Réalisation d’un automatisme de portail roulant

Partie 1

La carte électronique

 

 


Table des matières

1)          Introduction. 3

2)          Le schéma. 4

A.      La connexion au Raspberry PI 5

B.      Le PWM.. 5

C.     La sécurité par détection de blocage du portail 5

D.     La sécurité par une barrière optique. 6

E.      La sécurité par le bouton d’arrêt d’urgence. 6

F.      La sécurité du moteur par une durée limitée de fonctionnement du moteur 6

G.     Le clavier matriciel 7

H.     La télécommande indispensable pour la voiture. 7

I.       La double signalisation. 7

J.      Les boutons et capteurs. 7

3)          L’implantation. 9

4)          La réalisation. 9

A.      Le circuit imprimé. 9

B.      Le perçage. 10

C.     Le soudage. 10

5)          Brochage des composants. 12

6)          Téléchargements. 14

7)          Liens. 14

8)          Galerie photos. 14

9)          Chaine Youtube. 14

 


Il ne tient qu’à vous et vos remarques pour améliorer cette documentation. Merci de me contacter pour toutes suggestions : email26000@yahoo.fr.

Frédéric ROBIN

 

1)    Introduction

 

J’avais déjà publié une réalisation similaire basé sur µP ATMEL sur mon site www.frederic-robin.fr. Voulant encore plus de fonctionnalités, j’ai décidé de la refaire mais cette fois-ci c’est un Raspberry PI 3 qui remplace le µP ATMEL.

J’ai essayé d'apporter le plus grand soin à l'élaboration de ce montage électronique. Néanmoins, je ne pourrais être tenu responsable des dysfonctionnements, dommages et accidents causés par l'utilisation de celui-ci. En conséquence, l'utilisation de ce montage (gratuit et ‘amateur’ pour mémoire) demeure aux RISQUES ET PERILS de l'utilisateur.

Je ne demande pas à être rétribué pour autant. Néanmoins, cela me ferait très plaisir de savoir que quelqu’un a réalisé son automatisme de portail avec mon montage ou a été intéressé par cette réalisation. Merci donc d’envoyer un petit coucou ou vos remerciements à ma boite d’email. Je tâcherai également de répondre à vos questions ou à vos suggestions.

Vous êtes libre de réaliser et d'utiliser ce montage sous les conditions suivantes : S’il est prévu pour un usage particulier seulement. Vous n’en faites pas commerce ou d’une manière générale la copie ou la distribution de celui-ci ne vous apporte aucun gain implicite ou explicite de quelque manière que ce soit.

 

Cette nouvelle réalisation reprend les fonctionnalités de la première, à savoir :

·         Un seul bouton ‘marche/arrêt’ pour commander l’ouverture, l’arrêt prolongé, et la fermeture du portail. Sur ce bouton peuvent être montés en parallèle une télécommande hertzienne, un interrupteur extérieur à clé, un clavier à code programmable, etc. Un ‘double-clique’ sur ce bouton permet l’ouverture en mode piéton

·         Un bouton ‘Piéton’ pour ouvrir un peu le portail et le refermer automatiquement après un délai paramétrable.

·         Un bouton d’arrêt d’urgence pour la sécurité.

·         La gestion d’un clavier matriciel de 12 touches pour saisir le code d’ouverture depuis l’extérieur.

·         Si on le désire, une fermeture automatique du portail après un délai paramétrable.

·         Un avertisseur sonore et une lampe de signalisation clignotante indiquent que le portail va être en mouvement. La durée du signalement est paramétrable. Cette même lampe continue de clignoter durant le mouvement du portail.

·         Possibilité, une fois le portail ouvert de laisser la lampe de signalisation clignoter pour indiquer aux passants votre sortie.

·         Possibilité, une fois le portail fermé de laisser la lampe de signalisation allumée pendant un délai paramétrable pour vous aider à trouver votre chemin dans la nuit.

