Projet IMA3 P5, 2015/2016, TD2
Sommaire
Projet IMA3-SC 2015/2016 : Maison connectée
Cahier des charges
Notre projet Système Communicant aura pour objectif de simuler une pièce d'une maison connectée.
Nous allons simuler via une LED la lumière de la pièce, via un servo-moteur le volet de la pièce et via une autre LED la lumière du soleil.
Un sonar ultra-sons sera utiliser pour détecter l'entrée ou la sortie d'une personne.
Ainsi, à l'entrée d'une personne dans la pièce la lumière s'allume si les volets sont fermés ou si les volets sont ouverts et la LED "Soleil" est éteinte.
Un phototransistor permettra de détecter la luminosité dans la pièce et de modifier l'état de la LED "lampe" en fonction des résultats obtenus.
Enfin, via l'interface web, l'utilisateur pourra décider manuellement d'allumer/d'éteindre la lampe et d'ouvrir/fermer les volets.
Note:
par soucis de simplification, nous supposerons qu'une seule personne au maximum pourra être dans la pièce.
Cela simplifiera la distinction entré/sortie d'une personne dans la pièce.
Matériel
- Une nanoboard
- Une raspberry pi
- Deux LED
- Un phototransistor
- Un sonar ultra-sons
- Un servo-moteur
Note:
la partie encadrée en rouge sera placée sur la Nanoboard.
Le reste du montage sera conservé sous son format Arduino (ce choix a été fait pour pouvoir respecter la limite temporelle du projet).
Séance 1
Partie électronique
Nous avons décidé, parmi tous nos composants, de ne réaliser que le sonar via Alitum Designer et de conserver les autres composants sur notre modèle Arduino Nous avons choisi d'utiliser le sonar HC-SR04. Les propriétés du sonar sont les suivantes:
Ce composant possède 4 branches:
- Vcc: +5v
- Ground: la masse
- TrigInput: il faut qu'on envoie le signal PWM (10us d'état haut,60ms d'état bas) par FPGA.
- Echo: notre FPGA peut recevoir le signal sur cette broche après transmission par liaison série.
Voici donc à quoi doivent ressembler les signaux de TrigInput et echo:
Partie informatique
Découverte de la raspberry et de son mode de fonctionnement.
Après familiarisation avec les instructions, nous avons pu configurer la raspberry, via connexion série, afin de la rendre accessible via ssh (pi@172.26.79.8).
Installation de la bibliothèque libwebsockets.
Installation d'apache2 pour posséder un serveur web accessible via l'adresse IP de la raspberry.
Partie Arduino
Nous avons tésté le matériel à disposition avec des fonctions simples sous le logiciel Arduino afin de déterminer comment nous allions les utiliser.
Travail réalisé en dehors des heures de projet :
Programme permettant d'allumer une lampe en fonction d'une personne détecté dans la pièce. (L'allumage de la lampe peut se faire seulement si il est autorisé via la connexion série, cela peut éviter un allumage nocturne lors d'une détection erronée)
Séance 2
Partie électronique
Pour émettre le signal de trigInput de notre sonar, nous devons faire un signal PWM avec alpha=
,
et avec une fréquence f=
= 17Hz.
Nous avons tracé le graphe de ce signal dans Altium Designer:
Pour ce montage, nous avons mis 16 broches pour le composant PWM afin d'avoir plus de précision pour l'obtention d'alpha:
alpha= 1/6001 = x/(2^16)
on obtient environ x=10
Après observations sur l'oscilloscope, nous avons choisi x=9.
Nous avons ensuite établi la liaison avec la FPGA:
On double clique U1 et change la valeur de frequence à 1MHz (pour obtenir PWM 17Hz)
et on double clique U3 et change la valeur de x: (0000 1001) =9
Voyant le figure sur l'osciloscope, on a bien le signal PWM pour le broche TrigInput.
Donc notre partie TrigInput (l'émesion) est le schema suivant:
il est 10us sur la période de 66ms, c'est bien le signal demandé dans le datasheet du sonar HC-SR04.
Partie informatique
Partie Arduino
Lors de cette séance nous avons terminé le programme Arduino de la première carte.
Montage arduino de la première carte.
Programme de cette carte : Fichier:Carte 1 Projet SC S6 IMA3.txt
Sur cette première carte arduino est connecté les LEDS, phototransistor et moteur.
Le programme permet d'allumer la lampe si une personne est dans la pièce et que la luminosité est inférieur à une valeur lu par le phototransistor (fixé à 200).
Le programme permet l'ouverture et la fermeture du volet si il reçoit O ou F sur la liaison série.
La carte reçoit également la présence ou non d'une personne via la liaison série. (0 ou 1)
Montage arduino de la seconde carte.
Programme de cette carte : Fichier:Carte 2 Projet SC S6 IMA3.txt
Ce montage à était fait sur une seconde carte car par la suite cette partie sera remplacé par la partie sur la nanoboard.
Cette carte permet de gérer la présence ou non dans la pièce.
Si une personne est détecté à moins de 8cm du capteur alors une variable prend ça valeur opposé pour gérer la sortie ou l'entré d'une personne dans la pièce.
Ensuite on émet l'état de la variable sur la liaison série (0 ou 1) pour si il y a une personne ou non dans la pièce.
Séance 3 et travails hors des séances
Partie électronique
On a réussi à générer un signal sur la patte "trig" de 10us toute les 65ms.
Nous avons donc pu observer ce signal à l'oscilloscope et observer le signal de retour sur la patte "echo" qui est proportionnelle à la distance capté. voir vidéo ci joint :
Voyant ce vidéo, on peut trouvé que le alpha du PWM du signal 'echo' change proportionnellement à cause de la distance de l'objet devant le sonar.
Mais si l'objet est assez loin(ça veut dire quand le sonar détecte rien devant lui), le alpha du PWM du signal 'echo' reste toujours 10ms/66ms.
Pour notre sujet, on a juste besoin de détecter la présence de utilisateur, donc il faut seulement dire il y a quelqu'un passer ou pas, pas besoin de envoyer la distance précise.
Donc on a choisit un comparateur pour comparer le alpha réel du PWM du signal de 'echo' avec le alpha de U4: on met le alpha du U4=10ms/66ms et dans notre FPGA on met notre U4=10001100101000=9000 (car quand alpha du 'triginput' =10us/66ms on met 9).
-Si alpha réel est inférieur à U4 ça veut dire qu'il y a quelqu'un passer, donc on envoyer 1 à liaison série;
-Si alpha réel est supérieur ou égale à U4 ça veut dire qu'il n'y a pas de gens passer, donc on envoyer 0 à liaison série.
notre schéma du Altium designer est suivant:
