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Mercredi, mai 22 2013

BleuettePi : Une carte fille pour RaspberryPi

Introduction

Comme je l'annonçais dans un précédent article, Bleuette va pouvoir être piloté par un Raspberry Pi grâce à une carte fille dédiée dont je vais décrire les caractéristiques ici même.

Le choix du Raspberry Pi s'est porté grâce à 2 de ses atouts : le coût et la puissance, en effet, pour moins de 40€, on dispose d'un système embarqué sous Gnu/Linux avec 512Mio de RAM, un processeur pouvant monter à 1Ghz, à côté des 2.5Kio de RAM et des 16Mhz de l'Arduino Leonardo, ça fait une sacré différence et ça laisse entrevoir plein de nouvelles possibilités...

Notez que ça ne signifie pas l'abandon du développement de Bleuette sur Arduino, il s'agit juste de donner le choix du système.

Caractéristiques

Les avantages d'utiliser un tel ordinateur embarqué sont nombreux, comme par exemple, la facilité pour embarquer / supporter des périphériques comme une clef WiFi pour programmer Bleuette à distance ou encore brancher une webcam (notamment le module caméra officiel), etc... Mais il n'y a pas que des avantages, on se retrouve aussi avec quelques soucis comme par exemple l'alimentation, le Raspberry Pi consomme plus qu'une petite carte Arduino et ses entrées / sorties ne sont absolument pas compatible avec le 5V utilisé sur la précédente carte fille, il faudra donc faire avec...

BleuettePi est conçue à la base pour faire fonctionner Bleuette mais j'ai fait en sorte que cette carte soit suffisamment généraliste pour être utilisée dans d'autre application.

Voici les caractérisitiques de cette carte :

  • Gestion de 14 servos (toujours de manière synchrone)
  • Mesure du courant consommé par les servos
  • Mesure de la tension de la batterie
  • Connexion pour une carte GY-27 contenant un accéléromètre et un compas (via I2C)
  • 16 entrées / sorties compatible 5V avec 2 lignes d'interruption, le tout commandé en I2C
  • 6 entrées analogiques
  • Amplificateur audio pour ajouter le son à votre Raspberry Pi (à base de LM386)
  • 5 entrées / sorties généralistes compatible 5V direct Raspberry + 5 autres entrées / sorties disponible si le bus SPI n'est pas utilisé
  • Toutes les broches du SPI (MOSI, MISO, SCLK, CE0, CE1) sont disponibles sur un connecteur et compatible 5V
  • Un module horloge temps réel (RTC) pour garder votre Raspberry Pi à l'heure !
  • 4 lignes d'interruptions physiques (INTA et INTB pour les IO, INTC en provenance de l'horloge temps réel, INTD)

Schéma de principe

Voici le schéma de principe complet :
Schéma de principe de la carte d'extension de Bleuette

Détails

Les détails bloc par bloc du schéma de principe :

Liaison au RaspberryPi

La liaison au RaspberryPi se fait via P1 :

BleuettePi : Liaison RaspberryPi

L'alimentation

Pour fonctionner, le RaspberryPi a besoin d'une tension d'alimentation de 5V avec une intensité d'environ 1A.

La carte fille reçoit 2 tensions en entrée :

  • Le 5V pour le Raspberry et pour la carte fille
  • Une tension pour alimenter les servos (de 5V à 6V selon les servos).

Une autre entrée (BATT et BATT1) optionnelle permet de recevoir la tension brute de la batterie à des fins de mesure via le pont diviseur R1 / R2.

Note: Si la tension d'alimentation des servos est directement celle de la batterie, le jumper (J_BATT0 ou J_BATT1) permette d'injecter la tension directement sur R1 / R2.

BleuettePi : Alimentation

Gestion des servos

BleuettePi : Pilotage des servos

Pour le pilotage des servos, un PIC18F4520 programmé avec une version dérivée du projet Pic24Servos est utilisé de la même façon qu'avec la Bleuette Shield Arduino.

