MODULE SON ET FUMEE

I. PRESENTATION

Il existe différents bruiteurs Diesel et différents générateurs de fumée pour les modèles RC.

• Pour les bruiteurs Diesel, seuls ceux utilisant des enregistrements audios de vrais moteurs produisent un son très proche des moteurs réels.

• Pour les générateurs de fumée, seuls ceux basés sur un atomiseur piézo produisent une fumée (blanche) exempt de dépôt gras: il ne s'agit que d'eau vaporisée.

Partant de ce constat, il m'est venu l'idée de concevoir un Module Son et Fumée qui combine les 2 fonctions. La fumée produite sera évidemment proportionnelle aux gaz ou à l'accélération du moteur.

En parallèle du bruit du moteur, des sons annexes pourront être joués (ex: cri de mouette, corne de brume, alarme voie d'eau, ambiance de travail, ou autre).

II. SCHEMA FONCTIONNEL

II.1. Schéma fonctionnel simplifié

II.2. Schéma fonctionnel détaillé

III. COMPOSITION MATERIELLE

Afin de réaliser ce Module Son et Fumée, les modules à bas coût suivants sont assemblés :

• Convertisseur LM2596 DC/DC pour convertir la tension batterie (de 7,2V à 30V) en une tension stabilisée de 5V et capable de fournir 3A en pointe

• Arduino Pro Micro (modèle 5V/16MHz)
  

• Module carte SD pour Arduino ET sa carte SD
  

• Module DF player mini ET sa carte SD
  

• Disque céramique piézo 113 KHz pour brumisateur

IV. CARACTERISTIQUES

Ce Module Son et Fumée a les caractéristiques suivantes:

• Général:
• Alimenté en LiPo 2S à 7S (de 7,2V à 30V)
  
• Basé sur un Arduino Pro Micro (modèle 5V/16MHz)
  
• 1^ère entrée RC connectée en parallèle sur la voie RC du récepteur qui pilote le variateur de vitesse (ESC) pour la gestion de la proportionnalité
• Support des commandes des variateurs bi-directionnels (marche arrière de 1500 µs à 1000 µs et marche avant de 1500µs à 2000 µs)
• Support des commandes des variateurs mono-directionnels (stop à 1000 µs, plein gaz à 2000 µs)
• 2^nde entrée RC connectée sur une voie RC libre du récepteur pour commander le volume et les sons auxiliaires (optionnel)
  
• Génération du bruit du moteur:
  
• Sons de démarrage et de ralenti (au format .wav) stockés sur une carte SD gérée par l'Arduino Pro Micro
  
• Possibilité de stocker plusieurs sons de démarrage et de ralenti → choix possible du type de moteur
• Choix du moteur par le lien USB de l'Arduino Pro Micro
• Simulation du démarrage en jouant le son de démarrage
• Simulation des accélérations/décélérations en jouant le son de ralenti avec une fréquence d'échantillonnage proportionnelle aux Gaz moteur
• Génération de la fumée:
• Sortie de 90 à 110 KHz pour exciter l'atomiseur piézo afin de produire une fumée proportionnelle aux Gaz ou à l'accélération du moteur
  
• Fréquence de l'atomiseur piézo proportionnelle aux Gaz ou à l'accélération du moteur
• Définition des fréquences Min et Max par le lien USB de l'Arduino Pro Micro afin de s'adapter aux tolérences en fréquence des atomiseurs piézos
• Sons auxiliaires:
• Basé sur un module DF player mini
  
• Sons (au format .mp3) stockés sur la carte SD du module DF player mini
• 14 sons auxiliaires pouvant être joués en parallèle du son du moteur:
• 1^er groupe de 8 sons auxiliaires sélectionnables depuis l'émetteur
• 2^nd groupe de 6 sons auxiliaires sélectionnables directement en hardware depuis 6 broches du Module Son et Fumée (Ex: alarme voie d'eau)
  
• Test des différents sons auxiliaires par le lien USB de l'Arduino Pro Micro
• Mixage/Amplification
• Son de génération du bruit du moteur mélangé avec le son auxiliaire produit par le module DF player mini et utilise l'amplificateur audio intégré au module DF player mini
• Volume du module DF player mini réglable depuis l'émetteur
• Si peu de puissance sonore est requise, l'amplificateur audio intégré (3W) pourra alimenter directement un haut-parleur
  
• Si beaucoup de puissance sonore est requise, une sortie audio niveau "ligne" pour amplificateur externe est disponible
  
