Satellite: Positionneur version 2 - suite 4

Commencé en 2021, mon projet de positionneur Azimuth/Elevation à base de moteurs pas-à-pas n'avait guère avancé - hors la partie logicielle - faute de temps pour usiner les supports mais aussi dans l'éventuel approvisionnement d'une parabole de plus grand diamètre que la parabole actuelle de 1.6m. 

Durant ce temps, les drivers de puissance ont eux aussi évolué et les prix ont bien baissés. J'ai approvisionné deux drivers numériques DM556 destinés à remplacer les drivers analogiques TB6600. Bien entendu, les connexions se ressemblent mais ne sont pas compatibles car croisées pour la plupart.

Un premier comparatif montre une différence importante dans le pilotage avec les mêmes paramètres en  faveur du stepper numérique. Je m'en doutais un peu mais c'est flagrant en pilotant chaque bloc avec un stepper différent.

Pylône: Installation du rotor

Le montage à blanc des antennes effectué ce matin s'étant sans problème, le rotor G-1000 a pu être installé après reprise du réglage. Le tube est parfaitement aligné et seuls manquent quatre boulons de bonne longueur pour terminer cette partie.

L'alignement Nord/Sud se fera avant montage de la flèche avec un sud à 12° à l'est du plan de bascule du pylône.

G-1000: Maintenance

Le rotor G-1000 équipant le pylône ramené cette semaine avait besoin d'une révision avant d'être stocké le temps d'installer tout le reste. Le démontage est effectué sans difficulté et le mécanisme est entièrement nettoyé. Les billes du roulement - diamètre 9.4mm - mériteraient peut-être d'être changées mais leur usure est infime après vérification au Palmer.

L'ensemble est graissé à la graisse molybdène avant remontage. Le potentiomètre de recopie est vérifié et remonté. Le réglage se fait simplement en vérifiant que la partie supérieure peut-être positionnée de manière à ce que le repère soit exactement opposé à celui de la partie inférieur et que le potentiomètre (500Ohm) soit exactement à mi-course par lecture de sa valeur. 

Un câble de connexion est réalisé afin de vérifier le bon fonctionnement du rotor et des butés d'extrémités. Le réglage du pupitre sera finalisé lors de l'installation sur le pylône. 

Satellite: Positionneur version 2 - suite 4

Le projet de la nouvelle version du positionneur satellite avance bien doucement, trop à mon goût. Idem sur tous mes autres projets en attente ou encore en carton. Cela est principalement dû à l'annulation de toutes les rencontres radio-amateurs qui me permettent de m'approvisionner en pièces diverses mais aussi de me motiver. 

Le montage mécanique à blanc a été effectué, et le travail porte maintenant sur le logiciel, initialement engagé sur Arduino Nano, puis rapidement porté sur Arduino Mega 2650 afin de disposer de deux PWM 16bits pouvant être paramétrés indépendamment.

Je souhaite en  effet pouvoir piloter la vitesse de chaque moteur en la faisant varier en fonction de l'angle restant à parcourir. Tout le code est conçu pour fonctionner sous interruption, de la lecture des encodeurs automatiquement mise à jour par une tâche dédiée au pilotage de chaque moteur en visant une résolution de 0.1°.

Le code est loin d'être fini, et je ne suis toujours pas sûr de pouvoir tenir mon planning visant à installer le nouveau système pour fin novembre. A suivre.

 

Satellite: Positionneur version 2 - suite 3

Les deux blocs mécaniques de la nouvelle version du positionneur sont définitivement assemblés et testés mécaniquement. La connexion de chaque bloc s'effectue par un connecteur DB25 (non visible sur la photographie) amenant la tension d'alimentation du moteur (26V), la tension d'alimentation de l'encodeur de position(5V), les signaux de commande du driver (Enable, Direction, Pulse) et les signaux en retour (Butée, Bus SPI de l'encodeur).

Un premier code test a permis de vérifier l'absence de tout jeu sur  le train d'engrenages et de vérifier le bon fonctionnement du système de butée. Il s'agit d'un système coupant le signal 'Pulse' de commande du moteur pas-à-pas et fournissant un signal d'état en retour. Ce signal peut-être temporairement retourné pour ramener le moteur hors de la butée. Une commande par coupure de l'alimentation aurait probablement été bien plus sûre car directe et ne passant pas par du logiciel. Elle aurait cependant demandée de rajouter un mécanisme d'inversion qui, lui, aurait de toute façon été piloté par le logiciel et donc susceptible d'erreur.

