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Projet de robots joueurs de foot


26 réponses à ce sujet

#1 LudovaTech

LudovaTech

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Posté 27 janvier 2024 - 07:06

Bonjour,

 

Nous sommes un club de robotique de lycéens et nous participons à la compétition RoboCup Junior dont le but est de concevoir et fabriquer deux robots autonomes (donc pas de télécommande !) capables de disputer un match de foot face à une autre équipe de robots adverse.
 

Nous en sommes actuellement au développement du premier prototype, sur lequel nous avons déjà pas mal avancé :

 

- Motorisation avec 4 moteurs brushless équipés de roues omniwheels pour se déplacer dans n'importe quelle direction

- Système de positionnement avec un LIDAR à 360° (pour l'instant juste l'interprétation des données sur le microcontrôleur)

- Détection de la balle et des goals avec un algorithme de détection de couleurs sur une caméra OpenMV

- Système de tir de la balle avec un solénoïde et un transistor pour l'activer au bon moment

 

photo_2024-01-27_18-15-24.jpg

 

Le robot fait presque une vingtaine de centimètres de diamètre (le max autorisé est 18cm), et le terrain 2x2.5m environ

Nos prochains objectifs sont la fabrication d'un miroir hyperbolique pour que la caméra ait une vision à 360°, un système de capture de la balle avec un rouleau qui implémente une rotation arrière à la balle pour la plaquer contre le robot (pas le droit de bloquer la balle pour la garder), un circuit imprimé pour éviter la forêt de câbles, et un algorithme de localisation du robot sur le terrain à partir des données du LIDAR

 

 

L'équipe LudovaTech



#2 Oracid

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Posté 27 janvier 2024 - 07:47

Superbe !

J'ai hâte de voir évoluer, ce robot. 



#3 LudovaTech

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Posté 14 février 2024 - 10:44

Quelques avancées depuis la dernière fois :

On a trouvé une solution temporaire pour le miroir, en utilisant une demi-sphère réfléchissante (trouvée dans le débarras ^^). La forme optimale étant à priori l'hyperbole, la caméra a un peu de mal à voir les objets de loin, mais ça devrait faire l'affaire pour l'instant.

On a un bon début d'algorithme de déplacement vers la balle, en utilisant la direction dans laquelle la balle a été détectée sur les images prises par la caméra, on peut en déduire avec un peu de trigonométrie la direction et la vitesse auxquelles les moteurs doivent tourner. Une vidéo d'un des tests qu'on a fait : https://twitter.com/...5901202578?s=20

L'objectif avec le LIDAR sera de déterminer les coordonnées du robot sur le terrain, et donc également celles de la balle en récupérant la distance à laquelle celle-ci se trouve (en convertissant les distances sur le miroir en distances réelles). Ca devrait permettre de pouvoir mettre en place certaines stratégies de jeu, comme par exemple foncer simplement sur la balle, ou essayer de la cacher en l'amenant vers le goal.


En tout cas en attendant on a un peu modifié le châssis :
 

SN7 chassis.jpg

C'est moins fait à l'improviste donc c'est maintenant bien plus solide et il y aura des protections rajoutées tout autour. Les moteurs ont aussi été légèrement décalés de 5° vers les côtés pour libérer de la place pour le solénoïde à l'avant et la batterie à l'arrière. On essaye de mettre le plus de pièces en bas pour abaisser le centre de masse.



#4 Oracid

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Posté 15 février 2024 - 08:00

Dommage que l'on ne voit pas la vidéo.



#5 LudovaTech

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Posté 15 février 2024 - 10:19

Ah? de mon côté ça fonctionne, peut-être que ça marchera mieux sur youtube

https://youtu.be/XEG...sbG6SntoDsUoht1



#6 LudovaTech

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Posté 06 mars 2024 - 11:49

On a avancé sur la conception d'un PCB pour regrouper tous les composants électroniques et les ports du robot, est ce qu'il y aurait des changements à faire pour améliorer le routage ? Ou peut-être ajouter certains composants pour la sécurité ?

