Nouveaux Hardware pour Raspberry PI (et compatible)

[dragonlost]

Bonjour tout le monde !

 

Après pas mal de mois, voire année à réfléchir au problème hardware sur les différentes "Box", J'ai réalisé différents prototypes plus ou moins fonctionnels. Malheureusement ceux-ci m'ont jamais satisfait complètement mais mon permis d'identifier de façon plus précise mon but final.

 

J'ai aussi subi l'influence des nouvelles boxe : ASIAIR Pro et Atik Base.

 

Après pas mal de réflexion et de test, je me suis lancer dans la réalisation de shield/hate pour Raspberry Pi. J'ai bien essayé de trouver des Shield pour mon Raspberry Pi mais sans jamais trouver quelque chose de vraiment concluant.

 

Me voila donc partie pour réaliser de nouvelles cartes ! Et vu que je fais pas ça que pour moi, je veut que tout le monde puisse modifier et profiter de ces cartes et je publie donc tout ça en Open Source.

 

Bon je le précise dès maintenant je ne suis pas électronicien de formation ! Donc y a des trucs qui sont surement mal fait ou maladroit. Du coup n'hésitez pas de me le dire comme ça tout le monde sera gagnant !  Vous pouvez même proposer une modification sur le projet Github via un "merge request", via une "issue" tout simplement ou même via un commentaire/message sur ce forum.

 

Mon but est de fournir :

- les plans de fabrication des différentes cartes électroniques (gerber)

- la liste des composants à acheter chez Mouser (et en version JLCPCB pour les composants CMS)

- les fichers de fabrication pour pouvoir acheter les cartes avec les composants CMS déjà soudées chez JLCPCB

- Biensur les sources KICAD.

- Les differents softs développés en python afin de piloter les resitances chauffantes, le ventilo, les senseurs de courant/tension.

 

Le lien vers le projet :

https://github.com/dragonlost/NAFABox-hardware/

 

Si vous voulez aider n'hésitez pas ! tout aide est la bienvenue !

J'ai surtout besoin de personne pour développer le soft en python ainsi que d'électronicien pour m'aider.

 

 

Bon maintenant les résultats du projet pour l'instant :

La carte de base :

(base_hat)

Cette carte contient principalement 2 parties :

• un composant DS3231 en I2C afin de pouvoir obtenir une base de temps permanente pour le Raspberry Pi ainsi qu'un logement de pile pour un CR2032 remplacable
• un connecteur et emplacement pour un ventillateur de 30x30mm controlé en PWM par le Raspberry PI.

La carte d'alimentation :

(alim_hat)

Elle contient :

• Une entrée d'alimentation Jack DC protégé contre l'inversion de courant.
• 4 sorties :
  • protégées par des fusibles rearmable PPTC ( polyswitch/polyfuse) de 5A
  • mesurer en courant et tension à l'aide d'INA219 en I2C ( un par sortie)
  • de tension identique à la tension d'entrée
• un connecteur 8 broches avec la tension d'entré (x2) et la masse (x4) ainsi qu'une autre tension (VCC) entrée via le bornier prevue à cette effet
• un convertisseur DC-DC stepdown PDQE15-Q24-S5-D isolé ( désactivable) pouvant délivré 3A en 5V relié au pins 5v du Raspberry Pi.
• de pin permettant de couper/connecter chaque sortie via un Jumper ou des interupteurs externe ou via la carte relais.

La carte Relais/ Focuser

(relais_hat)

Elle contient :

• Un système de 4 relais :
  • 4 relais piloté via les GPIO de carte Raspberry PI (GPIO 17, 18, 22 et 23)
  • 4 leds indiquant l'état des relais (dans le même ordre D1, D2, D3, D4)
  • 4 sorties par pins plugable sur la carte d'alimentation pour piloter les 4 sorties.
  • 4 bornier pour piloter un système externe
• un connecteur 8 broches avec la tension d'entrée (x2) et la masse (x4) ainsi qu'une autre tension (VCC) entrée via le bornier de la carte d'alimentation
• Un système pour piloter un moteur pas à pas afin de réaliser la mise au point.
  • un emplacemnt pour driveur moteur au format pololu
  • un connecteur DB9 au format RoboFocus (A1=1, A2=2, B1=3, B2=4, GND=5)
  • un système de 3 jumper afin de piloter l'état des pins (libre, 3.3v, GND)
  • pilotage via les GPIO (STEP=GPIO25, DIR=GPIO27, SLP=GPIO24)
  • l'alimentation 12v via la connecteur 8 pins.

