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voiture rc avec raspberry pi




  1. #1
    stupidmachine

    voiture rc avec raspberry pi

    Bonjour à tous,

    dans le cadre d'un projet à choix que je dois faire avec un raspberry pi, j'aimerais contrôler une voiture jouet RC avec celui-ci. Le but sera ensuite de pouvoir commander la voiture depuis une interface web, et pourquoi pas, si ce n'est pas trop compliqué, d'y ajouter une petite caméra.

    Je devrais pouvoir me débrouiller pour la partie informatique, mais je suis un grand débutant en électronique (néanmoins très intéressé) et c'est là que j'ai besoin de votre aide.
    Pour commander le moteur DC de la voiture (dans les deux sens), je pense utiliser un pont en H formé par des transistors MOSFET. Le moteur sera commandé en PWM pour gérer la vitesse de rotation.
    J'ai trouvé ce schéma (ici) qui concerne des transistors bipolaires, mais est-ce que je peux faire la même chose avec des MOSFET (si j'ai bien compris la commande sera simplement inversée par rapport au schéma pour deux des entrées si je prends 4 transistors du même type)? Le schéma vous semble-t-il correct (sans tenir compte des valeurs indiquées pour l'instant), surtout au niveau des diodes libres?
    BipolarHBridgeSchematic.gif

    Lorsque je bloque le moteur alimenté sous 5 V, il laisse passer ~5 A (contre ~0.7 A si je le laisse tourner). Si j'ai bien compris, sa résistance interne est donc de 1 Ω (et le moteur est très mauvais).

    - Est-ce que cela veut dire que mon alimentation devra fournir au minimum 5 A pour démarrer correctement le moteur ou est-ce que 2.1 A suffiront?
    - Comment sélectionner les bons transistors? La commande sera de 3.3V, le circuit du moteur sous 5 V. Quels sont les paramètres à prendre en compte en dehors du courant max. et de la tension max. entre la source et le drain? Est-ce que ceux-ci (datasheet ici) joueraient par exemple?

    Merci d'avance pour vos réponses.

    -----

    Dernière modification par stupidmachine ; 28/02/2014 à 14h56.

  2. Publicité
  3. #2
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Petit up si j'ose.

    Je repose mes questions principales si ce n'est pas clair.

    Est-ce que 2.1 A suffiront pour démarrer mon moteur qui en prend 5 quand je le bloque?
    Comment choisir les bons transistors? Y a-t-il d'autres paramètres à regarder que la tension max et le courant max?

    Merci d'avance.

  4. #3
    Murayama

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Bonjour!

    Petit up si j'ose.
    Osez, mon bon, osez!

    Une remarque: il existe maintenant des myriades de ponts en H tout faits, plus simples à utiliser
    que des composants discrets. Et aussi plus compacts. Cherchez sur Digikey, Mouser, Farnell, etc...
    Sinon, voici des videos de moteurs commandés avec une carte que j'ai fait récemment.
    J'utilise des pilotes de moteurs en TSSOP (au pas de 0.65). Il y a 2 ponts par chip, et 2 chips par
    carte, donc 4 moteurs DC. Mais le courant est évidemment limité vu la taille du circuit. Les circuits
    sont censés fournir 1.4A. Mes moteurs consomment 200 mA.

    http://www.youtube.com/channel/UCWld...?feature=watch

    La carte est alimentée entre 5 et 7.4V (ou plus si on n'utilise pas de servos). La partie commande
    est en 3.3V. Le code source intégral des démonstrations est publié. Il y en aura d'autres.

    Pascal


  5. #4
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Merci pour cette réponse, désolé de ne pas avoir fait signe plus tôt, j'étais en vacances et j'ai un peu oublié tout ça...

    Je ne veux pas utiliser de pont en H tout fait, justement pour mieux comprendre. J'ai pu répondre à ma question concernant le démarrage du moteur, cela fonctionne bien avec une alimentation de 2A.

    Je n'arrive toujours pas à trouver les bons transistors (MOSFET).
    La commande sera en 3.3V (le courant doit passer quand cette tension est appliquée), la tension entre le drain et la source de 5V, la résistance entre le drain et la source devrait être la plus petite possible et le temps de commutation court.
    C'est certainement très simple mais je me perds dans les infos des datasheets et je ne sais pas vraiment où regarder...

