Aéromodélisme RC

Techniques et conception

logo2.jpg

Le système de radiocommande

Lien vers « Sauver un animal »

 

Sommaire général

Auteur : Philippe Kauffmann

Version initiale : 16 août 2008

Dernière révision : 4 août 2013

 

Photos : constructeur ou auteur, sauf mention contraire

 

 

N. B. : double-cliquer sur les images permet souvent d’obtenir une version agrandie.

 

 

Sommaire

 

La chaîne de radiocommande

            Le manche et ses potentiomètres

            Le servomoteur et son potentiomètre

Le signal de commande du manche au palonnier

            Modulation d’impulsions basse fréquence

            Modulation haute fréquence

            Démodulation

            Emetteurs informatisés

L’émetteur

Le pupitre de contrôle

            Organisation des voies

            Codage de la position des manches

            La programmation

Les récepteurs

            Démodulation

            Décodage

            Association à l’émetteur

            La connectique

            Architecture d’un récepteur

L’alimentation de la radiocommande

            Émetteur

            Récepteur

Règlementation, bandes de fréquence

Fiabilité et entretien

Responsabilité, sécurité des personnes

Références

 

 

Pour piloter un avion de tourisme, le pilote agit sur les gouvernes de son avion via le manche de pilotage ; les deux étant reliés par un système mécanique de tringlerie. Pour piloter un aéromodèle, le pilote agit aussi sur les gouvernes, mais à travers un système beaucoup plus complexe baptisé radiocommande (anciennement télécommande). A une extrémité se trouve l’émetteur avec ses manches − versions miniatures de celui des avions grandeur − et à l’autre des servomoteurs − plus couramment appelés « servos » −  reliés aux gouvernes. Entre les deux, la tringlerie mécanique a été remplacée par de l’électronique, de l’informatique et une onde électromagnétique.

 

La radiocommande est apparue dans le monde modéliste aux environs de la seconde guerre mondiale, mais n’a été significativement diffusée qu’au début des années 1960, bien après les débuts de l’aéromodélisme. Ces premières radiocommandes commerciales utilisaient parfois des tubes à vide et étaient toujours de type « tout ou rien », c'est-à-dire qu’il n’était pas possible de braquer partiellement les gouvernes. Cette période que l’on peut qualifier de préhistoire est décrite au chapitre « Historique ». Elle s’arrête vers 1966 lorsque les radiocommandes proportionnelles proches de celles d’aujourd’hui sont apparues.

 

Après près de 40 ans de stagnation technologique des radios en ondes dites métriques (27 MHz, 35 MHz, 40/41 MHz, 72 MHz), on a assisté à partir d’environ 2005 à un nouveau bond en avant avec l’utilisation des micro-ondes (2,4 GHz) aussi appelées ondes centimétriques et de la télémétrie. On peut maintenant s’attendre à une nouvelle stagnation, avec une évolution lente faisant ressortir quelques standards du foisonnement actuel (2013).

 

Tous les tenants et aboutissants de cette radiocommande sont présentés dans ce chapitre et approfondis dans les chapitres suivants.

 

 

La chaîne de radiocommande

 

La photo 1 montre une chaîne de radiocommande de base à 4 voies avec 4 servomoteurs (gaz, ailerons, profondeur et direction). On observe  :

·         l’émetteur qui reçoit les ordres des deux manches, les transforme en un signal électrique qui module une onde radio,

·         l’accumulateur de réception qui fournit l’énergie à la partie embarquée,

·         le récepteur qui transforme l’onde radio de l’émetteur en autant de signaux de commande individuels qu’il y a de voies,

·         les quatre servomoteurs (traditionnellement appelés servos) qui reçoivent un ordre de position du récepteur et le traduisent en angle sur leur palonnier.

 

Lorsqu’aucun réglage particulier n’est effectué au niveau de l’émetteur (course, offset, exponentiel…), l’angle du palonnier correspond à peu près à l’angle du manche de commande. Le palonnier suit donc le manche et on est en présence de ce qu’on appelle en automatisme un arbre électrique, car tout se passe comme si le manche et le palonnier étaient reliés par un axe mécanique invisible.

 

 

radio1.jpg

Photo 1 : chaîne de radiocommande 4 voies pour aéromodèle à moteur à explosion

 

 

La photo 2 montre une chaîne de radiocommande à 4 voies avec un émetteur programmable et un moteur de propulsion électrique avec trois servos (ailerons, profondeur et direction). On notera que l’émetteur comme le récepteur disposent de sept voies dans ce cas (les trois dernières voies étant inutilisées). Le système est très proche du système précédant et on observe :

·         l’émetteur qui reçoit les ordres des deux manches, les transforme en un signal électrique qui module une onde radio,

·         l’accumulateur de propulsion qui fournit l’énergie au contrôleur du moteur,

·         le récepteur qui transforme l’onde radio de l’émetteur en autant de signaux individuels qu’il y a de voies,

·         le contrôleur (ou variateur) qui contrôle la vitesse du moteur et fonction de l’ordre reçu,

·         les trois servos qui reçoivent un ordre de position du récepteur et le traduisent en angle sur leur palonnier.

 

On remarque que dans cette variante il n’y a pas d’accumulateur de réception car le contrôleur du moteur (ESC pour electronic speed controller en anglais) possède - sauf exception - un BEC (Battery Eliminator Circuit) qui génère à partir de l’accumulateur de propulsion la tension électrique nécessaire au fonctionnement du récepteur et des servos.

