Vers un système à base de joystick et moteur pour un commande de treuil

J'ai envie pour le plaisir de mettre au point un système de treuils et joystick.
Il est possible de faire cela dans son coin, mais l'intérêt de le faire en "open source" c'est à dire en mettant tout à disposition, ses réussites mais surtout ses erreurs on peut faire avancer les choses avec des idées, des solutions des autres.

Quel point de départ ?

Un ami m'a donné un moteur et son boitier de commande :

Joli cadeau, merci Patrick !
Ne pas être affoler par les prix, l'ensemble est surdimensionné et on trouve des ensembles chinois bien moins chers qui feront l'affaire.

Le contrôleur est marqué 6S cela indique qu'il est pour une batterie de 6 éléments lipo en série soit environ 22V.

Il y a trois fils sortant du moteur qui se branche sur le contrôleur et sur le contrôleur on a 2 fils pour le branchement sur la batterie et 3 fils pour le récepteur de radiocommande. Pour l'instant je vais utiliser un testeur de servo https://fr.aliexpress.com/item/1005006000394051.html

Je pense que l'ensemble est très au dessus des exigences  d'un treuil de voiles pour MiniJI mais qui peut le plus, peut le moins et il a l'avantage d'exister sans dépense.
La source de courant sera assurée par des éléments d'accumulateurs li-ion de récupération.

Premier travail : faire un support pour le moteur, afin de pouvoir commencer les essais.

Rendez-vous quand je pourrais vous donner des résultats, en attendant vous pouvez donner des idées, et/ou raconter vos expériences.

Support en PLA fait, reçu les différentes vis de fixation j'ai pu vérifié que le montage fonctionne avec un testeur de servo.


Le moteur et le contrôleur (objet bleu) sont totalement insensibles à l'eau et en mer un rinçage à l'eau douce en fin de navigation est juste à faire.

Avec une batterie 3S en li-ion de récup on a déjà un bon couple... Quand on sait que l'on peut monter en 6S cela doit dépoter.. Je pense qu'il ne faudra pas alimenter autant car la consommation va exploser...

Reste à récupérer un coupleur d'arbre, une boîte de réduction, je pense à une réduction de 1/80 avec https://fr.aliexpress.com/item/1005006424291064.html mais y a bien des choses à faire avant.

Parlons programmation : pour commander le moteur il fut un signal du même type que le testeur de servo mais traité avec une commande de joystick c'est plus simple ainsi de commander avec un seul manche les voiles et la barre et qui aura un capteur de course du treuil afin de gérer les fins de course voire la position exacte de la poulie du treuil.

Pour juste une commande de marche avant et arrière avec variation de la vitesse en fonction de la position du manche, les fins de courses peuvent être de simples interrupteurs mais si on veut connaître la position angulaire de la poulie il va falloir un capteur analogique, j'ai l'habitude pour des raisons d'étanchéité facile à réaliser d'utiliser un AS5600, la partie mobile est un aimant et le capteur étant fixe, noyé dans l'époxy il ne craint pas l'eau.

Je vais commencer avec https://fr.aliexpress.com/item/1005006342963975.html

Il voyage entre la Chine et la France... Il faudra voir aussi comment rendre la chose totalement étanche.

Pour le cerveau je vais utiliser un microcontrôleur que je connais bien et qui est peu coûteux, pas mal de mémoire, rapide, avec une possibilité de Wifi, de Bluetooth (je n'aime pas).  Bien mieux que le vieil arduino nano des anciens temps : https://fr.aliexpress.com/item/1005004438665554.html

Le livreur est passé... Vite le manche est ouvert.


4 vis plus tard on peut voir l'intérieur, pas très difficile de retirer le potentiomètre pour le remplacer par un axe qui recevra l'aimant de diamètre 5mm. En face de l'aimant un AS5600 qui lui sera noyé dans l'époxy, seuls 4 fils on besoin de sortir pour aller vers le microcontrôleur.

L'autre côté du circuit est parfaitement plan.

Tenter d'utiliser le manche tel qu'il est : positionné dans une boîte étanche je dirais étanche à la poussière, au ruissellement de l'eau mais pas à la baignade ou alors avec du rubson autour du manche à l'intérieur et autour de la partie extérieure du soufflet.

