Introduction

Cet article est largement tiré d’un manuel en Anglais rédigé par Arthur P. fin 2007

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=766589

Les plateformes multi rotor comme le mikrokopter nécessitent une taux de rafraichissement des ordres donnés aux moteur très élevé. La plupart des ESC commerciaux ne sont pas capables d’accepter un taux PWM de plus de 150 rafraichissement par seconde sur la base de trame PPM.

Les multi rotor deviennent assez stables si ce taux peut atteindre au moins 300/s. Ceci a amené quelques fabricants à concevoir des contrôleurs utilisant une interface 2 fils I2C comme signal de contrôle. Les meilleurs exemples sont les contrôleurs conçu par Holger, un des concepteurs du mikrokopter. Les versions actuelles peuvent supporter 10A en continu et 20A en pointe. Leur prix est raisonnable au regard de leur capacité bien qu’il soit parfois fastidieux d’assembler les composants SMD lorsqu’ils sont achetés en kit.

Jusqu’à présent, seulement YGE propose des ESC commerciaux possédant une interface I2C avec une intensité maximale de 30A (YGE30i). Ils peuvent être intégrés à une plate forme mikrokopter au prix d’une adaptation du software de la carte FlightCtrl (plage de contrôle YGE 0..120 et plage de contrôle du mikrokopter 0..255).

Une autre approche pour développer des contrôleurs à prix raisonnable et acceptant une entrée I2C a été envisagée par Quax (Bernard Konze) et quelques autres pionniers. Cette approche consiste à convertir des ESC du marché bas coût d’un mode de contrôle PWM à un mode de contrôle I2C.

Cet article décrit la manière de convertir des contrôleurs TowerPro 25A de génération 3.
(les premières générations peuvent être converties de la même manière, mais la disposition des composants est légèrement différente)

Matériel nécessaire

• un contrôleur brushless TowerPro 25A disponible par exemple sur www.hobbycity.com. Actuellement, on ne trouve que des générations 3.

• de petits ciseaux et un cutter

• du très petit fil électrique monobrin et isolé (pas plus large qu’une patte de processeur)

• de l’étain à souder d’électronicien

• un fer à souder à pane très fine, pas plus de 30W

• une éponge mouillée

• des connecteurs femelles prise tulipe

• de la glue

• un voltmètre ohmmètre pour vérifier la continuité électrique des connexions

• un programmateur de composant Atmel

• les .hex correspondant aux code binaire à insérer dans chacun des contrôleurs

Les opérations de soudure

Commencer par enlever la gaine thermorétractable de chaque ESC: la découper soigneusement en prenant appui avec le cutter sur un bord du radiateur pour ne pas endommager de composant.

Le microprocesseur Atmel à 64 broches doit être reprogrammé pour pouvoir communiquer avec un bus I2C matérialisé par 2 fil.

Pour reprogrammer l’Atmel, il est nécessaire de câbler les 6 connecteurs ISP nécessaires à une programmation en mode In Circuit: MISO, MOSI, SCK, RST, 5V, GND.
Le détail des pins est décrit sur cette photo:

L’interface I2C est caractérisée par 2 fils SDA et SCL.
D’origine, la broche de l’Atmel qui doit être utilisée par le fil SDA est déjà utilisée et il est nécessaire de la déconnecter et de la reconnecter à la pin ADC1.
C’est l’opération la plus délicate à réaliser.

La pin SDA de l’Atmel est en effet connectée à un réseau de 3 résistances, via une piste sur la face opposée du circuit imprimé, la jonction des 3 résistance en surface étant assurée par un trou rempli d’étain à travers le circuit imprimé.

Dans son article initial, Arthur P utilisait une perceuse pour isoler cette piste en creusant superficiellement le circuit imprimé. Et en reconnectant ensuite le réseau de résistance avec un pont d’étain.

J’ai utilisé une autre méthode consistant à déconnecter directement la pin SDA de l’Atmel à l’aide d’une aiguille et d’un fer à souder, l’aiguille servant à faire levier sur la broche.

Attention à ne pas trop relever la broche en faisant levier, sinon elle risque de casser (ça m’est arrivé sur un des contrôleurs qui devient du coup inutilisable)
L’ohmmètre permettra de s’assurer qu’il n’y a plus contact entre la piste initiale et la broche.