 

 

radio2.jpg

Photo 2 : chaîne de radiocommande avec propulsion électrique

 

 

Le manche et ses potentiomètres

 

Chaque manche est relié mécaniquement (photo 3) à deux potentiomètres (un par direction). Lorsqu’on déplace le manche on fait donc tourner l’axe de l’un ou des deux potentiomètres. Les manches sont ramenés automatiquement au centre par des ressorts de rappel, sauf pour la commande de gaz. Dans le cas de la commande de gaz le ressort de rappel est remplacé par un crantage ou un système à friction qui tend à préserver la position du manche.

 

 

Manche.jpg

Photo 3 : manche de commande 2 axes (partie arrière)

 

 

Un potentiomètre (photo 4) est un circuit électrique destiné à transformer l’angle mécanique de son axe de commande en un signal électrique, en l’occurrence une résistance électrique. Le potentiomètre est constitué de :

·         une piste résistive fixe (typiquement en carbone) en arc de cercle avec des connexions électriques à chaque extrémité,

·         un curseur relié mécaniquement à l’axe du potentiomètre et électriquement aux balais du curseur.

 

La résistance entre l’extrémité gauche de la piste résistive et le curseur est proportionnelle à la longueur de l’arc sous-tendu, donc fonction de la position angulaire de l’axe du potentiomètre. Le potentiomètre fournit donc la mesure électrique de la position angulaire du manche.

 

potard.jpg

Photo 4 : potentiomètre (vue éclatée)

 

 

Le servomoteur et son potentiomètre

 

Un servomoteur (voir photo 5) est constitué de :

·         un potentiomètre semblable à celui des manches,

·         un palonnier relié à l’axe du potentiomètre,

·         un moteur électrique qui entraîne l’axe du potentiomètre via un réducteur,

·         une électronique de commande qui reçoit les ordres du récepteur et actionne le moteur,

·         un boîtier qui maintient ensemble toutes les pièces et permet la fixation à l’aéromodèle.

 

Le fonctionnement est le suivant : l’électronique mesure la résistance du potentiomètre témoin de la position du palonnier. Si la résistance est différente de celle correspondant au signal de commande reçu, l’électronique active le moto-réducteur dans un sens ou l’autre jusqu’à ce que la valeur de la résistance corresponde à celle demandée par le signal de commande. Le potentiomètre du servo recopie donc la valeur de résistance du potentiomètre de l’émetteur.

 

Il est essentiel de bien comprendre les tenants et aboutissants de ce principe. Les potentiomètres sont le cœur de la radiocommande, quelle que soit son type. L’ensemble ne pourra pas être meilleur que ces éléments et leurs liaisons mécaniques aux manches et aux palonniers. S’il y a un jeu mécanique entre manche et potentiomètre ou entre palonnier et potentiomètre, ce jeu dégradera le fonctionnement de l’ensemble.

 

De plus, la précision ne pourra jamais être meilleure que celle des potentiomètres. Or les potentiomètres sont loin d’être parfaits. Indépendamment de la tolérance sur la résistance globale (environ 10 %) sans effet important, les potentiomètres souffrent de non linéarité (typiquement 1 %). De plus, la valeur de la résistance change légèrement avec la température, ce qui fait que les neutres bougent quand la température change. Enfin, les potentiomètres s’usent puisqu’il y a un frottement entre les balais du curseur et la piste résistive. Un bon servo et un bon émetteur devront donc nécessairement disposer de potentiomètres de qualité.

 

 

servo.jpg

Photo 5 : servomoteur sans son boîtier

 

 

Le signal de commande du manche au palonnier

 

Modulation d’impulsion ou basse fréquence (BF)

           

Les premières radiocommandes transformaient la résistance de chaque voie en impulsion de durée variable (en fonction de la valeur de la résistance), générée de façon périodique environ cinquante fois par seconde (voir figure 1). La position du neutre correspondait à 1,5 ms, tandis que les valeurs extrèmes correspondant aux butées de manches étaient de 1 et 2 ms avec l’intégration du débattement des trims.

 

N. B. : au départ chaque fabricant utilisait des valeurs spécifiques légèrement différentes de celles des autres fabricants. L’harmonisation s’est faite au fur et à mesure des décennies.

.

 

PPM-emeteur.gif

Figure 1 : impulsion liée au potentiomètre de manche

 

 

Les impulsions de chaque manche étaient ensuite combinées les unes à la suite des autres pour former un signal multiplexé (multiplexage temporel) portant les informations de position de l’ensemble des manches de la radiocommande (figure 2). L’impulsion de durée variable de chaque manche était transformée en une impulsion de durée fixe (environ 0,4 ms) suivie d’un repos de durée telle que le temps d’impulsion ajouté au temps de repos corresponde à la durée d’impulsion initiale (1 à 2 ms). Ce train d’impulsions appelé PPM est encore utilisé aujourd’hui dans certaines radiocommandes à ondes centimétriques (2,4 GHz), mais pas toutes.

 

PPM2.gif

Figure 2 : impulsions multiplexées des manches

 

 

On remarquera que si on bouge un manche juste après la génération de l’impulsion correspondante, le mouvement ne sera répercuté qu’à la période suivante, c'est-à-dire avec 20 à 25 ms de retard.

 

N. B. : La période normale de répétition des signaux multiplexés n’a jamais été bien fixe, car elle n’a pas d’effet direct sur les servos, sinon qu’ils doivent attendre plus ou moins longtemps chaque ordre nouveau. Les radiocommandes modernes utilisent en principe une période variant entre 18 et 22 ms, mais FUTABA s’est fixé depuis longtemps aux environs de 15 ms ce qui pose des problèmes avec certains servos et certaines radios dites rapides (SANWA SD-10G et SPEKTRUM DX7 SE notamment) utilisent une période inférieure ou égale à 10 ms, ce qui impose des servos numériques capables de suivre ce rythme.

