Contrôle de sonar, 2012/2013, TD2 : Différence entre versions

De Wiki de Projets IMA
(→‎Adaptation du signal de transmission)
(→‎Bilan)
 
(90 révisions intermédiaires par 5 utilisateurs non affichées)
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<include nopre noesc src="/home/pedago/pimasc/include/video-Sonar2012TD2-iframe.html" />
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__TOC__
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<br style="clear: both;">
 
== Evaluation informatique et électronique ==
 
== Evaluation informatique et électronique ==
  
Ligne 5 : Ligne 8 :
 
=== Gestion de projet / rédaction Wiki ===
 
=== Gestion de projet / rédaction Wiki ===
  
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* Informatique :  
+
* Informatique : Wiki bien rédigé, des schémas (celui concernant l'architecture du site web est un peu erroné). Note : 100%.
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* Electronique :
+
* Electronique : A noter; l'utilisation de formules mathématiques écrites en LaTeX (ajout d'un module ad hoc). Même s'il reste quelques coquilles, le wiki est dans l'ensemble cohérent et bien documenté. Note : 80%.
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Note .
+
 
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Une vidéo correcte (+15%).
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Note : 100%.
  
 
=== Test fonctionnels ===
 
=== Test fonctionnels ===
  
−
* Sous-système.
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* Sous-système. Note 75%.
−
** Sous-système informatique :  
+
** Sous-système informatique : Projet fonctionnel. Des doutes sur la lecture des distances (des valeurs anciennes semblent affichées). Rien d'original par rapport au groupe précédent. Pas d'interconnexion avec la NanoBoard. Note : 80%.
−
** Sous-système électronique :
+
** Sous-système électronique : La partie FPGA ne semble pas avoir été testé correctement (simulation d'un aller-retour à l'aide de compteurs par exemple), dommage. La partie analogique non plus ; en revanche, explorations d'idées pour cette partie. Note : 70%
  
 
=== Qualité de la réalisation ===
 
=== Qualité de la réalisation ===
  
−
* Informatique : Note .
+
* Informatique : Note : 85%.
−
** procédure de test :
+
** procédure de test : Un mode d'emploi très complet sur le Wiki. Note : 100%.
−
** pages HTML et Javascript :
+
** pages HTML et Javascript : HTML et Javascript corrects sans plus. Note : 80%.
−
** scripts PHP ou programmes C :
+
** scripts PHP ou programmes C : Le script PHP de lecture des valeurs du sonar ne purge pas les anciennes valeurs. Un programme CGI-BIN en C de commande du servo-moteur correct mais sans vérification des bornes admissibles. Note : 80%.
−
** installation sur FoxBoard :
+
** installation sur FoxBoard : Pas de lancement du démon série automatiquement. Le reste fonctionne. Note : 75%.
−
* Electronique : Note .
+
* Electronique : Note : 70%.
−
** qualité de la réalisation :
+
** qualité de la réalisation : La réalisation de la partie numérique est satisfaisante, les erreurs rencontrées ont été corrigées et le travail conséquent. Note : 80%.
−
** tests autonomes :
+
** tests autonomes : La qualité des tests n'a pas été à la hauteur du reste du travail et ne sont pas renseignés sur le wiki. Note : 60%.
  
 
=== Bilan ===
 
=== Bilan ===
  
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Note finale :
+
Note finale : 85% => 17/20.
  
 
== Rapports des élèves ==
 
== Rapports des élèves ==
Ligne 38 : Ligne 44 :
  
 
<!-- Commencez votre rapport ici ! -->
 
<!-- Commencez votre rapport ici ! -->
−
 
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DEMANDE DE RAJOUTER LE PACKAGE MATH POUR FORMULES LATEX S'IL VOUS PLAÎT
 
  
  
Ligne 70 : Ligne 74 :
 