Satellite: Positionneur version 2 - suite 2

Le montage à blanc du bloc mécanique de la nouvelle version de positionneur est terminé. L'ensemble s'ajuste correctement. Il reste à finaliser le système de gestion des butées, à câbler l'ensemble puis à coder un premier programme de test.

Le positionneur absolu Andig (ex-Megatron) est en cours d'approvisionnement par le biais de la boutique du REF.

Satellite: Positionneur version 2 - suite 1

Les congés de Noël m'ont permis d'avancer sur mon projet de modification d'une tourelle en adaptant les platines pour l'utilisation d'un moteur pas-à-pas. 

Le montage original, qui doit dater des années 70, fait appel à un moteur 220V suivi d'un réducteur à vis lequel attaque deux réducteurs 18/120 en série.

Le nouveau montage utilise un moteur pas-à-pas au format NEMA23 suivi d'un réducteur 1/30. Un travail conséquent a été nécessaire pour arriver à un ensemble satisfaisant: moteur installé différemment, confection d'une platine support ad'hoc, reprise du mécanisme des butées d'arrêt sur une nouvelle platine. L'objectif est en effet de dégager la sortie d'axe pour y installer un codeur de position absolu, idéalement un Megatron (Andig) avec une interface SPI pour disposer d'une résolution de 14 bits.

Un montage à blanc confirme le bon positionnement de chacun des ensembles et la hauteur des entretoises qu'il faudra dresser au tour. Un manchon d'adaptation a été usiné pour coupler le pignon d'attaque à l'arbre de sortie du réducteur, arbre qui a dû être tronçonné à la bonne dimension.

L'ensemble s'intègre parfaitement dans le coffret sur l'axe vertical (azimut) mais nécessitera probablement un ajustement sur l'axe horizontal (élévation) avec un meulage de l'angle du réducteur. Mais ceci ne pourra être effectué qu'après le montage définitif et l'ajustement de tous les jeux de la pignonnerie.

Il me reste à trouver une solution pour intégrer le mécanisme des butées de sécurité avec le pilotage des moteurs pas-à-pas lesquels n'utilisent qu'un seul signal pour la direction. J'envisage la coupure de l'alimentation sur activation de l'une ou l'autre des butées avec un relais commandé par le microprocesseur permettant réactiver l'alimentation. A moins de trouver une astuce en s'appuyant sur des diodes. A suivre...

Update: après réflexion, l'arrêt en rotation sur butée s'effectuera par la coupure du signal de commande (impulsion) en provenance du microcontrôleur via l'un ou l'autre des contacteurs. La détection de cette butée s'effectuera par la lecture de l'état NO des  contacteurs, ces contacts étant reliés et tirés vers un état bas. La lecture d'un état bas sur un signal de commande à l'état indiquera une butée active.

Satellite: Positionneur version 2

Mon premier essai de réalisation d'un positionneur date de 2017 avec l'adaptation d'une tourelle destinée à supporter une caméra industrielle. Disposant d'une seconde tourelle et souhaitant améliorer la précision du positionnement, j'ai décidé de remplacer la motorisation par un moteur pas-à-pas suivi d'un réducteur à vis sans fin. De tels ensembles sont désormais disponibles à prix accessible ce qui n'était pas encore le cas il y a 3 ans. Le relevé de la position s’appuiera sur un encodeur de position absolue, probablement un Megatron. 

 

Le démontage de l'ensemble a été effectué sans grand difficulté mais avec quelques vis inox cassées nettes à la suite de l'oxydation. Le corps des vis a été donc percé, et un set de tarauds à main UNC 10x24 commandé.

 

Un gros nettoyage du bac à du être engagé, l'alliage léger ayant subi les avanies du temps et d'une exposition laissant apparaître une oxydation en surface.

 

 

Un ponçage permet d'éliminer cette oxydation, une sous-couche d'apprêt sera posé d'ici peu.

Satellite: Inmarsat STD-C - Bascule AORE (3F2 vers 3F5) effective

La troisième étape de la bascule Inmarsat est active depuis ce midi. La couverture AORE est désormais assurée par le satellite 3F5 (54°W) en lieu et place du satellite 3F2 (15.5°W). Les transpondeurs STD-C de ce dernier sont désormais muets. Depuis la France, la position en 54W est assez basse sur l'horizon, et depuis mon QTH, elle se trouve juste entre deux arbres assez éloignés de l'antenne. La réception est toutefois excellente comme on peut le voir sur la copie d'écran ci-dessous.

