BeagleConnect QuadESC et SoM Torque : contrôleur BLDC 4 canaux open source

BeagleBoard.org a présenté le BeagleConnect QuadESC, un contrôleur de moteurs BLDC ouvert à quatre canaux. Selon cnx-software, cette carte-carrier s’appuie sur le module BeagleConnect Torque SoM. Ce dernier intègre le microcontrôleur AM13E23019 de Texas Instruments. Basé sur un cœur Arm Cortex-M33 cadencé à 200 MHz, il est doté d’une unité mathématique trigonométrique ainsi que de l’accélérateur TinyEngine pour les tâches d’intelligence artificielle au niveau de la périphérie.

La carte QuadESC gère quatre sorties pour moteurs triphasés. Elle propose douze voies de mesure de courant, douze pour la tension, quatre capteurs de température et une surveillance de la tension de la batterie. Une connexion pour contrôleur de vol à huit broches inclut les signaux DShot, de télémétrie et de rapport de courant. On trouve aussi un connecteur pour buzzer, un interface de débogage SWD et une régulation de puissance intégrée.

Module Torque et 200 MHz Cortex-M33 : le socle de calcul ouvert

Le BeagleConnect Torque SoM peut aussi équiper des cartes-carrier personnalisées pour la robotique, la commande de moteurs ou les applications basées sur le bus CAN. Il fournit le traitement, l’acquisition de données et les interfaces de communication, tandis que l’alimentation des moteurs est assurée par un hardware externe.

Le microcontrôleur principal est le TI AM13E23019 avec son cœur Arm Cortex-M33. Ses 128 Ko de SRAM et ses 512 Ko de mémoire flash sont complétés par trois convertisseurs analogique-numérique 12 bits et des PWM dédiées au contrôle moteur. La connectivité repose sur un contrôleur CAN FD assisté par un transceiver TI TCAN844. Un connecteur JST-GH à quatre broches gère la puissance et le bus, avec une terminaison logicielle de 120Ω. Les interfaces UART, SPI et I²C sont également disponibles. Le module propose une interface LGA à 100 pads au dos, deux rangées d’expansion de 12 broches et un connecteur Qwiic pour des capteurs I²C. Un connecteur de débogage 8 broches permet l’accès SWD et UART. La sécurité est assurée par un démarrage sécurisé, des mises à jour de firmware chiffrées et une accélération cryptographique matérielle. Alimenté en 5V, il génère une tension de 3.3V interne. Ses dimensions sont de 25.4 x 38.1 mm.

Ce module nécessite une référence analogique externe pour ses mesures ADC. L’alimentation CAN requiert aussi du 5V. Il doit recevoir une tension régulée depuis la carte-carrier, et non la tension brute de la batterie.

QuadESC et 4 moteurs BLDC : jusqu’à 70A en crête par canal

Conçue pour les drones et la robotique, la carte BeagleConnect QuadESC mesure 60 x 48 mm et accepte des batteries de 3S à 6S. Elle utilise un contrôle PWM indépendant pour chaque moteur et des mesures de courant synchronisées permettant un contrôle vectoriel.

Elle repose sur le module Torque SoM déjà décrit. Le contrôle des quatre moteurs est assuré par des circuits Texas Instruments DRV8323SRTAR, configurable par SPI. Les ponts en H utilisent douze dispositifs CSD88599Q5DC. Les objectifs de courant annoncés sont de 40A en continu et de 70A en crête par moteur, sous réserve de validation thermique. La mesure fait appel à douze lectures de courant côté bas, douze mesures de tension de phase et quatre capteurs de température NTC près des étages de puissance. Les trois ADC 12 bits du module Torque effectuent des mesures synchronisées.

La connectivité passe par le bus CAN-FD du module et une interface pour contrôleur de vol à huit broches avec quatre routes de signal DShot, la télémétrie et le monitoring de la batterie. Les connexions pour les moteurs et la batterie se font via des connecteurs et des plots de soudure. Un en-tête de débogage ARM/JTAG à 10 broches est présent, ainsi qu’une interface pour buzzer à deux broches. La carte est conçue pour un maximum de 32V mais est optimisée pour une entrée entre 9V et 25.2V. La régulation est assurée par un convertisseur buck TI TPS54360B pour le contrôleur et un régulateur analogique TI TPS7A4701.

La carte surveille le courant moteur, la tension de phase, la tension batterie et la température. Les quatre pilotes DRV8323 partagent les signaux d’activation mais possèdent chacun leur propre sélection SPI et sortie de défaut. Les valeurs de 40A continu et 70A crête sont des objectifs non validés ; la capacité réelle dépend du refroidissement, de la température ambiante et de la durée de la charge.

Développement et SDK TI : du bootloader sécurisé au contrôle vectoriel

Le support logiciel inclut le bootloader amorce ROM de Texas Instruments, permettant de charger du firmware via CAN, I²C ou UART. TI propose aussi son SDK AM13E2X avec des pilotes, des exemples, l’outil SysConfig et des ressources pour le développement du contrôle vectoriel. Le module peut être programmé et débogué via SWD avec le débogueur XDS110 de TI et l’environnement Code Composer Studio. Un support pour Zephyr RTOS et OpenOCD est prévu, mais une vérification de compatibilité est recommandée.

Le QuadESC ne dispose pas de firmware prêt à l’emploi pour la commande de moteurs. Le développeur doit fournir le code pour la configuration des pilotes, l’acquisition du courant, la gestion des défauts et les algorithmes de contrôle. Des fonctions comme le contrôle vectoriel, le décodage DShot, la télémétrie ou la détection de pannes par IA dépendent entièrement du firmware implémenté. BeagleBoard.org met à disposition les conceptions matérielles KiCad, les sources du firmware et la documentation pour les deux cartes sur GitHub.

Le prix et la date de mise sur marché du QuadESC et du module Torque n’ont pas encore été communiqués. Plus d’informations sont disponibles sur la page produit et le site d’Embed Consult.