"Modular Breadboard Minilab"
Sommaire
Généralités
Les breadboards (plaques d'essai sans soudure) ont considérablement facilité l'expérimentation et la mise au point de montages électroniques. On trouve depuis leur apparition dans les années 1980 une grande quantité de mini laboratoires, aussi bien de fabrication amateur qu'industrielle, contruits autour de ces accessoires. Le nec plus ultra semblant être celui de National Instruments, conçu pour travailler avec Multisim.
Malheureusement, ces appareils souffrent de deux défauts :
- leur prix lorsqu'il s'agit d'appareils commerciaux
- leur manque de souplesse et d'évolutivité
Par conséquent, la décision a été prise d'en réaliser un correspondant à mes attentes.
Quelques exemples : Ultimate Breadboard Kit, DIY Electronics Learning Lab.
Ce qui se fait sans doute de mieux : Elvis par National Instruments ; 3449 € en ce début 2013 pour la version "plus". Mais il y a la version "moins" qui permet d'économiser 650 €. Ne pas oublier de regarder les extensions. Totalement hors de portée du particulier, et sans doute de pas mal d'universités et écoles.
Ce à quoi ça ne ressemblera pas (d'un point de vue esthétique et ergonomique) : AE EP#26 The Ultimate Breadboard ; (gaffe à la musique de sa copine, ça pique les oreilles)
Pourquoi ce nom anglais "Modular Breadboard Minilab" ??? Simplement parce que c'est beaucoup plus concis que "mini laboratoire modulaire à plaques d'essais sans soudure" !!!
Breadbord, littéralement "planche à pain", vient du fait qu'il y a très longtemps, le prototypage se faisait sur des planches à pain avec un marteau et des clous ; petit rappel historique sur le site du magazine Make. (pas besoin de comprendre l'anglais). A l'époque des lampes, il a dû y avoir pas mal de chataignes... Il y a eu d'autres types de plaques d'essai sans soudure. Mon premier jeu éducatif électronique était constitué de ressorts et d'épingles que l'on plaçait à travers des cartons sur lesquels étaient dessinés les schémas. Il suffisait ensuite de placer les composants par dessus leur dessin. Jeu qui ressemblait un peu à ce que l'on peut voir au milieu de cette page : http://www.physics.mcmaster.ca/electronics/?page=construction.html ; voir "spring clips".
Cahier des charges
- conception en un ensemble d'un seul tenant. Rien de plus pénible que de faire un essai "sur site" avec des accessoires et des fils dans tous les sens, passant leur temps à se débrancher ou faire des court circuits. L'ensemble du montage en cours devra pouvoir être déplacé avec son alimentation et ses entrées sorties.
- modualrité : chaque sous ensemble de ce qui entoure les breadboards devra pouvoir être ajouté, retiré, remplacé etc. sans avoir à tout refaire. Généralement, ce que l'on peut voir sur le net et les catalogues est réalisé d'un seul tenant, éventuellement à la demande du client, souvent l'éducation, avec des configurations spécifiques répondant à des besoins particuliers tels que microcontrôleurs ou électronique linéaire ou encore circuits logiques. Ce mini laboratoire devra pouvoir servir à tout, moyennant tout au plus l'ajout ou le remplacement de modules. Le concept des consoles de mixage ou des vieux synthétiseurs Moog est le plus simple. Les modules devront pouvoir être réalisés dans des cartes Europe de 100 x 160 mm maximum.
- les breadboards ne seront pas "boulonnées" au boitier : de façon à pouvoir expérimenter sur différentes breadboards, ou sur des circuits imprimés. Ou encore pour avoir la possibilité d'y placer et dépanner de petits appareils tout en profitant de l'environnement. Un "établi électronique", en quelque sorte...
- une place disponible respectable. Simplement parce que j'ai tendance à en gaspiller beaucoup ! J'aime les montages aérés, moins sources d'erreur. Donc, de la place pour 6 breadboards, qui seront positionnables horizontalement ou verticalement. Si possible, l'ensemble ne devra pas dépasser la largeur d'un rack 19" (pour des questions de rangement).
- des alimentations fixes et des alimentations réglables, pouvant également servir à autre chose. Donc avec des sorties supplémentaires par embases bananes à vis, ouvertes sur le "monde extérieur".
