Balance électronique de centrage pour planeur

Principe

L’idée n’est pas de moi, on trouve sur internet différents projets ‘open source’ et produits commerciaux dérivés de ces projets. (CG Scale, GliderCdG)

Le principe est assez simple, à l’aide de 2 balances, on mesure une masse ‘à l’avant’ et une masse ‘à l’arrière’ du planeur. En connaissant la distance entre les 2 points de pesée ‘avant’ et ‘arrière’, on est capable de calculer le barycentre, soit le centre de gravité  (CdG). En connaissant la distance du bord d’attaque de l’aile au point de pesée ‘avant’, on peut recaler la distance du CdG au bord d’attaque (BA) de l’aile.

Pour la mise en œuvre, les points de pesée sont ramenés sur l’aile, comme représenté ci-dessous.

Principe balance
Principe de calcul du CdG du planeur

Electronique et capteurs

La mesure  des masses est réalisée par 2 balances électroniques. Ces balances sont constituées d’une poutre en aluminium équipée de jauges de contraintes et d’un circuit électronique de mesure. Chaque carte électronique intègre un composant HX711 réalisant la mesure sur le pont Wheatstone, la numérisation, et la transmission sur une liaison série numérique synchrone.

On trouve facilement ces balances (appellation ‘Load Cell’ ou YZC-133) et les cartes HX711 sur Ebay par exemple, pour quelques Euros.

Dimensions des capteurs : 80mm x 12.7mm x 12.7mm

Modèle : 5kg

Poutre et carte électronique
Poudre balance et carte HX711

L’alimentation des 2 cartes HX711 est prélevée sur le 5V de la carte Arduino.

Câblage des jauges sur les cartes HX711 :

  • E+ : fils rouge
  • E- : fil noir
  • A- : fil blanc
  • A+ : fil vert

Câblage des cartes HX711 avec la carte Arduino :

  • SCK HX711 Balance avant : A0 Arduino
  • DOUT HX711 Balance avant : A1 Arduino
  • SCK HX711 Balance arrière: A2 Arduino
  • DOUT HX711 Balance arrière: A3 Arduino
2 capteurs
2 balances câblées

La gestion des balances est réalisée par une carte Arduino UNO.

Fonctions implémentées (logiciel Arduino) :

  • Communication avec les 2 cartes HX711
  • Communication avec le PC d’IHM (Interface Homme Machine)
  • Calibration des balances avec une masse de référence connue
  • Sauvegarde des calibrations des balances en EEPROM (Mémoire non volatile)
  • Tare des balances
  • Mesure des masses

La librairie logiciel du HX711 provient du site : https://github.com/bogde/HX711

La mise en œuvre du système est réalisée par un logiciel sur PC / Windows. La carte Arduino est connectée à un port USB du PC permettant ainsi l’alimentation et la communication. Ce logiciel PC a été développé avec QT.

Fonctions implémentées (logiciel PC) :

  • Communication avec la carte Arduino
  • Gestion des fonctions des balances (Calibration, Tare, Pesée)
  • Saisie des paramètres du planeur (Distance BA / CdG souhaitée, Distance BA / Lest de réglage)
  • Sauvegarde et chargement des paramètres du planeur
  • Calcul du centrage
  • Calcul du lest éventuel à mettre en place (si on ne peut pas déplacer suffisamment la batterie par exemple)
IHM PC
IHM PC

Mécanique

Les 2 balances et la carte Arduino sont intégrées dans un ensemble mécanique constitué principalement d’un socle et des 2 U sur lesquels l’aile du planeur vient en appui. Les 4 plots sur lesquels l’aile vient en appui sont ‘libres’ afin de s’adapter à la courbure de l’aile. Les arrêts de bord d’attaque sont en tube carbone de 3mm avec un embout de protection. Le socle est refermé par 2 couvercles, et un cache vient sur les 2 poutres, il est maintenu par les 2 couvercles.

3D
Modélisation 3D

Les pièces ont été réalisées en impression 3D PLA, sauf pour les embouts des tiges carbone d’appui du BA qui sont en TPU. Les 4 plots (jaune) sont en ABS, mais ils pourraient être en PLA.