J'ai également reçu mes prises pour adapter un petit moteur brushless bien moins gourmand en intensité mais qui se commande de la même façon qu'un gros.
Cela permettra à la batterie de test d'être plus petite et de se décharger moins vite.


C'est un "outrunner", le rotor est à l'extérieur et donc un petit bout de PLA imprimé en 3D pour éviter qu'il n'entraîne les fils qui ne manqueront pas d'être au voisinage.
Devant une bague d'accouplement pour le charger un peu.

Un peu de soudure et je vais pouvoir passer au codage sur l'ESP32S2.
Si vous voulez suivre même sans matériel un tutoriel parmi d'autres : https://www.upesy.fr/blogs/tutorials/install-esp32-on-arduino-ide-complete-guide
Personnellement j'utilise la version 1.8.19 de l'IDE car c'est une version "portable", elle tient sur une clé UB et on peut ainsi ne pas encombrer le disque de son ordinateur.

Quelques infos...
Transformer un joystick de radiocommande demande pas mal d'efforts, je lorgnais depuis un moment du côté des manettes de console et de leur joli joystick actionnable avec le pouce. Connaître comment ils fonctionnent et où en trouver, commander la pièce, la recevoir prend du temps. Après il faut tester, savoir si on peut rendre étanche, c'est fait depuis ce matin.

Les joysticks possèdent deux potentiomètres actionnés par le manche, : piste de graphite avec curseur mécanique faisant contact... Usure, mécontentement des gamers, marché important, on produit une pièce avec capteur à effet Hall. Même mécanique, un tout petit circuit dans un bout de plastique, à la place du curseur une autre pièce de plastique avec un aimant.

Sous la main un vieil ESP8266, un bout de code banal et on lance.

Code:


const int analogInPin = A0;          // sur un esp8266 c'est la seule broche capable de mesurer une tension variable
int sensorValue = 0;                    // Variabl pour stocker la mesure

void setup() {
  Serial.begin(115200);}             // pour affichage  

void loop() {
  sensorValue = analogRead(analogInPin);
  Serial.println(sensorValue);
  delay(20);   }                         // attendre un peu avant de refaire la mesure 20 millisecondes
  

Compilation, téléchargement dans le microcontrôleur
Manche au centre une valeur qui oscille entre 537 et 538 : parfait et en fin de course du manche 18 et 1024. Parfait aussi.
En manœuvrant pas très régulièrement le manche on a  

Dans le réel :
- sur le composant jaune broche de gauche branchée sur l'ESP8266 en GND, celle du milieu sur A0  et à droite sur le 3,3V. Avec le composant noir inverser gauche et droite.
- Déclipser le composant sans effort et une goutte de cyanolite de chaque côté du capteur et un peu de colle chaude sur les soudures afin de pouvoir refaire les soudures.
- remontage, un verre avec de l'eau salée (conditions en mer).

Aucune différence avec l'expérience à sec.
Le reste semble être du plastique ou de l'inox donc on a résolu le problème du manche de commande voile et barre.
Y a plus qu'à faire le montage.

Et les moteurs ?

J'ai regardé en Bricotruc les perceuses deviseuses qui refusent de tourner quand on exerce une force de rotation sur le mandrin : bas de gamme c'est pas conforme, et celles qui font l'affaire commencent vers 80 euros.
Pourquoi elles sont irréversibles:
En bas la bague dans laquelle les billes se logent ; plus on serre et plus elles auront du mal à sortir des creux, c'est le débrayage quand l'effort devient trop grand.
Et pour l'irréversibilité on aperçoit 6 petits cylindres séparés par des espaces, les espaces sont le logement de la sortie de la boîte de réduction.
Quand le moteur tourne, les cylindres sont entraînés vers les trois bossages, il y a entraînement.
Si on essaie de tourner à la main, les bossages vont entraîner les billes dans l'autre sens, or la pièce centrale, solidaire de l'axe est constituée de 3 petites cames, les cylindres se bloquent entre la cage externe et l''axe du mandrin.