    Quelqu'un pourrait-il me donner une référence d'un transistor qui jouerait pour cette application?

    Merci d'avance.
    Dernière modification par stupidmachine ; 09/03/2014 à 19h59.

  6. #5
    PA5CAL

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Bonsoir
    Citation Envoyé par stupidmachine Voir le message
    Est-ce que 2.1 A suffiront pour démarrer mon moteur qui en prend 5 quand je le bloque?
    Comment choisir les bons transistors? Y a-t-il d'autres paramètres à regarder que la tension max et le courant max?
    Si la commande du pont en H est capable de limiter le courant à 2 A en réduisant le rapport cyclique afin de ne pas griller les transistors, alors le moteur pourra démarrer si le couple moteur produit avec ce courant est supérieur au couple résistant.

    La réponse dépend donc de l'environnement mécanique du moteur.


    Concernant le choix des transistors, les paramètres à regarder prioritairement sont :
    - le courant maximum admissible
    - la puissance en mode saturé
    - la puissance des pertes en commutation, si la fréquence de hachage du pont est élevée ou si les commutations sont lentes
    - la dissipation thermique réalisable.

    La puissance totale dissipée ne doit pas élever la température des transistors au-delà de la limite indiquée par le constructeur. La température atteinte dépend de la température extérieure (considérer le cas le plus défavorable - l'été sous la canicule dans une endroit mal aéré) et de la résistance thermique des éléments situés entre la puce de silicium et l'air ambiant (radiateur choisi, semelle d'isolation électrique, boîtier du transistor).
    Dernière modification par PA5CAL ; 09/03/2014 à 20h53.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Merci beaucoup pour cette réponse.

    Si la commande du pont en H est capable de limiter le courant à 2 A en réduisant le rapport cyclique afin de ne pas griller les transistors, alors le moteur pourra démarrer si le couple moteur produit avec ce courant est supérieur au couple résistant.
    Ok, c'est bien ce que je pensais faire. Le couple produit est supérieur au couple résistant, je viens de tester et le moteur démarre sans problème lorsqu'il est alimenté par un chargeur USB de 2A.

    - le courant maximum admissible
    Ok

    - la puissance en mode saturé
    Ok

    - la puissance des pertes en commutation, si la fréquence de hachage du pont est élevée ou si les commutations sont lentes
    Je ne sais pas encore vraiment pour la fréquence, cela dépendra des essais. J'imagine entre 1 et 25 kHz (j'en sais rien en fait).

    - la dissipation thermique réalisable.
    Là j'ai de la peine à comprendre comment calculer...

    Selon ces paramètres, est-ce que le IRLU8259PbF pourrait jouer?

  9. #7
    PA5CAL

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Pour le calcul thermique, la formule est :

    P < (TjMax – TaMax)/Rθj-a

    avec:
    P : puissance totale à dissiper
    TjMax : température de jonction maximale admissible
    TaMax : température maximale de l'air
    Rθj-a : résistance thermique totale, somme des résistances thermiques entre la jonction et l'air



    Pour le transistor IRLU8259PbF, on peut faire le calcul à ID = 5 A (les valeurs suivantes sont lues dans la datasheet):

    Si l'on admet qu'on a RDS(on) = 12,9 mΩ à Vgs = 4,5 V, et qu'on peut ne considérer que les pertes statiques, alors la puissance à dissiper serait :

    P = ID2·RDS(on) = 0,3225 W

    Sans radiateur, soit Rθj-a = 110 °C/W, l'élévation de température serait :

    Tj – Ta = P·Rθj-a ≈ 35,5 °C

    Avec une température maximale de fonctionnement TjMax = 175 °C, le transistor peut fonctionner jusqu'à une température ambiante de 139,5 °C !

    Autant dire qu'habituellement on ne se retrouve pas avec une marge aussi importante (on est plutôt souvent obligé d'ajouter un radiateur pour ne pas dépasser la température maximale). Dans le cas présent, le transistor est très largement sur-dimensionné. Et donc, a fortiori, il peut convenir si ton budget te le permet.
    Dernière modification par PA5CAL ; 10/03/2014 à 07h39.

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  11. #8
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Merci, j'ai nettement mieux compris.

