Pypilot : Installation with hydraulic cylinder + clutch + rudder sensor

[MarineW29]

Hi,
I'm French and I don't know electronics, so please be indulgents if I make mistakes :-)

The project :

I would like to replace my old B&G H1000 autopilot with pypilot on a 39 feet (11,6 meters) sailing boat.
The wheel is steered by a hydraulic linear drive described in this manual (I have to check which model is installed on board).
There is also a rudder angle sensor provided by the H1000 system (see "Rudder Reference Unit" on page 7/8 of the H1000 doc).=> I want to keep on using this drive and this rudder angle sensor.

After several hours of reading and understanding how Pypilot works, I think I have identified the solution I have to implement : equipment to buy, electric connections, configuration to use on the motor controller...

My request : Could you please confirm if I'm right, or tell me if something looks wrong ?


Drive characteristics (extracts from the manual) :

General description :
HLD350 MK2 and HLD2000 MK2 are hydraulic linear drives designed for boats with mechanical steering systems such as wire and cable steering (Edson, Whitlock, Teleflex).
The HLD is a compact, assembled unit, consisting of a reversible hydraulic pump, a balanced hydraulic cylinder, by-pass valve and oil tank.
Because of the direct connection to the rudder, the hydraulic linear drive can be used even if the hand steering should fail. This can be an important safety factor.
The by-pass valve makes it possible to use the helm with little back drive force when the autopilot is switched off.

Technical specifications :
- Max. current HLD350/2000L : 10/20A

Electrical connection :
=> See attachment "Hydraulic_drive_connection.png"

Principle of operation (tank and bypass valve) :
=> See attachment "Hydraulic_drive_tank_and_bypass.png"

Current electric connection of the cylinder, the clutch and the rudder sensor to the H1000 autopilot :

Described in this diagram taken from page 37 of the H1000 doc  :
=> See attachment "H1000_autopilot_connection_drive_clutch_rudder.png"


Equipment to use on target :

- Raspberry pi 4 with OpenPlotter (for the first tests, and then I will replace it with a dedicated Raspberry pi Zero with Tinypilot for more safety)
- Pypilot hat => To connect on the Raspberry pi 4 (and later on Raspberry pi Zero)
- High power motor controller => required by the 10/20A current of the drive
- Arduino Nano to connect to the Raspberry and to the high power motor controller ??

Arduino configuration :

Usage of pwm_style=0 "H-Bridge", in order to power the reversible hydraulic pump.

Connections on target :

See attachment "Pypilot_installation_schema.drawio.svg"


My questions :

- Is this implementation correct ?
- Does the electrical connections seems correct ?
- Do I have to buy the Arduino, or is it included in the high power motor controller sold on Pypilot store ?
- If I have to buy a separate Arduino, then how should it be connected to other components ?
- How to "pull low" D6" in order to select "H-Bridge" pwm-style ?
- Is there a risk of damage, on the drive or rudder sensor for instance, during the installation / configuration ? If so, do you have advices on precautions to take ?

Many thanks in advance for your time, and maybe this post may help other people too 

[gildas declercq]

Hi
I am french but will answer in english for everyone to follow and help, and correct if I am wrong

no need of arduino

rpi 4
pipylot hat + motor controller => to by from Sean D'espanier. not sure about availability
this is what I did since I don't know enough about electronics to build by myself.

for the rest of the connexion it will be quite easy as you are replacing your pilot, connexions to the hydralic drive are already there.

so the most difficult will be to get the Hat and the motor controller

[MarineW29]

Merci Gildas 

It seems my understanding is not to wrong, except the Arduino I don't need.
I will buy the Pypilot Hat and High power motor controller at Sean's store, it seems to be available according to the website.

Any other advices / remarks are welcome.

In particular, at this time, I don't know how to select the "H-bridge" pwm-style. But maybe it will be indicated in a notice with the high power motor controller.

Thanks.

