Conversion du Futaba SkySport4 en émetteur programmable 2.4GHz avec OpenAVRc

1. Introduction

Sur la toile, il existe de nombreux tutoriels pour remplacer le module HF 27/41/72MHz d'un émetteur FM par un module 2.4GHz.

C'est bien, mais cela ne me suffisait pas: comme beaucoup d'adeptes d'animations, je regrettais le fait que les modules Multiswitch ne fonctionnaient que rarement avec les ensembles RC en 2.4GHz.

Depuis mi-2018 environ, je suis contributeur/développeur pour le projet OpenAVRc: pour le moment ma contribution se limite à ajouter à l'émetteur OpenAVRc le support de l'équivalent des codeurs/décodeurs Multiswitch nécessaires aux adeptes des animations.

• Avions
• Drônes
• Voitures
• Camions
• Engins de chantier
• Bateaux
• Sous-marins (OpenAVRc supporte toujours les modules HF PPM en 27, 41 et 72MHz)
• etc...

A mes yeux, OpenAVRc est l'ensemble RC actuel le plus polyvalent qui soit.

Par voie de conséquence, j'ai décidé de faire le grand saut: à savoir, convertir mon émetteur Futaba SkySport4 en émetteur programmable 2.4GHz boosté par OpenAVRc avec le support du Multiswitch (et bien plus encore). En gros, je ne conserve que le boîtier de l'émetteur ainsi que les deux manches.

2. Présentation du projet OpenAVRc

• une carte Mega2560-CORE d'Inhaos équipée d'un microcontrôleur ATmega 2560

Carte Mega2560-CORE d'Inhaos basée sur l'ATmega 2560 (Compatible arduino MEGA)

• un shield (carte fille) nommée MegaMini© et spécialement développée par l'équipe OpenAVRc

Shield MegaMini© V2.x (dimensions: 60 x 90 mm) Crédit photo: OpenAVRc

Pour en savoir plus sur ce fabuleux émetteur, jetez un oeil sur la dernière documentation en ligne d'OpenAVRc.

• Modélisme.com (en français)
• RCGroups.com  (en anglais)

2.2. Fonctionnalité X-Any d'OpenAVRc

• Les interrupteurs physiques,
• La position des manches,
• Les données de télémesure,
• etc...

2.3. Les modules décodeurs Multiswitch pour OpenAVRc

L'équipe OpenAVRc a conçu et développé 3 décodeurs Multiswitch:

1. Un 1^er décodeur Multiswitch à 8 sorties: MS8-Xany
2. Un 2^nd décodeur Multiswitch à 8 sorties: MS8-Xany V2
   
3. Un  décodeur  Multiswitch  à  16 sorties: MS16-Xany

2.3.1. MS8-Xany décodeur Multiswitch 8 sorties

L'équipe du projet OpenAVRc met à disposition tout le nécessaire pour fabriquer un décodeur Multiswitch à 8 sorties: le  décodeur Multiswitch MS8-Xany qui est fourni avec son manuel d'utilisation très détaillé et avec le HEX du firmware à charger dans le microcontrôleur AVR ATtiny84.

Vue 3D du décodeur MS8-Xany Crédit photo: OpenAVRc

MS8-Xany est bien plus qu'un simple décodeur Multiswitch: il permet non seulement de piloter 8 sorties logiques en Tout-Ou-Rien, mais permet également de piloter jusqu'à 8 servos en Tout-Ou-Rien dont les 2 positions extrêmes et la vitesse entre ces 2 positions sont programmables! Il fournit également une voie proportionnelle d'appoint pour piloter un servo ou un ESC. Lisez le manuel d'utilisation pour vous en convaincre!

• soit en mode "Digital": la sortie se comporte alors comme une sortie Tout-Ou-Rien (fonctionnement Multiswitch standard)
• soit en mode "Servo": la sortie pilote alors un servo entre 2 positions extrêmes (réglables) avec une durée de mouvement réglable

Tous les réglages sont mémorisés et ne sont à réaliser qu'une seule fois.

