]

Je n'ai pas compris grand chose à tes dessins, mais je suppose que tu sais ce que tu fais.
Par contre vu le but, étant plus électronicien que mécanicien, je partirais sur une solution différente et 100% électronique. Mais bon chacun ses compétences. Si une solution mécanique te convient pourquoi pas.

Pour ma part je ferrais un montage à base de µC, avec un codeur (incrémental | absolu) sur l'axe du servomoteur.
Tu relève la position de départ à l'est et la position de d'arrivée à l'ouest (pour chacune de ces positions les codeurs va avoir une certaines valeurs)
Tu vas donc avoir une consigne qui varie de la position EST à la position OUEST en un temps T, ça va donc te donner une "rampe" de valeur

Je ne sais pas si c'est bien clair, avec des chiffres (bidons) ça sera peut être plus parlant...
Imaginons ton servomoteur équipé d'un codeur absolu 10 bits
Imaginons que pour la position EST la valeur donnée par le codeur soit de 54
Imaginons toujours que pour la position ouest, la valeur du codeur soit de 980
La course doit se faire, disons en 12h, tu va donc avoir une rampe de 980-54=926points par 12h, soit 77.1point par heure (ou 1.28 point par minute)
Dans un µC tu implémente un compteur, qui compte exactement cette cadence, c'est a dire qu'il va compter de 54 à 980 en 12 heures
Il ne te reste plus qu'a créer une comparaison binaire
si Compteur_interne > position_codeur = faire tourner le servomoteur vers l'OUEST
et lorsque le compteur_interne > 980 = faire tourner le servomoteur vers l'EST jusqu’à ce que compteur_interne = 54
C'est extrêmement simple, ça se code en une cinquantaine de ligne en C ou en BASIC

C'est qu'une idée parmi tant d'autres... parce qu'il y a aussi le suivit solaire direct avec 2 LDR...

Maintenant, quelque soit la solution que tu choisisse, on sera de toutes façons là pour t'aider.

[herakles]

C'est qu'une idée parmi tant d'autres... parce qu'il y a aussi le suivit solaire direct avec 2 LDR...

c'est ce que j'ai fait dans les années 80 à 84 ...le seul problème est la taille du miroir qui fait de l'ombre sur le système , l'autre problème étant les nuages et les araignées ...sans parler des fientes des piafs...

d'où ma recherche de l'horloge qui crée une vraie image "virtuelle" du soleil : le faisceau IR , avec le cache incorporé qui symbolise le coucher du soleil et qui a son utilité = stopper le servo (il ne doit en aucun cas faire un tour 360° , mécaniquement impossible , donc débattement limité à 180° grand maxi .)

je sais qu'une programmation avec codeur incrémental est possible , cependant , comment redémarrer d'est en ouest en parfaite synchronisation avec l'astre céleste : comment vois-tu cela ?
D'autre part , je suis parfaitement néophyte en programmation , désolé ...et je crois qu'une bonne réalisation mécanique+optique avec un minimum d'électronique pour remplacer le truc des pistes de cuivre devrait suffire .

sur mon croquis , l'horloge fait tourner le faisceau IR(par le biais du miroir ) , qui frappe tour à tour les LDR qui tapissent les côtés de la boîte , cela permet d'enclencher le relais "marche avant " ( sens horaire) qui va obliger le servomoteur de forte puissance (rapport 1:500) à faire tourner le miroir jusqu'à ce que la boîte reliée mécaniquement rattrape le point d'équilibre et coupe le relais marche avant .
le cache semi-circulaire permet de couper le faisceau IR (comme si le soleil se couchait) et donc de couper le moteur du servo - cela évite le blocage du système en fin de course - en attendant qu'au petit matin , il soit remis en marche sens anti-horaire vers l'EST
pour un nouveau cycle - quand bien sûr il y a du soleil , car un interrupteur crépusculaire est prévu pour couper le jus .
( ou bien quelques cellules photovoltaïques)

d'autre part les astronomes sont confrontés aux problèmes de décrochage de l'horloge et doivent mettre en jeu soit un mécaniqme motorisé de rattrapage , soit un variateur de fréquence agissant sur le moteur synchrone , aussi j'ai prévu ce même variateur de fréquence pour tripler la vitesse de l'horloge en vue de "rattraper" et annuler l'écart entre la vraie position du soleil et la position du faisceau IR .

