Jeu de lumière DIY qui plante après 2 mois de fonctionnement

[gregmittel]

Bonjour à tous.
J’ai un petit problème sur une installation que j’ai réalisé, pourriez-vous m’aider ???
Le système, c’est de l’éclairage pour le spectacle.
C’est composé de, une alimentation générale (qui fournit du 24Vdc et un signal RS485) pour tout le reste.
40 boitiers déportés qui reçoivent ce 24Vdc et le signal de commande pour piloter deux leds de 4W.
Les boîtiers sont câblés les uns à la suite des autres par un câble 2G2mm² + 1 paire RS485 sur connectiques XLR.
Chaque boîtier est composé de :
-1 régulateur à découpage 24 vers 12V pour alimenter les leds
-1 régulateur LDO 5V pris sur le 12V pour alimenter l’électronique
-1 récepteur RS-485
-1 Pic cadencé à 64MHz qui décode le signal et pilote les leds en PWM 20KHz

Ce système a été installé dans un opéra, et a fonctionné parfaitement pendant 2 mois tous les jours.
Mais depuis quelque temps, des boîtiers s’éteignent de façon isolée et il faut les débrancher puis les rebrancher pour qu’ils refonctionnent.
Bien entendu, jamais les même boîtiers, quel que soit la sortie utilisée, ou le nombre de boîtier sur la ligne.
Le problème, c’est que la carte est dans un boîtier en aluminium, donc je ne peux rien mesurer en direct.
J’avais un doute sur un plantage du programme, mais à première vue ça ne vient pas de là.
D’après vous, qu’est-ce qui pourrait créer ces pannes ? Perturbations CEM ?
Sachant que ça ne plante que dans l’opéra. J’ai mis le système en test dans mon atelier pendant 1 mois et aucun plantage….
Donc questions :
Est-ce que d’après vous la masse du 24V devrait être reliée à la terre électique ?
Est-ce que les boîtiers en aluminium doivent être reliés à la masse du circuit ?
Merci d’avoir lu ce pavé…….. 
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[Vincent PETIT]

Bonjour,

Mais depuis quelque temps, des boîtiers s’éteignent de façon isolée

C'est à dire ? La communication est interrompue ou bien l'alimentation interne s'est éteinte ?

D’après vous, qu’est-ce qui pourrait créer ces pannes ? Perturbations CEM ?

Difficile à dire, j'ai déjà un eu un problème similaire sur un réseau de 256 capteurs sur RS485 et une de temps en temps j'avais un capteur ou deux, mais jamais les mêmes, qui ne causaient plus et c'était du à une erreur dans mon routage. Donc de CEM quelque part, mais interne.

Est-ce que d’après vous la masse du 24V devrait être reliée à la terre électique ?

Oui pour ta centrale car les perturbations de mode commun veulent aller à la terre.

Est-ce que les boîtiers en aluminium doivent être reliés à la masse du circuit ?

Pas toujours, j'étais souvent confronté à ce problème. La centrale était dans un bâtiment et les capteurs étaient dans des bâtiments différents, j'avais donc des terres différentes d'un bâtiment à l'autre et si j'avais connecté les masses des boîtiers à des terres locales et aux 0V des circuits alors mes capteurs auraient causé ensemble par rapport à des 0V qui n'étaient pas les mêmes (qui n'avaient pas la même valeur). Sur un site industriel tu peux te retrouver avec des potentiels de terre sacrément différents. Le RS485 tolère quand même du mode commun. Bref parfois il est préférable que le boitier alu soit à la terre pour des raisons de sécurité mais que l'électronique soit flottante à l'intérieur.

Si tu es dans un bâtiment avec 1 seule terre alors tout peut être mis à la terre, les boîtiers + les 0V de l'électronique

[gregmittel]

Bonjour Vincent, et merci pour ta réponse.

A première vue c'est l'alimentation qui s'éteint, mais je ne peux pas en être certain. Sur le proc, j'ai une led témoin qui clignote si pas de signal rs485 et qui est allumée si on reçoit du signal. Et quand ça plante, la led s'éteint. Hors dans le programme ça ne doit pas arriver. Mais si c'est un soucis d'alim, ça fait peut-être planter le proc ?
Je vais essayer de relier la masse à la terre pour voir si ça change quelque chose.
Tout est dans la même pièce. Et les boitiers en alu sont clipsés sur des pupitres de partitions en métal. Il est arrivé que des boîtiers plantent quand quelqu'un touche le pupitre. Électricité statique ????