 

La transformation des signaux électriques indépendants des manches en un train d’impulsions unique appelé basse fréquence sert à moduler une onde électromagnétique (radio) à haute fréquence (typiquement 2,4 GHz).  On parle donc d’un signal modulé BF (pour basse fréquence) qui module un autre signal dit HF (pour haute fréquence). Le signal HF est une sinusoïde dont une ou plusieurs des caractéristiques : amplitude, fréquence ou phase, évolue au gré du signal BF modulant. Ce signal HF ainsi modulé est amplifié et appliqué à l’antenne qui le rayonne sous forme d’onde électromagnétique.

 

On notera toutefois que de nombreuses radios en 2,4 GHz n’utilisent plus le multiplexe de la figure 2 pour moduler l’onde radio, mais un multiplexe numérique propriétaire.

 

 

Modulation haute fréquence

 

Tout émetteur possède une tête haute fréquence, parfois interchangeable et appelée alors en général module HF. Cet élément possède un oscillateur électronique dont la fréquence d’oscillation nominale est définie par la vibration mécanique d’une lame de quartz. La fréquence d’oscillation électrique n’est pas nécessairement la même que la fréquence de vibration du quartz car on peut multiplier et diviser la fréquence du quartz par un entier. Dans les émetteurs dits à synthèse de fréquence et onde centimétrique (2,4 GHz), on modifie par programme les coefficients de division et de multiplication pour obtenir exactement la fréquence désirée. La tête HF dispose d’une entrée de modulation pour appliquer le signal BF, ce signal BF fait soit varier l’amplitude (émetteurs pour jouets de très bas de gamme), soit la fréquence d’oscillation autour de la valeur nominale, soit la phase de la sinusoïde dans le cas de certains émetteurs à 2,4 GHz.

 

 

Démodulation

 

L’onde modulée est appliquée sur l’antenne de l’émetteur d’où elle rayonne dans tout l’espace et arrive très atténuée sur l’antenne de réception. Le récepteur amplifie ce signal ténu et le démodule pour retrouver le signal BF multiplexé. Après démultiplexage, chaque prise de servo reçoit un signal démultiplexé identique à celui de l’émetteur avant multiplexage comme celui de la figure 1. Chaque servo n’a plus alors qu’à transformer la durée de chaque impulsion en position angulaire.

 

 

Emetteurs informatisés

 

Les étapes de codage et décodage qui viennent d’être décrites sont celles des premières radiocommandes proportionnelles. Avec l’informatisation (toutes les radios actuelles fonctionnent grâce à un microcontrôleur, ordinateur sur une puce et sont donc strictement un système informatique), certaines étapes ont parfois été masquées ou modifiées, mais pas toujours. Souvent c’est la phase de transformation de la position du manche de l’émetteur en impulsion qui a disparu. Parfois le train d’impulsions PPM a été remplacé par un code plus sophistiqué, parfois sur une durée plus courte, mais sans changer le fait qu’on transforme les positions de manche en suite d’impulsions. De toute façon, en bout de chaîne, les servos ont toujours besoin de l’impulsion périodique au format de la figure 1.

 

 

L’émetteur

 

Le pupitre de contrôle

 

Le pupitre de contrôle respecte toujours à peu près la même ergonomie visible à la photo 6. On y retrouve :

 

·         Les deux manches pour les quatre commandes principales : gaz, ailerons, profondeur et direction.

·         Les trims, indispensables pour corriger les défauts des zéros des manches et de certaines voies secondaires.

·         L’afficheur, qui fournit les informations sur

o   le modèle sélectionné,

o   la tension de batterie,

o   la position des trims,

o   éventuellement les mesures télémétriques.

Il affiche aussi ponctuellement les paramètres de programmation durant la phase de programmation d’un modèle.

·         Les boutons de programmation qui servent à

o   choisir le modèle,

o   régler les paramètres de chaque modèle,

o   affecter les interrupteurs, potentiomètres et boutons,

o   contrôler les temporisateurs.

·         Les interrupteurs, boutons poussoirs et potentiomètres. Ils sont en partie affectés aux voies secondaires (ici volets d’atterrissage, train rentrant et mode/gain gyroscope) et à diverses commandes (ici le double débattement, les phases de vol et le basculement moniteur/élève). Certains de ces interrupteurs, boutons poussoirs et potentiomètres peuvent dans certains cas rester non affectés et donc sans effet. Les affectations les plus courantes sont :

o   phases de vol,

o   double débattement (dual rate en anglais),

o   activation manuelle de mixage,

o   basculement moniteur/élève.

 

emetteur3.jpg

Photo 6 : organes de contrôle et d’information

 

 

Organisation des voies

 

Sur un avion ou un planeur grandeur, les commandes sont toujours organisées de la même façon, ce qui permet à un pilote de passer d’un type à un autre sans problème. Cette standardisation a mis plusieurs décennies à être entérinée et s’est achevée à la fin des années 40. Au début de la seconde guerre mondiale, les pilotes français tiraient encore la poignée de gaz à eux pour accélérer. Les survivants de la bataille de France ont dû apprendre à la pousser pour accélérer lorsqu’on leur a confié des avions britanniques. Malheureusement en modélisme, on n’est pas encore parvenu à cette standardisation. Il est vrai que les enjeux ne sont pas les mêmes.

