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août
'16

Super Minitel Entertainement System: bientôt un premier exemplaire !

Publié le 29 août 2016

Cela fait bientôt 3 ans que ce projet de Super Minitel Entertainement System traîne (enfin, surtout la prise en charge du clavier), et que je dois fournir 3 exemplaires aux soutiens du projet OpenIt. La conception a été laborieuse, mais est sur le point d'aboutir au premier exemplaire.

Des erreurs à la chaîne

La conception de la version 3 du circuit électronique d'adaptation pour Raspberry Pi a pris plus de temps que prévu, et ce à cause d'erreurs successives lors de la phase de prototypage et de réalisation.

Le circuit de départ qui m'a servi à la rédaction de l'article sur le Super Minitel Entertainement System a permis de valider le montage réalisant la conversion du signal vidéo produit en sortie par le Raspberry PI (S-Video) vers les signaux attendus par la carte vidéo du Minitel. La conception de ce circuit m'a permis de reprendre en main les outils de conception électronique assisté par ordinateur, et a été réalisée avec EagleCAD. L'outil n'est pas libre mais gratuit, et le résultat rudimentaire: le circuit était imposant, mono-couche et coûteux. Le coût de fabrication d'un circuit imprimé dépend du nombre de couches et de sa surface (grosso-modo). Le délai entre la commande d'un circuit imprimé et la réception dudit circuit dans ma boîte aux lettres est d'environ trois semaines, au mieux. Gardez cela en tête pour la suite.

Premier circuit imprimé d'adaptation vidéo

Lorsque j'ai démarré la conception de la version suivante, j'ai décidé d'y intégrer le support du clavier du Minitel. J'ai choisi de supporter le clavier via un driver logiciel et un interfaçage I2C, ce qui évite d'avoir un micro-contrôleur et la phase de programmation qui va avec. J'ai donc intégré le tout sur le circuit intégré, grâce à des composants permettant d'étendre le nombre de GPIOs du Raspberry Pi, et ait fait en sorte que le circuit puisse se brancher sur le port d'extension du Raspberry en respectant les dimensions. Autrement dit, j'ai du tout serrer pour que cela rentre dans l'espace requis. Et j'ai envoyé en fabrication. La conception n'a pas été réalisée avec EagleCAD mais avec gEDA, une suite de conception électronique libre et opensource.

A la réception du premier circuit, je soude l'ensemble des composants sur celui-ci (il faut compter une bonne heure de concentration afin de limiter les erreurs), et le teste en conditions réelles sur le Minitel. Echec lamentable, le rendu est désastreux. Il s'avère que les empreintes des transistors utilisées pour concevoir le circuit imprimé n'étaient pas correctes (merci gEDA), et ceux-ci étaient montés à l'envers ! De plus, plusieurs pistes n'étaient pas correctement placées (on parle alors d'erreur de routage), et il m'a fallu en couper certaines et en ajouter d'autres à l'aide de fils ("straps"). Enfin, les trous pour placer le connecteur du clavier du Minitel étaient trop petits. Bref, deux ou trois jours de débogage de circuit et de nuits passées à identifier la cause de problèmes, pour enfin arriver à une version fonctionnelle. Victoire !

Version corrigée du circuit imprimé pour Raspberry Pi

Je reporte ensuite les corrections sur le logiciel de conception, et envoi en fabrication une version normalement corrigée. Sauf que non, les trous du connecteur de clavier sont encore trop petits (mauvaise mesure), et quelques corrections n'ont pas été transposées correctement. Je corrige le tout sur le logiciel, et repasse commande. Je reçois la dernière version des circuits et en suis fier: le connecteur de clavier entre parfaitement en place, et tout se soude sans encombre.

Circuit imprimé final tout juste reçu

Saleté de condensateur

Cependant, malgré tous mes efforts, le rendu est encore moyen. En particulier, des "bavures" apparaissent en fin de ligne ou de caractères affichés, ce qui n'est pas trop dérangeant lorsque l'on joue mais agaçant lors de lecture de texte. Il me fallait trouver l'origine du problème.

