LE ROBOT DEMINEUR 1

LE ROBOT DEMINEUR
1
INFORMATIONS
Les fonctions FP1, FP2 et FP7 ont été étudiées et réalisées par JeanBaptiste Vigneron.
Les fonctions FP3, FP5, FP6 et FP7 ont été étudiées et réalisées par
Julien Vincent.
La fonction FP4 a été étudiée et réalisée par Martin Vittu.
Les schémas normalisés ont été réalisés sur Proteus ISIS.
Les typons ont été réalisés sur Proteus ARES.
2
Les algorigrammes ont été réalisés sur Paint.
Les captures d'écrans proviennent des schémas structurels ISIS et des
typons ARES.
SOMMAIRE
I) Présentation du
système....................................................................................................Page
6
a) Présentation du robot
démineur.............................................................................Page 7
b) Diagramme
sagittal..................................................................................................Page 8
c) Éléments du robot
démineur...................................................................................Page 9
d) Analyse descendante du robot
démineur..............................................................Page 10
e) Liaisons entre chaque
fonction..............................................................................Page 12
3
II) Carte 1: Fonctions FP1 et
FP2...........................................................................................Page 13
1) Fonction FP1: Protection
mallette..........................................................................Page 14
a) Présentation
générale.........................................................................Page 14
b) Présentation
détaillée.........................................................................Page 15
c)
Algorigramme......................................................................................Page
24
d) Schéma structurel
ISIS.......................................................................Page 25
e)
Nomenclature......................................................................................Page 26
2) Fonction FP2: Codage/Emission
HF.......................................................................Page 27
a) Présentation générale
…....................................................................Page 27
b) Présentation
détaillée.........................................................................Page 28
c) Schéma structurel
ISIS.......................................................................Page 35
d)
Nomenclature......................................................................................Page 36
3) Typon de la
carte......................................................................................................Page
37
4) Procédure de tests de la
carte................................................................................Page 39
5) Mesures de la
carte..................................................................................................Page 40
4
III) Carte 2: Fonctions FP3, FP5 et
FP6................................................................................Page 43
1) Fonction FP3: Réception HF / Décodage des
signaux........................................Page 44
a) Présentation
générale.......................................................................Page 44
b) Présentation
détaillée.......................................................................Page 46
c) Schéma structurel
ISIS.....................................................................Page 56
d)
Nomenclature....................................................................................Page 57
2) Fonction FP5: Commande mouvements
bras.....................................................Page 58
a) Présentation
générale.......................................................................Page 58
b) Présentation
détaillée.......................................................................Page 58
3) Fonction FP6: Interface Visée/Tir et Alimentation
retardée................................Page 61
a) Présentation
générale.......................................................................Page 61
b) Présentation
détaillée.......................................................................Page 62
c) Schéma structurel
ISIS.....................................................................Page 71
d)
Nomenclature....................................................................................Page 72
4) Typon de la
carte....................................................................................................Page 73
5) Procédure de tests de la
carte..............................................................................Page 74
6) Procédure de tests des cartes n°1 et n°
2............................................................Page 75
III) Carte 3: Fonction
5
FP4......................................................................................................Page 77
1) Fonction FP4: Adaptation de puissance et protection des
moteurs.................Page 78
a) Présentation
générale.......................................................................Page 79
b) Présentation
détaillée.......................................................................Page 79
c) Schéma structurel
ISIS.....................................................................Page 88
d)
Nomenclature....................................................................................Page 89
2) Typon de la
carte....................................................................................................Page 90
3) Procédures de tests et mesures de la
carte........................................................Page 91
IV) Fonction
FP7....................................................................................................................
Page 93
6
:: LE ROBOT DEMINEUR ::
PRESENTATION DU
SYSTEME
a) Présentation générale du robot démineur:
Afin de mieux présenter le robot démineur, nous allons répondre à des
7
questions simples et utiles.
Pourquoi ?
Face à la recrudescence du terrorisme et à l'augmentation des attentats,
les robots démineurs permettent de neutraliser un objet suspect à
distance. C'est une solution fiable, sécurisante et d'un coût raisonnable.
Qui ?
Le robot démineur est utilisé par les services de police, douane mais
également par l'armée.
Où ?
Le robot démineur est utilisé notamment dans les lieux publics tels que
les aéroports, les gares ou encore les stations.
Comment ?
Le robot est piloté à distance à l'aide d'une mallette de commande lui
envoyant les ordres de l'utilisateur sur une onde Haute-Fréquence.
La mallette possède plusieurs boutons poussoirs et joystick pour
commander le robot. Son tuilisation est protégée par un code à quatre
chiffres que l'utilisateur doit entrer sur un clavier douze touches.
Une fois la mallette activée, elle commande le déplacement du robot, la
commande des axes du bras manipulateur afin de déplacer l'objet
suspect s'il ne peut être détruit sur place ainsi qu'une visée laser et un
tir laser pour détruire cet objet suspect.
Le robot peut donc détruire l'objet sur place ou le déplacer à l'aide de la
pince située au bout du bras.