Pour ma part je ferrais un montage à base de µC, avec un codeur (incrémental | absolu) sur l'axe du servomoteur.

c'est ce que j'aurais fait pour un panneau photovoltaïque avec axe équatorial , mais ca ne marche pas avec le miroir, car il associe un axe équatorial à un dispositif de renvoi de la lumière vers une cible , et là , le calcul est plus ardu :
le servomoteur agit sur le miroir , avec système de conversion mécanique qui traduit les déplacements angulaires en les multipliant par deux : une rotule capte ces déplacements angulaires et les transmet à la boîte associée à l'horloge....
d'où le suivi par horloge , le miroir ne tournant sur son propre axe que d'environ 7.5° par heure , cet angle changeant légèrement suivant les saisons .

tiens, voici une ou deux photos ...le proto en rouge avait ce système de recopie sur pistes cuivres ( boîtier rond ) , tandis que le 1er proto (photo NB) avait une commande par suivi solaire associée à une télécommande manuelle de l'inclinaison du soleil ( 23° en haut et 23° en bas )
Souvenir de ma période soixante-huitarde....

je reviens sur les valeurs des composants à associer à la photodiode miniature ; est-ce que tu peux me dire les bonnes valeurs pour les composants à utiliser ?

[Forhorse]

je sais qu'une programmation avec codeur incrémental est possible , cependant , comment redémarrer d'est en ouest en parfaite synchronisation avec l'astre céleste : comment vois-tu cela ?

Avec une horloge, exactement comme toi tu l'as prévu. On peut associer au µC une RTC, un récepteur radiopiloté ou tout simplement une horloge "a quartz".
Ton système mécanique va faire demarrer ton servomoteur au même point tout le matin à la même heure. Il est tout aussi simple de faire la même chose par programme.

D’ailleurs ton système à, je crois, une énorme faille. Il fait démarrer le suiveur au même endroit tous les matins, alors que le soleil ne se lève jamais exactement au même endroit. Tu vas donc devoir corriger tous les jours ou presque, l'heure de ton horloge maîtresse (j'exagère, on va dire toutes les semaines...)
Avec un µC, tu peux parfaitement implémenter une horloge astronomique, qui donne la position de départ en fonction du jour de l'année. C'est faisable soit sous la forme d'un calcul (si tu es fort en math et en astronomie) soit sous la forme d'une table (366 valeurs au maximum, mais avec la moitié ça doit être jouable)

D'autre part , je suis parfaitement néophyte en programmation , désolé ...et je crois qu'une bonne réalisation mécanique+optique avec un minimum d'électronique pour remplacer le truc des pistes de cuivre devrait suffire .

La programmation ce n'est pas excessivement compliqué. Il suffit généralement de s'y mettre et d'avoir des exemples sous les yeux. Quand on est capable de concevoir et de modéliser des systèmes mécaniques complexe, on est capable d'écrire des algorithme, c'est la même gymnastique intellectuelle.
Puisque tu en es à revoir un bonne partie de ton système, c'est l'occasion idéal de reprendre tout à zéro.
Moins il y a de mécanique, plus c'est fiable (je l'ai constaté à d'innombrable occasions, c'est l’expérience qui parle)
Un système programmable aura l'avantage d'être extrêmement souple. Toutes les variables pourront être ajusté facilement, le principe même de suivit pourra être revu entièrement sans qu'il n'y ai la moindre modification physique du système.
Mais là encore c'est ton choix. Si tu veux garder ton système mécanique, ça se défend. C'est une autre philosophie et ça simplifie le dépannage.

