Mastodonte est un ordinateur de bord, ou plus précisément un séquenceur, destiné à orchestrer de manière autonome les événements critiques d’un vol de fusée expérimentale. Il est conçu pour répondre aux exigences du cahier des charges du C'Space, et s’intègre à tout projet nécessitant un séquencement fiable, robuste et temps réel.
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Mastodonte supervise et déclenche en toute autonomie les étapes clés du vol, sans intervention extérieure :
La détection initiale peut se faire par deux méthodes :
- Un contact jack (fil coupe-circuit) : un câble fin relie la fusée au sol, et se sectionne au moment du lancement. La coupure génère une interruption matérielle, qui marque le T-0 du vol.
- Un accéléro-contact (contacteur à masselotte) peut également déclencher le séquenceur dès détection d’une accélération.
Dans les deux cas, la carte démarre son chronomètre interne pour initier la séquence.
Après le décollage, Mastodonte ouvre une fenêtre temporelle durant laquelle la détection de l’apogée est autorisée :
- Un signal extérieur, par exemple issu d’un autre système avionique ou d’un capteur, peut être reçu via un optocoupleur pour indiquer l’apogée.
- Ce signal n’est pris en compte que pendant la fenêtre, afin d’écarter toute détection parasite en dehors de cette phase critique.
- Si aucune détection n’est reçue, un déclenchement de sécurité est effectué après un temps maximal prédéfini post-apogée, garantissant ainsi l’ouverture du système de récupération.
En réponse à une détection d’apogée (ou par sécurité en fin de fenêtre), Mastodonte déclenche le système de récupération :
- Par charge pyrotechnique (détonateur, coupe-corde, etc.),
- Ou par moteur DC (vis de poussée, libération mécanique, etc.).
Mastodonte assure un enregistrement précis des points clés du vol :
- Heure de décollage (T-0),
- Début et fin de la fenêtre d’apogée,
- Réception (ou absence) du signal d’apogée,
- Déclenchement du système de récupération,
- Tension batterie mesurée durant le vol,
- Événements d’erreur moteur détectés.
Ce journal d’exécution agit comme une boîte noire embarquée, permettant d’analyser a posteriori le bon déroulement de la mission, et d’identifier toute anomalie de comportement.
Mastodonte vise à offrir un fonctionnement déterministe, fiable et autonome, même en l’absence de télémétrie ou de supervision au sol, conformément à l’esprit du cahier des charges C'Space.
- Protection contre l’inversion de polarité (MOSFET P SQD50P04-13L)
- Protection contre surtensions (TVS SMAJ14A)
- Limitation de courant via fusible réarmable
- Régulation de tension (LM340AT : 7.4 V batterie → 5 V)
- Sélection de la source d’alimentation (USB-C ou batterie)
- LED d’indication d’alimentation
Mastodonte s’appuie sur la carte RP2040-YD, une carte commerciale compacte embarquant un microcontrôleur RP2040 de Raspberry Pi, accompagnée de ses périphériques essentiels :
- Double cœur ARM Cortex-M0+ cadencé à 133 MHz
- 128 Mbits (16 MB) de mémoire flash externe W25Q128
- Oscillateur intégré à 12 MHz
- Interface native USB-C
- Format physique compatible Raspberry Pi Pico
- Brochage latéral avec 40 broches GPIO (20 de chaque côté)
- LED RGB WS2812 intégrée (GPIO23)
- Boutons embarqués :
- BOOT
- RESET
- USER KEY (GPIO24)
- Interface SWD pour débogage
La carte RP2040-YD est conçue pour venir se connecter verticalement sur le PCB principal appelé BR-Motor via deux rangées de connecteurs femelles. Une fois assemblée, l'ensemble forme la carte Mastodonte, regroupant la logique de contrôle (RP2040-YD) et l’électronique de puissance et d’interface (BR-Motor).