Le lecteur attentif verra que le décodeur Scytale-C ici utilisé n'est pas celui proposé sur le site mais une version dont l'interface a légèrement été modifiée afin de minimiser la surface occupée tout en conservant les informations les plus utiles.Ceci permet de disposer trois décodeurs cote-à-cote. Une seconde modification permet d'afficher le nom de l'interface dans la titre de la fenêtre et de mémoriser la position et la taille de chacune des instances.

Satellite: Parabole bande C - Modifications - 2

Une première modification du système de positionnement par l'ajout d'un bras a permis de confirmer un bien meilleur comportement au vent. Ce bras est constitué d'un simple plat en fer fixé d'un coté sur la fixation de la parabole et de l'autre sur un axe rapporté sur le coté du positionneur.

Les derniers beaux jours d'automne ont été l'occasion de renforcer cette fixation en la remplaçant par un bras plus solide constitué d'un plat à ailes en acier et d'un vrai pivot en nylon. Cette nouvelle fixation est légèrement plus rigide que la précédente.

Satellite: Inmarsat STD-C

Le pointage des géostationnaires est devenu un véritable plaisir depuis le renforcement de la tourelle de positionnement. L'exploration de la bande L m'a amené à rechercher quelques décodeurs à comparer avec ceux de  ma bonne vieille carte Wavecom PC61. 

Un développement Open Source en langage C# a attiré mon attention notamment au regard de l'architecture retenue pour laquelle les fonctions d'acquisition et de présentation sont séparées. 'Scytale' permet ainsi de décoder plusieurs canaux Inmarsat STD-C en parallèle tout en consolidant les résultats dans une unique base. Chaque constituant peut-être hébergé sur un machine dédiée, la communication s'effectuant sur un transport UDP.

La configuration de test ci-dessus est constituée d'une instance de SDRConsole V3 supportant trois démodulateurs sur trois LES et transférant chacun le signal sur un câble virtuel dédié. Trois instances du démodulateur Scytale traitent le signal puis transfèrent les paquets vers une instance unique de l'interface graphique. Le reste est une 'simple' question de configuration: câbles virtuels et ports UDP.

Le code se compile sans aucune difficulté en environnement Visual Studio 2017 édition Community permettant ainsi non seulement de bien l'architecture de l'ensemble mais aussi d'étendre les fonctions et d'améliorer les capacités de décodage de certains paquets.

Satellite: Parabole bande C - Modifications

La tempête de décembre dernier m'avait conduit à installer un blocage mécanique de la parabole bande C. Cette tempête avait aussi mis en évidence la faiblesse du système de fixation par un bras qui n'était fixé que d'un seul coté. L'ajout d'un second bras devrait partiellement résoudre le problème de vibration en cas de vent fort.

Une plaque d'acier a été rapportée sur le coté opposé du positionneur. Un tourillon en acier a été soudé incliné sur cette plaque, la face d'appui étant inclinée. Un montage maison assez amusant à souder...  Un second bras rattaché au plan de fixation vient se reprendre sur ce tourillon renforçant la rigidité de la fixation. Le positionnement est plus précis.

La tête bande L large bande installée sur la source bande C fonctionne toujours  à merveille autorisant une réception parfaite des transmissions aéro en 10500bps sur le satellite Alphasat I-4A en 25°E.

La réception des deux canaux en 1546.013 et 1546.028 s'effectue à l'aide d'un SDRPlay piloté par SDRConsole v3, les signaux étant décodés par deux instances de Jaero.

Satellite: Parabole bande C - Préparation pour la tempête

Les contraintes exercées par la première tempête de décembre sur la parabole positionnée en mode survie ont suffit à modifier le positionnement en élévation, les boulons de la première couronne de positionnement n'ayant visiblement pas été suffisamment serrés. A cela s'ajoute l'absence de clavette ou de rainures de positionnement de la couronne.

En conséquence, un blocage mécanique a été rapidement conçu pour faire face à 'Carmen'. Deux plats d'AU4G ont été percés pour bloquer le support de part et d'autre du positionneur, la parabole étant positionnée dans l'axe du support (-23.0Az +2.0El).

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - Modification

Une modification a été apportée au positionneur qui a consistée à ajouter un frein à friction sur l'axe d'azimut. Il est en effet rapidement apparu que le jeu dans le train d'engrenages pouvait nuire à la solidité de l'ensemble. Ce jeu n'étant pas rattrapé, le frein électromagnétique du moteur n'est pas d'une grande utilité. Il n'en va pas de même avec l'axe d'élévation, le poids de la parabole conduisant à maintenir le train d'engrenage en appui.

