Maillon principal d’une chaîne robotique, l’alimentation en énergie électrique ne peut souffrir de faiblesse. Si la tension s’effondre quand plusieurs moteurs s’animent simultanément, il deviendra impossible de faire la différence entre un problème logiciel et une insuffisance matérielle. Tester énergiquement et impitoyablement la centrale électrique constitue un préalable au développement informatique du projet et doit anticiper toutes les autres manipulations.
La génération électrique sur les sondes spatiales.
Deux solutions sont généralement utilisées sur les machines scientifiques envoyées pour l’exploration du système solaire. Soit on place sur le robot des panneaux solaires qui rechargent des batteries logées dans la sonde. Cette solution ne convient que si l’ensoleillement est suffisant. Trop éloigné de notre étoile, la surface des panneaux solaires deviennent trop grande. L’autre technique consiste à agencer une petite centrale nucléaire. Technique rudimentaire et particulièrement fiable, elle peut alimenter sans faille une sonde durant plusieurs décennies. Il suffit d’enfermer de l’uranium dans un petit « bidon » très résistant. La chaleur dégagée chauffe des cellules à effet Peltier. En fait, on utilise l’effet Seebeck qui est l’inverse. En chauffant un couple de matériaux conducteurs, on génère une différence de potentiel qui alimente des régulateurs de tension et des onduleurs à la demande. Inconvénient majeur de cette technique : L’uranium propre à cette application ne se trouve qu’en Russie. C’est du reste la raison pour laquelle des sondes comme Curiosity embarquent toujours une ou deux expériences soviétiques à leur bord. Pour JEKERT cette technique a été privilégiée car
elle permet de s’affranchir des inconvénients issus de grandes cellules photovoltaïques nuisant à la mobilité et de ne pas subir les tempêtes de sable fréquentes qui assombrissent considérablement le ciel de la planète rouge. Une telle centrale est relativement peu volumineuse, d’une fiabilité totale car entièrement statique, sans avoir en outre un mécanisme délicat de rétraction et de déploiement de panneaux solaires sources fréquentes de problèmes mécaniques.
La génération électrique pour notre sonde martienne.
Pénétrant avec curiosité dans la « salle énergie » S8 on ne peut résister à l’envie d’aller jeter un petit regard par la lucarne Fig.11 au verre épais qui nous sépare de S9 la salle blindée dans laquelle est entreposé sur un support spécial le cylindre métallique (1) qui emprisonne la matière fissile. Tout autour sur la surface latérale des cellules Peltier sont plaquées et reliées électriquement entre elles. On distingue nettement le câble électrique qui en sort et rejoint à travers un passe-mur étanche le module de régulation (2) en Fig.12 qui va être secoué dans ses derniers retranchements. Notre mission pour ce lundi consiste à valider ses caractéristiques et sa fiabilité. Saisissant sur l’établi le cahier des charges fonctionnel, on note que le minuscule potentiomètre multi-tours 6 sert à ajuster finement la tension de sortie. En 1 sera branchée la ligne qui arrive du bloc nucléaire. C’est sur le bornier 8 que l’on dispose de la tension continue ajustée à exactement 5Vcc qui alimentera les servomoteurs. Notons que la masse IN- et OUT- est commune et sera reliée à GND. En 2 la présence de la tension d’entrée est visualisée sur une LED verte. L’afficheur sept segments 7 permet d’afficher la tension d’entrée IN ou celle en sortie OUT. La sélection se fait avec le bouton 10 qui alterne entre les deux options. La LED 3 ou la LED 9 indique quel est le coté sélectionné par 10. Le bouton poussoir 4 peut éteindre l’afficheur 7 si on le désire. Enfin le circuit intégré 5 se charge de la régulation aval de la tension. Il se comporte comme une 
résistance variable. Ce circuit n’est pas un onduleur, il ne peut que raboter une tension qui dépasse la valeur consignée avec l’ajustable 6. Il faut donc impérativement que la tension en 1 soit supérieure d’au moins 2V à celle désirée en sortie. Ne pas oublier non plus que ce circuit fonctionne en découpage à une fréquence élevée. Les transitoires vont le faire chauffer de façon notable. Il n’est pas équipé d’un dissipateur. Il est donc recommandé de ne pas le soumettre à une tension d’entrée exagérée. Sans radiateur, avec le  bloc secteur de la Fig.11 et un débit de 1,5A on atteint rapidement la limite thermique. La protection interne se déclenche et il passe en fonctionnement temporaire cyclique : Trois secondes avec présence en sortie des 5Vcc, puis deux à trois secondes en coupure. Conclusion : Si l’on désire pouvoir utiliser ce module alimentation à un débit permanent de 1,2A à 1,4A il faut impérativement le ventiler. Dirigeons nous vers l’établi d’assemblage ou des spécialistes énergies s’affairent.