[Jean-Marc Douroux]

Bonjour,
Ce sera plus simple pour moi de te répondre en français.
Le plus simple est d'avoir :
- un calculateur avec le hat de Sean équipé avec un simple pi zero W dédié uniquement au pilote avec une carte microSD créée avec le fichier image Tynipilot de Sean (j'ai longtemps utilisé la 0.24 et teste maintenant la 0.44). cette solution s'arrête et démarre sans précaution avec l'inter du tableau électrique. Elle consomme très peu (60mA en 12V sur mon bateau avec l'écran rétroéclairé, la connexion Wifi et le récepteur radio de télécommande). Un Pi4 consommerait plus de 250mA en 12V sans apporter d'amélioration du fonctionnement. Le HAT est équipé d'une interface NMEA0183 qui te permettra d'envoyer l'angle de barre à tes anciens indicateurs.
- un contrôleur forte puissance de Sean qui est équipé d'une sortie clutch et à la quelle tu peux connecter n'importe quel capteur d'angle de barre pour servir de butée réglable. Le rendement du contrôleur de Sean est un des meilleurs que je connaisse.
- une alimentation 12V > 5V DC avec prise microUSB pour un Pi zero W ; il faut plutôt choisir une alimentation avec entrée 10 à 24V DC de qualité. Cela se trouve pour quelques euros sur Ali
- des émetteurs de télécommandes radio 433 MHz à code EV1527. J'utilise des modèles étanches 4 touches achetés quelques euros sur Ali. On peut en utiliser autant qu'on veut et Pypilot permet de facilement affecter chaque touche de chaque télécommande à n'importe quelle fonction. J'utilise des pièces imprimées en 3D pour en assembler deux pour avoir 8 touches. Je n'ai pas encore remplacé de pile après 2 ans d'utilisation.

Le HAT et le contrôleur sont tout à fait disponibles dans la boutique. L'indisponibilité ne concerne que les demandes US car Sean a très mal vécu d'avoir été injustement emprisonné et brutalisé dans ce pays pour s'être douché sous le jet d'un arrosage de jardin public il y a quelques mois.

Sean a prévu une isolation galvanique de la liaison entre le HAT et le contrôleur de façon à ce que celui-ci soit installé à proximité du drive sans aucun risque de perturbation CEM. Cela simplifie le câblage du capteur d'angle de barre et/ou des éventuels fins de course. L'alimentation 5V de l'arduino du contrôleur est intégrée dans le contrôleur qu'on alimente simplement en 12V avec un gros câble dimensionné pour le courant absorbé par le drive.

L'avantage de l'image Tinypilot est que c'est stable et indépendant des mises à jour d'Openplotter. Si tu veux utiliser un pi4 pour faire fonctionner Openplotter avec un écran, il est préférable de ne pas installer Pypilot sur le Pi 4 sauf si tu es bon en linux. Tu pourras utiliser le plugin Pypilot d'OpenCpn pour accéder à ton calculateur Tintpilot ou passer par le navigateur en appelalnt la page 192.168.14.1. Tu pourras ainsi accéder au pilote et faire beaucoup de choses. Si tu veux absolument utiliser Pypilot sur un deuxième Pi avec écran, il ne faudra lancer que les modules clients (pypilot_control, pypilot_calibration, pypilot_scope ou Pypilot_web). Les autres modules (pypilot, pypilot_boatimu et pypilot_sensors) ne peuvent être lancés que sur un seul pi à la fois et tournent sur le calculateur Pypilot.