Une caméra Wifi est également présente sur l'avant du robot. Celle-ci
permet à l'utilisateur de visionner l'environnement du robot à l'aide d'un
ordinateur portable. Un microphone intégré envoi les sons également.
b) Diagramme sagittal
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Le robot démineur peut déplacer à l'aide de son bras et de ses moteurs
un objet suspect ou le détruire sur place à l'aide de la visée et du tir
laser.
L'opérateur se sert de la mallette de contrôler le robot démineur. Il se
sert également d'un PC portable afin de visualiser l'environnement et
entendre les bruits autour du robot.
La mallette de contrôle sert à commander les axes du bras du robot, ses
moteurs , la visée et le tir laser. Elle lui transmet les ordres sous forme
d'ondes HF.
Le PC portable sert à visualiser l'environnement autour du robot
démineur. Les images mais également les sons sont envoyés par une
caméra fixée sur le robot. Le PC sert également à programmer le microcontrôleur situé sur l'une des fonctions du robot.
9
L'interface de programmation permet d'envoyer le programme depuis le
PC vers le micro-contrôleur.
• Analyse descendante du robot démineur:
Chaque fonction sera détaillée plus loin dans le dossier.
Liaisons entre chaque fonction:
E1: entrée du code
L1: alimentation de FP2 si code validé
E2: envoi des ordres du robot L2: envoi et réception des ordres
E3: ordinateur portable
L3: commande des moteurs
L4: commande du bras
L5: commande visée et tir
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S1: déplacement du robot
S2: mouvements du bras
S3: visée et/ou tir
S4: visualisation de l'environneme
autour du robot
d) Éléments du robot démineur
Le robot est composé de 2 parties: la mallette et le robot.
La mallette sert de partie commande. Elle peut être alimentée grâce à
des piles 9V. Une fois mise sous tension, celle-ci n'est pas active tout
de suite. Un code à 4 chiffres est nécessaire afin que les DEL s'allument
et que les boutons poussoirs et joysticks deviennent utilisables.
Les joysticks permettent de commander les moteurs du robot dans
quatre direction: avancée, recul, gauche et droite.
Les boutons poussoirs permettent de commander les différents axes du
robot. Ils sont au nombre de cinq: la base, l'épaule, le coude, le poignet
et la pince.
Deux autres boutons poussoirs servent à activer la visée laser ainsi que
le tir laser.
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Les éléments de la deuxième partie forment le robot démineur mais
également la partie opérative. Le robot possède deux moteurs à courant
continu dotés de réducteur (1/100) et quatre roues afin qu'il puisse se
12
déplacer. Afin que le robot puisse tourner, les roues d'un coté tournent
moins vite que l'autre coté. Il possède également un bras manipulable
dans cinq axes. Sur ce bras, se trouve un laser permettant la
destruction de l'objet suspect.
Le robot possède également une caméra. Cette caméra héberge un
serveur Web et possède une connexion Wifi. Celle-ci est manipulable
dans tous les axes.
Un PC portable peut se connecter sur le serveur à l'aide d'une
connexion Wifi et commander la caméra afin de visualiser
l'environnement autour du robot. Un microphone est également présent
sur le robot démineur afin d'entendre les bruits autour du robot.
e) Liaisons entre les fonctions:
13
14
:: LE ROBOT DEMINEUR ::
PRESENTATION DU
SYSTEME
15
:: CARTE N°1 ::
Fonctions FP1 et FP2
Etudes, réalisation et rédaction par Jean-Baptiste Vigneron
1) FP1: Protection Mallette:
a) Présentation générale:
La fonction principale FP1 protège la mallette de commande du robot à
l'aide d'un code à 4 chiffres. L'utilisateur doit, à l'aide d'un clavier 12
touches, entrer le code pré-enregistré afin de débloquer la mallette et
alimenter la fonction FP2.
Cette fonction se décompose en 7 fonctions secondaires.
16
- FS11: Conversion mécanique-électrique
Un clavier permet à l'utilisateur d'entrer un code.
- FS12: Encodage
Une serrure programmable vérifie quelles touches du clavier sont
appuyées.
- FS13: Mémorisation et comparaison des codes
La serrure enregistre le code tapé et le compare au code préenregistré.
- FS14: Adaptation/Visualisation du mode Programme
Une DEL verte s'allume pour indiquer l'activation du mode
Programmation.
- FS15: Génération d'un signal sonore
Un buzzer s'enclenche pendant un certains temps lorsque le code
est correct.
- FS16: Adaptation/Visualisation de la mise sous tension de FP2
Une DEL rouge s'allume pour indiquer la fonction FP2 est
alimentée.
- FS17: Commande de mise sous tension de FP2
Un relais permet de mettre sous tension la fonction FP2 si le code
est correct.
b) Présentation détaillée:
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Alimentation de la carte
La carte peut être alimentée de deux façons.
Une pile de 9V peut être branchée sur le connecteur B102.
La diode D105 permet de ne laisser passer le courant que si la pile est
branchée dans le bon sens.
Cependant, afin de pouvoir tester la carte dans de bonnes conditions et
sans à devoir gaspiller des piles 9V, un connecteur embase a été
ajoutée sur la carte ainsi qu'un régulateur 7809.
La deuxième possibilité est donc de brancher la carte à une
alimentation secteur continue. La tension en sortie du régulateur CI102
est de 9V.
La diode D104 empêche l'arrivée d'une tension négative qui serait due à
une erreur de branchement.