Il faut ensuite reconnecter le réseau de résistance à la pin ACD1 de l’Atmel.
On peut récupérer le contact au milieu des 2 résistances supérieures, ou à l’extremité de celle du bas comme indiqué sur cette photo:

Le reste des fils peut être connecté de manière à pouvoir s’interfacer avec le programmateur par la suite.
Une barette 8 prises tulipe femelle sera d’abord collée à la glue sur côté de l’ESC rassemblant les 3 phases du moteur brushless

De gauche à droite, on retrouvera le brochage suivant: SCK, RESET, MISO, 5V, MOSI, GND, SDA, SCL.
Les 6 premières serviront à reprogrammer l’Atmel, les 2 dernières seront l’interface de contrôle I2C
(ces 2 dernières qu’on reliera directement à la carte FlightCtrl d’un mikrokopter)

Les opérations de reprogrammation

Une fois le câblage de l’ESC correctement effectuer, il ne reste plus qu’à reprogrammer l’Atmel.
J’ai acheté sur ebay un petit programmateur chinois de chipset pour une 10aine d’euros.
http://cgi.ebay.fr/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=350143488267
Il est livré avec un petit CD d’installation, un cable usb, un cable de transfert

La notice est mal traduite, mais son utilisation n’est pas compliquée.
On retrouve en particulier le schéma de câblage des différentes broches en fin de manuel.

Il faut d’abord installer le driver usb pour programmateur. (fourni sur CD)
Ensuite, câbler les broches du programmateur vers leur homologues côté ESC.

Ensuite configurer le logiciel fourni avec le programmateur (PROGISP):
- sélectionner USBASP, usb et Atmega8, les autres paramètres peuvent être laissés par défaut.

A chaque moteur, correspond un fichier HEX à injecter, de moteur 1 à moteur 4 pour le mikrokopter.
L’adresse I2C est codée en dur dans chacun des fichiers.
Il faut charger pour chaque ESC le .HEX correspondant avec le bouton load flash, puis appuyer sur le bouton Auto.
La séquence suivante doit se dérouler sans erreur :erase, load, check.
A noter que pour pouvoir être reprogrammés, les ESC doivent être alimentés (une lipo 3S fait très bien l’affaire)
Il arrive parfois qu’une séquence échoue, il suffit de recommencer une ou deux fois.
La notice de l’ESC est assez amusante à ce sujet, en gros on en a pour son argent
Mais la vérification en fin de processus garanti que le code a été transmis sans erreur, c’est le principal.

Les fichier .HEX sont issus de cette page, son auteur ayant la paternité de la modification décrite.
http://freenet-homepage.de/alex_konze/bko/low_cost/18a_regler.htm

mikrotower.zip

Matériel nécessaire

une planche de dépron 3mm une planche de balsa 3mm (facultatif) un rouleau de scotch armé large d’environ 3cm une tige d’aluminium ou de carbone diamètre 2mm un morceau de gaine termo rétractable diamètre 2mm et 3mm un tube de colle ok pour dépron papier de verre 1 récepteur 5g + quartz 2 servo 5g une batterie lipo 2S de 30-35g un contrôleur brushless d’au moins 5A un moteur type feigao diamètre 12mm 17g 4100kv à 5300kv une hélice GWS 3×2 ou 3×3

Plan

Intrados, longerons, élevons et winglets	format power point : plan
extrados	format power point : plan
disposition des éléments

Pilotage

Cette aile se montre extrêmement ludique, vive et véloce.
Elle plane du moment qu’elle garde sa vitesse.
Elle ne tolère aucun centrage arrière sous peine de déclencher immédiatement au moindre virage et de finir en vrille. Elle résiste relativement bien aux petits crashs, mais elle peut aussi être rapidement détruite sur une erreur de pilotage.
Contrairement à ce qu’on pourrait penser, le vent n’est absolument pas un problème malgré ses 120g.
A ne pas mettre entre les mains d’un débutant.