·         Une gestion de surcharge du moteur en cas blocage du portail.

·         Une gestion de durée maximale de fonctionnement du moteur.

·         La gestion d’une barrière optique (optionnel) contrôlée par le Raspberry PI avec seulement 5 composants. Celle-ci arrête immédiatement la fermeture du portail. Le portail reprend sa fermeture après 30 secondes. Si au bout de 5 essais la barrière est toujours coupée, le portail reste bloqué jusqu’au prochain ordre, pour le cas oµ un véhicule soit stationné sur le passage du portail.

·         Le démarrage et l’arrêt en douceur du moteur (PWM ou MLI pour les Français)

 

 

Les nouveautés sont :

·         Alimentation à partir d’un chargeur 120W pour PC portable (hé oui !), mais un schéma d’alimentation classique est fourni. Cela suffit pour mouvoir mon portail de 80 Kg en acier.

·         Gestion de plusieurs codes clavier à donner aux proches.

·         Un paramétrage encore plus simple à partir de d’un fichier texte à éditer avec Notepad++, en wifi depuis votre PC chez vous.

·         L’installation des mises à jour également depuis chez vous en Wifi.

·         Commande du portail depuis un navigateur web (PC / Tablette / Smartphone) via un serveur WEB implanté dans le Raspberry PI.

·         Des écrans d’information et de commande depuis un terminal SSH en WIFI

·         Les sources du programme sont en Python V3.51, si le cœur vous en dis vous pouvez améliorer vous-même les fonctionnalités – Merci dans ce cas de m’envoyer une copie pour la communauté en profite.

 

 

2)    Le schéma

Les PDF du schéma sont téléchargeables dans la section Téléchargements


 

A.    La connexion au Raspberry PI

C’est avec une nappe que le Raspberry PI est relié à la carte électronique. J’ai utilisé un chargeur universel de 120W pour ordinateur portable durant mes essais sur table. Il possédait en plus un sortie USB 5V pour le Raspberry PI. Du coup je ne me suis pas embêté à faire la carte d’alimentation 12V/5V. Cela fonctionne très bien ainsi, d’autant que peut changer la tension de sortie en changeant d’embout. Pour ma part j’ai mis en 16V.

 

B.    Le PWM

Le moteur à courant continu est commandé par deux relais qui définissent le sens du courant dans le moteur et donc le sens de mouvement du portail (ouverture / fermeture). Ces relais sont commandés par GPIO14 et GPIO15. GPIO16 est utilisé comme générateur de PWM et commande le MOSFET T3. Cela permet de fournir une tension croissante au démarrage du moteur et décroissante lorsqu’il arrive en fin de course. Ce MOSFET devra être monté sur un petit radiateur pour le refroidir. En aucun cas il ne faudra remplacer T3 par un strap car pendant la phase de reset du Raspberry PI les relais actionnent le moteur ; que le moteur soit en fin de course ou pas !!!

Le PWM peut être désactivé (démarrage brutal) dans le fichier de configuration.

 

C.    La sécurité par détection de blocage du portail

On prélève la tension aux bornes de R7+R5. Plus le moteur force, plus le courant qui les traverse est grand et ainsi plus la tension prélevée est élevée. U1 compare cette tension par rapport à la tension de seuil de référence à ne pas dépasser (réglable dans le fichier de configuration). R6/C3/R15 permettent de lisser cette tension et d’éviter les déclenchements intempestifs. Lorsque le seuil est atteint, un arrêt d’urgence est effectué et le portail roule en sens inverse. Au bout de trois surconsommations, c’est un arrêt définitif qui est fait.

GPIO13 plus R11/C5 sont utilisé en générateur de PWM réglable de 0 à 3V via le fichier de configuration. Ils permettent ainsi de régler ‘logiciellement’ la tension de seuil de référence du comparateur U1.