Encore une fois, une erreur était à la source de ce problème: le marquage de polarité du condensateur indiqué sur le circuit était inversé (encore une fois à cause d'une mauvaise empreinte), et en changeant de sens le condensateur l'image finale est bien plus belle. Je ne m'en étais pas rendu compte sur le prototype intermédiaire car le condensateur que j'utilisais était prévu pour 100 Volts, et ne bronchait pas trop lorsqu'il était alimenté en inverse. Mes derniers tests ayant été réalisés avec un condensateur prévu pour 50 Volts, le comportement de celui-ci en était sévèrement altéré. Merci les composants en stock.

L'erreur de marquage est toujours présente sur le circuit imprimé, mais est bien moins grave qu'une erreur de piste ou de placement de composant. J'ai tout de même eu de la chance que le condensateur n'explose pas, les dommages pouvant être importants dans ce cas de figure.

Le montage final en place sur le Raspberry Pi

Ce qu'il me reste à faire

Le circuit d'adaptation final fonctionne à merveille, tout comme le support du clavier via un pilote écrit en Python. Je dois encore ajouter l'audio (j'ai conçu et fait fabriquer un petit circuit complémentaire d'amplification audio, histoire d'avoir du son) et concevoir via de l'impression 3D un support pour fixer le Raspberry Pi, le circuit audio annexe ainsi qu'un haut-parleur. L'ajout d'un ventilateur pourrait être un plus si l'ensemble chauffe trop, à voir à l'usage.

Prototype fonctionnel sans son (à venir)

Viendra ensuite la décoration, à l'aide de bombes de peinture et de pochoirs faits maison. Je ne suis pas un pro en ce qui concerne cette partie, mais je compte trouver de bons conseils auprès de personnes ayant l'habitude de ce genre de choses.

L'amplification audio devrait être terminée en fin de semaine, il faut juste que je commande les composants et que je prenne le temps de les souder. Je pourrais bientôt fournir les exemplaires (trois pour être précis) à leurs destinataires, et publier les fichiers de conception bien sûr.

04
déc.
'15

Premiers retours sur l'impression 3D

Publié le 04 décembre 2015

Il y a de cela quelque temps, je m'étais lancé dans la réalisation d'une imprimante 3D Prusa i3 Rework, sans réaliser ce que ça allait avoir comme conséquences et sans garantie de réussite. Afin de mettre toutes les chances de mon côté, j'ai pris mon temps et ai tenté de me documenter un maximum. La réalisation de l'imprimante a pris environ 1 an, en avançant doucement et à cause de quelques péripéties familiales (déménagement, etc ...). L'heure est aux premiers constats sur l'impression 3D et les imprimantes auto-répliquantes en particulier.

Choix de l'imprimante

Côté imprimante 3D RepRap à faire soi-même, ce n'est pas le nombre de modèles qui manque: chacun y va de sa version modifiée, tantôt complètement en profilé aluminium tantôt en bois, avec différentes pièces pas forcément compatibles. Bienvenue dans le Capharnaüm des imprimantes 3D. Après pas mal de recherche sur les Internets, un modèle semblait faire l'unanimité tant par sa conception que par son rapport qualité/prix: la Prusa i3.

Le hic ? L'imprimante Prusa i3 (comprendre "itération 3") a tout de même des défauts que l'auteur n'a pas corrigé: * pas de support prévu pour les contacteurs de fin de course, faut se débrouiller * pas de tendeur de courroie * le support d'extrudeur n'est pas parfait

Bref, quelques défauts qu'une version améliorée par une société Toulousaine (eMotion Tech) et elle-même opensource corrige en partie: la Prusa i3 Rework m'a donc emballé et j'ai opté pour ce modèle.