==Partie Informatique==
 
==Partie Informatique==
  
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Afin de réaliser la partie informatique du projet, nous avons établi le schéma fonctionnel ci-dessous. Il permet de comprendre les différentes connexions entre chaque partie à réaliser. La première partie consiste à commander en position un servomoteur. La deuxième partie consiste à récupérer les valeurs du sonar fixé sur le servomoteur afin d'afficher la distance à laquelle il se trouve d'un objet. La troisième partie consiste à réaliser une interface web permettant de commander en position le servomoteur et de récupérer la valeur du sonar.
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[[Fichier:SchemaProj.png|800px|center|alt=Principe du projet]]
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=== '''Séance 1''' ===
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[[Fichier:banc.jpg|350px|right|alt=Banc de simulation]]
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'''Objectifs:'''
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1) Commander en position le servomoteur
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2) Récupérer la valeur du sonar du banc de simulation
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Banc d'essai comprenant le servomoteur avec, fixé dessus, le sonar:
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==== Asservissement du servomoteur du banc de simulation ====
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Dans un premier temps, nous avons étudié le fichier ''AdvancedServo-simple.c'' de la librairie ''libphidget21'' permettant de contrôler la position du moteur.
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Ensuite, nous avons crée un fichier ''commande_servo.c'' reprenant le code de ''AdvancedServo-simple.c''. Nous l'avons adapté pour prendre en paramètre un angle compris entre 30 et 210 et asservir en position le servomoteur du banc de simulation.
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Afin de tester ce programme sur le banc de simulation, on s'occupe tout d'abord de la configuration du port série entre notre machine ''ZABETH07'' et le banc de simulation.
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On éxécute les deux fichiers ''serial_config.c'' et ''serial.c'' (situés à la racine 'root') ensemble:
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''gcc serial.c serial_config.c -o serial_config''
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On veut que l’exécutable ''serial_config'' soit exécuté en tâche de fond ce qui va permettre de laisser le port série ouvert et de pouvoir lire les valeurs du sonar en permanence.
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On configure ensuite le banc de simulation en sélectionnant le mode 5.
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On compile ensuite notre fichier ''commande_servo.c'':
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''gcc commande_servo.c -o servo -lphidget21''
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( -lphidget21 permet d'inclure la librairie phidget21 )
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==== Récupération de la valeur du sonar ====
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On s'occupe maintenant de rédiger un script en PHP nommé ''script.php'' permettant de récuperer la valeur mesurée par le sonar du banc de simulation.
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Ce script utilise la liaison série qui reste ouverte pour lire les valeurs dans le terminal à chaque éxécution du script: ''PHP script.php.''
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Dans ce script, on lit le port série et on stocke la valeur récupérée dans la variable ''ord($byte[0])'' (''$byte'' est un pointeur sur la valeur mesurée) qui est affichée ensuite. Dans le cas ou ''$byte = NULL'' alors le programme boucle jusqu'à ce que la prochaine valeur du sonar soit disponible. Cela permet de lire les valeurs "fraiches".
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Les deux objectifs ont été atteints avec succès. Cependant, nous constatons quelques contraintes:
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1) Le servomoteur tourne au maximum de 180 degrés.
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2) On doit convertir l'angle de consigne car le servomoteur est configuré pour des angles entre 30 et 210.
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0° <-> 30
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180° <-> 210
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===''' Séance 2''' ===
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'''Objectifs :'''
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1) Rédiger un fichier index.hmtl qui code notre interface WEB 2.0
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2) Adapter notre fichier commande_servo.c afin qu'il prenne en paramètre la valeur récupérée par un script CGI-BIN commande_servomoteur.cgi via l'interface WEB.
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[[Fichier:interfaceWEB.png|300px|right|Interface Web de saisie.]]
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==== Rédaction du fichier HTML pour l'interface de saisie ====
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Dans un fichier ''index.html'' situé dans le répertoire ''/var/www'' de l'ordinateur, on implémente un champs de saisie sous la forme d'une barre et l'angle entré par l'utilisateur est envoyé vers ''commande_servomoteur.cgi'' grâce à l'appui sur un bouton validé.
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Afin de relier l'interface WEB avec le script ''lecture.php'' et le fichier ''commande_servomoteur.cgi'', on réalise deux fonctions :
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- commande_servo( ) : qui permet de récupérer l'angle saisi dans le champs de l'interface et exécute le fichier ''commande_servomoteur.cgi''. Si l’exécution est réussie, on fait appel à la fonction recuperation( ) afin de lire et d'afficher la distance mesurée par le sonar.
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- recuperation( ) : qui permet de récupérer la valeur du sonar grâce à l'inclusion du script ''lecture.php'' et affiche la valeur de la distance sur l'interface Web.
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==== Réalisation du script CGI-BIN ====
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On modifie notre fichier ''commande_servo.c'' afin qu'il récupère, grâce à un fichier .cgi, la valeur de l'angle entré par l'utilisateur via l'interface Web. Pour ce faire, on installera auparavant la librairie ''cgi.h''. On génère un fichier ''commande_servomoteur.cgi'' placé dans le répertoire ''/usr/lib/cgi-bin.''
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Cela nous permet alors d'effectuer la rotation du servomoteur en fonction de l'angle qu'a rentré l'utilisateur dans le champs de saisie et récupérer la valeur du sonar grâce au script ''lecture.php''. Une fois la valeur du sonar récupérée, on l'envoie sur l'interface de saisie grâce à l'inclusion de ''lecture.php'' dans la fonction ''recuperation( )'' de ''index.hmtl''.
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On récupère ainsi la valeur du sonar en fonction de l'angle du servomoteur.
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===''' Séance 3''' ===
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'''Objectifs:'''
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1) Réalisation du projet embarqué sur la Foxboard
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2) Assembler la partie électronique et informatique du projet
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==== Réalisation du projet embarqué sur la Foxboard ====
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Au début de la séance 3, notre système fonctionnait sur les ordinateurs fixes de la salle de Travaux Pratiques. Nous pouvions dès lors commander par le biais de l'interface web, la position du sonar ainsi que récupérer la distance perçue par celui ci par rapport à l'obstacle face à lui. L'enjeu était alors d'embarquer le système. Pour cela, une Foxboard nous était fournie, cette dernière jouerait le rôle de l'unité centrale de l'ordinateur. Ainsi le système composé du banc d'essai avec le sonar et de la foxboard pourrait se transporter et s'utiliser n'importe où.
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'''Les étapes :'''
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''1) Paramétrage''
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Tout d'abord, il a fallu configurer la Foxboard. Pour cela, nous nous y sommes connectés par le port série afin d'y rentrer quelques informations utiles comme, par exemple, son adresse IP. Comme nous avons à faire à un système embarqué, le système d'exploitation de la Foxboard ne contient que le minimum requis. Nous avons donc dû rentrer ces informations à l'aide du logiciel ''minicom''.
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''2) Accès et installation''
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Une fois le paramétrage réalisé, nous nous sommes connectés en SSH à la Foxboard en tapant root@172.26.79.7 suivi de son mot de passe. Nous pouvions donc y avoir accès grâce au terminal d'un PC de la salle. Cela nous a permis d'installer les librairies et logiciels nécessaires à la compilation de nos programmes. Cette étape a demandé un temps important puisqu'un système embarqué comme celui ci est plus lent qu'un ordinateur fixe et les installations en sont, par conséquent, plus longues. Une fois les installations et la copie des fichiers de l'ordinateur à la Foxboard (dans les mêmes répertoires) terminés, nous avons compilé notre programme.
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''3) Tests''
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Vint ensuite la phase de tests. Nous avons effectué la même procédure que précédemment (Voir mode d'emploi). Dans un premier temps, nous ne recevions que la valeur du capteur à ultrasons du sonar mais le sonar restait immobile. Après réinstallation de certains logiciels mal installés, nous avons pu faire fonctionner le système complètement, en accédant à la page web d'adresse 172.26.79.7. Par conséquent, nous dialoguons et envoyons des consignes au sonar à distance.
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==== Assembler la partie électronique et informatique du projet ====
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Cette partie du projet n'a pu être mené à bien car la partie électronique n'a pas été terminé. Nous avons, par conséquent, embarqué notre projet sur la Foxboard et obtenir des résultats satisfaisants pour la partie informatique sur le banc de simulation.
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===''' Mode d'emploi''' ===
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==== Sur Système non-embarqué ====
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On effectue sur un ordinateur, dans l'ordre, les manipulations suivantes afin de compiler et exécuter le projet final:
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      1 - A la racine: on écrase l’exécutable serial_config précédent s'il existe:
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killall serial_config
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      2 - A la racine: on compile le programme d'ouverture du Port Série:
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gcc serial.c serial_config.c -o serial_config
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./serial_config
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      3 - Sur le banc de simulation: on sélectionne le mode 5
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      4 - A la racine : on exécute le script PHP:
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PHP script.php (Facultatif)
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      5 - Dans /var/www : on compile le programme de commande du servomoteur:
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gcc commande_servo.c -o commande_servomoteur.cgi -lcgi - lphidget21
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chmod u+s /usr/lib/cgi-bin/commande_servomoteur.cgi
 +
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La ligne de commande "chmod u+s [...]" permet d'autoriser l’exécution de notre script CGI-BIN.
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      6 - Pour utiliser le programme, on se place dans l'interface et on saisie un angle en degrés entre 30 et 210 dans le champs prévu à cet effet.
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La mesure renvoyée est la valeur mesurée par le sonar en centimètres.
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==== Sur la Foxboard ====
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On effectue, dans l'ordre, les manipulations suivantes afin de compiler et exécuter le projet final:
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        1 - Brancher la Foxboard afin qu'elle soit alimentée en courant
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        2 - Connecter la Foxboard au banc d'essai
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        3 - Se connecter à la Foxboard en tapant root@172.26.79.7 suivi du mot de passe correspondant
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        4 - Compiler et exécuter le programme d'ouverture du port série (voir mode d'emploi précédent)
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        5 - Ouvrir la page web http://172.26.79.7
 +
 +
        6 - Le système est prêt à être utiliser par le biais de la page web
 +
 +
 +
Les deux objectifs ont été atteints avec succès. Des améliorations de l'interface de saisie sont possibles :
 +
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1) Afficher la valeur retournée de la distance sur un schéma ou sur une réglette
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2) Remplacer le champs de saisi par une réglette permettant d'envoyer la valeur de l'angle souhaité
  
 
==Partie Electronique==
 
==Partie Electronique==
Ligne 120 : Ligne 318 :
 
Ainsi, le temps de parcours sera donné par la formule suivante :  
 
Ainsi, le temps de parcours sera donné par la formule suivante :  
  
−
<math> t_{parcours} = \dfrac{compteur}{frequence} = {compteur}{40\times 10^3}</math>  
+
<center><math> t_{parcours} = \dfrac{compteur}{frequence} = \dfrac{compteur}{40\times 10^3}</math> </center>
  
 
avec :  
 
avec :  
Ligne 140 : Ligne 338 :
  
 
Pour résumer :  
 
Pour résumer :  
−
*Signal à 1 lorsque 0 ≤ compteur ≤ 10.  
+
*Signal à 1  lorsque 0 ≤ compteur ≤ 10.  
 
