Contrôle de sonar, 2011/2012, TD3 : Différence entre versions

Séance n°2, 11/05/2012

Objectifs :

• Informatique :
  • Savoir lancer le script CGI depuis la page web
  • Ecrire et savoir utiliser le démon de la liaison série et le programme de récupération de distance
  • Avoir une page web fonctionnelle
• Electronique :
  • Prendre en main le sujet, c'est à dire :
  • Sous Altium :
    • Réaliser le montage FPGA permettant de réaliser les fonctions :
    • Oscillateur à 40kHz
    • Transmettre 10 périodes de ce signal
    • Reception du signal émis
    • Compteur mesurant le temps entre l'émission et la réception
    • Transmission d'un octet proportionnel à la distance
  • Sur Maquette :
    • Réaliser les fonctions suivantes :
    • Amplifier le signal généré précédemment pour qu'il puisse être émis par l'émetteur.
    • Remettre en forme le signal reçu pour qu'il puisse être exploité par un circuit numérique.

Schémas explicatifs de la partie électronique

Schéma du signal

Faisons tout d'abord un rappel sur le fonctionnement d'un sonar. Ce dernier, par le biais d'un émetteur, envoie des ultrasons dans l'espace. Quand ces ultrasons touchent une surface, ils rebondissent sur celle-ci et arrivent dans un récepteur. Le temps qu'auront mis ces ultrasons à revenir donnera la distance séparant le sonar d'un objet. Sur le schéma, la partie émetteur (E), envoie un signal carré de 40kHz dans l'espace. Toutes les secondes, un nouveau signal est envoyé. Ce signal est prévu pour parcourir environ 2 mètres de distance. Ainsi, notre système est conçu pour détecter des objets à environ 1 mètre de distance (aller+retour=2m). La partie récepteur (R) recevra ce signal, légèrement modifié et bruité par le trajet. On calculera ensuite le temps de "voyage" de l'émetteur jusqu'au récepteur.

Schéma de réalisation de la partie électronique

Problèmes rencontrés :

• Informatique :
  • Les scripts CGI sont refusés par la page web (erreur 500)
  • Ne pas oublier de lancer le démon de la liaison série...
• Electronique:
  • Choix des horloges:
    • L'horloge qui permettra le calcul de la durée décidera aussi de la plage de distance que l'on pourra mesurer. On se limitera à une distance de 1m qui correspondra à la valeur 255 le son voyageant à environ 340m/s. 1m de distance correspond à 2m parcourus par le son soit 5.88ms. On ne veut pas plus de 255 periodes dans cet intervalle, soit une periode d'une durée minimale de 5.88m/255 = 23µs. On arrondira à 25µs soit une fréquence de 40kHz.
  • Mise en forme reception:
    • Etant donné les niveaux de tensions très faibles du capteur on devra mettre en cascade un montage amplificateur puis un comparateur à Hysteresis (pour éviter une erreur du au bruit)
  • Limite de réalisation : en développant un systeme tel quel, il n'y a pas moyen de vérifier que le signal revenant est bien à 40kHz donc aucune certitude que c'est bien le signal qui a été envoyé. (on a éventuellement pensé à un passe bande... à méditer)

Résultats :

• Informatique :
  • L'utilisation du script CGI dans le dossier /usr/lib/cgi-bin/ est résolu (problème de droits d'exécutions -> chmod u+s sur le script)
  • Tous les programmes C indispensables (scripts CGI pour la commande du moteur et la réception de la distance et démon de la liaison série) sont écrits et fonctionnels
  • La page web permet de contrôler le moteur et affiche la distance de l'objet capté devant le sonar
  • Découverte de Firebug, très utile et qui a beaucoup fonctionné...
  • Connaissances accrues en web 2.0, pour des étudiants qui n'y connaissaient absolument rien au début (merci à Monsieur Redon pour ses explications et ses remarques)
• Electronique :
  • Sujet bien pris en main, premières difficultés rencontrées, schéma de montage réalisé sour Altium (avec quelques erreurs sur les valeurs à corriger).

Séance n°3, 21/05/2012

Simulation de signal avec LEDs

Objectifs :

• Corriger quelques erreurs de code et transférer les fichiers sur la FoxBoard, compiler sur la FoxBoard, etc...
• Coder une visualisation graphique de la distance mesurée par le sonar (utilisation de Canvas)

Problèmes rencontrés :

• Impossible de compiler la librairie phidget sur la FoxBoard. Causes :
  • impossible d'installer make avec apt-get. Résolu en faisant apt-get update puis apt-get install make
  • puis mauvaises sources, perte de temps à compiler une version trop ancienne puis téléchargement de la bonne version
• De ce fait, impossibilité de compiler le script de gestion du moteur

Résultats :

• FoxBoard paramétrée, toutes les librairies utiles sont installées sauf lphidget21
• Démon série et cgi de réception compilés
• Page Web opérationnelle sur la FoxBoard (sans visualisation graphique)
• En électronique : premiers tests d'émission avec la nanoboard, les LEDs représentent les signaux ultrasons émis.