    Une dernière question: Faut-il mettre une résistance entre la sortie du raspberry et la gate pour limiter le courant? Si oui, de quelle valeur?
    D'après la datasheet, la gate resistance de ce transistor est de 2.2Ω.

  12. #9
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Il y a vraiment quelque chose que je ne comprends pas pour le choix de la résistance en série avant la grille (entre la sortie du pi et la grille). A mon avis, sa valeur minimale doit être 3.3V/0.016A, soit 206 Ω (les sorties du raspberry sont en 3.3V et peuvent fournir un maximum de 16mA).

    Est-ce qu'une résistance de 220Ω peut donc convenir?
    Comment savoir si la tension à la grille restera suffisante pour commuter le transistor? (gate threshold voltage = 1.9V)

  13. #10
    PA5CAL

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    J'étais passé à côté du fait que la tension de commande que tu visais était de 3,3V seulement, et non pas de près de 5V comme dans mon exemple de calcul. La puissance à dissipée serait donc plus importante. Mais compte tenu du sur-dimensionnement du transistor, ça ne va pas changer grand chose.

    La résistance que tu indiques permet de limiter le courant de la sortie de commande. Elle ne crée pas de chute de tension, mais un ralentissement de la commutation, parce que le courant qui la traverse doit charger/décharger les capacités parasites du transistor (≈1nF). Si cette résistance est élevée, il se posera le problème de l'échauffement du transistor dû aux pertes en commutation, qui ne seront peut-être plus négligeables.

    Normalement, on utilise un driver pour piloter un mosfet de puissance à partir d'une sortie logique.

    Utiliser directement la sortie du Raspberry Pi pose quelques questions auxquels je ne vois pas de réponses dans la littérature. En effet, s'il apparaît bien possible de fixer à 16 mA le courant de sortie (à condition de programmer la valeur 7 dans le champ DRIVE du registre de pad control), ce courant n'est en fait que celui spécifié pour garantir un niveau logique répondant à la norme (VIL≤0.8V ; VIH≥1.3V). D'un côté le courant pourrait être plus élevé, mais de l'autre rien ne dit que l'alimentation puisse supporter que plusieurs sorties délivrent le courant spécifié simultanément...
    Dernière modification par PA5CAL ; 11/03/2014 à 00h03.

  14. #11
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Merci pour ton aide PA5CAL.

    Je vais étudier tout ça et je vous tiens au courant.

  15. #12
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Me revoilà!

    Finalement, les 3.3V ne suffisent pas à commuter suffisamment mes MOSFETs et je me rends compte qu'il me faudrait aussi des canal P. J'ai donc pensé à commander mes MOSFETs avec des petits transistors bipolaires (pour pouvoir avoir du 5V sur la gate des MOSFETs) et je voudrais vous montrer mon schéma pour que vous me corrigiez si besoin...
    Soyez indulgents, c'est la première fois que je fais un vrai schéma en électronique.

    Merci d'avance!

    Pièce jointe supprimée
    Dernière modification par JPL ; 31/03/2014 à 12h25.

  16. #13
    JPL

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Les schémas doivent être postés dans un format graphique (gif png, jpg). Merci.
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

  17. #14
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Désolé, j'ai dû rater ce passage dans la charte. Voilà le schéma en png... (qui semble avoir été converti en jpg)
    Images attachées Images attachées
    Dernière modification par stupidmachine ; 31/03/2014 à 15h15.

  18. #15
    stupidmachine

    Re : voiture rc avec raspberry pi

    Tout fonctionne parfaitement maintenant. Les 3.3 V suffisent largement en fait, c'est juste que je n'avais pas vraiment compris la différence entre les MOSFET canal-N et canal-P... Avec des P sur le high side et des N sur le low side ça va évidemment beaucoup mieux. Donc je n'ai pas eu besoin de transistors bipolaires pour alimenter les MOSFET, je l'ai fait directement depuis le GPIO du raspberry via une résistance de 330 Ohm pour limiter le courant.

    Sinon, le raspberry Pi crée maintenant son propre réseau wi-fi et il me suffit de m'y connecter pour contrôler la voiture depuis un ordinateur avec le clavier ou un mobile avec les accéléromètres, via le navigateur web.

    Merci pour l'aide.

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