 

Il y a principalement deux écoles : celle qui adopte le mode 1, c'est-à-dire gaz et ailerons à droite (disposition des premières radios proportionnelles), et celle qui adopte le mode 2, c'est-à-dire profondeur et ailerons à droite, disposition plus proche de celle des avions grandeur (du moins à la place du copilote). Le mode 1 est le mode le plus répandu en France et en Europe alors que les US utilisent plus volontiers le mode 2 ; mais il y a de nombreuses exceptions des deux cotés de l’atlantique.

 

Dans les clubs, la majorité des membres utilisent les modes 1 ou 2. Mais on peut aussi trouver quelques réfractaires qui préfèrent les ailerons à gauche des modes 3 ou 4 (voir figure 3). Bien sûr, il y a parfois quelque nostalgique des gaz en tirant, ce qui fait finalement huit variantes possibles en tout…

 

modes.gif

Figure 3 : les quatre modes principaux de répartition de commandes

sur les deux manches d’une radiocommande (notice MX16 Graupner)

 

 

Cette tour de Babel n’est pas simplement anecdotique, car sur de nombreux émetteurs on ne peut pas passer les gaz de gauche à droite ou inversement. De plus, même si on y arrivait en bricolant, ça ne servirait à rien car le soft de la radio doit absolument savoir quel manche agit sur quelle gouverne pour pouvoir effectuer correctement les mixages. Lorsqu’on achète une radio il faut donc impérativement savoir si elle est en mode 1 (gaz à droite) ou mode 2 (gaz à gauche), ou si elle supporte les deux modes.

 

Si on est débutant, il faut choisir le mode du moniteur à cause de la double commande. S’il n’y a pas de moniteur, il faut choisir le mode 1 car ça fera disparaître petit à petit les radios en mode 2 qui nous compliquent la vie.

 

 

Codage de la position des manches

 

La position des manches est soit convertie en un signal PPM (figure 2), soit directement en nombres binaire plus ou moins précis appelée trame ou multiplex numérique.  Les premières radios PCM utilisaient un codage sur 9 bits (position du manche définie sur 512 points) ce qui est largement suffisant si on considère la non linéarité typique de 1 % des potentiomètres et le fait qu’un crantage de gaz ne comporte qu’environ 40 points. Mais avec le temps on a augmenté la définition numérique de la position avec 1024 puis 2048 points, pour arriver aujourd’hui parfois à la résolution ridiculement élevée de 32758 points sur certaines radios. Il faut comprendre que si augmenter la résolution de la position au-delà d’une certaine limite n’apporte rien d’un point de vue précision du fonctionnement, ça n’a pas non plus de coût d’un point de vue fabrication. Par contre, ça permet de mettre en avant un argument commercial efficace au niveau des ventes bien que douteux du point de vue de l’honnêteté.

 

Contrairement à ce que l’on pourrait supposer, le signal PPM n’est pas l’apanage des anciennes radios et la trame numérique celui des radios récentes. De nombreux modules HF attendent un signal PPM en entrée, on le retrouve donc dans certaines radios très récentes avec une conséquence négative : un temps de latence qui peut atteindre 22 ms lié au fait que l’information n’est souvent rayonnée que lorsque l’ensemble de la trame PPM est reçu par le module HF.

 

 

La programmation

 

La programmation permet au minimum des sauvegarder les caractéristiques principales de plusieurs modèles ; le nombre de modèles qu’il est possible de sauvegarder augmentant avec le prix de la radiocommande (de 6 pour les modèles les plus économiques à plusieurs dizaines pour les plus chères). Ce minimum se compose de :

 

·         réglage du sens de débattement de chaque servo,

·         réglage de l’amplitude du débattement de chaque servo,

·         mémorisation de la position des trims,

·         réglage de l’exponentiel sur les voies Ailerons et Profondeur.

 

 

En général on aura, même sur les radiocommandes de base, quelques fonctions supplémentaires,

 

·         mixages pour ailes delta, hélicoptères, empennages en V, plus quelques mixages libres,

·         double débattement,

·         un chronomètre.

 

 

Les radiocommandes du milieu de gamme offrent bien souvent en plus :

 

·         plusieurs phases de vols, permettant de sauvegarder les trims principaux de chaque phase,

·         des courbes de gaz et de pas sur 5 points, spécifiques de chaque phase de vol pour les hélicoptères,

·         des mixages plus évolués (asymétriques, actionnables automatiquement, etc.),

·         plusieurs chronomètres (radio, modèle, moteur, etc.),

·         la permutation des voies.

 

La dernière fonctionnalité, parfois absente en milieu de gamme, mérite quelques commentaires. Chaque marque de radiocommande organise différemment ses quatre voies principales, ce qui rend difficile le pilotage d’un aéromodèle par une radiocommande de marque autre que celle prévue au départ, à moins qu’elle dispose de la fonction de permutation des voies. L’organisation des voies − indépendante du mode (1 à 4) choisi − pour les principales marques est donnée par le tableau 1 ci-après :

 

 

Graupner/JR/SJ

Spektrum

FUTABA

HITEC

Multiplex

Robbe

Sanwa

(Airtronic)

Voie 1

Gaz

Ailerons

Ailerons

Profondeur

Voie 2

Ailerons

Profondeur

Profondeur

Ailerons

Voie 3

Profondeur

Gaz

Direction

Gaz

Voie 4

Direction

Direction

Gaz

Direction

Tableau 1 : organisation des quatre voies principales selon les marques de radiocommande

 

 

Avec les radiocommandes haut de gamme, on disposera en général d’une programmation encore plus complète :

 

·         plus de fonctionnalités dans les phases de vol,

·         plus de points de réglages des courbes gaz/pas en mode hélicoptère,

·         plus de fonctionnalités secondaires,

·         et surtout une programmation plus ergonomique.