[Vincent PETIT]

Et les boitiers en alu sont clipsés sur des pupitres de partitions en métal. Il est arrivé que des boîtiers plantent quand quelqu'un touche le pupitre. Électricité statique ????

C'est toi qui a conçu l'électronique ? C'est pour savoir si la CEM a été prévu ou pas.

Dans les labo de CEM on le fait des tests avec les ESD (décharge d'électricité statique) en contact indirect. C'est à dire qu'on envoie une décharge sur la tôle en dessous donc parallèle au système puis on refait la même chose sur une tôle perpendiculaire pour générer un champ électrique et voir comment réagit l'électronique. Pour ce qui s'est passé peut être que c'est une ESD, mais je ne peux pas être sur car il me faudrait beaucoup plus d'informations.

Pour l'instant, relie les 0V électroniques au boîtier en Alu, eux même mis à la terre (les tôles des pupitres le sont sûrement déjà). Idem au niveau de la centrale !

[A voir en vidéo sur Futura]

[gregmittel]

Oui j'ai fait le développement.

Voici le schéma des boitiers.
Donc non, le CEM n'a pas été prévu, et j'avoue que je n'y pige pas grand chose....
Ok je vais tout lier à la terre et te dirai ce que ça donne.
Non les pupitres sont volants, aucune connexion à la terre.
Est-ce qu'un filtrage plus efficace des boîtiers pourrait aussi améliorer la stabilité ?
Le boitier de l'alimentation est en ABS, et les alimes sont des meanwell.

[gregmittel]

Et dernière question, est-ce que envelopper le circuit des boitiers dans ce genre de film aiderait ?

https://fr.farnell.com/wurth-elektro...oss_price=true

Et si oui, faut-il encore relier la carcasse du boitier à la masse ou est-ce que ça fait double emploi ? Quel est le mieux ?

[Bitrode]

Bonjour,

il faudrait surtout voir le routage, car bien souvent c'est l'origine des problèmes.
As-tu fait un PCB en 4 couches?
Par exemple en regardant ton schéma je ne vois aucune résistance de protection des entrées, ni même de pull-up ou pull-down sur celles-ci quand les switchs sont ouverts...

[gregmittel]

Voici le routage :

PCB en 2 couches seulement

[gregmittel]

Sur les inters, j'utilise les pull-up interne du PIC.

[jiherve]

bonsoir
il y a tout de même une belle antenne sur le MCLR, je rajouterais une petite 10 ou 100nF à la masse .
pour les masses j'ai toujours appliqué la règle aéronautique qui est: toutes les masses communes, masse élec et masse méca.
JR

[gregmittel]

Merci pour tous ces retours.
Ok, je vais essayer cette capa + la terre reliée à la masse côté alime + la mise à la masse/terre de tous les boitiers....
Je vous tiens au courant.

[Bitrode]

Pour une réalisation destinée à la vente il faut impérativement faire du 4 couches et respecter les règles de conception en prenant en compte la CEM dès le début du routage et des contraintes générales.
Utiliser les pull-up internes du PIC est assez moyen comme pratique, tout comme il est fort déconseillé de se contenter du watch-dog interne d'un µC.
Selon le niveau de test CEM l'un comme l'autre pourront être mis en défaut.
Quand c'est pour faire clignoter des leds ce n'est pas très grave, en revanche si c'est pour piloter une presse hydraulique je n'y mettrai pas la main en dessous.

[gregmittel]

Ah oui tout ça......
Pourquoi les pull-up interne au proc sont moins efficaces ?
Pour le 4 couches, comment l'utiliser, les deux plans extérieurs ne sont que des plans de masse ?
Auriez-vous des liens ou nom d'ouvrages qui peuvent permettre à un autodidacte comme moi d'avoir les bases de la conception CEM ?
Je n'avais jamais été confronté à ce type de parasitage jusqu'ici, et là j'avoue que je découvre un nouveau monde.
Bon la plupart du temps mes réalisations sont dans des boitiers métal reliés à la terre, donc ça doit bien aider à la protection.
Je ne fabrique que du matériel pour le spectacle, donc rien de critique, mais j'aimerai faire ça dans les règles de l'art.

[gregmittel]

Personne n'a de piste à me donner ???