Réalisation

Dans la plus pure philosophie RepRap, j'ai commandé un kit de pièces imprimées pour le modèle choisi, et j'ai commandé le reste du matériel sur eBay pour la grande majorité, sauf pour les éléments cruciaux: moteurs pas à pas et extrudeur commandés chez eMotion-Tech (en France donc), et le cadre aluminium de 6mm accompagné de son support de plateau chauffant au Royaume-Uni.

Puis j'ai réalisé le montage de l'imprimante au fur et à mesure, avec bien sûr quelques erreurs mais au final pas tellement d'écart par rapport au guide de montage officiel.

Cependant, j'ai pu trouver quelques astuces qu'il me semble intéressant de partager ici , astuces que j'ai trouvé par hasard, ou grâce au concours de collègues et amis.

Réglage du plateau en Z

Normalement, le guide de montage indique de régler la position du contacteur de fin de course à chaque manipulation de la tête d'impression (extrudeur compris). Mais il n'y a rien de pire à faire: le support du contacteur de l'axe Z est juste infernal sur la Prusa i3 Rework. Pourquoi ? Simplement parce qu'il a été très mal pensé: les vise de fixation (ou les écrous, au choix) sont placés entre le support et le cadre aluminium, sans aucune place pour des outils. Bon courage pour serrer les vis. On n'a donc pas envie d'y toucher toutes les cinq minutes, vu la galère que c'est. A côté de ça, le plateau est censé être monté sur une rangée de 3 rondelles aux quatre coins. Tout irait bien si le plateau était résolument horizontal, ce qui a peu de chances d'être le cas sur une imprimante faite maison.

C'est pourquoi j'ai décidé de monter le plateau sur des ressorts (l'idée n'est pas neuve, notez bien), mais cela implique de trouver les bons ressorts. Et ça, c'est une tâche qui s'est avérée très difficile. J'avais bien pensé à des ressorts de stylos, ou similaire, mais ceux-ci n'avaient que très peu de résistance et le plateau chauffant aurait été mobile. C'est à ce moment que Romain, un collègue, a eu une idée de génie: réutiliser les ressorts des supports de pile de vieux appareils. Ces ressorts sont très résistants, et en plus de taille idéale si on désosse le bon appareil.

Une fois le plateau réglable en hauteur grâce aux ressorts, il est judicieux d'imprimer des molettes de réglages permettant d'insérer un écrou M3 en leur centre, ce qui facilite grandement le réglage de la hauteur du plateau, ainsi que le montage/démontage (cela s'est avéré très utile par la suite).

Imprimer des pièces de rechange

Je n'y avais pas forcément pensé au départ, mais j'ai vite compris que si je voulais assurer une longue vie à mon imprimante (et surtout pas me retrouver avec une imprimante en carafe à cause d'une pièce cassée), je devais avoir des pièces de rechange. Une mauvaise manipulation, un bug de logiciel, ou un réglage trop serré amène rapidement certaines pièces à casser à cause de contraintes trop fortes ou de mauvais réglages.

Le côté positif qu'il y a à avoir opté pour une imprimante auto-répliquante, c'est qu'elle est en mesure d'imprimer ses propres pièces. J'ai donc imprimé plusieurs pièces critiques une fois les réglages de l'imprimante à peu près fonctionnels. Pas besoin d'avoir des pièces parfaites, du moment que la taille et la géométrie sont bonnes. Et ça m'a déjà sauvé la mise plusieurs fois depuis que je m'en sers !

C'est à mon sens un conseil à suivre absolument lorsque l'on se lance dans la réalisation d'une telle imprimante: rien de pire que d'avoir à commander une pièce sur Internet ou attendre 2 semaines de pouvoir en imprimer une pour pouvoir continuer à l'utiliser.

Le réglage impossible: l'extrudeur

Ca y est, vous avez votre imprimante montée, toute cablée et parée à servir, c'est super ! Mais sans phase de réglages, vous allez imprimer des pièces moisies.

