Un codeur absolu pour équiper un rotor d'antenne azimut et élévation afin de trafiquer avec les satellites

Un codeur absolu ! mais pourquoi faire ? mais c'est trés simple, pour donner la position angulaire d'un axe, lequel axe, pouvant être commandé en rotation par un motoréducteur et orienter une antenne.
Evidemment on peut faire ça avec des potentiomètres, oui ça marche aussi, mais ce ne sera pas aussi précis et pourquoi ?
Un potentiomètre, c'est une résistance variable commandée par un axe, déja la réalisation mécanique n'est pas super pour avoir de la précision, en plus le diamètre de la résistance ne permet pas d'avoir une résolution intéréssante, sans compter les petits problèmes de linéarité de ladite résistance. A la suite de cela, il faut convertir la valeur analogique en numérique et encore accepter des petits problèmes.
S'accompagnant de tout ça, un potentiomètre ne fait pas 360° de rotation donc il faut le commander par un jeu de pignons pour réduire ce champs angulaire sans le détruire, et là on ajoute encore des problèmes de jeux mécaniques.
Attention quand même, tout n'est pas noir ! un rotor équipé d'un potentiomètre, pour diriger n'importe quelle beam pour faire du trafic terrestre, sera amplement suffisant, j'en ai d'ailleurs réalisé un que l'on apperçoit dans ce site et ça marche trés bien. De plus les rotors du commerce sont équipés de cette façon et ça marche, raison économique en sus.
Le codeur qui va être décrit ci dessous, sera utilisé sur un rotor d'antenne azimut et élévation pour faire du trafic avec les satellites. Vous comprendrez donc qu'il est nécessaire pour avoir un positionnement rigoureux surtout avec les satellites météo pour la réception d'images, d'avoir la meilleure précision possible.
Ce même codeur, va nous délivrer une position angulaire codée sur 10bits avec une résolution du 1/2 degré. La qualité et le soin apporté à la réalisation de ce codeur, conditionnera bien sûr cette précision. Un atout important, c'est le diamètre de la roue de codage qui est de 120 mm et qui donc facilite l'accés à cette précision.



Le schéma du codeur

Rien de bien compliqué, une rangée de leds infrarouge pour l'émission, et une rangée de phototransistors pour la réception des signaux de positionnement de la roue.
Un détail cependant au sujet du traitement du signal de sortie, car comme vous le verrez plus loin, le disque est en code Gray pour éviter les problèmes d'erreurs sur le changement de position, mais la sortie du codeur se fait en code binaire pour être directement exploitée par les cartes de lecture des positions du système. Pour cela j'ai utilisé un transcodeur simple à base de OU Exclusifs, et ensuite les sorties sont données à travers les drivers à collecteur ouvert 7407.




Le circuit imprimé du codeur

Les circuits imprimés sont réalisés en simple face avec quelques straps pour passer les alimentations des circuits logiques sur celui de la partie réception. Lors des soudures, attention : les phototransistors sont soudés sur le côté cuivre pour le récepteur et côté composants pour l'émetteur.


Les deux circuits imprimés terminés

Les deux circuits terminés avec les circuits logiques implantés, une petite précaution qui est de monter les drivers de sortie sur support, on ne sait jamais ce qui peut se passer à l'extérieur avec quelques longueurs de cables.
Le régulateur de tension 5V est monté sur un petit dissipateur, et deux cosses poignards facilitent la connexion de l'alimentation de la carte des leds d'émissions.
Les dix photransistors sont soudés côté cuivre en dessous des résistances, et les leds sont soudées côté composants sur la carte d'émission.


Un codeur terminé

Un codeur terminé, avec la coque de protection qui n'est autre qu'une casserole de diamètre intérieur 160 mm tout à fait standard et pas chère, achetée quelques Euros chez les mousquetaires. Et oui... c'est simple et efficace, bien sûr tout est parti de là au niveau dimmensionnel de l'ensemble pour la platine mécanique du codeur. Cette solution a l'avantage de bien protéger l'ensemble mécanique de la pluie, des interférences, des chocs et ça fait pro !
on peux voir également le presse étoupe de passage du câble et la poulie crantée qui sera reliée par une courroie crantée également à un des axes de sortie d'un motoréducteur.