 

 

Un bon choix de radiocommande doit se faire en fonction des trois critères principaux suivants (en ignorant le critère financier) :

 

·         le besoin ou non de module HF interchangeable (fonction des récepteurs en stock que l’on souhaite pouvoir utiliser avec la nouvelle radiocommande),

·         le nombre de modèles que l’on veut mémoriser (fonction du nombre de modèles prévus en stock…),

·         les fonctions de programmation souhaitées en fonction des modèles à piloter.

 

 

Les récepteurs

 

Démodulation

 

Le récepteur assure deux fonctions :

·         démodulation du signal radio pour récupérer le signal PPM ou numérique de l’émetteur,

·         décodage du signal multiplexé PPM ou numérique pour régénérer les impulsions individuelles en modulation de largeur d’impulsion pour les servos.

 

La première fonction est toujours assurée de façon analogique et introduit un faible retard de l’ordre de 0,2 ms.

 

Attention néanmoins avec les anciennes radios à ondes métriques (41 MHz ou 72 MHz) : dans l’émetteur la modulation peut être positive ou négative selon la marque. Les récepteurs conçus pour une modulation positive ne fonctionnent pas avec les émetteurs à modulation négative et réciproquement. Heureusement, les récepteurs génériques : Webra, Simprop, Schulze, JETI, ACT, Berg, MZK, Hyperion, Xpower, Feeltronic, Modell-Expert, etc., contrairement à de nombreux récepteurs de marque, sont conçus pour supporter indifféremment les deux types de modulation.

 

N. B. : le type de modulation ne concerne pas les récepteurs en 2,4 GHz car chaque marque utilise son propre standard, toujours incompatible avec tous les autres. Par ailleurs, on ne trouve pas encore en 2013 de récepteur générique, hormis des récepteurs au standard SPEKTRUM DSM2 et FUTABA FASST et quelque transcodeur universel.

 

 

Décodage

 

Le décodage du signal PPM multiplexé peut être réalisé de façon instantanée avec des portes logiques (registres à décalage), mais au prix de l’absence de protection contre les parasites qui se traduisent par des tops radios parfois violents. La raison est simple, si un parasite apparaît, il coupe une impulsion en deux et elle est vue alors comme deux impulsions courtes, ce qui envoie deux servos en butée. Ce problème a, durant de nombreuses années, poussé des modélistes à adopter des radios haut de gamme utilisant un codage numérique des données appelé PCM (pour Pulse Code Modulation) protégé contre ce problème. Mais le décodage du signal PPM des derniers récepteurs métriques était le plus souvent « filtré » par un microcontrôleur qui élimine les parasites au prix d’un délai de 2 ms à 25 ms selon le programme utilisé. Ces récepteurs ont donc fait perdre son intérêt au PCM qui nécessite un délai plus important de traitement compris environ entre 10 ms et 32 ms selon de type de codage.

 

Avec la technologie centimétrique, le codage et donc le décodage sont toujours numériques avec filtrage des parasites. La trame PPM est alors souvent remplacée par une trame numérique plus complète que la trame numérique PCM.

 

Le décodage « intelligent » ou numérique a induit deux modes dégradés de fonctionnement des récepteurs :

·         le mode « hold » qui maintient les ordres antérieurs en cas d’apparition de signaux non corrigibles durant un temps bref,

·         le mode « fail safe » qui met toutes les commandes au neutre excepté les gaz placés à une valeur au choix en cas d’absence prolongée de signal valide.

 

Tous les récepteurs ne disposent pas des deux modes, et le réglage des gaz du mode « fail safe » n’est pas toujours programmable.

 

 

Association à l’émetteur

 

Voler à plusieurs impose un système d’association entre chaque émetteur et récepteur. Ceci a conduit en bande métrique à subdiviser chaque bande en canaux (de 10 kHz jusqu’à 41 MHz inclus et 20 kHz au delà). La solution initiale pour sélectionner un canal consistait alors à enficher un quartz d’émission sur le canal choisi dans l’émetteur, et le quartz correspondant dans le récepteur. Mais attention, le quartz d’émission n’est pas sur la même fréquence que le quartz de réception. Le quartz de réception est décalé de 455 kHz sur un récepteur à simple changement de fréquence et de 10,7 MHz pour un récepteur à double changement de fréquence.

 

Par exemple, si on choisit 41,050 MHz (fréquence autorisée jusqu’au 31/12/2010) on prendra un quartz TX du canal C405 pour une radio JR et un quartz RX C405 pour le récepteur en ayant pris soin de vérifier que quartz et récepteur sont compatibles (simple ou double changement de fréquence). La taille des quartz est standard, la même en émission et réception, sauf pour quelques récepteurs qui utilisent des quartz miniatures pour gagner du poids. Lorsqu’on installe un quartz de réception il faut donc faire attention à deux paramètres : taille miniature ou standard, simple ou double changement de fréquence.

 

Cette première méthode d’association un peu laborieuse est devenue de moins et moins populaire avec le temps, d’autant plus que les changements de quartz à répétition finissaient par induire des faux contacts électriques. Les émetteurs sont donc devenus de plus en plus souvent à synthèse de fréquence, ce qui permet de choisir le canal d’émission par programme à la mise sous tension. Les récepteurs ont suivi la même voie en incorporant bien souvent un scanner qui parcoure les canaux lorsqu’on presse sur le bouton « scan » et allume une led lorsque le récepteur a trouvé l’émetteur et s’est définitivement calé sur lui (voir photo 7).

