Un mélangeur DMX à huit canaux pour régie lumière

C’est un contrôleur au standard DMX à huit canaux (8 potentiomètres à glissière) en mesure de contrôler l’intensité lumineuse de huit variateurs de puissance. De nombreux effets lumineux préprogrammés peuvent en outre être appelés au moyen de neuf poussoirs. Une procédure simple de programmation permet de donner aux huit canaux une adresse DMX comprise entre 1 et 512.



Caractéristiques techniques
- Alimentation : 9 à 12 VDC 500 mA
- Sortie standard DMX512 avec possibilité de paramétrer les adresses des canaux
- Huit canaux contrôlables par potentiomètres à glissière
- Nombreuses séquences préprogrammées que l’on peut appeler directement
- Possibilité de changer la vitesse des séquences

A l’occasion de deux prochains articles, nous nous familiariserons encore plus avec le protocole DMX512 : l’un (décrit dans ce numéro) vous propose de construire un variateur de puissance et l’autre (que nous décrirons ultérieurement) un système plus complexe commandant au moyen d’un PC et d’un logiciel adéquat toute une régie lumières. Mais si vous vous contentez d’un appareil moins sophistiqué n’utilisant pas d’ordinateur, le présent article vous offre l’opportunité de vous doter d’un dispositif “stand alone” (c’est-à-dire se passant des services de l’ordinateur) en mesure de contrôler huit canaux à travers huit potentiomètres à glissières. Les flux produits avec le protocole DMX peuvent commander un variateur monocanal ou l’unité de puissance à huit canaux ET576.
Si l’on utilise les deux appareils ET573 (décrit dans ces lignes) et ET576 (qui sera décrit dans le prochain numéro) reliés par une simple paire, on réalise une régie lumières comme celles installées dans les théâtres et autres salles de spectacle ou manifestations estivales en extérieur. Cet ensemble permet, non seulement de régler en temps réel la luminosité des projecteurs et des spots, mais aussi de produire des effets simplement en pressant un poussoir : une procédure de programmation (là encore à partir des poussoirs de la face avant), assistée par un afficheur à sept segments, permet d’attribuer aux huit canaux n’importe quelle adresse DMX.

Le schéma électrique
Comme le montre le schéma électrique de la figure 1, ce contrôleur est fort simple puisque la plupart des fonctions sont assumées par le microcontrôleur U1, un PIC16F877 déjà programmé en usine. Le circuit est alimenté par un tension continue de 9 à 12 Vcc à appliquer aux points + et – du connecteur PWR. D1 le protège contre toute inversion accidentelle de polarité. C1 et C2 filtrent la tension à l’entrée du régulateur U3 (7805) qui la stabilise à 5 V : c’est en effet la tension alimentant le micro et le transmetteur MAX485. Le PIC Microchip est du type “Flash” à 40 broches, bien connu de nos lecteurs.
Dans ce montage il gère les touches de commande, lit la valeur des potentiomètres, pilote l’afficheur et produit les flux de commande selon le protocole DMX. Ce micro “bat” au rythme d’une horloge à 20 MHz contrôlée par Q1 (inséré entre les broches 13 et 14) et R9 met au 5 Vcc la broche 1 de “reset” (MCLR). P9 correspond à la broche 30 (RD7) maintenue au niveau logique haut par R18 et les touches P1 à P8 sont reliées aux huit E / S du Port B dans lequel toutes les lignes sont configurées comme entrées de “pull-up” (maintien du niveau haut) grâce aux résistances internes du micro. Les broches 15 à 22, configurées comme sorties, contrôlent à travers R10 à R17 l’afficheur à sept segments à cathode commune visualisant les fonctions choisies.
Les extrémités des potentiomètres à glissière R1 à R8 sont reliées entre la masse et la ligne positive +5V et la tension présente sur le curseur est lue directement par le convertisseur A / N du micro à travers les entrées dédiées du Port A. En ce qui concerne la section transmission, les flux séries produits au format TTL par la broche RC6 sont convertis par U2, (MAX485) lequel engendre le signal différentiel caractérisant le standard DMX et l’achemine sur les broches du connecteur de sortie DMX OUT.
Mais il est temps de vous reporter à la figure 5 pour comprendre le fonctionnement de ce contrôleur en détail, en vous référant aux messages visualisés sur l’afficheur à la mise sous tension de l’appareil.