*Signal à 0 sinon.  
 
*Signal à 0 sinon.  
  
Ligne 167 : Ligne 365 :
  
  
−
Ainsi, le bit de lecture est à 0 pendant l’écriture dans le registre et à 1 sinon. Enfin, il nous faut préciser que le registre change d’état pour prendre la valeur du compteur lors de la première période de réception, et le compteur revient à 0 lorsque la dernière période de réception, la 10{{exp|ème}}, est reçue.  
+
Ainsi, le bit de lecture est à 0 pendant l’écriture dans le registre et à 1 sinon. Enfin, il nous faut préciser que le registre change d’état pour prendre la valeur du compteur lors de la première période de réception, et le compteur revient à 0 lorsque la dernière période de réception, la 10 ème, est reçue.  
  
  
−
Ainsi, on utilise deux comparateurs, l’un pour permettre l’écriture du registre lorsque l’on reçoit la première impulsion de réception, l’autre pour remettre le compteur à 0 lors de la 10{{exp|ème}} réception.
+
Ainsi, on utilise deux comparateurs, l’un pour permettre l’écriture du registre lorsque l’on reçoit la première impulsion de réception, l’autre pour remettre le compteur à 0 lors de la 10 ème réception.
  
  
Ligne 178 : Ligne 376 :
  
 
[[Image:Img9.PNG|center|alt=Altium5]]
 
[[Image:Img9.PNG|center|alt=Altium5]]
−
 
−
 
  
 
===Critique du système réalisé===
 
===Critique du système réalisé===
Ligne 188 : Ligne 384 :
  
  
−
On estime que la vitesse du son dans l’air à une température de 25°C est de 346 m.s{{exp|-1}}.  
+
On estime que la vitesse du son dans l’air à une température de 25°C est de 346 <math>m.s^{-1}</math>.  
  
  
 
Le temps maximum effectué par le son pour effectuer un aller-retour (de l’émetteur/objet/récepteur) devra donc être inférieur à la valeur ci-dessous afin d’être pris en compte pour le système mis en place :  
 
Le temps maximum effectué par le son pour effectuer un aller-retour (de l’émetteur/objet/récepteur) devra donc être inférieur à la valeur ci-dessous afin d’être pris en compte pour le système mis en place :  
  
−
<math>t_{max}=\dfrac{2^{12}-1}{Fr} = \dfrac{4095}{40*103}= 1.02375\times 10^{-1} s</math>
+
<center><math>t_{max}=\dfrac{2^{12}-1}{Fr} = \dfrac{4095}{40*103}= 1.02375\times 10^{-1} s</math></center>
  
  
Ligne 200 : Ligne 396 :
  
  
−
<math>v=\dfrac{2\times d}{t} \Rightarrow d=\dfrac{v\itmes t}{2}</math>
+
<center><math>v=\dfrac{2\times d}{t} \Rightarrow d=\dfrac{v\times t}{2}</math></center>
  
−
En prenant <math>t=t_{max}>\maths> et <math>v=346 m.s^{-1}</maths>, on obtient:  
+
En prenant <math>t=t_{max}</math> et <math>v=346 m.s^{-1}</math>, on obtient:  
  
−
<math>d=\dfrac{346\times 0.102375}{2}=17.7 m</math>
+
<center><math>d=\dfrac{346\times 0.102375}{2}=17.7 m</math></center>
  
  
Ligne 211 : Ligne 407 :
  
 
''Remarque :'' Si on avait voulu détecter un objet à une distance plus importante, il aurait fallu réduire la fréquence d’incrémentation du compteur au détriment toutefois de la précision de la mesure.
 
''Remarque :'' Si on avait voulu détecter un objet à une distance plus importante, il aurait fallu réduire la fréquence d’incrémentation du compteur au détriment toutefois de la précision de la mesure.
−
 
−
 
  
 
====Cas de mauvaise réception====
 
====Cas de mauvaise réception====
Ligne 231 : Ligne 425 :
 
On a ainsi la partie de réception suivante :  
 
On a ainsi la partie de réception suivante :  
 
   
 
   
−
[[Image:Img9.PNG|center|alt=Altium6]]
+
[[Image:Img10.PNG|center|alt=Altium6]]
  
 
Le schéma global devient donc :  
 
Le schéma global devient donc :  
  
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[[Image:Img10.PNG|center|alt=Altium7]]
+
[[Image:Img11.PNG|center|alt=Altium7]]
  
  
Ligne 258 : Ligne 452 :
  
  
−
<center>
+
 
 
{| class="wikitable centre" width="80%"
 
{| class="wikitable centre" width="80%"
 
|+ Tableau
 
|+ Tableau
Ligne 276 : Ligne 470 :
 
|-
 
|-
 
|}
 
|}
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</center>
+
 
  
  
 
Nous allons donc encore une fois réaliser ce montage à l’aide de portes « NAND » de la manière suivante :
 
