I Analyse structurelle

I Analyse structurelle
Le trilobite est un aspirateur automatisé produit par Electrolux. L’idée du nom
TRILOBITE et sa forme vient d’une famille d’arthropodes qui ont vécu sur Terre il y
a des centaines de millions d’année, qui était de petite taille, vivant dans les fonds
marins. Ce sont les fossilles les plus connus et reconnus, grace a leur coquille très
dure. C’est ce qui a inspiré Electrolux pour le nom de ce robot aspirateur, petit et
solide.
Meme si le succes des robots automatisé reste mitigé, le trilobite est destiné
exclusivement au grand public, qui pour 1000€, fait un travail comparable au robot
industriels.
Cet aspirateur autonome possede de grands avantage comparé au aspirateur
classique : Il fait gagner du temps a l’utilisateur, il n’a juste qu’a l’allumer et
programmer son mode de travail. Il est peu encombrant, et est efficace sur
Toute les surfaces lisses tel que le parquet et le carrelage. Le seul
Inconvénient et qu’il est limité au petite particules. Il ne remplacera donc votre
vieux aspirateur.
1) Description et fonction principale
FP1
Rôle :
FP2
Rôle :
FP3
GERER LE CYCLE D’ ASPIRATION EN FONCTION DES CONSIGNES
ET DE LA CONFIGURATION DE LA PIECE
Elle permet de commander le déplacement de l’aspirateur à partir des
consignes de l’utilisateur (……….) et des informations sur la
configuration de la pièce fournie par les différents capteurs.
DIALOGUER AVEC L’ UTILISATEUR
Elle permet à l’utilisateur de configurer l’aspirateur afin qu’il réalise le
cycle d’aspiration désiré. La saisie des consignes est effectuée à l’aide
d’un clavier à 5 touches et l’affichage des menus est réalisé sur un
afficheur LCD. Un BUZZER, permet à l’aspirateur de générer différents
effets sonores, afin de signaler certaines phases spécifiques du
fonctionnement. Une LED permet la mise au point par le technicien
GENERER L’ HEURE, LA DATE
Rôle :
Elle permet de générer la date et l’heure courante afin de permettre le
lancement automatique (à une date programmée par l’utilisateur) d’un
cycle d’aspiration. Cela est réalisé a l’aide du bus I2C.
( Etude de la carte 1)
FP4
Rôle :
MESURER LA DIRECTION DU DEPLACEMENT
Elle permet à l’aspirateur de connaître la direction du déplacement de
l’aspirateur par la mesure du champ magnétique terrestre (Boussole).
( Etude de la carte 1)
FP5
Rôle :
DETECTER LA PRESENCE DU SOL
Elle permet à l’aspirateur de détecter la présence ou l’absence du sol
devant lui afin d’éviter une chute (dans les escaliers par exemple). En
cas de soulèvement de l’aspirateur par l’utilisateur, elle provoque l’arrêt
immédiat du cycle d’aspiration.
2 LED permettent de visualiser l’état de la carte et la réception.
FP6
Rôle :
FP7
Rôle :
FP8
Rôle :
DETECTER ET LOCALISER LES OBJETS ENVIRONNANTS
Elle permet à l’aspirateur de détecter la présence d’obstacles dans la
pièce (Mur où objet) afin de les éviter et d’assurer un déplacement
pseudo aléatoire dans la pièce.
DETECTER LES BANDES MAGNETIQUES (non étudiée )
Elle permet la détection du champ magnétique, émis par les bandes
magnétiques collées sur le sol par l’utilisateur, afin d’interdire l’accès à
certaines parties de la pièce.
Elle permet également de détecter les bandes magnétiques fixées sous
le chargeur, afin de permettre la recharge des batteries de manière
automatique.
PILOTER LES MOTEURS
Elle permet d’assurer le déplacement de l’aspirateur sur le sol par le
pilotage des 2 moteurs pas à pas, en fonction des ordres de
déplacement fournis par la fonction FP1.