(La batterie est une lipo 6s pour alimenter les moteurs, et sinon il y a un convertisseur 5V pour le reste)

PCB_layout.png

PCB_3D.png



#7 Mike118

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Posté 07 mars 2024 - 11:32

Il faudrait vérifier l'ampérage que vous voulez faire passer dans les différentes pistes...  Je pense que les pistes juste après le connecteur xt60 peuvent être plus grosses... 

Sinon pour info il existe aussi des connecteurs XT30 plus petits qui à mon avis peuvent être suffisant pour vos besoins en courant ... ( Mais à confirmer en fonction de vos besoin) 

Il peut être utile d'avoir un bouton d'arrêt d'urgence qui coupe l'alimentation des moteurs mais pas de microcontrôleurs et des ordinateurs... Mais ça c'est un autre détail... 

Pour le reste sans schémas et sans savoir ce qui a besoin d'être branché, difficile de donner plus de conseils.
 


Si mon commentaire vous a plus laissez nous un avis  !  :thank_you:

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Jetez un oeil aux blogs, aux tutoriels, aux ouvrages, au robotscope  aux articles,  à la boutique  et aux différents services disponible !
En attendant qu'une bibliothèque de fichiers 3D soit mise en place n'hésitez pas à demander si vous avez besoin du fichier 3D d'un des produits de la boutique... On l'a peut être ! 
Si vous souhaitez un robot pilotable par internet n'hésitez pas à visiter www.vigibot.com et à lire le sous forum dédié à vigibot!

 

Les réalisations de Mike118  

 

 

 


#8 LudovaTech

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Posté 07 mars 2024 - 03:38

Voici le schéma :

PCB_schema.png

Le XT30 serait surement suffisant mais la batterie que l'on utilise a un XT60, donc je ne sais pas si on pourrait l'adapter

 

Les moteurs consomment 250mA chacun donc des pistes un peu plus larges pourraient effectivement suffire, mais je ne sais pas si ça sera suffisant pour le courant du kicker (solénoïde)



#9 Oracid

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Posté 07 mars 2024 - 06:29

Le XT30 serait surement suffisant mais la batterie que l'on utilise a un XT60, donc je ne sais pas si on pourrait l'adapter

Convertisseur adaptateur pour importateur FPV RC Lipo Nilaissée, chargeur de batterie ESC, 2 pièces mâle count60 à femelle XT, 4 pièces - AliExpress



#10 LudovaTech

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Posté 09 mars 2024 - 06:30

Merci pour les conseils. Voilà ce que ça donne avec un port XT30 (coudé car il n'y a pas assez de place verticalement) et des pistes plus larges en sortie de l'alim :

 

PCB_layout_17.PNG

PCB_3D_17.PNG

 

Ca permet de libérer de la place pour déplacer de ce côté de la carte les composants qui nécessitent beaucoup de courant, pour qu'ils aient leurs propres pistes élargies



#11 Sandro

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Posté 09 mars 2024 - 10:47

Bonsoir,

J'ai jeté un rapide coup d'oeil. Voici quelques suggestions :

- pour le MOSFET du kicker, vue qu'un solénoïde est inductif, je te conseille vivement d'ajouter une diode roue libre (idéalement une diode Schottky) : autrement, tu as le risque de cramer le mosfet au moment où tu éteins le solénoïde

- vérifier bien que le mosfet que tu as choisi soit pleinement ON à la tension de ton GPIO. Je sais plus si sur la Teensy les GPIO sont en 3.3 ou 5V : dans les 2 cas, une majortié des Mosfets ne font pas l'affaire : il faut en choisir un spécifiquement avec une tension de seuil assez basse. NB : attention, il ne suffit pas de vérifier que la tension de seuil (souvent notée V_th ou V_GS_th) soit inférieure à ta tension : il faut aussi vérifier qu'à la tension choisie, le MOSFET laisse passer un courant suffisant (et avec une chute de tension raisonnablement faible). Si besoin, donne moi le modèle du MOSFET et la tension d'alim, et je peux vérifier si c'est OK ou pas.