La carte Resistance chauffante et GPS

(res_hat)

Elle contient :

• un connecteur 8 broches avec la tension d'entrée (x2) et la masse (x4) ainsi qu'une autre tension (VCC) entrée via le bornier de la carte d'alimentation
• un connecteur 4 pins pour connecteur une carte GPS UART (3.3v-RX-TX-GND) :
  • 2 trous de fixation mécanique
  • 2 systèmes de jumper afin d'inverser le TX/RX ou sélectioner d'autre pin TX-RX pour la carte Nanopi-M4
• une entrée Jack DC connecter a la tension VCC.
• un système de résistance chauffante piloter par I2C :
  • 2 résistance possible, connectable via 2x USB (résistance en 5V par exemple) ou via 2x RCA.
  • chaque sortie est mesurée en tension et courant via des INA219 comme la carte d'alimentation
  • un connecteur pour une carte BME280 en i2C afin de calculer le point de rosé via la température et l'humidité local.
  • 2 connecteurs pour 2 capteurs D18B20 1wire (pin7 du RPI) afin de mesurer la température des résistances.
  • Chaque résistance est pilotable en puissance via 2 mofset FDD844L-F085
  • Il est posible via un jumper de sélectionner la tension d'alimentation des résistances entre l'entrée Jack de la carte d'alimentation (nomé: 12V) et l'entrée jack de la carte résistance ou du bornier de la carte d'alimentation (nomé: VCC)

 

 

 

[gehelem]

@dragonlost je le redis ici :

Impressionnant !!!

Merci 

[Discret68]

Sacré projet !!!

 

Je développe modestement en python car j'utilise des cartes relais et différents capteurs avec des RPI, pour gérer certaines actions sur mon matériel (résistances allsky, télescope, ..). Je peux, dans la mesure du possible, apporter une aide (toute relative) en cas de besoin.

 

Un point qui (à mon sens) risque de bloquer les utilisateurs potentiels, c'est l'utilisation de CMS. Si c'est une technique qui permet de réduire notablement la taille des cartes, mais elle n'est pas évidente à mettre en œuvre et risque d'en rebuter plus d'un. A voir !

 

Je ne connais pas du tout les logiciels utilisés sur RPI pour l'astro. Mais coté logiciels de pilotage, si certaines fonctions seront "aisément" automatisables (gestion des résistances chauffantes par les BME280, ...), comment seront pilotées certaines fonctions utilisables par les logiciels astro ? Je pense notamment au focuser. Pilotage manuel ou pilotage via le logiciel d'acquisition ? Et quid de l'interfaçage soft ? Je fais la comparaison par la méthodologie qu'on utilise sur PC, à savoir un driver ASCOM ?

 

Bon, je sens que ça va pas mal discuter sur le sujet 😉

Bon courage.

[dragonlost]

Il y a 14 heures, gehelem a dit :

@dragonlost je le redis ici :

Impressionnant !!!

Merci 

 Merci !

 

Il y a 3 heures, Discret68 a dit :

Sacré projet !!!

 

Je développe modestement en python car j'utilise des cartes relais et différents capteurs avec des RPI, pour gérer certaines actions sur mon matériel (résistances allsky, télescope, ..). Je peux, dans la mesure du possible, apporter une aide (toute relative) en cas de besoin.

 

Un point qui (à mon sens) risque de bloquer les utilisateurs potentiels, c'est l'utilisation de CMS. Si c'est une technique qui permet de réduire notablement la taille des cartes, mais elle n'est pas évidente à mettre en œuvre et risque d'en rebuter plus d'un. A voir !

 

Je ne connais pas du tout les logiciels utilisés sur RPI pour l'astro. Mais coté logiciels de pilotage, si certaines fonctions seront "aisément" automatisables (gestion des résistances chauffantes par les BME280, ...), comment seront pilotées certaines fonctions utilisables par les logiciels astro ? Je pense notamment au focuser. Pilotage manuel ou pilotage via le logiciel d'acquisition ? Et quid de l'interfaçage soft ? Je fais la comparaison par la méthodologie qu'on utilise sur PC, à savoir un driver ASCOM ?