Pour éviter tout empannage intempestif, il faut installer le calculateur loin des câbles électriques de puissance et à l'écart de tout passage de masse métallique à moins de 20cm., y compris derrière la cloison à laquelle a été fixé le calculateur. Un utilisateur et pas le moindre s'est pris la bome de son trimaran sur la tête en manipulant malencontreusement un couteau derrière la cloison où était fixé le calculateur. L'installer assez haut sur un panneau contre la coque, à plus de 30cm de la table à carte est le prudent

Certains utilisateurs se sont fait un répétiteur connecté en wifi en utilisant un ESP32 et son affichage. Sur mon bateau, je ne vois pas depuis le cockpit le calculateur contre la coque au dessus de la table à carte. Cela ne me manque pas en utilisant plusieurs télécommandes (barre, cou) et une tablette connectée en wifi

[MarineW29]

Bonjour Jean-Marc, merci beaucoup pour toutes ces explications détaillées qui devraient bien m'aider. J'ai commandé le Pypilot Hat et le high power motor controller sur la boutique de Sean il y a 6 jours, j'espère qu'il pourra honorer ma commande (pas de nouvelle pour l'instant, autre que le mail de Paypal). J'aurai peut-être d'autres questions sur son installation à ce moment-là.

Avec mon mari, nous avons un projet de tour de l'Atlantique sur un an, d'ici 3 ou 4 ans, si tout va bien.
L'idée est d'avoir un Raspberry Pi 4 avec OpenPlotter en guise d'ordinateur de bord, sur lequel sera branché l'AIS (on pense acheter le MAIANA), et qui pourrait accueillir d'autres données au besoin (je pense par exemple y installer un serveur "Mediwiki", encyclopédie médicale).
Je pense que c'est plus sécurisant effectivement d'avoir un pilote totalement autonome, qui ne soit pas soumis aux risques des màj et autres "bricolages" sur le Raspberry Pi 4. Et ça permettrait aussi de réduire la consommation électrique en arrêtant le Pi 4 au besoin. Cela dit, je pensais tester pypilot avec le Raspberry 4 dans un 1e temps, avant de le basculer sur le Raspberry Zero W si les tests sont concluants. Mais à la lecture de tes explications, j'ai l'impression que je vais perdre du temps à mettre en place une 1e config, qui devra être pas mal revue pour la 2e phase. Je me demande donc si je ne vais pas directement acheter un Raspberry Pi Zero W tout de suite...

le fichier image Tynipilot de Sean (j'ai longtemps utilisé la 0.24 et teste maintenant la 0.44)

=> Sur la page Download de https://pypilot.org/, je ne vois pas de notion de version, seulement une date. C'est bien l'image "Current tinypilot_2021_11_16.img.xz" qu'il faut prendre sur cette page ?

Certains utilisateurs se sont fait un répétiteur connecté en wifi en utilisant un ESP32 et son affichage.

=> Si j'ai bien compris, c'est pour avoir un affichage dans le cockpit, des infos du pilote (on/off, cap souhaité, cap réel), c'est bien ça ? Le tout dans un boîtier étanche sans doute ?

Sur mon bateau, je ne vois pas depuis le cockpit le calculateur contre la coque au dessus de la table à carte. Cela ne me manque pas en utilisant plusieurs télécommandes (barre, cou) et une tablette connectée en wifi

=> Dans ce cas, tu dois obligatoirement allumer la tablette pour vérifier si le pilote est toujours enclenché par exemple ?

Une autre question me vient : si je veux donner à Pypilot la direction du vent à partir d'un anémomètre qui émet des trames NMEA0183, comment je peux m'y prendre avec cette installation ?

[Jean-Marc Douroux]

Bonjour
C'est mieux d'installer le hat de Sean avec le Pi zero w dès le début et de s'amuser à apprendre à gerer l'inteface avec le gro, la tablette, le pc ou le gros pi sachant que Pypilot (module principal ne peut pas tourner sur deux machines).
Les dernières versions de fichier image, que j'installe sur la microSd sur Windows avec l'application Raspberry Pi Imager, sont déposées par Sean sur le lien suivant :
https://pypilot.org/images/ 
Je viens d'installer la 0.44.