d'autre part les astronomes sont confrontés aux problèmes de décrochage de l'horloge et doivent mettre en jeu soit un mécaniqme motorisé de rattrapage , soit un variateur de fréquence agissant sur le moteur synchrone , aussi j'ai prévu ce même variateur de fréquence pour tripler la vitesse de l'horloge en vue de "rattraper" et annuler l'écart entre la vraie position du soleil et la position du faisceau IR .

c'est ce que j'aurais fait pour un panneau photovoltaïque avec axe équatorial , mais ca ne marche pas avec le miroir, car il associe un axe équatorial à un dispositif de renvoi de la lumière vers une cible , et là , le calcul est plus ardu :
le servomoteur agit sur le miroir , avec système de conversion mécanique qui traduit les déplacements angulaires en les multipliant par deux : une rotule capte ces déplacements angulaires et les transmet à la boîte associée à l'horloge....
d'où le suivi par horloge , le miroir ne tournant sur son propre axe que d'environ 7.5° par heure , cet angle changeant légèrement suivant les saisons .

Là j'ai pas compris. Mais je reste persuadé qu'on l'on peut faire la même chose par calcul et donc par programmation, avec toujours la souplesse de pouvoir ajuster les paramètres facilement et de créer des exceptions si besoin.

je reviens sur les valeurs des composants à associer à la photodiode miniature ; est-ce que tu peux me dire les bonnes valeurs pour les composants à utiliser ?

A partir du moment où tu indiqueras quel schéma de base tu compte adopter, et quel composants optiques tu vas utiliser, je pense que oui.

[herakles]

Il fait démarrer le suiveur au même endroit tous les matins, alors que le soleil ne se lève jamais exactement au même endroit. Tu vas donc devoir corriger tous les jours ou presque, l'heure de ton horloge maîtresse

Objection , Votre Honneur , si je peux me le permettre :

l'horloge est fixée SUR l'axe équatorial - cette dernière reste fixe - , elle n'a pas besoin d'étre corrigée : il faut juste tenir compte de l'inclinaison ce que fait le système mécanique justement = une rotule , une tige en acier cémenté , increvable , une biellette associée à un micromoteur télécommandé aussi bien manuellement (1 fois par semaine) que par un dispositif optique solaire, uniquement à midi (recalage en hauteur) : l'angle de la biellette par rapport à cet axe équatorial change donc suivant les saisons , ce qui permet d'asservir très précisement le miroir tout au long de l'année .

l'horloge n'a donc pas besoin dêtre retouchée ou réglée sauf en cas de panne EDF.sur toute l'année ( d'où le rattrapage par changement de la fréquence d'alimentation de l'horloge ).

Si tu veux garder ton système mécanique, ça se défend. C'est une autre philosophie et ça simplifie le dépannage.

c'est surtout indispensable pour le citoyen lambda chez qui je veux installer ce miroir , qu'il puisse régler lui-même avec une simple clé .. et qu'il voie de lui-même de visu le mouvement de la biellette , toujours orientée vers le soleil , comme témoin du bon fonctionnement du miroir (cf croquis )

ma philosophie: mieux vaut rouler en 2CV - facile à entretenir - plutôt qu'en Mégane Turbodiesel...