A noter cette sécurité ne fonctionne pas tant que la puissance moteur n’est pas au-delà de 75%. En effet pendant la phase de démarrage progressif, le courant consommé par le moteur est bien plus élevé faussant ainsi la lecture et forcément provoquant un arrêt du moteur sans réel blocage. Pour vous rassurer (dans le cas de mon installation précisément) les 75% de puissance ne permettent pas de faire bouger le portail, si je le bloque de mes mains le moteur est de suite coupé au-delà des 75%. Donc dans la pratique ce n’est pas gênant sauf pour les tout petits enfants et les chiwawas. Pour une sécurité absolue il faut une ‘barre de palpe’ reliée au bouton d’arrêt d’urgence.

Les valeurs des composants sont adaptées à mon moteur (3A pendant le démarrage puis 1A ensuite). Côté pratique pour les réglages, je vous conseille de faire des essais avec le portail entrouvert à moitié, un voltmètre sur C3 et mesurez la tension lorsque le portail a atteint la pleine vitesse. Au-delà de 2 volts, vous pourrez remplacer R7 par un strap (on divise par deux la tension). Si cela ne suffit pas encore mettre R7 en parallèle sur R5 (on divise encore par deux la tension soit 4 au total). Si jamais cela ne suffit pas, remplacez R15 par une 22K (on divise encore par 2 soit 8 au total).

La détection de blocage du moteur peut être désactivée dans le fichier de configuration.

 

 

D.    La sécurité par une barrière optique

Elle ne fonctionne qu’en fermeture. En cas d’obstacle, le moteur s’arrête et une nouvelle tentative de fermeture se fait après un délai de 30s. Au bout de cinq tentatives, c’est l’arrêt définitif. Ces valeurs (30s / 5 tentatives) ne sont pas paramétrables avec le fichier de configuration mais sont définie comme constantes dans le programme. Vous pouvez donc les ajuster si besoin.

GPIO20 est utilisé comme générateur de fréquence (ajustable de 30 à 40KHz en fonction du modèle de récepteur TSOP) et commande T4 qui allume à son tour les LED infra-rouge D7 mises en série (3 dans mon cas). Ces LED infrarouge sont collées dans petit boitier sur un des piliers du portail. Le récepteur TSOP est collé dans un autre petit boitier sur l’autre pilier et ‘regarde’ les LED infrarouge. Les LED infrarouge et le récepteur étant ‘directifs’, il faut bien prendre soin de les orienter comme il faut les unes vers les autres au montage du boitier.

Pour ma part les petits boitiers sont collés aux piliers avec du Sicaflex, et les LED collées dedans avec de Superglue. Idem côté récepteur. J’ai ajouté par la suite une LED rouge sur le dessus du boitier en série avec les LED infrarouge pour ‘voir’ le fonctionnement de la barrière. Les fils ont été masqués ensuite en rajoutant du crépi par-dessus.

La barrière optique peut être désactivée dans le fichier de configuration.

     http://www.frederic-robin.fr/portail_v5/Documentation_V5_image034.png

 

 

E.    La sécurité par le bouton d’arrêt d’urgence

Ce bouton optionnel sera placé à proximité du portail et à un endroit toujours accessible. Il est relié à GPIO8.

 

F.    La sécurité du moteur par une durée limitée de fonctionnement du moteur

Une durée maximum de fonctionnement du moteur est paramétrable afin d’éviter une surchauffe de celui-ci en cas de blocage, de bug. Cela préserve également la batterie. Dans la pratique je mets 10 secondes de plus que le temps d’ouverture normal du portail dans le fichier de configuration.

 


G.    Le clavier matriciel

J’ai utilisé du câble réseau (4 paires) pour la liaison. Je conseille vivement l’utilisation de barrettes sécables pour (dé)connecter le clavier du montage, coté circuit imprimé, mais aussi côté clavier. Un bip est émis à chaque touche tapée. Les touches # et *’ remettent à zéro la saisie. C1, C2, C3 sont les colonnes du clavier. L1, L2, L3, L4 sont les lignes.  Un truc en passant pour savoir si les touches du clavier ont bien été câblées :   Tapez la séquence 123456789#0* ; dans le fichier log du Raspberry vous devriez retrouver la même séquence, sino recâblez ou corrigez la matrice des touches dans le programme.