 

Bon, je sens que ça va pas mal discuter sur le sujet 😉

Bon courage.

 

Pour la partie relais et focuser il y a déjà le pilote Indi ( https://github.com/rkaczorek/astroberry-diy) je me suis basé sur ce projet. Il passe par wiringPI comme beaucoup et du coup j'ai juste modifier les pins utiliser afin que ca soit compatible avec les NanoPIM4/NanoPCT4, RPI et Tinkerboard.

Pour la partie senseur de courant/tension j'imagine bien une application en python qui enregistre dans un fichier de log les valeurs toute les secondes puis qui les affiches dans un graphique.

Pour la partie résistance chauffante, pareil une application qui affiche le point de rosé calculé, la température de chaque résistance, un bouton ON/OFF pour chaque résistance et un graph qui affiche le courant/tension pour chaque résistance. Dans un premier temps, le logiciel python piloterai en tout ou rien, puis dans un second temps avec une valeur proportionnel.

 

Pour les senseur c'est des INA219 en I2c, il existe une bibliothèque python qui sait leur parlé et Adafruit a une bonne doc la dessus aussi ( c'est pour ça que j'ai pris ça d’ailleurs).

Pour les résistances chauffantes c'est un DAC I2C qui est aussi vendu via Adafruit et donc avec une librairie d'utilisation pour python.

 

Pour les composant CMS je comprend que ça fasse peur c'est d’ailleurs pour cela que tout les composants sont dans la mesure du possible sur une seul face et de taille raisonnable (0805 pour les plus petit). Sinon pour les moins aventurier ou ceux qui n'ont pas le matériel c'est aussi pour ça que je travail sur les fichier de fabrication afin de pouvoir demander de fabriquer les cartes avec les composant CMS directement soudé ce qui augmente un peut le prix mais permet de grandement simplifier les choses.

 

 

 

 

Modifié 31 août 2020 par dragonlost

[Discret68]

Il y a 6 heures, dragonlost a dit :

Pour la partie résistance chauffante, pareil une application qui affiche le point de rosé calculé, la température de chaque résistance, un bouton ON/OFF pour chaque résistance et un graph qui affiche le courant/tension pour chaque résistance.

 

Pour la gestion des résistances chauffantes avec le RPI, j'ai développé 2 petites appli en python. Une première qui gère les capteurs de l'abri (allsky, extérieur abri, intérieur coffret de pilotage et intérieur abri :

 

Pour les températures allsky et extérieur abri, j'utilise des BME280. Avec les valeurs de température et d'hygrométrie, je gère la mise en service des résistances de la allsky, moyennant une consigne de delta T réglable. Dès qu'une delta T réelle entre température mesurée et point de rosée calculé (intérieur allsky ou extérieur abri) passe en dessous de la consigne de delta T spécifiée, les résistances s'enclenchent, avec une limitation en température de chauffage à 6° au dessus de la température ambiante et un maxi de 25° quelle que soit la température ambiante.

J'en profite pour tracer les courbes des valeurs mesurées, mais avec une application qui tourne sur un PC. J'avais fait du tracé de courbes avec python, mais cela ne me plaisait guère. J'envoie les valeur du RPI vars le PC et je les traite. Il est tout à fait possible de tracer les courbes pour d'autres paramètres (tension, intensité, ...).

 

Je vais reprendre les essais de tracé de courbes sur RPI, en python, mais en utilisant d'autres méthodes.

 

Pour la sonde intérieur coffret de pilotage et pour la température intérieur abri (non encore installée), j'utilise du DHT22, mais je n'aime pas trop ce type de capteur qui remonte assez fréquement des valeurs erronées.

