Cansat v2 : Raspberry-Pi Pico et MicroPython

1 juillet 2025 à 10:03

Bonjour à tous,

Nombre d'entre-vous savent que nous sommes impliqué dans le projet CanSat (voir précédents articles sur le sujet CanSat).

Nous faisons actuellement évoluer notre Kit CANSAT vers une version 2 .
Pour rappel, notre kit utilise un Raspberry-Pi Pico et du code Python sur microcontrôleur (MicroPython).

Documentation Open-Source disponible sur le Wiki de MCHobby.

A propos de CanSat

CanSat est un concours visant a stimuler l'apprentissage des sciences dans le domaine de l'AéroSpatial en réalisant un mini-satellite (la CanSat) pas plus grande qu'une boîte de Soda. Ce satellite est envoyé et éjecté à 3000m d'altitude à l'aide d'une roquette. C'est à partir de ce moment que votre projet capture les données et les envois au sol.

Si vous voulez en apprendre plus sur le concours CanSat, je vous invite à visiter la page d'accueil CANSAT sur EseroBelgium.be .

Les retours d'expériences

Des précédents tirs et expériences utilisateurs, voici ce qu'il serait utile d'améliorer sur le kit actuel:

Améliorer la robustesse globale (meilleure résistance aux chutes).
Réduire le diamètre des cartes (l'actuel 1mm pour réaliser une paroi semble trop contraignant pour de nombreux débutants).
Connecteur FPC (pour le ruban) reste "fragile".
Les manipulations avec brusqueries peuvent facilement déboîter la fermeture.
Pour les débutants, il serait préférable d'insérer un Pico dans un connecteur plutôt que le souder directement sur la Cansat-Base. Il sera ainsi plus facile à remplacer.
Souder le module radio et le chargeur Lipo sont des opérations fastidieuses (surtout si c'est la première fois).

Cansat : améliorations mécaniques

1) Les 3 points d'ancrage externes

Ces trois points restent exactement aux mêmes endroits. Cela permet d'assurer une retro-compatibilité mécanique avec les kits déjà distribués.

Autour de ces trois points, le diamètre extérieur reste à 64mm.
Les trous font toujours 2.75mm (pour du Métrique 2.5).

2) Diamètre extérieur

Excepté pour les 3 points d'ancrage, le diamètre extérieur est passé à 60mm.

Cela laisse donc assez de place pour réaliser des parois de 3mm (contre 1mm précédemment) autour de la CanSat.

3) Axe central

Toutes les cartes, y compris la carte contrôleur, présentent en trou central de 6.4mm de diamètre.
Cela permet de placer un axe central (ou tige filetée M6) sur toute la hauteur de la CanSat.
Cette axe permet de décupler la résilience mécanique de la CanSat (meilleure résistance mécanique à l’atterrissage).
Cette axe permet aussi la réalisation d'une attache parachute ancrée jusqu'à la base de la CanSat (limite le risque de bris à l'ouverture du parachute).

Cansat : améliorations électroniques

Un travail de fond très important a été réalisé sur la carte de contrôle de la CanSat.

Sans aucun changement de raccordement (par rapport à la version 1), la carte contrôleur a été entièrement redessinée.

Carte contrôleur (PICO-CANSAT-BASE v2)

1) module LIPO

Le module de charge Lipo est maintenant intégré à la carte.
Le connecteur J108 (en bas) permet de brancher l'accu.
Le Pico est directement alimenté par l'accu tandis qu'un circuit de régulation permet d'obtenir 3.3V @ 600mA.

Les points VBat/GND (sous le libellé "Pico Facing this side") permettent de brancher un second circuit de régulation si cela était nécessaire (ex: produire une tension de 5V pour une expérience).