Schéma complet du système de génération électrique.
Monopoliser une alimentation destinée à de la petite robotique pilotée par une carte Arduino pouvant débiter en permanence plus d’un ampère uniquement pour la sonde martienne n’est pas une approche très pragmatique. Autant concevoir un petit bloc électronique le plus convivial possible qui fera partie intégrante des dispositifs dédiés à notre micro-pico-informatique. Par convivial, comprendre « toutes les facilités possibles » pour se brancher, pour surveiller les paramètres pertinents. Nous allons donc ajouter quelques bricoles au bloc radioactif de la Fig.11 et au module de régulation de la Fig.12 sur deux petits circuits imprimés spécifiques. Le 
schéma complet de cette petite alimentation est donné en Fig.13 avec en P les deux prises pouvant recevoir la fiche du bloc secteur. Elles sont distribuées de chaque coté du boîtier, car l’expérience montre que parfois on préférera « avoir le fil de l’autre coté ». Immédiatement un Fusible de 3,15A protège le transformateur basse tension de tout incident durant l’utilisation de cette source électrique de laboratoire. (Donc souvent manipulée avec des risques potentiels de courts circuits.) Puis la tension continue issue du secteur va dans l’entrée IN du module de régulation en traversant la résistance R de 0,1Ω. À 1,2A de débit la tension aux bornes sera de 0,12V largement suffisant pour faire aller en butée le petit galvanomètre A chargé d’indiquer l’intensité consommée en sortie. Gradué jusqu’à 6 la déviation est affinée par la résistance de 270Ω pour correspondre à 1,2A à pleine déviation. La LED jaune D1 témoigne de l’arrivée de la tension continue issue du bloc secteur. D3 pour son compte est une LED blanche qui rétro-éclaire le galvanomètre utilisable ainsi même dans le noir. La sortie OUT du bloc de régulation est ajustée à exactement +5Vcc et peut alimenter le ventilateur V. Bien que relativement discret, il s’avère inutile en dessous de 500mA de consommation. On peut alors le couper avec l’inverseur I. 
Puis, les 5Vcc sont distribués à toute une kyrielle de prises, couvrant ainsi tous les besoins habituels. En H on trouve le classique connecteur mâle HE14. En B nous avons un bornier bien commode si l’on désire brancher un fil électrique quelconque. Une prise USB est également alimentée en 5Vcc avec possibilité d’intercepter si on le désire ses signaux sur le petit connecteur U de type HE14. Enfin en X, Y et Z on trouve des prises pour fiches bananes de diamètre 4mm ou 2mm. Pour des raisons d’accessibilité, les prises Y et Z sont sur des faces différentes du boîtier. La LED verte D2 témoigne de la présence du 5Vcc sur les diverses prises d’utilisation. Enfin, en BP se trouve le Bouton poussoir de Panique qui permet en urgence de couper immédiatement le courant sur les prises utilisateur. Ce sera bien commode lorsque le logiciel ne sera pas au point et que les servomoteurs ne s’arrêteront pas à l’orientation prévue. BP est un petit SWICHT qui revient au travail quand on le relâche. Sur incident il faut commencer par débrancher les fils d’alimentation vers l’utilisation avant de le libérer. (Ou débrancher le bloc secteur de la prise 220V∼.) Le dessin des circuits imprimés est disponible dans le fichier Sonde Jekert.spl que l’on imprime avec la visionneuse. Il aurait été certainement plus judicieux de ne faire qu’un seul circuit imprimé, mais sachez que l’étude initiale ne prévoyait pas la présence d’un galvanomètre pour indiquer l’intensité. Comme ce dernier était disponible, le bloc énergétique a bénéficié par la suite de sa présence, lorsque le module de régulation de la Fig.12 a passé les tests et été estimé « bon pour le service ». La résistance R visible sur la Fig.14 est de forte puissance. Elle ne dissipe que 0,15W au maximum. C’est encore une raison de disponibilité qui a imposé ce choix. Sur le circuit imprimé de distribution 
des énergies photographié en Fig.15 on remarque de part et d’autre les deux prises P pour les fiches du bloc secteur. Notez au passage la présence en U du petit connecteur HE14 relié directement à la prise USB femelle pour pouvoir examiner ses signaux binaires. Dirigées vers nous se trouvent les diverses connections possibles, avec sur la même face du boiter deux douilles pour fiches bananes de diamètre 4mm, une pour le moins, et une pour le +5Vcc. (Voir la Fig.16.)