 

rec_scan.jpg

Photo 7 : bouton et led d’association d’un récepteur métrique

 

 

Les récepteurs à micro-ondes n’utilisent pas de canal prédéterminé, mais un identificateur (ID en anglais) qui est un nombre binaire unique qui joue le même rôle. L’association consiste donc dans ce cas à échanger ce nombre entre l’émetteur et le récepteur lorsqu’on active la fonction « binding » entre les deux ; en général en pressant sur un bouton spécifique sur l’émetteur et en branchant une petite prise ou en appuyant sur un bouton sur le récepteur. La différence par rapport à la bande métrique est qu’il faut en général déclencher la procédure aussi bien sur l’émetteur que sur le récepteur, car sinon l’émetteur refuse d’accepter un récepteur avec un identificateur différent de celui avec lequel il était lié précédemment, tout comme le récepteur refuse de changer d’identificateur.

 

 

La connectique

 

 

conn_rec.jpg

Photo 8 : connecteurs de batterie et servos d’un récepteur (standard UNI)

 

 

Aujourd’hui les récepteurs utilisent une connectique presque standardisée, et les anciens connecteurs ROBBE, MULTIPLEX et SANWA ont pratiquement disparu. Les connecteurs pour les servos sont identiques au connecteur d’alimentation. Ils utilisent dans les deux cas trois broches alignées au pas de 2,54 mm dans l’ordre suivant :

 

·         masse

·         +

·         impulsion

 

Dans le cas du connecteur d’alimentation, la broche d’impulsion est inutilisée ou fournit dans certains cas un signal multiplexé.

 

Il subsiste toutefois un problème. Tous les fabricants ont fini par adopter un corps de connecteur en plastique conforme aux connecteurs JR souvent appelé connecteur UNI (photo 9) avec deux chanfreins de détrompage, sauf FUTABA qui a maintenu son connecteur avec un ergot supplémentaire (photo 10). JR, Graupner/SJ (photo 8) et FUTABA proposent évidemment des récepteurs compatibles avec leurs prises de servo. Quelques fabricants comme Multiplex ont choisi un détrompage double compatible avec les deux standards, mais malheureusement, la plupart des autres fabricants ont résolu le problème en supprimant tout détrompage… Gare aux branchements à l’envers qui ne sont pas toujours sans conséquence !

 

En raison de l’universalité des prises JR, tous les fabricants de servos, hormis FUTABA, les ont adoptées. On peut brancher une prise JR dans un récepteur FUTABA, mais sans profiter du détrompage. Par contre, si on veut utiliser des servos FUTABA sur un récepteur pour prise JR, il faut un coup de pince coupante bien placé suivi de quelques passages d’une lime fine pour transformer la prise FUTABA en une prise UNI.

 

JR    futaba

Photo 9 : connecteurs JR/SJ et UNI                                            Photo 10 : connecteurs FUTABA

 

 

N. B. : Il existe une exception à la connectique présentée. En effet, FUTABA et Robbe ont décidé de proposer des récepteurs dans leur gamme centimétrique FASST avec un connecteur à trois broches spécifique destiné à leur trame multiplexée numérique S-BUS. La charge du démultiplexage revient alors à des modules d’extension ou aux servos eux-mêmes. Ceci complique un peu le système mais permet de diminuer le nombre de fils sur les modèles complexes. La contrepartie est la diminution de la fiabilité car un mauvais contact sur le bus affecte tous les servos en aval. SPEKTRUM utilise aussi une trame multiplexée dans ces récepteurs secondaires, mais seuls quelques modules « flybarless » pour hélicoptères savent en tirer profit.

 

 

Architecture d’un récepteur

 

Il n’est pas question d’expliquer ici l’architecture détaillée des récepteurs, car elle est complètement décrite sur le site internet de Francis Thobois [1] ; mais simplement de survoler quelques caractéristiques principales pour pouvoir distinguer les récepteurs entre eux. Les photos 11 à 15 ci-après présentent deux récepteurs métriques à synthèse de fréquence : un récepteur compact 6 voies SIMPRPOP sur un circuit imprimé unique, un récepteur MULTIPLEX à 8 voies de taille standard sur deux circuits imprimés superposés et un récepteur centimétrique TURNIGY à 8 voies (photo 16) posé sur une seule face de circuit imprimé.

 

Dans tous les cas la partie HF est séparée de la partie BF. Elle est sur la moitié gauche du récepteur SIMPROP et sur le circuit imprimé de la photo 15 pour le récepteur MULTIPLEX. Dans le cas du récepteur SIMPROP, la partie HF est constituée du circuit intégré spécialisé MC3372 (en haut à gauche de la photo 11) et de filtres céramique (les deux rectangles gris en haut et à gauche de la photo 12). Dans le cas du récepteur Multiplex, la partie HF est constituée de composants discrets (transistors individuels) est de filtres à noyau plongeant (les trois cubes avec noyau central fileté réglable par rotation). Comme les filtres à noyau doivent être réglés, ils disposent d’une entaille pour l’insertion d’un tournevis, mais il ne faut en aucun cas y toucher car le réglage n’est possible qu’avec des outils spécialisés. Un réglage « au pif » fonctionnera peut-être sur une fréquence, mais pas sur l’ensemble de la bande.

