Contrôle de sonar, 2013/2014, TD1

Présentation du projet

Présentation globale du sujet

Partie Electronique

Rappel du cahier des charges

Système sonar

La carte FPGA mesure en permanence la distance avec l'obstacle le plus proche. La mesure de distance est basée sur la mesure du décalage entre l'émission d'un signal ultrason et sa réception, après rebond sur l'obstacle. La valeur de ce temps sera codée sur huit bits (1 octet). Le taux de rafraîchissement de la mesure sera fixé à 1 seconde. La vitesse du son sera considérée comme égale à 340 m/s. Un second octet représentant l'état des boutons-poussoir (les deux bits de poids faible représentent l'état des boutons-poussoir, les six autres bits sont à zéro) sera envoyé à la suite de cette donnée (voir la figure 5). Ces deux octets seront éventuellement stockés en mémoire RAM puis envoyés à la FoxBoard au travers de la liaison série. Par ailleurs, la carte reçoit par l'intermédiaire du port série la position du servo-moteur en degrés. Ces données comportent quatre octets, un par afficheur. Chaque bit de l’octet représente directement l'état allumé ou non des segments d’un afficheur

Sous-système contrôle de sonar

Ce 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. Partie FPGA : 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. Partie analogique : la partie analogique doit permettre d'adapter le signal de sortie du FPGA (signal carré à la fréquence de résonance de l'émetteur) à l'émetteur d'ultrasons (signal carré, avec une tension et une puissance disponible compatible avec l'émetteur). De même pour la réception, ce circuit électronique doit adapter l'onde reçue par le récepteur afin de la rendre compatible avec l'entrée du FPGA notamment son amplification et sa mise en forme (signal 0-5v). Afin de simplifier la vérification du fonctionnement, l'utilisation de l'analyseur logique est fortement recommandée.

Partie FPGA

La partie émission est constitué d'une horloge qui délivre un signal de 40kHz, ce qui correspond à la fréquence de résonance de notre émetteur ultrason. Cette horloge est relié à un compteur 12 bit. Un comparateur nous permet de comparer la valeur du compteur à celui d'une constante. Cette constante, c'est le nombre de créneaux qui compose le trains d'onde qui va être émis. Une fois cette valeur atteint, le compteur va continuer à compter mais le signal lui ,grâce à la porte and, ne sera plus transmit, et cela jusqu'à la fin du compteur. Une fois que le compteur arrive à sa valeur finale, il repasse à 0 et donc le signal et de nouveau transmit.

choix de la valeur de la constante : La quantité de créneaux influe sur la "zone morte" qui correspond à la distance minimal de détection et sur la distance maximal. En effet, plus le train d'onde est large plus il pourra parcourir de distance avant d'être totalement atténué, mais la "zone mort" sera plus grande. Il faut donc faire un compromit et nous avons décidé de fixer une distance minimal de détection de 10cm.

$distance minimal = (nbr de creneaux * vitesse du son) / frequence$

Ce qui nous une trame de 11 créneaux.

choix de la taille du compteur : La taille du compteur influe sur la durée entre deux trains d'ondes et donc sur la distance maximal de détection. Nous avons décider d'envoyer une onde toutes les 0.1 seconde

$nbdebit = duree*frequence$

il faut donc un compteur 12 bits.

$distancemax = (duree * vitesse )/2$ ( divisé par 2 car il ne faut pas oublié qu'il y a un aller et un retour )

ce qui donne une distance maximale de mesure de 17m.

Avec ces paramètres, le sonar peut sans problèmes marcher dans une salle de TP.

Partie analogique

Emission: Le suiveur est une etage tampon afin de protéger la nanoboard, apres le suiveur, apres c’est un amplificateur non inverseu pour augmenter la signale à émettre.

Reception: le amplificateur non inverseu est pour amplifier le signal reçu, parceque le signal de retour est tres petit. Le condensateur est pour filtrer des bruits.

Partie Informatique

Jérome Bailet - Arnaud Deshays

Présentation de la partie informatique

L'objectif de la partie informatique est de réaliser un sous-système de contrôle de sonar ultra-sons. Une interface Web associée permet à l'utilisateur de faire tourner le sonar suivant un angle précis (en utilisant un servo-moteur commandé par une interface Phidget) et d'afficher la mesure de distance correspondant à la direction choisie.

1ère scéance

Cette première séance nous a permis de bien définir le sujet.

A l'aide de la page web 2.0 structuré en HTML et avec des fonctions javascript (utilisation de la bibliothèque JavaScript jquery.js), l'utilisateur entre un angle en degré. Quand la valeur est saisie (évènement Javascript Onclik) un requête AJAX est envoyée à un script CGI-BIN écrit en C qui commande le module Phidget. Une autre requête Ajax est envoyée vers un script PHP de scrutation pour récupérer la distance mesurée par le sonar.

Lors de cette séance nous avons installer les bibliothèques Phidget pour commander le servo-moteur et jQuery pour l'interface Web 2.0 Nous avons égalemment commencer à coder le fichier commanderservo.c permettant de contrôler le servo-moteur.

2ème scéance

• Création du fichier .html, .js et .php en utilisant l'ajax et jquery. Par un formulaire on envoie l'angle (variable que l'on saisie) à l'aide d'une fonction javascript. Cette dernière sera récupérer dans le .php. Il faut implémenter le retour de la fonction javascript pour vérifier que la donnée a bien été envoyée.

Animation : loader (lors de l'envoie d'une donnée un loader apparait =) )

1ère séance supplémentaire

N'étant pas parvenus au terme du projet au bout des 3 séances précédentes, nous avons donc décider d'effectuer une ou deux séances supplémentaires afin de le terminer.

Dans un premier temps, nous avons Fin de création de la fonction MesureSonar

Dans un second temps, nous avons commencé à nous familiariser avec le fonctionnement de la Foxboard et au protocole à adopter pour y implanter l'ensemble de nos fichiers.

2ème séance supplémentaire

Résultats

Partie électronique :

Partie informatique :

Vidéo + commentaires

Réunion des deux parties :