Aperçu de la page web avec un objet proche

Séance supplémentaire n°1, 22/05/2012

Objectifs :

• Compiler la librairie phidget
• Commencer une visualisation graphique sur la page web de la distance de l'objet capté

Problèmes rencontrés :

• Clock skew detected durant la compilation de la librairie phidget. Résolution : remettre tous les fichiers à la date actuelle
• Le script de gestion du moteur fonctionne 1 fois et puis... c'est tout. Alors que le même code fonctionne sur le poste tutur08. Cause : il faut fermer correctement la connexion avec le servo. Sur le poste tutur08, une autre version de la librairie lphidget21 autorisait peut-être cette lacune en ajoutant une fermeture de la connexion.
• Dans l'utilisation de Canvas : pas moyen d'afficher une image en même temps que faire tourner le script de réception série. Cause : erreur dans le code... (onload sur le script en même temps qu'onload de la partie qui appelle l'objet Canvas -> conflit)

Résultats :

• Toutes les erreurs décrites ci-dessus sont réparées
• Pour l'instant seul un carré s'affiche mais il suffit d'un passage en paramètre de la valeur de la distance reçue pour obtenir une barre proportionnelle à la distance de l'objet

Aperçu de la page web avec un objet à distance moyenne

Séance supplémentaire n°2, 24/05/2012

Objectifs :

• Terminer le sous-système, tant en informatique qu'en électronique

Résultats :

• La partie informatique du sous système est terminée et répond au sujet. Testé sur la maquette Arduino (en mode 5)
• Le démon qui gère la liaison série démarre avec la FoxBoard
• La distance captée s'affiche sous forme d'une barre sur la page web. On a testé l'affichage en 2 dimensions (en tenant compte de l'angle fourni au moteur) mais on n'arrive pas à récupérer correctement la valeur de l'angle et à l'utiliser, il faudrait modifier les scripts cgi pour que les 2 informations (angle et distance) soient traitées par le même script.
• En électronique : le schéma est terminé, le montage est réalisé.

Aperçu de la page web avec un objet éloigné

Notes complémentaires

La page Web sur la FoxBoard

La page Web contient du code html (les textes, les champs de saisie et d'affichage) ainsi que du code JavaScript qui permet de gérer l'envoi et la réception des messages avec les scripts cgi. Ces requêtes utilisent des fonctionnalités de la bibliothèque prototype.js, notamment les évènements AJAX. Le code est séparé en plusieurs fonctions, une pour l'envoi de la valeur de l'angle que l'utilisateur veut appliquer au moteur du sonar, une pour la réception de la valeur de la distance captée (elle est appelée toutes les secondes grâce à la fonction SetTimeout), et enfin une série de fonctions qui gère l'affichage de cette valeur et de la bande bleue représentant la distance captée. Il s'agit ici d'utiliser l'élément HTML5 Canvas.
Les 3 images à droite montrent la page web lorsqu'elle reçoit une valeur de distance faible, moyenne et élevée.

Utilisation de Canvas

Canvas est un élément HTML5 qui permet de gérer des graphiques sur la page web. Lié à des fonctions JavaScript, il permet d'obtenir des graphiques 2D (et même 3D selon Internet, pas testé ici). On récupère le contexte (ici 2D donc) dans une fonction JavaScript qui utilise également la valeur de la distance reçue pour afficher la bande.
On a également tenté de créer un graphique réellement en 2 dimensions en utilisant aussi la valeur de l'angle fournie au moteur mais le manque de temps n'a pas permis aux tests d'aboutir.

Montage électronique final

Emission et réception

La Nanoboard nous transmet un signal rectangulaire d'amplitue 5V de 6 impulsions à 44kHz toutes les secondes, la puissance en sortie de la carte n'est pas suffisante pour faire osciller l'emetteur. On a donc ajouté un AOP cablé en saturation pour augmenter la puissance et ainsi pouvoir commander l'emetteur.
Le signal reçu par le recepteur après le voyage du son est très faible (de l'ordre de la dizaine de millivolt d'amplitude), nous avons donc réalisé un amplificateur pas 500 (R2/R1) qui permettra de pouvoir envoyer à la nanoboard un signal exploitable.


Nous utilisons trois fréquences différentes dans les buts suivants :

• Générer un signal à 40kHz (fréquence d'oscillation des émetteurs récepteurs)
• Générer le signal de rafraichissement de la mesure : 1Hz
• Compter le temps écoulé entre le départ et le retour du son (cette fréquence influencera notre plage de mesure). Nous avons choisi 40kHz pour mesurer une distance allant jusqu'à 1m (la puissance que nous mettons en oeuvre ne nous garantissant pas de resultat concluant en cas d'une distance trop élevée)

Nous utilisons deux compteurs associés à des portes logiques ayant pour fonctions:

• Desactiver la transmission apres 6 periode du signal à 40kHz
• Compter le temps qui s'écoule entre la fin de l'émission et le début de la réception

Schéma final Altium

Solution matérielle finale

Émetteur/Récepteur libre relié à un double amplificateur