Nous allons donc encore une fois réaliser ce montage à l’aide de portes « NAND » de la manière suivante :
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[[Image:Img12.PNG|center|alt=Altium7]]
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''Remarque :'' Les portes « Nand » sont placées en parallèles afin de doubler la puissance disponible aux bornes de l’émetteur. La capacité « Cap » de 10 nF permet d’éliminer la composante continue du signal de sortie.
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''Idée d’amélioration :'' Pour que l’émetteur fonctionnement à puissance maximum, on peut créer une tension sinusoïdale à ses bornes en effectuant un filtre passe-bande afin d’extraire l’harmonique de rang 1 du signal rectangulaire (Fourier). Ce filtre peut être créé à partir d’un circuit RLC ou de la manière suivante :
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[[Image:Img13.PNG|center|alt=Altium7]]
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avec <math>f_0=40kHz</math>
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====Adaptation du signal de réception====
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La perte d'amplitude de notre signal est due à la distance que ce dernier a parcourue.
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Plus la distance est grande, plus l'amplitude est faible. Il va donc falloir amplifier le signal reçu. Pour réaliser cette amplification, on utilise un montage à AOP (amplificateur opérationnel).
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De plus, il est probable que le signal sera parasité, il faut donc dans un deuxième temps le filtrer.
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=====Amplification du signal reçu=====
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On utilise pour ce faire un AOP en régime linéaire :
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[[Image:Img14.PNG|center|alt=Altium7]]
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On a donc les relations suivantes :
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<center><math>V_+ -V_-=0</math></center>
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<center>(AOP considéré comme idéal et en régime linéaire)</center>
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Ici :
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<center><math>\dfrac{V_s}{V_{reception}}=1+\dfrac{R_2}{R_1}</math></center>
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Afin d’avoir un gain de 100, on prend comme valeur <math>R_1 = 200\Omega</math> et <math>R_2 = 20 k \Omega</math>. Un tel gain n’est peut-être pas obtenable avec un seule AOP, dans ce cas, il suffit de placer deux AOPs en cascade afin d’obtenir le gain espéré.
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====Filtrage du signal reçu====
 +
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Le signal sera filtré de la même manière que le filtrage réalisé sur l’émission, on réalise ainsi le circuit de filtrage suivant :
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[[Image:Img15.PNG|center|alt=Altium7]]
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<center><math> G=G_1+G_2 = 20\log{\left(\dfrac{1}{\sqrt{1+(R_1\times C_1\times\omega)^{2}}}\right)}</math> + <math>20\log{\left(\dfrac{1}{\sqrt{1+\left(\dfrac{1}{R_1\times C_1\times\omega}\right)^{2}}}\right)}</math></center>
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Il faut alors déterminer <math>R_1</math>, <math>C_1</math>, <math>R_2</math>, <math>C_2</math> afin d’avoir une bande passante de gain maximum à la fréquence <math>f_0 = 40 kHz</math>.
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 +
Enfin, on vient placer un comparateur à seuil à la sortie du filtre, ainsi lors de le signal dépassera une certaine valeur, la sortie du comparateur passera à 1 signifiant qu’une réception a eu lieu.
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====Pour aller plus loin====
 +
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La solution précédente n’est en réalité pas applicable vu le cout qu’elle représenterait à fabriquer.
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Nous allons donc vous proposer une solution entièrement analogique qui ne nécessite pas l’intervention d’une puce FPGA.
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Cette partie fut en partie réalisée, mais cependant, de part des problèmes survenus lors de son élaboration, l’intégralité ne fut réalisée. 
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 +
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======Simulation de la Nanobord et partie émission======
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Afin d’établir une fréquence de 40 kHz, qui est normalement donné en sortie de la Nanobord, on utilise un circuit analogique.
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Ainsi, à l’aide de deux portes « Nand », on va reproduire un oscillateur de 40 kHz et de rapport cyclique de 0.5. On réalise alors le schéma suivant :
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Le FPGA (Nanoboard) prenant le relais par la suite, cette partie est alors terminée.
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[[Image:Img16.PNG|center|alt=Altium7]]
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Dont la fréquence est définie par :
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<center><math>f=\dfrac{1}{2.2\times(R_5+P_1)\times C_2}</math></center>
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Ainsi, si l’on veut obtenir une fréquence de 40 kHz, on doit trouver les valeurs des composants de valeurs ci-dessous.
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<math>R_4=1M\Omega</math>
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<math>R_5=470\Omega</math>
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<math>P_1=4.7k\Omega</math>
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<math>C_2=4.7nF</math>
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On est alors censé obtenir un oscillateur de rapport cyclique constant égal à 0.5 et de fréquence 40 kHz. Cependant lors de sa réalisation, seul du bruit est visible en sortie (nous sommes donc bloqué ici dans la réalisation).
 +
 +
Aussi, nous souhaitons émettre des « slaves » d’émission de 10 périodes toutes les 25,5 ms. Nous allons donc réaliser ce principe grâce à un circuit permettant de réaliser une horloge de fréquence et rapport cyclique variable : un NE555.
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 +
<center><math>f=\dfrac{1.44}{(R_1+R_2\times 2)\times C_1}</math></center>
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<center><math>D=\dfrac{R_2}{2R_2+R_1}</math></center>
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 +
Ainsi, à l’aide des deux équations données dans la documentation constructeur et pour un rapport cyclique de 0.99 et une fréquence de 38 Hz, on obtient les valeurs des composants suivantes :
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<math>R_1=80k\Omega</math>
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<math>R_2=820\Omega</math>
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<math>C_1</math> prenant pour valeur par défaut 470 nF.
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Ces valeurs de composant n’étant pas forcement normalisées ou disponibles, on place sur le circuit les valeurs suivantes :
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<center><math>D=\dfrac{820+80\times 10^{3}}{80\times 10^{3} +2.820}=0.99</math></center>
 +
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<center><math> f=\dfrac{1}{(80\times 10^{3} +2.820)\times 470\times 10^{-9}}=37.52 Hz</math></center>
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Les oscillogrammes capturés confirment le résultat attendu :
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[[Image:Img17.PNG|center|alt=Altium7]]
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Afin de pouvoir générer 10 périodes à 40 kHz, on inverse le signal en sortie du NE555 (à l’aide d’une NAND), on obtient donc :
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[[Image:Img20.PNG|center|alt=Altium7]]
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Ainsi, en établissant un ET logique entre cette tension et celle de l’oscillateur à 40 kHz, on permet l’envoie d’une slave (10 périodes à 40 kHz) à l’émetteur.
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Nous sommes alors censés obtenir la tension désirée représentant la tension de sortie de la Nanobord qui est ensuite envoyé au montage permettant la création d’un signal alternatif de ±5V.
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=====Partie réception=====
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La partie réception quant à elle ne change pas par rapport à la solution impliquant la puce FPGA, c’est-à-dire que l’on effectue une amplification puis un filtre sur le signal reçu.
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== Conclusion ==
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==== Partie informatique ====
 +
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La partie informatique a pu être traitée dans sa totalité. Des améliorations sont possibles:
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- Rendre l'interface de saisie plus attrayante en changeant le mode de saisie de l'angle (Exemple: introduction d'une réglette)
 +
- Réalisation d'un schéma permettant la visualisation de la distance entre l'objet et le sonar
 +
 +
Ce projet nous a permis de découvrir les langages de programmation HTML et PHP, d'apprendre à utiliser un script CGI-BIN et de nous familiariser avec les requêtes AJAX. Il a été très formateur d'assembler les différentes partie du projet, pas programmer dans le même langage, afin de comprendre les connexions entre elles. Nous avons pu également réaliser notre première interface WEB et visualiser directement les résultats de notre projet sur le banc de simulation.
 +
 +
==== Partie Electronique ====
 +
 +
 +
Nous avons réussi à aborder un domaine de l'électronique que nous n'avions jamais vu auparavant. De ces balbutiements, nous sommes malgré tout parvenus à créer un système d'émission de 10 impulsions pour notre sonar.
 +
 +
Nous avons complété ce système afin de concevoir la partie réception, et recevoir les 10 impulsions selon un bit de permission.   
 +
 +
Nous avons envisagé plusieurs solutions potentiellement intéressantes et efficaces concernant la partie analogique.
 +
 +
Nous avons ainsi appris de nouveaux modes de raisonnement propres aux projets de systèmes communicants et cela nous a donné un aperçu intéressant de ce que nous réserve l'électronique en IMA4.

