Motorisation d'un rail vidéo version 2

La première version de mon rail vidéo ne me satisfaisait pas entièrement à cause de la lenteur du moteur d'entrainement et de quelques fragilités, j'ai donc sur le métier remis l'ouvrage une nouvelle fois (conseil de Nicolas Boileau dans l'Art Poétique, en 1674).

En guise de présentation, une vidéo d'un petit coin de nature, à 1/4h à pied de chez moi, un petit coin de paradis ...

Evolution du slider motorisé

La construction mécanique du rail vidéo reste identique à quelques détails près, l'article précédent ici, décrit le montage des éléments permettant de motoriser un slider ordinaire. Ne change dans cette nouvelle version que le type de moteur ... et l'électronique de commande ... et le logiciel.

J'ai trouvé un nouveau moteur, un Nema 14 14MH08-0504S, il fonctionne sous 5 volts, 0,9° par pas, soit un tour en 400 pas afin de se rapprocher au mieux d'un fonctionnement continu. C'est un moteur bipolaire, et la logique de commande sera différente du moteur précédent, le BYJ08 des kits Arduino.

Nouveau processeur

J'ai découvert un autre type d'électronique à base du module ESP32, beaucoup plus puissant que Arduino, très complet, avec même wifi, bluetooth, carte sd, boutons, écran couleur ... etc, tout cela laissant entrevoir de multiples possibilités à mettre en oeuvre. Le module en question s'appelle M5stack. Il a l'avantage d'être compatible avec Arduino, et donc pas de changement du système de développement logiciel.

Le gros avantage de ce système est qu'il est déjà monté dans un boitier, avec son afficheur et ses boutons.

Vue de l'intérieur, sur l'autre face l'écran et les boutons,

Le processeur est un bi-coeur cadencé à 240 Mhz, aussi puissant qu'un PC d'il y a quelques années !

Voici la maquette réalisé pour l'étude de l'interface du moteur et la mise au point du logiciel.

Le logiciel a été entièrement réécrit pour s'adapter et profiter du nouvel environnement du M5stack. Les fonctions restent identiques avec tout de même un changement de taille dans les possibilités offertes : un parcours du slider de 80cm en 8 secondes, soit dix fois plus vite que le précédent(quoique dans la pratique on a pas besoin de si rapide).

• Choix de la durée du parcours du slider de 8sec à 10000sec et plus ...
• Choix du sens de déplacement
• Arrêt automatique en bout de course
• Départ dans le sens opposé après l'arrêt
• Led témoin clignotante 0,5s
• Fonctionnement sur batterie 5 volts par USB

Le logiciel contient en commentaire les paramètres nécessaires pour un moteur 28BYJ, moteur réducté, très courant et pas cher, mais limité en vitesse. Par contre il est silencieux. Le driver pour ce moteur est le module à circuit ULN2003 des kits Arduino(voir la version 1 du slider).

L'électronique

L'interface de ce moteur Nema 14 se fait par un circuit intégré de type L293D, le câblage de l'ensemble est simplifié, il y a très peu de composant ... un seul circuit intégré, une led optionnelle ... c'est tout.

Le travail le plus dur est de réaliser cette interface sur une carte prototype prévue pour pouvoir s'intégrer au M5stack. J'ai pris un modèle M001, mais la hauteur disponible pour les composants est très faible et nulle coté processeur. De même les accès aux I/O sont particulièrement délicats à atteindre, il faudra un fer à souder à pointe fine et de la patience.

J'ai dû mettre une résistance de 100Ω pour une led verte un peu ancienne afin qu'elle veuille s'allumer correctement(330Ω pour une led récente).

Les plus et les moins

Mon système présente quelques défauts:

• Le bruit : le moteur pas à pas est bruyant, il travaille par à coup, c'est à la vitesse la plus élevé qu'il est presque silencieux. Il faudra faire attention à la prise de son, ou la faire à part.
• Les secousses : le fonctionnement par à coup provoque de petites vibrations qui pourraient être dommageables aux prises de vue en vitesse lente, comme un time-lapse nocturne(je n'ai pas testé). Ces vibrations sont fonctions de la vitesse sélectionnée, la courroie en absorbant tout de même une bonne partie. Il n'y a aucune vibration aux vitesses rapides. Par contre le logiciel a été optimisé pour minimiser ces vibrations, et donc le bruit(fonctionnement à 8 états au lieu de 4), effet sensible par rapport à ma première version du logiciel.