Support U
Socle
Socle et carte Arduino UNO
Balance
Câblage des cartes
Balance
Balance complète

Tests

Les 2 balances ont été testées séparément avec des masses connues. Les calculs ont été vérifiés avec des cas tests, calculés dans un tableur ‘Excel’.  Puis les essais sur planeurs ont été fait sur mon Grafas et mon Excel 4004.

Pour le Grafas, la notice donne une plage de centrage de 78 à 85mm (du bord d’attaque). Le centrage adopté en vol est plus arrière. Sur ma balance ‘balancier’ Multiplex, je trouve un centrage autour de 92.5mm / 93mm.  Sur la balance électronique, le centrage mesuré est de 93mm pour une masse de 1874g.

La notice Simprop de l’Excel 4004 donne un centrage nominal à 90mm, avec un marquage de fuselage jusqu’à 102mm. A 90mm, le centrage est ‘très avant’, je vole avec 102mm. Le passage sur la balance électronique donne une masse de 5027g pour un centrage à 102.1mm.

Excel 4004 sur la balance de centrag

Améliorations

La balance fonctionne correctement. Pour un planeur de 5kg comme l’Excel, le socle de la balance est à peine assez rigide.

Il subsiste un problème d’affichage du texte sur l’interface sur mon PC portable (non présent sur mon PC fixe, voir les 2 photos de l’interface ci-dessus et dans le corps de l’article)

Nota : Le problème de texte provient d’un zoom appliqué à l’affichage Windows.

Réalisations de la balance à partir de mes fichiers

Je suis toujours intéressé par les retours des modélistes ayant réalisés un projet à partir de mes fichiers et informations.

Balance planeur
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31 Responses

  1. Valentin dit :

    Bonjour,

    Merci pour cet article très intéressant, cela ma donné envie d’en fabriquer une pour arrêter de centrer mes planeurs sur les doigts !
    Je suis en train d’imprimer les différentes pièces, est-il possible de partager votre logiciel PC et la librairie arduino associée ?

    Merci d’avance,
    Cordialement,

  2. geoffrey dit :

    Bonjour,
    Je suis tres interesse par votre article. ou je peux etouver les fichiers STL et les logiciels pour l’arduino et lePC?

    Merci d’avance

  3. Grégory Duhaubois dit :

    Bonjour, j’ai comme projet cet été de fabriquer cette balance électronique. Pourriez-vous m’indiquer où trouver les STL des pièces 3D s’il-vous plaît, ainsi que les logiciels Arduino et PC.
    Merci d’avance.

  4. DUFLOS Daniel dit :

    Bonjour. Cette balance électronique est une petite merveille, mes félicitations.
    Comme je désire en fabriquer une, est il possible d’avoir les logiciels et les fichiers STL.
    Si on monte des capteurs plus puissants et qu’on renforce le socle pour des avions jusqu’à 10Kg les logiciels seront ils compatibles?
    Merci.
    Cordialement.
    Daniel

  5. pierre gil dit :

    bonjour et bravo c est fantastique
    pourriez vous me transmettre les fichiers stl pour les deux balances (avion et planeur)ainsi que tous les logiciels nécessaires pour faire fonctionner tous cela ce serait vraiment sympa ps: je ne m y connait pas trop en arduino
    encore bravo pour votre travail c’est génial

  6. BERNARD ROUSSET dit :

    Bonsoir,
    très bon projet. j’avais fait une balance avec trois détecteurs mais c’est moins précis.
    auriez-vous les fichiers STL et le programme pour l’arduino et le PC ?

    Bravo pour votre travail
    Bernard

  7. Georges Korhel dit :

    Bonjour,
    Je suis intéressé pour faire cette balance pour planeur. J’ai commandé les éléments électroniques, je les attends.
    Serait il possible d’avoir les fichier STL et les programmes pour l’Arduino et le PC.
    Super travail, beau projet.
    Merci d’avance
    Georges

  8. Mathieu dit :

    Bonjour,
    Super projet, je suis également intéressé.
    Est-ce possible d’avoir les logiciels et les fichiers STL ou encore mieux les sources ?
    Merci d’avance

  9. Bernard dit :

    Bonjour,
    Belle réalisation. Je suis très intéressé, puis-je disposer des fichiers STL et programmes, svp ?
    Merci d’avance, cordialement.

