21) Réalisation du circuit imprimé principal.

Accompagnant la petite station scientifique, deux livrets sont disponibles dans la liste des fichiers fournis avec ce didacticiel et mentionnés en page 26. Souvent, je me contente d’un seul manuel pour mes réalisations, incluant les protocoles d’utilisation et l’aspect maintenance. Pour ce projet il m’a semblé plus judicieux de séparer l’aspect utilisation de celui de la réalisation et de la maintenance, les fichiers étant respectivement nommés Manuel d’UTILISATION.pdf et Notice de maintenance.pdf prévus pour être imprimés. Ainsi, sur le terrain le manuel des protocoles est plus simple à utiliser et moins encombré de pages techniques qui ne servent que plus épisodiquement. Pour consulter les dessins des circuits imprimés que nous aurons à réaliser, c’est donc dans le livret « Bolomètre. Maintenance électronique » qu’il faudra rechercher les informations nécessaires.

Une réalisation un tantinet précipitée.

Inutile de faire appel à un expert pour se rendre compte que la matérialisation du circuit électronique relève d’une hâte évidente. Il saute aux yeux que par certains détails la conception du circuit imprimé principal frise le « bricolage ». Par exemple sur la Fig.54 ajouter en 1 le petit circuit gigogne de mesure du courant montre une arrivée improvisée de ce module qui pouvait fort bien constituer un ensemble unique avec une plaque un peu plus longue. (Pour la rigidité cette solution serait bien préférable.) Quand on observe le connecteur RESET en 3 soudé sur le dessous, manifestement ce dernier a été ajouté tardivement. Quand au connecteur HE14 qui permet de suspendre le mode Sommeil, en observant en 2 et surtout la Fig.55 il devient évident qu’il s’agit d’une modification de dernière minute. En particulier il a fallu couper la piste cuivrée alors que tout était en place et notamment les connecteurs HE14 qui supportent la carte Arduino NANO. Autant dire que cette petite opération chirurgicale n’était pas foncièrement facile à mener. Le petit fil (Jaune sur la Fig.55) lui aussi montre clairement une opération de « rafistolage ». Toutes ces faiblesses résultent du fait que pour pouvoir effectuer des premières expérimentations « en réel », il fallait que l’électronique soit déjà bien avancée. Cette expérience sur le terrain a induit une foule d’améliorations qui se sont greffées sur l’ensemble, avec molte reprises du fer à souder.
EN RÉSUMÉ : Bien que la solution décrite soit tout à fait opérationnelle, le circuit imprimé mériterait une « refonte » pour inclure 1 et surtout regrouper les connecteurs HE14 de façon plus rationnelles que sur le circuit imprimé actuel. À vous de voir si le jeu en vaut la chandelle.

Interprétation des dessins des circuits imprimés.

Autant vous prévenir qu’il me semble totalement prématuré de passer à la suite si vous n’avez pas imprimé et assemblé  et surtout qui sont impératifs pour aborder la réalisation matérielle. Notons au passage que le livret technique est particulier. Il comprend deux « cotés » assemblés tête bêche. L’une des orientations concerne l’aspect matériel, alors que l’autre « chapitre » regroupe tout ce qui concerne le logiciel. Pour diverses raisons d’optimisation, le Circuit imprimé principal n’est pas décrit dans le manuel technique, mais dans une fiche à part. On peut y observer des zones qui ressemblent un peu à celle représentée sur la Fig.56 avec plusieurs fils voisins qui sont représentés les uns à coté des autres comme montré dans l’encadré X. Dans la réalité, ils sont les uns au dessus des autres comme visible sur la photographie en Y. Inutile de préciser que l’on soudera en premier ceux de dessous, puis la deuxième « couche » et éventuellement comme c’est le cas présenté ici le troisième niveau en dernier. (Attention, cet exemple ne concerne pas le bolomètre mais un autre dispositif.) Le dessin sur ordinateur met à notre disposition une palette de couleurs infinie. Les dessins des circuits imprimés en abusent pour différencier, avec le rouge pour le +5Vcc, le orange pour le +9Vcc, le bleu pour GND, le violet pour une ligne d’Entrée/Sortie etc. Nous savons que les circuits vus coté composants font comme si la plaque cuivrée était transparente pour laisser visibles les pistes conductrices. Pour réaliser les petits ponts électriques, on ne peut utiliser que les conducteurs disponibles. Le pont orange est devenu jaune, le violet vert et le rouge sans isolant. Il ne faut donc pas chercher à établir un lien quelconque entre le dessin théorique et la réalité montrée sur les photographies.

Réalisation du circuit imprimé principal.