Hubert m'a indiqué que Lidl en vendait une qui allait bien, mais je ne l'ai pas encore trouvé en rayon.
https://www.lidl.fr/p/parkside-perceuse-visseuse-sans-fil-20-v-pabs-20-li-g8-20-v/p100365273?gclid=Cj0KCQiAwvKtBhDrARIsAJj-kTj8OzeaJXGbRsdPpNOYpfA_jfzmJuTrFfhCuqBVsLX5jfnwclpNbiwaAviMEALw_wcB : 30 euros sans la batterie, 1500 tours/min, 45 Nm c'est bien mais 20 V cela veut dire une batterie 6S (6 éléments en série).
Soit on fait de la récup dans les bacs soit on achète.
Mon seul fournisseur de confiance : https://www.nkon.nl/fr/rechargeable/li-ion/18650-size.html
Après il y a le chinois...

Je vais commander https://fr.aliexpress.com/item/1005006340742046.html, le vendeur m'a assuré que c'était un modèle qui avait la qualité d'irréversibilité, cela ressemble beaucoup à ma boîte de réduction Hilti et même si c'est faux je n'engage pas une grosse somme ;-)
Mais plus tard car en Chine les vacances commencent pour tout le pays.
Il est vraisemblable que le pignon moteur sera absent.
12 ou 14 dents M1, ce sera https://fr.aliexpress.com/item/1005004678368899.html
Pour ajouter un moteur https://fr.aliexpress.com/item/1005004921793072.html mais j'en doute car j'essaierai d'y ajouter un brushless.
Pour ceux qui sont plus riches j'ai vu que des perceuses sans fils à moteur brushless commencent à se vendre https://fr.aliexpress.com/item/4000594168666.html

Pour la barre de miniji j'ai déjà un moteur de lève glace de Renault Scenic mais un https://fr.aliexpress.com/item/1005003782451841.html vous coutera moins cher neuf livré qu'un moteur d'occasion acheté en casse automobile française.

Quelques heures après voila les deux coquilles de la manette.
Il manque encore toute la partie intérieure mais le plus dur (pour moi) est fait.

Dessiné avec FreeCAD modeleur 3D accesssible librement à tous, et pour tous les types d'OS : Windows, MacOS et linux : https://www.freecad.org/index.php?lang=fr

Et pour apprendre il suffit d'aller sur Youtube et de suivre les vidéos.

Un joystick de PS4 dans le dessus et sur le plat de côté deux boutons poussoirs pour compléter. En attendant de les recevoir : https://fr.aliexpress.com/item/1005006142401234.html

Vous vous demandez peut-être où seront les fils ?  Pas de fils : le microcontrôleur peut communiquer avec ses petits frères bien plus loin que l'environnement d'une coque de MiniJI. Donc dans la manette il va y avoir le joystick, deux boutons poussoirs, la platine du microcontrôleur, un élément de batterie li-ion, une protection contre sa décharge trop profonde, un petit système permettant de le recharger sans prise ni fil, comme les smartphones que l'on pose sur le chargeur et des fils.

C'et sûr, une entreprise mettrait tout sur le même circuit imprimé mais si c'est super pour produire des milliers d'exemplaires, cela reviendrait bien trop cher et demanderait une automatisation du montage de tous les composants car certains sont très petits alors que ici il suffira de souder quelques fils.

Je viens de passer chez Lidl
Il y avait 2 sortes de perceuses visseuses en vente
- le modèle sans batterie à 29.99 euros et j'ai vérifié il est bien équipé du dispositif anti réversibilité.
- le modèle à plus de 50 euros avec aussi le système mais avec un moteur brushless, ainsi que le chargeur et l'accu li-ion. Pour un équipement de départ c'est peut-être une bonne solution, encore faut-il qu'on puisse l'adapter à un usage de treuil de voile. Il y aurait au moins un assemblage moteur, réducteur, sécurité de couple maxi sans modification majeure.

Il va maintenant entrer dans la programmation de la manette.
Comme celle-ci sera complètement étanche aucun fil ne doit être connecté.
Elle va intégrer un accumulateur : un élément li-ion, son dispositif de protection contre la décharge complète, un dispositif pour la régulation de la recharge et un autre pour la recharge sans fil.