Version actuelle datée du 26 juin 2013 à 15:41


Vidéo HD


Evaluation informatique et électronique

Gestion de projet / rédaction Wiki

  • Informatique : Wiki bien rédigé, des schémas (celui concernant l'architecture du site web est un peu erroné). Note : 100%.
  • Electronique : A noter; l'utilisation de formules mathématiques écrites en LaTeX (ajout d'un module ad hoc). Même s'il reste quelques coquilles, le wiki est dans l'ensemble cohérent et bien documenté. Note : 80%.

Une vidéo correcte (+15%).

Note : 100%.

Test fonctionnels

  • Sous-système. Note 75%.
    • Sous-système informatique : Projet fonctionnel. Des doutes sur la lecture des distances (des valeurs anciennes semblent affichées). Rien d'original par rapport au groupe précédent. Pas d'interconnexion avec la NanoBoard. Note : 80%.
    • Sous-système électronique : La partie FPGA ne semble pas avoir été testé correctement (simulation d'un aller-retour à l'aide de compteurs par exemple), dommage. La partie analogique non plus ; en revanche, explorations d'idées pour cette partie. Note : 70%

Qualité de la réalisation

  • Informatique : Note : 85%.
    • procédure de test : Un mode d'emploi très complet sur le Wiki. Note : 100%.
    • pages HTML et Javascript : HTML et Javascript corrects sans plus. Note : 80%.
    • scripts PHP ou programmes C : Le script PHP de lecture des valeurs du sonar ne purge pas les anciennes valeurs. Un programme CGI-BIN en C de commande du servo-moteur correct mais sans vérification des bornes admissibles. Note : 80%.
    • installation sur FoxBoard : Pas de lancement du démon série automatiquement. Le reste fonctionne. Note : 75%.
  • Electronique : Note : 70%.
    • qualité de la réalisation : La réalisation de la partie numérique est satisfaisante, les erreurs rencontrées ont été corrigées et le travail conséquent. Note : 80%.
    • tests autonomes : La qualité des tests n'a pas été à la hauteur du reste du travail et ne sont pas renseignés sur le wiki. Note : 60%.

Bilan

Note finale : 85% => 17/20.

Rapports des élèves

Projet SC – Système de contrôle sonar


Texte alternatif

Pose de la problématique

Voici l'énoncé du sujet :

« Le projet consiste à réaliser un sous-système de contrôle de sonar ultra-sons. L'interface Web associée permettra à l'utilisateur de faire tourner le sonar suivant un angle précis et d'afficher la mesure de distance correspondant à la direction choisie. »


Ainsi, le projet se décompose en deux sous-parties :

  • La réalisation informatique

A laquelle Nathan MARTIN et Charlotte BRICOUT furent affectés et qui consiste en la réalisation d’une interface web permettant la gestion des servo-moteurs faisant tourner le sonar selon un angle précis et l’affichage de la distance retournée.

  • La réalisation électronique

Sylvain FOSSAERT et Soufiane HADDAOUI s’occuperont quant à eux de la réalisation du sonar proprement dite via la puce FPGA intégré de la NanoBoard et d’un circuit analogique permettant l’adaptation des signaux d’émission et de réception.


Partie Informatique

Afin de réaliser la partie informatique du projet, nous avons établi le schéma fonctionnel ci-dessous. Il permet de comprendre les différentes connexions entre chaque partie à réaliser. La première partie consiste à commander en position un servomoteur. La deuxième partie consiste à récupérer les valeurs du sonar fixé sur le servomoteur afin d'afficher la distance à laquelle il se trouve d'un objet. La troisième partie consiste à réaliser une interface web permettant de commander en position le servomoteur et de récupérer la valeur du sonar.

Principe du projet


Séance 1

Banc de simulation


Objectifs:


1) Commander en position le servomoteur

2) Récupérer la valeur du sonar du banc de simulation



Banc d'essai comprenant le servomoteur avec, fixé dessus, le sonar:



Asservissement du servomoteur du banc de simulation

Dans un premier temps, nous avons étudié le fichier AdvancedServo-simple.c de la librairie libphidget21 permettant de contrôler la position du moteur. Ensuite, nous avons crée un fichier commande_servo.c reprenant le code de AdvancedServo-simple.c. Nous l'avons adapté pour prendre en paramètre un angle compris entre 30 et 210 et asservir en position le servomoteur du banc de simulation.

Afin de tester ce programme sur le banc de simulation, on s'occupe tout d'abord de la configuration du port série entre notre machine ZABETH07 et le banc de simulation. On éxécute les deux fichiers serial_config.c et serial.c (situés à la racine 'root') ensemble:

gcc serial.c serial_config.c -o serial_config

On veut que l’exécutable serial_config soit exécuté en tâche de fond ce qui va permettre de laisser le port série ouvert et de pouvoir lire les valeurs du sonar en permanence. On configure ensuite le banc de simulation en sélectionnant le mode 5. On compile ensuite notre fichier commande_servo.c:

gcc commande_servo.c -o servo -lphidget21

( -lphidget21 permet d'inclure la librairie phidget21 )


Récupération de la valeur du sonar

On s'occupe maintenant de rédiger un script en PHP nommé script.php permettant de récuperer la valeur mesurée par le sonar du banc de simulation. Ce script utilise la liaison série qui reste ouverte pour lire les valeurs dans le terminal à chaque éxécution du script: PHP script.php. Dans ce script, on lit le port série et on stocke la valeur récupérée dans la variable ord($byte[0]) ($byte est un pointeur sur la valeur mesurée) qui est affichée ensuite. Dans le cas ou $byte = NULL alors le programme boucle jusqu'à ce que la prochaine valeur du sonar soit disponible. Cela permet de lire les valeurs "fraiches".

Les deux objectifs ont été atteints avec succès. Cependant, nous constatons quelques contraintes:

1) Le servomoteur tourne au maximum de 180 degrés.

2) On doit convertir l'angle de consigne car le servomoteur est configuré pour des angles entre 30 et 210.

0° <-> 30

180° <-> 210


Séance 2


Objectifs :

1) Rédiger un fichier index.hmtl qui code notre interface WEB 2.0

2) Adapter notre fichier commande_servo.c afin qu'il prenne en paramètre la valeur récupérée par un script CGI-BIN commande_servomoteur.cgi via l'interface WEB.


Interface Web de saisie.

Rédaction du fichier HTML pour l'interface de saisie

Dans un fichier index.html situé dans le répertoire /var/www de l'ordinateur, on implémente un champs de saisie sous la forme d'une barre et l'angle entré par l'utilisateur est envoyé vers commande_servomoteur.cgi grâce à l'appui sur un bouton validé. Afin de relier l'interface WEB avec le script lecture.php et le fichier commande_servomoteur.cgi, on réalise deux fonctions :

- commande_servo( ) : qui permet de récupérer l'angle saisi dans le champs de l'interface et exécute le fichier commande_servomoteur.cgi. Si l’exécution est réussie, on fait appel à la fonction recuperation( ) afin de lire et d'afficher la distance mesurée par le sonar.