[gienas]

Bonsoir gregmittel et tout le groupe

Personne n'a de piste à me donner?

Ton problème est très difficile et fait partie de ceux qui sont très délicats à traiter.

Comme déjà dit, les parasites et la compatibilité électromagnétique est une spécialité qui ne s'improvise pas.

Mais, dans ton cas particulier, il reste une énigme sur la cause réelle de tes "manifestations".

Tu dis que tout a fonctionné impeccablement pendant deux mois, tous les jours, sans le moindre problème. Si des défauts se manifestent maintenant, on ne peut émettre que des hypothèses, et, faute de pouvoir analyser, difficile de faire un diagnostic sûr.

Une première hypothèse peut être que un ou plusieurs composants/blocs/sous-systèmes/... ont vieilli et/ou changé de caractéristiques qui rend l'ensemble plus vulnérable. Parmi les éléments qui peuvent vieillir de manière prévisible et apporter des perturbations croissantes ce sont les relais. J'ignore s'il y en a, et, dans l'hypothèse où il y en a, à quoi ils servent, ce qu'ils commutent. S'ils commandent des charges inductives, ils génèrent des étincelles dues à des surtensions. Ce genre de défaut se doit d'être protégé par des antiparasites qui dépendent des charges commutées.

Une seconde hypothèse est l'installation, au début de l'apparition des défauts, d'un nouvel appareillage qui est le perturbateur. Là, seule une enquête interne doit être menée pour savoir si l'installation globale de l'opéra a subi des modifications. Bien entendu, c'est ton installation qui est la victime de ce perturbateur, probablement mal protégé lui, (peut-être pas aux normes), mais c'est chez toi que tu dois améliorer l'immunité.

Il faudrait connaître avec précision comment sont protégées les entrées susceptibles de recevoir des ordres qui finissent par te provoquer les défauts. S'il y en a un grand nombre (ce qui je crois est le cas) il faut que ces protections soient prévues partout.

J'ai cru lire que tu assurais des niveaux hauts au moyen de résistances pull-up internes aux PIC. Ces valeurs sont généralement élevées (donc de faible "efficacité"), qui rend le parasitage facile. S'il y a un tant soit peu de filerie sur ces entrées, qui sont des antennes qui captent tout ce qui passe à proximité, on arrive vite à des déclenchements intempestifs.

Ce type d'entrée doit impérativement être protégé par des condensateurs antiparasites dont on ne parle jamais dans les descriptions des datasheets, car cela ralentit les temps de réponse, ce qui un défaut en matière de performance. C'est donc au concepteur de l'installation de les prévoir pour éviter les mauvaises surprises.

Attention aussi au fait qu'un condensateur est rarement à utiliser seul. Il doit souvent être associé à une résistance. Un condensateur est un "court circuit" instantané, court circuit qui peut parfois être néfaste pour certains générateurs. Il faut temporiser son effet en ajoutant une résistance en série. Ceci est à étudier au cas par cas. Il n'y a pas vraiment de solution universelle.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Je confirme que c'est compliqué parce que c'est une discipline et on ne peut pas la résumer en quelques questions/réponses sur le forum surtout que la CEM c'est très contextuel dans le sens où ça dépend de l'environnement interne ou externe (voir mon exemple entre de la CEM avec des appareils qui causent ensembles et qui sont des bâtiments séparés versus qui causent dans le même bâtiment

Pour ton problème ça peut être tellement de chose que l'analyse comme ça vu de loin est quasi impossible. Un exemple tiré d'un de mes bouquins :

Droit de citation courte : High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, JOHNSON Howard, GRAHAM Martin

Pour faire simple ça raconte que lorsqu'un courant à variation rapide circule dans la boucle A, la sonde de l'oscillo (boucle B) arrive à capter une copie du signal de la boucle A par inductance mutuelle. Ceci est ce qu'on appelle en CEM le couplage inductif ! Autrement dit si au voisinage de ton électronique tu as un moteur ou je ne sais quoi qui subit des variations rapides de courant, ton électronique peut se coupler avec par inductance mutuelle. Pour palier à ça, le livre explique qu'il faut réduire la surface des boucles, et surtout de la boucle que toi tu maîtrises sur ton PCB (la boucle victime), la boucle perturbatrice elle n'est pas toujours modifiable, d'ailleurs souvent tu n'as pas la main dessus. Le plan de masse est une solution pour réduire les boucles. Mais ça par exemple ce n'est qu'un simple exemple parmi plein d'autres problèmes comme les courants de mode commun qui vont rentrer par les câbles, les couplages capacitifs, les ESD, les problèmes de masse etc...