  10. MONTEFIORE dit :

    interessé par cette balance possible de recevoir les liens pou les fichiers stl et la programmation arduino merci

  11. Yves dit :

    Bonjour,
    Très belle réalisation. Est-il possible d’avoir le lien pour les fichiers STL et la programmation arduino?
    Merci beaucoup.

  12. stuber dit :

    Bonjour,
    Votre balance me plait beaucoup et je me suis lancé dans une fabrication.
    Auriez vous l’amabilité de partager votre logiciel PC et ce qu’il faut pour l’arduino?
    Merci
    Cordialement

  13. CHRISTIAN dit :

    Bonjour,
    Félicitation pour votre réalisation cela change des bricolages maison. Je suis très intéressé par la réalisation de votre balance, serait’il possible d’obtenir les fichiers STL et les logiciels pour l’arduino? par avance merci et bonne continuation.
    Amitiés modéistiques

  14. Eric dit :

    Bonjour, Pourriez-vous m’indiquer où trouver les STL des pièces 3D
    merci par avance
    amitiés

  15. patrice pujol dit :

    Bonjour,
    Bravo pour votre réalisation . Je suis très intéressé par la réalisation de votre balance, serait’il possible d’obtenir les fichiers
    STL et le code pour l’arduino et lePC?
    par avance merci et bonne continuation.

    Merci d’avance

  16. calonne dit :

    Bonjour Thierry,
    Merci pour le partage au sujet de la balance de centrage.
    Pourriez-vous m’envoyer les fichiers STL ainsi que la partie Arduino svp?
    Cordialement

  17. Bruce dit :

    Bonjour.
    Bravo pour votre travail et le partage.
    Je trouve que le principe d’avoir les réglages sur PC et top.
    Je suis très intéressé par vos docs (Programme PC, stl, programme arduino, etc…) pour la balance avion et planeur car je compte bien faire les deux.
    Merci d’avance

  18. Cédric dit :

    Bonjour Thierry,
    Et tout d’abord un grand bravo pour cette création, c’est vraiment génial, surtout quand on aime la précision et/ou qu’on a de gros doigts…
    Je suis aussi évidemment intéressé pour un fabriquer une et avoir la doc si c’était possible.
    Je me pose la question de savoir si vous pensiez qu’il serait possible de développer une version autonome qui n’aurait pas besoin de PC (je pense à une utilisation sur le site de vol, par exemple quand on commence à balaster des planeurs…), un peu comme le modèle de chez FlashRC.
    En tous cas, bravo, c’est top !
    Cédric

  19. Olivier dit :

    Bonjour,
    Un grand bravo pour votre réalisation . Je suis très intéressé par la réalisation de la balance, serait’il possible d’obtenir les fichiers STL, Arduino et PC?
    Merci d’avance

  20. LAURENT LORTHIOIR dit :

    Bonjour,
    superbe balance, j’en ai une pour mes planeur avec des fuselages fins, j’aimerai bien avoir des bras plus large comme vous.
    Pourriez-vous m’envoyer éventuellement te fichier STL des bras svp?
    Merci.
    Cordialement.

  21. haramnd dit :

    bonjour je viens de tomber sur ce petit montage et ca me donne envie de le faire pourriez vous me faire parvenir les fichiers de montage
    en vous remerciant

  22. Jean-michel Lucet dit :

    Bonjour et bravo pour la réalisation et votre partage .

    Serait-il possible d’obtenir les fichiers .stl le programme pc ainsi que celui de l’ardue I.

    Merci infiniment par avance.

  23. GUILLIER dit :

    bonjour,
    je me suis mis depuis peu sur des planeurs et je suis intéresser par ce projet.
    pouvez vous me faire parvenir les fichiers.
    Merci.

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