---

Pour tes dernières questions sur le répétiteur en cockpit, je n'en ai pas pour l'instant et si j'en installe un, c'est uniquement pour servir de compas à l'identique d'un compas de régate Tactik.
Je n'ai aucun afficheur dans le cockpit et je n'en ai pas du tout besoin car mes boutons de télécommande "standby" et "engage" suffisent. J'avais imaginé au début mettre un voyant connecté au clutch. Mais cela risque d'éblouir la nuit dans le cockpit et je n'en ai plus du tout besoin.
Je me connecte avec la tablette à Pypilot uniquement quand je veux modifier les réglages de gain, ce que je ne faisais pratiquement plus avec la version 0.24. Je l'avais optimisé pour naviguer au portant avec de grosses vagues. Même si le moteur tourne beaucoup, il consomme finalement peu et le réglage convenait pour tous les temps en régate si ce n'est le bruit.

Avec les versions 0.4x, Sean a créé la possibilité de faire plusieurs profils de réglage qu'on peut appeler comme on veut. Il est facile de passer de l'un à l'autre. Je travaille à me faire des profils pour moins solliciter le moteur quand ce n'est pas utile. Mais Sean a aussi prévu de passer du mode "absolute" au mode "basic" avec les télécommandes radio. Cela pourrait suffire pour avoir deux configurations dont une moins rapide pour le petit temps ou le moteur

[MarineW29]

Merci pour ta réponse Jean-Marc

[gildas declercq]

Bonjour,
je rebondis sur le fil.

j'ai un pypilot_hat et motor controller haute puissance achetés à Sean.

Après avoir pas mal fait de tests ça fonctionne...presque.

je n'ai pas encore connecté le rudder feedback qui était sur mon ancien pilote.
et il y a 2 fils + - pour "clutch" sur mon ancien pilote. je ne comprends à quoi il sert et sur le motor controller il n'y a que une connexion "clutch -"

question .
dois je connecter ce clutch et comment sur le motor controller ?

est- ce qu'il y a une commande que je peux lancer sur le pi pour faire bouger la barre et valider que ça fonctionne ?
à quai, je peux faire "engage" mais je ne sens pas la barre se durcir comme si le verrin était controlé ?

merci beaucoup

[Jean-Marc Douroux]

Bonjour
Le clutch est l'embrayage qu'on trouve sur un drive qui reste toujours mécaniquement connecté à la mèche de la barre. Le clutch de ton drive doit impérativement être connecté
Je joins le schéma du contrôleur haute puissance de Sean ainsi que des copies d'écran du circuit imprimé.

Le clutch de ton drive doit être connecté entre le +12V et la sortie clutch - de la carte contrôleur, bornes cote à cote. Sean a prévu un fusible automatiquement réarmable Polyfuse sur sa carte.
Sean a fait imprimer une sérigraphie Clutch- au niveau de la sortie Clutch- des deux côtés de la carte contrôleur.

Prend le temps de bien régler le courant maxi du drive dans l'onglet configuration de Pypilot pour qu'il s'arrête en butée mais que sa force soit toujours suffisante. Si ton drive n'a pas la pompe hydraulique qui fonctionne tout le temps, tu dois pouvoir trouver le courant de limitation qui arrêtera le drive et ne le remettra en fonctionnement uniquement lorsqu'il recevra un ordre du calculateur pour repartir dans l'autre sens.

Le limiteur de courant, bien réglé, est plus performant et plus sûr qu'un capteur d'angle de barre pour limiter la course du moteur. Le capteur d'angle de barre n'est alors utile que si tu connectes ton pypilot au bus nmea0183 pour voir l'angle de barre sut tes instruments actuels.
Sur le 48 pieds, nous avons déjà eu le vieux vieux pilote Raymarine en panne à cause d'un fusil sous-marin qui s'était pris dans la tringle du capteur d'angle de barre. Le pilote ne tournait plus que dans un sens et se mettait en butée. Cela ne peut pas arriver avec le limiteur de courant de Sean

[seandepagnier]

My first reply didnt make it...

I wanted to say the clutch output is "Clutch -" and "Power +" so the clutch output is like a switch to "Power -" when engaged.