J'ai ce bouquin qui est vraiment bien et en Français : https://www.dunod.com/sciences-techn...ues-protection mais bon... 135€

J'essaierai de te trouver quelques PDF car j'en ai trouvé de très bon.

[gregmittel]

Salut Vincent. Merci pour tout ça.
135€ mais 700 pages quand même ! Ça doit être bien complet comme bouquin ? Je crois que je vais demander ça à mon anniversaire ! Ça me permettra de ne plus passer pour une buse en électronique.....
Merci à tous pour vos conseils, je suis en train de faire toutes les modifs que vous m'avez proposé, et je vous tient au courant de si ça résout le problème.

Je croise les doigts en attendant.

[gregmittel]

Salut à tous.
Bon ben les modifications n'ont pas suffit.........
C'est resté en test un mois sans aucun problèmes, puis en condition réelles 5 boitiers ont plantés.... surement la présence très proche de nombreux téléphones, ou des décharges électrostatiques.
Bref on passe à autre chose.
Je continue à lire la bible de la CEM, c'est super intéressant.
Dernière petite question théorique : Actuellement le proc (un pic 18F) tourne à 64MHz, est-ce que rabaisser la fréquence du proc à 16MHz améliorerai l'immunité du circuit ?
Merci à tous pour votre aide.

[Pascal071]

Bonsoir à tous
les PIC ne se mettent pas à planter tout seuls, sauf bugg programme ou parasite ligne.
avec tous ces modules en RS485, la distance, l'environnement,

y a t-il une résistance ( on appelait ça bouchon fin de ligne) sur le dernier coffret en fin de ligne?

La vérif. de base pour un problème de ligne série multipoint
impératif...

Cordialement

[gienas]

Bonsoir à tous

... Dernière petite question théorique : Actuellement le proc (un pic 18F) tourne à 64MHz, est-ce que rabaisser la fréquence du proc à 16MHz améliorerai l'immunité du circuit? ...

Pas mieux que Pascal071.

Plus exactement, la fréquence n’y est pour rien.

Il est évident que le perturbateur se trouve à l’opéra, mais faute de pouvoir l’identifier et d’être capable de savoir qu'elle est sa nuisance, au juste, impossible de savoir comment s’en prémunir.

Il n’est pas exclus, en l’état actuel, que la dite nuisance soit illégale, ou hors norme, ou pirate ... encore faut-il la prendre en flagrant délit et le prouver.

Pour compliquer la chose, on ne sait pas si ce perturbateur est interne à l’opéra (donc un équipement qui agit occasionnellement) ou si c’est dans le voisinage.

[gregmittel]

Pascal071 : Oui j'ai essayé le bouchon 110R, pas d'amélioration. Mais en plus ce n'est pas la partie signal RS-485 qui plante, la led témoin du proc s'éteint. Je penche plus pour un plantage du proc dû à des perturbations sur l'alime VCC.
Pareil, on a essayé deux programmes complètement différents, et mêmes symptômes.

Gienas : Oui, les problèmes sont apparus environ au même moment que l'installation d'un nouveau WIFI, plus le déploiement de la 5G dans la zone, plus un nouvel orchestre..... beaucoup de nouveaux paramètres.
J'ai analysé le spectre de 300M à 4GHz sur place et je n'ai rien vu d'affolant. Mais impossible d'être présent tout le temps.
Après, certains boîtiers ont planté en touchant les pupitres, décharges électrostatiques ??????
Sachant que c'est sur une fosse d'orchestre mobile (montée / descente) recouvert de moquette ignifugée, les boitiers sont clipsés sur des pupitres en alu non reliés à la terre, au milieu de 70 musiciens (avec leur smartphone).....


Et du coup vous me confirmez que rabaisser la fréquence du proc ne le rend pas moins sensible aux perturbations ?

[gienas]

... Et du coup vous me confirmez que rabaisser la fréquence du proc ne le rend pas moins sensible aux perturbations?

Oui. La fréquence ne change rien à ce type "d'affaires".

... les boitiers sont clipsés sur des pupitres en alu non reliés à la terre, au milieu de 70 musiciens (avec leur smartphone) ...