Figure 1 : Schéma électrique du mélangeur DMX pour régie lumière.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du mélangeur DMX pour régie lumière.

Figure 2b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du mélangeur DMX pour régie lumière, côté soudures.

Figure 2b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du mélangeur DMX pour régie lumière, côté composants.

Figure 3a : Photo d’un des prototypes de la platine du mélangeur DMX pour régie lumière, côté composants.

Figure 3b : Photo d’un des prototypes de la platine du mélangeur DMX pour régie lumière, côté soudures où sont montés les potentiomètres à glissière, les poussoirs ronds et l’afficheur à sept segments (ceux-ci sont donc fixés au circuit imprimé et non à la face avant).

Liste des composants
R1 .... 10 kΩ potentiomètre à glissière
[…]
R8 .... 10 kΩ potentiomètre à glissière
R9 .... 4,7 kΩ
R10 ... 470 Ω
[…]
R17 ... 470 Ω
R18 ... 4,7 kΩ
R19 ... 1,5 kΩ
C1 .... 100 nF multicouche
C2 .... 220 μF 50 V électrolytique
C3 .... 100 nF multicouche
C4 .... 220 μF 50 V électrolytique
C5 .... 10 pF céramique
C6 .... 10 pF céramique
C7 .... 100 nF multicouche
C8 .... 100 μF 25 V électrolytique
D1 .... 1N4007
U1 .... PIC16F877-EF573
U2 .... MAX485
U3 .... 7805
Q1 .... quartz 20 MHz
DS1 ... afficheur à sept segments à cathode commune
P1 .... poussoir rond normalement ouvert pour ci
[…]
P9 .... poussoir rond normalement ouvert pour ci

Divers :
1 prise d’alimentation
1 support 2 x 4
1 support 2 x 20
1 boulon 8 mm 3 MA
4 entretoises hexagonales h = 18 mm
1 barrette mâle verticale 3 pôles
1 connecteur XLR 3 pôles femelle


Le programme résident
Comme à l’accoutumée, vous en trouverez le “listing” en Basic sur le site de la revue. Quand le circuit est mis sous tension, le programme configure tout d’abord le port série pour une vitesse de 250 kbits/s au format 9,N,1 : ce format ne correspond pas au protocole DMX (qui stipule 8,N,2) mais, comme l’UART interne du PIC ne gère pas les deux bits de “stop”, nous avons contourné l’obstacle en prévoyant un mot de 9 bits dans lequel les 8 premiers bits correspondent à la donnée et le neuvième bit (LSB) fait office de bit de “stop”.
Après la configuration du port série c’est au tour du convertisseur A / N avec une résolution de 8 bits et un échantillonnage toutes les 50 ms.
L’initialisation du programme se termine avec la configuration des E / S des Ports B, C et D.
Après la routine de visualisation des quatre chiffres indiquant l’adresse de départ paramétrée et la fonction mémorisée, nous arrivons au programme principal (“main program”) : le micro se met alors à lire (à travers les trois premières lignes) le canal de départ à attribuer au potentiomètre à glissière R1. On l’a vu, ce nombre se décompose en unités, dizaines, centaine et réside dans les trois adresses de mémoire de l’EEPROM (0, 1, 2) du micro. Il est ensuite recomposé dans la variable NDMX (ligne 7). La quatrième ligne de “READ” définit la variable “FUNZIONE” (laquelle détermine le mode opératoire) visualisée sur l’afficheur au moyen des deux lignes suivantes : la première ligne copie la valeur de la variable dans le pointeur “CIFRA” et la seconde ligne écrit cette valeur sur l’afficheur à travers la routine “DISPLAY” pilotant l’allumage des segments. Le programme lit alors la tension des curseurs des potentiomètres à glissière reliés aux entrées analogiques et la convertit en un mot à huit bits attribué aux variables CH1 à CH8. La ligne “SELECT CASE FUNZIONE” appelle la routine déterminant la séquence lumineuse des huit canaux et le mode opératoire des touches situées au dessus des potentiomètres à glissière du contrôleur.
Et nous en arrivons maintenant à la partie du programme dédiée à la routine de transmission série prévoyant (selon le protocole DMX) l’envoi de l’impulsion de ”break” qui met au 0 logique la sortie RC6 pour au moins 88 μs.
Pour cela la première ligne RCSTA.7=0 éteint l’UART du micro et les deux lignes suivantes mettent à la masse la ligne RC6 pour 128 μs, un temps supérieur au standard prévu mais qui nous garantit le maximum de sécurité.
Activons maintenant à nouveau le port série du micro afin d’envoyer l’impulsion de MAB (“Mark After Break”) : la ligne RC6 reste à l’état logique haut pour une durée formée, d’une part par la pause de 14 μs (PAUSEUS 14) et d’autre part par la latence de la commande “FOR” qui suit et qui achemine les trames de commande des canaux.
La quantité de trames envoyés dépend de l’adresse de départ visualisée à la mise sous tension. En effet, la donnée série qui en découle se compose d’une séquence de trames de valeur “0” (HSEROUT [0]) suivies des huit données correspondant aux huit canaux commandés par le contrôleur (regroupés dans un “array” ou tableau) :