 

Pour voir le résultat, il suffit d'aller voir la page "État du ciel" sur mon site : http://astrowick.fr/index.php/etat-ciel

 

Pour les résistances chauffantes du newton et lulu, j'utilise une autre petite appli développé également en python qui tourne sur le RPI qui est fixé sur le newton :

 

 

C'est un BME280, fixé sur le newton, qui mesure la température et l'hygrométrie extérieur et qui pilote les résistances de désembuage et un DHT22 qui me permet de suivre la température à l'intérieur du coffret en alu dans lequel se trouve le RPI et une carte à 4 relais. 2 relais servent aux résistances ( newton ou (et) lulu). Un relais me permet de positionner un masque de bahtinov motorisé devant la lunette et un relais me permettra (le développement est en cours) pour faire tourner le miroir secondaire de 180°. L'objectif étant d'avoir 2 PO sur le newton avec 2 équipements d'acquisition (CP et planétaire). C'est un truc un peu de fou dont je n'en dis pas plus pour le moment.

J'ai également intégré le pilotage à distance d'un correcteur de dispersion atmosphérique à l'aide de 2 moteurs pas à pas. Et ça, ça fonctionne. L'objectif est de faire du planétaire en remote.

 

Simulation de fonctionnement en soufflant sur le BME280. Seul le désembuage du newton est sélectionné (bouton rouge) et le programme active le relais des résistances du newton (qu'on peut également forcer manuellement) :

 

 

Ton idée de mettre un capteur de température au niveau des résistances chauffantes est une bonne idée. Je ne savais pas trop comment faire pour éviter que la température des résistances ne monte plus qu'il ne faut. Finalement, c'est du même style que le BME280 que j'utilise dans la allsky et qui me sert à mesurer et à limiter la température de chauffe.

 

Pour ce qui est de la commande de cartes relais connectés sur le GPIO du RPI, j'ai développé une autre appli (toujours en python) qui permet de piloter des cartes relais à 4, 8, 12 ou 16 relais (les écrans ci-dessous s'adaptent automatiquement en fonction du nombre de relais choisis. Tout est paramétrable par l'utilisateur et les paramètres sont, bien évidemment, sauvegardés.

Exemple de l'écran avec un interface retenu pour 8 relais :

 

 

L'écran de paramétrage, qui permet de définir le nombre de relais à exploiter, le libellé de chaque bouton, ainsi que que le numéro de pin du GPIO :

 

Et voila

Modifié 31 août 2020 par Discret68

[dragonlost]

Bas franchement c'est niquel ! C'est exactement ce que j'avais en tête en plus sur la carte je voulais utiliser un bme280 du coup tu le connait bien et les capteur de température sont des D18b20 en 1wire du coup il doive marché comme les DHT22 il me semble.

Du coup tu passe par quoi sous python pour accéder au gpio ou a l'i2c du BME280?

[Discret68]

Il y a 10 heures, dragonlost a dit :

Du coup tu passe par quoi sous python pour accéder au gpio ou a l'i2c du BME280?

 

Sites sur lesquels je me suis basé pour l'exploitation du GPIO et du BME280 en python :

https://deusyss.developpez.com/tutoriels/RaspberryPi/PythonEtLeGpio/

http://gilles.thebault.free.fr/spip.php?article48

 

Les DS18B20 fonctionnent sur le même principe que le DHT22, mais comme je disais dans mon précédent message, j'ai beaucoup de valeurs erronées avec le DHT22, y compris avec des liaisons courtes (50cm). Je n'ai jamais testé le DS18B20 vu que le BME280 répond à mon besoin.

Mais si je mets en œuvre ta solution qui est de placer un capteur au niveau des résistances de chauffage, il faudra que je teste, surtout que j'en ai en stock.

 

Ce qui est dommage avec le BME280 (qui fonctionne sans aucun problème), c'est qu'on a uniquement 2 adresses possibles, donc 2 capteurs au maximum sur un RPI. Pour le moment, je n'ai pas trouvé d'astuce simple pour pouvoir en connecter plus de 2 sur un RPI. Lors de mes recherches sur ce thème, j'avais trouvé des solutions complexes faisant appel à du multiplexage. Dommage !

 

Attention lors de l'achat de BME280. Certains vendeurs vendent des BMP280 au lieu de BME280. Le BMP ne relève pas de valeur d’hygrométrie, uniquement la température et la pression atmosphérique ! Le BMP est généralement utilisé pour des systèmes altimétriques. Et en l’absence d'hygrométrie, impossible de calculer le point de rosée.