La roue de codage en code Gray

Un grand merci à OE5JFL pour avoir décrit cette roue de codage et l'avoir mis sur internet à disposition.
Mais alors pourquoi du code GRAY ? Tout simplement parce qu'à chaque changement d'une valeur de position de la roue, ne changera qu'un seul bit du code contrairement à une roue codée binaire ou plusieurs bits pourraient changer en même temps et faire des erreurs de valeur.
Les fichiers pour réaliser cette roue de codage sont disponibles sur internet en fichier autocad. La réalisation est assez simple, il suffit d'imprimer le fichier sur un transparent, de superposer les deux impressions et de coller la partie centrale avec du double face. Ensuite prendre deux CD publicitaires, avec un cutter faire une petite amorce sur la partie métalisée puis enlever cette partie avec du scotch en tirant assez vite.on obtient ainsi deux CD transparents,il suffit de mettre l'impression entre les deux et ça fait un magnifique disque de codage.


La mécanique du codeur

Comme je disais précédement, la mécanique du codeur est importante, et ça commence par les roulements à billes de l'axe de la roue.
Vous pouvez voir sur cette photo comment sont constitués les paliers de l'axe de la roue, avec un bloc en aluminium usiné comportant 2 roulements à billes. J'ai utilisé des roulements trés standards ref:6200 2RS, de diamètre extérieur 30 mm, diamètre d'axe 10 mm, hauteur 9 mm, et étanches.
Ce palier est fixé à la platine du codeur par un épaulement de recentrage et 4 vis en inox. Au fait oui, pas de métal autre que l'aluminium ou l'inox dans la construction de ce codeur, ça évitera les problèmes de corrosion, cet équipement sera soumis aux dures lois de la nature.


La platine du codeur côté intérieur

Cette vue de la platine du codeur côté intérieur, montre l'autre bout du pallier avec le roulement, et la rainure de guidage et positionnement du bloc de lecture de la roue de codage.
Cette façon de monter les ensembles mécaniques est importante pour garantir le bon positionnement des éléments entre eux et surtout la répétabilité quelle que soit les montages et démontages (et il y en aura !).
Vous pouvez voir également les deux collonnettes de fixation de la platine de contôle des surcourses.
Je me répète, mais il est bien évident, qu'il est nécéssaire de trouver les casseroles pour avoir le diamètre intérieur avant la réalisation de ces platines codeur !


Le bloc support des cellules de lecture

Ce bloc usiné avec précision, comporte sur chaque face les 10 trous de passage des faisceaux des cellules émétrices vers les phototransistors. Ces trous,ont un diamètre de 1,5mm qui correspond au diamètre de centrage des leds et phototransistors. Le positionnement de l'axe de ces trous doit être situé parfaitement dans celui de l'axe de la roue.
Le bloc inférieur est dégagé par en dessous pour pouvoir incoporer le circuit imprimé des leds. Le bloc supérieur est dégagé pour laisser passer le disque.
Le centrage des deux circuits imprimés est fait par les leds et les phototransistors dans les trous de diamètre 1,5mm.
La réalisation de cet ensemble demande un peu de soin et de méthode. En premier, il faut bien sûr réaliser les deux parties avec leurs différentes formes, puis les assembler avec vis et goupilles. Ensuite il faut percer les trous de diamètre 1,5mm dans la partie supérieure, en coordonnées sur fraiseuse ou sur systeme de déplacement pouvant assurer le pas de perçage à 2,54mm qui est le pas des secteurs de la roue.
A la suite de ça, toujours avec une bonne précision, il faut percer les trous qui seront taraudés M3 pour fixer les circuits imprimés.
Quand cette partie supérieure est réalisée, il faut l'assembler avec la partie inférieure et faire les trous de cette partie par contre-perçage, ce qui permet d'avoir la certitude qu'émetteurs et récepteurs tomberont bien en face l'un de l'autre.