HSEROUT [CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH8].

Si, par exemple, le canal de départ est 100, les trames envoyés sont 100 (soit 99 trames contenant “0” et une trames contenant les 8 données de la valeur des 8 canaux respectifs présents sur le contrôleur).
Le programme principal se poursuit avec la gestion de la touche de programmation P9 : on le voit, une fois cette touche pressée, TMP (qui mémorise le temps total de pression de la touche) est continûment augmenté.
Si la touche est pressée pour un temps inférieur à deux secondes environ (TMP<200), le programme continue avec la visualisation de la lettre “F” sur l’afficheur (CIFRA=15) laquelle correspond au mode de sélection du mode de fonctionnement que l’on active par la routine “SELFUNZIONE”.
Si inversement la touche de programmation est pressée pour un temps supérieur à deux secondes environ (TMP>200) la lettre “P” est visualisée à travers la routine “DISPLAY” et après une pause de 500 ms la lettre “c” est visualisée, suivie d’une autre pause de 200 ms avant la visualisation du premier canal “001” (centaine, dizaines, unités). Sur les lignes suivantes se trouve la mise à zéro de la variable TMP et le lancement de la routine (PROGDMX) permettant de paramétrer un nouveau bloc d’adresses pour les canaux de notre mélangeur.

Figure 4 : Le montage dans le boîtier.

Pour réaliser notre mélangeur lumières, nous avons préparé un circuit imprimé étudié pour pouvoir prendre place dans un boîtier plastique Teko mod. P363. Une fois inséré, la platine doit être fixée à la face avant en aluminium avec les entretoises hexagonales (on aura au préalable pratiqué dans cette face avant les huit fentes pour le passage des potentiomètres à glissières, les neuf trous pour celui des poussoirs ronds et l’évidement rectangulaire pour l’afficheur). Afin de faciliter ce travail, nous avons préparé un gabarit, dont le dessin à l’échelle 1 est imprimable sur le site de la revue : il vous permet, une fois plaqué sur le panneau, de percer au bon endroit et d’être ensuite assuré que les évidements correspondront à l’emplacement exact des composants de commande et de visualisation sur la platine.
Le boîtier plastique lui-même est à percer sur le côté pour le passage de la prise d’alimentation (A) et du connecteur XLR à 3 pôles.
Une fois cette dernière fixée, elle doit être reliée, au moyen de trois fils, à la barrette à trois broche (B) présente sur la platine.

Figure 5 : Le paramétrage et le fonctionnement.

