Le robot de tonte fait partie des appareils vraiment utiles lorsqu'on a un terrain gazonné de bonne surface.
Une fois qu'on a connu pendant de nombreuses années le tracteur-tondeuse, amusant au début, rébarbatif assez rapidement, le robot permet de gagner du temps, de l'énergie et surtout, le résultat est vraiment bluffant : pas de traces de tonte, pas de restes de gazon coupé sur la pelouse, pas de déchets à se débarrasser !
L'investissement de départ semble important sauf si on le compare à un bon tracteur d'une dizaine de chevaux.
Je ne peux que vous encourager à sauter le pas si vous avez une bonne surface à tondre. A moins que vous aimiez vraiment tondre manuellement, même à partir de 500m², un robot est utile.

Bien sûr, comme tout appareil, il y a quelques inconvénients, en particulier, il faut installer un fil périphérique qui sert à contenir le robot sur votre pelouse (et qui contourne tous les massifs) et un fil guide (ou plusieurs) qui permet comme son nom l'indique, de guider le robot dans des zones difficiles d'accès, et surtout l'aider à retrouver la station de recharge rapidement.
Ces fils, il faut les enterrer ou plus simplement les poser sur le sol, grâce à des crampons. Un an plus tard, la pelouse les aura recouverts au point où il sera difficile de les retrouver !
Et c'est là que les appareils présentés trouvent leur utilité : lorsqu'il faut enlever des mauvaises plantes à racine (par exemple les pissenlits), il existe des appareils très pratiques, comportant des griffes. Seulement, ces appareils s'ils sont capables de sortir des racines axiales de près de 20 cm, sont capables d'arracher aussi un fil !

Pour éviter la coupure du fil, le premier appareil proposé permet de détecter la présence du fil à proximité de la plante à enlever. Dans ce cas, on pourra soit s'abstenir d'arracher la plante, soit l'éradiquer avec un produit phyto, soit l'enlever manuellement en ayant déterré le fil pour le préserver.
Néanmoins, si par accident, le fil est coupé, le second appareil proposé permet de découvrir l'endroit de la coupure, ce qui évite d'avoir à déterrer une grande longueur de fil.

Le desherbeur Fiskars pour enlever les plantes à racines axiales

Le premier appareil est prévu pour détecter les fils du système de tonte de marque Husqvarna, modèle 315 :


Le 315 déguisé en coccinelle

Il est fort possible qu'il soit utilisable sur plusieurs modèles de la marque et peut-être aussi sur des robots d'autres marques.
C'est pour cela que je vais commencer par faire quelques mesures sur mon système de tonte afin de caractériser les informations utilisables électroniquement afin de créer un détecteur.
Ainsi, il sera possible d'utiliser la même méthode sur un robot différent, afin d'adapter l'appareil si besoin.

Sur le Net, j'avais trouvé des indications pour détecter le fil. En particulier, il était dit qu'un simple poste de radio pouvait convenir. Bien sûr, j'ai essayé, et ça ne fonctionne pas. En tout cas, pas sur mon système.
J'ai donc réfléchi un peu ... Tout d'abord, le fil ayant une résistance très faible et formant une boucle, cela veut dire que c'est un courant qu'il faut détecter.
Un courant dans un fil produit un champ magnétique, donc il faut capter un champ magnétique. Le composant adapté est alors une bobine.

J'ai donc utilisé quelques bobines (de radio, des anciennes à air, donc de quelques cm de diamètre, plates et en nid d'abeilles) j'ai connecté un oscillo sur la bobine que j'ai approché du fil :


Bobine de 220 spires




Bobine de 160 spires, mais de plus grand diamètre que la précédente




Bobine de 60 spires




Bobine de 250 spires

L'oscilloscope était réglé en "un coup" car il semble qu'il y ait 2 salves, une plus longue que l'autre. La bobine était posée sur le sol, juste au-dessus du fil, et maintenu dans un plan vertical.
On remarque que l'amplitude est loin d'être négligeable, mais qu'il y a pas mal de bruit. Cela est du au fait que les bobines utilisées sont faites en fil fin, donc la résistance n'est pas très petite.