Hum. Là, j'aurais tendance à être plus "sévère".

Si l'environnement électromagnétique est très chahuté, ces boîtiers et leurs câbles de liaison forment une énorme antenne.

Je commencerais bien par mettre tout ça à la terre.

Pourquoi n'y est-ce pas? Quel est le risque supposé?

[gregmittel]

Tout a été mis à la terre, et ça ne change rien malheureusement.
Les alimentations ont la masse reliée à la terre (qui est bonne), les câbles sont composés de 2 brins en 2.5mm² pour le 24V et une paire 110R blindée pour le signal avec la tresse reliée d'un seul côté à la masse. Puis chaque boitier et relié à la masse du circuit.
Les pupitres ne sont pas reliés à la terre car ils sont volants.
Les boîtiers sont clipsés sur le tube alu du pupitre, et un col de cygne avec les leds et également clipsé dessus.

[gregmittel]

Et oui, il y a en tout 70 boîtiers et 70 câbles..... une bonne antenne quoi !
Mais même en utilisant seulement 40 boîtiers on a aussi le problème.

[Seb.26]

Firmware de test : juste la led qui clignote et débranche la RS485 ... ça plante ?

Boitier métallique ?
-> entretoises métal ?

[gregmittel]

Salut seb.
Le système n'est plus à l'opéra, je l'ai récupéré et il n'a jamais planté chez moi..... donc je ne peux pas tester
Mais on utilise ce décodage sur de nombreux projets avec les mêmes proc et on a jamais eu de soucis.
On a essayé deux programmes complètement différents sur le système, avec les mêmes plantages.

Pour la mise à la masse des boîtiers, c'est par les vis de fixation des XLR. Mais j'ai testé tous les boîtiers, la connexion à la masse est bonne. Les boîtiers sont fermés complètement mis à part une encoche pour les dipswitch.

[jiherve]

bonjour,
je t'indique ce à quoi nous sommes arrivés en aéro après des décennies de manip et de querelle de chapelles :
les blindages doivent être réunis à la masse aux deux bouts
JR

[Seb.26]

Salut seb.
Le système n'est plus à l'opéra, je l'ai récupéré et il n'a jamais planté chez moi..... donc je ne peux pas tester
Mais on utilise ce décodage sur de nombreux projets avec les mêmes proc et on a jamais eu de soucis.
On a essayé deux programmes complètement différents sur le système, avec les mêmes plantages.

Pour la mise à la masse des boîtiers, c'est par les vis de fixation des XLR. Mais j'ai testé tous les boîtiers, la connexion à la masse est bonne. Les boîtiers sont fermés complètement mis à part une encoche pour les dipswitch.

... tu ne peux plus faire de test sur place ?

Et si tu mets un gros pull, que tu te frotte sur la moquette et que tu touche ton boitier, ça donne quoi ? ...

Ton PCB est fixé comment dans ton boitier ?? ... entretoise métalliques ?!

Sur place, si tu débranche les RS485, tes boitiers continuent de planter ?

Quand y'a plantage, c'est 1 par 1 ou plusieurs ? ... ils sont prêts ? ... sur la même "ligne" ? ... en série ? ...

[Vincent PETIT]

+1 avec JR
En CEM on apprend qu'un blindage relié que d'un seul côté ne blinde pas la HF.

Concernant la CEM malheureusement si elle n'est pas pensée dès le début (nombre de couche du PCB, strategie de routage, filtre aux entrées/sorties car les courants de mode commun entrent par les cables, etc...) on est souvent sans solution. La CEM c'est une question d'environnement local, je ne suis pas surpris que ça fonctionne chez toi et pas sur site, il est même possible que tu ne puisses pas reproduire les problèmes dans l'opéra.

Je te recommande de suivre le conseil de Séb au sujet du firmware (juste un LED qui clignote) afin d'isoler les fonctions inclinables.

[Seb.26]

<< my 2 cents >>
Perso, j'aurais :
> relié les blindages des câbles jusqu'à la terre du 230
> gardé le GND du 24v seulement relié au GND de ton alim
> pas relié le GND du PCB sur le boitier (entretoises/vis plastiques)
> ajouté un étage TX pour qu'un boitier répète une trame reçue plutôt que mutualiser le RX (si le débit le permet évidement, mais comme je soupçonne du DMX ... c'est large)

Mais je suis (très) loin d'être un cador dans le domaine ...