Le poids des éléments

L’ennemi de cette aile est clairement le poids. Avec la configuration donnée plus haut, le poids total en ordre de vol est d’environ 120g.
Quelques grammes en plus représentent quelques pourcents de la masse totale, ce qui est loin d’être négligeable.
Cette aile peut malgré tout supporter un poids de 200g (personnellement testé), mais elle devient alors très poussive et finalement peu intéressante.

Vue globale des éléments
La batterie, les 2 servos, le récepteur, le contrôleur brushless, le moteur et l’hélice.

Elément par élément

Toute l’électronique réunie


Les étapes de la construction
Il faut environ 4h pour construire cette aile proprement.

Poncer les intrados et extrados
Au niveau du bord d’attaque, l’objectif est de former un angle de 45deg pour préparer le pliage de l’extrados sur l’intrados.
Au niveau du bord de fuite, il faut poncer le plus à plat possible en enlevant environ 1mm d’épaisseur sur 3-4 cm de large.
L’objectif est que la réunion intrados+extrados fasse environ 4mm d’épaisseur.
Par rapport au plan, j’ai avancé l’emplacement du support moteur pour pouvoir mieux centrer l’aile.

Préparer les emplacements des éléments dans les 3 longerons
Le but est de positionner les 3 longerons et de les creuser avant collage en fonction des éléments choisis.
Afin de gagner 1 ou 2 grammes, on peut creuser le premier longerons aux extrémités comme sur les photos.
Au niveau du 2ième longeron, on peut aussi rajouter une petite âme en balsa afin d’assurer une meilleure rigidité.
Le surpoids est négligeable, et le gain intéressant.

Poncer les élevons
Pour cette configuration, j’ai choisi de les faire en balsa. C’est sans doute un peu plus lourd que le dépron, mais c’est plus rigide.
Au niveau de la jonction aile, il doivent être poncés à 45deg et seront simplement maintenus à l’aile avec une bande de scotch armé.
L’avantage du scotch est aussi d’assurer une étanchéité des filets d’airs entre le dessous et le dessus de l’aile.
Au niveau du bord de fuite, il faut simplement les poncer pour que l’épaisseur finale soit d’environ 1mm.
Il faut également prévoir le guignol qui sera relié à la tringlerie.
Un jonc de carbone d’1,5cm pourra faire l’affaire.
Il faut penser à le coller des 2 côtés de chaque élevon après les avoir percés.
Si on ne colle qu’un côté, le balsa risque fort dêtre arraché avec la colle.

Coller les longerons
Attention à ne pas prendre une colle qui ronge le dépron.
Penser à relever les extrémités du bord de fuite d’environ 1cm pour que l’aile ait un léger vrillage inverse.

Après le collage, on poncera les longerons pour gommer les angles droits.

Préparer le support moteur
Le support moteur est simplement assurer par deux plaques de plastique sur la partie intrados (une dessous et une dessus).
Avec un fer à souder chaud, il faut percer 4 trous pour pouvoir y insérer les colliers de serrage du moteur.
Une petite cale doit également être collée devant le moteur pour le bloquer lors de sa poussée (non représentée sur la photo)

Sur la photo, j’ai prévu un espacement suffisant entre les colliers pour pouvoir mettre un radiateur moteur s’il le faut par la suite.

Pliage de l’aile
On commence par scotcher deux bandes de scotch armé sur toute la longueur du bord d’attaque du dessous de l’intrados.

Puis on vient coller bord à bord les extrados.

Il ne reste plus qu’à replier les parties entre elles (sans les coller pour le moment)

Mise en place des éléments et fermeture
Après avoir raccorder les servos et souder le contrôleur au moteur, on fixera sommairement les éléments dans l’aile.
Il faudra faire un petit test radio pour être sûr que les servo soient correctement connectés et qu’il n’est pas nécessaire de les inverser.
L’antenne sera camouflée à l’intérieur de l’aile, le long des longerons.
Si on craint pour la portée radio, on peut toujours la faire courir le long d’un longeron et laisser trainer le reste à une extrémité.

Une fois les éléments fixés, on percera sur l’extrados 2 petits rectangles correspondants aux emplacement des palonniers.

Il est alors temps de refermer l’aile et de coller l’extrados sur les longerons et sur le bord de fuite.
Lors du collage, il faudra toujours penser à relever les extrémités du bord de fuite pour assurer un léger vrillage inverse.

