Prise en main de la carte Pinguino OTG

Je vous propose maintenant de créer un programme minimaliste comme exercice de prise en main de la carte Pinguino OTG. A la place du célèbre « Hello World », nous allons faire clignoter rapidement la led N°2 de la carte, la led orange, pour ne pas confondre avec le programme de démonstration d’origine, qui fait clignoter doucement la led verte. ATTENTION, dans cette approche, nous allons utiliser le compilateur C de Microchip et non l’environnement intégré Pinguino. De ce fait, lorsque vous allez charger ce programme d’essai dans la carte, vous allez écraser le BootLoader chargé d’origine par le constructeur, Olimex. J’explique à la fin de la vidéo comment remettre ce BootLoader en place.

Prenez le temps de bien lire et écouter les consignes, ne pas les respecter risque d’endommager votre carte. Ne tentez pas cet exercice si vous n’êtes pas sûr de vous, je décline toute responsabilité en cas de destruction de votre matériel !

Avant toutes choses, vous devez vous munir d’une sonde de programmation, ICD3 ou Pickit3, d’un adaptateur RJ12 <=> Pinguino. Vous devez également installer L’IDE MPLAB et le compilateur Microchip sur votre machine, et en option l’IDE Eclipse avec le plugin C/C++ pour faciliter l’édition de code. Eclipse n’est évidement pas un impératif pour ce programme d’exemple, mais il se révélera un outil bien pratique dans les prochains exercices.

ATTENTION, ne branchez pas la sonde de programmation sur la carte avant d’avoir correctement paramétré l’IDE MPLAB avec le bon PIC32 et attendu le téléchargement du bon logiciel dans la sonde. N’optez pas pour l’alimentation de la carte par la sonde, pour ma part et pour cet exercice, j’ai alimenté la carte à l’aide d’un cordon USB.

Pour vous éviter de ressaisir le code, vous trouverez les fichiers sources de l’exercice dans le fichier « prj.zip » et vous trouverez également le BootLoader d’origine, « PINGUINO_BOOT+DEMO.zip », en téléchargement ci-dessous. N’oubliez pas de dézipper ces fichiers avant de les utiliser !

Code source : Code source de l\'exercice (4)

BootLoader : Le BootLoader d\'origine pinguino au format hex zippé. (2)

Vidéo de l’exercice :

Voilà pour aujourd’hui, dans le prochain article, nous doterons notre Pinguino d’une interface de dialogue pour faciliter les tests et la mise au point.

Pour toutes les applications nécessitant une tension et / ou une puissance inférieure, il est possible de se tourner vers une solution radicalement plus simple. Dans ce cas, il faut utiliser cette faculté des cellules solaires à se comporter en parfait générateur de courant, et donc utiliser des cellules de surface telle que le courant généré en pleine lumière ne dépasse pas la capacité de charge des batteries. Une simple régulation en tension ajustée en fonction de la batterie permet de terminer la charge.

A l’opposé, dans le cadre d’installation de puissance plus importante et cela sans limite, il faut considérer le peu de puissance consommé par le chargeur face à la production (1/2 wat face à 1000 watts par exemple) ainsi que le gain en production d’énergie ou en diminution de la surface (passer de 100 M2 à 80 M2 de surface de panneaux solaires modifie la facture d’installation !)

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Après quelques difficultés dans les transferts de compte, les circuits imprimés sont enfin là !

Mise en place de la loupe et de la caméra, CMS oblige, un peu de courage et de patience…

Et enfin, après avoir joué quelques heures de la pince brucelle et du fer à souder panne 0,2 :

Voila le résultat qui n’attend plus qu’un peu d’énergie pour démarrer !

Voici la carte principale d’un format de 100 * 100 :

et la carte optionnelle, en charge de la communication RS485 :

Une fonctionnalité supplémentaire a été ajoutée à cette carte fille, la possibilité d’embarquer un régulateur d’alimentation spécial pour la carte principale :

L’ajout de ce régulateur NCP1402 permet d’envisager l’utilisation du dispositif dans les situations où la tension délivrée par le panneau solaire est inférieure à la tension d’alimentation du chargeur, qui est de 5 volts. On peut imaginer créer ainsi un panneau solaire compact de faible puissance constitué de quelques cellules pour alimenter un système embarqué. Prenons l’hypothèse du besoin d’une puissance d’une dizaine de watts.

• Premier cas (concret puisque certaines des installations auxquelles j’ai participé, fonctionnent selon ce principe aujourd’hui ) : utilisation d’un panneau solaire consitué de 36 morceaux de cellules de taille relativement modeste. L’avantage est l’utilisation de morceaux de cellules tirés de cellules abimées et qui échoueraient au rebut sans cette utilisation alternative. Inconvénient, beaucoup de main d’oeuvre pour associer ( souder ) ces 36 morceaux de cellules et une perte conséquente de place dû à l’espacement minimum qui doit être conservé entre les cellules pour réaliser l’interconnexion.