Bien que l'électronique du module Lipo se trouve principalement sous la carte, les composants pratiques sont restés accessible sur le dessus de la carte.
Par exemple, la LED CHG (orange) est allumée pendant la charge de l'accu Lipo (qui se fait par l'intermédiaire du connecteur USB du Pico).
La résistance R_PROG permet d'ajuster le courant de recharge de l'accu (fixé à 250mA par défaut).

2) module radio

Le module radio est également intégré à la carte. Ce dernier est soudé sous la carte (à gauche du trou central. Emplacement repérable par les deux rangées verticales de 8 contacts).

Le connecteur d'antenne est accessible près du trou central (aussi bien par au-dessus que par en-dessous. Il est possible d'y souder un fil d'antenne ou un connecteur µFl .

Le module radio utilise l'interface SPI connectée par l'intermédiaire de cavalier sécables. Il est donc possible de sectionner les pistes pour désactiver le module radio et récupérer les GPIO.

3) carte MCU remplaçable

La carte microcontrôleur (MCU) s'insère perpendiculairement à la carte afin de respecter les contraintes CanSat tout en permettant la présence du trou central.

Le microcontroleur s'insère sur le connecteur 2x20 broches visible jusque au dessus du connecteur Lipo (J108). Il est encadré par les libellés "USB" et "Pico Facing this side".

L'utilisation d'une connectique simple permettra le remplacement du MCU en un tour de main. Grâce à ce dispositif, il sera possible - à l'avenir - d'envisager une mise-à-niveau matérielle du microcontrôleur.

Bien que le contact entre les deux cartes sera ferme, les connexions restent sensibles aux vibrations (ce qui ne manque pas dans une fusée).
L'usage de colle ou souder directement le MCU sur la carte de base reste toujours possible pour les plus exigeant d'entre nous.

4) Connecteurs Grove

Afin de faciliter les raccordements, 5 connecteurs Grove à la verticale (J101 à J105) permet de réaliser des connexions/déconnexions rapidement et facilement.
Ces connecteurs Grove proposent une alimentation 3.3V et les signaux sont tous en logique 3.3V.

Ces 5 connecteurs Grove offrent:

J102 : connecteur UART (port série) très pratique pour un GPS.
J101 : connecteur Analogique pour 2 entrées analogiques (ou numériques).
J104 et J105 : 2 connecteurs pour un total de 4 entrées/sorties numériques.
J103 : connectique I2C très pratique pour les capteurs en tout genre.

Bien que je ne sois pas fan de la connectique Grove, je dois reconnaître:

qu'ils sont plus facile a manipuler du fait qu'il sont plus encombrant.
qu'il est facile de sectionner le câble, de scinder les 4 fils de cette connectique et d'y souder directement votre propre matériel.

5) Connecteur Qwiic/StemmaQt

Déjà présent à la première version de la carte, ce connecteur transporte le même bus I2C que le connecteur J103 (alimentation 3V3 et logique 3V3).
Ce connecteur est utilisé pour brancher le capteur BMP280 (température et pression atmosphérique).

6) breakout Pico

Tous les GPIOs ne sont pas exposés via les connecteurs Grove et Qwiic.
Besoin de plus de GPIO?
Pas de problème, toutes les broches du Pico sont disponibles en breakout sur les deux connecteurs situés de part et d'autres du connecteur Analogique (J101).
Il suffit de sortir votre fer à souder et réaliser vos connexions nécessaires.

Note: avez-vous remarqué l'identification des GPIOs sur la sérigraphie.

7) Gestion de l'alimentation

Le haut de la carte reprend les points de connexion "PWR Enable".
Soudez y un interrupteur pour contrôler le circuit d'alimentation. Sans interrupteur, le circuit reste activé jusqu'à la décharge complète de l'accumulateur.

Une fois fermé, le circuit de régulation du Lipo est désactivé. Par effet de cascade, le régulateur 3.3V du Pico est aussi désactivé et le Pico s'éteint.

La suite ...

Les premières cartes prototype sont commandées et le montage ne tardera plus.
A tout bientôt pour la suite...

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