Shéma d’implantation des composants

Examinons en détails certaines spécificités de cette carte électronique. La première particularité importante concerne les connecteurs HE14 qui servent à se brancher sur Arduino. Il existe un petit KIT courant sur Internet qui regroupe les six connecteurs dont on pourrait avoir besoin si l’on cherche à se brancher sur toutes les lignes. JE N’AI PAS UTILISÉ un tel KIT car les broches mâles son un peu courtes. Quand on enchâsse notre module, le circuit imprimé talonne sur la prise USB générant deux inconvénients :

• Le circuit risque d’être de biais ce qui n’est pas avantageux pour les broches.

• Les composants soudés qui dépassent du coté pistes vont en court-circuit avec la prise USB car son entourage extérieur métallique constitue un blindage réuni à la masse d’Arduino.

Les barrettes sécables au pas de 2,54mm Mâle / Femelle en 40 points approvisionnées sont un peu « particulières. Les broches mâles présentent une longueur de 17mm soit presque 6mm de plus que celles des types plus courants. Elles nous mettent à l’abri des inconvénients précédemment cités et sont optimisées pour une telle application.
Le BUZZER représenté sur le dessin de la Fig.5 est un HPE-227 qui est un modèle passif prévu pour être soudé directement sur circuit imprimé. J’ai volontairement choisi celui-ci car il présente un diamètre exagéré de 30mm. Ainsi, quel que soit le modèle que vous approvisionnerez, vous n’aurez pas de problème d’encombrement. Passons maintenant en revue les divers strap d’options prévus sur la carte électronique : (Placés sur des picots sécables mâles.)
Si vous avez choisi la version économique avec dialogue sur la ligne série USB, les ponts A, B et C doivent être mis en place. (Et enlevés dans le cas contraire naturellement.)

Le pont A relie la sortie du clavier constitué des deux boutons B.P. 1 et B.P. 2 à l’entrée A0.
Le pont B quand à lui relie l’entrée E à D5 pour bénéficier des fonctions compteur, fréquencemètre, périodemètre et impulsiommètre. (D5 étant affectée aux interruptions et au TIMER interne.)
Le pont C assure la liaison entre la sortie D13 et la LED verte. Ainsi les actions sur le clavier seront visualisées ainsi que les diverses informations de clignotement.
Le pont D sert d’interrupteur pour envoyer ou non la tension issue du potentiomètre vers l’entrée commune E de notre laboratoire. Il remplace l’interrupteur si le potentiomètre n’en est pas équipé.
Le pont E sert d’inverseur pour envoyer le signal B.F. vers le BUZZER ou isoler ce dernier soit pour ne pas polluer l’environnement sonore avec des sifflements pénibles sur le long terme, soit pour utiliser le transducteur acoustique en recevant un signal externe.

Naturellement vous avez déjà tous remarqué que les LED utilisées sont des modèles de diamètre 5mm et compris que « qui peut le plus, peut le moins ». Autrement formulé : Si votre préférence va sur des petites diodes de 3mm elles pourront sans problème prendre leur place sur le circuit.

Il nous reste à aborder un problème épineux relatif à une faiblesse de conception d’Arduino UNO. Je ne prétendrais jamais qu’il s’agit d’une erreur, cette petite carte est merveilleuse et d’une polyvalence exemplaire. Seul un savant dosage de passion et de génie peut aboutir à un produit aussi bien pensé. Par contre, très probablement des contraintes techniques ont abouti à un inconvénient sérieux concernant les deux connecteurs des ports [D0 à D7] et [D8 à D13 – ICSP]. Considérons la Fig.6 qui présente assez clairement le problème à résoudre. En bleu nous avons le circuit imprimé d’Arduino UNO avec en A le connecteur [D0 à D7] et en B le connecteur [D8 à D13 – ICSP]. Juste au dessus, en vert notre circuit imprimé composé d’une plaque d’essai à pistes cuivrées et prépercée au pas de 2,54mm. Les connecteurs HE14 sont bien entendu au pas de 2,54mm et traversent sans problème les rangées de trous. La difficulté vient du fait que sur Arduino la distance E1 qui sépare les deux connecteurs ne fait pas 2,54mm mais 3,8mm environ. Du coup, quand on insère les connecteurs C et D, sur la plaque prépercée, si l’un des deux est en vis à vis de son conjugué, alors l’autre est décalé. Par exemple si C est en face de A, alors D est décalé soit à gauche de B soit à droite et l’assemblage est impossible.
Il faut impérativement trouver un moyen de déplacer dans le sens de la flèche F le connecteur D d’une quantité égale à E2 E1.