Mais comme mentionné plus haut, les entrées / sorties du Raspberry Pi fonctionnent uniquement avec une tension de 3.3V, le PIC18F4520 aussi mais rien ne permet d'affirmer que les servos vont « voir » les impulsions de 3.3V comme des niveaux hauts, donc, j'ai choisi d'alimenter le PIC en 5V et d'adapter la liaison série avec le Raspberry Pi.

Pour la transmission de donnée du RaspberryPi vers le Pic, le signal passe par l'adaptateur de niveau 3V / 5V, pour la communication inverse, du Pic vers le RaspberryPi, un simple diviseur de tension (R9 / R10) ramène la tension à 3.3V max.

Le découplage de la ligne d'alimentation des servos est effectué par plusieurs condensateurs de bonne capacité (C1 et C9).

Les entrées / sorties

L'adaptateur de niveau 3V / 5V bidirectionnel pour les entrées sorties généralistes est un TXB0108PWR :

BleuettePi : Adaptateur de niveau

Une partie des entrées / sorties sont disponibles via les connecteurs OPTION0 et OPTION1 :

BleuettePi : Input / Output

Horloge temps réel (RTC)

Une horloge temps réel est disponible via le bus I2C afin de garder le RaspberryPi à l'heure, même sans alimentation grâce à la pile bouton de sauvegarde (CR1220).

BleuettePi : RTC, Horloge Temps Réel

C'est le DS1339 qui joue le rôle d'horloge, ce dernier est équipé d'une sortie (SQW/OUT) cablée sur INTC (INTterruption Clock) permettant au choix d'obtenir un signal carré à une fréquence précise ou d'utiliser cette broche comme réveil, cette dernière est disponible sur le connecteur OPTION0, ainsi, on peut imaginer un dispositif qui sortirait le RaspberryPi d'un sommeil très profond puisque dans cet état, il ne consommerait absolument rien...

Le son

Le Raspberry Pi disposant d'une sortie son, il est intéressant d'en profiter via l'utilisation d'un amplificateur et d'un haut parleur externe.

BleuettePi : Son

Rien de particulier à dire, à part un potentiomètre permettant d'atténuer le niveau d'entrée.

Mesure du courant et tension LiPo

Un pont diviseur de tension pour la mesure de la tension de la batterie et l'utilisation d'un MAX4173 pour la mesure du courant.

BleuettePi : Mesure du courant

Sur la version à base d'Arduino, c'est ce dernier qui s'occupait de la conversion analogique, or, le Raspberry Pi ne contient pas de convertisseur analogique / numérique (CAN), du coup, il aurait fallu embarquer un circuit intégré spécialisé pour cette fonction mais il n'y a plus de place sur la carte et il y a une meilleure solution, en effet, le PIC18F452 utilisé pour la gestion des servos possède un CAN et justement, ces broches sont libres...

La mesure du courant (SERVO_CURRENT) se fait via l'entrée AN5 et la tension (LIPO_VOLTAGE) via l'entrée AN4.

Carte accéléromètre et magnétomètre

Vu le format de ce type de composant (très difficile à souder avec du matériel amateur), j'ai opté pour un module GY-27 intégrant les 2 composants, le magnétomètre (HMC5883L) et l'accéléromètre (ADXL345) dialoguant tous les 2 en I2C, ils sont donc branchés sur la liaison I2C hardware du Raspberry Pi.

La carte sera donc directement branchée sur la carte fille BleuettePi permettant en plus un gain de place non négligeable.

BleuettePi : Capteur GY-27

Pour ceux ne voulant pas utiliser cette carte, il est tout à fait possible de l'utiliser pour autre chose, ça reste de l'I2C...

Liaison SPI

Un autre convertisseur de niveau 3V / 5V (TXB0108PWR) est présent pour assurer la conversion de niveau de tension du bus SPI :

BleuettePi : Liaison SPI

Guirlande de led RGB

Pour le pilotage de la guirlande de led RGB à base de LPD8806 depuis le Raspberry Pi, la librairie Boblight sera utilisée.

