P13 Plateforme expérimentation IOT

Présentation du projet

Contexte

Dans un monde qui va devenir connectée, il a est décidé de réaliser un projet sur ces nouvelles technologies. La plateforme pourra être implantée dans la nouvelle bibliothèque universitaire du campus de Lille.
Les utilisateurs pourront bénéficier d’informations disponibles tel que les places disponibles, la température, la luminosité … Ces informations dépendront des capteurs mis sur le nœud.

Le deuxième intérêt que l’internet des objets nous procure, c’est l’historique et la prévision. En effet on aura une possibilité de stocker les informations.

Exemple :

• Commander le chauffage en fonction des températures extérieures ou d’estimer la consommation par rapport aux années précédentes.
• Effectuer un suivi de la fréquentation de la bibliothèque. Cette fréquentation pourra être analysée afin de mettre plus de personnel lors des périodes de forte affluence comme des jobs étudiant.

Le but de ce projet est de développer une plateforme d’expérimentation.

Cahier des charges

Objectif :
-Réaliser un noeud de capteur

Il a été défini lors des réunions les points suivants :

-Structure d'un nœud de capteur
Un nœud de capteur sera composé d'une carte mère, de 8 cartes filles . Sur chacune des filles il y aura deux capteurs implantés dessus.
Ci-dessous un nœud de capteur :

-Communication interne du nœud
Le noeud sera capable de se recongifurer tout seul via la raspberry.
Par soucis de sécurité on pourra remonter les données issues des capteurs soit par la liaison série ou par liaison usb.Il faut noter que la liaison USB sera utilisé en fonctionnement normal
Chaque capteur communique en liaisons radios entre eux.

-Communication externe du noeud
Le noeud communiquera vers d'autre noeud ou vers un puit grâce à une liaison radio située sur les cartes des petites filles soit via le cable éthernet placé sur la carte mére.

-Information que l'on souhaite avoir
Afin de réaliser un noeud il a été choisi de faire remonter les informations suivantes :

Ces informations correspondent à des données utilisable en bibliothéque pour les étudiants que pour le personnel. Ces données pourront être stockées en vue d'analyse. Ces derniére sont traités dans un autre projet

A la découverte de la programmation PDI

Présentation du PDI

Le Programme et Débogue l'Interface (PDI) est une interface propriétaire Atmel pour la programmation externe et son débogage.Il est constitué de deux éléments:
-Clock
-Data

Schéma du connecteur pour la programmation en pdi

Horloge

Relever de l'horloge (PDI CLK)
On observe des oscillations. Ces dernières ont un dépassement de 20%
La fréquence minimale de programmation est de 10 KHZ . Nous sommes à la fréquence de 2 Mhz

Données

Relever de la trame de données (PDI DATA)
Fréquence de la trame : 2.7174 Hz

Programmation à l'aide du mkII

Matériel nécessaire

-Pc équipée de la suite AVR Studio
-Connecteur MKII
-Atxmega
-Platine d'expérimentation
-Led
-Résistance

Schéma d'installation :

AVR Studio

Le logiciel AVR Studio est disponible à l'adresse suivante :http://www.atmel.com/microsite/avr_studio_5/

Exemple

Clignotement d'une Led :
Code C :

1. include <avr/io.h>
   

int main(void)
{
int i;
PORTB_DIR= 0XFF;
while(1)
{
PORTB_OUT= 0x00;
for(i=0;i<=10000;i++);
PORTB_OUT= 0xFF;
for(i=0;i<=10000;i++);
}
}

Relévé du résultat à l'aide d'un oscilloscope :

Programmation à l'aide de la Rasbpberry

Matériel nécessaire

Pour réaliser la programmation à l'aide de la Rasberry on aura bessoin :
-Pc sous linux
-Atxmega (note il faudra remplacer la variable mmcu par le nom de vôtre atxmega)
-Platine d'expérimentation
-Led
-Résistance

Bibliothéque

Afin de pouvoir programmer l'atxmega sur la raspberry , on a bessoin des bibliothéques suivantes sur Debian :
- gcc-avr
- binutils-avr
- https://github.com/DiUS/xmega-pdi-pi2
- build-essential
- g ++
-libcm2835

Installation de la libcm2835
wget http://67.192.60.197/mikem/bcm2835/bcm2835-1.4.6.tar.gz
tar xvfz bcm2835-1.4.6.tar.gz;
cd bcm2835-1.4.6;
./configure;
make;
sudo make install

Connexion du Pdi sur la Rasbperry

Afin de pouvoir faire fonctionner le pdi il est important de le connecter de la façon suivante :
-broche 1 : 3.3V
-broche 25 : GND
-broche 16 : PDI_Data
-broche 18 : PDI_clk
Correspondance entre les broches et les gpio :