- pour le convertisseur de tension, il est probablement possible de trouver des modules que tu peux directement souder sur ton PCB (au lieu de passer par un connecteur et un module externe). Si tu me donne le courant dont tu as besoin, je peux regarder

- pour le routage, en général, ce que je te conseille, c'est un plan de masse sur une des faces. Il s'agit d'une surface de cuivre relié à la masse (GND) qui couvre (presque) toute la surface du PCB. Il est autorisé d'avoir des bouts de piste sur cette face en cas de besoin, mais on essaye de les réduire au minimum, et surtout de garantir que toutes les parties du plan de masse soient bien connectées (ie par un passage bien large). Cette méthode à premièrement l'avantage de supprimer toutes les pistes des GND (qui en général sont très nombreuses autrement), et de permettre d'avoir un GND bien stable (autrement, en cas de pic de courant sur une partie du circuit, le potentiel du ground peut changer un peu, ce qui crée souvent des problèmes). Pour ton circuit, je penses que ce n'est pas indispensable (mais ce serait une amélioration), mais pour un circuit plus complexe, ça devient indispensable (et très vite, on passe à 4 couches, avec une couche interne réservée exclusivement au GND).

- ajouter des condensateurs électrolytiques entre tes alims et GND ne peut pas faire de mal, même si je ne sais pas si elles sont nécessaires dans ton cas

- tu as un pin seul que tu appelle caméra : est-ce que le GND est aussi partagé?

- mécaniquement, un seul pin, ça ne tient pas très bien : je te conseille de mettre 2 pins, même si tu n'utilise qu'un fil (ou alors, de sécuriser la connexion par un peu de colle chaude si tu veux utiliser un pin seul)

 

NB : j'ai pas vérifier pour la largeur des pistes


Aidez-nous à vous aider : partagez toutes les informations pertinentes : description précise du problème, contexte, schéma de câblage, liens vers la documentation des composants, votre code (ou encore mieux un code minimal reproduisant le bug), ...

Vous recevrez ainsi plus de réponses, et elles seront plus pertinentes.


#12 LudovaTech

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Posté 10 mars 2024 - 11:48

Merci pour ta réponse détaillée. Pour la diode, j'ai essayé de caser une SS510, elle a l'air de convenir et elle est disponible sur le site que j'utilise :

PCB_3D_17_2.png

Les pins de la Teensy fonctionnent en 3.3V, l'alim est en 24V, et le MOSFET est un IRF520, mais sur les quelques tests qu'on a fait (avec un arduino uno) ça avait quand même l'air de fonctionner. Pour le convertisseur il faudrait minimum 350mA à 5V en sortie. Je peux essayer de faire un plan de masse sur la partie gauche de la carte, mais à droite ça risque d'être difficile à moins de rajouter une couche, sinon augmenter la largeur des pistes du GND peut peut-être faire l'affaire ? Pour la caméra, les pins POWER de l'autre côté de la Teensy seront surement utilisés pour le GND et l'alimentation 5V

Et aussi est ce que la taille des vias est importante pour les pistes avec beaucoup de courant ?



#13 Sandro

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Posté 10 mars 2024 - 01:49

Bonjour,

NB : quand je parles de gauche et droite, c'est par rapport aux images que tu poste (possible que d'un point de vue du robot ce soit inversé selon si le PCB est monté à l'avant ou à l'arrière).
 

1) Pour la diode SS510 : s'il s'agit de celle là ( https://www.rectron....heets/ss510.pdf ), alors oui, c'est bon (en général, essaye de mettre le lien vers les datasheet : ça nous facilite la vie, et ça évite le risque de confusion (par exemple Conchip fabrique la SS510-HF avec des caractéristiques assez similaires, mais de petites différences).

 

1 bis) Pour la diode SS510 : tu l'a branchée comment? Avec la vue 3D, j'ai l'impression que tu l'a mise en série avec le solénoïde, alors qu'il faut la mettre en parallèle (dans le sens "bloquant"). N'hésites pas à partager ton schéma mis à jour pour vérification.

 

2) Pour l'IRF520, s'il s'agit bien de celui-ci ( https://www.vishay.c...1017/irf520.pdf ), alors je te le déconseille avec la Teensy en 3.3V : à la page 2 de la datasheet, tu as:

VGS.png

Donc selon les conditions d'utilisations (température, tension d'alim, vieillissement, ...) et selon les aléats de fabriquation, la tension de seuil est quelque part entre 2 et 4V. Donc avec une arduino Uno à 5V, ça suffira pour allumer l'IRF520. Avec la Teensy à 3.3V, ça peut marcher si le seuil est proche des 2V, ou ne pas marcher si le seuil est proche de 4V. Ou marcher de manière intermitante si le seuil est proche de 3.3V (par exemple ça marchera ou pas selon la température de la pièce!, ou alors parfois le courant sera moindre). Bref, je te conseille vivement de choisir un modèle avec un VGS(th) "pire des cas" inférieur à 3V.

 

3) Pour les convertisseurs DC/DC à souder directement, vu le courant que tu demandes, il y en a plein qui peuvent convenir. Voici une liste chez digikey dont la majorité devraient convenir : https://www.digikey....BKSpzrkFwciGUAA (j'espère que le lien fonctionnera, dans le cas contraire, prévenez moi, et je listerais des exemples)

 

4) Pour le plan de masse, à choisir, il vaut mieux l'avoir en partie droite (là où arrive l'alim) qu'en partie gauche. Pour moi, ça reste tout à fait faisable de faire un plan de masse sur quasi toute la surface du PCB. Ton projet est fait sous EasyEda, c'est bien ça? Si oui, si tu as envie de me partager une copie du projet, je peux te faire un exemple de routage avec plan de masse si tu veux. Si tu ne veux pas faire de plan de masse, vu tes composants, il y a de fortes chances que ça marche quand même (des pistes de GND le plus large possible et les plus courtes possibles aident). Par contre, sur des projets plus complexes avec des signaux rapides, sans plan de masse, ça ne marchera pas

 

5) Pour ton nouveau connecteur d'alim, vu comment il est placé, ça fera dépasser le câble de ton PCB : est-ce que ça te pose un problème?

 

6) Sur ta dernière image de routage (avec uniquement la partie droite), il y a un petit trait bleu qui part du connecteur kicker et part vers la droite (en descendant légèrement) : à priori, ça indique qu'il te manque une connection ou qu'une connection est mal faite. Je te conseille de vérifier. N'hésites pas non plus à exécuter la vérification automatique des erreurs (sur easyEDA : Design/Check DRC), qui peut te détecter ce genre d'erreurs.

 

7) Si tu utilises un GND et une alim, et un pin séparé pour la caméra, pourquoi ne pas lui faire un connecteur dédié avaec tout ce dont elle a besoin?

 

8) Oui, un via donné a une résistance donnée, et donc ne peut supporter qu'un courant limité (si tu ne veux pas perdre trop de tension). Après, en général, plutôt que de mettre un très gros via, on en met plusieurs petits : ça donne de meilleurs résultats (si tu double le diamètre du Via, tu ne multiplie que par 2 la section (donc tu divises par 2 la résistance), alors que tu multiplie par 4 la surface ; alors que si tu augmentes le nombre de vias, en multipliant par 4 la surface, tu multiplies aussi par 4 le nombre de vias, donc tu multiplie par 4 la section, donc tu divises par 4 la résistance). Donc en gros, si tu multiplie la surface par 4, tu divises la résistance par 2 si tu augmentes la taille des vias, vs par 4 si tu augmentes leur nombre. À noter qu'avec un plan de masse, tu as déjà le GND disponible partout, donc ça limite fortement le nombre de vias nécessaires (et le GND est ce qu'il y a de plus sensible : une "erreur" de tension sur le GND, et c'est comme si tu avait cette erreur sur tous les signaux).