La diode D106 protège le régulateur en particulier.
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Le condensateur C-CI101 est un condensateur de découplage
empêchant les perturbations du signal au niveau de la serrure CI101.
FS11: Conversion Mécanique/Électrique
La conversion Mécanique/Électrique est assurée par le clavier CLV101.
Ce clavier possède douze touches, numérotées de 0 à 9 accompagnées
des signes * et #.
L'utilisateur va se servir de ce clavier afin d'entrer les codes.
Ce clavier est relié à une serrure programmable.
FS12: Encodage:
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Le composant CI101 est un une serrure programmable de type LS7222.
Sa technologie est CMOS.
Il existe 3 codes: un premier pour armer, un second pour désarmer et
un dernier pour désarmer et activer une alarme externe.
Le premier code est appelé Code Arm.
Le second code est appelé Code Disarm.
Le troisième code est appelé Code Duress.
Les lignes du clavier sont câblées sur les entrées X et les colonnes sont
câblées sur les entrées Y de la serrure. Celles-ci sont actives sur front
descendant.
Le Code Duress n'est pas utilisée pour le Robot Démineur.
Ces 3 codes possèdent les 3 premiers digits identiques, seul le dernier
digit diffère.
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La résistance R101 et le condensateur C101 sont connectées sur la
broche 2 « RC-Osc » de la serrure. Ceux-ci font office d'oscillateur
externe.
La durée de charge et de décharge du condensateur est égale au
produit de la valeur et la résistance par la valeur de la capacité.
21
T = R101 x C101
= 150.103x 1.10-9
= 1,5.10-4s
= 150 us
F =1/T
= 1 / (R101 x C101)
= 1 / (150.103x 1.10-9)
= 1 / 1,5.10-4
= 6666,7 Hz
= 6,7 KHz
Le condensateur C102 appelé « Cap-K » définit la limite de temps pour
entrer le code ainsi que la durée pour entrer en mode Programmation.
Celui-ci est câblé en broche 18.
Le condensateur C103 appelé « Cap-M » définit la durée à l'état haut des
broches « Arm » et « Disarm ». Celui-ci est câblé en broche 12.
La courbe de gauche montre que, pour une valeur de 2,2uF du Cap-K, la
durée d'entrée des codes maximum et de passage en mode
Programmation est de 6,2 secondes environ.
22
La courbe de droite montre que, pour une valeur de 10uF du Cap-M, la
durée à l'état haut des broches « Arm » et « Disarm » est d'une seconde
environ.
Afin d'encoder les codes, la serrure balaie chaque ligne et chaque
colonne pour vérifier quelles touches sont appuyées.
Les lignes sont reliées aux entrées X et les colonnes aux entrées Y. Ces
entrées sont actives au niveau bas. Les colonnes sont des sorties à
collecteur ouvert.
Les entrées Y sont balayées a chaque front montant de l'horloge
générée par C101 et R101.
Lorsqu'une touche est appuyée, la serrure continue de balayer les
entrées Y jusqu'à temps de détecter celle qui est active. Ensuite, les
entrées Y ne sont plus balayées, l'entrée validée reste au niveau bas, les
autres au niveau haut.
Les entrées X sont toujours au niveau haut. Lorsqu'une touche est
appuyée, l'entrée active passe à l'état bas et les autres restent au niveau
haut.
Exemple de scrutation: aucun appui, puis un appuie sur la touche 9
(X3/Y3):
23
FS13: Mémorisation et comparaison des codes:
Il existe 3 codes: un premier nommé « Code Arm » pour armer la
serrure, un second nommé « Code Disarm » pour désarmer la serrure et
un dernier nommé « Code Duress » pour désarmer la serrure et activer
24
une alarme externe.
Si le code « Disarm » entré est correct:
- La broche 16 « Disarm » passe au niveau haut pendant une
seconde
- Le transistor T103 est saturé
- Le Buzzer BUZ101 est actif
- La broche 17 « Lock » passe au niveau haut
- Le transistor T103 est saturé
- La DEL102 rouge est allumée
- Le relais est au travail
- La fonction FP2 est alimentée
Si le code « Arm » entré est correct:
- La broche 16 « Arm » passe au niveau haut pendant une
seconde
- Le transistor T103 est saturé
- Le Buzzer BUZ101 est actif
- La broche 17 « Lock » passe au niveau bas
- Le transistor T103 est bloqué
- La DEL102 rouge est éteinte
- Le relais est au repos
- La fonction FP2 n'est pas alimentée
25
FS14: Adaptation/Visualisation du mode Programme:
Afin d'entrer en mode Programmation de la serrure, l'utilisateur doit
entrer le code Disarm. Une fois le code Disarm entré, l'utilisateur doit
appuyer deux fois sur la touche *. Il dispose de six secondes pour
appuyer sur cette touche.
Lorsque l'utilisateur a réalisé ces deux opérations, la broche 11 « Prog »
passe au niveau haut, le transistor T101 est saturé, La DEL101 de
couleur verte est allumée afin de signaler que le mode Programmation
est actif. La serrure entre alors en mode Programmation.
26
En mode Programmation, un code de six chiffres est demandé. Les
quatres premiers chiffres forment le code Arm, les trois premiers et le
cinquième forment le code Disarm et les trois premiers et le sixième
forment le code Duress.