T7 commande une diode d’allumage optionnelle du clavier lorsqu’on appuie sur une touche de celui-ci.

 

H.    La télécommande indispensable pour la voiture

. J’utilise un pack de télécommande deux voies disponible chez JR International pour 160€ http://jr-international.fr/pack-2-telecommandes-radio-2-canaux-t2f_T2FW1_itm_french.html. Elle se branche sur le 12V, est livrée avec une antenne et son équerre et possède deux sorties sur relais. Huit ans après il est toujours en vente sur le site !!! Le récepteur se branche sur le 12V, et est livrée avec une antenne et son équerre et possède deux sorties sur relais. Elle est montée ‘en l’air’ dans le boitier du montage (voir la galerie photo). Des télécommandes supplémentaires peuvent être commandées en plus. La portée est de 200m environ en lotissement sans vue directe !!! Pas mal. Les deux sorties relais sont connectées au boutons ‘piéton’ et ‘Marche/Arrêt’

I.      La double signalisation

RL3 commande le clignotement d’un lampe 12V fixée sur le pilier du portail. Cette lampe clignote pendant un délai paramétrable dans le fichier de configuration avant, pendant et après l’ouverture. On peut également la paramétrer pour qu’elle reste allumée quelques minutes après la fermeture pour trouver son chemin dans le noir.

T6 commande un buzzer 5V qui bip avant un mouvement du portail.

 

J.     Les boutons et capteurs

En grande partie les boutons et capteurs ont été doublés sur le circuit imprimé. C’était plus pratique pour moi pendant la mise au point du programme et cela reste pratique pour faire des tests devant le portail.

 

·         Fermé / Ouvert sont les capteurs de fin de course du portail. A ne pas confondre avec des boutons pour ouvrir ou fermer, c’est le bouton M/A qui est fait pour ça.

·         M/A sert à commander le portail suivant la logique suivante :

o    Si le portail est fermé alors il s’ouvre

o    Si le portail est ouvert alors il se ferme

o    Si le portail est en mouvement alors il est stoppé jusqu’à nouvel ordre

o    Si le portail est à l’arrêt ET entrouvert alors il va dans le sens inverse du dernier ordre

o    Un double appuie sur le bouton M/A (clic-clic) simule l’appui sur le bouton piéton

·         PIETON entrouvre le portail pour laisser passer un piéton ou un vélo et le referme après un délai paramétrable dans le fichier de configuration. Sa logique de commande est la suivante :

o    Si le portail est fermé alors il s’ouvre en mode piéton

o    Si le portail est en mouvement alors il est stoppé jusqu’à nouvel ordre

o    Si le portail est ouvert ou entrouvert alors il se ferme

·         ARRETURGENCE : stop toute action et arrête le portail jusqu’à un nouvel ordre

·         SHUTDOWN : l’appuie sur ce bouton pendant 3 secondes arrête le Raspberry PI proprement. A ne pas utiliser si le portail est en mouvement : plus rien ne l’arrêtera !

 

Pour ma part j’ai mis les boutons M/A et PIETON à proximité de l’entrée du portail. C’est très pratique. J’avais également prévu un fourreau qui amène des fils à la porte d’entrée de l’habitation je les j’ai raccordés deux autres boutons.

http://www.frederic-robin.fr/portail_v5/Documentation_V5_image035.png 

 


 

3)    L’implantation

L’implantation et le circuit imprimé sont disponibles en PDF dans la section Téléchargements.

A noter que le Raspberry PI est vissé côté cuivre par deux vis de 2mm avec des entretoises (les deux trous du nord ci-dessous). Côté Sud les entretoises seront seulement collées au Raspberry PI (pas possible de faire les trous vus les composants en place.