- recuperation( ) : qui permet de récupérer la valeur du sonar grâce à l'inclusion du script lecture.php et affiche la valeur de la distance sur l'interface Web.

Réalisation du script CGI-BIN

On modifie notre fichier commande_servo.c afin qu'il récupère, grâce à un fichier .cgi, la valeur de l'angle entré par l'utilisateur via l'interface Web. Pour ce faire, on installera auparavant la librairie cgi.h. On génère un fichier commande_servomoteur.cgi placé dans le répertoire /usr/lib/cgi-bin. Cela nous permet alors d'effectuer la rotation du servomoteur en fonction de l'angle qu'a rentré l'utilisateur dans le champs de saisie et récupérer la valeur du sonar grâce au script lecture.php. Une fois la valeur du sonar récupérée, on l'envoie sur l'interface de saisie grâce à l'inclusion de lecture.php dans la fonction recuperation( ) de index.hmtl. On récupère ainsi la valeur du sonar en fonction de l'angle du servomoteur.


Séance 3


Objectifs:

1) Réalisation du projet embarqué sur la Foxboard

2) Assembler la partie électronique et informatique du projet


Réalisation du projet embarqué sur la Foxboard

Au début de la séance 3, notre système fonctionnait sur les ordinateurs fixes de la salle de Travaux Pratiques. Nous pouvions dès lors commander par le biais de l'interface web, la position du sonar ainsi que récupérer la distance perçue par celui ci par rapport à l'obstacle face à lui. L'enjeu était alors d'embarquer le système. Pour cela, une Foxboard nous était fournie, cette dernière jouerait le rôle de l'unité centrale de l'ordinateur. Ainsi le système composé du banc d'essai avec le sonar et de la foxboard pourrait se transporter et s'utiliser n'importe où.


Les étapes :

1) Paramétrage

Tout d'abord, il a fallu configurer la Foxboard. Pour cela, nous nous y sommes connectés par le port série afin d'y rentrer quelques informations utiles comme, par exemple, son adresse IP. Comme nous avons à faire à un système embarqué, le système d'exploitation de la Foxboard ne contient que le minimum requis. Nous avons donc dû rentrer ces informations à l'aide du logiciel minicom.

2) Accès et installation

Une fois le paramétrage réalisé, nous nous sommes connectés en SSH à la Foxboard en tapant root@172.26.79.7 suivi de son mot de passe. Nous pouvions donc y avoir accès grâce au terminal d'un PC de la salle. Cela nous a permis d'installer les librairies et logiciels nécessaires à la compilation de nos programmes. Cette étape a demandé un temps important puisqu'un système embarqué comme celui ci est plus lent qu'un ordinateur fixe et les installations en sont, par conséquent, plus longues. Une fois les installations et la copie des fichiers de l'ordinateur à la Foxboard (dans les mêmes répertoires) terminés, nous avons compilé notre programme.

3) Tests

Vint ensuite la phase de tests. Nous avons effectué la même procédure que précédemment (Voir mode d'emploi). Dans un premier temps, nous ne recevions que la valeur du capteur à ultrasons du sonar mais le sonar restait immobile. Après réinstallation de certains logiciels mal installés, nous avons pu faire fonctionner le système complètement, en accédant à la page web d'adresse 172.26.79.7. Par conséquent, nous dialoguons et envoyons des consignes au sonar à distance.


Assembler la partie électronique et informatique du projet

Cette partie du projet n'a pu être mené à bien car la partie électronique n'a pas été terminé. Nous avons, par conséquent, embarqué notre projet sur la Foxboard et obtenir des résultats satisfaisants pour la partie informatique sur le banc de simulation.


Mode d'emploi

Sur Système non-embarqué

On effectue sur un ordinateur, dans l'ordre, les manipulations suivantes afin de compiler et exécuter le projet final: 

      1 - A la racine: on écrase l’exécutable serial_config précédent s'il existe:

killall serial_config 

      2 - A la racine: on compile le programme d'ouverture du Port Série:

gcc serial.c serial_config.c -o serial_config ./serial_config 

      3 - Sur le banc de simulation: on sélectionne le mode 5

      4 - A la racine : on exécute le script PHP:

PHP script.php (Facultatif) 

      5 - Dans /var/www : on compile le programme de commande du servomoteur:

gcc commande_servo.c -o commande_servomoteur.cgi -lcgi - lphidget21

chmod u+s /usr/lib/cgi-bin/commande_servomoteur.cgi

La ligne de commande "chmod u+s [...]" permet d'autoriser l’exécution de notre script CGI-BIN. 

      6 - Pour utiliser le programme, on se place dans l'interface et on saisie un angle en degrés entre 30 et 210 dans le champs prévu à cet effet.

La mesure renvoyée est la valeur mesurée par le sonar en centimètres.

Sur la Foxboard

On effectue, dans l'ordre, les manipulations suivantes afin de compiler et exécuter le projet final: 

       1 - Brancher la Foxboard afin qu'elle soit alimentée en courant

       2 - Connecter la Foxboard au banc d'essai

       3 - Se connecter à la Foxboard en tapant root@172.26.79.7 suivi du mot de passe correspondant

       4 - Compiler et exécuter le programme d'ouverture du port série (voir mode d'emploi précédent)

       5 - Ouvrir la page web http://172.26.79.7

       6 - Le système est prêt à être utiliser par le biais de la page web


Les deux objectifs ont été atteints avec succès. Des améliorations de l'interface de saisie sont possibles :

1) Afficher la valeur retournée de la distance sur un schéma ou sur une réglette

2) Remplacer le champs de saisi par une réglette permettant d'envoyer la valeur de l'angle souhaité

Partie Electronique

Prise de connaissance du problème

Nous allons dans cette partie, établir notre raisonnement et montrer le résultat obtenu lors de la réalisation du système de mesure de distance via la puce FPGA et d’un circuit d’adaptation de signaux.

Principe_sonar


Le module a pour but de mesurer la distance entre la carte et un obstacle. La mesure de distance se base sur la mesure du temps de parcours d'une onde ultrasonore émise puis reçue, après réflexion sur un obstacle.



Ce sous-projet est composé de deux parties :

Une partie implantée dans la carte FPGA de la NanoBoard et une partie analogique réalisée sur une plaque d'essais.

Réalisation de la partie FPGA

Nanoboard

La Nanoboard est commandable directement à partir d’un PC contenant le logiciel Altium. Ainsi, en réalisant un montage FPGA sous Altium, celui-ci sera implémenter en VHDL après compilation et il sera alors possible de tester son bon fonctionnement.


Prise en main d’un projet FPGA sous Altium

Afin de comprendre le principe de réalisation sous Altium, nous suivîmes en premier lieu la réalisation effectuée dans l’aide donnée sous forme de PDF. Celle-ci nous a aidé sur la démarche à effectuer mais celle-ci nous a également permis de découvrir des « blocs » que nous pourrons réutiliser par la suite tel que les compteurs par exemple.


