Introduction

Antares Electr
ANTARES
nic Group
MILOM_CAM
Rapport n°6 (Septembre 2006)
K.Arnaud –V.Bertin - J.Brunner – A.Calzas– F.Réthoré
Introduction
Ce document fait suite au rapport n°5 rédigé en mars 2006 . Le rapport n°6 fait état des tests et de la
réalisation des cartes. Des modifications ont été apportées sur le choix des composants, les fonctionnalités
et sur la position des cartes dans le châssis LCM (La carte ETHERNET se trouve sur un slot ARS_MB et
la carte POWER sur le slot INSTR).
Le projet MILOM_CAM consiste à placer une caméra embarquée dans une sphère de module optique,
montée sur le LCM_top de la MILOM. La caméra proposée (AXIS 221) permet des observations de jours
comme de nuit et présente une sensibilité suffisante pour l’étude de la bioluminescence. La caméra est
toutefois associée à un moyen d’éclairage dans l’infra rouge. L’exploitation de la caméra s’effectue via
Ethernet à travers une carte spécifique « LCM_CAMETH » qui transmet les signaux Ethernet par fibre
optique vers les cartes SWITCH et BIDICON du MLCM. Une deuxième carte « LCM_CAMPOW » est
réalisée pour permettre d’alimenter l’ensemble du dispositif.
Schéma de principe
Cable OM
Caméra
Eclairage IR
 Bertin
ADAPTATION- LCM_CAMETH
(see SPY project)
Fibre 1310nm
LCM_top
BIDICON
SWITCH
From/To Shore
MLCM
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Points techniques du projet:
1. Récupération des signaux vidéo (Ethernet) – Slots disponibles LCM_top:
La carte LCM_CAMETH permet la conversion des signaux Ethernet, en signaux adaptés à la
transmission numérique sur fibre optique. Cette problématique est la même que celle rencontrée dans la
réalisation du dispositif SPY, dans ce cas, la carte est placée dans un slot acoustique du LCM_top, elle
permet le transfert des données du micro contrôleur « RABBIT » vers la carte BIDICON du MLCM. Pour
les cartes dédiées à la caméra, deux slots dans le LCM_top sont disponibles : LCM_INSTR - ARS_MB3.
Pour des raisons de fonctionnalité et d’encombrement, il a été choisi d’utiliser le slot ARS_MB3 pour la
carte Ethernet (LCM_CAMETH) et le slot LCM_INSTR pour la carte (LCM_CAMPOW).
2. Alimentation de la caméra et du projecteur infra-rouge : La deuxième
problématique à résoudre dans ce projet est l’alimentation électrique de la caméra et du projecteur. La
caméra consomme environ 5.5W et le projecteur infra-rouge consomme de 4 à 12W suivant la puissance
d’éclairage pré-réglée.
Le tableau suivant résume les puissances disponibles sur la MILOM - LCM_Top :
Puissances délivrées par la LPB :
Tension (Vdc)
2.5
3.3
5
48
48 (switché x4)
Imax(mA)
1300
4700
5000
250
100
P(W)
3.3
15.5
25.0
12
4.8
Puissances consommées dans MILOM_LCM_Top :
Carte
2.5V(mA)
3.3V(mA)
5V(mA)
48V(mA)
DAQ
1350
CLOCK
650
250
Compas
40
ARS_MB
65
2
SPY_Hyd
850
_________________________________________________
Total(mA)
0
670
2490
2
P(W)conso 0.0
2.2
12.5
0.1
P(W) Dispo 3.3
13.3
12.6
11.9
Le 5V a été choisi pour alimenter la caméra (7.6W au primaire - DC/DC 5V/15V) et le 48V pour
alimenter le projecteur (9.4W au primaire DC/DC 48V/15V).
