IMA5 2022/2023 P15

Présentation générale du projet

Contexte

Les objets connectés se déploient de façon massive dans nos vies personnelles et quotidiennes. La simplicité de création de ces objets permet la mise sur le marché de nombreux nouveaux objets commerciaux, voire artisanaux grâce au mouvement DIY (Do It Yourself). Cette grande rapidité rend l’écosystème des objets connectés très hétérogène et rend ainsi la reconnaissance et l’identification des objets compliquée. Une piste permettant l’identification des objets connectés consiste à s’intéresser à leur signature sonore. Pour cela, on capte à l’aide de microphones les émissions sonores de l’objet en fonctionnement et on extrait une signature sonore. Afin d’améliorer la sensibilité de la captation sonore tout en diminuant la taille et le coût, on peut envisager d’utiliser des microphones basés sur les technologies MEMS. En utilisant de tels microphones il sera possible de multiplier les sources de données.

Le projet consiste en la conception et la réalisation d’un système d’écoute embarquant plusieurs microphones MEMS. La plateforme comportera :

• une partie matérielle avec des microphones MEMS ;
• un protocole de synchronisation des mesures provenant des différents microphones ;
• une partie logicielle permettant de traiter les signaux acquis.

Des expérimentations basiques seront menées afin de valider le prototype et d’estimer les gains en termes de sensibilité notamment.

Cahier des charges

Objectif du projet

L’objectif de ce projet est de réaliser un prototype de système d’écoute de signature sonore à base de microphones MEMS permettant d’écouter un chargeur de smartphone. Nous travaillerons avec deux smartphones différents ainsi que leurs chargeurs respectifs, et notre système devra être capable de différencier les téléphones ainsi que de reconnaître quelques cas d’utilisations simples.

Historique

Ce projet sera le deuxième à avoir été réalisé sur cette thématique, où un premier projet avait été réalisé autour de cette thématique en 2019/2020 par l’étudiant en spécialité IMA5 Pierre Frison, celui-çi utilisant un simple microphone. Dans notre cas, nous utiliserons des microphones réalisés avec la technologie MEMS, et qui offrent donc la possibilité de réduire la taille du système, ainsi que de travailler avec plusieurs microphones afin de multiplier les sources et gagner en sensibilité.

Expression du besoin

Bête à corne

Diagramme Pieuvre

Fonction	Intitulé	Flexibilité
FP1	Permettre à l’utilisateur d’identifier les appareils connectés
FC1	Capter et reconnaître la signature sonore d’un appareil	Taux d'erreurs <= 10%
FC2	Informer l’utilisateur
FC3	Fonctionner en environnement intérieur
FC4	S’alimenter par câble USB

Diagramme FAST

Contraintes

Contraintes matérielles

Afin de réaliser un prototype ainsi que des mesures permettant de le valider, nous travaillerons avec du matériel qu’il nous à été fournis :

• 2 microcontrôleurs STM32F410
• 1 expansion numérique des microphones MEMS (Réf : X-NUCLEO-CCA02M2)
• 1 expansion analogique des microphones MEMS (Réf : X-NUCLEO-AMICAM1)
• 1 expansion 4 microphones MEMS numériques STEVAL-MIC001V1
• 1 expansion 4 microphones MEMS analogiques STEVAL-MIC004V1
• 2 smartphones avec leurs chargeurs

Contraintes logicielles

Afin de pouvoir programmer les cartes microcontrôleurs, nous aurons le choix de travailler sous l’une des deux plateformes suivantes:

• STM32Cube IDE
• Mbed OS

Contraintes humaines

Nous serons deux étudiants en cinquième année systèmes embarqués - systèmes communicants à travailler sur ce projet, encadré par Monsieur Thomas Vantroys et Monsieur Alexandre Boé, professeurs du département systèmes embarqués.

Contraintes temporelles

Le projet commencera le 5 Septembre 2022 et se terminera le 23 Janvier 2023.

Nous utiliserons également les ressources disponibles au sein de Polytech’Lille ainsi qu’au Fabricarium.

Résultats attendus

Afin de nous assurer du fonctionnement et de la fiabilité de notre prototype, nous réaliserons différentes mesures sur nos smartphones personnels. Nous réaliserons une base de référence pour une dizaine de cas différents en prenant plusieurs mesures de chaque cas afin de mesurer un taux d’erreur sur les mesures.

Démarche

En premier lieu, nous nous assurerons de la fonctionnalité des microphones et nous les prendrons en main en enregistrant nos propres voix. Après cela, nous commencerons par réaliser une version simple de notre système permettant d’écouter le système à étudier (nous prendrons le cas des chargeurs des smartphones) avec un seul microphone MEMS. Ce système consistera en une boîte en bois dans laquelle sera placé le capteur ainsi que le système à écouter. Il est envisageable par la suite d’utiliser dans nos études plusieurs microphones placés à l’intérieur de la boîte, ainsi que d’en ajouter un à l'extérieur dans le but de pouvoir compenser le bruit ambiant.

Formalisme

Afin de ne pas nous perdre dans les nombreuses expérimentations que nous effectuerons tout au long du projet, il sera nécessaire d’adopter un formalisme dans les conditions d’expérimentation ainsi que dans la dénomination des fichiers comprenant nos résultats. Nous effectuerons des mesures avec deux smartphones différents (nos téléphones personnels) dans quatre conditions :

• Cas de base (batterie à 100%, aucune application ouverte).
• Batterie à 50%, aucune application ouverte.
• Une application ouverte, batterie à 100%
• Smartphone en veille, batterie à 100%, aucune application ouverte.

Dans chaque cas, le smartphone sera en mode avion afin de limiter l’influence des autres ondes.

Afin de ne pas se perdre dans les différentes expérimentations que nous allons mener, nous allons réaliser une arborescence de fichier telle que suit, où un répertoire sera créé pour chaque cas, chacun contenant un répertoire par téléphone. Pour chaque expérience plusieurs mesures seront effectuées, comprenant les fichiers de résultats.

Voici une légende des noms des répertoires utilisés dans notre schéma explicatif :

• Cbase = Le cas de base avec batterie à 100%, aucune application ouverte.
• C50 = Le cas avec batterie à 50%, aucune application ouverte.
• Co = Le cas avec une application ouverte et batterie à 100%
• Cv = Le cas avec smartphone en veille, batterie à 100%, aucune application ouverte.
• T_Logan et T_Ali = Téléphone sur lequel on fait l’expérience
• Expi = experience numéro i faite par le téléphone

Les fichiers seront nommés par concaténation des noms des répertoires en partant du plus général (ex. Cbase_Tlogan_E2_F1).

Diagramme de GANTT

Journal d'activités

Semaine 05/09/2022 - 09/09/2022

• Première réunion avec les encadrants.
• Rédaction du cahier des charges.
• Recherches bibliographiques.
• Début de la rédaction du cahier des spécifications.