La carte de réception vue de dessous

Les dix phototransistors soudés à l'arrière de la carte sont en ligne avec les dix trous réalisés dans le bloc support de cellules.
Afin d'être sûr du bon positionnement des phototransistors sur la carte réception durant les phases de soudure, il est recommandé de les positionner avec une règle. Pour les leds de la carte émission c'est plus facile, car comme les soudures se font de l'autre coté, il est possible de la fixer en place sur la partie métallique, les trous servant de centrage.


Le codeur assemblé avec le contrôle des surcourses

Oui, ce n'est pas fini, la roue de codage donne les positions avec précision. Mais si il y a un incident, un parasite, une interférence ou tout simplement une panne pendant une évolution et que le système devient incontrôlable, il faudra l'arréter.
Donc sur l'axe du codeur, il y a un pignon de 35 dents, et sur un axe support il y a un pignon de 45 dents. Ce rapport de transmission de mouvement, permet de faire un tour de codeur quand le second pignon n'en n'a fait qu'environ 3/4. De cette manière, il est aisé avec une came et un micro switch à roulette de contrôler la surcourse aussi bien dans un sens que dans l'autre.
Ce microswitch, sera câblé dans la commande du moteur de l'axe concerné afin d'arréter le mouvement en défaut.
Cet ensemble de précaution est très important, surtout dans la phase mise au point du soft, et peut éviter une catastrophe durant l'utilisation surtout avec les antennes montées.


Le système de came et microswitch

Vous voyez bien la platine support avec le guidage bronze pour reprendre une bonne position par rapport à l'axe du codeur, l'axe support du pignon de 45 dents et les deux trous de fixation sur les collonettes de la platine du codeur.
En dessous des deux pignons, sont fixées les cames de surcourse, bien sûr elles sont différentes, car l'axe d'élévation, n'a pas le même champs de déplacement que l'axe d'azimut. Les cames sont fixées par en dessous, car de cette manière, on profite du noyau du pignon pour recentrer la came.



Comment tester le codeur ?

On commence par câbler dix leds vers les sorties collecteurs ouverts des drivers 7407, sans oublier les résistances, puis à l'aide d'un logiciel de dessin ou à la main (ça marche aussi), tracer sur une feuille, un cercle de 360° avec des divisions tous les 10°.
Cette feuille graduée, collée sur une planchette et percée en son centre, puis montée sur le codeur avec un index mécanique fixé sur l'axe, permettra de vérifier grossièrement si celui-ci fonctionne. Bien sûr, la vérification finale se fera lors de la mise au point avec l'affichage des positions sur l'écran de la centrale et la possibilité de faire tourner l'axe dans un sens ou dans l'autre en commande manuelle.



En conclusion

Pour réaliser ce codeur, j'en conviens, il faut un minimum d'équipement permettant de faire de l'usinage, tour, fraiseuse, perceuse à colonne et donc quelques connaissances en mécanique.
Au delà de cette remarque, cette description permettra à chacun en fonction de ses moyens, d'extrapoler ces éléments pour réaliser un système similaire et qui donnera, je suis sûr satisfaction en fonction du besoin.
A mon sens l'important sera d'extraire les idées, et en fonction de ce que vous aurez à disposition de construire la même chose. Pour info quand même, ce codeur à été réalisé en fonction des matériaux que j'avais à disposition et aussi de mes équipements. La description va se poursuivre par le rotor lui-même avec ses parties mécaniques et aussi électroniques, électriques, câblages et mise au point. Un certain nombre d'équipements type réducteurs, motoréducteurs et variateurs de fréquence sont déja arrivés en provenance de récupération et aussi d'achat pour la circonstance.
L'idée est d'avoir au final, un rotor azimut et élévation entièrement commandé par un logiciel de tracking sur un PC au travers d'un port série.
Ce qui fera la particularité de cette réalisation, ce sera ses dimmensions et précisions, de manière à pouvoir orienter des antennes de taille conséquente voir une parabole.
Et maintenant bonne réalisation à tous !




Quelques liens utiles pour cette réalisation


site de OE5JFL - pour voir une autre réalisation de codeur absolu

Le code Gray en pratique - pour tout comprendre sur le code Gray

Gotronic - Composants électroniques

Rs-particuliers.com - pour les leds LD261 et les photransistors BPX81


Début de la page

Accueil - F6GKY -