Mise en place des élevons, de la tringlerie et collage des winglets
Comme dit plus haut, les élévons sont fixés à l’aile avec une bande de scotch armé. La tringlerie est constituée d’un tube d’aluminium de diamètre 2mm.
On peut prendre aussi un jonc de carbone à la place du tube d’aluminium. C’est plus rigide et à peu près aussi lourd.
A la jonction de chaque extrémités, on raccorde les partie avec un simple morceau de gaine thermorétractable, assurée par une goute de cyano.
La gaine côté palonnier devra être d’un diamètre plus important pour que le bras du servo puisse être complètement recouvert.
L’avantage de ce système est de limiter les jeux.
La torsion de la gaine rend les commandes un peu souples, mais ça reste négligeable.

Fixation de l’hélice
L’hélise est insérée en force sur l’axe du moteur.
Un point de glue permet de l’assurer, mais ce n’est pas nécessaire dans tous les cas.

Résultat final

Retour d’expérience sur mes configurations
L’aile décrite ci dessus est ma 4ième ticky.
La première avait été construite avec des planches de dépron de 6mm non poncées, l’accu était un 1300mah en 2S de 70g avec un moteur de 4200kv, et une hélice 3×2. L’aile pesait au total 180g. Elle n’a jamais pu voler, un vrai pavé. Elle était aussi incassable.

La deuxième reprenait les mêmes éléments RC, mais avec la construction décrite ci dessus en dépron de 3mm. J’ai changé par la suite les accus par des 1000mah en peu plus légers, et mis une hélice 3×3. Celle là a fait de nombreux vols pendant 6 bons mois. Elle pesait environ 170g et et avait une autonomie record de plus de 20min. A force de crahs répétés elle a fini a la poubelle comme l’autre.

Pour la 3ième, je voulais une configuration qui permette des montées verticales à l’infini. J’ai donc pris un accu de 35g, un moteur feigao de 5300kv (référence 1208428L) et des éléments optimisés. A l’usage, les servos étaient certes très légers, mais manquaient de précision. Je me suis donc rabattu sur des servos un peu plus lourd d’un gramme (HXT500), mais plus satisfaisants. Mon contrôleur initial était un 6A (celui sur les photos), mais je me suis rendu compte qu’il était sous dimensionné. J’ai découvert qu’il avait une protection thermique très mal conçue qui coupe également le BEC lorsqu’elle s’active. Lorsque c’est arrivé, l’aile était en plein piqué à 10m du sol et elle a fini coupée en deux.

C’est la raison pour laquelle j’ai du faire une 4ième ticky et j’ai remplacé le contrôleur par un autre de 12A qui pèse 8g. Ma 4ième ticky est enfin aboutie, même si elle pèse un peu plus lourd que prévu (126g). Elle permet tout de même des montées verticales à l’infini avec une hélice 3×2. En 5300kv, le moteur chauffe beaucoup et nécessite un radiateur mais il tient la charge. Avec des accus de 620mAh, son autonomie est de 7-8 minutes. C’est le prix à payer pour conserver les montées à l’infini. Je pense qu’avec un moteur de 4200kv, elle aurait une meilleure autonomie et resterait encore très vive.Sur ce site il y a un calculateur moteur/hélice intéressant.
une 3×2 avec un moteur équivalent à 5300kv donne en 2S: une poussée de 144g et une vitesse de 100 km/h
une 3×3 avec un moteur équivalent à 5300kv donne en 2S: une poussée de 162.7g et une vitesse de 135 km/h
en interpolant un peu, une 3×3 avec un moteur équivalent à 4200kv donne en 2S: une poussée d’environ 115g et une vitesse d’un peu plus de 100 km/h

Après la ticky ?
En manque de sensation, j’ai remonté l’ensemble de cette dernière configuration sur une Micro SpeedWing (disponible sur ce site http://www.speedwing.net/), en EPP. Avec près de 20g de moins, des accus 2S 500mAh 20C et une envergure plus petite, les performances deviennent réellement démentes. L’aile accélère à la verticale et peut passer au moins 5 tonneaux à la seconde !
Si la construction tout balsa vous tente, la MicroWood peut-être aussi une bonne alternative dans le même esprit vif et micro.