Un circuit idéal pour piloter deux servomoteurs

Dans le commerce, nous n’avons pas trouvé de circuit capable de contrôler les petits moteurs utilisés par les modélistes, nous avons donc décidé de le réaliser nous-mêmes ! C’est le résultat de ce projet que nous vous proposons dans ces lignes. Mais comme “qui peut le moins peut le plus” (ou l’inverse ?) notre montage permet de piloter non pas un, mais deux servomoteurs simultanément. Ce circuit peut également être utilisé pour d’autres applications comme, entre autres, mouvoir de petites caméras, animer de petits robots, etc.


De nombreux passionnés d’aéromodélisme nous réclamaient depuis longtemps la publication d’un article décrivant un circuit en mesure de piloter un servomoteur. arguant que cet accessoire, qui n’existe pas ou peu dans le commerce, leur serait très utile.
Au départ, ce projet semblait assez spécifique et nous nous demandions si son intérêt était assez général pour être publié dans la revue. Comme souvent, quand nous nous trouvons dans une telle situation, nous avons soumis la maquette à un certain nombre de personnes pour savoir quelle utilisation elles pourraient en faire.
Certaines nous ont répondu qu’ils pourraient utiliser ce circuit pour mouvoir une mini-caméra CCD de manière à lui faire explorer une zone de 90°. D’autres ont suggéré l’utilisationde ce montage pour commander l’ouverture et la fermeture de la petite porte de la mangeoire de leur aquarium ou de la volière et quelques autres encore, pour construire de petits robots.
Comme ce circuit de pilotage de deux servomoteurs est très simple (un circuit intégré, deux transistors et quelques composants périphériques) et comme les idées d’utilisation sont nombreuses nous vous proposons de le découvrir dans les lignes qui suivent.

Le schéma électrique
Avant de commencer la description proprement dite du schéma électrique de ce montage, précisons que du corps des petits servomoteurs que nous avons utilisé, sort un câble plat à trois conducteurs.
Le fil de couleur noire est la masse, celui de couleur rouge est le positif de l’alimentation 5 volts stabilisés et celui de couleur blanche est celui sur lequel est appliqué un signal carré d’environ 60-70 Hz avec un rapport cyclique variable.
Si ce signal carré demeure au niveau logique “1” durant un temps de 1,8 milliseconde, le palonnier à trois branches du servomoteur se positionne au centre, si ce niveau se rétrécit, le palonnier se meut dans le sens horaire, par contre si le signal s’élargit, le palonnier se meut dans le sens antihoraire (voir figure 1).
Pour obtenir un signal carré avec un rapport cyclique variable, nous avons utilisé un circuit intégré XR558, contenant 4 multivibrateurs monostable.
Les deux multivibrateurs monostable référencés IC1/A et IC1/B permettent d’obtenir un signal carré d’une fréquence de 60-70 Hz et un rapport cyclique de 50 %.
Le signal carré issu de la broche 1 de IC1/A est appliqué à travers le condensateur C2, sur la broche 6 du multivibrateur référencé IC1/C.
Tant que sur cette broche nous avons le niveau logique “1” du signal carré, les deux broches 7 et 8 sont reliées, en interne, à la masse et, de ce fait, elles se trouvent au niveau logique “0”.
Dès que le signal carré, qui arrive sur la broche 6, passe du niveau logique “1” au niveau logique “0”, les broches 7 et 8 sont déconnectées de la masse.
Dans cette condition, sur la broche 8 nous trouvons une tension positive de 5 volts fournie par la résistance R9.
De plus, la broche 7, en déconnectant le condensateur C5 de la masse, permet à ce dernier de se charger avec le courant constant fourni par le transistor TR1.
Lorsque ce condensateur atteint sa charge maximale, le monostable met automatiquement en court-circuit à la masse les deux broches 7 et 8. Ainsi, sur le fil blanc du servomoteur, arrive un signal carré avec un rapport cyclique égal au temps de charge et de décharge du condensateur C5.
Pour élargir ou rétrécir le rapport cyclique issu de la broche 8 du IC1/C, il suffit de tourner le potentiomètre R6, situé sur l’émetteur du transistor TR1.
En tournant ce potentiomètre à mi-course, la broche 8 de IC1/C génère un signal carré qui demeure au niveau logique “1” durant un temps de 1,8 milliseconde, ainsi, le palonnier du servomoteur se positionne à mi-course (voir figure 1).
En tournant le potentiomètre de manière à utiliser toute sa résistance, la broche 8 d’IC1/C génère un signal carré qui demeure au niveau logique “1” durant un temps de 0,6 milliseconde.
Ainsi, le palonnier du servomoteur tourne complètement dans le sens horaire (voir figure 1).
En tournant le potentiomètre de manière à court-circuiter toute sa résistance, la broche 8 d’IC1/C génère un signal carré qui demeure au niveau logique “1” durant un temps de 3 millisecondes. Dans ce cas, le palonnier du servomoteur tourne complètement dans le sens antihoraire (voir figure 1).
Comme nous avons réalisé ce montage pour piloter séparément deux moteurs, les monostables IC1/A et IC1/C ainsi que le transistor TR1 servent à piloter le servomoteur numéro 1. Par contre, les monostables IC1/B et IC1/D ainsi que le transistor TR2 sont utilisés pour piloter le servomoteur numéro 2.
Comme vous pouvez le constater en observant la figure 6, sur laquelle est représenté le schéma d’implantation des composants de ce circuit de pilotage, le montage ne présente aucune difficulté.
Le montage est alimenté avec une tension stabilisée de 5 volts et, si vous ne possédez pas une alimentation en mesure de vous fournir cette tension, nous vous conseillons de réaliser l’alimentation LX1335.
Vous trouverez son schéma électrique sur la figure 7 et son schéma d’implantation des composants sur la figure 8.
Lorsque vous connectez la sortie de cette alimentation à notre circuit de pilotage, veillez à ne pas inverser les deux fils + et – afin de ne pas détruire le circuit intégré.

Figure 1: Lorsque le rapport cyclique du signal carré qui alimente les servomoteurs demeure au niveau logique “1” pour une durée de 3 millisecondes, le palonnier se déplace complètement vers la gauche. Si, par contre, la durée est de seulement 0,6 milliseconde, le palonnier se déplace complètement sur la droite.

Figure 2: Photo du prototype, avec deux servomoteurs connectés mais sans les potentiomètres de commande.

Figure 3: Schéma électrique du circuit de pilotage de deux servomoteurs. Comme vous pouvez voir sur la figure 5, les circuits intégrés IC1/A, B, C et D sont tous quatre contenus à l’intérieur du XR558. Pour alimenter ce circuit, une tension stabilisée de 5 volts est nécessaire. Vous pouvez, pour cela, réaliser l’alimentation dont le schéma est donné dans la figure 7.

Figure 4 : Photo du circuit entièrement équipé de ses composants, à l’exclusion des deux potentiomètres R6 et R11 et des deux servomoteurs.

Figure 5 : Brochages du circuit intégré XR558 vu de dessus et avec son repère de positionnement tourné vers la gauche. Brochage des transistors BC327 ou BC328 vu de dessous.

Figure 6a : Schéma d’implantation des composants.
Les deux potentiomètres servent pour faire varier le rapport cyclique du signal carré d’un maximum de 3 millisecondes, jusqu’à un minimum de 0,6 milliseconde.


Figure 6b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du circuit de commande pour deux servomoteurs, vu côté soudures.

Figure 6c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du circuit de commande pour deux servomoteurs, vu côté composants.

Liste des composants du circuit de commande
R1 = 82 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 82 kΩ
R4 = 4,7 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 22 kΩ pot. lin.
R7 = 6,8 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 10 kΩ
R11 = 22 kΩ pot. lin.
R12 = 6,8 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 4,7 kΩ
R15 = 10 Ω
C1 = 100 nF polyester
C2 = 10 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 10 nF polyester
C5 = 22 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 22 nF polyester
C9 = 100 μF électrolytique
DS1-DS6 = Diodes 1N4150
TR1-TR2 = PNP BC327 ou BC328
IC1 = Intégré XR558

Figure 7 : Pour alimenter le circuit de commande pour deux servomoteurs, il convient d’utiliser une tension de 5 volts stabilisés, que vous pouvez prélever de cette alimentation.

Figure 8a : Schéma d’implantation des composants de l’alimentation et brochages du régulateur μA 7805.

Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’alimentation 5 volts.

Liste des composants de l’alimentation
C1 = 1 000 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 470 μF électrolytique
RS1 = Pont redresseur 100 V 1 A
IC1 = Intégré μA 7805
T1 = Transfo. 5 W (T005.01) sec. 8 V 0,5 A
S1 = Interrupteur


La réalisation pratique
Une fois en possession de tous les composants et du circuit imprimé double face à trous métallisés (ou que vous aurez “métallisé” en soudant des “vias” de chaque côté du circuit que vous aurez gravé vous-même), vous pouvez commencer le montage en insérant le support pour le circuit intégré XR558. Veillez à le monter dans le bon sens selon la figure 6.
Après avoir soudé toutes les broches, vous pouvez monter toutes les résistances puis les 6 diodes au silicium (DS1 à DS6), en orientant leur bague comme cela est clairement indiqué sur la figure 6.
Poursuivons le montage par la mise en place de tous les condensateurs polyesters et de l’unique condensateur électrolytique, en prenant bien soin de placer sa patte la plus longue (positif) dans le trou marqué “+”. Près de ce condensateur électrolytique, montez les deux transistors TR1 et TR2, en orientant vers le haut la partie plate de leur boîtier.
A ce point, vous devez insérer sur le côté gauche, les picots permettant de relier la tension d’alimentation de 5 volts et pour fixer les pattes des deux potentiomètres.
Sur le côté droit du circuit imprimé, insérez les deux petits connecteurs mâles à trois broches, qui seront utilisés pour brancher les prises femelles des servomoteurs.
Pour terminer le montage, vous devez mettre en place dans son support, le circuit intégré XR558, en orientant son repère-détrompeur en forme de U vers le condensateur électrolytique.
Pour tester l’appareil, il suffit d’insérer dans le connecteur mâle à trois broches, la prise femelle du servomoteur, en prenant soins de placer le fil noir vers le point marqué “masse” et ensuite d’appliquer une alimentation stabilisée de 5 volts sur les deux fils prévus à cet effet.
Si vous manoeuvrez un des deux potentiomètres, le palonnier du servomoteur tournera de la droite vers la gauche ou viceversa.
Comme cet appareil sert également à tester des servomoteurs, nous n’avons pas prévu de coffret mais personne ne vous empêche, en fonction de l’application dans lequel il sera utilisé, de l’insérer dans un boîtier.

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