• Deuxième cas : association d’un nombre réduit de morceaux de cellules de taille plus conséquente. Pour 10 watts, il est possible d’associer 6 cellules d’1,75 watt chacune et d’obtenir ainsi une puissance théorique de 10,5 watts. Dans ce cas, la tension délivrée par le panneau solaire à la puissance maximum sera de l’ordre de 3 volts, bien inférieure aux 5 volts nécessaire au démarrage du pic. Le régulateur NCP1402 utilisé en lieu et place du régulateur de la carte principale est capable de fournir du 5 volts à partir d’une tension d’entrée de l’ordre de 0,8 volts. Et oui, ce régulateur est simplement un convertisseur élévateur de tension de type boost, comme le coeur du chargeur, en circuit intégré. Comme ce régulateur n’est qu’élévateur, il ne peut pas être utilisé lorsque la tension du panneau est supérieure à 5 volts. L’avantage évident, en plus de nécessiter moins de main d’oeuvre à la construction, est l’encombrement réduit du panneau, ce qui est un paramètre important pour les applications embarquées. D’autres avantages me viennent à l’esprit, comme la facilité d’approvisionner des demi-cellules (une cellule d’1,75 watt est une demi cellule de 6pouces * 6pouces, soit 150mm * 150mm), un frein au pillage du panneau solaire (qui serait tenté par le vol d’un panneau si peu conventionnel ?). La situation commence à devenir amusante, un chargeur élévateur de tension alimenté par un régulateur élévateur de tension… les semaines qui viennent seront passionnantes.

En attendant la livraison des circuits-imprimés, le facteur a apporté un nouveau sujet d’étude, dans un joli paquet tout douillet de mousse de carbone :

Une centaine de demi cellules de 6 pouces, soit des cellules d’environ 150mm * 80mm. Ces cellules vont me permettre de fabriquer quelques prototypes de panneaux solaires.

• regulateur tension 5 volt pour panneau solaire

Nous avons néanmoins démontré et illustré qu’il y avait mieux à faire pour charger une batterie que d’associer les cellules par 36 dans un panneau solaire. Et que le gain à attendre avoisine les 20%, ce qui est appréciable. L’esprit du développement durable ne doit pas être écarté sous prétexte que l’on utilise un panneau solaire. Les transformations à effectuer pour bénéficier de ce gain d’énergie ne sont ni onéreuses, ni compliquées, il s’agit simplement d’associer différemment les celulles dans un panneau, ou d’utiliser un panneau 12 volts pour charger une batterie de 24 volts. Nous avons réalisé un exemple qui montre que le chargeur à utiliser est constitué de composants simples, peu onéreux et faciles à mettre en oeuvre, et qu’il est possible d’adjoindre une amélioration, la charge pulsée, pour obtenir un chargeur efficace.

…Que votre soleil éclaircisse l’ombre…

Ces données sont issues d’une capture en mode flot. Les colonnes issues du chargeur et qui nous intérressent ici sont Vi, la tension en entrée, Vo, la tension en sortie et Apr, la valeur écrite dans le registre qui règle le rapport cyclique. La colonne A = (Ve, Vi) est la valeur pour alpha issu d’un calcul théorique d’aprés la différence entre Vi et Vo, c’est donc la valeur théorique d’alpha. La colonne Areel est la valeur de la consigne alpha, c’est donc le contenu du registre divisé par 256 (cf les explications sur le convertisseur BOOST). Enfin la colonne #A est le résultat de la différence entre Alpha théorique et la consigne. Cela permet de vérifier que le convertisseur fonctionne bien en mode de conduction continue.

Comme nous pouvons le constater, quelques nuages sont venus perturber cette belle journée vers midi, diminuant un peu le résultat global, il faut en tenir compte dans la comparaison. Il est en fait difficile de comparer deux journées qui se suivent mais ne ressemblent jamais tout à fait.

Lorsque le montage sera industrialisé, il sera plus simple de faire des études comparatives. La courbe bleue indique la tension aux bornes du panneau, echelle de gauche, la courbe rouge est l’intensité qui rentre dans la batterie, échelle de droite et la courbe en jaune est la puissance issue du calcul interne au chargeur. Pour cette journée, la batterie a donc été rechargée de 3,07 A/H.

Nous pouvons observer que sur cette courbe, la tension d’entrée est toujours inférieure à la tension batterie, puisque notre panneau solaire a été réarrangé. Nous observons également que la tension maximum à la puissance maximum évolue, c’est particulièrement flagrant le matin, elle diminue au fur et à mesure que le panneau s’échauffe, sous l’effet conjugué des rayons du soleil et de l’intensité qui circule dans les cellules. La batterie a subi une charge de 3,81 A/H, ce qui fait une augmentation de 24%, ce qui est probablement un peu exagéré au vu du nuage qui est venu perturber l’enregistrement précédent.