Chacun de ces dispositifs est disponible j'y reviendrais plus tard quand les essais seront vérifiés.
Travailler avec un esp32-S2
J’ai choisi de travailler avec ce circuit pour de multiples raisons :
pas cher,
très petit,
beaucoup de mémoire programme, de la mémoire dispo pour des fichiers (par exemple des fichiers pour le serveur web), de la PSRAM,
horloge très rapide,
possibilité de travailler avec l’IDE arduino mais aussi d’autres IDE,
tout ce qui a été développé sur esp32 est utilisable,
les communications par wifi sont cryptées ce qui n’est pas le cas sur ESP32,
https://fr.aliexpress.com/item/1005004438665554.html.



Attention certains circuits ont la sérigraphie 14 et 15 inversée.
Dans arduino IDE, choisir le circuit parmi le menu  » Outils »  » esp32″. Puis changer les valeurs encadrées en rouge.



Dans l’éditeur sélectionner le tout, effacer, puis copier-coller le programme ci-dessous.

Code:

/* Février 2024
  * Utiliser avec un esp32-S2
  Blink
  Turns an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
  Most Arduinos have an on-board LED you can control. On the UNO, MEGA and ZERO
  it is attached to digital pin 13, on MKR1000 on pin 6. LED_BUILTIN is set to
  the correct LED pin independent of which board is used.
  If you want to know what pin the on-board LED is connected to on your Arduino
  model, check the Technical Specs of your board at:
  https://www.arduino.cc/en/Main/Products
  modified 8 May 2014
  by Scott Fitzgerald
  modified 2 Sep 2016
  by Arturo Guadalupi
  modified 8 Sep 2016
  by Colby Newman
  This example code is in the public domain.
  https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples/Blink
*/
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  delay(3000);
                     // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(15, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Début");
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(15, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                       // wait for a second
  digitalWrite(15, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(100);
  digitalWrite(15, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(100);                       // wait for a second
  digitalWrite(15, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(100);       digitalWrite(15, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(100);                       // wait for a second
  digitalWrite(15, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(100);
  Serial.println("test");                    // wait for a second
}

Si vous n'avez jamais programmé des microcontrôleurs avec Arduino IDE allez faire un tour sur le web, il existe plein de tutoriels comme par exemple https://zestedesavoir.com/tutoriels/686/arduino-premiers-pas-en-informatique-embarquee/742_decouverte-de-larduino/3416_le-logiciel/

Ensuite après avoir pris en main le logiciel il vous faut installer le logiciel dans l'ESP32S2 qui va permettre ensuite de faire tout sans un fil.

https://zestedesavoir.com/tutoriels/686/arduino-premiers-pas-en-informatique-embarquee/742_decouverte-de-larduino/3416_le-logiciel/

Un truc a savoir : l'ESP32S2 génère lui-même la liaison série quand on le branche ou qu'on le redémarre (reset) il travaille très vite alors que votre ordinateur doit d'abord le reconnaître, charger les drivers et ensuite s'occuper de ce que le microcontrôleur envoie sur le port série ; il faut lui demander d'attendre un peu de son côté. C'est la raison de la première ligne après la fonction setup.

Code:

void setup() {
  delay(3000);

Après la ligne  Serial.begin(115200);  insérez en général Serial.println(__FILE__);
Ainsi au démarrage la console série vous indiquera quelle est la version du logiciel installée.

Grâce à https://www.aranacorp.com/fr/creer-un-reseau-desp32-avec-esp-now/ mes deux esp32S2 communiquent parfaitement dans les deux sens, un troisième est en réserve.

J'ai avancé avec la réception du moteur de lève glace automobile : https://fr.aliexpress.com/item/1005005373833882.html, pas cher il est étanche juste pour une portière de voiture donc pas assez pour une immersion mais au vu du prix on est dans du consommable.
Essai avec un montage de pièces imprimées en 3D : 100 tr en 75 secondes sous une batterie 3S (3 accus li-ion de chacun 3.7V). Avec un 4S on peut augmenter la rapidité mais pour une motorisation de barre ou un trimmer de voiles est-ce utile ?
Je prévois que l'écoute de GV et celle de foc seront sur le même treuil mais  la GV ou le foc passe par un treuil semblable à celui de la barre pour reprendre ou pas indépendamment l'une des écoutes. Personnellement je le ferais sur la GV pour ouvrir la GV en cas de claque. Commande de ce trim à la fois par la mannette mais aussi par un gyroscope qui en cas de gîte relacherait d'abord le trimmer et si cela ne fait pas suffisamment effet sur le treuil commun aux deux voiles.