FP9
Rôle :
FP10
Rôle :
ASPIRER LA POUSSIERE
Elle permet d’aspirer la poussière présente sur le sol à l’aide d’une
turbine et de la stocker dans un bac amovible (concept d’aspirateur sans
BAC). Sur la maquette étudiée la turbine et le bac sont remplacés par un
simple ventilateur.
MESURER LE TAUX DE REMPLISSAGE DU BAC
Elle permet à l’aspirateur, de déterminer le taux de remplissage du bac
à poussière, en mesurant la dépression présente à l’entrée de la turbine
( Etude de la carte 3).
FA
Rôle :
ASSURER L’ ALIMENTATION DES FONCTIONS
Elle permet d’assurer l’alimentation électrique autonome de l’aspirateur.
Elle délivre les différentes tensions d’alimentation nécessaires au
fonctionnement de l’aspirateur.
2) Le Bus I2C
Pour communiquer avec les composants de la carte, le Trilobite utilise le Bus
I2C, un protocole de communication qui permet au different composant de
communiquer entre eux.
Le bus I2C utilise deux lignes ( SDA+SCL) + la masse :
SDA : signal de donnée
SCL : signal d’horloge
La masse : signal de référence électrique.
2-1) Transmission de donnée
Le bus I2C utilise une adresse pour chaque composant. Il échangé les
données très rapidement, de 100 kbps ( standard mode ) à 3.2 Mbps ( highspeed mode ), puis est bi-directionnel. Cela veut dire qu’il peut écrire, mais
aussi lire les données.
La donnée est envoyer par le Maître ou par l’esclave ( Cela dépens si on est
en lecture ou en écriture).Lorsque l’esclave a perçue la donnée envoyer par le
Maître ( On prend pour cette exemple le mode écriture ), il va donc imposer
un niveau « 0 » pour montrer que la transmission s’est déroulée correctement.
1° - Le Maître ( SDAM) envoi la
donnée au périphérique avec qui il
veut travailler.
2° L’esclave impose un etat bas sur
sa ligne pour dire que la transmission
a été validé.
3° ce bit est perçue par le maitre par
un etat haut sur sa ligne.
Ce bit est appelé ACK.
2-2) L’acquittement ( ACKNOWLEDGE )
L’acquittement, aussi appelé ACK ( les trois premières lettres du mot
Acknowledge en anglais), et le bit de validation. Il permet de savoir si la
transmission de l’octet s’est bien déroulé, que ce soit en mode écriture ou
lecture.
2-3) Transmission d’une adresse
La transmission d’adresse est importante lorsque qu’il y a
beaucoup de composant. Une adresse est donc défini pour chacun d’eux pour
pour pouvoir les sélectionner, qui est disponible dans leur doc.constructeur.
Le Maître va envoyer l’adresse du composant avec qui il veut travailler. Sur le
8eme bit, il va envoyer le bit R/W ( Read ou Write // Lecture ou écriture ).
Cela sera défini par l’état de ce bit :
 Bit a 0 -> Mode écriture
 Bit a 1 -> Mode lecture
Lorsque l’adresse a été reconnu par le composant l’esclave, il envoie donc un
ACK pour valider la transmission.
/!\ Le maitre n’est pas obliger d’attendre le ACK pour envoyer le Bit R/W /!\
2-4) Exemple
II Carte 1 : Télémètre
Cette carte remplit la fonction FP6, et elle associée aux fonctions FP1 et
FP2. Cette fonction permet de detecter et localiser les objets environnants
dans la pièce.
Etude de FS6.1 & FS6.2
Ces fonctions sont réalisées par des émetteurs et récepteurs ultrasonores. L’émetteur
US émet 10 salves d’une fréquence de 40Khz ( vitesse du son ). Ces ondes vont
rencontrer des obstacles et lorsque cela arrive, ces ondes reviennent dans le
récepteur US sous forme de 10 sinusoïdes alternatives et d’une amplitude allant de
5mV et 200mV.