Une fois cette initiation réalisée et testée, nous avons commencé à discuter des solutions envisageables afin de répondre au cahier des charges : « La partie implantée dans le FPGA a pour fonction de générer un signal carré à la fréquence de résonance de l'émetteur d'ultrason afin de permettre l'émission du signal. Le début d'émission fera démarrer un compteur (12 bits), qui sera arrêté lors de la réception du signal ultrason sur le récepteur. Ainsi la valeur du compteur correspond à une représentation de la distance parcourue par l’onde ultrasonore. L’écriture de la valeur du compteur en mémoire sera permise grâce à un bit de permission d’écriture. »


ex_tutoriel

Création de la partie émission

Création de l’horloge de résonance

Nous allons créer à partir de la puce FPGA une horloge de 40 kHz correspondant à la fréquence de résonance de notre émetteur ultrasons.


Cette horloge, permettra entre autres d'incrémenter le compteur 12 bits donnant une notion du temps entre l’émission et la réception du signal.


Ainsi, le temps de parcours sera donné par la formule suivante :

t_{parcours} = \dfrac{compteur}{frequence} = \dfrac{compteur}{40\times 10^3}

avec :

  • Compteur : La valeur décimale du compteur à un instant donné.
  • Fréquence : Fréquence d'horloge synchronisée sur la fréquence de résonance du FPGA.


Altium
Création du signal d’émission

Cependant, il faut pouvoir envoyer uniquement 10 périodes d’émission à la fréquence de 40 kHz en sortie de la Nanoboard afin de simuler une « slave » d’émission.


Ainsi, nous allons comparer la valeur du compteur 12 bits avec les valeurs 0 et 10 ; lorsque le compteur sera compris entre 0 et 10 un signal logique passera à 1. Ainsi, l’émission sera possible. Si le compteur est supérieur à 10, le signal sera à 0, l’émission sera impossible.


Pour résumer :

  • Signal à 1  lorsque 0 ≤ compteur ≤ 10.
  • Signal à 0 sinon.


Le compteur est remis à 0 lorsque l'intégralité de la slave est reçue par le récepteur.


La comparaison de ce signal logique avec la fréquence d’horloge permettra d'émettre ou non, d’où l’utilisation des deux portes AND, la première permettant la création du signal proprement dite, la deuxième permettant l’émission du signal à la fréquence de l’horloge (qui est aussi la fréquence de résonance) vers l’émetteur lorsque ce signal est à 1.


On utilise alors pour réaliser ce système deux comparateurs et deux portes « AND » :


Altium2

La partie émission est ainsi réalisée. On peut résumer les actions de ce circuit grâce au chronogramme suivant :

Altium3

Création de la partie réception

Comme dit précédemment, la partie émission attend que l’ensemble des 10 périodes émises soient reçues pour charger la valeur du registre représentant le temps parcouru par le signal pour faire un aller-retour avant de remettre le compteur à 0. Comme demandé dans le cahier des charges, un bit de lecture est mis en place afin que le registre puisse être lu lorsque celui-ci ne change pas d’état, c’est-à-dire qu’il ne doit pas être lu quand une nouvelle valeur est en train d’être écrite dans celui-ci.


Ainsi, le bit de lecture est à 0 pendant l’écriture dans le registre et à 1 sinon. Enfin, il nous faut préciser que le registre change d’état pour prendre la valeur du compteur lors de la première période de réception, et le compteur revient à 0 lorsque la dernière période de réception, la 10 ème, est reçue.


Ainsi, on utilise deux comparateurs, l’un pour permettre l’écriture du registre lorsque l’on reçoit la première impulsion de réception, l’autre pour remettre le compteur à 0 lors de la 10 ème réception.


Altium4

Nous avons donc le schéma global suivant répondant à l’ensemble du cahier des charges partie FPGA :

Altium5

Critique du système réalisé

Distance de détection limitée

Nous allons désormais regarder les limites du système que nous avons réalisé:


On estime que la vitesse du son dans l’air à une température de 25°C est de 346 m.s^{-1}.


Le temps maximum effectué par le son pour effectuer un aller-retour (de l’émetteur/objet/récepteur) devra donc être inférieur à la valeur ci-dessous afin d’être pris en compte pour le système mis en place :

t_{max}=\dfrac{2^{12}-1}{Fr} = \dfrac{4095}{40*103}= 1.02375\times 10^{-1} s


On pourra donc détecter une distance maximale égale à :


v=\dfrac{2\times d}{t} \Rightarrow d=\dfrac{v\times t}{2}

En prenant t=t_{max} et v=346 m.s^{-1}, on obtient:

d=\dfrac{346\times 0.102375}{2}=17.7 m


La distance maximale détectable par le système que nous allons réaliser sera donc de 17,7 mètres, ce qui cependant, ne semble pas possible vu le matériel que nous allons utiliser.


Remarque : Si on avait voulu détecter un objet à une distance plus importante, il aurait fallu réduire la fréquence d’incrémentation du compteur au détriment toutefois de la précision de la mesure.

Cas de mauvaise réception

Conformément aux explications que notre tuteur nous a octroyées, si l’on ne reçoit pas l’ensemble des périodes de réception, le compteur ne se remettra pas à 0. La saisie de la prochaine réception sera donc faussée. Nous allons donc vous proposer ci-après un nouveau schéma supprimant cette contrainte.

Amélioration du système

Afin de bien tenir compte des nouvelles remarques, et donc d'améliorer la stabilité du système, on modifie le circuit de réception puisque c’est bien lui qui pose problème.


Ainsi, désormais, lorsque qu’un signal est reçu, une bascule D passe à 1, le registre prend donc la valeur du compteur et le bit de permission passe à 0 interdisant ainsi la lecture du registre pendant son changement d’état. Enfin, précisons que le compteur se remet désormais à 0 de lui-même lorsqu’il arrive à 1023.

On a ainsi la partie de réception suivante :

Altium6

Le schéma global devient donc :

Altium7


Réalisation de la partie analogique

Nous allons désormais répondre à la deuxième partie du projet d’électronique, c’est-à-dire adapter le signal de sortie du FPGA pour qu’il soit compatible avec l’alimentation nécessaire à l’émetteur ultrasons.

Ensuite, nous créerons un circuit permettant d’amplifier le signal reçu par le récepteur afin qu’il soit correctement traité par la puce FPGA.


Adaptation du signal de transmission

L’émetteur doit être alimenté par une tension alternative de fréquence nominale 40 kHz. Nous choisissons donc ici de l’alimenter par une tension alternative de ± 5V. Le signal de sortie du FPGA étant déjà une tension rectangulaire de 0-5V, il nous suffit de créer un montage donnant une tension de sortie de +5V lorsque le signal est à l’état haut et une tension de -5V lorsque le signal du FPGA est à 0V.

D’où le tableau résumé suivant :


Tableau
Tension signal en sortie du FPGA Tension aux bornes de l’émetteur
0V
-5V
+5V
+5V


Nous allons donc encore une fois réaliser ce montage à l’aide de portes « NAND » de la manière suivante :


Altium7


Remarque : Les portes « Nand » sont placées en parallèles afin de doubler la puissance disponible aux bornes de l’émetteur. La capacité « Cap » de 10 nF permet d’éliminer la composante continue du signal de sortie.