Au niveau électronique, rien de particulier, le pilotage se fait via le bus SPI hardware du Raspberry (ligne MOSI et SCLK).

Informations supplémentaires

Un premier batch de 5 PCB est en cours de fabrication chez Seeedstudio à l'heure où j'écris ces lignes.

Les fichiers sources sont disponibles au format Eagle sur GitHub :

La pages dédiées sur le wiki : BleuettePi sur GitHub.

Lundi, mars 25 2013

Des nouvelles de Bleuette

Point presse

Tout d'abord, un point people, l'information du développement de Bleuette à plutôt bien circulée et Bleuette s'est retrouvée sur plusieurs sites importants :

La vidéo sur Vimeo à été vue plus de 6000 fois.

Plutôt plaisant de voir que ça intéresse du monde mais j'attends avec grande impatience le moment ou un autre Bleuette pointera le bout de son nez en PLA... ;)

Évolutions

Nouvelle carte fille

La shield Bleuette permet le pilotage des servos et le contrôle de la tension / courant consommé par les servos, pour pouvoir ajouter des capteurs multiples, il est tout à fait possible d'utiliser les broches libres des ports de l'Arduino mais il n'y en a pas assez pour tous les capteurs voulus sur Bleuette, du coup, le besoin d'une nouvelle carte d'extension s'est fait sentir et voici ce qu'elle permet :

  • 8 entrées supplémentaires multiplexées utilisant que 4 entrées / sorties (3 d'adressage et une sortie)
  • Connection pour une carte GY-27 contenant un accéléromètre et un compas
  • Un module Bluetooth JY-MCU
  • Une connection pour une guirlande de led RGB à base de LPD8806
  • Un mosfet pour pouvoir piloter un élément de puissance (je ne sais pas vraiment quoi pour le moment...)

Voici le schéma de principe et le PCB associé (cliquez dessus pour agrandir) :
Schéma de principe de la carte d'extension de Bleuette PCB de la carte d'extension de Bleuette

Le schéma de principe au format est Eagle se trouve par ici : sensor.sch et le PCB : sensor.brd

Comme vous pouvez le voir, le PCB n'est pas dense du tout, du coup, il est simple à réaliser avec des moyens modestes.

Mécanique

Pas de grande nouveauté pour la partie mécanique sauf pour les pieds, ces derniers ont été imprimés en PLA Flex permettant d'avoir un peu de souplesse et trempé dans du PlastiDip afin d'avoir un meilleur grip en plus d'un super rendu !

Avant trempage dans le PlastiDip et après :
Les pieds de Bleuette

Tous les éléments d'un pied de Bleuette, on aperçoit l'interrupteur poussoir, le piston et le cylindre et le pied recouvert de PlastiDip :
L'ensemble des pièces constituant un pied de Bleuette

Le tout assemblé :
Vue d'un pied

Le fichier source au format OpenSCAD des pieds de Bleuette est disponible, comme tout le reste de Bleuette sur GitHub / Bleuette.

Le cerveau

J'ai subi beaucoup de soucis avec la carte Arduino, notamment des problèmes de programmation, m'obligeant à recommencer la phase 3-4 fois de suite des fois...
Tous ces ennuis m'ont conduit à radicalement changer ma manière de développer avec Arduino, notamment en utilisant Ino, un outils en ligne de commande pour compiler, programmer, etc, bref, un remplaçant du mal aimé environnement par défaut d'Arduino.

Les problèmes de liaison avec la carte Leonardo m'ont également conduit à une solution radicale, j'ai embarqué un Raspberry Pi dans Bleuette auquel est relié la carte Leonardo, ainsi, c'est le Raspberry Pi qui programme la carte Arduino, ça complique un peu mais au moins, je suis moins gêné...

À force d'utiliser ce système, ce qui devait arriver arriva et j'ai donc décidé de créer une carte fille pour le Raspberry Pi qui permettra de piloter Bleuette directement avec cette dernière.
Bien entendu, je ne laisse pas tomber pour autant le dèveloppement sur Arduino, disons que celui ci sera la version simplifiée.