La solution la plus simple consiste à freiner le positionneur par le biais d'un tampon en caoutchouc maintenu en appui sur la couronne extérieure, la pression pouvant être réglée par le biais d'un contre-écrou. Le temps dira si cette solution est la bonne. Cette modification a été aussi l'occasion de modifier 'in situ' le programme.

Et pour terminer ce billet, une  image assez inattendue d'un groupe de cigognes faisant halte dans un prés au pied d'un polygone de test d'antennes. Un regroupement pour le moins inattendu dans le sud de la région parisienne.

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - Fin

L'installation est enfin terminée et fonctionnelle. Il m'a cependant fallu démonter le moteur d’azimut afin de resserrer les vis de fixation de la première couronne dentée, un jeu important étant apparu probablement à la suite des vibrations provoquées au vent de ces derniers jours. Seul le temps dira si ce positionneur est bien adapté à ce type de fonctionnement.

La source Chaparral en bande C a fait l'objet d'une modification visant à lui adjoindre une source en bande L. Celle-ci prend la forme d'un hélice de très faible hauteur afin de ne pas trop masquer le guide d'onde de la source principale.

Un préamplificateur de 30db télé-alimenté est raccordé à la source bande L par le biais d'un coaxial rigide. L'ensemble est inséré dans une vieille cartouche de silicone, étanchéifié avec de l'auto-amalgamant et fixé par deux colliers plastiques sur la source Chaparral.

Les caractéristiques de ce préamplificateur de récupération ont préalablement été relevées. Elles permettent d'envisager une réception allant un peu au-delà des limites de la bande L.

Les premiers tests sont très satisfaisant.

La motorisation permet d'aller chercher la meilleure position en réception bande C sur Inmarsat. Le gain est immédiatement visible sur le waterfall s'agissant en particulier des émissions Aero en mode Burst avec un EbNo allant de 5 à 15dB sur les trois canaux Inmarsat 15W.
 

La source bande L est remarquable avec d'excellent signaux Aero toujours sur Inmarsat, bien plus
propres qu'avec ma parabole de 90cm, et un EbNo de 17dB.

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - 9

De nouveaux bracons ont été fabriqués et installés sur la parabole. Les précédents étaient loin d'être parfaits, mon processus de fabrication n'étant pas au point. La nouvelle version s'avère être plutôt réussie tant sur le plan de la précision de réalisation que de la robustesse de l'ensemble.

Du tube de cuivre de 12 a été utilisé en lieu et place du tube de 10 sur la version précédente. Le montage se fait toujours par des vis inox de 6, le support en plexiglas précédemment fabriqué ayant été réutilisé.

La source Chaparral Bande-C sera ré-installée dans les prochaines semaines avec son LNB verrouillée par une référence 10MHz après modification pour y incorporer une source Bande-L sous la forme d'un antenne hélice.

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - 8

Le positionneur est remonté avec les capteurs de position modifiés. Tous les tests montrant que les liaisons I2C fonctionnent de nouveau correctement, l'ensemble est boulonné sur le mat.

La parabole est ensuite installée avec un contre-poids constitué de disques de fonte pour haltères. Le montage mécanique n'est pas d'une stabilité parfaite, la fixation n'étant faite que d'un seul coté du positionneur sans reprise pour appui et guidage de l'autre coté. L'ensemble apparaît toutefois suffisant solide pour être utilisé tel quel.

Un problème aléatoire de télécommande est survenu lors des tests de positionnement. Après heures de recherche et la destruction d'une interface USB/RS485, je me suis décidé à remplacer celle-ci par une liaison RS232 a minima pour lever le doute. Le remplacement ne fonctionnant pas du tout, j'ai repris pas à pas le câblage pour découvrir l'origine du problème: le coffret de télécommande est équipé d'une prise mâle 3 points, le câble devant être équipé d'une prise femelle 3 points. Mais à l'observation, il s'avère que la prise que j'ai câblée est aussi une prise mâle conduisant soit à l'absence de contact soit à la mise court-circuit de deux contacts. Le recâblage de l'ensemble confirme que la télécommande fonctionne parfaitement.

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - 7

Murphy s'est encore invité ce week-end alors que le positionneur était installé et que la connexion RS485 allait être testée. Fonctionnel dans l'atelier, le positionneur ne répondait à aucune commande après installation sur son support. 