Quand on alimente le circuit, l’afficheur visualise une séquence de trois numéros constituant l’adresse DMX donnée au premier canal (l’adresse des sept autres est immédiatement la suivante). L’afficheur se place ensuite sur un quatrième symbole indiquant le mode opératoire du contrôleur. L’appareil prévoit en effet divers modes de fonctionnement dans lesquels les canaux sont allumés ou éteints selon des séquences préprogrammées. Les potentiomètres contrôlent à chaque instant l’intensité lumineuse des canaux et, si on presse un des poussoirs situés en haut en face des glissières, on obtient des effets différents selon le mode choisi.
La programmation des fonctions est fort simple : il suffit de presser brièvement F9 (l’afficheur visualise un F), puis un des poussoirs P1 à P8. L’afficheur visualise alors un chiffre correspondant au mode choisi, ce numéro étant mémorisé et conservé jusqu’au paramétrage suivant. Dans le premier mode (1), quand on presse P1 à P8, le canal correspondant prend le maximum de luminosité ; en mode (2), si l’on presse P1 à P8, le canal correspondant aura une luminosité nulle ; du mode (3) aux modes supérieurs, les séquences concernant les huit canaux tous ensemble (et non plus canal par canal) sont appelées : il est alors possible de faire varier la vitesse d’exécution de la séquence en pressant P1 (vitesse minimale) à P8 (vitesse maximale). Le mode (3) met à la luminosité maximale (toujours en partant de la luminosité déterminée par le potentiomètre) les canaux exécutant la séquence de droite à gauche. Le mode (4) est identique sauf que l’allumage des projecteurs se fait de gauche à droite. Les modes (5) et (6) sont encore identiques aux précédents sauf que, au lieu d’effectuer la séquence mettant la luminosité au maximum, les projecteurs sont éteints l’un après l’autre. Le mode (7) met à la luminosité maximale les huit canaux en sens alterné, soit d’abord vers la droite puis vers la gauche. Avec le dernier mode (8) les huit sorties sont activées de manière aléatoire. Le numéro correspondant au mode de fonctionnement est toujours mémorisé dans l’EEPROM du PIC afin d’être réclamée à chaque mise sous tension.
La procédure de paramétrage de l’adresse des canaux est fort simple. Pour notre contrôleur, nous devons choisir un bloc de huit adresses consécutives : on choisit en fait les premières adresses (celles données au canal 1) et les suivantes s’obtiennent automatiquement. Nous pouvons choisir de faire partir notre bloc d’une quelconque adresse, mais seules les adresses de 0 à 505 peuvent être choisies. Pour paramétrer l’adresse du premier canal il est nécessaire de presser et maintenir P9 jusqu’à la visualisation de la lettre P suivie d’un c et d’un 0 : ce chiffre correspond au nombre le plus significatif de l’adresse (centaine d’unités). Par exemple, si nous voulons paramétrer l’adresse 245, nous devons (en agissant sur P1 et P2), faire apparaître le nombre 2 ; en pressant à nouveau P9, la valeur est mémorisée et l’afficheur visualise d puis 0, ce qui signifie que nous pouvons maintenant paramétrer le chiffre indiquant les dizaines d’unités (4, dans notre exemple). C’est ensuite au tour des unités (l’afficheur visualise u). L’adresse ainsi paramétrée est donnée au canal 1 auquel correspond le potentiomètre R1 : aux potentiomètres R2 à R8 sont données les adresses qui suivent immédiatement (par exemple 246, 247, 248, etc.).

Figure 6 : Les commandes et la signalisation.

1) Poussoir 1
2) Poussoir 2
3) Poussoir 3
4) Poussoir 4
5) Poussoir 5
6) Poussoir 6
7) Poussoir 7
8) Poussoir 8
9) Poussoir de programmation
10) Afficheur de signalisation
11) Contrôle 8° canal
12) Contrôle 7° canal
13) Contrôle 6° canal
14) Contrôle 5° canal
15) Contrôle 4° canal
16) Contrôle 3° canal
17) Contrôle 2° canal
18) Contrôle 1° canal

La réalisation pratique
La réalisation pratique de ce mélangeur pour régie lumières n’est vraiment pas difficile ! Surtout une fois que vous êtes en possession du circuit imprimé double face à trous métallisés dont la figure 2b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1.
Quand vous avez devant vous ce grand circuit imprimé, montez d’abord les quelques composants de la face “composants” (sur la figure 2a les composants dessinés en traits continus, voir aussi figure 3a) puis celui du côté cuivre (sur la figure 2a les potentiomètres à glissière, les poussoirs ronds et l’afficheur à sept segments dessinés en pointillés, voir aussi figure 3b) en prêtant bien attention à la polarité des semiconducteurs et des électrolytiques.
Attention, l’afficheur devra affleurer à la surface de la face avant en aluminium, alors attendez avant de le souder.
Prenez le boîtier Teko P363 et préparez-le, puis montez les organes de commande, de visualisation et de sortie, comme le montre la figure 4.
Les essais Reliez l’alimentation : le circuit s’alimente avec une tension de 9 à 12 Vcc (500 mA), par exemple avec un bloc secteur 230 V. Vérifiez le fonctionnement de l’appareil en vous procurant un variateur de puissance standard DMX ou mieux un variateur multicanal comme le ET576.

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