Idée d’amélioration : Pour que l’émetteur fonctionnement à puissance maximum, on peut créer une tension sinusoïdale à ses bornes en effectuant un filtre passe-bande afin d’extraire l’harmonique de rang 1 du signal rectangulaire (Fourier). Ce filtre peut être créé à partir d’un circuit RLC ou de la manière suivante :

Altium7

avec f_0=40kHz

Adaptation du signal de réception

La perte d'amplitude de notre signal est due à la distance que ce dernier a parcourue.


Plus la distance est grande, plus l'amplitude est faible. Il va donc falloir amplifier le signal reçu. Pour réaliser cette amplification, on utilise un montage à AOP (amplificateur opérationnel).


De plus, il est probable que le signal sera parasité, il faut donc dans un deuxième temps le filtrer.

Amplification du signal reçu

On utilise pour ce faire un AOP en régime linéaire :

Altium7

On a donc les relations suivantes :

V_+ -V_-=0
(AOP considéré comme idéal et en régime linéaire)

Ici :

\dfrac{V_s}{V_{reception}}=1+\dfrac{R_2}{R_1}


Afin d’avoir un gain de 100, on prend comme valeur R_1 = 200\Omega et R_2 = 20 k \Omega. Un tel gain n’est peut-être pas obtenable avec un seule AOP, dans ce cas, il suffit de placer deux AOPs en cascade afin d’obtenir le gain espéré.

Filtrage du signal reçu

Le signal sera filtré de la même manière que le filtrage réalisé sur l’émission, on réalise ainsi le circuit de filtrage suivant :


Altium7
G=G_1+G_2 = 20\log{\left(\dfrac{1}{\sqrt{1+(R_1\times C_1\times\omega)^{2}}}\right)} + 20\log{\left(\dfrac{1}{\sqrt{1+\left(\dfrac{1}{R_1\times C_1\times\omega}\right)^{2}}}\right)}


Il faut alors déterminer R_1, C_1, R_2, C_2 afin d’avoir une bande passante de gain maximum à la fréquence f_0 = 40 kHz.


Enfin, on vient placer un comparateur à seuil à la sortie du filtre, ainsi lors de le signal dépassera une certaine valeur, la sortie du comparateur passera à 1 signifiant qu’une réception a eu lieu.

Pour aller plus loin

La solution précédente n’est en réalité pas applicable vu le cout qu’elle représenterait à fabriquer.

Nous allons donc vous proposer une solution entièrement analogique qui ne nécessite pas l’intervention d’une puce FPGA.

Cette partie fut en partie réalisée, mais cependant, de part des problèmes survenus lors de son élaboration, l’intégralité ne fut réalisée.


Simulation de la Nanobord et partie émission

Afin d’établir une fréquence de 40 kHz, qui est normalement donné en sortie de la Nanobord, on utilise un circuit analogique.

Ainsi, à l’aide de deux portes « Nand », on va reproduire un oscillateur de 40 kHz et de rapport cyclique de 0.5. On réalise alors le schéma suivant :


Le FPGA (Nanoboard) prenant le relais par la suite, cette partie est alors terminée.


Altium7

Dont la fréquence est définie par :

f=\dfrac{1}{2.2\times(R_5+P_1)\times C_2}

Ainsi, si l’on veut obtenir une fréquence de 40 kHz, on doit trouver les valeurs des composants de valeurs ci-dessous.

R_4=1M\Omega R_5=470\Omega P_1=4.7k\Omega C_2=4.7nF

On est alors censé obtenir un oscillateur de rapport cyclique constant égal à 0.5 et de fréquence 40 kHz. Cependant lors de sa réalisation, seul du bruit est visible en sortie (nous sommes donc bloqué ici dans la réalisation).

Aussi, nous souhaitons émettre des « slaves » d’émission de 10 périodes toutes les 25,5 ms. Nous allons donc réaliser ce principe grâce à un circuit permettant de réaliser une horloge de fréquence et rapport cyclique variable : un NE555.

f=\dfrac{1.44}{(R_1+R_2\times 2)\times C_1}


D=\dfrac{R_2}{2R_2+R_1}


Ainsi, à l’aide des deux équations données dans la documentation constructeur et pour un rapport cyclique de 0.99 et une fréquence de 38 Hz, on obtient les valeurs des composants suivantes :

R_1=80k\Omega R_2=820\Omega


C_1 prenant pour valeur par défaut 470 nF.

Ces valeurs de composant n’étant pas forcement normalisées ou disponibles, on place sur le circuit les valeurs suivantes :

D=\dfrac{820+80\times 10^{3}}{80\times 10^{3} +2.820}=0.99


f=\dfrac{1}{(80\times 10^{3} +2.820)\times 470\times 10^{-9}}=37.52 Hz

Les oscillogrammes capturés confirment le résultat attendu :

Altium7
Altium7
Altium7

Afin de pouvoir générer 10 périodes à 40 kHz, on inverse le signal en sortie du NE555 (à l’aide d’une NAND), on obtient donc :

Altium7

Ainsi, en établissant un ET logique entre cette tension et celle de l’oscillateur à 40 kHz, on permet l’envoie d’une slave (10 périodes à 40 kHz) à l’émetteur.

Nous sommes alors censés obtenir la tension désirée représentant la tension de sortie de la Nanobord qui est ensuite envoyé au montage permettant la création d’un signal alternatif de ±5V.

Partie réception

La partie réception quant à elle ne change pas par rapport à la solution impliquant la puce FPGA, c’est-à-dire que l’on effectue une amplification puis un filtre sur le signal reçu.

Conclusion

Partie informatique

La partie informatique a pu être traitée dans sa totalité. Des améliorations sont possibles:

- Rendre l'interface de saisie plus attrayante en changeant le mode de saisie de l'angle (Exemple: introduction d'une réglette) - Réalisation d'un schéma permettant la visualisation de la distance entre l'objet et le sonar

Ce projet nous a permis de découvrir les langages de programmation HTML et PHP, d'apprendre à utiliser un script CGI-BIN et de nous familiariser avec les requêtes AJAX. Il a été très formateur d'assembler les différentes partie du projet, pas programmer dans le même langage, afin de comprendre les connexions entre elles. Nous avons pu également réaliser notre première interface WEB et visualiser directement les résultats de notre projet sur le banc de simulation.

Partie Electronique

Nous avons réussi à aborder un domaine de l'électronique que nous n'avions jamais vu auparavant. De ces balbutiements, nous sommes malgré tout parvenus à créer un système d'émission de 10 impulsions pour notre sonar.

Nous avons complété ce système afin de concevoir la partie réception, et recevoir les 10 impulsions selon un bit de permission.

Nous avons envisagé plusieurs solutions potentiellement intéressantes et efficaces concernant la partie analogique.

Nous avons ainsi appris de nouveaux modes de raisonnement propres aux projets de systèmes communicants et cela nous a donné un aperçu intéressant de ce que nous réserve l'électronique en IMA4.

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