• Commande/sélection de chacun des 8 sons auxiliaires et commande de volume depuis l'émetteur RC
• Entrée auxiliaire connectée sur une sortie RC auxiliaire du récepteur utilisant le protocole RCUL/Xany (directement supporté par l'émetteur OpenAVRc)
  
• Entrée auxiliaire connectée sur une sortie RC auxiliaire du récepteur utilisant le protocole EKMFA (supporté par tous les émetteurs RC → commande par coups de manches)
• Le volume du son peut être ajusté depuis l'émetteur quel que soit le protocole utilisé (RCUL/Xany ou EKMFA).
• Gestion de la priorité des sons auxiliaires

• 3 niveaux de priorité:
• Les 8 sons "lançables" depuis l'émetteur → pas prioritaires: n'importe quel son peut interrompre le son en cours
  
• Les 6 sons "lançables" en hardware depuis 6 broches du Module Son et Fumée configurables en priorité:
  
• Priorité moyenne: peut être interrompu par un son configuré en priorité haute
  
• Priorité haute: un son configuré en priorité haute peut interrompre n'importe quel son en cours, sauf si celui-ci est déjà en priorité haute

V. ORGANISATION DES FICHIERS SUR LES CARTES SD

V.1. Organisation des fichiers sur la carte SD de l'Arduino

La carte SD de l'Arduino contient les sons de démarrage et de ralenti des différents types de moteur.

Les fichiers sont obligatoirement:

• stockés directement à la racine de la carte SD
• au format "wave" mono/16KHz: c'est le seul format standard de fichier audio qu'est capable de lire l'Arduino
  
• avec des noms au format 8.3, c'est-à-dire que le nom du fichier (à gauche du point) fait au maximum 8 lettres et l'extension (à droite du point) fait au maximum 3 lettres

Par exemple, pour:

1) Le Moteur Diesel CATERPILLAR C32 Marine:

• Le fichier de démarrage s'appellera: CAT-C32.STA (STA comme Start = démarrage)
  
• Le fichier de ralenti s'appellera:        CAT-C32.IDL (IDL  comme Idle = ralenti)

2) Le Moteur Diesel SCANIA 250CV:

• Le fichier de démarrage s'appellera: SCAN-250.STA (STA comme Start = démarrage)
  
• Le fichier de ralenti s'appellera:        SCAN-250.IDL (IDL  comme Idle = ralenti)

        3) Le petit Moteur Diesel:

• Le fichier de démarrage s'appellera: DSL-LTL.STA (STA comme Start = démarrage)
  
• Le fichier de ralenti s'appellera:        DSL-LTL.IDL (IDL  comme Idle = ralenti)

→ Tous les fichiers de démarrage auront l'extension: .STA.

→ Tous les fichiers de ralenti auront l'extension:        .IDL.

Cette règle d'appelation est obligatoire: c'est ce qui permet au firmware de l'Arduino de déterminer les différents types de moteur stockés sur la carte SD et ainsi d'afficher la liste des moteurs disponibles lorsque l'utilisateur voudra sélectionner le (son du) moteur qu'il veut utiliser avec le Module Son et Fumée.

A l'aide d'un PC connecté sur le port USB de l'Arduino, il est possible d'afficher la liste des moteurs disponibles sur la carte SD à l'aide de la commande MOT.LISTE?:

Pour afficher le moteur sélectionné, utiliser la commande MOT.SEL?:

Pour sélectionner un autre moteur, utiliser la commande MOT.SEL=Nom_Moteur: (avec Nom_Moteur = l'un des noms de moteur disponible dans la liste)

Pour vérifier le moteur sélectionné, utiliser la commande MOT.SEL?:

V.2. Organisation des fichiers sur la carte SD du module DF Player mini

La carte SD du module DF player mini contient les 14 sons annexes (les 8 premiers sont "lançables" depuis l'émetteur RC + les 6 derniers qui sont "lançables" depuis 6 broches de l'Arduino).

Les fichiers sont obligatoirement:

• stockés directement à la racine de la carte SD (par facilité)
  
• au format "mp3" (bien que les fichiers "wave" soient aussi supportés, mais bien plus volumineux)
  
• avec des noms commençant par un nombre à 4 digits de 0001 à 0014 et avec l'extension .mp3:
  

VI. MODIFICATIONS DU MODULE DF PLAYER MINI

Les modifications permettent d'ajouter au Module DF Player mini:

• Une entrée audio supplémentaire pour le son du moteur généré par l'Arduino Pro Micro, son qui se mélangera avec les sons issus du Module DF Player mini
  
• Une sortie audio "ligne" pour un éventuel emploi d'un amplificateur audio extérieur
  

Les étapes:

1. Désouder la résistance CMS de 15K située en face de la broche IO_1

2. Désouder la résistance CMS de 24K située en face de la broche IO_2

3. Souder une résistance classique de 4.7K tel que décrit ci-dessus: cela transforme la broche IO_1 en entrée audio additionnelle

4. Souder un bout de fil entre IO_2 et la résistance de 4.7K tel que décrit ci-dessus: cela transforme la broche IO_2 en sortie audio "ligne"

VII. LE DISQUE PIEZO ET SON ETAGE DE PUISSANCE

L'étage de puissance du disque piézo est composé d'un transistor MOS canal N et d'un auto-transformateur élévateur.