 

Les deux premiers récepteurs utilisent pour le choix du canal de réception un circuit PLL et un diviseur programmable (les deux petits circuits intégrés rectangulaires de la photo 12, non visibles dans le cas du récepteur MULTIPLEX) pilotés par un quartz (rectangle métallique brillant marqué 8.000 sur la photo 12 et non lisible sur la photo 15). Contrairement donc à ce que pensent certains, même un récepteur de synthèse à besoin d’un quartz, mais il n’est pas interchangeable.

 

La partie BF se résume à un microcontrôleur pour le décodage « intelligent », nommé IPD pour Intelligent Pulse Decoding dans le cas du récepteur MULTIPLEX (photo 14). Ce composant est le gros circuit intégré à droite de la photo 12 et le gros circuit intégré à 28 broches de la photo 16 cadencé par l’oscillateur situé à sa gauche (rectangle métallique). Dans les deux cas, le microcontrôleur est relié aux connecteurs des servos via des résistances de protection contre les inversions (petits rectangles noirs). Si le décodage avait été fait par un circuit logique, on aurait vu à la place du microcontrôleur un circuit intégré marqué MC4015 (ou CD4015 ou HEF4015…) d’aspect semblable au circuit intégré marqué MC3372 de la photo 12.

 

Pour se protéger des perturbations d’alimentation venant des pointes de courant dans les servos, le récepteur SIMPROP utilise un condensateur (rectangle jaune à bande rouge marqué « 22µ 10V » à droite de la photo 13), qui est un réservoir tampon d’électricité ; tandis que le récepteur MULTIPLEX dispose d’un circuit plus évolué : un régulateur 3,3V (petit circuit intégré entre les deux condensateurs noirs à bande blanche en haut de la photo 16). La disposition MULTPLEX permet une meilleure immunité aux perturbations d’alimentation, mais rend les servos plus sensibles aux parasites, car ils ne reçoivent plus que des impulsions de 3,3 V au lieu de 4,8 V.

 

simprop1.jpg       simprop2.jpg

Photo 11 : récepteur à synthèse SIMPROP, face CI                                  Photo 12 : récepteur à synthèse SIMPROP, face passifs

 

multiplex_rec3.jpg multiplex_rec1.jpg multiplex_rec2.jpg

Photo 13 : récepteur IPD Multiplex, boîtier            Photo 14 : récepteur IPD Multiplex, face HF         Photo 15 : récepteur IPD Multiplex, face BF   

 

 

Les récepteurs centimétriques reprennent les mêmes principes que les récepteurs métriques (photo 28), mais les filtres céramiques ou à noyau plongeant ne sont plus nécessaires, pas plus que la PLL ou le diviseur de fréquence, tout étant intégré dans le circuit intégré haute fréquence. Ils sont donc plus compacts et légers, et surtout beaucoup moins chers à produire. Les prix élevés des récepteurs centimétriques ne sont que la conséquence d’une politique commerciale. Leur prix de vente normal devrait se situer nettement en-dessous de 20 € (en 2013), ce qui est déjà le cas pour des récepteurs « compatibles » d’origine asiatique.

 

rec_hyper.jpg

Photo 16 : récepteur 2,4 GHz à 8 voies Turnigy

 

 

Le quartz en boîtier métallique est toujours bien visible dans le récepteur centimétrique. Le microcontrôleur toujours présent est le composant rectangulaire à gauche relié aux broches du connecteur via des résistances de protection. La partie HF se résume au circuit carré à droite du microcontrôleur.  Le régulateur de tension 3,3 V semblable à celui du récepteur MULTPLEX est visible en bas à droite entre les deux condensateurs.

 

N.B. : la majorité des fabricants ont opté pour un circuit intégré haute fréquence standard comportant un microcontrôleur capable de traiter le signal multiplexé, mais incapable de le démultiplexer faute d’un nombre de broches suffisant, ce qui  impose un second microcontrôleur pour le démultiplexage. Toutefois, certains fabricants sont allés plus loin en faisant fondre des circuits intégrés avec un nombre de broches plus grands, ce qui a permis d’éliminer le microcontrôleur BF.

 

De plus, pour pallier à la faiblesse du signal reçu en bande centimétrique, les récepteurs utilisent souvent deux antennes, voire un récepteur satellite pour avoir une redondance à quatre antennes (solution SPEKTRUM notamment) ; le module BF choisissant le signal de l’antenne donnant le meilleur signal. Cette technologie s’appelle en anglais « smart antenna » ou « antenna diversity ». Il existe un faux débat sur internet concernant la différence entre avoir deux antennes et un récepteur et deux récepteurs complets. Le débat est un faux débat car il y a toujours autant de parties HF que d’antennes et une seule partie BF qui choisit le meilleur signal. Il est impossible de commuter plusieurs antennes sur une seule partie HF à tour de rôle, car on ne pourrait pas savoir laquelle fournit le meilleur signal dans la mesure où on n’a aucune information sur la qualité du signal d’une antenne déconnectée. Les différences se situent uniquement au niveau des circuits intégrés qui incorporent ou non plusieurs modules de réception HF dans un même boîtier, ce qui change le nombre de composants sans influer sur les caractéristiques de fonctionnement.

 

 

L’alimentation de la radiocommande

 

Emetteur

 

L’alimentation de l’émetteur varie d’une marque et d’un modèle à l’autre, mais on peut dégager deux cas principaux. 

·         L’émetteur est fourni avec un support pour des piles (typiquement de taille AA). Il faut alors remplacer le support de piles pack un pack accumulateur adaptable ou qu’on adapte soi-même, car les piles s’usent très vite et que ça devient rapidement très onéreux, et surtout parce que les supports de piles sont sujets à des mauvais contacts, et d’une fiabilité insuffisante.