La phase de réglage (calibration) de l'imprimante est longue et douloureuse. Cela fait presque deux mois que mon imprimante est terminée, et j'arrive encore à améliorer certains paramètres pour avoir de meilleures impressions. Ceci dit, il y a des points essentiels à ne pas négliger, et surtout des erreurs que l'on peut facilement commettre et qui peuvent vous pourrir la vie pendant des semaines.

Ma première erreur a concerné mon extrudeur. Et c'était une des plus grosses. Durant la phase de calibration, j'avais des résultats plutôt probant en ce qui concernait l'extrudeur et son moteur pas à pas. Je n'ai par contre pas fait attention au réglage des ressorts du galet de l'extrudeur Wade que j'utilise. Et je ne m'en suis rendu compte que bien plus tard.

La pression qu'exerce le galet (un roulement en réalité) de l'extrudeur Wade est primordiale pour une bonne impression, mais aussi pour un bon réglage de la hauteur des couches d'impression et la précision en général. Si celle-ci est trop faible, la vis d'entraînement du filament n'accroche pas suffisamment, et l'alimentation en filament est quelque peu aléatoire. Résultat: l'impression est sale par endroit, mais dans l'ensemble ça peut aller. De même, les phases de remplissage de zones avec du filament peuvent varier du tout au tout, selon l'allure du filament au moment de l'entraînement.

Il ne faut pas hésiter à rajouter des rondelles M3 en plus des ressorts: plus ça accroche mieux c'est. Ca signifie aussi en commander beaucoup plus que prévu !

De l'importance de ventiler

Jusque là, tout fonctionnait très bien. Jusqu'à ce qu'une impression bloque en plein milieu, et que la commande d'un moteur pas à pas ne fonctionne plus. Il faut savoir que les moteurs pas à pas (ou steppers) employés sur les imprimantes 3D sont pilotés par des drivers, des petits modules gérant la puissance que ceux-ci reçoivent (entre autre). J'ai de suite pensé à un de ces drivers, en me disant qu'il avait cramé. Ce problème est bloquant: sans driver pas de moteur pilotable et donc pas d'imprimante.

Après investigation, le driver n'a pas cramé comme je le supposais mais il a bien chauffé, ce qui n'était pas vraiment au programme. Il m'a donc semblé très utile de ventiler l'électronique, à l'aide d'un ventilateur de CPU récupéré sur une vieille carte mère par exemple. Mais comment le fixer sur le cadre aluminium ? Avec un support pardi. Je fouille sur Thingiverse, mais aucun support n'est prévu pour ce ventilateur de 50mm que j'ai récupéré. C'est le moment de concevoir.

Conception Assistée par Ordinateur

Avoir une imprimante 3D c'est bien, s'en servir pour imprimer autre chose que des gadgets (clefs TSA, porte-clefs, etc ...) c'est encore mieux. J'ai donc replongé dans mes cours de terminale, à l'époque où je faisais du Solidworks.

Et j'ai bien sûr cherché un équivalent libre. Deux logiciels m'ont paru tout à fait valables: FreeCAD et OpenScad. Le premier est un logiciel de CAO basique si je puis dire, on dessine des esquisses et on applique des transformations usuelles (extrusion, chanfrein, perçage, soustraction de matière, et j'en passe). La manière de concevoir la pièce se rapproche de la manière dont on l'usinerai réellement à l'aide d'outils à commandes numériques (ou même manuelles). Le second se rapproche beaucoup plus de la programmation que de la CAO habituelle: on code la réalisation de la pièce à l'aide de formes de base (cylindre, cube, polygone) et de transformation (différence, union, rotation, translation).

Vu qu'il me fallait un support de ventilateur pour refroidir l'électronique, j'ai donc décidé de créer le mien avec FreeCAD. La tâche n'a pas été trop complexe, pas mal de tutoriaux trouvés sur Youtube m'ont permis de prendre en main le logiciel. Au final, j'ai conçu un support pas mal du tout, après de nombreux ratés. Le plus difficile dans la conception pour imprimante 3D, c'est de bien prendre en compte les caractéristiques d'impression, la longueur de filament requis et la précision des usinages en fonction de leur placement. En effet, un trou usiné dans un flanc de 2mm d'épaisseur imprimé verticalement sera moins précis que le même trou usiné dans un flanc à plat sur l'imprimante. Il faut donc prévoir un peu de marge dans les cotations histoire d'éviter de retravailler la pièce.