Etude de FS6.3
La fonction FS6.3 est composé de deux A.I.Ls en régime linéaire. Le premier A.I.L est
monté en montage suiveur, c’est à dire que la tension d’entrée est égal a la tension
de sortie de l’amplificateur. Ce montage permet de faire une adaptation d’impedance
dans le circuit pour bien isoler cette partie des capteurs, et afin que la sortie du
récepteur sélectionné n’ait pas à fournir un courant trop important .
Ensuite Nous avons le deuxième amplificateur qui est monté en inverseur, ce
qui nous permet d’avoir une tension amplifié par un gain qui est conséquent des
résistance R4 et R11, et négative. On amplifie cette tension car celle ci est très
faible ( de l’ordre de 5mV a 200mV ).On l’amplifie donc pour pouvoir s’en servir
correctement pour la suite.
Etude de FS6.5
La fonction FS6.5 ré amplifie une seconde fois a l’aide d’un amplificateur inverseur
avec un filtre entrée, et un gain qui sera choisi par le multiplexeur par rapport au
programme qui commande.
Le filtre en amont de la structure d’amplification est un filtre passe haut. On
utilise ce filtre pour ne pas éventuellement amplifier la composante continue
introduite par FS6.3 dont sa fréquence de coupure est : Fc= 1/2RC=
1/2*R12*C20= 1.2kHz.
On utilise cette structure pour une nouvelle fois amplifier la tension et la ré
inverser afin d’obtenir une tension positive. Le gain sera dépendant du multiplexeur,
par rapport a la résistance qu’il sélectionnera. Il choisira la resistance a prendre par
rapport a la tension qu’il y aura, plus la tension sera faible, plus l’amplification sera
importante. Dans le cadre de l’étude, nous choisirons une amplification maximal ( R8
sélectionner par le multiplexeur )
La ligne PORTB=3 permet de
choisir la résistance associé au
3eme bit, dont ici la résistance
R8 qui a pour valeur 100k.
On a donc une amplification de :
Av=-R8/R12=-100/4.7=21.27
Le Condensateur C19 permet que la valeur de Av change, l’AIL ne soit pas en boucle
ouverte.
Etude de FS6.6 & FS6.7
La fonction FS6.6 permet de crée un
signal logique image de l’écho reçu par
le récepteur US. Cela est crée par un
comparateur a seuil réglable par le
transistor P2.
En amont du comparateur, On a un
seconde filtre RLC de type passe bande.
On applique un filtre passe bande pour ne sélectionner que les fréquences autour de
40kHz (vitesse du son) et donc supprimer les autres fréquences supérieur ou
inférieur, éliminer les fréquences indésirables.
On applique ensuite un comparateur qui selon la tension a U- va délivrer du
+5V ou du –5V. Cela dépend que U+> U- ou U->1.
La tension seuil est réglable a l’aide a l’aide du potentiomètre P2 qui nous permet
d’avoir une plage de variation de 0V a 1.59V. Il permet donc de régler la sensibilité
de détection de FP6.
Le transistor de type NPN est saturé lorsque qu’on a +5V a la sortie du comparateur
et bloqué inversement. On ne garde donc que la partie positive.
 Lorsque la tension sur U->U+, on aura du –5V en sortie ( comparateur
inverseur ), le transistor sera donc bloqué.
 Lorsque la tension sur U+>U-, on aura du +5V en sortie, le transistor sera
donc saturé.
Lorsque celui ci sera saturé, On aura sur PT9 du 0V ( relié a la masse), et lorsque
que le transistor sera bloqué, on aura sur PT9 +VCC.
Cette tension va avoir de l’importance pour l’entrée SET de la bascule D car lorsque
que SET sera a « 1 », la sortie Rx_US sera a 1.
C’est grâce a se front montant que la distance entre l’objet qui a réfléchi l’ultrason et
l’aspirateur va être calculée.