Réalisation pratique du bloc alimentation.
Largement documentées dans mes ouvrages disponibles sur ROBOT MAKER, pas question d’alourdir ce tutoriel avec la description détaillée de mes techniques pour concrétiser un boîtier personnalisé. Par exemple allez consulter :
http://www.robot-maker.com/ouvrages/interface-puissance-arduino/mettre-oeuvre-polystyrene-choc/
Nous allons nous limiter dans ces lignes à quelques points particuliers pouvant éventuellement vous aider si vous réalisez une alimentation analogue. Sur la photographie de la Fig.16 le module de régulation n’est pas encore intégré pour laisser bien visible le câblage. Le coffret étant assez compact, il faut travailler avec méthode. En 1 se trouve l’orifice de passage du tournevis qui en usage normal, couvercle refermé, pour venir serrer ou desserrer
les vis du bornier accessible en 10. L’orifice 2 sur la face arrière permet d’insérer la fiche du bloc secteur sur la prise 3. De l’autre coté, vers nous se trouve en 21 le trou de passage vers la deuxième prise P. La prise femelle USB est face au trou 9 avec en 4 le connecteur HE14 directement relié à cette dernière. Bien visible en 5 la diode D1 et en 14 celle de sortie D2. En 6 se branche le petit connecteur HE14 qui va vers le galvanomètre 18 de mesure du courant. En 7 le SWICHT du bouton de panique qui dépasse du couvercle quand le coffret est refermé. Les gros fils 8 véhiculent le courant vers le module de régulation. Vous pouvez remarquer qu’ils sont de section un peu exagérée. Suite à une très longue expérience pour la réalisation de multiples alimentations, je suis arrivé à la conclusion qu’il vaut mieux une liaison trop
musclée que l’inverse. La dynamique sur les transitoires est meilleure. Ceci étant précisé, j’ai une tendance fâcheuse dans ce domaine à abuser un peu des grosses sections. 11 et 13 sont les deux douilles pour fiches bananes de diamètre 2mm, avec leurs copines en 19 sur la face dirigée vers nous. Elles sont complétées en 20 par les douilles pour fiches de Ø 4mm. En 15 le petit ventilateur peut être coupé par l’inverseur 16. Peu visible en 17 se trouve le support du Fusible. Enfin en 12 on remarque le bornier du circuit de distribution électrique relié au module de régulation de tension.
Consacrer six pages à la réalisation du bloc alimentation peut sembler exagéré dans un tutoriel dédié principalement à la conception d’un petit robot. Le penser est une erreur, car on néglige trop souvent ce maillon de la chaîne pourtant essentiel. Alors soigner cette fonction est primordial et évitera bien des tâtonnements dans les futurs projets qui la mettront à contribution.
La Fig.17 qui présente l’ensemble vu de dessus utilise des repères identiques à ceux de la Fig.16 pour faciliter les observations entre les deux photographies. On distingue nettement la petite bride orange fabriquée à la demande pour immobiliser le petit galvanomètre à cadre mobile 18 sur la face avant. Bien que ce ne soit pas particulièrement évident, toutes les douilles pour fiches bananes ainsi que le support de fusible sont copieusement barbouillé de vernis à ongles (Rose sur la photographie.) pour les coller « définitivement » quand leurs écrous de fixation ont été serrés. Rien n’est plus agaçant quand on est en train de procéder à des essais et qu’une douille se met à gigoter car son écrou de liaison s’est légèrement desserré à l’usage. Enfin, les divers gros fils de liaison avec le bloc de régulation passent sous ce dernier. Tout entre dans le coffret, sans « mascagner », il faut toutefois procéder à l’intégration avec du doigté car l’ensemble est bien rempli, et le volume très occupé.
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