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Faisabilité du projet (rapport n°5):
1. Communication Ethernet (Test du câble externe de liaison OM  LCM)
Alors que dans le cas du projet Spy, la liaison (courte) entre le processeur Rabbit et la carte d’adaptation
est locale (à l’intérieur du module), la connexion Ethernet entre la caméra et la carte d’adaptation se fait
via un « câble OM ». Ce câble est équipé de fils regroupés en paires torsadées dont les spécifications
(impédance caractéristiques) devraient permettre une transmission à 100Mb/s. Nous l’avons toutefois
vérifié en mesurant le taux d’erreurs de la transmission (« Ping » commande en full duplex). Les schémas
synoptiques suivants illustrent ces mesures:
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Résultats relatifs aux mesures de taux d’erreur (Ethernet) :
Les tests (fonction « PING ») permettant d’évaluer le taux d’erreur de la transmission en mode full duplex,
ont donné un taux d’erreur nul dans les 2 cas. Les commutations de fort courant effectuées dans les 9
mètres de câble n’ont pas généré d’erreurs. Les tests fonctionnels avec la caméra et le projecteur sont
concluant. L’ensemble de ces tests permettent de qualifier le câble pour une transmission Ethernet
100Mb/s sur la longueur usuelle de ~ 0.5m (Distance LCM OM).
Structure du câble pour l’OM – (10 fils + 2 masses+ 2 spares) :
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2 – Mesures sur les puissances électriques nécessaires au fonctionnement
de la caméra et du projecteur IR .
Une première série de mesures avec une alimentation de laboratoire permet d’évaluer la consommation
électrique de l’ensemble Caméra + IR, pour différentes tensions et plusieurs modes d’utilisation :
Caméra : ( modes : commande du relais ON/OFF)
Volt
24
21
18
15
12
9
7
Switch On (mA)
205
235
275
330
425
600
845
Switch Off (mA)
185
210
250
300
380
535
745
Puissance W (ON/OFF)
4.9
4.4
4.9
4.4
5.0
4.5
5.0
4.5
5.1
4.6
5.4
4.8
5.9
5.2
Low Intensity
mA W
285 3.4
240 3.6
210 3.8
185 3.9
166 4.0
Medium Intensity
mA W
435 5.2
355 5.3
305 5.5
270 5.7
245 5.9
Projecteur Infra-rouge :
IR
V
12
15
18
21
24
High Intensity
mA W
930 11.2
760 11.4
640 11.5
555 11.7
490 11.8
¾ Intensity
mA W
655 7.9
530 8.0
450 8.1
395 8.3
350 8.4
Une autre série de mesures effectuées lors du test 3 permet de déterminer la résistance linéique de la paire
torsadée et le comportement de l’alimentation à la mise sous tension :
(1) Résistance linéique : (15V – 14.73V)/(312mA*9 m) = 0.096 Ω/m
(Mesure confirmée par les mesures de chute de tension du test 2)
(2) Chute de tension dans la paire torsadée si l’alimentation est placé dans le containeur LCM :
a. Caméra :
0.096 Ω/m * 0.33A * 0.5m * 2 = 0.030 V (négligeable)
b. Projecteur IR : 0.096 Ω/m * 0.76A * 0.5m * 2 = 0.072 V (négligeable)
(3) Appel de courant à la mise sous tension :
Une mesure de courant utilisant un capteur à effet hall associé à un oscilloscope révèle des appels
de courant très importants, de l’ordre de 6A sur l’alimentation. Ce point conditionne le choix du
convertisseur DC/DC et des filtres en amont et en aval qui permettraient d’absorber cet appel de
courant, notamment pour protéger la LPB.
Il est noter que le projecteur est allumé pendant le boot de la caméra, l’utilisation d’un relais fermé
au repos pourrait résoudre ce point, mais dans ce cas la commande du projecteur doit être
complémentée.
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Réalisation du système d’interface et d’alimentation pour la
caméra :
Les différentes mesures du taux d’erreur dans la transmission effectuées sur le câble, ainsi que l’évaluation
des puissances nécessaires au dispositif, nous permettent de proposer une solution basée sur deux cartes
électroniques. Elles sont connectées sur les slots libres LCM_INSTR et ARS_MB3 de la carte fond de
panier du LCM_top. La carte « LCM_CAMETH » effectue la conversion Ethernet pour une transmission
sur fibre optique, la deuxième carte « LCM_CAMPOW » convertit les tensions d’alimentation en 15V à
partir du 5V (12,6W disponible) pour la caméra et du 48V (11.5W disponible) pour le projecteur IR.
Le schéma synoptique suivant illustre le dispositif :
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La carte LCM_CAMETH est équipée d’un transceiver optique 1310/1310nm et principalement du
composant électronique DM9301 (Davicom) pour les conversions Ethernet/LVPECL.