Opération facile si l’on procède par étapes en respectant une chronologie « logique ». Comme une photographie est bien plus parlante qu’un long texte verbeux, nous n’allons pas nous en priver et puiser notre inspiration dans la <Galerie d’images>. En particulier Image32.JPG présente la plaque en cours de préparation, opération qui consiste, rien de nouveau, à couper les pistes cuivrées. Sur cette photographie « truquée » la coupure « tardive » est visible, car si l’étude du dessin n’est pas reprise, cette séparation est impérative et bien plus commode à faire à ce stade du projet. Sur le gros plan proposé en Image33.JPG les coupures réalisées au « cutter » semblent profondes. Ce n’est qu’une illusion, seul le cuivre de faible épaisseur à été retiré. C’est parti pour la 3D, le fer à souder est chaud. La photographie Image34.JPG reprise en Fig.57 montre la première étape qui consiste à réaliser les ponts. Certains comme 2 et 3 sont réalisés en fils dénudés. Il me semble plus sérieux d’employer du fil isolé quand deux liaisons se croisent comme en 1 ou lorsque des fils sont situés les uns au dessus des autres comme en 4. Observez également Image35.JPG la zone la plus « chargée » en ponts de câblage qui est présentée en gros plan sur la photographie. Puis, l’intégralité des « straps » étant en place on passe, comme présenté en Fig.58 au soudage des « composants horizontaux ». Une fois encore, quitte à me répéter lourdement, prenez garde au fait que sur les images tout semble gros. Ce n’est qu’une apparence, dans la réalité il faut manipuler cette quincaillerie avec des pincettes, ou si vous préférez, manipuler avec soins. Sur la Fig.58 les diodes sont volontairement écartées de la plaque cuivrée. Les résistances pas forcément. En retournant le circuit pour les souder, elles glissent dans les trous d’où certains espacements involontaires mais sans importance. Du reste je ne soude qu’un coté. Puis retournant le circuit je les déforme avec douceur pour qu’elles soient relativement parallèles à la plaque. Ensuite je soude l’autre coté et passe à un autre groupe de composants. Comme le suggère Image36.JPG le moment est venu de souder les composants verticaux en commençant par les moins hauts, c’est à dire les petits connecteurs HE14. Bien visible sur Image37.JPG une pince auto-serreuse facilite grandement l’opération en maintenant bien en place ces éléments rebelles.
Révélatrice d’une image saisie lors de la réalisation du prototype, la photographie Fig.59 ne comporte pas l’intégralité des composants qui en fin de développement viennent « encombrer » le circuit. Par exemple en 6 se trouve actuellement un autre connecteur HE14 à deux broches relié sur le dessous à la broche D8 de l’ATmega328.

Par ailleurs, ont été soudés bien après sur le dessus en 7 un connecteur coudé à deux picots pour pouvoir y brancher en externe un bouton de RESET facilitant la modification du logiciel. Sur le dessous, en 5 figure actuellement un autre connecteur HE14 « soudé à plat » sur les pistes cuivrées pour recevoir le « strap » à languette qui impose au programme d’autoriser le mode sommeil sur le processeur Pour gagner de la place sur la plaque et « compacter » au maximum l’ensemble, certaines résistances telles que celles en 2, ainsi que la diode en 8 sont assemblées verticalement « en épingle ». Je vous recommande de les placer au raz de la plaque et de couder le fil de liaison au plus court pour minimiser l’encombrement vertical. Viennent ensuite les condensateurs tels que 1 et 4 qui servent au découplage de l’alimentation et dont les valeurs de capacité ne sont pas du tout importantes. Seule sera à prendre en compte pour 1 la tension de service, et ne pas choisir un composant dont la valeur de service serait inférieure à 30v environ. Une petite mention s’impose pour le connecteur 3. C’est un « résidu » HE14 à une broche qui ne sert plus et qui a été écourté pour ne pas créer une confusion avec le connecteur voisin Y. Fonctionnellement, pour Y il serait possible de n’installer que deux HE14 à deux broches, puisque ces derniers reçoivent un « strap » à languette qui sera placé soit à droite, soit à gauche. Il se trouve qu’initialement j’avais soudé un connecteur à cinq picots. Pour éviter toute confusion sur les branchements, la broche centrale a donc été coupée au raz du support. Il est évident qu’en ce qui vous concerne, deux éléments plus petits conviendront parfaitement. Est-il bien nécessaire de préciser qu’il faut souder tous les connecteurs à ce stade, et de couper comme visible sur la Fig.60 les broches surabondantes avant soudure ? L’Image38.JPG complète avantageusement la Fig.59 et surtout en gros plan sur Image39.JPG on peut situer la zone des transistors et du buzzer. Il est manifeste que la densité de population sur ce circuit imprimé est importante, raison pour laquelle l’assemblage n’est commode et sans problème que si l’on procède avec méthode et dans l’ordre.