Et quelques qualités :

• La vitesse de 8 sec max pour parcourir les 80 cm du slider(12 à 20 sec sont de bonnes valeurs),
• La tête reste mobile, pas besoin de démonter la courroie pour la déplacer,
• Le coût réduit pour transformer un slider manuel en un slider automatisé.

Amélioration de la solidité

Collage à l'Araldite de la poulie support de façon généreuse, flasque et engrenage(de base le flasque est tenu en force sur l'engrenage et peut se défaire facilement).

Nouvelle fixation du moteur par rapport à la version 1, mais les boulons ne sont pas serrés afin que le moteur garde un minimum de souplesse dans son emplacement, sinon ça coince.

De même l'accroche de la courroie a été renforcée avec 2 micro boulons de 2mm, celle-ci ayant tendance à se dessertir des petites flasque de serrage.

Remarque : le crochet de la courroie a moins d'utilité dans cette version puisque le moteur tourne librement et que l'on peut déplacer facilement la tête mobile à la main. On peut envisager une accroche de la courroie fixe de chaque coté.

Manuel utilisateur

Un appui long sur les touches + et - active l'incrémentation automatique, puis au delà de 120sec l'incrémentation se fait par dizaine. En rouge la direction que va prendre le slider lors du prochain démarrage (toujours commencer à droite la 1er fois).

Deux appuis brefs on/off changent le sens de parcours.

Software

Coté logiciel à installer sur son PC/MAC:

_ La plateforme Arduino IDE pour créer et compiler le logiciel,

_ Dans l'IDE Arduino, installer la bibliothèque M5stack dans le menu Outils/Gérer-les-bibliothèques,

_ Installer le driver CP210 permettant d'accéder aux cartes de type ESP32,

_ Dans l'IDE Arduino, choisir le type de carte dans Outils/Type de carte/Arduino-ESP32 -> M5stack-core-ESP32,

_ le logiciel du slider à compiler/charger sur le module ici

_ La mécanique à été décrite sommairement dans l'article précédent.

Coté matériel, on trouve tout ce qu'il faut chez Go Tronic, et la mécanique sur Amazon, les poulies, les axes, les raccords 5x5mm ... 

Ce modèle de slider existe aussi en 100cm et 120cm, il faudra modifier le paramètre "Nombre_de_tours_max" dans le logiciel pour parcourir la totalité. A priori valeur à 19 pour 100cm et 22 pour le 120cm. 

Stabilité du slider

Il faut un trépied stable !

J'ai utilisé cet accessoire qui permet une bien meilleure stabilité, en lieu et place de la rotule qui était inadaptée pour cet usage:

Mais j'ai vraiment amélioré la stabilité lorsque j'ai rajouté une jambe de force reliant une extrémité du rail à la base de la colonne, et là c'est parfait. Cet accessoire est de fabrication simple, une tige plate en aluminium de 20mm de large, 2mm d'épaisseur, fixé sous le rail avec un écrou photo 1/4 pouce et de l'autre coté sous la colonne avec le système prévu pour accrocher un poids de stabilisation au trépied.

Utilisation au ras du sol

Pour qui a déjà fait un peu d'électronique et de logiciel, cette réalisation est une bonne récréation divertissante et utile. 

La version 1 du slider est ici.

Future amélioration

Il doit y avoir la possibilité de fixer la poulie de traction directement sur le moteur, et de fixer ce dernier avec une cornière ... à étudier.

Mars 2023 le futur est arrivé ...

Voici donc la version 3, avec le moteur fixé directement sur le châssis du rail vidéo, plus simple à réaliser !

J'ai refait la fixation de la courroie avec une bout de plastique épais, 2 encoches, et fixation de la courroie avec 2 micros boulons de 2 mm.

La courroie doit être bien tendue pour éviter au mieux les vibrations.

Dans cette version, la poulie d'entraînement n'est plus tout à fait alignée, mais le déport est faible et ne gêne en rien le fonctionnement.