Comme il n'est pas question que j'utilise une bobine de vieille radio, j'en ai donc refait une dont les caractéristiques sont les suivantes :
- nombre de spires : 250
- diamètre du fil : 0,315 mm (du 0,3 peut convenir aussi)
- diamètre du mandrin en carton : 44 mm
- largeur du bobinage : 10 mm
- deux joues en carton, de diamètre 56 mm, maintiennent le fil

Et voici d'autres mesures avec cette bobine:


Le train des 2 salves

On voit que la durée du cycle est de 20 ms. Pendant ce cycle, il y a 2 salves, la seconde arrivant 7 ms après la première.


Le train des 2 salves sur un cycle

La première salve dure environ 0,6ms, la seconde environ 0,3ms. Les amplitudes sont différentes, mais ce n'est pas étonnant, elles dépendent du contenu des 2 trains numériques émis.
En effet, il n'est pas à douter que ce sont bien des informations numériques qui sont générées par la station dans le fil. Il y a gros à parier que le codage est assez simple : pas de courant, un courant dans un sens ou bien dans l'autre.
Lorsqu'on envoie un courant constant dans le fil, qui est une grande spire, et donc qui présente une self, le champ magnétique n'est pas constant du tout, mais suit une sinusoïde à la fréquence propre de la self de la spire formée par le fil.
Voilà ce qui explique que la forme de la tension aux bornes de la bobine de mesure ressemble à çà :


Première salve




Seconde salve

Comme on peut le constater, le bruit a quasiment disparu, grâce à l'utilisation de fil d'assez grande section, la résistance de la bobine étant de l'ordre de 8 ohms.

Il n'y a plus qu'à concevoir l'appareil de détection.... Le plus simple est de détecter et d'intégrer les salves après les avoir amplifiées en amplitude, puis d'utiliser un comparateur si on veut un indicateur lumineux, et/ou d'utiliser un amplificateur BF si on veut "écouter" les salves.
En effet, les salves se répètent toutes 20 ms et son espacées de 7 ms. On doit donc avoir un fondamental à 50Hz et une harmonique à 150Hz, donc tout à fait audible.

Il s'agit donc de faire un appareil qui comporte :
- une bobine de captage du champ magnétique
- un amplificateur à gain variable, afin d'ajuster la sensibilité de l'appareil
- un détecteur d'amplitude
- un indicateur lumineux de détection
- un amplificateur audio permettant "d'entendre le fil"
- une alimentation autonome par accus
- une canne de bonne longueur supportant la bobine à une extrémité, le boitier électronique et une poignée à l'autre extrémité.


Voici le schéma retenu :


Schéma électrique de l'appareil (cliquez pour l'agrandir)(Schéma en PDF)

Commençons par le boitier; j'ai utilisé une petite valisette qui devait contenir des fioles pour tester la dureté de l'eau :


Perçage du couvercle
Plan de perçage en PDF

J'ai prévu comme alim 2 accus 18650 en série :


Collage du support d'accus dans la boite

Avant d'installer les éléments dans le couvercle, j'ai fait un cadran plastifié :


Le cadran est collé à la colle néoprène
Cadran en PDF

Puis les composants sont fixés dans le couvercle :



Les composants dans le couvercle

Pour la canne, je vais utiliser du tube électrique IRO de 20 mm de diamètre. Le boitier y sera fixé par 2 colliers que j'ai imprimé en PLA :


Les colliers sont installés sous le boitier (serrés modérément car il faudra les desserrer pour y introduire le tube IRO

Je passe les détails du soudage des composants du circuit de détection. Pour l'ampli audio, j'utilise un module tout fait à TDA 2030 :



Ce petit module est bien pratique et il évite d'avoir à câbler ...