L'émetteur OpenAVRc permet de piloter indépendamment les 8 sorties Digitales/Servos à partir d'interrupteurs logiques ou à partir d'interrupteurs physiques. L'émetteur OpenAVRc permet de piloter la sortie proportionnelle d'appoint (optionnelle) à partir de 9 sources proportionnelles différentes!

2.3.2. MS8-Xany V2 décodeur Multiswitch 8 sorties

Cette version V2 est l'évolution du décodeur MS8-Xany V1 présenté ci-dessus.

Le circuit imprimé est un peu plus grand car cette version V2 utilise un Arduino Digispark Pro qui est plus volumineux qu'un ATtiny84 et son quartz. Cependant, tous les connecteurs sont montés couchés pour limiter la hauteur totale.

Vue 3D du décodeur MS8-Xany V2 Crédit photo: OpenAVRc

Cette nouvelle version V2 regroupe dans le même firmware la possibilité de commander MS8-Xany V2 via les interfaces RC PWM, CPPM et SBUS avec les protocoles EKMFA, RCUL/Xany, Binaire et Futaba MS8 (compatibilité avec le décodeur Multiswitch MS8 N° F1513 de Futaba).

Pour plus de détail, visiter la page consacrée à MS8-Xany V2.

2.3.3. MS16-Xany décodeur Multiswitch 16 sorties

L'équipe du projet OpenAVRc met à disposition tout le nécessaire pour fabriquer un décodeur Multiswitch à 16 sorties: le  décodeur Multiswitch MS16-Xany qui est fourni avec son manuel d'utilisation très détaillé et avec le HEX du firmware à charger dans l'arduino Pro Micro.

Vue 3D du décodeur MS16-Xany Crédit photo: OpenAVRc

MS16-Xany est bien plus qu'un simple décodeur Multiswitch: il permet non seulement de piloter 16 sorties logiques en Tout-Ou-Rien, mais permet également de piloter jusqu'à 16 servos en Tout-Ou-Rien dont les 2 positions extrêmes et la vitesse entre ces 2 positions sont programmables! Il fournit également une voie proportionnelle d'appoint pour piloter un servo ou un ESC.

Lisez le manuel d'utilisation pour vous en convaincre!

Pour charger très facilement le fichier HEX dans l'arduino Pro Micro, un petit utilitaire graphique basé sur XLoader est fourni dans l'archive ArdUploader.zip (Clique droit/Enregsitrer la cible du lien sous...). Sous Windows, il s'utilise exactement comme XLoader. Attention de bien utiliser l'XLoader fourni dans l'archive ArdUploader.zip et pas une autre version téléchargée sur internet. En effet, l'arduino Pro Micro, n'a pas de bouton-poussoir de Reset et la version modifiée contenue dans l'archive ArdUploader.zip génére automatiquement le Reset nécessaire avant de lancer le chargement du fichier HEX.

Utilisation du XLoader modifié: la carte MS16-Xany est déjà  déclarée, fastoche!

2.4. OpenAVRc et le support de modules Multiswitch du commerce

OpenAVRc est désormais en mesure de supporter les modules Multiswitch du commerce, y compris en 2.4GHz via l'adaptateur Xany2Msx construit autour d'un microcontrôleur ATtiny85.

Adaptateur Xany2MSx Crédit photo: OpenAVRc

Les modules supportés sont:

Avec OpenAVRc, le module adaptateur Xany2Msx se place tout simplement entre la sortie du récepteur (2.4GHz ou pas) et le(s) module(s) Multiswitch du commerce.

Câblage du module adaptateur Xany2Msx avec un Multi Switch 16 de Robbe

Câblage du module adaptateur Xany2Msx avec 2 Multi Switch 8 de Futaba

Avec OpenAVRc et l'adaptateur Xany2Msx, les anciens modules Multiswitch du commerce peuvent reprendre du service, y compris en 2.4GHz!