Mais je reste persuadé qu'on l'on peut faire la même chose par calcul et donc par programmation, avec toujours la souplesse de pouvoir ajuster les paramètres facilement et de créer des exceptions si besoin.

je suis entièrement de ton avis , si j'en avais le temps , je me remettrais à étudier les délices de la programmation , etc
Hélas , mon activité d'architecte m'en a empêché ....bon , ce sera quand je serai à la retraite

Là j'ai pas compris

un panneau photovoltaîque ou un panneau thermique doit toujours rester perpendiculaire au soleil , le calcul est plus facile à faire

Pour un héliostat , c'est une tout autre paire de manches , car le miroir doit tourner de la moitié à peu près de 1° pour 2° effectués par le soleil . ce rapport change selon les saisons ..

je te joins un croquis de principe

je crois que je vais donc rester sur la détection du faisceau IR émis par une LED (faisceau très étroit ) par le biais d'une photodiode détectant ce faisceau , c'est à partir de là que je ne sais trop quels composants utiliser ( alimentation en 12V continu ) pour commander les relais ; deux photodiodes sont d'ailleurs prévus , de même que les LDR que je sais utiliser ( schémas classiques des interrupteurs par détection de lumière)

Encore merci pour ta patience , je sais à quel point ca prend du temps , puisque je suis sur un autre forum à répondre aux questions des gens sur le bioclimatique

[Forhorse]

J'avoue que la notion d'axe équatorial me dépasse, je ne pense pas être en mesure de comprendre sans avoir le système sous les yeux.

On va donc en rester au système a photodiode, ça sera plus simple pour tout le monde je crois

J'ai trouvé plusieurs schémas qui pourraient convenir. Mais il faut quand même une base départ.
Commences par nous dire quel phototransistor tu comptes utiliser (celui qui sera mécaniquement compatible avec ton application) et de quel tension d'alimention tu disposes actuellement (autant essayer de s'en accommoder plutôt que d'en créer une nouvelle)

[herakles]

tension d'alimentation : disponible 6 à 12V courant continu (batterie ou mini panneau photovoltaïque )
Photodiode : je pense à la Siemens SFH 305 pour sa très fine largeur : deux photodiodes pour l'azimut et deux photodiodes pour l'inclinaison .
Led IR pouvant émettre un faisceau aussi fin que possible avec l'aide de lentilles de focalisation .
relais pour commuter 12V , 5 à 10W (0.5 à 1 A ) pour le moteur du motoréducteur de forte puissance mais tournant très lentement (2 à 5 t/mn )
LDR avec circuit classique et relais : servant au pointage grossier du miroir , la photodiode servant ensuite au pointage fin .

merci encore !

J'avoue que la notion d'axe équatorial me dépasse, je ne pense pas être en mesure de comprendre sans avoir le système sous les yeux.

sur le croquis joint : l'axe équatorial est figuré par le tube fixe , incliné à 43.5° (latitude de Toulouse)
la biellette A-C figure le rayon du soleil
A-C tourne autour du tube fixe , entraînant la rotule C , qui a son tour , appuie sur la tige de soupape , perpendiculaire au miroir
Cette soupape provoque l'inclinaison du miroir et le rayon rélfléchi repart suivant l'axe A-B .., B étant le pivot du miroir

aussi simple que cela !

[Forhorse]

Pour ton problème tu peux t'inspirer du schéma proposé ici
http://www.ho-ptit-train.be/Html/cablage_04.html
Si le relais (que tu branches directement sur la sortie "out" avec une diode de roue libre) colle à l'inverse de ce que tu veux, il suffit d'inverser les entrée 2 et 3 du LM311
Ce système est extrêmement simple car il ne comporte pas de modulation, il est donc sensible à la lumière du jour.

[herakles]

c'est parfait , mille mercis, c'est on ne peut plus simple d'autant que je dois faire 4 circuits , deux pour les vitesses rapides (avec la détection par les LDR) et deux avec les photodiodes pour les vitesses réduites du servo à l'approche du point d'arrêt , pour éviter le "pompage" .

Peut-on améliorer le faisceau IR en le rendant très fin ? lentille de focalisation ? ceci pour augmenter la précision du système de suivi ?
Un faisceau laser ? comme ici : http://www.sonelec-musique.com/elect...neuse_001.html

Avec l'ancien système par suivi solaire sur le soleil , une micro-lentille me permettait d'avoir un point lumineux très petit augmentant d'autant la précision .

Bonnes fêtes !