Les 2 circuits sont munis d'une cosse à souder qui servira à les maintenir sur le HP
A gauche, le circuit de détection. A droite, le module ampli audio

Il n'y a plus qu'à raccorder tout ça :


Câblage des composants

Passons à la bobine; j'ai imprimé un boitier pour la contenir et donc la protéger :


La bobine dans son boitier, avant fermeture




Fermeture du boitier par 3 boulons. Pour l'instant, ils ne sont pas serrés

J'ai coupé 2 sections de tube IRO et j'ai imprimé un coude, ce qui évite de cintrer le tube :


Les 2 parties du tube IRO et le coude en PLA. Un trou est pratiqué pour passer le câble de la bobine

La partie la plus longue du tube est insérée dans le boitier de la bobine :


La bobine au bout de la canne

Le coude et l'autre section sont assemblés :


Le câble sort par le trou

Puis le boitier électronique est fixé à l'autre bout :


Il reste environ 10 cm de tube pour la poignée

Le fil blindé de la bobine est introduit dans le boitier dans lequel il est raccordé :


Entouré : la partie du blindé qui sort du tube et qui entre dans le boitier

Les accus sont chargés et installés ....

Allons voir sur la pelouse si ça fonctionne :


La position de la canne, de par ses dimensions, est confortable.

Voilà, ça marche. Le réglage de sensibilité présente suffisamment d'amplitude : réglé entre 1 et 2, on détecte le fil juste au-dessus, à condition que la bobine soit pratiquement posée au sol. Sur 8, on détecte le fil à 50 cm, même avec la bobine à 20 cm du sol, ce qui permet de dégrossir la position du fil.

Le principe qui avait été retenu pour le premier détecteur ne peut plus être utilisé tel quel : en effet, si le fil est coupé, aucun courant ne peut le parcourir, et par conséquent aucun champ magnétique, du moins à basse fréquence, n'est produit autour du fil !
Comme le fil est inaccessible, on ne peut pas agir par conduction non plus. Donc pas de champ magnétique BF, pas de conduction, on pourrait utiliser une sonde capacitive à proximité du fil, mais le plus simple est d'utiliser une bobine HF accordée sur l'émission (syntonisation).

Le principe qui vient à l'idée est le suivant :
- on envoie sur le fil une tension par rapport à la terre, tension HF, éventuellement modulée
- le fil rayonne donc comme une antenne ...
- un récepteur s'apparentant à un poste de radio, va capter cette émission. Ce récepteur peut être muni d'un cadre ferromagnétique comme antenne.
- il suffit alors d'avoir un indicateur sonore : lorsque l'antenne du récepteur sera au-dessus de la partie du fil reliée au générateur, on entendra la modulation émise. Au contraire, si l'antenne du récepteur est au-dessus de la partie du fil au-delà de la coupure, on n'entendra plus rien, le récepteur sera muet
- on peut ajouter au récepteur un indicateur lumineux qui s'allumera au-dessus du fil et s'éteindra après la coupure.

Si on résume, il faudra donc deux éléments : un émetteur que l'on branchera entre le fil à tester et la terre (après avoir déconnecté les fils de la station), et un récepteur de radio (dont le cadre devra être le plus près possible du sol)
Par son principe, ce détecteur de coupure est utilisable sur n'importe quel système de tonte robotisé, puisqu'il ne dépend pas des informations spécifiques au système !
Et bien entendu, ce détecteur peut aussi servir pour détecter simplement le fil, même non coupé, mais dans ce cas, il nécessite de débrancher tous les fils du système.

Maintenant que le principe général est décidé, on peut commencer à construire l'appareil. Le bon sens est de commencer par l'émetteur.


Pour éviter d'avoir à amener une source d'énergie supplémentaire, ou d'utiliser la tension continue d'alimentation de la station, cet émetteur sera sur accu.
Cet émetteur est simple : un oscillateur HF aux environs de 1,5MHz (200m), modulé par un multi classique oscillant aux environs de 800Hz.
Aucun réglage, la fréquence étant peu critique, puisqu'on règlera la syntonisation sur le récepteur. On n'a donc qu'un inter M/A et une LED.
Deux fils sont nécessaires : un avec une cosse pour se connecter sur le fil à tester, l'autre muni d'un gros clou servant de piquet de terre.

