Qu’est-ce qu’un module de Split Flap ?

Un module de Split Flap est une petite partie de la board Split Flap. La board Split Flap était utilisée dans les aéroports ou les gares pour afficher les trains/avions qui arraivaient ou partaient. Solary était l’entreprise qui créait ces boards.

Aujourd’hui, il n’existe que des petites entreprises qui créent des boards SplitFlap. Nous avons pour les industriels: Oat Foundry et pour les particuliers nous avons VestaBoard.

Le principe de fonctionnement d’un SplitFlap:

Le principe est assez simple, c’est une roue incrémentée de palettes qui tourne. La zone qui nous donne un caractère est constituée de deux palettes alignée verticalement. Solari a fait le choix de prendre un moteur à balais continu avec un encodeur pour connaître la position de la roue. Mais de nos jours le moteur à balais est remplacé par le moteur pas à pas. Less palettes tombent à l’aide de la gravité. Pour obtenir deux palettes alignées verticalement nous devons en retenir une grâce à la façade du module. La difficulté de modélisation d’un module de splitflap est de trouver la bonne hauteur pour laisser passer les palettes tout en les retenant quand on le souhaite. J’ai trouvé ce schéma sur internet qui montre le fonctionnement de la roue et des palettes:

De nos jours le format NEMA17 est largement démocratisé et produit grâce à l’apparition des imprimantes 3D grand public. Il nous suffit juste d’un driver tel que le A4988 qui est suffisant pour ce genre d’utilisation et peu cher. Surtout qu’il existe des moteurs NEMA17 dit “pancakes” qui prennent une place réduite au détriment de leur couple. Mais pour notre utilisation nous n’avons pas besoin d’un couple énorme. Une image sur internet d’un moteur pas à pas NEMA17 de type “pancake” trouvé sur internet:

Bien que n’ayons plus besoin d’encodeur nous avons besoin d’un “home”. Nous avons plusieurs solutions pour créer ce home, la première qui serait la plus efficace est d’utiliser un capteur à effet Hall avec un aimant accroché à la roue. La seconde serait d’utiliser de l’acrylique noir et mettre un point blanc au niveau de notre home. Nous utiliserons alors un capteur infrarouge, comme le TCT5000, qu’on utilise aussi comme capteur pour que les robots suivent une ligne noire sur fond blanc.

Début de la modélisation du module sur Fusion360

J’ai commencé par créer des prototypes à l’aide d’imprimante 3D pour valider mon prototype. Je souhaite utiliser comme matière de l’acrylique noir qui donnera un meilleur rendu. Avec cette matière nous pouvons découper nos pièces au laser CO2 ce qui nous permet de créer des pièces à faible coûts et rapidement. Pour un module mon modèle comporte 3 pièces principales et une cinquantaine de palettes. Les pièces principales sont les deux roues et la façade. Chaque roue est différente, nous avons celle qui est entraînée par l’arbre du moteur pas à pas et celle qui est accrochée avec 4 point d’encrage à la première roue. Cette disposition permet de tenir les palettes entre les deux roues. Pour la façade, elle comporte deux plis à 90°degrées que nous pouvons réaliser facilement grâce une thermoplieuse. Un outil avec un fil d’une faible résistance qui crée la chaleur lorsque le courant le traverse. J’ai des images de certaines versions de prototypes, dans ces prototypes j’ai utilisé des capteurs infrarouge. Les capteurs à effet hall sont plus précis et plus sûr mais nous devons trouver un endroit où mettre l’aimant.

Electronique

Tout d’abord voici la liste de l’électronique que nous aurons besoin :

  • Moteur pas à pas Nema17
  • Driver A4988
  • PCB module
  • PCB connection module
  • Alimentation 12V
  • arduino ou blue pill board (Atmega328p ou STM32F103C8T6)
  • Optionnel raspberry pi
  • Des câbles et des câbles

Nous verrons après une description de l’utilisation de chaque pièce. Mais pour résumer rapidement: Nous avons le moteur pas à pas qui entraîne la roue, le driver a4988 qui contôle le moteur, le PCB module qui permet de faire le lien electrique entre le module et la board, le PCB connection module qui est sur la board et recoit le PCB module de la même façon que les PCIe Express, l’alimentation pour alimenter les moteurs et le microcontrôlleur, le microcontrolleurs qui est le cerveau, le raspberry pi est optionnel selon si on veut ou non avoir un serveur pour contrôler la board depuis son téléphone ou ordinateur.

Moteur pas à pas et son driver

La particularité de ce moteur est de fonctionner petit pas par petit pas. Cette particularité nous permet de connaître de combien avance le moteur ainsi nous pourrons savoir quelle lettre notre module affiche. Mais pour utiliser ce moteur il ne suffit pas de lui donner une tension continue, il faut deux ponts en H pour les moteurs bipôles. Le driver A4988 a ces deux ponts en H et en plus il nous facilite le contrôle car nous avons juste besoin de deux pins pour dire la direction et si il doit faire un pas. De plus nous pouvons créer des micro-steps, ce sont des pas entre les pas physiques du moteur. Je m’explique, lorsqu’on achète un moteur pas à pas nous avons souvent écrit 0.9° ou 1.8° degrés, ça signifie que pour un pas l’arbre du moteur a tourné de 1.8° ou 0.9° degrés. Si on souhaite savoir combien de pas il faut réaliser pour une révolution complète on réalise tout simplement la division 360/(degré pour un pas). Les micro-steps sont des pas qui se situent entre deux pas physiques. Ils permmettent une meilleure fluidité donc ne pas obtenir une rotation saccadée. Le driver a4988 peut aller jusqu’à 32 microsteps seulement. Ce qui nous donne nbPasParRevolution = (360/(degré pour un pas physique)) * nbMicroSteps. Par comparaison le driver “haut de gamme” des imprimantes 3D, le TMC2208 peut monter jusqu’à 256 microsteps, ce qui lui permet de contrôler les moteurs sans aucun sons audible de la part des moteurs.