 

Il existe aussi le capteur type AM2320 qui fait température et hygrométrie (pas de valeur de pression atmo) qui fonctionne également en I2C. Mais pour le moment, je n'ai pas réussi à le faire fonctionner. Je cherche encore !

Vu que les adresses de l'AM2320 sont différentes de celles du BME280, cela permettrait de mixer les 2 composants et d'installer que des capteurs en I2C.

[dragonlost]

Petite Mise à jour :

 

J'ai fait des commandes pour avoir 5 jeux de carte. Les fichiers de production destiné à JLCPCB sont disponible pour toutes les cartes et ont été vérifié par JLCPCB.

Le Readme et le Github vient d'être mise à Jour avec le Boitier de ce nouveau Hardware ! Merci @supaii !! Sans lui pas de Boitier.

 

En terme de coût estimé je suis pour l'instant sur du 80euros tout compris (sauf la pile CR2032, le ventilo Noctua PWM, le BME280 et le GPS) pour un set de 4 cartes. Il faut potentiellement penser à l'achat d'un kit d'entretoise ainsi que les câbles qui iront de la carte alim aux périphériques.

Modifié 6 septembre 2020 par dragonlost

[dragonlost]

Petit ajout des pièces non incluse  :

 

Le ventilo (en 5V, très bon pour éviter les vibrations ):

https://noctua.at/fr/nf-a4x10-pwm

 

le GPS (tester il marche très bien) :

https://fr.aliexpress.com/item/32835802687.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27426c37QHf03o

 

Le BME280-3.3V (à tester) Attention important que ca soit la version 3.3v car la version 5v ne marchera pas :

https://www.amazon.fr/Tree-Life-atmosphérique-GY-BME280-3-3V-précision/dp/B07R9VXWSD

 

Les cables Jack DC 5.5mm (ext) et 2.1mm (int) avec clip (j'en est commandé un certain nombre) :

https://fr.aliexpress.com/item/33051489991.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27426c37pH2cq9

Modifié 6 septembre 2020 par dragonlost

[supaii]

Un pti up, mise a jour sur le github...

 

https://github.com/dragonlost/NAFABox-hardware/

[titou84]

Excellent je m'abonne au sujet. Candidat pour en monter un en beta test 👍

[dragonlost]

Gros ajout :

 

- vous avez maintenant un modèle de boitier modulaire à imprimer en 3d réalisé par @supaii

- Correction de différent bug au niveau de la carte électronique

 

Premier résultat des tests :

- teste en cours des différentes cartes pour voir si elle respecte bien les spec.

- préparation d'une liste de matos a acheter.

- avec les tests pour l'instant un problème détecter et non solvable facilement c'est le système anti inversion à modifier. en l'état il ne fonction pas mais n’interfère pas avec l'alimentation.

- y aura surement une version 2.0 a faire : changement du système anti inversion + rajout ou changement du port d'alim d'entrer pour un XT30/XT60.

 

[gehelem]

Un gros up pour remonter le travail de fou...

Merci @supaii merci @dragonlost (mets des photos des vraies pour montrer comme c'est zouli)

[leloup]

Bonsoir et merci pour ce decriptif de Nafabox au top.

 

Est-ce qu'il y aurait moyen avec la carte d'alim d'alimenter un boitier DSLR type canon en 9V ? et la SA (en 5V)

J'ai pas de vu de bouton on/off ? mais vous alimentez le Pi (La thinker board dans mon cas avec ?)

 

Est-ce que ce montage serait aussi compatible avec un Pi 4 ?

 

Pour info j'utilise un booster de démarrage en alimentation 12V (https://www.amazon.fr/Rovtop-Batterie-Démarrage-Alimentation-Eléctrique/dp/B07RLY962C/ref=sr_1_50?dchild=1&keywords=SUAOKI&qid=1605473213&sr=8-50&th=1) avec un bricolage maison pour alimenter le DSLR et la SA et j'aimerai integrer la thinker board avec

 

Merci pour les infos en tout cas 

[dragonlost]

Le 15/11/2020 à 21:51, leloup a dit :

Bonsoir et merci pour ce decriptif de Nafabox au top.

 

Est-ce qu'il y aurait moyen avec la carte d'alim d'alimenter un boitier DSLR type canon en 9V ? et la SA (en 5V)

J'ai pas de vu de bouton on/off ? mais vous alimentez le Pi (La thinker board dans mon cas avec ?)