Voici le schéma de principe de cet émetteur :



Sur la droite, on remarque le transistor T1 monté en oscillateur. L1/L2 forment un transfo d'adaptation pour que la capacité entre le fil et la terre ne charge pas trop l'oscillateur.
Cet oscillateur est alimenté par le transistor T4 qui est lui-même commandé par le multivibrateur RC situé à gauche (T2/T3). La résistance R9 permet d'alimenter l'oscillateur lorsque T4 est bloqué afin de limiter le taux de modulation.

La construction de cet émetteur ne présente pass trop de difficultés, à part les bobines dont il faut respecter les caractéristiques :



La bobine oscillatrice L1 est faite sur un mandrin en carton de 16 mm de diamètre et d'au moins 16 mm de long. On bobine 2 sections de 25 spires jointives de fil de 2/10mm de diamètre :


La bobine L1

La bobine L2 sera faite à la fin. On passe au câblage de l'oscillateur seul :



Et on vérifie le fonctionnement en alimentant l'étage en 5V :


La forme d'onde est un peu tarabiscotée, mais on s'en fiche un peu d'émettre sur plusieurs fréquences à cause des harmoniques ...
La valeur de la fréquence n'est pas critique, il faut viser 1,4-1,5 MHz environ .... N'importe quel récepteur PO est capable de descendre vers ces longueurs d'onde.

Puis on câble le multivibrateur sans le transistor T4 :



Et on vérifie :


Un peu plus de 600Hz, je cherchais 800, mais bon, ça restera comme ça. Il suffirait de baisser un peu les 47k ...

On peut maintenant câbler T4 afin de relier les 2 étages :


Il y a juste à ajouter R8,R9 et T4

et voilà ce que ça donne :


En haut, tension de collecteur de T2, en bas collecteur de T4

Il n' y a plus qu'à faire la bobine L2. On prend du fil de câblage isolé de 7/10 de mm et on fait 3 spires sur un mandrain de 12 mm. Comme le fil est rigide, la bobine se tient et on peut coiffer le mandrin de L1 avec et la souder sur le circuit :


L2 autour de L1

Et voilà la tension de sortie aux bornes de L2 :


Tension de sortie : on a plus de 1Vpp, ce qui est amplement suffisant

Voici le circuit électronique terminé dans son ensemble :



Un boitier s'impose. Il est imprimé en 3D. A l'intérieur on met ce circuit, un porte accu, un inter, une led et 2 bornes à visser :



Je n'ai pas prévu de faire un cadran, vu que l'utilisation est vraiment très simple :


Un inter M/A, une led qui s'allume sous tension, 2 bornes (rouge : fil, noir : terre). C'est tout !

Voici le schéma complet avec les valeurs des composants :


(cliquer pour agrandir)

Evidemment, j'aurais pu en refaire carrément un ... mais il existe sur des sites Chinois des kits pour moins de 10€ :


Le kit chinois de récepteur de radio

C'est un récepteur AM/FM, basé sur un seul circuit intégré, le CXA1691 !

Voici le contenu du kit :




Si ce genre de kit vous intéresse, j'ai fait une page dédiée au montage "normal" de ce kit ICI . Mais pour le détecteur de coupure, on peut se contenter de ne monter que le strict nécessaire ....


Modifications envisagées

J'aurais pu me contenter de fixer cette radio au bout d'une canne ... cependant, il est plus confortable de déporter certaines commandes et de simplifier le fonctionnement.
- le boitier du kit est remplacé par un boitier "maison", fixé en bas d'une canne (tube IRO de 20 comme pour le premier détecteur)
- le cadre antenne est positionné le plus bas possible dans le boitier
- la commande du CV est différente, ce sera un bouton flèche sur le dessus du boitier
- la bande est étalée afin de faciliter la syntonisation entre 1,5 et 2 MHz (150-200 mètres)
- la radio sera bloquée en position "AM"
- un boitier de commande situé près de la poignée de la canne, contient : le support d'accu qui remplacera la pile, le potard de volume et son inter M/A, un voyant et le haut-parleur


Il y a donc 7 fils qui vont descendre dans le tube : le + et le - de l'alim, les fils du HP et les 3 connexions du potard. Cette façon de faire permet d'allumer/d'éteindre l'appareil, de régler le volume sans avoir à se baisser et de mieux entendre le son produit.
A noter que comme la commande de volume est électronique (par une tension variable), pas besoin de blindé les connexions du potard !
Si on veut régler la syntonisation, il faudra se baisser, mais normalement, on ne doit pas avoir à faire cette opération souvent.
En revanche, pour charger l'accu, il suffira de l'enlever du boitier supérieur, sans toucher à la partie radio.
Comme il me reste une autre petite valisette identique à celle du premier détecteur, je vais pouvoir réutiliser le gabarit de perçage.