Exemple de code à entrer en mode programmation:
FS15: Génération d'un signal sonore
27
La structure formée par les diodes D101 et D102 et la résistance R107
est une porte OU.
28
Les diodes empêchent la diffusion du niveau haut à l'autre broche.
Lorsqu'un signal arrive sur l'un des fils (Arm ou Disarm), la résistance
R106 convertit la tension en courant, le transistor devient saturé.
Une fois saturé, le transistor sert d'interrupteur, le courant passe dans
le Buzzer BUZ101.
Le buzzer BUZ101 a une résistance interne de 1039Ω.
Ces broches sont actives durant une seconde environ.
FS16: Adaptation/Visualisation de la mise sous tension de
FP2
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La broche « Lock » est active lorsque le code Disarm a été validé par la
serrure.
Elle est désactivée lorsque le code Arm a été validé par la serrure.
Si la broche « Lock » est au niveau haut, le transistor T102 est saturé.
La DEL102 de couleur rouge est allumée.
Cette DEL permet de montrer la mise sous tension de la fonction FP2.
FS17: Commande de mise sous tension de FP2:
Le relai REL101 va permettre
l'alimentation de la fonction FP2.
Lorsque la broche « Lock » est au niveau haut, le relais va être au
travail.
La broche 13 va se déconnecter de la broche 11 pour se connecter à la
broche 9.
Etant donné qu'une bobine est présente dans le relais, une diode de
roue libre est donc nécessaire.
La diode D103 sert de diode de roue libre. Elle permet d'évacuer
l'énergie emmagasinée par la bobine et de protéger le transistor T102.
30
c) Algorigramme:
31
d) Schéma structurel ISIS:
32
e) Nomenclature:
2) FP2: Codage / Emission HF:
a) Présentation générale:
La fonction principale FP2 permet d'envoyer au robot les ordres de
l'utilisateur recueillis à l'aide de joysticks et de boutons poussoirs. Le
signal est codé une première fois en PPM puis en un signal hautefréquence de type FSK.
Les commandes possibles sont :
- changement de direction du moteur (avance, recul, gauche et droite)
- rotation horaire et anti-horaire de la base
- avance ou recul du bras
- montée ou descente du coude
- ouverture ou fermeture de la pince
- pointage laser
- tir laser
Cette fonction se décompose en 5 fonctions secondaires.
- FS21: Acquisition des ordres de commande
Des joysticks et des boutons poussoirs permettent de recueillir
les ordres.
- FS22: Scrutation des voies
Un compteur 10 étages balaie l'état des boutons poussoirs et des
potentiomètres.
- FS23: Codage PPM
Une trame à deux états de 10 impulsions est formée. L'état haut
varie selon l'appuie des boutons poussoirs et des potentiomètres. Cette
trame est inversée afin de la coder en PPM.
- FS24: Conversion électrique/HF
33
La trame est envoyée à la fonction FP3 sous forme d'ondes HF.
- FSA1: Régulation de tension
Un régulateur de tension permet de la réguler à 5V pour alimenter
FP2.
b) Présentation détaillée:
FS21: Acquisition des ordres de commande:
La sortie Q0 sert à contrôler la vitesse des moteurs.La sortie Q1 sert à
contrôler le sens des moteurs.
Des potentiomètres sont mises sur ces lignes. Le sens et la vitesse vont
varier selon la valeur des potentiomètres.
La valeur des potentiomètres change selon l'orientation des joysticks.
34
Les lignes de commande des axes se présentent de cette manière. Elles
sont au nombre de cinq.La valeur initiale de la résistance du fil est de
2,2kΩ.
Le premier bouton poussoir permet de commande l'axe – en courtcuircuitant la première résistance et le second permet de commander
l'axe + en ajoutant la seconde résistance.
Voici un exemple avec la commande de la base:
• Si le premier bouton poussoir est appuyé, la résistance R201 est
court-circuitée et la valeur de la résistance sur ce fil est de 0Ω.
• Si le second bouton poussoir est appuyé, la résistance R202 à est
ajoutée en série à R202 et la valeur de la résistance sur ce fil est de 4,4
kΩ.
• Si les deux sont appuyés, la valeur de la résistance est de 2,2kΩ.
Aucune action n'est effectuée.
Il y a deux lignes pour commander la visée et le tir.
Sur chaque ligne, un seul bouton poussoir et une seule résistance y
sont présents.
Si le bouton poussoir est enclenché, la valeur de la résistance du fil est
de 0Ω.
S'il ne l'est pas, elle vaut 2,2kΩ.
35
La ligne de synchronisation possède une résistance de plus grande
valeur afin de permettre au micro-contrôleur de la fonction FP3 de se
synchroniser à la trame et de connaître l'ordre des axes à commander.
Les joysticks et les boutons poussoirs sont intégrés dans la boîte de
test qui se branche au connecteur HE 10 broches J201.
FS22: Scrutation des voies
36
Un compteur Johnson 10
étages balaie toutes les lignes. Elles sont au nombre de dix.
La première ligne commande l'avance ou le recul des moteurs.
La seconde ligne commande la gauche ou droite des moteurs.
La troisième ligne commande la rotation horaire ou anti-horaire de la
base.