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#14 LudovaTech

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Posté 10 mars 2024 - 06:02

1 bis) Oui, je l'ai mise en série :
 

PCB_schema_2.PNG

Comment faut-il la mettre en parallèle plus précisément ?

2) Est ce que l'ILR3303 (https://irf.com/prod...ata/irl3303.pdf) pourrait convenir ? Il a un VGS(th) minimum de 1V mais pas d'indication pour le maximum

3) Merci, je regarderai

4) J'ai réussi à faire un plan de masse partout sur la face inférieure en réarrangeant un peu les pistes, il y a surement encore moyen de remplir un peu plus :
 

PCB_layout_18.PNG

Si tu veux quand même voir une copie du schéma et du routage sur EasyEDA : Fichier joint  PCB.zip   79,49 Ko   33 téléchargement(s)

5) Non à priori c'est pas un problème

6) Vu que des changements ont été faits en cours de route je pense qu'il croit qu'il manque des connexions, mais normalement tout est bon

7) C'est vrai que ça marche aussi ^^' les 3 pins sont sur la partie gauche maintenant

8) Merci, effectivement avec le plan de masse il y normalement plus besoin de gros vias

 

D'ailleurs je me suis rendu compte que j'avais inversé le + et le - pour l'alim, normalement maintenant c'est bon (avec le - sur la partie tronquée du port)



#15 Sandro

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Posté 10 mars 2024 - 08:07

1 bis) Voici comment il faut faire les connections (nb : j'ai aussi déplacé le N-MOS entre le kicker et le GND : j'avais raté l'erreur de positionnement du mosfet jusqu'à là). Mettre un MOSFET entre 24V et la charge nécessite un P-MOS, mais le problème est que pour l'éteindre, il te faut du +24V (et pas du 3.3V), donc ça devient vite complexe.

kicker.png

Pour le placement de la diode, je te conseille de chercher "diode roue libre" sur internet, tu trouvera des explications bien meilleures que ce que je pourrais écrire en 3 lignes (n'hésites pas à demander des éclaircissements s'il y a un poitn que tu ne comprends pas)

 

2) tout dépend du courant dont tu as besoin pour le kicker, et du risque tu acceptes à prendre. Si tu regardes la figure 1 (page 3), le courant typique que tu peux atteindre est d'environ 3A. Mais compte de la marge à cause des incertitudes dues à la fabrication, à la température, ... Si 1A te suffit, alors je penses que ça passe. Si tu as besoin de plus, alors ça devient "risqué"

 

4) Bravo.

 

A noter que la zone de cuivre à droite est mal attribuée (click sur la zone, puis dans la zone à droite, dans SOLID REGION/Connection, remplace U2_1 (ou un truc du genre) par GND. Ensuite, click gauche puis droit sur une zone vierge, zone de cuivre/réactualiser la totalité).

 

Sinon, tu peux améliorer la connectivité à gauche et à droite en ajoutant des "chemins" plus court pour le GND, par exemple comme ça :

composants.png cuivre.png

(nb : maintenant que tu as des plans de masse, c'est mieux de montrer les 2 cotés, ou si tu n'en montres qu'un, à minima montrer le coté composants (sinon trop de pistes sont cachées par le plan de masseà

 

8) pour éviter ce genre d'erreurs, c'est souvent utile de renommer les pins des connecteurs, même si ça prend du temps

 


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#16 LudovaTech

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Posté 12 mars 2024 - 04:00

Nouvelle version du PCB avec la diode en parallèle avec le MOSFET et le GND/24V inversés :

PCB_cuivre.png

PCB_composants.png

Je pense que le MOSFET est suffisant pour nos besoins en courant, je me suis aussi débarrassé de toutes les erreurs DRC en renommant tout ce qui allait pas. A propos de la diode roue libre, est ce qu'elle est seulement nécessaire pour les inductances ou elle peut aussi être utilisée pour d'autres composants ?