Il est ainsi possible de migrer vers le 2.4 GHz une installation Multi-Switch existante en FM/PPM, juste en changeant l'ensemble RC par l'ensemble OpenAVRc et en insérant l'adaptateur Xany2Msx!

Le manuel d'utilisation de Xany2Msx décrit les multiples possibilités de cet adaptateur.

2.5. Séquenceur impulsionnel PulseSeq

En chargeant le firmware PulseSeq dans la carte MS8-Xany, celle-ci se comporte en Séquenceur Impulsionnel.

La carte MS8-Xany utilisée en Séquenceur Impulsionnel Crédit photo: OpenAVRc

Le séquenceur PulseSeq est similaire au séquenceur impulsionnel réalisé en composants discrets déjà présenté sur cette page. Bien lire ce document pour en comprendre l'intérêt. Un bon exemple d'utilisation est un séquenceur contrôlant l'allumage des feux d'un chalutier tel que décrit dans cet autre document.

Les grandes différences: la compacité et le fait qu'il n'y a aucune diode à câbler en externe pour mixer les sorties.

Cependant, il y a quelques autres petites différences:

Le séquenceur impulsionnel PulseSeq peut être configuré pour fonctionner en 2 modes:

1. Commandé par une voie d'un récepteur RC. La commande se fait alors par des coups de manches côté émetteur.
   
2. Commandé par un signal numérique, par exemple par une sortie d'un décodeur Multiswitch. La commande est alors un bouton-poussoir côté émetteur.

Que le séquenceur PulseSeq soit commandé par un manche d'émetteur ou par un bouton-poussoir via un Multiswitch type MS8-Xany:

• une impulsion très brève (< 600 ms) fait avancer d'une étape,
• une impulsion brève (>= 600 ms et < 2000 ms) fait reculer d'une étape,
• une impulsion longue (>= 2000 ms) fait passer à l'étape 0 (toutes les sorties désactivées).
  

2.5.1 Séquenceur impulsionnel PulseSeq commandé par n'importe quel ensemble RC

Le séquenceur impulsionnel PulseSeq commandé par le manche d'un émetteur RC

Exemple de configuration de PulseSeq pour séquencer l'allumage des feux d'un chalutier: (commande par un signal RC de type salve PWM)

2.5.2 Séquenceur impulsionnel PulseSeq commandé par une sortie du décodeur Multiswitch MS8-Xany

Le séquenceur impulsionnel PulseSeq commandé par une sortie Multiswitch MS8-Xany.

Exemple de configuration de PulseSeq pour séquencer l'allumage des feux d'un chalutier: (commande par un signal numérique impulsionnel)

2.5.3 Manuel d'utilisation et Firmware de PulseSeq

• Le manuel d'utilisation de PulseSeq décrit les possibilités de ce séquenceur
• Le Firmware de PulseSeq

3. SkySport4 et OpenAVRc

Ce chapitre décrit la conversion du SkySport4 vers OpenAVRc en 2.4GHz avec possibilité d'utilisation de Multiswitch et de télémétrie (module émission: cc2500 jaune, récepteur FrSky X8R).

3.1. L'émetteur avant modification

Emetteur Futaba SkySport4 en cours de migration vers OpenAVRc en 2.4GHz

3.2. Ré-agencement des manches du SkySport4

- Les 4 leviers de trims ont été coupés: les trims ont été réglés mécaniquement au neutre. - Les manches gauche et droit ont été permutés et ont subit une rotation de 180° pour que les potentiomètres horizontaux soient en haut, libérant de la place dans la zone basse pour l'ensemble Mega2560-CORE et MegaMini©. - Les connecteurs des potentiomètres horizontaux ont été rapprochés du corps afin de ne pas masquer les colonnes recevant les vis permettant la fermeture du boîtier. - Les supports en plastique tenant l'ancienne carte ont été retirés. - La zone basse fait environ 65mm de haut: ça va passer, ouf!