La quatrième ligne commande l'avancée ou le recul de l'épaule.
La cinquième ligne commande la montée ou la descente du coude.
La sixième ligne commande rotation horaire ou anti-horaire du poignet.
37
La septième ligne commande l'ouverture ou la fermeture de la pince.
La huitième ligne commande la visée laser.
La huitième ligne commande le tir laser.
La neuvième ligne est la ligne de synchonisation.
L'horloge du compteur possède 2 entrées:
• une active sur front montant reliée à la tension de 5V
• une active sur front descendant. La différence de période est due au
fait que cette entrée est connectée à la sortie du NE555.
Les diodes D201 à D210 sont présentes sur chaque ligne et permettent
d'éviter que le niveau haut présent sur une ligne ne soit transmis sur les
autres lignes qui sont au niveau bas, mais aussi afin d'empêcher que
les résistances soient mises en parallèles.
Aperçu de la scrutation des voies du compteur:
38
39
40
FS23: Codage PPM
Le composant NE555 est cablé en montage astable.
La durée de l'état haut dépend si les résistances sont court-circuités ou
mises en séries par les boutons poussoirs.
La sortie 7 est la sortie « Discharge » du NE555. Le condensateur se
décharge à l'état bas à travers la résistance R215 uniquement. La durée
à l'état bas est donc fixe.
La durée de l'état bas et de l'état haut correspondent au produit T= ln 2
xCxR
Tb = ln 2 x C201 x R215 = 0,27 ms
Th = ln 2 x C201 x (R215+R214+P201+R...)
Exemple de commande de la base avec P201 = 500Ω:
Pour une valeur de 0Ω (Rotation dans un sens)
Th = ln 2 x C201 x (R215 + R214 + P201)
= ln 2 x 220.10-9x (1,8.103+ 2.103+ 500)
= 65 us
Pour une valeur de 2,2Ω (Aucune action)
41
Th = ln 2 x C201 x (R215 + R214 + P201 + R201)
= ln 2 x 220.10-9x (1,8.103+ 2.103+ 500 + 2,2.103)
= 99,10 us
Pour une valeur de 4,4Ω (Rotation dans un autre sens)
Th = ln 2 x C201 x (R215 + R214 + P201 + R201 + R202)
= ln 2 x 220.10-9x (1,8.103+ 2.103+ 500 + 4,4.103)
= 1,32 ms
Pour la synchronisation:
Pour une valeur de 20kΩ (ligne de synchronisation uniquement)
Th = ln 2 x C201 x (R215 + R214 + P201 + R201 + R202)
= ln 2 x 220.10-9x (1,8.103+ 2.103+ 500 + 20.103)
= 3,70 ms
La sortie 3 délivre la trame générée par les boutons poussoirs, et est
également cablée sur la broche 13 du compteur CI201 servant ainsi
d'horloge.
Exemple de trame:
La structure formé par le transistor Q1 et la résistance 216 va inverser
cette trame afin de la coder en PPM (Pulse Position Modulation).
Le codage PPM consiste a envoyer une pulsation selon une fréquence.
La durée entre deux impulsions va dépendre de la trame précédemment
envoyée.
Cette trame inversée est ensuite envoyée au connecteur J202 qui est
l'émetteur HF.
La même trame inversée:
FS24: Conversion électrique/HF
42
L'émetteur reçoit le signal codé en PPM et va ensuite coder ce signal en
FSK (Frequency Shift Keying).
Le codage FSK consiste à émettre deux ondes de fréquences
différentes selon l'état logique:
• une fréquence correspondant à l'état haut
• une autre correspondant à l'état bas.
La fréquence utilisée est de: 433,92 MHz.
Fhaut = Fréquence utilisée + ∆f
= 433,92.106+ ∆f
Fbas = Fréquence utilisée - ∆f
= 433,92.106- ∆f
43
Certaines formules nous permettent de trouver la longeur d'onde ainsi
que la taille de l'antenne nécessaire pour le transfert.
λ (longeur d'onde) = Célérité / Fréquence utilisée
= 3.108/ 433092.106
= 0,69m
= 69cm
Longeur de l'antenne = λ / 4
= 0,69 / 4
= 0,17m
= 17cm
La taille de l'antenne utilisée sera de 17 cm.
FSA21: Régulation de tension
La tension arrivant sur FP2 est de 9V. Celle-ci est issue du relai de la
fonction FP1.La tension est ensuite régulée à 5V par le régulateur de
tension CI204.
Les condensateurs C-CI201 et C-CI202 sont des condensateurs de
découplages qui permettent d'atténuer les perturbations de signal au
niveau des composants CI201 (Compteur Johnson) et CI202 (NE555).
c) Schéma structurel ISIS:
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45
c) Nomenclature:
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3) Typon ARES de la carte:
Dessus de la carte
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Dessous de la carte
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Liaisons ajoutés après impression de la carte
Les entrées d'horloge du CI201 étaient inversés lors de l'impression de
la carte.
Les fausses liaisons ont été coupées à l'aide d'un cutter.
Du fil de fer a été ajouté sur les pistes concernées afin de rétablir les
liaisons pour assurer un bon fonctionnement de la carte.
