Projet IMA3 P4, 2015/2016, TD2
Sommaire
Projet IMA3-SC 2015/2016 : Accéléromètre
Cahier des charges
Pour notre projet systèmes communicants nous avons choisi de contrôler un pointeur via un accéléromètre. Pour cela, nous utiliserons l'accéléromètre comme un détecteur d'inclinaison. Selon l'angle d'inclinaison nous ferons se déplacer un "pointeur" à l'écran. L'application web sera utilisée pour l'animation du pointeur, avec une page en HTML5 et des canvas pour réaliser notre page web dynamique JavaScript où sera faite l'animation. La communication entre l'application web et le port série (accès matériel) se fera en utilisant un serveur websocket. Via ce serveur nous pourrons avoir une communication en temps réel ce qui permettra d'avoir une animation qui réagira rapidement au mouvement de l'accéléromètre. Pour accéder aux données fournies par notre accéléromètre nous devrons utiliser une conversion analogique numérique. Pour cela, on utilise des signaux PWM. Le filtrage de ces signaux (filtre passe-bas) permet d'obtenir une tension en "dents de scie" (variations de la valeurs moyenne) et ensuite cette tension est comparée aux valeurs de l'accéléromètre.
Matériel nécessaire:
• Une rasberry pi
• Une nanoboard
• Un accéléromètre
• Une résistance et un condensateur (filtre passe-bas)
Optionnel:
• Bouton poussoir
Séance 1
Partie électronique
Analyse des objectifs
Nous avons d'abord commencer par établir les objectifs et la façons de réaliser la partie électronique. La partie électronique auras pour rôle de récupérer les données fournies par l'accéléromètre et de les envoyer vers le serveur. L'accéléromètre fournit une tension qui correspond à une valeur d'accélération, pour que cette donnée sois exploitable par notre application web, il nous faut récupérer une valeur numérique c'est pourquoi nous devons réaliser une conversion analogique-numérique (CAN). La méthode proposée est l'utilisation d'un signal PWM pour fournir un signal en dents de scie après filtrage. Cette méthode est appelée conversion simple rampe.
Prise en main d'Altium
Lors de cette première séance, nous avons commencé par la prise en main du logiciel Altium, en suivant le tutoriel proposé. Ce tutoriel consiste en la réalisation d'un compteur 4 bits et de l'afficher via les leds disponible sur la nanoboard:
Réalisation d'une PWM
Après avoir compris plus clairement le fonctionnement d'Altium et de la nanoboard (compilation du programme et l'envoie sur la nanoboard), nous avons commencé par étudier la façons de réaliser une PWM. Pour commencer nous avons étudié le fonctionnement du bloc PWM disponible sur Altium afin de comprendre comment l'utiliser. Nous avons donc réalisé le schematic suivant:
L'entrée D[7..0] est la valeur du rapport cyclique voulu, l'entrée C est la fréquence du signal. Notre programme envoyais sur la sortie HA2 un signal de type MLI, cependant le compteur et le bloc PWM ayant été connecté à la même horloge elles variaient à la même fréquence nous n'observions pas la variation du rapport cyclique.
Partie informatique
• Réalisation du prototype Arduino de l'accéléromètre
Lors de cette première séance, nous avons commencé par mettre au point le prototype de notre accéléromètre avec une carte Arduino. Nous avons connecté l'accéléromètre à la carte Arduino (voir figure 1) puis nous avons réalisé un programme permettant de récupérer et convertir les valeurs analogiques que renvoie la carte à l'ordinateur via le port USB en valeurs numériques de type entier. Les valeurs analogiques envoyées par l’accéléromètre à l'ordinateur (des tensions allant de 0 à 3,3 Volts) correspondent aux accélérations selon les axes x, y et z. Le code de notre programme Arduino est donné ci-dessous :
int x, y, z;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
x=analogRead(0);
y=analogRead(1);
z=analogRead(2);
Serial.print("accelerations are x, y, z: ");
Serial.print(x, DEC);
Serial.print(" ");
Serial.print(y, DEC);
Serial.print(" ");
Serial.println(z, DEC);
delay(100);
}
Nous avons ensuite testé le programme en en affichant les valeurs numériques de x, y et z envoyées sur le port série de la carte Arduino pour différentes accélérations de l'accéléromètre. Les valeurs numériques de x, y et z sont comprises entre 0 et 500, elles varient bien quand on bouge l'accéléromètre.
• Configuration du Raspberry Pi
Lors de cette première séance nous avons aussi configuré et testé notre Raspberry Pi.
Nous avons tout d'abord connecté le Raspberry Pi à l'ordinateur fixe via un câble série afin de configurer sa carte Ethernet. On utilise le logiciel minicom pour accéder à la Raspberry et l'éditeur de texte nano pour copier les lignes de code suivantes dans le fichier /etc/network/interfaces :
auto eth0 iface eth0 inet static address 172.26.79.9 netmask 255.255.240.0 gateway 172.26.79.254
On indique aussi le serveur DNS dans le fichier /etc/resolv.conf :
nameserver 193.48.57.34
Nous pouvons maintenant accéder à notre Raspberry Pi via un câble ethernet et la commande ssh pi@172.26.79.9 sur la console linux de l'ordinateur fixe.
On installe ensuite le paquetage libwebsockets-dev qui contient une bibliothèque C de WebSocket qui sera utile par la suite à l'aide de la commande apt-get ainsi que le paquetage apache2 qui permet de créer un serveur HTTP sur la Raspberry. Le fichier HTML de notre interface web sera copié dans le répertoire /var/www. On télécharge aussi la bibliothèque Web 2.0 jquery.js sur le site http://jquery.com/. Cette bibliothèque permet de lancer des requêtes HTTP asynchrones mais aussi de faciliter la programmation JavaScript.
Pour vérifier le bon fonctionnement du serveur web HTTP, on le teste avec le serveur WebSocket donné en exemple sur le sujet du projet ainsi que la page HTLM qui se connecte dessus. Les chaînes tapés dans le champ texte de la page HTML sont envoyés au serveur WebSocket puis retournées par le serveur au navigateur Web et affichées dans une balise div. On copie le fichiers jquery.js et le fichier HTML dans /var/www et le fichier C du WebSocket dans /pi/home. On compile et on exécute le fichier C et on tape l’adresse 172.26.79.9 dans un navigateur web pour accéder à l'interface web. Tout fonctionne correctement, nous pourrons utiliser la Raspberry avec notre WebSocket et notre interface web. La commande d'exécution du serveur WebSocket devra être écrite dans le fichier /etc/rc.local pour qu'il s'exécute automatiquement au démarrage du Raspberry.
