Construisez votre variateur pour moteur micro-pas
Avec la page sur la conception du système d'entraînement d'un télescope, nous avons examiné les différents types de moteurs pouvant être utilisés pour la motorisation d'un télescope. Rappelons-nous les particularités du moteur pas à pas.
Le moteur pas à pas est d'un emploi très confortable pour mouvoir un télescope. Toutefois, on peut regretter que sa rotation se fasse par saccades car ce mode de rotation limite la précision de l'entraînement et provoque des vibrations indésirables.
Un premier progrès pour améliorer le comportement du moteur pas à pas consiste à le piloter avec les demi-pas comme l'illustre la figure 1.
En procédant par pas complets il faut 4 impulsions d'horloge pour un cycle complet et en le pilotant par demi-pas il faut le double, c'est à dire 8 impulsions d'horloge par cycle.
Afin de réduire les vibrations de ces moteurs nous avons décidé de les piloter avec un système à micro-pas. Ainsi, nous avons pu supprimer les dispositifs amortisseurs de vibrations que nous utilisions auparavant. De plus, cette commande par micro-pas a divisé par 4 la consommation de courant, ce qui est appréciable puisque nous utilisons de petites batteries.
La figure 2 montre l'évolution du courant dans les enroulements du moteur avec notre nouveau dispositif. Un cycle complet nécessite maintenant 64 impulsions d'horloge (soit huit fois plus qu'en mode demi-pas).
Les moteurs pas à pas que nous utilisons nous permettent de décupler la vitesse d'entraînement de nos instruments, et ceci dans les deux sens de rotation. Nous pouvons ainsi, par exemple, nous promener rapidement sur les paysages lunaires. Ils nous fournissent donc un grand confort d'utilisation. Le variateur que nous allons décrire ici est un appareil électronique qui pilote ce type de moteur en mode micro-pas.
Dans la suite de cet article nous ferons uniquement allusion aux moteurs pas à pas que nous utilisons, ce sont des moteurs SAIA à 2 phases UDB 10 - 78 Ohms, angle de pas 15°, réducteur D-50A. Lorsqu'ils sont équipés avec notre variateur, leur axe en sortie du réducteur effectue un tour par minute pour le suivi stellaire. C'est une vitesse de rotation habituelle pour les entraînements à secteur lisse.
Pour fabriquer ce variateur il est souhaitable d'avoir une petite expérience dans la construction d'appareils électroniques avec des composants CMS (Composant Monté en Surface). A défaut il vous sera très profitable de vous faire aider par un amateur d'électronique expérimenté.
La fréquence de référence est fournie par un multivibrateur utilisant un circuit ICM7555. De plus, nous alimentons ce circuit en 5 Volts par un régulateur de tension 78L05 afin de l'affranchir de l'influence des inévitables variations de la tension de la batterie.
Le condensateur C1 doit être choisi avec précaution car la stabilité en température de la fréquence de référence dépend de lui. Je vous préconise un modèle à film polyester. N'utilisez surtout pas pour C1 de condensateur chimique, ni tantale et ni céramique. Le circuit imprimé que nous avons conçu accepte deux dimensions différentes pour C1 et C3. Ceci explique le troisième trou.
Le potentiomètre P doit être installé sur le boîtier du variateur et non pas sur la raquette de commande comme on le voit hélas trop souvent. Dans ce dernier cas, les fils qui le relient au circuit captent tous les parasites environnants au détriment de la régularité de l'entraînement. Ce potentiomètre est un modèle 10 tours avec bouton compte tours. Ainsi nous réglons précisément la vitesse de l'entraînement, nous pouvons même noter la valeur du réglage pour chaque astre particulier tel que la Lune ou le soleil. Il permet un réglage de la fréquence de suivi entre 300 et 370 Hertz environ. Pour un suivi stellaire avec nos montures cette fréquence doit être ajustée à 320 Hz.
IC3 est un TC78S600FNG, il assure le pilotage du moteur en mode 64 micro-pas par cycle. Ce minuscule circuit intégré CMS est soudé directement sur les pistes de cuivre, c'est à dire du côté des soudures à l'opposé des autres composants. Il est nécessaire d'avoir déjà une certaine expérience de la soudure des CMS et d'être outillé pour cela. Je préfère le souder en premier.
Il n'était pas au catalogue de mes fournisseurs habituels, je me suis donc procuré le TC78S600FNG auprès de AliExpress.