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Les typons ont été vérifié par Monsieur Barais
4) Procédures de test de la carte:
Afin de vérifier si la carte fonctionnait, j'ai tout d'abord vérifier à
l’ohmmètre l’absence de court-circuit entre la masse et le +12V, entre la
masse et le +9V pour FP1, et entre la masse et le +5V de FP2.
Ensuite, j'ai mis la carte sous une tension de 12V afin de vérifier la
tension à l’entrée et à la sortie du régulateur 7809. La tension de sortie
était bien de 9V par rapport à la masse.
Sur le support du circuit de la serrure, pour si la DEL verte annonçant
l'activation du Mode Programmation s'allumait, j'ai fais un pont entre la
patte 20 (VCC) et 11 (ProgD). Celle-ci s'est bien allumée.
Pour vérifier si le buzzer fonctionnait, j'ai fait un pont entre la patte 20
(VCC) et la patte 14 (Arm). Le buzzer ne fonctionnait pas. Après
vérification, celui-ci était dans le mauvais sens. J'ai donc corrigé cette
erreur.
Pour vérifier si la DEL rouge annonçant l'activation de FP2, j'ai fait un
pont entre la patte 20 (VCC) et la patte 17 (Lock). Celle-ci s'est bien
allumée.
Ensuite, j'ai coupé l'alimentation le temps de mettre le relais en place,
puis je l'ai remise. La DEL rouge s'est allumée, la tension d'entrée du
régulateur 7805 était bien de 9V et celle de sortie était de 5V.
Sans mettre le NE555 en place, j'ai d'abord tester les pattes VCC et GND
afin de vérifier leur tension. La tension de 5V arrivait bien sur la patte 8
(VCC) du NE555. Sur la patte 8 (GND), la tension était bien de 0V. J'ai
ensuite coupé l'alimentation afin de mettre en place le NE555.
Toujours hors tension, sur le support du compteur Johnson 10 étages,
j'ai fais un pont entre la patte 4 (sortie Q2) et la patte 16 (VCC).
J'ai remis la tension et brancher l’oscilloscope. Le signal en sortie de la
broche 3 devait être rectangulaire étant donné que le NE555 est câblé en
50
astable et que la trame venait de cette sortie. Or, la tension sortante
était une tension continue de 5V.
J'avais déjà remarqué que les entrées horloges (13 et 14) du compteur
10 étages étaient inversées. Je les avais corrigés, ce qui me donnait 3
fils a changer, étant donné que l'entrée 14 et l'alimentation sont reliées
au +5V.
Cependant, après une seconde vérification, j'ai vu que je n'avais changé
que 2 pistes sur les 3. Après une dernière correction, un signal
rectangulaire était donc bien présent à la sortie 3 du NE555.
J'ai modifié le pont entre la patte VCC et la sortie 9 du compteur
Johnson au lieu de la sortie 2. Le signal avait une fréquence beaucoup
plus petite.
J'ai ensuite branché la boîte de test, et la trame de 10 impulsions est
bien apparu.
La carte comprenant les fonctions FP1 et FP2 est à présent
opérationnelle.
5) Mesures de la carte:
Voici les relevés réalisés sur la fonction FP1 et FP2 à l'aide d'un
oscilloscope numérique.
Fonction FP1:
Voici le signal en sortie du régulateur CI102.
Ce composant permet de réguler n'importe quelle tension en entrée en
une tension constante de 9V en sortie.
51
Ceci est le signal généré par l'oscillateur de la serrure formé par les
composants R101 et C101.
La durée théorique de la charge et de la décharge du condensateur est
de 150 us.
La durée réelle avoisinne les 100 us du à la tolérance des composants.
Fonction FP2:
Voici le signal en sortie du régulateur CI203.
52
Ce composant permet de réguler la tension de 9V en entrée arrivant de
FP1 en une tension constante de 5V en sortie.
Voici la trame générée par l'astable NE555. Elle est composée de 10
impulsions dont une plus grande, qui est celle de synchronisation.
La durée de la période de chaque impulsion dépend de l'appuie ou non
des boutons poussoirs pour la commande des axes ou des valeurs des
potentiomètres pour la commande des moteurs.
53
Voici la même trame inversée par le transistor Q1.
Celle-ci est à présent codée en PPM (Pulse Position Modulation) et va
être envoyée en signal HF sous forme FSK (Frequency Shift Keying)
54
:: LE ROBOT DEMINEUR ::
PRESENTATION DU
SYSTEME
55
:: CARTE N°2 ::
Fonctions FP3 ET FP6
Étude, réalisation et rédaction par Julien Vincent
3) FP3: Réception HF/Décodage des signaux de
commandes:
a) Présentation générale:
La fonction principale FP3 reçoit la trame émise depuis la fonction FP2
et élabore les signaux nécessaires à la commande des moteurs du
robot, des axes du bras, de la visée et du tir laser grâce à un microcontrôleur PIC.
56
Le signal qui commande la vitesse du moteur est de type MLI
(Modulation de Largeur d'impulsion). Cela signifie que la vitesse du
moteur est proportionnelle au rapport cyclique du signal.
Cette fonction se décompose en 13 fonctions secondaires.
FS31: Conversion HF/électrique
Une antenne reçoit les ondes émises par la fonction FP2 et un
récepteur HF convertit la trame FSK en PPM.