L’épaisseur maximum d’un carte admissible sur le slot ARS_MB3 est de 20mm, l’épaisseur maximum de
la carte LCM_CAMETH est conditionné par le connecteur RJ45 (15mm) – Transceiver (13mm).
Concernant la carte LCM_CAMPOW, cette carte sera équipée de 2 DC/DC qui fourniront 2*15V pour la
caméra et le projecteur IR. Un relais commandé par la caméra permettra de mettre en service à distance
(commande Ethernet) le projecteur IR.
Le choix des DC/DC est conditionné d’une part par les puissances qu’il faut fournir à partir d’une
puissance disponible et d’autre part par des critères de fiabilité. La puissance pour fabriquer du 15V est
disponible à partir de tensions différentes (5V) et (48V), il faudra notamment dans le cas de la camera,
choisir un DC/DC élévateur de tension. Un état des lieux de DC/DC présentant les spécifications requises
est proposé dans ce rapport :
DC/DC pour La Caméra :
- Puissance nécessaire : 5W (15V – 330mA) - Puissance disponible sur le 5V (12W)
o 2*DC/DC en // - NMXS0512SO Newport Components (Disponible chez RS)
 Puissance 2*6W (η = 75%) soit 2*(15V – 400mA).
MMTF versus °C (derating DC_DC NMXSO)
30,00
25,00
years
20,00
15,00
Série1
10,00
5,00
0,00
0
20
40
60
80
Temp °C
DC/DC pour Le Projecteur :
- Puissance nécessaire : de 3.6W à 11.4W (15V – 240/760mA) - Puissance disponible sur le 48V
(11.9W). La puissance disponible sur la LPB ne permet pas de faire fonctionner le projecteur à
pleine puissance (η DC/DC= 80%). La puissance maximum sera donc fixée au ¾ d’éclairement soit
8W.
o DC/DC – UWR-15/600-D48A DATEL (chez RS référence : 218-5147 (78 euro)
 Puissance 10W (η = 80%) (15V – 600mA)
 Série Haute fiabilité pour système embarqué.
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Coût pour la réalisation des cartes LCM_CAMETH et LCM_CAMPOW :
Item
Circuit imprimé
- Outillage
- Cartes (2)
- Cartes 2e Itération
Composants- stock
Total
(2)LCM_CAMETH (euro)
420
500
450
200
1570 euro
(2)LCM_CAMPOW (euro)
430
400
400
1230 euro
Le coût global est d’environ ~2800 euro en prenant compte les divers fournitures pour le câblage.
Récapitulatif :
- Réalisation et test de la carte alimentation LCM_CAMPOW (Sur LCM_REF complète): OK
- Réalisation d’une carte Ethernet « LCM_CAMETH » pour mise au point : OK mais nouveau design.
- CI en cours de fabrication « LCM_CAMETH » - livraison mi-octobre.
- Câblage et test fin octobre.
- A réaliser un harnais avec 3 connecteurs.
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ANNEXE D - Mesures oscilloscope => appel de courant « Power ON » :
Power ON – Caméra + Projecteur IR
6A
Mesure du courant
avec une sonde à effet
Hall : 100mV/1A
Power ON – Caméra + Projecteur IR
Courant nominal (sur la même
alimentation) 1.058A – Boot (10s) =>
311mA (caméra seule)
- Caméra (uniquement) : 150mA => 325mA (Boot de la caméra sans projecteur (relais ON))
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- Caméra + Projecteur IR : 1058mA => 311mA (Boot de la caméra avec projecteur (relais ON) puis relais
OFF après le boot).
Mesures des signaux Ethernet sur le
câble de 3m ((C2)TX =>(C1)RX)
Sonde de tension
Mesures des signaux Ethernet sur le
câble de 9m ((C2)TX =>(C1)RX)
Sonde de tension
Conclusion : Les variations d’amplitudes des signaux du TX (émission) vers le RX (Réception) suivant les
longueurs de câble sont probablement dues à une désadaptation d’impédance.
λ= C/f soit => λ =3E8/ 100MHz = 3m ( λ/4 = 0.75m). Il faudra vérifier ce point sur les 0.5m du câble final
pour ne pas se trouver sur un nœud sur la réception (amplitude minimum).
Paire torsadée : Zc => de 75Ω à 150 Ω.
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ANNEXE E - GANTT prévisionnel (initial) :
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