Je propose de souder un picot au point H. Ainsi il pourra recevoir la sonde d'un fréquencemètre avec lequel on pourra contrôler la fréquence.
Le montage est alimenté par un accumulateur au plomb de 12 Volts. La LED D4 indique l'état de charge de cet accumulateur, elle s'éteint si la tension d'alimentation est inférieure à 11 Volts, dans ce cas le fonctionnement du moteur n'est plus fiable. Sa faible luminosité est compatible avec l'ambiance obscure qui doit régner sur le terrain d'observation. La diode D1 protège le variateur contre les inversions de tension accidentelles.
Les boutons poussoirs B1 et B2 permettent de corriger l'orientation de l'instrument en le dirigeant respectivement vers l'Est ou vers l'Ouest. Il y a deux vitesses possibles pour une telle correction :
- - Lorsque l'interrupteur I est ouvert la vitesse de défilement des astres pendant la correction est équivalente à celle du mouvement diurne.
- Lorsque l'interrupteur I est fermé cette vitesse est beaucoup plus rapide (environ dix fois la vitesse du mouvement diurne). Vous pourrez régler sa valeur avec le potentiomètre ajustable Aj. Un déplacement vers l'Est s'effectue avec une inversion du sens de rotation du moteur.
Nous vous proposons de télécharger le dessin du circuit imprimé au format gif. Ainsi, vous pourrez utiliser ce dessin avec le logiciel Word (par exemple).
Les boutons B1 et B2 ainsi que l'interrupteur I sont montés dans la raquette de commande, c'est un petit boîtier qui est relié au reste du montage par un cordon de six fils de la longueur que vous souhaitez. Ces fils ne parasitent pas le montage car les commutations se font par l'intermédiaire des portes analogiques du CD4066. Le bouton B1 est câblé en série avec la butée de début de course. Cette dernière est constituée par un micro-rupteur qui est actionné par le secteur lisse lorsque celui-ci est en début de course. Il doit être fermé au repos. Ainsi lorsque le secteur est en début de course, il est ouvert et le sens de rotation du moteur ne peut pas être inversé. La butée de fin de course est câblée entre les points I et J. Contrairement à la précédente celle-ci est ouverte au repos. Lorsque le secteur lisse l'actionne elle se ferme et arrête le moteur.
Avant la mise sous tension, vérifiez vos soudures, ensuite contrôlez l'orientation des composants (condensateurs, circuits intégrés, diodes, ...).
Réglons le potentiomètre P à la valeur 6,50 sur le bouton compte-tours et tournons Aj à fond dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ensuite, branchons le moteur et connectons le circuit à une alimentation de 12 Volts limitée à un courant de 150 mA (pour les essais). Lorsque aucun bouton n'est actionné la consommation vaut approximativement 95 milliampères (avec le moteur SAIA UDB 10). Recherchons la position de P pour obtenir précisément une vitesse d'un tour par minute, ceci correspond à une fréquence de 320 Hz au point H c'est à dire en sortie de IC1.
Actionnons l'interrupteur I et le bouton poussoir B2 afin d'accélérer le moteur et recherchons la vitesse maximale qu'il peut supporter en agissant sur le potentiomètre Aj. Pour favoriser la fiabilité, le réglage définitif de Aj correspondra à une vitesse inférieure d'au moins 10% à la valeur trouvée. Habituellement, cela correspond à 10 tours par minute ou à une fréquence de 3200 Hertz au point H.
Attention, n'alimentez jamais ce circuit avec un chargeur de batterie pour automobile. Ce dernier fournit une tension redressée mais pas continue. Ce variateur a été conçu pour être alimenté avec une batterie de 12 Volts, celle d'une automobile convient très bien.
Pour ne pas nous attraper les pieds dans les fils, nous avons choisi de l'utiliser avec une petite batterie au plomb étanche de 12 Volts / 6 Ampères-heures installée à côté (autonomie de 60 heures environ). Vous pouvez vous la procurer chez un spécialiste en accumulateurs, auprès d'un vendeur de pièces détachées pour modèles réduits ou un fournisseur de composants électroniques. Ce type d'accumulateur est très fragile, il ne faut pas le charger avec un chargeur pour batterie d'automobile (dans ce cas sa vie serait très brève). Dans une autre page, nous vous proposons de fabriquer un chargeur pour ces batteries à santé délicate.
J'aime beaucoup ce variateur car il consomme peu de courant. Sa fabrication est délicate à cause du composant CMS mais cela augmente la satisfaction de le voir fonctionner.