J'en ai profité pour me faire un compte sur Tingiverse, et y déposer mon super support.

Pour la prise en main d'OpenScad, j'ai réalisé une pièce pour "hacker" mon lave-vaisselle. En effet, le bouton d'alimentation de ce dernier ne reste plus enfoncé ce qui est plutôt gênant. Pour corriger ce problème, j'ai essayé de le caler avec du carton mais ça ne tient pas sur la durée. De même, un cure-dent fonctionne bien mais reste dangereux (surtout que j'ai deux mini-moi à la maison, dont un qui a une propension à faire plus de bêtises que l'autre). Il me fallait un bidule pour caler le bouton sans que cela soit dangereux, et tant qu'à faire pratique à utiliser. Une mission pour mon imprimante 3D !

Avant d'entrer dans les détails, sachez qu'OpenScad est tout juste fabuleux pour trois raisons: * il faut programmer sa pièce * les pièces sont réutilisables * les pièces peuvent être paramétrables

Le design de la pièce est rudimentaire: un genre de bague pour y passer un doigt afin de l'attraper aisément, et une cale la plus fine possible pour bloquer le bouton. La première partie de cette pièce n'a pas été trop compliquée, la seconde par contre a demandé plusieurs réglages. Pourquoi ? Eh bien l'imprimante ne peut pas imprimer un "mur" (c'est à dire un pan vertical très fin) en dessous d'une certaine épaisseur. Le plus fin que j'ai pu obtenir est 0.4mm, mais le pan est très mal attaché au reste de la pièce, ce qui va tout simplement augmenter les risques de casse.

J'ai donc opté pour une épaisseur plus large (0.8mm) afin d'avoir une impression robuste et de pouvoir poncer la pièce par la suite. Ainsi, je peux ajuster l'angle et réduire l'épaisseur en bout, de manière à avoir une cale ressemblant à un cale-porte, mais pour bouton de lave-vaisselle. Le design de la pièce finale ressemble à ça dans OpenScad:

Et une fois imprimée et poncée, la pièce en place sur mon lave-vaisselle:

Conclusion

L'impression 3D gadget c'est sympa, mais à part faire des minions pour ses enfants ça n'apporte pas grand chose. Concevoir des pièces avec FreeCAD, OpenScad ou encore Sketchup (pas encore utilisé), et leur donner vie grâce à l'imprimante 3D, c'est juste priceless.

Promis le prochain article sera sur l'avancée des projets électroniques, et peut-être sur le Raspberry Pi Zéro si j'arrive à m'en procurer un.

05
nov.
'15

Minitel, imprimante 3D: les projets avancent

Publié le 05 novembre 2015

Je me rends compte que cela fait plusieurs mois que je n'ai rien publié ici, et je m'en désole. Cependant les choses avancent bien de mon côté, quoique pas aussi vite que je le souhaiterais. Et j'ai encore beaucoup de retard sur les contreparties du projet Open It, mais comme le titre l'indique j'avance doucement mais sûrement.

Une fournée de Minitels

J'ai continué la collecte de Minitels afin de pouvoir en fournir trois aux gentils soutiens, ainsi que la carte v3 d'adaptation. J'ai reçu les PCBs récemment, mais vu que je vadrouille énormément ces derniers temps (j'ai fait le tour de l'Europe et c'est pas fini), je n'ai pas pris le temps d'en monter une et de tout souder. D'autant plus que j'ai pu repérer quelques défauts que je vais devoir corriger dans une v4 (avec une autre commande de PCB du coup), mais ça ne devrait pas a priori impacter le fonctionnement de celle-ci.