#17 Sandro

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Posté 12 mars 2024 - 09:36

Pour la diode roue libre, elle est fortement recommandée pour les charges inductives (solénoïde, électro-aimant, moteurs, convertisseurs à base de transfo ou d'inductance, ...). Le problème d'une inductance, est que le courant à "du mal" à changer. Tout changement de courant génère une tension U=L*di/dt. Si le changement est très rapide, alors dt est tout petit, donc la tension est énorme. Si la coupure est instantanée, alors la tension est "infinie". En pratique, si on n'offre pas de chemin alternatif au courant, alors la tension monte jusqu'à ce qu'elle suffise pour créer un chemin (en grillant un composant, en passant à travers un "isolant", ou en créant un arc électrique). Bref, ça fini mal. La diode roue libre donne un chemin à ce courant (qui vas tourner "en rond" entre la diode et l'inductance, dissipant l'énergie dans la diode). NB : une résistance à la place de la diode marcherait aussi, sauf qu'elle consommerait du courant en permanence, ce qui n'est pas dommage, et elle est moins adaptée à garder la tension faible.

 

À noter qu'en soit, un MOSFET a une diode "parasite" interne qui peut faire office de diode roue libre. Mais vue que c'est une diode parasite, elle n'a pas de très bonne caractéristiques, et n'est pas toujours capable de supporter tout le courant. Donc tant qu'on n'est pas sur de la production de masse, c'est en général plus simple d'ajouter une diode que d'essayer de déterminer si la diode interne suffit ou pas.

 

Pour des charges résistives ou capacitives, la diode roue libre n'apporte rien, mais ne gène pas non plus. Sauf si tu pars dans les extrêmes soit en fréquence (à haute fréquence, la capacité parasite de la diode peut devenir gênante) soit en très très basse consommation (le courant de fuite peut devenir non négligeable). Mais ces cas extrêmes correspondent à des circuits beaucoup plus avancés, donc tu n'as pas à ton soucier pour l'instant.


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#18 LudovaTech

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Posté 13 mars 2024 - 06:47

Ah oui d'accord, merci beaucoup pour ton aide en tout cas !



#19 LudovaTech

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Posté 19 mars 2024 - 11:43

Bonjour

Grosse séance d'assemblage hier.

photo_2024-03-19_10-07-52.jpg
photo_2024-03-19_10-08-12.jpg

On a encore un peu décalé les moteurs sur le côté. Ils sont maintenant à 110 et 70° les uns des autres, ce qui permet d'être environ 15% plus rapide lors des déplacements vers l'avant comparé à une configuration normale. Le support de la caméra a également été élargi et réduit à 2 supports en métal pour diminuer les angles morts du lidar LD19 (placé au milieu). Pour le miroir on a pensé à utiliser un tube en plastique transparent pour le supporter et aussi éviter d'avoir des angles morts, mais la compétition régionale approche (c'est le 4 avril) donc on gardera surement ce miroir et ces supports temporaires qu'on renforcera un peu en attendant. La construction du châssis du deuxième robot n'a pas encore été terminée, mais c'est en cours.

On a également fait un peu de soudure en préparation pour les PCBs, dont on a d'ailleurs reçu les circuits imprimés (les composants arrivent bientôt).

photo_2024-03-19_10-08-04.jpg

 



#20 LudovaTech

LudovaTech

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Posté 23 mars 2024 - 08:13

Un comportement inattendu...

 

Après avoir commencé à souder certains composants sur la carte, on a voulu tester le circuit pour le kicker. Seulement, il s'active dès que la batterie est branchée, que l'on applique une tension au gate du mosfet ou non. Une idée de ce qui se passe ?

 

photo_2024-03-23_20-08-01.jpg

 

(le mosfet est soudé sous la carte)





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