Avec un soupçon de « chirurgie, comme décrit sur la Fig.7, on va s’en sortir sans trop de mal. En 1 nous avons le circuit principal avec en A et en B les deux connecteurs qui devront se trouver à la bonne distance par rapport à ceux d’Arduino. On commence par réaliser un tout petit circuit X avec une chute de la plaque prépercée. Sur cette petite chute X de trois rangées de dix trous on soudera normalement le connecteur B. En 2 on pratique une échancrure de quatre trous de large et de onze trous de long. Il suffit alors d’immobiliser X sur 1 à la bonne hauteur et correctement positionné. Dans ce but on réalise une bride Y, toujours avec un morceau de la plaque prépercée. Cette petite plaque présente deux rangées de trous sur une longueur de dix huit trous. Sur la plaque 1 on a agrandi les deux trous 3 pour qu’ils puissent être traversés par deux petites vis. De façon tout à fait analogue on perce deux trous 4 sur la bride Y.

Vous observerez que ces trous sont entre ceux d’origine, ce qui va créer le décalage désiré. Cette bride est placée comme montré par le contour rouge. Vous pouvez observer que les trous de passage pour les vis correspondent. Les deux connecteurs sont à la bonne distance. Surtout on remarque que les trous prépercés sur X et sur Y correspondent. Pour solidariser les deux éléments X et Y il suffit maintenant d’en traverser quelques uns avec des bouts de fil rigide et de souder des deux cotés les pistes, ce qui impose de placer Y cuivre verts le haut et « coté composants » vers X. Notez qu’il est possible d’allonger les trous 4 jusqu’à tangenter les deux petits trous séquents comme montré sur la

Fig 8
Fig 8

Fig.8 pour en faire des orifices oblongs. Il sera ainsi facile d’ajuster avec précision la position latérale. Dans ce but, l’ensemble sera inséré sur Arduino quand tous les connecteurs seront soudés. Les boulons qui tracersent 3 et 4 ne sont pas serrés. On insère notre SHIELD en gigogne, B se centre alors parfaitement sur son homologue en vis à vis. Il ne reste plus qu’à serrer les boulons de liaison pour obtenir une plaque unique avec tout notre petit monde parfaitement positionné. Les diverses photographies qui vont suivre montrent en détails les préparations mécaniques et le résultat de cette opération de « chirurgie corrective ».

ATTENTION : Les pièces X et Y de notre puzzle sont toutes les deux des chutes issues de la plaque prépercée, mais il importe de ne pas se tromper pour l’orientation des bandes de cuivre. Elles doivent se trouver verticalement par rapport au dessin de la Fig.7 sous peine de créer un superbe court circuit entre les points du connecteur HE14  …  dommage !

Si dans une vie antérieure vous avez été horloger, c’est le moment de mettre à profit cet héritage, car le petit adaptateur de la Fig.7 demande pas mal de minutie dans les usinages et dans les soudures des divers éléments. DU SOIN nom d’une pipe en époxyde !

Sans que la fabrication de cette prothèse ne soit spécifiquement délicate, comme on va devoir faire preuve de précision, je m’autorise à vous détailler les diverses étapes de cette phase cruciale dans notre projet, espérant ainsi vous faciliter au maximum ces quelques manipulations. En Fig.9 on a tracé en 1 les contours à découper. Observez immédiatement un petit détail qui présente son importance : La zone de la plaque d’essai dans laquelle est taillée la bride n’est pas quelconque. Elle est choisie dans un coin ce que l’on peut vérifier car en 2 il n’y a pas de trou et la dernière piste est coudée. Ce coude ne présente aucune importance particulière. Par contre, le bord supérieur en 3 est beaucoup plus large que sur les autres cotés de la plaque. La bride (Qui débordera un peu du circuit principal : Strictement sans incidence.) sera ainsi bien plus rigide. Le tout petit morceau de récupération en 4 n’a rien d’original et ne suscite que peu de commentaires. Observez simplement que je ne me suis pas trompé dans l’orientation des pistes de cuivre. En 5 le trou oblong de passage de la vis de liaison est ébauché pour vous montrer que la technique la plus simple consiste à agrandir