Sa programmation

Afin de pouvoir programmer le fichier .hex donnée en exemple il faut éxécuter cette procédure :

-Compilation du fichier C
$ avr-gcc -g -Os -mmcu=atxmega64a1 -c demo.c

-Génération du fichier hex
$ avr-gcc -g -mmcu=atxmega64a1 -o demo.elf demo.o
$ avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex demo.elf demo.hex

-Transfert du fichier .hex à la racine de la raspberry
scp nom_fichier.hex pi@adresse_raspberry:~/

-Transfert de la raspberry vers l'atxmega
sudo ./pdi -c (Numéro de la GBIO de la Clock) -d (Numéro de la GBIO de la Data) -a override base address (note: PDI address space) - F Nom du fichier.hex

Exemple

Clignotement d'une Led :
Code C :

1. include <avr/io.h>
   

int main (void)
{
int i;
PORTB.DIR= 1;
while(1)
{
PORTB.OUT=0;
for(i=0;i<=10000;i++);
PORTB.OUT= 1;
for(i=0;i<=10000;i++);
}
}

Fichier hex généré pour l 'atxmega

Extrait du fichier hex :

1001F0000C94080111241FBECFEFDFE2DEBFCDBF9C

1002000018BE19BE1ABE1BBE0E940A010C94120130

100210000C9400008FEF80932006109224068093A8

080220002406FBCFF894FFCF88

00000001FF

Résultat :

Programmation à l'aide d'un microcontrôleur

Matériel nécessaire

Pour réaliser la programmation à l'aide du microcontrôleur on aura bessoin :
-2 Atxmega (note il faudra remplacer la variable mmcu par le nom de vôtre atxmega)
-Platine d'expérimentation
-Led
-Résistance

Schéma de connexions des deux Atxmega :

Atmel Software Framework (ASF)

Présentation

Extrait issue du site Atmel :

The Atmel® Software Framework (ASF) is a MCU software library providing a large collection of embedded software for Atmel flash MCUs: megaAVR, AVR XMEGA, AVR UC3 and SAM devices.

It simplifies the usage of microcontrollers, providing an abstraction to the hardware and high-value middlewares ASF is designed to be used for evaluation, prototyping, design and production phases ASF is integrated in the Atmel Studio IDE with a graphical user interface or available as standalone for GCC, IAR compilers ASF can be downloaded for free

Access the ASF documentation.

Note: ASF in Atmel Studio does not require a specific download. Use Atmel Studio Extension Manager (Tools->Extension Manager) or visit Atmel Gallery to update ASF in Atmel Studio.

Le site se situe à l'adresse suivante : asf framework

Capture d'écran du site :

USART

Objectif

Les objectifs sont les suivants :

- Tester le code de l'exemple du site ASF
- Remonter les données des capteurs suivant la trame voulue


Le code présent sur le site atmel est le suivant : int main(void)
{
uint8_t tx_buf[] = "\n\rHello AVR world ! : ";
uint8_t tx_length = 22;
uint8_t received_byte;
uint8_t i;

board_init();
sysclk_init();

// USART options.
static usart_rs232_options_t USART_SERIAL_OPTIONS = {
.baudrate = USART_SERIAL_EXAMPLE_BAUDRATE,
.charlength = USART_SERIAL_CHAR_LENGTH,
.paritytype = USART_SERIAL_PARITY,
.stopbits = USART_SERIAL_STOP_BIT
};

// Initialize usart driver in RS232 mode
usart_init_rs232(USART_SERIAL_EXAMPLE, &USART_SERIAL_OPTIONS);

// Send "message header"
for (i = 0; i < tx_length; i++) {
usart_putchar(USART_SERIAL_EXAMPLE, tx_buf[i]);
}
// Get and echo a character forever, specific '\r' processing.
while (true) {
received_byte = usart_getchar(USART_SERIAL_EXAMPLE);

if (received_byte == '\r') {
for (i = 0; i < tx_length; i++) {
usart_putchar(USART_SERIAL_EXAMPLE, tx_buf[i]);
}
} else
usart_putchar(USART_SERIAL_EXAMPLE, received_byte);
}
}

Ce code a été testé. Le résultat est conforme à nos attentes.