3.3. Circuit imprimé d'origine du SkySport4

La partie droite comprenant l'interrupteur général, le connecteur 2 points de la batterie (en blanc) et le jack de charge va être conservée.

- Une impression papier du shield à l'échelle 1:1 (60 x 90 mm) permet de se faire une idée de l'implantation générale. - La partie d'origine contenant le jack de charge et l'interrupteur général est maintenue dans sa partie haute par 2 colonnettes à vis en plastique. - Le module RF 2.4GHz CC2500 jaune sera placé au centre entre les 2 sticks, cela permet de centrer la sortie antenne.

3.5. Fabrication des supports du shield OpenAVRc dans le SkySport4

- Récupération des colonnes et autres rectangles en plastique - Réutilisation d'une colonne: perçage à 2.5mm, taraudage M3 et collage sur le flanc bas - Réutilisation d'un rectangle plastique: fabrication d'une assise verticale avec gousset de renfort pour le coin haut/droit du shield (qui est dépourvu de trou sur ce coin). - Réutilisation d'un rectangle plastique: fabrication d'une assise pour le coin bas/droit de la partie conservée de platine d'origine. Tous les collages sont réalisés à la Cyano.

3.6. Fixation du shield OpenAVRc dans le SkySport4

- Fixation du shield dans le boîtier à l'aide de 2 vis plastique M3. - Pour la partie haute, le shield repose sur une colonette plastique M3 (partie gauche) et sur l'assise plastique (partie droite). -Le bout de CI récupéré de la platine d'origine repose sur 2 colonettes plastiques M3 (partie haute) et sur l'assise rajoutée. - L'ensemble est stable, le couvercle ferme (logement des piles conservé) avec le câble sur les connecteurs: c'est propre, je suis plutôt satisfait. :-)

3.7. Bouchage des fentes de trims verticaux

Bouchage des fentes de trims verticaux avec du plastique de récupération, collage à la cyano.

3.8. Installation du clavier et de quelques interrupteurs supplémentaires

- Allez hop! Quelques interrupteurs de plus, autant enfoncer le clou! - Le clavier de navigation en CTP 15/10 est inséré. L'habillage viendra après...

3.9. Intégration de l'écran OLED I²C

- Arasage de la partie haute du boîtier au niveau du galvanomètre de tension batterie - Création d'un cadre en carte plastique - Ponçage de la casquette pour en diminuer la hauteur - Démarrage du shield MegaMini et de Mega2560-CORE: ça marche!

3.10. Câblage interne des manches/clavier/écran

- L'écran est fixé par des étriers en plastique + écrous collés et vis M3 - Le câblage des manches, clavier, écran reste propre - Tout est démontable par vis: rien n'est collé définitivement

3.11. Installation des 3 potentiomètres

- Les 3 potentiomètres rentrent, mais c'était juste! - Il reste encore à installer sur la façade: A l'emplacement des anciens trims horizontaux: 2 mini-sticks X/Y pour les trims Dans la partie haute: 2 encodeurs rotatifs pour la navigation rapide dans les menus et bien plus encore...

3.12. Préparation du module CC2500 jaune

Module 2.4GHz CC2500 jaune sur sa carte d'interface 5V - 3.3V	Vue du module convertisseur de niveau 5V - 3.3V pour le SPI (Microcontrôleur en 5V, module CC2500 en 3.3V) pris en sandwich: il ne reste pas beaucoup de place sous le shield! Un grand merci à Christian pour le CI adaptateur. ;-)