 

Est-ce que ce montage serait aussi compatible avec un Pi 4 ?

 

Pour info j'utilise un booster de démarrage en alimentation 12V (https://www.amazon.fr/Rovtop-Batterie-Démarrage-Alimentation-Eléctrique/dp/B07RLY962C/ref=sr_1_50?dchild=1&keywords=SUAOKI&qid=1605473213&sr=8-50&th=1) avec un bricolage maison pour alimenter le DSLR et la SA et j'aimerai integrer la thinker board avec

 

Merci pour les infos en tout cas 

 

Hello.

 

Alors oui et non.

Le montage ce veut principalement compatible rpi2B/3B/3B+/4B. Je pense réussir a la faire fonctionné sur tinkerboard aussi et sur NanopiM4.

les 4 sortie Jack DC sorte la meme tension qui rentre du coup il faudra convertir la tension de ton booster qui rentre (~12v en 9v et 5V).

 

il y a 2x2 pins entre l'entré et chaque sortie sur lequel tu peut venir mettre la carte relais pour allumé ou éteindre ou alors des interrupteurs pour allumé ou éteindre a la main.

Sinon pour l'alim de la tinker/rpi c'est la carte alim qui s'en charge avec un convertisseur à bord.

 

Moi ce que je fait c'est : un câble qui vas de la carte alim puis dans un boitier. dans le boitier j'ai un step-down puis je repart vers le périphérique voulu. Ou par exemple ça relié à une prise jack

 

[Rvandelannoote]

Bonjour,

 

Je m’intéresse pas mal à la NafaBox depuis quelques temps et je souhaiterai utiliser les 4 cartes modulaires. Mais avant de commander les PCB, peut être en reste t'il a quelqu'un ?

Sinon si ça intéresse des personnes, je commanderais 5 exemplaires des PCB, si l'on peut faire une commande groupé.

 

[dragonlost]

Bonjour. Actuellement je suis à ma connaissance le seul à avoir construit ces cartes. J'ai du refaire la carte à base de relais afin qu'elle consomme moins en passant plutôt par des mofset. Il faut encore que je teste cette carte pour valider son fonctionnement.

 

Sinon toutes les autres cartes ont été testé avec succès et respecte les performances voulu (15A max en entrée, 5A sur chaque sorties au maximum et 5A de transmission sur les autres cartes). Compatible avec des drivers moteurs au format pololu et choix des µpas via jumper. Contrôle PWM de 2 résistances chauffante en 12V ou tension personnalité. Contrôle de la vitesse du ventilo en PWM. Contrôles on/off des 4 sorties. Horloge stabilisé en température. port GPS compatible RPI et NanopiM4. Port pour capteur de température et humidité.

 

Le seul soucis que j'ai actuellement c'est pour les sonde 1-wire en température. C'est pas pratique et c'est compatible qu'avec le raspberry. Mais la modification est assez complexe même si j'ai trouvé un composant qui me permettrait de passer par l'I2C.

 

J'ai presque fini la base software pour contrôler les différentes cartes. Malheureusement ce n'est qu’une base il faut quelqu'un s'empare de cette base pour faire une interface de contrôle.

 

Si jamais j'ai un peut de temps j’essayerai de faire un truc mais le tip top serai une interface web avec des boutons et graphique dynamique !

 

Les dernières avancé sont un ajustement du boîtier pour aider le montage, l'impression et s'adapter correctement pour une meilleur connexion.

Je suis aussi à la 3ème version de la carte alim. idem pour la carte "relais". Deuxième version pour la carte GPS/résistance chauffante.

 

Donc pas mal de boulot ces dernier jour.

 

Pour que ça soit fabricable par quelqu’un d'autre il manque un note explicative d'assemblage et un BOM des composants/connecteurs qu'il manque pour chaque carte.

La liste sera disponible avec des achats via Mouser et Aliexpress.

 

Quand je serai sur du fonctionnement je pourrai distribué les cartes. J'ai actuellement de quoi fabriquer 4 cartes en plus de la mienne.

 

 

Modifié 12 février 2021 par dragonlost

[dragonlost]

Voilà le composant :

 

https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?searchTxt=DS2482