• PANNEAUX SOLAIRE pics

Le MAX485 peut être remplacé par un MAX232, ou même ne pas être monté, en fonction des applications. Il faut être vigilant au sujet de la self, attention de bien faire intervenir l’intensité dans les calculs d’inductance, prendre en compte l’effet de peau qui commence à ne pas être négligeable à 80 Khz, dimensionner le noyau et l’entrefer pour ne pas arriver à saturation, sans non plus adopter un entrefer trop important qui augmente les pertes. Pour obtenir un rendement correct, cet élément doit être soigneusement choisi. L’image suivante montre une réalisation de l’auteur aux fins d’essais, capable de supporter environ 20 ampères. Vous remarquerez le bobinage en multi-brins, pour contourner l’effet de peau :

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• schema chargeur batterie solaire
• schéma de chargeur de batterie solaire
• 32 bits schematic
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• construire un chargeur de piles solaire
• schema chargeur pic
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• schéma MAX485

Les cartes à microcontrôleurs « Arduino like » ont le vent en poupe actuellement, encourageant les constructeurs à rallier le mouvement OPEN HARDWARE, pour notre plus grand bonheur.

La société Digilent™ participe à cette vague en proposant une carte à base du PIC32 PIC32MX795F512L, la ChipKIT™ Max32.

C’est sur cette carte que s’appuie le concours « DesignSpark ChipKIT Challenge » lancé en décembre 2011 par un distributeur de composants bien connu.

J’ai eu la chance d’être sélectionné pour participer à ce concours, en proposant un chargeur solaire optimisé selon la technique décrite par ailleurs sur ce site et, devinez quoi, j’ai reçu mon exemplaire de carte ChipKIT MAX32 par la poste ces jours-ci.

J’en profite donc pour faire une brève description technique de cette carte, en attendant fin mars où je publierai l’intégralité du montage, y compris les codes sources, comme le stipule le règlement du concours.

Sur la première page du schéma, on trouve un composant maintenant bien connu, le FT232, convertisseur USB / série. Ce convertisseur est relié au port série 1A du pic32. On peut s’étonner de la présence de ce convertisseur alors que le PIC32MX795F512L possède sa propre interface USB OTG. Mais il faut considérer que cette carte a été construite dans une logique « Arduino », et ce port série est le point d’entrée du bootloader. Un bootloader est un programme de taille modeste qui n’a pas pour vocation d’implémenter une liaison USB. Ceci n’est d’ailleurs pas incompatible avec la mise en place d’un port USB OTG sur une carte d’extension.

En dessous figure l’alimentation. Le premier étage de l’alimentation est un régulateur NCP1117D, un régulateur linéaire 5 volts capable de délivrer un ampère et de supporter une tension d’entrée jusqu’à 20 volts. Attention quand même, comme tout régulateur linéaire, il doit dissiper l’énergie qui n’est pas utilisée. Avec 20 volts en entrée et en imaginant une carte interface qui augmenterait la consommation jusqu’à 1 ampère, la dissipation serait de (20 – 5) * 1 = 15 watts, c’est nettement plus que ce que le dissipateur peut évacuer ! sans arriver dans ces cas extrêmes, il sera bon d’être vigilant lors de l’étude d’une carte interface. Il faut noter que ce régulateur est équipé d’une protection interne contre la surchauffe.

L’action de ce régulateur peut être court-circuité par le cavalier JP1. A ce moment là, la carte doit être alimentée en 5 volts. Attention, dans ce cas, il n’y a pas de diode de protection contre les inversions de polarité.

L’étage suivant de l’alimentation est un MCP1725-330, à nouveau un régulateur linéaire, de type 3,3 volts à faible courant de repos, capable de générer jusqu’à 500 milliampères de courant.

La fin de la première page du schéma montre le connecteur J11, qui est le connecteur ICSP permettant de relier une sonde de programmation. On regrettera l’absence du connecteur 6 broches, pourtant fort peu onéreux,  qui va nous obliger à commencer par effectuer une soudure sur la carte !

La seule particularité à noter sur les pages suivantes est la présence d’un quartz à 8 Mhz qui permet d’utiliser le cœur à la fréquence maximum, soit 80 Mhz, ainsi que l’absence d’un quartz secondaire de 32,768 Khz, il ne sera donc pas possible d’obtenir précisément la seconde sans passer par une horloge temps réelle sur une carte d’extension, c’est dommage.

Les pages 3,4 et 5 décrivent de manière précise tous les connecteurs d’extension de la carte. On notera la présence de protections uniquement sur les entrées analogiques,  des dispositifs appropriés seront donc à prévoir pour les autres entrées sorties sur la carte d’extension.

Voilà pour cette présentation sommaire, en attendant la publication du résultat du concours fin mars.

• chipkit max32
• consommation chipkit
• convertiisseur an chipkit

Il a été réalisé à partir de cellules groupées par deux, de ce type :

Et voici le montage prototype réalisé en montage « boule » :