L’Image40.JPG en gros plan démontre des soudures « bien mouillées » dont il faut contrôler la qualité au fur et à mesure de l’avancement des travaux. En particulier, avec une loupe à fort grossissement s’assurer que l’étain n’a pas réuni deux pistes voisines. Oui, je sais bien que ça a déjà été souligné, ceci dit je suis persuadé que si je n’insiste pas lourdement, vous serez trop tenté de « foncer la tête dans le guidon ». Un problème détecté le plus tôt possible sera infiniment plus facile à contourner. Par exemple, le risque est grand de souder les liaisons en se trompant de piste. Pour vous en convaincre, l’Image41.JPG en est un exemple typique. Heureusement, le contrôle continu a révélé immédiatement ce hiatus qui a été corrigé avant de mettre sous tension l’ensemble. La suite consiste à souder les composants les plus « hauts » en commençant par les deux lignes HE14 qui supportent la carte Arduino, puis les transistors et le BUZZER. Il importe de surélever ce dernier en intercalant comme visible sur la Fig.61 une rondelle isolante pour le rehausser de quelques millimètres. (Voir également Image42.JPG et Image43.JPG) Sans cette précaution, la partie arrière du connecteur HE14 interférerait en A, zone sur la Fig.62 encerclée en rouge. Image44.JPG saisie en gros plan permet de mieux situer les différents connecteurs. Pour souder les deux lignes de la carte Arduino NANO, pour ma part je les insère sur cette dernière. Puis, le tout étant en place (Dans les bons trous du circuit imprimé !) je soude les quatre picots des angles. Je retire alors le module NANO et termine les soudures sur les autres picots. Cette technique nous assure la parfaite orientation des lignes HE14 et par la suite la facilité d’insérer ou de déposer le circuit du microcontrôleur.

Mise en place des ponts de liaisons filaires.

L’opération n’est pas particulièrement délicate, et n’exige qu’un peu de tact et de la patience. Fil à fil on réalise les liaisons en veillant à ce que la longueur des lignes soient assez courtes tout en assurant une soudure sans contrainte. Généralement, la difficulté réside dans le dénudage des extrémités. Pour ne pas galérer, pour ma part j’utilise des limandes de raccordement pour ordinateur. Séparant fil à fil nous obtenons des conducteurs idéaux pour réaliser nos ponts de câblage. Pour dénuder, rien de plus simple. Le fil est mis en contact avec la pointe fine du fer à souder qui fait fondre transversalement la moitié de l’isolant. Puis avec l’ongle on pince l’extrémité de la gaine grise et en tirant « tout doux » le fil se dénude. On peut ainsi préparer le fil alors qu’il est déjà soudé à une extrémité. Au départ j’en prends plus long qu’il ne faut. Puis un coté étant soudé il devient facile de déterminer la longueur « juste ce qu’il faut ». On coupe, on dénude, on soude et vla le truc … un fil de plus est en place.
– J’espère pour vous que la fiche de câblage est bien à coté du fer à souder !
Sur la Fig.63 la majorité des fils souples de liaison sont soudés sur le circuit imprimé principal. En particulier celui en E n’est pas encore déplacé pour le « compacter » avec les autres par le déplacement symbolisé par les flèches bleues. Il manque en F le HE14 à deux broches pour se brancher sur la broche A1 de l’ATmega328. De même en B n’est pas encore soudé le HE14 à deux broches qui relie l’inverseur à D8. On reconnait en A le connecteur qui sera relié au panneau solaire. En C se trouve le HE14 pour brancher les lignes qui vont aux deux accumulateurs. Enfin en D on situe le connecteur relié à l’inverseur de sélection de l’accumulateur sur lequel on mesure la tension en service.

À ce stade de la réalisation on peut déjà commencer à effectuer les vérifications préliminaires. Attention, quand on va vouloir insérer la petite carte Arduino NANO sur les deux lignes HE14, les fils souples qui ont une fâcheuse tendance à « se gonfler » vont inexorablement s’interposer entre les connecteurs et se faire pincer. Aussi, le problème est radicalement éliminé en confectionnant une « rigole inversée » en carton qui vient coiffer les torons de fils. Quand cette protection est en place, comme sur Image45.JPG on peut réunir en provisoire les divers modules et tester le fonctionnement. En premier on vérifie tout ce qu’il est possible de mesurer lorsque le circuit imprimé est isolée sans liaisons externes. Puis on insère la carte Arduino. Il nous faut maintenant réaliser les autres circuits de complément.

La suite est ici.