3.13. Fixation et câblage du module CC2500 jaune sur le shield MegaMini©

La carte lecteur de carte SD est positionnée sous le shield MegaMini© (connexion par une barette "tulipe"). Les 2 trous sont taraudés M3. Un support sur mesure taillé dans du plastique de récupération maintient le CC2500.	Le module CC2500 est en position verticale pour passer entre les 2 manches en croix de l'émetteur. Notez la petite encoche au niveau du shield MegaMini© pour un meilleur maintient. L'ensemble forme un bloc bien compact. Il ne reste plus que le câblage à réaliser.	Câblage SPI du module CC2500: 2 câbles plats 4 fils collés côte-à-côte à la cyano. Connectique: 2 barrettes "tulipe" 5 points collées à la cyano. Tout est démontable. Ca reste assez propre. :-)

3.14. Installation du module CC2500 jaune dans le boîtier de l'émetteur

Intégration du module CC2500 jaune entre les 2 sticks + montage de l'antenne 2.4GHz: raccordement par rallonge avec connecteurs SMA.

3.15. Fabrication des supports de trim

La montage du trim X/Y vu de côté. Le trim est pris en sandwich entre deux plaques de plastique. Le bridage se fait par des écrous collés et vis M3 en plastique.	Le montage du trim vu de dessous.	Le résultat final vu de dessus.

3.16. Installation des trims X/Y dans le boîtier de l'émetteur

Intégration des trims X/Y dans l'emplacement des anciens trims horizontaux.

3.17. Installation des encodeurs rotatifs dans le boîtier de l'émetteur

Les 2 encodeurs rotatifs juste au-dessus des manches: il est possible de les actionner avec l'index tout en gardant le pouce sur le manche! Il ne reste plus qu'à couper les axes et à y ajouter un bouton moleté.

3.18. Câblage des trims dans le boîtier de l'émetteur

Le faisceau de câble des trims est composé d'une nappe 10 points associée à son connecteur HE10 femelle prolongé en fil à fil jusqu'aux trims. Les soudures nappe/fils sont renforcées par de la gaine thermo. Le faisceau de câble des interrupteurs (SW) est commencé.

3.19. Câblage des interrupteurs dans le boîtier de l'émetteur

Le faisceau de câble des interrupteurs est composé d'une nappe 10 points associée à son connecteur HE10 femelle prolongé en fil à fil jusqu'aux interrupteurs THR, RUD, ELE, GEAR, AIL, TRN, ID1 et ID2. Les soudures nappe/fils sont renforcées par de la gaine thermo. Plus que l'intégration des interrupteurs de la platine supérieure (X-Any) à faire et le câblage sera enfin terminé! :-)

3.20. Codeur Multi-Switch 16 sur le boîtier de l'émetteur

Désirant animer mon modèle de chalutier, j'ai besoin de beaucoup de commandes en Tout-Ou-Rien (TOR). Pour cela, j'ai prévu de connecter un décodeur Multi-Switch à 16 sorties sur une voie du récepteur RC. Les 8 interrupteurs natifs de l'émetteur sont en quantité insuffisante, mais avec OpenAVRc, pas de problème, il est très facile d'ajouter des interrupteurs. Pour cela, il suffit d'ajouter des extendeurs d'Entrées/Sorties (E/S) disposant d'une interface I²C. Cet extendeur sera uniquement utilisé en entrée pour lire la position des 16 contacts des interrupteurs. La fonction codeur Multi-Switch (multiplexeur) est réalisée directement en soft dans le firmware OpenAVRc.

Pour cela, il est possible d'utiliser: (bien lire le manuel d'utilisation d'OpenAVRc pour les quelques restrictions)

• un modèle à 8 E/S: (il en faudra 2)
  • PCF8574
  • PCF8574A

• un modèle à 16 E/S: (un seul sera nécessaire)
  • PCF8575A (/!\ non utilisable si OpenAVRc est équipé d'un écran I²C /!\)
  • PC9671     (assez rare: non recommandé)
  • MCP23017

J'ai choisi un extendeur I²C 16 E/S de type MCP23017.