J'ai refait au propre le schéma d'origine :



En bleu, les repères. Je n'ai pas indiqué la lettre, puisqu'on sait que C=condensateur, R= résistance etc.

Voici sur le schéma les modifications envisagées :


Schéma avec les modifications (cliquez pour l'agrandir un peu)

En rouge, les composants inutiles que je ne souderai donc pas sur le circuit imprimé.
En bleu, 3 straps à faire sur le circuit imprimé pour remplacer certains composants
En vert, les composants qui seront installés dans le boitier supérieur (donc à portée de main de l'utilisateur)

On voit donc que les composants assez volumineux (HP, piles, antenne FM) ne seront plus dans le boitier inférieur qui ne contiendra que le circuit imprimé et le cadre ferrite AM. Ce boitier sera donc de plus petites dimensions que celui d'origine.


Soudage des composants sur le circuit imprimé

Voici la liste des composants d'origine qui sont inutiles :
C1-C2-C3-C4-C5-C10-R1-R2-R4-R5-L1-L2-CF1-CF3-LD1-pot/K1-K2-jack

Les straps à faire :
sur K2 - sur jack - sur K1


Une fois le circuit imprimé nettoyé à l'alcool pour retirer d'éventuelles traces graisseuses, on peut câbler les composants :


La seule résistance et quelques condos céramique




Le CXA1691. Attention à son orientation !




Le filtre à 455kHz et les 2 transfos AM. Attention à ne pas les inverser !




Les condos chimiques. Attention à respecter leur polarité !




Les straps à la place du commutateur de gamme (flèches jaunes), du jack (flèche verte) et de l'inter M/A du potard (flèche noire)




Le bloc de CV. Respecter son orientation (C3/C4 à l'opposé du bord du circuit)




Si l'orientation est respectée, la flèche indique qu'il y a 2 pattes dans le même trou. Noter que les CV inutilisés ne sont pas soudés (entourés en rouge). En jaune, les 2 vis de fixation




Les fils vers le boitier supérieur de commande




Détails des connexions des fils

Pour l'instant, la bobine cadre n'est pas connectée. Cela sera fait lors de la mise au point.


Boitiers

J'ai imprimé le boitier inférieur en PLA :


1 : boitier, 2 : couvercle, 3 : bride-raccord au tube IRO




Assemblage de la bride au boitier

La commande du CV doit être rallongée pour "sortir" du boitier :


1 : disque d'origine percé de 2 trous supplémentaires. 2 : tube de laiton de 6 soudé sur une rondelle percée de 2 trous également. 3 : boulons




installation des vis (celle du milieu est celle d'origine de fixation à l'axe du CV)




La nouvelle commande du CV

Les fils sont introduits dans le tube IRO (le long) qui est emboité avec l'autre tube dans le coude déjà imprimé. Les fils ressortent par le trou :




Puis le boitier supérieur est câblé :




Dans le boitier inférieur, on peut orienter le circuit récepteur de manière à atteindre les réglages :

Dans le kit d'origine, la bobine réceptrice se trouve tout au bout du barreau de ferrite :



Dans le boitier que j'ai prévu, le barreau est retenu à ses extrémités sur 5 mm environ. La bobine ne peut donc pas se situer comme sur le kit.
D'autre part, je me suis aperçu lors du montage du premier kit que la bobine réceptrice n'était pas vraiment compatible avec le transfo oscillateur. Un peu comme si la bobine réceptrice était faite "au pif".
Dans le second kit, la bobine était même coupée !
J'ai donc décidé d'en refaire une. Tant qu'à faire, elle sera calculée pour obtenir une bande de l'ordre de 650k-1500kHz, tout en étant à peu près au milieu du barreau pour pouvoir bien régler tout en étant dans le boitier.