Bleuette embarquant un Raspberry Pi :
Bleuette embarquant un Raspberry Pi

D'ici peu, je publierai un article expliquant toutes les caractéristiques de la carte d'extension pour Raspberry Pi.

Lundi, février 11 2013

Nouvelles avancées de Bleuette !

Bleuette marche

Pour commencer, voici une vidéo de Bleuette effectuant ses premiers mouvements :

Bleuette first step from hugo on Vimeo.

L'électronique

Le contrôle des servos de Bleuette (12 pour les pattes + 2 optionnels) se fait au travers d'une carte fille (shield) pour Arduino conçue pour ne pas être totalement dépendante de Bleuette, ainsi, vous pouvez parfaitement l'utiliser pour un tout autre projet.

Ses caractéristiques sont les suivantes :

  • Gestion parfaitement synchrones (voir en dessous) de 14 servos
  • Contrôle de la tension des servos
  • Contrôle du courant consommé par les servos
  • Port d'extension intégré (avec disponibilité de l'alimentation +5V et 4 entrées / sorties RA2 à RA5)

Parfaitement synchrone signifie que les impulsions à destination des servos commencent toutes au même moment avec un décalage très très faible, vous pouvez lire la documentation originale sur la carte.

Le pilotage des servos se fait en envoyant des trames de 17 octets contenant une entête, une commande et la position des servos + un checksum.

J'ai fait faire les PCB par Seeedstudio, qui fait de la très bonne qualité pour un prix très intéressant. La carte est simple à réaliser, la soudure du PIC18F452 nécessite tout de même un peu de doigté et un minium de matériel mais ça reste jouable avec du matériel amateur.

Voici une vue de la carte :
La carte électronique de Bleuette

Si vous souhaitez faire vous même la carte, rendez-vous sur cette page pour avoir la dernière version des fichiers Eagle : Pcb de Bleuette

Pour ceux qui souhaiteraient se procurer une carte (version 1.0.2), frais de port inclu pour la France métropolitaine :

  • La carte seul (sans composant) pour 6€, livraison en France
  • Le PIC18F452 programmé : 10€
  • Pour le kit complet, carte + composants soudé ou non, me contacter

Notez également que j'ai effectué des modifications récentes sur le schéma de principe et le PCB, elle est dorénavant en 1.2.1 (ajout d'un condensateur de découplage C9, des diodes zener D2 et D3 de protection sur les entrées analogiques, modification de l'interrupteur, ajout d'un pont SJ1 pour le reset).

Logiciel

La méca et l'électronique étant finies, j'ai pu attaquer le logiciel embarqué qui est de 2 sortes :

L'assembleur PIC

Rien de spécial à dire, il se trouve ici et comporte tout ce dont on a besoin pour piloter Bleuette et donc ne devrait plus vraiment évoluer...

Le code pour Arduino

Voici la structure :

Et nous avons 4 librairies :

  • Bleuette : C'est par ici que tout passe
  • Sequencer : C'est lui qui gère les sequences définies dans le fichiers sequences
  • ServoController : Pilote de la carte de contrôle de servos
  • SerialCommand : Librairie externe très pratique pour la gestion de commande via la liaison série.

Déplacer Bleuette

Pour faire bouger les pattes de Bleuette, c'est assez simple, commençons par un exemple :

bleuette.servo.set(0, 128);

Cela aura pour effet de positionner le servo 0 à sa position intermédiaire 128.

Si maintenant, on souhaite faire faire des pompes à Bleuette, on ne va pas répéter 24 fois la commande précédente pour positionner chaque patte, sinon, on ne va jamais s'en sortir ! Utilisons plutôt, une séquence :

Tout d'abord, déclarons une structure de type motion_t nommée motion_pushup :

// Push up
motion_t motion_pushup[] = {
    {
        DELAY_MIN, // Durée du déplacement courant
        {
            __, __, __, __, __, __, // Position des pattes horizontales
            UP, UP, UP, UP, UP, UP // Position des pattes verticales
        },
        NULL // Une callback qui sera appelée à chaque fin d'exéction de la position
    },
    {
        DELAY_MIN,
        {
            __, __, __, __, __, __,
            DOWN, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
        },
        NULL
    }
};