Nous sommes en mesure de remonté des données via la liaison série

Format de la trame pour le projet P10

Le projet P10 souhaite que la trame issue de l'USART soit la suivante :

Mode de transmission ( S : USART ; U : USB ; R : Radio)

ID

Numéro de la carte fille

Numéro de la carte petite fille

Data

Exemple :

S	005	8	2	255
Data transmise via l'uart	Noeud 5	Carte fille 8	Carte fille 2	Mesure d'une témperature

Générateur de trame

La composition d'un noeud

La carte mère

Sa composition

Elle sera composé de :
-une carte raspberry pi
-deux cartes XMega-A3BUX plained

Carte mère :

La programmation s'effectuera par PDI. Les informations seront remontées grâce à la liaison série

Sa fonction

Schéma des fonctions principales que la carte doit assuré :

Cette carte mesure également la consommation du nœud. En effet on mesurera sur les convertisseurs analogique-numérique le courant.
Le courant ne peut pas être mesuré directement. Pour cela on va utiliser une résistance de quelque ohms.
Pour estimer la puissance consommé par le nœud on aura besoin de connaitre :
-la valeur de la résistance
-la tension

Formule à utiliser pour estimer la puissance:
On pose :
Mr : valeur issue du CAN
Ir: Estimation du courant dans la résistance
U : tension d'alimentation

Afin d'estimer le courant de la résistance il faut convertir Mr suivant la courbe du CAN. Cette dernière est linéaire.
Un fois la valeur convertie on aura à appliquer la formule suivante : P=U*Ir

La carte fille

Sa composition

Elle sera composé de :
-Atmega A1U
-Deux cartes petites filles

Sa fonction

La carte petite fille

Sa fonction

Sa composition

Elle sera composé de :
une carte XMega-A3BUX plained

Exemple de capteur

- Mesure de la température

Ce type de capteur utilise le convertisseur analogique numérique du microcontroleur. Les paramétres à configurés seront les suivantes :

* Quantum

* Plage de mesure

* Registre 

Ce capteur à les caractéristiques suivantes :
Fournisseur : Conrard
Référence :Capteur de température numérique TSIC506 boîtier TO 92 B & B Thermotechnik TSIC506-TO92
Plage de mesure :-10 C - 60C
Tension d'alimentation :3-5.5V
Précision : +/- 0.1 C
Consommation : 30 - 60 µA

- Mesure du volume sonore

La mesure d'un volume sonore se réalise par la transformation d'un vibration en un signal éléctrique.Afin de pouvoir l'exploiter il faudra le connecté sur le convertisseur analogique numérique du microcontroleur.Les paramétres à configurés seront les suivantes :

* Quantum

* Registre 

Ce capteur à les caractéristiques suivantes :
Fournisseur : Zartronic.fr
Référence :Capteur Sonore Analogique
Tension d'alimentation :5V

- Mesure de la luminosité

La mesure de la luminosité s'effectue avec l'aide d'un photo-transistor. Le photo-tansistor fera varier une résistance. On peut mesurer sa tension a ses bornes. Cette tension étant trés faible il est nécessaire d'avoir un amplificateur en sortie. La tension sera exploitable par le convertisseur analogique numérique du microcontroleur.Les paramétres à configurés seront les suivantes :

* Quantum

* Registre 

Ce capteur à les caractéristiques suivantes :
Fournisseur : Conrard
Référence :Photo-résistance FW200

Première plateforme

Schéma de la plateforme :

Avancement du projet

Dans cette section vous trouverez une vue de l'avancement du projet. Cette section doit être interactive.

-Problème rencontrées

	Bloquant	En voie de résolution	Résolu
ASF de atmel			Développé sur Atmel Studio (Window)
compilation des fichiers exemple de l'usart disponible sur l'asf sous debian			les fichiers sont compilé sous Windows et ensuite on envoie le .hex généré sur la raspberry
transfert des codes exemples sur la board			x
saturation de la mémoire flash de la board (Erreur de type : Error failed to rewrite at the adress 2048)	Faut le passer en force jusqu’à 5 fois parfois.
Liasion série sur la raspberry ne fonctionne pas pour remonter les données			Mr REDON m'a aidé à résoudre ce problème
Programmé l'USART avec un seul fichier en pdi sur les cartes	Plusieur test ont été réalisé le 15 /01 /2016. Ce test consistait à mettre l'ensemble du programme de l'USART qui a été développé. Ce dernier a été envoyé sur l'ensemble des cartes connecté en pdi. Le résultat est le suivant: aucune informations n'ont pu être remonter à la raspberry

- A faire

	A faire	En développement	Terminé
Reconfiguration en pdi des cartes via l'usart	Il existe une probabilité que cette tache ne soit pas réalisé du fait qu'on développe sous Windows Pour développer sous Linux il nous faudrait la bibliothèque ASF
Mise en place de la liaison USB	En attente des cartes
USART			Un code d'essai est opérationnelle. Nous somme en mesure de remonter plusieurs trame de données à la raspberry
Reprogrammation des cartes d'exemples en PDI			La reprogrammation en PDI est opérationnelle. Cependant quelque résidu nous pose problèmes