Montage de test : le moteur avec une commande inverseur de courant qui permet l'arrêt brusque par mise en court-circuit du moteur en position neutre. Puis une poulie prévue pour une cordelette de 2 ou 3 mm qui se substituera aux drosses de volant ou palonnier donc facile à démonter, un support pour un axe de 5 mm avec roulement à billes inox, une petite pièce avec engrennage au module 1mm pour faire varier le débattement au niveau de l'encodeur magnétique qui peut donner sa position sur 360°. Il suffit que la somme des dents de la bobine et de l'encodeur fasse 50 pour que l'entraxe n'ait pas besoin de changer, une clavette pour solidariser bobine et engrennage. Actuellement c'est un 10 dents qui devra être avec un 40 dents et donc 4 tours de poulie au maxi.







Prochaine étape : réaliser le driver du moteur commandé par la mannette et dont la position sera relevée par un encodeur magnétique : https://fr.aliexpress.com/item/1005005632549967.html

Là y a plus de travail surtout que je ne sais pas encore l'option de commande à définir.

Le joystick a un neutre et un retour au neutre par ressort quand on le relâche.
Qu'est-ce qui est préférable ?
- une commande style radiocommande : le safran s'oriente comme le manche : inconvénient, un safran n'est jamais dans l'axe car suivant la force du vent le bateau devient plus ardent et donc soit il faut une commande de trim soit on doit toujours avoir le pouce sur le joystick.
- On choisit la mise en marche du moteur en avant ou en arrière et plus on donne d'angle et plus le moteur va vite. Inconvénient, pas de retour du safran au neutre il faut ajuster au joystick.
- Partir de la seconde hypothèse mais l'électronique remarque que le pouce n'est pas au centre et si la position est maintenue un certain temps elle considère qu'il s'agit du nouveau neutre.

Ce n'est que du programme et donc adaptable suivant l'utilisateur.
Une opinion de pratiquant serait souhaitable.
Lecteur devenez donc acteur en donnant votre opinion !

Pour faire un inverseur de marche et deux interrupteurs de fin de course j'ai commandé 4 "micro switches" étanches : je viens d'être livré.... Pas micro du tout !
https://fr.aliexpress.com/item/4000329176784.html
Pas important pour l'inverseur mais pour que le moteur de lève glace les commande il va falloir réfléchir.

Bon, en attendant de voir le programme pour faire une commande électronique j'ai fait avec un joystick perso à base de 2 des inverseurs commandés et avec fins de courses.
Branchement électrique avec mise en court circuit du moteur soit parce que la commande est arrètée soit parce qu'un des fins de course est déclenché.

Dans la pratique afin de régler facilement la fin de course utilisation sur la drosse qui va à la timonerie de safran d'un arrêt de cordon
https://fr.aliexpress.com/item/4000102229939.html  et si c'est nécessaire entre l'arrêt et la patte de fin de course un ressort https://fr.aliexpress.com/item/1005005323721944.html.

La vidéo de démonstration est là : http://asprominiji.cotec.free.fr/videos/treuil_barre.mp4



Je n'ai pas mis les capots sur les switches ni assurer l'étanchéité : prendre un bougie et faire coller la cire par le trou du capot en place jusqu'à ce qu'il déborde.

Notez que le fil allant du joystick au treuil a 5 conducteurs : facile à trouver ! Le fil pour feux de remorque se trouve chez les vendeurs d'accessoires auto et il a 7 conducteurs.

Bien entendu les fichiers pour imprimer en 3D sont disponibles gratuitement sur demande en message privé. Les liens vers le moteur et les switches sont donnés plus haut, le petit roulement à billes qui assure le guidage de la bobine en haut est un MR85ZZ inox https://fr.aliexpress.com/item/1005006452715071.html.
Remplacer les vis qui sont ici en zinguées par des vis  et M6 inox ou nylon
Pour l'axe qui va de la bobine au roulement il est de 5mm de diamètre, un bout de vis inox M fera l'affaire.