Pour l'exposition des passionnés du train au Manet à Montigny-le-Bretonneux, les 12-13 Octobre 2019, nous avions envie de surprendre nos visiteurs avec une nouveauté mais aussi d'attirer leur attention avec une véritable animation. Il fallait certes sortir un peu du monde ferroviaire. L'idée de la fête foraine a fait son apparition avec des manèges d'occasion achetés lors d'une bourse d'échange. La suite allait nous emmener vers une réalisation qui aura mis près d'un an à se concrétiser pour le plaisir des 4500 visiteurs!
Module Mini-fête foraine
C'est la fête !
Cela a beau être la fête, il faut quand même que cela soit organisé! Les manèges que nous avons trouvés sont assez variés :
- la grande roue (voir les articles précédents sur les bandeaux lumineux nous avions bien détaillés; cliquer ici et là pour lire ou relire),
- La tour avec le restaurant panoramique
- Les chevaux de bois
- Les balancelles
Vue des différents manèges
Pour avoir une fête digne de ce nom, il nous fallait en plus des manèges des stands de jeux et des baraques avec des friandises ou des frites... La seule condition est d'avoir un éclairage chatoyant avec des couleurs variées qui attirent le regard.
Avec tout ce petit monde, il est nécessaire de créer un système dédié pour les animations des manèges, ce qui implique la commande des moteurs ainsi que de l'éclairage mais aussi du son.
Nous allons détailler la centrale de commande.
La conception de la centrale de commande
La rénovation de la grande roue nous avait démontré l’intérêt d’utiliser l'Arduino pour commander les bandeaux lumineux. Le moteur fonctionne avec une tension alternative et il nous paraissait judicieux de séparer la commande de puissance du reste. Avant de se lancer dans une conception détaillée, nous avons procédé à un essai sur le module fraichement assemblé.
L'essai consistait à rassembler les manèges et les connecter sur une alimentation en alternatif. La plupart des manèges fonctionnent avec une tension alternative de 20V maximum. Une astuce simple consiste à utiliser la sortie accessoires - commande des aiguilles - d'un transformateur pour la commandes des trains (voir photo ci-dessous).
Vue des composants de l'ébauche de la centrale
La partie commande est basée sur une carte Arduino MEGA avec son shield et des composants tels que des relais, des interfaces I2C, un régulateur de tension, un module sonore. Nous avons commencé par réaliser un prototype avec les composants placés sur une plaque de plexiglas et fixés par des supports adhésifs. Les câblages entre les composants sont réalisés principalement avec des fils de test que l'on trouve dans tous les kits de démarrage Arduino.
Vue du prototype avec les composants
Sur la vue ci-dessus nous avons l'Arduino MEGA - grande carte de couleur bleue - à gauche. Cette carte servira de cerveau pour les fonctions suivantes :
- commander les éclairages,
- commander les moteurs des manèges,
- lire les boutons poussoirs pour déclencher les manèges
- déclencher l'ambiance sonore
- commander l'alimentation du train
Il est temps de structurer tout cela! Voici un schéma des blocs fonctionnels :
Schéma fonctionnel
A ce stade, nous avons bien défini les besoins et aussi réalisé la conception générale du module de commandes. Un des éléments clefs est l'alimentation en puissance demandée par tous ces manèges.
L'alimentation des manèges
L'alimentation des manèges nécessite une source de courant alternatif. Nous avons fait le choix de prévoir grand dès le début afin de ne pas être pénalisés par la suite s'il faut ajouter d'autres manèges. C'est d’ailleurs ce qui est arrivé avec l'ajout du magnifique manège pirate avec ses deux moteurs faisant fonctionner des pompes à eau.
Encore une fois, nous avons réutilisé un tiroir d'alimentation industriel qui a été mis au rebus pour cause d'obsolescence. Après une rapide vérification, ce tiroir contient un transformateur torique tout à fait réutilisable. Les tensions/courants des sorties sont clairement marquées sur le transformateur.
Encore une fois, nous avons réutilisé un tiroir d'alimentation industriel qui a été mis au rebus pour cause d'obsolescence. Après une rapide vérification, ce tiroir contient un transformateur torique tout à fait réutilisable. Les tensions/courants des sorties sont clairement marquées sur le transformateur.
Vue du tiroir d'alimentation industriel avec un manège en route
Ainsi, nous avons les tensions suivantes :
- 17,5V/0,3A
- 16,5V/5A
- 18,5V/0,3A
- 22V/14,2A
- 25V/1,5A
Nous avons récupéré le filtre d’entrée, qui évite le parasitage sur le secteur, ainsi que tout l'ensemble de protection, fusible et l’interrupteur général.
Il est important de faire tous les câblages hors tension avec la prise secteur débranchée. Ne prenez pas de risque ! N'oubliez pas que les tensions du secondaires sont flottantes et avec un fort ampérage.
Vue du transformateur monté dans un coffret électrique
La dernière étape consiste à définir l'interface de sortie, tensions du secondaire, avec le reste des manèges. Remarquez que nous avons laissé volontairement un espace entre chaque borne de tension pour minimiser les risques de court-circuit.
Schéma de l'interface de sortie
Un cordon de connexion vers la centrale des manèges est réalisé et ce dernier est testé avec un multimètre.
Passons à la réalisation de la centrale.
La réalisation de la centrale de commande
Cette partie peut paraitre simple mais elle a nécessité beaucoup de travail et de soins. La platine de commande que nous avions réalisé en prototype a été intégrée dans un boitier vide de PC fixe.
Vidéo de la platine de commande avant montage
Le défi que nous avons relevé consistait à ajouter l'alimentation fixe 5 VDC pour la centrale de commande et de définir toute la connectique sans qu'il n'y ait le moindre risque d'intervertir les prises.
Vue de la centrale dans son boitier
Il a fallu gagner de la place pour placer l'alimentation et supprimer le petit afficheur qui ne servait plus à rien un fois la boitier fermé...
Vue de la face avant avec les connecteurs
Les câblages des manèges
Le piège a éviter est de se lancer dans le câblage au fur et à mesure sans préparation. Nous avons fait en sorte d'éviter cela en utilisant des borniers de raccordement provenant du monde de la téléphonie. Le support pour le bornier a été conçu et imprimé en 3D.
Bornier, support et outils
Vue de face et de dessous du câblage des connexions pour les alimentations.On utilise la technique du pontage d'une broche sur deux pour la rangée inférieure pour l'alimentation. La rangée supérieure sert aux connexions vers les manèges.
Les borniers sont placés sous le module et ensuite repérés; puis les connexions sont faites aux moteurs des manèges ou vers les éclairagesDans la prochaine partie nous détaillerons le programme avec les différentes commandes. Alors ne manquez pas la suite de la fête!