Plusieurs modèles de "MCP23017 I/O Expension board" existent. De forme plutôt carrée ou plutôt rectangle.

Le MCP2307 de forme plutôt rectangle permet d'avoir un câblage simplifié dans l'émetteur et une meilleure intégration.

MCP23017 I/O Expension board: Le MCP23017 se connecte en I²C sur le connecteur P3 (prévu pour les options) du shield MegaMini© V2.x d'OpenAVRc. Notez que ce modèle de carte MCP23017 permet de chaîner l'I²C: il y a 2 rangées de connecteurs de prévus. Cet extendeur d'E/S I²C est prévu pour fonctionner avec la première instance X-Any programmée sur l'émetteur OpenAVRc. Le manuel d'utilisation d'OpenAVRc stipule que dans ce cas, l'adresse I²C du MCP23017 doit être 0x24. Cela signifie que les lignes d'adresse A2, A1 et A0 doivent reliées à GND ou au VCC comme ceci: A2: VCC A1: GND A0: GND Avec, le modèle choisi, il faut désouder une résistance CMS de 0 Ohm pour le resouder vers VCC.

Une platine accueille les divers interrupteurs et poussoir. Celle-ci est fixée sur la partie supérieur de l'émetteur.

Les interrupteurs et poussoir: 4 x interrupteurs à 3 positions (ON/OFF/ON): consomme 2 contacts 7 x interrupteurs à 2 positions (OFF/ON): consomme 1 contact 1 x bouton-poussoir (OFF/ON): consomme 1 contact 2 x interrupteurs à 2 positions (OFF/ON): non câblés (Réservés pour un usage futur) Les interrupteurs et poussoir réellement câblés consomment: (4 x 2) + 7 + 1 = 16 contacts. Le MCP23017 peut donc lire à lui tout seul les 16 contacts des interrupteurs et poussoir de la platine. Le bouton-poussoir rouge commande le séquenceur impulsionnel PulseSeq.

Nom des Interrupteurs	Action	Nom du Contact	Destination sur MCP23017
Treuil Bâbord	Virer*	C4	PA3
	Filer*	C8	PA7
Treuil Tribord	Virer*	C1	PA0
	Filer*	C7	PA6
Enrouleur	Virer*	C6	PA5
	Filer*	C5	PA4
Râteau d'aide au filage	Rentrer	C3	PA2
	Sortir	C2	PA1
Projecteur/Néon	OFF/ON	C15	PB6
Spot	OFF/ON	C16	PB7
Radar/Feux	Séquenceur	C14	PB5
Soudure	OFF/ON	C11	PB2
Gyrophare	OFF/ON	C12	PB3
Cigarette	OFF/ON	C13	PB4
Libre	OFF/ON	C10	PB1
Libre	OFF/ON	C9	PB0
*: Virer = Embobiner, Filer=Débobiner

Intégration/câblage du MCP23017 dans l'émetteur:

Afin de rendre l'ensemble démontable, des connecteurs sont réalisés à l'aide de barrettes "tulipe" au pas de 2.54mm. Les fils sont soudés sur les barrettes supérieures. En haut, à gauche, le fil noir de masse commune de tous les interrupteurs/bouton-poussoir. L'écran I²C est connecté (par le dessous) sur la 2e rangée I²C du MCP23017.

Configuration dans le menu de l'instance X-Any N°1 de l'émetteur OpenAVRc:

	Les positions des 16 contacts (Sw) seront transmises dans la voie N°5. Le décodeur Multi-Switch sera donc à connecter sur la voie N°5 du récepteur. Dans mon cas, il s'agit d'un récepteur 2.4GHz (X8R de FrSky), il faut au moins une répétition pour une bonne réception. L'état des 16 contacts est affiché en live. Ne pas oublier de cocher "Actif".
Vue du menu sur l'écran LCD

Note:

A suivre...

Retour