Puis créons la séquence en elle même :

sequence_t seq_pushup = {
    "Push up",  // Le nom de la séquence
    2, // Le nombre de mouvement dans la séquence
    motion_pushup // La structure de déplacement que nous avons créé plus haut
};

Maintenant, nous n'avons plus qu'à appelé la séquence ainsi :

// Pour la jouer en avant
bleuette.sequencer.forward(sequences[seq]);

// Pour la jouer à l'envers
bleuette.sequencer.backward(sequences[seq]);

Voilà pour cette introduction rapide, je vous invite à regarder le code, il est vraiment simple...

Évolution en cours

La prochaine évolution de Bleuette lui donnera de vrais pieds qui lui permettront de moins glisser mais surtout, lui donnera le toucher au travers d'un petit interrupteur, ainsi, en posant une patte, il pourra s'assurer que le sol est bien en dessous...

Voici une vue de ses bouts de pattes :
Le bout de patte faisant office de capteur

La partie inférieure (la demi sphere et le cylindre extérieur) est mobile et glisse dans le cylindre plus petit dans lequel se trouve un interrupteur poussoir, c'est ce dernier qui fait office de rappel mécanique.

La partie en contact avec le sol (la demi-sphere sur l'image) sera en PLA Flex afin d'obtenir un maximum d'adhérence.

Ses 6 pattes devraient en être équipées, pour cela, un circuit intégré (4512) branché sur le port OPTION permettra de sélectionner la patte à lire via une adresse sur 3 bits, on occupera ainsi seulement 3 bits de sorties pour l'adressage + 1 bit de sortie pour connaitre l'état (patte posée ou non).

Évolutions futures

Bleuette devrait être équipé d'une liaison Bluetooth, d'un capteur magnétique afin de garder un cap lorsqu'il marche et enfin, d'une tourelle mobile avec un capteur ultrason pour détecter les obstacles devant lui et tout cela intégré dans une seconde carte fille.
Bleuette se sentant un peu à l'étroit avec Arduino, il n'est pas totalement exclu que je porte le code pour tourner sur un Raspberry Pi...

Et bien entendu, Bleuette attend impatiemment des frères et soeurs : toute contribution est la bienvenue !

Mardi, septembre 11 2012

Avancée de l'hexapode Bleuette

Voici un billet pour vous tenir informé des évolutions de Bleuette.

Les supports de pattes

Liste des modifications :

  1. Simplification du design des support de pattes, ils sont maintenant symétriques permettant d'avoir les même supports à gauche ou à droite du robot, cela à impliqué de devoir faire une seconde fente pour laisser passer le bras permettant de bouger la patte via un servo et de faire en sorte de pouvoir changer le guignol qui permet à la patte de tourner.
  2. L'avantage est que cela permettra aussi de changer le guignol si il casse ou encore de pouvoir faire des essais de longueur beaucoup plus facilement.
  3. Pour finir, les supports de servos ont été légèrement modifiés.

Vue de l'ancienne et de la nouvelle version :
Vue de comparaison entre l'ancienne version à gauche et la nouvelle à droite, voir texte pour les différences

Comparaison vue du dessous :
Comparaison vue de dessous

Vue d'un guignol, on aperçoit à droite la queue d'aronde qui permet de le glisser sous le support de servo afin de le bloquer :
Le guignol qui vient s'emboiter sous le support de servo

Le support de pattes monté avec le support de servo et le guignol :
Support de servo entièrement monté.

Le corps J'ai commencé à imprimer le corps un peu rapidement, comme expliqué dans un précédent article, le corps est trop grand pour la surface d'impression de l'imprimante 3D, il faut alors le découper en plusieurs parties et les réassembler, pour cela, j'ai réalisé une librairie de découpe en queue d'aronde afin d'avoir une liaison la plus... Lire Avancée de l'hexapode Bleuette