Depuis presqu'un an mon entourage sait que je recherche des Minitels, et ils m'en ont récupéré quelques-uns: récemment une fournée de 4 minitels m'attendait ! Le problème est qu'il s'agit de modèles Matra, un brin différents de celui pour lequel ma carte d'adaptation a été conçue, et je vais peut-être devoir adapter un peu celle-ci s'il n'est pas possible de régler cela via la connectique.

L'imprimante au chaud sur le plan de travail.

A fond sur l'impression 3D

Cela fait presque un an que je travaillais sur mon imprimante 3D (Prusa i3), et j'ai récemment pu la terminer (via une savante combinaison de commandes et de temps disponible) et la tester. Elle fonctionne bien, mais il y a quelques réglages à faire afin de sortir des pièces de bonne qualité.

En parlant de qualité, je me suis rendu compte que certaines pièces se fendillaient, et qu'elles pourraient casser dans pas très longtemps. J'en ai donc profiter pour les réimprimer tant que l'imprimante fonctionne toujours, histoire d'avoir du surplus en cas de casse. Je pense aussi réimprimer d'autres pièces moins critiques une fois les réglages fins terminés. Ce n'est pas du luxe: le PLA est apparemment cassant, et si des pièces ont été insérées de force (c'était le cas pour certaines pièces fêlées), alors les risques de casse augmentent. Et je n'ai pas envie de me retrouver bloqué et dépenser des sous pour les faire imprimer et livrer alors que j'avais une imprimante fonctionnelle sous le coude.

Fêlures observées sur le support de guide de l'axe Z

De manière générale, l'imprimante fonctionne bien et je pense qu'une fois les réglages terminés et les pièces fêlées remplacées, elle devrait être aux petits oignons et parée à imprimer de nouveaux kits, si certains sont intéressés. Je me suis aussi initié à la CAD sous Linux (OpenSCAD et FreeCAD) afin de pouvoir commencer à concevoir des pièces liées à des projets connexes. J'ai une petite préférence pour OpenSCAD, car l'aspect programmatique (et donc paramétrique) des pièces qu'il permet de concevoir est très intéressant. Quant à la conception rapides de pièces, FreeCAD est d'un bon secours. Ça me rappelle mes années de SolidWork.

Quadcopter

Avant de me lancer dans la réalisation d'un quadcopter maison, j'étais persuadé qu'il fallait apprendre à bien les piloter afin de pouvoir manipuler un engin expérimental. Coup de chance, en participant à un CTF il y a quelque temps, j'en ai gagné un et cela fait bientôt un an que je m'entraîne avec. Pour le coup, j'ai bien pris en main la mécanique de vol de ces engins, et entre temps décortiqué leur conception.

Ainsi, je compte bien me servir de l'imprimante 3D pour concevoir le cadre d'un petit quadcopter, et développer la carte de contrôle en mode opensource et basée sur des éléments simples. Dans un premier temps, je pense que je me pencherai sur une carte de contrôle existante, histoire de bosser sur des adaptations au niveau firmware, puis je passerai à la phase de conception et de test. L'idée est d'utiliser un émetteur/récepteur 2.4Ghz pas cher pour assurer la transmission radio, et du matériel standard pour construire le quadcopter. Au final, les plans divers seront publiés en espérant que cela soit fun et instructif.

Transition 2015/2016

Une grande partie de l'année 2015 est passée à une vitesse folle, et du coup je commence déjà à planifier (et limiter) les projets pour 2016: * minitel v3 avec carte aux petits oignons avant Noël (pour faire des cadeaux aux soutiens qui les attendent depuis 2 ans) * finalisation de l'imprimante 3D (réglages et modifications techniques) * conception d'une borne d'arcade basée sur du RaspPi2 ou RIoTboard (selon les tests) * quadcopter de la mort (ou pas)

Je compte aussi comme depuis quelques années proposer une présentation pour la Nuit du Hack, et pourquoi pas participer une année de plus à Ndh Kids. Ou alors faire un atelier, mais pas les deux car cela demande beaucoup d'investissement.



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