Le disque piézo ainsi que son étage de puissance proviennent d'un atomiseur acheté sur un célèbre site de vente en ligne (Al*Expr*ss) et vendu sous l'appellation: "Mini kits USB pour humidificateur".

Note: Il n'est pas possible d'utiliser directement ce module pour notre application car il ne permet pas de faire varier la quantité de fumée.

Cet atomiseur coûtant environ 2 à 3€ à l'écriture de ces lignes (port compris), il n'est pas intéressant d'acheter à part:

- le disque piézo

- le transistor MOS canal N

- l'auto-transformateur élévateur

- le connecteur 2 points au pas de 2 mm.

Ces composants seront donc prélevés sur cette carte du commerce: il s'agit du disque piézo et des 3 composants entourés en rouge ci-dessous (Q1, L1 et CONT3):

VIII. SCHEMA DU MODULE SON ET FUMEE

IX. REALISATION

Un grand merci à Pierrot pour la réalisation du circuit imprimé sous KiCad, pour sa patience et la prise en compte des nombreuses contraintes d'intégration: du travail de pro!

L'assemblage demande quelques heures, mais ne présente pas de difficulté majeure.

Il faudra juste bien repérer la borne + de l'auto-transformateur avant de le déssouder du "Mini kits USB pour humidificateur". Ce + devant se retrouver côté connecteur "Piezo".

Le Module Son et Fumée vu de dessus:

• L'ensemble fait: 75 mm x 45 mm x 21 mm
  
• La carte se configure par le connecteur USB de l'Arduino Pro Micro,
• La carte SD du module DF Player contient les 14 sons auxiliaires, les 8 premiers se pilotent depuis l'émetteur, les 6 derniers se pilotent depuis le connecteur P4 (A1 à A6).
  
• Nous retrouvons le petit transistor MOS CMS, l'auto-transformateur et le connecteur au pas de 2 mm du disque piézo récupérés sur le "Mini kits USB pour humidificateur".

Le Module Son et Fumée vu de côté:

• le convertisseur DC/DC LM2596 est fixé sur la côté à l'aide de tiges de laiton de 1,5 mm de diamètre,
• Le module carte SD contenant les sons des différents moteurs est connecté dessous la carte principale.
  

Les fichiers nécessaires:

• Le Firmware au format HEX (à charger à l'aide de l'utilitaire Xloader dans l'Arduino Pro Micro)
• Les fichiers "sons moteurs" (à copier directement sous la racine de la carte SD "Arduino")
  
• Les fichiers "sons auxiliaires" (à copier directement sous la racine de la carte SD du DF Player mini)

X. MANUEL UTILISATEUR

Le manuel utilisateur (Clic droit/enregistrer la cible du lien sous... pour télécharger) détaille toutes les possibilités de Sound&Smoke.

XI. VIDEOS

Vidéo du démarrage du moteur, de l'accélération/décélération, génération de la fumée proportionnellement aux gaz et arrêt automatique après 15 secondes au ralenti.

Cette vidéo a été réalisée avec la commande SMOKE.MODE=PROP pour avoir une fumée proportionnelle aux Gaz.

Note importante:

Le principe de génération de fumée est l'atomisation de l'eau en vapeur. Le disque piézo doit donc être impérativement en contact avec de l'eau.

Dans les 2 vidéos présentées, pour les tests, le disque piézo était juste posé sur la surface de l'eau contenue dans un bouchon de bouteille d'eau minérale.

Vidéo du démarrage du moteur, de l'accélération, génération de la fumée proportionnellement aux gaz, lancement de sons auxiliaires depuis l'émetteur, réglage du volume du son auxiliaire et du son moteur depuis l'émetteur et arrêt automatique après 15 secondes au ralenti. L'utilisation du système X-Any/RCUL de l'émetteur OpenAVRc rend le tout très ergonomique.
Cette vidéo a été réalisée avec la commande SMOKE.MODE=PROP pour avoir une fumée proportionnelle aux Gaz.

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