- FS32: Visualisation des commandes du bras
Des DELs s'allument afin de montrer la commande exécutée.
- FS33: Adaptation de puissance
Les signaux générés par le PIC sont convertis en courant puis en
tension pour la commande des relais de la fonction FP5.
- FS34: Cadençage du séquencement
Cette fonction permet de fixer la fréquence de fonctionnement du
PIC.
- FS35: Initialisation
Mise en marche du PIC à la mise sous tension ou après appui sur
un bouton poussoir.
- FS36a: Mémorisation du programme
Le PIC conserve et exécute le programme envoyé depuis un
ordinateur.
- FS36b: Mémorisation des données
Le PIC sauvegarde et récupère les données qui lui sont
nécessaires au fonctionnement du programme.
- FS36c: Interfaçage entrées/sorties
Le registre TRIS de chaque port permet de définir les lignes
d'entrées et de sorties.
- FS36d: Séquencement des informations
Cette fonction interprète et exécute les instructions du
programme. Elle gère également l'échange des informations.
- FS36e: Mémorisation des données
Le PIC sauvegarde et récupère les données qui lui sont
nécessaires.
- FS36f: Gestion des interruptions
Cette fonction permet de recevoir la trame sur l'entrée INT
(Interruption).
57
- FS37: Génération d'un signal sonore
Un buzzer s'active lors d'une erreur de transmission HF.
- FA31: Régulation de tension
Une tension de 12V en entrée est ramenée à 5V en sortie par un
régulateur.
58
b) Présentation détaillée:
FA31: Régulation de tension
Une tension de 12V en entrée est ramenée à 5V en sortie par un
régulateur.
L'adaptation d'alimentation de FP3 est gérée grâce a FA31 :
Cette fonction a pour objectif de fournir une tension continue de 5V
nécessaires au bon fonctionnement de cette carte a partir de d'une
tension continue de 12V fournie à partir des batteries du robot.
Le composant U2 permet la régulation de la tension, c'est à dire de
passer d'une tension de +12V d'entrée à une tension +5V en sortie.
Les condensateurs C306 et C303 sont des condensateurs de
découplages.
FS31: Conversion HF/électrique
Une antenne reçoit les ondes émises par la fonction FP2 et un
récepteur HF convertit la trame FSK en PPM.
59
Le signal HF à 433,92MHz est transmis de la mallette jusqu'au robot. Il
contient l'ensemble des ordres à éxécuter.
Le composant CI302 est un récepteur d'onde. Son rôle est de démoduler
le signal HF émis en FSK et de fournir un signal basse fréquence
(TRAME SERIE) à l'entrée d'interruption RBO/INT du micro-contrôleur.
L'entrée INT permet d'«alerter» le micro contrôleur de l'arrivée d'une
nouvelle trame. Cette alerte est déclenchée lorsqu'un front montant
arrive et l'opération en cours est arrêtée.
FS32: Visualisation des commandes du bras
Des DELs s'allument afin de montrer la commande exécutée
60
Exemple la Diode D301 permettant de voir la base qui tourne dans le sens anti-horaire
Le port analogique étant non utilisé, l'ensemble des lignes de ports
véhicules des données binaire soit «0» ou «1».
FS33: Adaptation de puissance
Les signaux générés par le PIC sont convertis en courant puis en
tension pour la commande des relais de la fonction FP5.
Dans notre projet nous avons décidés,dans un soucis d'économie et de
place sur la carte, de mettre des ULN2003A a la place des transistors
bipolaires.
61
Dans ces ULN2003A, on y trouve 7 transistors Darlington, et des diodes
de roues libres qui ne sont pas utilisées. Si elles devaient être utilisés,
il faudrait connecter la broche 9 à la masse.
Les transistors Darlington permettent de commander des courants
élevés, car il s'agit d'une superposition de 2 transistors bipolaire.
62
FS34: Cadençage du séquencement
Cette fonction permet de fixer la fréquence de fonctionnement du
PIC.
Les
lignes OSC1 et OSC2 relient le quartz de 20MHZ au PIC. Il sert au
cadençage du séquencement. Cela permet de fixer la fréquence des
opérations de traitement de l'échange.
Les condensateurs C301 et C302 ont une valeur de 22pF, afin de
permettre l'oscillation du quartz de 20MHz.
FS35: Initialisation
Mise en marche du PIC à la mise sous tension ou après appui sur
un bouton poussoir.
La ligne MRCL/Vpp a 2 fonctions d'usage :
- Permettre le Master Clear (remise a zéro du système)
- Lorsque que la tension Vpp est à 14V, d'accéder au mode
Programmation .
La diode D301 permet d'éviter que la tension de programmation (VPP=
14V) ne remonte sur le +5V et ne soit transmise sur toute la carte.
63
LE MICRO-CONTROLEUR PIC
64
Que signifie 16F876-20 ?