- Connecteurs au format JST B2B-XH
- Connexions dédiées pour moteurs, charges pyrotechniques, capteurs et interfaces de communication
- Tensions disponibles : 5 V et 3.3 V
- 3 drivers DRV8872DDA (ponts en H)
- Jusqu’à 3.6 A sous 6.5–45 V
- Contrôle PWM
- LED de direction pour visualisation sans charge
- Détection d’erreurs via broche nFAULT
- Optocoupleurs ACPL-214 pour isolation galvanique
- Buffers logiques 74HC14 (Schmitt trigger) pour traitement numérique
- Isolation UART et conversion de niveau : ADuM1281
- Pull-ups 4.7 kΩ intégrés sur les lignes I²C
- Pilotage via transistor BSS138
- Protection par diode 1N4148
- Activation par GPIO (IN_BUZZ)
| Signal | Type de signal | Connecteur | GPIO RP2040 | Description |
|---|---|---|---|---|
IN1_M1 |
PWM / Logique | J6 (Moteur 1) | GP14 | Commande H-Bridge moteur/charge 1 |
IN2_M1 |
PWM / Logique | J6 (Moteur 1) | GP15 | Commande H-Bridge moteur/charge 1 |
IN1_M2 |
PWM / Logique | J7 (Moteur 2) | GP16 | Commande H-Bridge moteur/charge 2 |
IN2_M2 |
PWM / Logique | J7 (Moteur 2) | GP17 | Commande H-Bridge moteur/charge 2 |
IN1_M3 |
PWM / Logique | J8 (Moteur 3) | GP18 | Commande H-Bridge moteur/charge 3 |
IN2_M3 |
PWM / Logique | J8 (Moteur 3) | GP19 | Commande H-Bridge moteur/charge 3 |
IN_BUZZ |
Logique | J5 (Buzzer) | GP2 | Commande du buzzer (MOSFET BSS138) |
OUT_N1 |
GPIO | J10 | GP26 | Sortie numérique non isolée |
OUT_N2 |
GPIO | J10 | GP27 | Sortie numérique non isolée |
OUT_N3 |
GPIO | J10 | GP10 | Sortie numérique non isolée |
OUT_N4 |
GPIO | J11 | GP11 | Sortie numérique non isolée |
OUT_N5 |
GPIO | J11 | GP12 | Sortie numérique non isolée |
OUT_N6 |
GPIO | J11 | GP13 | Sortie numérique non isolée |
OUT_ISO_N3 |
GPIO isolée | J13 (Opto) | GP3 | Sortie isolée via optocoupleur |
OUT_ISO_N4 |
GPIO isolée | J13 (Opto) | GP4 | Sortie isolée via optocoupleur |
SDA |
I²C (données) | J12 (I²C) | GP8 | Bus I²C données (avec pull-up) |
SCL |
I²C (horloge) | J12 (I²C) | GP9 | Bus I²C horloge (avec pull-up) |
IN_ISO_N1 |
UART (émission) | J9 (UART) | GP0 | Émission isolée série vers modules externes |
OUT_ISO_N2 |
UART (réception) | J9 (UART) | GP1 | Réception isolée série depuis modules externes |
VCC_BAT |
Alimentation | J2 / J3 (OUT PWR) | — | Tension batterie (après filtrage) exposée |
+5V |
Alimentation régulée | J2 / J3 / I²C | — | Tension 5 V régulée disponible |
+3.3V |
Alimentation logique | Tous connecteurs | — | Tension logique (niveau RP2040) |
Tous les signaux sont sur le standart CMOS 3.3 V côté logique.
- Dimensions : 100 × 40 mm
- Épaisseur maximale : 18.13 mm
- Trous de fixation : 4 × Ø3.2 mm
- Masse sans support : 37 g
- Fichier STEP 3D disponible ici :
Mechanical/BR-Motor.step
Composants utilisés sur la carte Mastodonte, avec leurs fiches techniques officielles :
| Composant | Rôle dans le système | Fiche technique |
|---|---|---|
| DRV8872 | Driver de moteur DC (pont en H jusqu’à 3.6 A) | → Datasheet TI |
| RP2040 | Microcontrôleur principal double cœur | → Datasheet Raspberry Pi |
| ACPL-214 | Optocoupleur pour isolation galvanique des signaux d’entrée | → Datasheet Broadcom |
| TLP292(TPL,E | Optocoupleur pour isolation galvanique des signaux d’entrée | → Datasheet Toshiba |
| 74HC14 | Buffer logique à trigger de Schmitt pour traitement des signaux numériques | → Datasheet TI |
| ADuM1281 | Isolateur numérique double canal pour signaux UART | → Datasheet Analog Devices |
| LM340AT | Régulateur de tension linéaire 5V | → Datasheet TI |
| 1812L260/16MR | Fusible réarmable pour limitation de courant | → Datasheet Littelfuse |
| SQD50P04-13L | MOSFET P pour protection contre l’inversion de polarité | → Datasheet Vishay |
| BSS138 | Transistor N-MOS pour commutation de charges faibles (buzzer, etc.) | → Datasheet OnSemi |
Sur la production 02/03/2025, les optocoupleurs utilisés sont les TLP292(TPL,E).