4)    La réalisation

La liste des composants disponibles chez GOTRONIC (http://www.gotronic.fr/), le schéma, le tracé du circuit imprimé est disponible dans le paragraphe Téléchargements.

A.    Le circuit imprimé

Contrairement à la version ATMEL que j’ai réalisé il y a quelques années, je n’avais plus l’imprimante laser pour imprimer le typon sur du PnP Blue. J’ai donc fait appel à une personne qui propose de le faire sur son site. Le résultat meilleur qu’avec du PnP Blue et pour pas trop cher (13€ époxy comprise). Voici son site : http://etronics.free.fr/boutique/boutique.htm

Ceux qui désirent faire eux-mêmes leur circuit imprimé pourront suivre la méthode du montage ATMEL disponible dans le paragraphe TéléchargementsAttention seule la plaque époxy fait partie de la liste des composants, pensez à rajouter le reste si nécessaire (soudure, fer à souder, Pnp Blue, Perchlorure de fer, solution pour étamage,  etc…).

Je conseille un trempage dans une solution d’étamage à froid pour une bonne tenue dans le temps du CI. Ensuite un test de continuité des pistes avec l’ohmmètre pourra être fait.

NB : la carte d’alimentation étant optionnelle, elle ne fait pas partie de la liste des composants et je n’ai pas réalisé son circuit imprimé.

 

B.    Le perçage

En général le perçage sera fait en diamètre 0.8 mm, en diamètre 1 mm pour les diodes et les condensateurs chimiques, J2 et en 1.2 mm pour les boutons poussoirs, les connecteurs, les relais, F1, T3, R5, R7. N’oubliez un perçage en diamètre 2,5 mm la fixation du Raspberry PI côté cuivre.

 

C.    Le soudage   

On soudera dans l’ordre :

        Les connecteurs, J2, le support d’U1, F1, le support de T3 (barrette sécable femelle)

        Les boutons poussoir

        Les résistances, condensateurs, transistors, diodes

        Les relais

        Les straps

Notez au marqueur sur les connecteurs les fonctions et polarités de ceux-ci (voir photos).

On fixera ensuite U1 et T3 sur leur support.

 


 

5)    Brochage des composants

BC547C

BC557C

LM311

LED

DIODE

CONDENSATEUR

LM2576T

 

IRL540N

TSOP1736

RELAIS

BUZZER

PONT DE DIODES


 

POT. AJUSTABLE

TSOP4838

 


RESISTANCES

CLAVIER

 

 

USB

 

 

6)    Téléchargements

Schéma Portail PI v05.pdf

Schéma Alimentation.pdf

Circuit imprimé coté composants (vue de dessus).pdf

Circuit imprimé coté cuivre (vue de dessous).pdf

Circuit imprimé coté composants (vue de dessus).pdf

Implantation et pistes (couleur).pdf

Liste des composants et tarifs www.gotronic.fr.pdf

Cette documentation (format Word)

 

Dès fois que les liens se brisent chez Mega.nz voici un le lien de tous fichiers des dossiers :

Téléchargements

Schémas et circuits imprimés

 

7)    Liens

 

Une autre réalisation d’un automatisme de portail roulant proposée par Luc Roche. Plus ‘électronique’ qu’informatique, elle m’a inspiré de nombreuses fonctionnalités. Merci Luc.

Motorisation d'un portail coulissant Version 1994

Motorisation d'un portail coulissant Version 2004

Motorisation d'un portail coulissant Version 2016

 

Thème de bac conçu par l’équipe pédagogique du Lycée A.Camus de Fréjus. Un portail professionnel intéressant et complexe avec même une boucle de détection de véhicule pour la sortie.

http://lgt.lorgues.free.fr/electronique/spip.php?article44

 

8)    Galerie photos

 

Des photos en vrac

 

9)    Chaine Youtube

 

Pour les vidéos c’est ici