La liaison a d'abord été mise en cause avant de découvrir que le problème provenait du blocage d'une fonction de gestion du bus I2C dans le code, fonction appelée durant la séquence d'initialisation. Aucune communication ne pouvait en conséquence avoir lieu.

Après investigation du code source de la librairie 'Wire' fournie avec l'IDE Arduino, il apparaît que celle-ci comporte plusieurs boucles de test de l'état de flags dans les registres de gestion du bus I2C, boucles n'intégrant aucune condition de sortie autre que le changement d'état du flag. Il s'avère qu'un défaut apparu dans mes capteurs I2C conduit à un état dans lequel le drapeau ne sera modifié et donc à une boucle infinie. Encore un code écrit avec l'idée que tout fonction toujours bien. Ce problème a d'ailleurs été relevé il y a quelques années sans que rien n'ait été fait pour le résoudre ce qui est plutôt gênant au regard de l'usage grandissant de l'environnement Arduino dans des plateformes embarquées et/ou mobile...

J'ai repris mon code pour 1-transmettre le message d'information au plus tôt dès l'initialisation de la liaison série, 2-intégrer une copie modifiée de la librairie 'Wire' dans laquelle un time-out est intégré dans chaque boucle et un code d'erreur ad'hoc transmis en cas de problème, 3-afficher l'état du bus I2C au plus tôt.

La modification du code de la librairie 'Wire' a bien permis de résoudre le problème de verrouillage dans une boucle mais l'inspection du reste de son code m'a conduit à devoir rechercher une alternative plus fiable.
La librairie 'Arduino I2C Master' est en cours de test et semble donner toute satisfaction en imposant que très peu de modification dans le code, fournissant même une fonction de recherche de tous les dispositifs I2C présents sur bus.

J'ai ainsi pu programmer rapidement un Arduino Nano comme plateforme de test de mes capteurs I2C confirmant l'existence d'un réel problème de communication avec eux. J'ai rapidement soupçonné que celui pouvait avoir pour origine l'encapsulation du capteur dans de l'araldite, me souvenant à cette occasion avoir déjà rencontré tel problème lié aux contraintes physiques imposées par un constituant trop rigide.

Pour en avoir le cœur net, je me suis attaqué à la désencapsulation des capteurs en tentant d'assouplir l'Araldite voir de la dissoudre sans détruire les deux composants constituant le capteur. Un chauffage dans un bain d'eau bouillante et durant plusieurs minutes permet d'assouplir l'époxy sans toutefois permettre de l'enlever.

Le trempage dans un gel de décapant bois pendant une journée permet de finir le travail en gélifiant l'époxy. J'ai ainsi pu découvrir que certaines des soudures du convertisseur AD7992 avaient lâchées. Ce même composant remonté sur une nouvelle platine fonctionne parfaitement.

J'ai ainsi pu récupérer les deux convertisseurs mais hélas pas les références de tension ADJ160 dont les pattes de fixation étaient trop fragilisées.

Les deux nouvelles platines ont été protégées par plusieurs de couches de vernis de tropicalisation ('conformal coating'), plus souple mais plus facile à enlever en cas de nouveau problème. Les capteurs ont été remontés dans le positionneur lequel va être remis en situation ce week-end avec un code embarqué bien plus robuste.

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - 6

Le nouveau pied de la parabole est prêt à être installé depuis quelques temps. Le temps nuageux de ce week-end était parfaitement approprié à ce travail.

 

Une fouille de 40x40x70 accueille un appui béton sur lequel viendra se poser le pied. L'ensemble est ensuite rempli de 125kg de  mortier.

 

La surface supérieure du massif est recouverte de terre et la partie supérieure du pied est protégée de la pluie le temps d'installer le positionneur le week-end prochain. Le tube servant à la fixation de la monture précédente est conservé pour l'instant.

La monture de la parabole a été installée la veille. Il reste à peaufiner le positionnement, à la peindre et à la fixer sur le positionneur une fois celui-ci installé et réglé.

 

Satellite: Positionneur pour la parabole bande C - 5

Le logiciel du positionneur est fini depuis maintenant quelques semaines. Il reste à l'installer et pour cela à réaliser un pied capable de le soutenir (20kg) ainsi que le bras de raccord avec l'antenne parabolique.

Le pied a été fabriqué ce week-end à partir d'un poteau en acier de 10x10 sur lequel ont été soudés des morceaux de profilé d'acier destinés à accueillir le plateau du positionneur.

L'ensemble est traité contre la rouille avec le reste de l'anti-rouille 'Ferose' qui avait été utilisé sur le châssis de 4L suivi d'un peinture de protection.