- l'ergonomie sera la suivante : à gauche, ce qui est ajustable (générateur de fonctions et alimentations). A droite : a priori rien. Le côté droit de la table - pour un droitier - est généralement encombré : fer à souder, multimètres, etc. Si la place manque, et c'est le cas, c'est à droite qu'il faut l'économiser. A l'opposé de l'opérateur : les entrées sorties, qui devront offrir des connexions fiables vers oscilloscope, générateur, ordinateur, appareils de mesure, etc. Et enfin au plus près de l'opérateur : tout ce qui est interactif ou utilisé en visualisation : interrupteurs, poussoirs, voyants logiques, mesure, etc.
On trouve à très bas prix - et il est assez facile d'en réaliser - de nombreux accessoires tels qu'alimentions, interfaces etc. venant se planter directement dans une breadboard. Ils sont compacts, mais ne sont pas vraiment fiables d'un point de vue mécanique.
Modules opérationnels : voir plus bas, au paragraphe Modules.
Modules en projet :
- module comportant interrupteurs et inverseurs
- afficheur LCD 1602
- afficheur LED 7 segments
- générateur de fonctions DDS basé sur un de ces modules chinois (générateur de fonctions, générateur TTL, compteur, fréquencemètre).
- voltmètre / ampèremètre numérique et surtout analogique
- boites à décades pour résistances et capas (peu réaliste car encombrant...)
- etc.
Enfin bref, tout ce dont on a souvent besoin, qui vient encombrer les breadboards, et qu'on est obligé de replanter à chaque fois.
Coffret
Bien que parfaitement fonctionnel, ce coffret s'est avéré assez décevant d'un point de vue esthétique, en raison d'un mauvais choix de matériau : le MDF (ou medium). Habitué à des côtes précises obtenues avec les machines de l'atelier, très mauvaise surprise en mesurant puis assemblant ce qui a été découpé dans le magasin le plus proche. La précision est au mieux de +- 0.5 mm, ce qui est tout à fait insuffisant. Il aurait été plus judicieux de choisir un de ces composites de cuisinistes, de demander des ébauches largement dimensionnées, puis de reprendre sur la fraiseuse aux côtes souhaitées. Ce sera sans doute fait un jour...
La base est une tôle d'aluminium, découpée sur une guillotine précise.
Le MDF y est vissé sur chant, ce qui impose des avant trous. Les supports des modules sont des équerres en aluminium simplement collées à l'époxy. Les modules sont soit vissés, pour ceux qui sont fixes, soit maintenus par des bandes autocollantes magnétiques, pour ceux qui sont interchangeables.
MDF collé à la néoprène sur de l'aluminium, puis rainuré sur la fraiseuse afin de dégager les passages des fils ; le MDF, que je n'utilisais que comme martyre pour l'usinage de tôles, donne un très bon résultat avec une fraise 2 tailles 2 lèvres et des conditions de coupe adaptées à l'aluminium...
A refaire en composite pour cuisines : plus esthétique, plus solide, et mise aux cotes correctes dans l'atelier ; ne surtout pas se fier aux dimensions obtenues dans un magasin de vente à la coupe : même l'équerrage est incorrect !
Alimentations en place. les trois ajustables basées sur des LM317, et la triple SMPS. Naturellement, alimentation secteur via une embase Europe (non visible), et mise à la terre.
(les bandes adhésives magnétiques ne sont pas en place, les modules sont juste posés)
La plaque sur laquelle viennent se placer les breadboards est en aluminium recouvert sur chaque face d'une couche d'adhésif transparent (isolation afin de limiter les risques de court circuit). Une fois leurs supports retouchés (détourés), deux triples breadboards pourront prendre place.
la structure est solide est peut recevoir sans problème des trucs lourds : ici un châssis équipé d'un transformateur de 500VA (ampli en cours de réalisation, sur la base d'un module TAS5630).
Modules
Cliquer sur les images pour atteindre les descriptions détaillée :
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Les alimentations : 3 modules en tout.
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Module d'entrées sorties double canal (stéréo) : permet l'échange de signaux analogiques (ou autres) avec le "monde extérieur" ; ce module est équipé des connecteurs les plus courants : bananes de type bornier, jacks, RCA/CINCH, BNC. |
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Module MAX232 : convertit la logique TTL en logique RS232 (adaptation de niveau et de polarité) grâce à une circuit intégré bien connu... le MAX232 ! |
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Adaptateur pour la programmation des microcontrôleurs PICAXE. |
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Indicateur à LEDs 8 bits. |
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Ensemble de 8 boutons poussoirs à contact fugitif. |
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Mini haut parleurs de test (haut parleurs de PC portable recyclés). |
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Amplificateur audio de quelques centaines de mW. coming soon... |