·         L’émetteur est fourni avec un pack d’accus, typiquement de 7,2 V ou 9,6 V (typiquement 6 ou 8 éléments NiMh, parfois d’accumulateurs LiPo).

 

 

Récepteur

 

Lorsque le récepteur n’est pas alimenté directement par le contrôleur via le BEC (moteur à explosion, planeur pur, ou contrôleur optocouplé), il faut l’alimenter via des accumulateurs. L’alimentation se fait classiquement via 4 éléments NiMh. Quatre éléments de taille AAA (masse 50 g) vont bien pour les modèles de moins de 2 kg. Entre 2 kg et 4 kg, des éléments AA (masse 100 g) sont indispensables pour tenir compte de la consommation supérieure des servos. Au-delà de 4 kg il faudra prendre des éléments sub C (masse 300 g) ou même plus gros selon la taille du modèle.

 

Dans le cas où on n’alimente pas l’électronique de réception via un circuit BEC, il convient d’ajouter un interrupteur entre l’accumulateur et le récepteur, de façon à pouvoir éteindre et allumer à volonté sans avoir à ouvrir le modèle et débrancher l’accumulateur. Dans le cas de l’utilisation d’un circuit BEC cette précaution est inutile car l’accumulateur de propulsion est en principe à plat au moment de l’atterrissage et il faut de toute façon le débrancher pour le recharger.

 

 

Règlementation, bandes de fréquence

 

Tout le monde sait que la France est un petit pays qui compte moins de 1% de la population mondiale mais ne fait jamais rien comme les autres.

 

Dans le domaine métrique, la France était le seul pays au monde à utiliser la bande 41 MHz, mais autorise depuis 2011 aussi quelques canaux en 35 MHz et 40 MHz (bandes utilisées dans le reste de l’Europe). En contrepartie on nous a enlevé quelques canaux en 41 MHz depuis le 31/12/2010, ce qui oblige à se mettre dans l’illégalité ou de jeter quelques quartz à la poubelle si on utilise encore un système radio en bande métrique. Bien qu’on ne vende plus d’émetteur en bande métrique, ces bandes seront probablement encore utilisées longtemps par ceux qui ne voient pas la nécessité de changer d’équipement tant qu’il fonctionne. Or un équipement électronique peut durer très longtemps…(cas de la radio SANWA de 1980 de l’auteur).

        

Dans le domaine centimétrique, la bande 2,4 GHz va de 2400 MHz à 2483,5 MHz dans le monde entier, sauf en France, sans raison compréhensible. En France (mais seulement en dehors des habitations) la bande est limitée à la plage 2400 MHz à 2453 MHz à la pleine puissance de 100 mW indispensable à notre hobby. Comme il y a une certaine confusion sur les fréquences autorisées, il faut faire très attention. Certains appareils ont un réglage "France/rest of world", d'autres sont strictement pour le marché français, d'autres encore utilisent la bande internationale et ne respectent pas la réglementation française. A vous de prendre vos précautions et responsabilités lors de l'achat et la mise en route de votre radiocommande.

 

 

Fiabilité et entretien

 

Les radios actuelles sont assez fiables. Toutefois, comme tout matériel électronique, elles vieillissent mal à cause des différences de coefficient de dilatation des divers matériaux constituant qui finissent par provoquer la rupture des soudures des composants ; phénomène qui s’est accentué avec l’abandon récent de l’utilisation du plomb dans les alliages de soudure. De plus, l’humidité les fait vieillir prématurément par oxydation des contacts électriques et des résistances des potentiomètres.

 

Une bonne disposition est de nettoyer tous les contacts électriques accessibles à chaque début de saison et surtout d’éviter de stocker le matériel (émetteur comme modèles) l’hiver dans un endroit non chauffé (cave, garage ou grenier) intrinsèquement humide en hiver.

 

Les accumulateurs sont un cas à part. Ils vieillissent très vite. Les NiCd peuvent parfois durer dix ans, mais il vaut mieux les changer tous les 5 ans. Les NiMh sont moins durables et un remplacement tous les cinq ans est aussi recommandé. Quant aux LiPo, leur durée de vie ne dépasse le plus souvent guère deux ans (bien qu’une durée de vie de 5 ans ait déjà été observée). Le mieux est de les remplacer tous les deux ans au moins. Si le matériel qui utilise les accumulateurs a une grande valeur (maquette, grand modèle), un remplacement annuel peut être judicieux.

 

 

Responsabilité, sécurité des personnes

 

Les radiocommandes utilisent un moyen de communication intrinsèquement non fiable. Les pilotes, même chevronnés, ne sont pas fiables 100 % du temps non plus. Il en résulte un risque pour les modèles bien connu de tous, ainsi qu’un risque pour les personnes, moins bien appréhendé mais beaucoup plus préoccupant car il y a déjà eu (très rarement il est vrai) des accidents mortels. Etant responsable civilement et ne pouvant s’abstraire de l’impondérable, tout modéliste a donc, en plus de l’obligation d’être prudent, l’obligation d’être assuré pour le cas où la prudence n’aurait pas suffi.

 

Ce rappel est justifié par le fait que certains modélistes ignorent que la majorité des assurances civiles (et donc probablement la leur) excluent les risques liés au modélisme, ce qui rend indispensable l’adhésion à la FFAM pour être couvert, à moins d’adhérer à une autre assurance spécifique couvrant les risques liés au modélisme.

 

 

Références

 

1.      Site internet de Francis Thobois : Faire sa radiocommande soi-même