Installation du récepteur Arduino et de la batterie dans ma loco Rusty

Pour le moment je ne possède qu’une locomotive que j’ai eu dans mon starter kit “Lake George & Boulder”.

C’est une locomotive basique de chez LGB sans carte électronique, la prise de courant sur les rails est directement connectée au moteur et à l’ampoule de phare à l’avant de la locomotive. Elle peut accepter jusqu’à 24Vdc.

Je souhaite donc l’alimenter avec 4 batteries 18650 de 3200mah. Ces batteries rentrent tout juste dans la cabine de la loco. Il me faut donc loger :

l’arduino Nano
le L298N qui est le plus gros élément à rentrer
4 batteries 18650
1 petit régulateur de tension pour avoir du 5v car le L298N ne peut transformer que du 12V max en 5v pour l’arduino et lui même
le module NRF24L01
un switch ON/OFF
l’ensemble du câblage électrique avec les 2 résistances pour mesurer la tension

Démontage de la locomotive :

Commencer par démonter les attelages avant et arrière pour ne pas les abimer, ils tiennent avec 1 vis chacun.

Démonter les 6 vis qui tiennent la cabine par en dessous. Il y en a 4 visibles et 2 un peu cachées sous les roues. On peut ensuite tirer la cabine délicatement car il y a un petit tube à faire sortir en même temps.

Démonter les 2 vis qui tiennent le pare choc avant et les 2 vis qui tiennent l’avant des embiellages.

On peut ensuite retirer l’ensemble de la chaudière en tirant assez fermement dessus.

Démonter les 4 vis qui tiennent le capot rouge, le retirer il est assez lourd car bien plombé. Il faut aussi faire attention à ne pas abimer les 2 tubes qui sortent en même temps.

Brochage Arduino Nano, L298N, nRF24L01 :

Installation et câblage du L298N :

Au vue de l’espace disponible, j’ai décidé de loger le L298N sous le capot rouge de la locomotive, mais en laissant le plomb à l’intérieur de ce capot.

Afin de libérer de la place en hauteur j’ai découpé un logement dans la chaudière, comme il y avait du plomb aussi dans cette section, j’ai utilisé une scie a métaux et une dremel pour faire cette ouverture. elle fait quelques mm de plus que le L298N mais une fois le capot rouge remis en place on ne voit plus rien.

En me référent au premier article de cette série et également au site passion électronique voici le câblage du L298N que j’ai fait pour cette locomotive selon mon code Arduino:

Connexions L298n vers l’arduino :

broche ENA ==> broche D5
broche IN1 ==> broche D4
broche IN2 ==> broche D3
broche ENB ==> le cavalier reste en place pour l’allumage de la lampe avec la tension maximum
broche IN3 ==> broche D6
broche IN4 ==> broche D7

Connexions L298n autres :

broche +35v ==> + batterie
broche GND ==> – batterie et aussi GND Arduino
broche 5v ==> broche 5v régulateur de tension
2 broches OUT A ==> moteur
2 broches OUT B ==> ampoule de phare
Cavalier JMP1 retiré afin d’alimenter le module L298N par un 5v extérieur.

Installation et câblage du nRF24L01 :

Le module de réception radio rentrer tout juste à l’avant de la chaudière sous la cheminée.

Connexions des modules nRF24L01 vers l’arduino :

broche VCC ==> broche 3V3
broche GND ==> broche GND
broche CSN ==> broche D9
broche CE ==> broche D10
broche MOSI ==> broche D11
broche SCK ==> broche D13
broche MISO ==> broche D12

Installation et câblage du régulateur de tension :

Le régulateur de tension trouve pile sa place à coté des broches du moteur. Pour le câblage c’est simple, l’entrée est branchée à la batterie via l’interrupteur ON/OFF, la sortie réglée sur 5v alimente l’Arduino et le L298N.

Installation et câblage de la batterie et du switch ON/OFF :

Afin d’installer mes 4 batteries 18650 rechargeables, j’utilise 2 portes piles adaptés à ce format. Ainsi je peux les loger de chaque côté de la cabine. D’origine dans la loco il y a une douille pour une ampoule sur le toit de la cabine, et les fils passent par un tube sur la chaudière. Je me sers de ce passage pour faire rentrer mes fils d’alimentation dans la chaudière ou est installée l’électronique.

Pour protéger un peu la batterie je pensais mettre un BMS mais la place manquant dans la loco, je vais plutôt utiliser un pont diviseur de tension et mettre une valeur limite en dessous de laquelle l’arduino ne commandera plus le moteur.

Mesure de tension et protection du système :

Une batterie au lithium de type 18650 ne devant pas avoir une tension de moins de 2.5v par élément je souhaite ajouter une protection dans mon système en prenant une marge de sécurité. Avec un pont diviseur de tension je vais pouvoir mesurer la tension de ma batterie de 16.8v max en la rapportant à une tension de 5v lisible par l’Arduino. J’utilise l’entrée A2 pour faire cette lecture de tension sur l’Arduino.

De très bonnes explications dans cette vidéo :

J’ai calculé le rapport de tension et déduit la valeur des résistances du pont.

5/16.8 = 0.297 rapport de tension
R1/(R1+R2) = 5/16.8

Après calcul les valeurs approchantes des résistances que je trouve :
R1 = 10 Kohms
R2 = 27 Kohms

Avec ces valeurs le rapport est de 10/37= 0.270 . Donc si on fait 16.8*0.270 = 4.54; donc la tension qu’on mesurera aux bornes de la résistance R1 de 10 Kohms sera bien inférieures à 5v et ne détériorera pas l’entrée analogique A2 utilisée sur l’Arduino.

Avec une batterie pleine donc à 16.8v on mesurera une tension de 4.54v sur l’entrée analogue de l’Arduino ce qui correspondra après conversion analogique numérique par l’Arduino à :

(4.54*1023)/5=929

Si je veux limiter la décharge de mes éléments à 2.7v soit une tension batterie de 10.8v alors la mesure de tension correspondante à l’entrée analogique sera de 10.8*0.270=2.916v; soit après conversion (2.916*1023)/5= 596.

Installation de l’Arduino Nano :

L’Arduino nano trouve sa place à l’arrière de la chaudière. J’ai isolé les lests de plomb avec du scotch d’électricien pour éviter tous court-circuit. Il y a d’origine une lumière rectangulaire à l’arrière de la chaudière qui donne dans la cabine. J’ai agrandi cette ouverture afin de laisser l’accès au port USB de l’arduino. Ainsi je peux téléverser le programme même avec la locomotive entièrement remontée.

L’ensemble du câblage trouve finalement sa place dans la chaudière, mais tout rentre au chausse pieds.

Les portes piles et le switch ON/OFF restent finalement juste posés dans la cabine. Ainsi je peux les sortir facilement pour récupérer les batteries afin de les recharger. En effet je n’ai pas prévu de système de recharge intégré à la locomotive, car je n’ai pas de chargeur. Je me contente d’un chargeur ou il faut mettre les batteries 18650 dedans : https://www.amazon.fr/dp/B09KPS3TVS?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details