les deux trous d’origine qui l’encadrent. Une fois percés, comme visible en 6 on termine l’ouverture pour en faire un trou unique. L’image de la Fig.9 est réalisée en « macrophotographie ». L’effet de loupe donne à ces deux trous une impression fausse. Ils sont en réalité très petits car les vis utilisées ont un diamètre M2,5mm et le forêt de perçage 2,6mm. Autant dire que pour façonner le trou il faut posséder une toute petite lime. On peut faire sans.

En inclinant le forêt on arrive à relier les deux « cercles », puis avec un cutter on affine. Mais une minuscule lime est préférable. Comme percer et limer confine à un travail très fin, et que l’on désire précis, il est de loin préférable de commencer par cette opération. Ainsi on façonne une plaque plus grande, plus facile à manipuler. Comme montré sur la Fig.10 la plaque n’est découpée qu’ensuite. Serrée dans un étau muni de deux mordaches en bois A elle est de plus protégée par une feuille de papier B pliée en huit pour en augmenter l’épaisseur. En général, il est assez délicat de scier parfaitement rectiligne et exactement où l’on désire. En menuiserie, le tracé étant porté sur les pièces de bois, en apprentissage on insiste toujours avec le vocable « laisse le vivre ce trait ». Sous entendu : « Scie au raz mais il doit rester sur ta planche ». Il est tellement plus facile ensuite d’ajuster que de coller un morceau car c’est trop court ! Dans notre cas, pour ajuster avec précision, il convient de scier sur les trous qui sont juste

au dessus du trait noir. Puis, avec une lime douce on enlève l’époxyde jusqu’à ce que la trace de ces derniers ne se voit plus. Un jeu d’enfant  …
Avant de poursuivre, une petite parenthèse est souhaitable relative à la réalisation des deux trous oblongs : La Fig.11 montre à droite l’un des deux orifices terminé. Mais surtout à gauche l’agrandissement initial. Il faut impérativement réaliser ces augmentations de diamètre des deux cotés de la plaque. Coté cuivre ET coté composant. Quand le foret engage et que le trou s’achève, on se trouve ainsi au cœur de la plaque ce qui évite un « éclatement des bords » et l’on aboutit à un résultat très propre.

Examinons attentivement la solution retenue pour assurer une liaison complète et rigide entre la petite plaque à trois rangées de trous et la bride qui assure l’encastrement de cette prothèse avec le circuit imprimé du SHIELD :

La Fig.12 représente une coupe transversale de notre adaptateur pour décalage. En P se trouve la minuscule plaque de trois rangées de dix trous servant de support au connecteur C qui la traverse. En B se trouve la bride qui réalise la liaison complète entre P et le circuit imprimé principal. Pour lier entièrement et de façon rigide la bride et la petite plaque P on utilise des traversées T passant dans les trous et soudées des deux cotés. C’est un mode d’encastrement à la fois simple et très résistant. Enfin, pour rapporter et solidariser cet adaptateur sur le circuit imprimé principal, on utilise les vis V qui traversent la bride B et la plaque du SHIELD en ayant intercalé les rondelles d’appui R. Pour mémoire, l’écrou E ne sera serré que lorsque l’ensemble sera mis en situation sur un module Arduino UNO avec tous les connecteurs à leur place.

(Voir explications ci-avant) Une difficulté nouvelle doit être contournée : En regardant avec attention la Fig.12 on constate que la distance D qui sépare le corps du connecteur des trous de la

rangée centrale est très faible. Pour que le total soit compatible et que l’on puisse mettre sans problème en place les picots du connecteur C et les traversées T il faut que la cote X soit ajustée au plus près des trous « intérieurs ». On retrouve en Y le bord large qui contribue à la résistance et à la rigidité de la bride B. Sur la Fig.13 les chanfreins des deux trous allongés sont parfaitement visibles.

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