Vérification de l'OL (oscillateur local)

Petit rappel .... dans un superhétérodyne, on produit un battement entre l'onde reçue et une onde produite localement, de manière à ce que la fréquence du battement produite soit constante. Ainsi, l'amplificateur nécessaire peut être adapté (et accordé) sur cette fréquence, sans avoir à le régler lorsqu'on change d'onde reçue.
Le CXA1691 ne déroge pas à cette règle : c'est un superhétérodyne dont la fréquence du battement (donc de l'amplificateur, qu'on appelle FI comme fréquence intermédiaire) est 455kHz, valeur standard depuis ....plus de 60 ans maintenant (elle est de 10,7MHz en FM)

Le problème qui se pose, comme dans tout superhétérodyne, c'est que la gamme de fréquences couverte par l'OL et celle de la bobine réceptrice doivent être compatibles.
Or, on a pour ça en général deux réglages : une bobine (dont le noyau est mobile) et un condo ajustable. Pour l'OL, on a donc 2 réglages et pour la bobine réceptrice aussi.
Les ajustables sont avec le bloc de CV, ils s'appellent les trimmers. Ils agissent sur la fréquence supérieure de la bande. La bobine à noyau mobile agit sur la fréquence inférieure de la bande.

Voyons donc la gamme de fréquences couverte par l'OL.
Prenons un exemple numérique pour avoir une idée :

Si on veut couvrir la bande de fréquences 500kHz .... 1,5MHz, il faut que les réglages de la bobine réceptrice soient possibles, en particulier, le rapport entre la valeur maximale du CV (qui correspond à 500kHz) et la valeur minimale (qui correspond à 1500kHz) doit d'être de 9 (la fréquence maximale divisée par la fréquence minimale est de 3, et la fréquence est proportionnelle à la racine carrée de la capacité)
Ce rapport est en général possible, mais on ne peut pas espérer beaucoup plus (il y a des capacités parasites minimales)
Pour l'OL, dans cet exemple, la plage de fréquences sera de 955kHz ... 1955kHz (fréquence reçue + 455kHz). On voit que le rapport de fréquences est de 2, donc que la capacité doit varier dans un rapport 4. Là, cela semble plus facile, mais on ne peut pas ajouter bêtement une capacité minimale car il faut en plus que l'écart de fréquence (entre l'OL et l'onde reçue) soit constant à 455kHz.
C'est le fameux problème d'alignement ... on s'en sort en mettant un condo en série avec le CV, c'est le fameux padding.
Normalement, ce padding est ajustable, mais bien souvent il est fixe. On n'a donc que 2 réglages : un ajustable et le noyau d'une bobine.

Bien sûr, on ne peut pas régler n'importe comment l'OL, par exemple décaler la bande entre 1200kHz et 2200kHz : le padding ne correspondrait plus et surtout, ce n'est pas sûr que les réglages de la bobine réceptrice "suivent" !

Voyons donc un peu ce que donne l'OL :



En rouge, fréquences minimales mesurées (avec le CV réglé au maxi de sa capacité donc) et en noir, fréquences maximales (CV au minimum)

Avant de régler l'OL, il faut que je fasse la bobine réceptrice. En effet, c'est elle qui va dicter le réglage de l'OL.
Je l'ai bobiné sur une vis de 7 muni d'une couche de papier fort pour arriver à un diamètre de 7,5 mm :


Bobine réceptrice




Blocage des spires au vernis-colle

Une fois que la bobine a été soudée sur le circuit, elle est installée à sa place :


La commande du CV est installée également

La position de la bobine sur son mandrin fait que la bande reçue va de 550kHz à 1500 kHz.
J'ai donc réglé l'OL pour avoir une variation de 1005kHz à 1955kHz :


CV au maxi




CV au mini

Et j'ai essayé de recevoir l'émetteur déjà réalisé : parfait, ça marche !
J'ai mis un fil sur l'émetteur et en déplaçant le récepteur juste au-dessus, on entend nettement la modulation qui s'atténue dès qu'on quitte le fil, donc c'est OK.