16 => le circuit appartient a la série Mid-Line
F => la mémoire programme est de type FLASH
876 => son type
20 => la fréquence maximum du quartz autorisé du PIC de 20MHz
Description :
Consommation
Architecture
Technologie
Nombre de cycle
Durée du cycle
Mémoire EEPROM Flash du programme
Mémoire RAM des données
Mémoire EEPROM des données
Nombres de Ports
2mA sous 5V
RISC - 35 instructions par cycle
CMOS(Complementary Metal Oxide
Semiconductor)
35
200ns
14 bits/mot, 8192 mots
8 bits/mot,368 mots
8 bits/mot,256 mots
3 (PORTA, PORTB, PORTC)
A l'intérieur du PIC, on trouve un diviseur par 4: l'horloge externe est
cadencée à 20MHz mais l'horloge interne divise cette fréquence par 4
soit 5MHz.
FS36a: Mémorisation du programme
Le PIC conserve et exécute le programme envoyé depuis un
ordinateur.
Cette fonction est assuré par une EEPROM flash (Electrically-Erasable
Programmable Read-Only Memory ou mémoire morte effaçable
65
électriquement et programmable) d'une capacité de 14 bits/mot, 8192
mots, soit d'une capacité de 114688 bits. Dans cette EEPROM, contient
l'intégralité du programme nécessaire au bon fonctionnement du robot
démineur.
Les Lignes RB6/RB7 permettent la communication série entre le micro
contrôleur et un ordinateur afin d'y transférer le programme.
Le transfert du programme est réaliser grâce au connecteur J1 qui est
relié a un ordinateur.
On y trouve deux entrées :
- RB6: PGC (Programmation CLOCK) qui est unidirectionnelle en entrée.
Elle permet le cadencement du transfert des données.
- RB7: PGD (Programmation DATA) qui est bidirectionnel permettant les
échanges de données.
Ces lignes sont reliées à un connecteur RJ11. Lorsqu'une prise RJ11
est branchée, la tension délivrée est de 14V afin que le PIC entre en
mode Programmation.
FS36b: Mémorisation des données
Le PIC sauvegarde et récupère les données qui lui sont
66
nécessaires au fonctionnement du programme.
Dans notre cas,nous utilisons une mémoire RAM des données : 8
bits/mot,256 mots, soit 2048 bits.
C'est une mémoire dite « volatile » de type DRAM (dynamique RAM)qui
permet la lecture et l'écriture des données. Cependant celle-ci ne
conserve pas les données lors d'une mise hors tension.
Avantages
Pas besoin de rafraichir les données
Un transistor et un condensateur
nécessaires seulement
SRAM
DRAM
Inconvénient
Il faut plus de transistors
Il faut actualiser les données
continuellement
FS36c: Interfaçage entrées/sorties
Le registre TRIS de chaque port permet de définir les lignes
d'entrées et de sorties.
Chaque port est défini par 2 registres :
• le registre TRIS, accessible seulement en écriture,permet la
configuration des entrées ou sorties de chaque lignes.
• L'autre registre permet d'écrire ou de lire une valeur du port.
Par exemple, le robot effectue l'opération suivante :
* Marche Avant
* Ouverture de Pince
* Plier le coude
* Ouvrir l'épaule
Port A
RA5
AXE 3+
RA4
AXE 3-
RA3
AXE 2+
RA2
AXE 2-
RA1
AXE 1+
RA0
AXE 1-
0
1
1
0
0
0
Port B
RB7
PGD
RB6
PGC
RB5
AXE 5+
RB4
AXE 5-
RB3
AXE 4+
RB2
AXE 4-
RB1
0
0
1
0
0
0
X
Port C
67
RB
IN
Tra
RC7
TIR
RC6
VISEE
RC5
RC4
Buzzer
RC3
SENS
RC2
MLI
RC1
MLI
0
0
X
0
1
MLI
MLI
Les moteurs sont gérés par les ports RC0 à RC3. La vitesse et le sens
des moteurs sont transmis sur ces lignes depuis le PIC.
Les ordres sont envoyés à la fonction FP4, via le connecteur J3.
La vitesse du moteur est proportionnelle au rapport cyclique du signal
MLI délivré sur les ports RC0 et RC2.
Le rapport cyclique est calculable en faisant : Durée état haut / Période
Exemple d'un Signal MLI :
Soit τ /T=α
Les signaux visées et tir sont aussi gérés par le PIC et sont adaptés en
tension et en courant à l'aide de transistors et de relais (Voir FP6).
68
RC
SEN
1
Le connecteur J04 permet de recevoir la trame de la fonction FP2. Elle
est ensuite transférée à l'entrée INT/RB0 du PIC. Dans cette trame on y
trouve la commande des différents axes du robot.
FS37: Génération d'un signal sonore
Un buzzer s'active lors d'une erreur de transmission HF.
Le PIC gère aussi la commande sonore sur la ligne RC4 d'un buzzer qui
avertit l'utilisateur d'un défaut de transmission.
69
Structure Interne du PIC 16F876
Le Pic 16F876 permet en effet de décoder le signal électrique émit par le
récepteur HF. Il récupère ainsi les divers ordres tel que:
Axe 1 : Base (Sens horaire AXE 1- et anti-horaire AXE 1+)
Axe 2 : Épaule (arrière AXE 2- et avant AXE 2+)
Axe 3 : Coude (montée AXE 3- et descente AXE 3+)
Axe 4 : Poignet (sens horaire AXE 4- et anti-horaire AXE 4+)
Axe 5 : Pince (ouverture AXE 5- et fermeture AXE 5+)
Visée laser
Tir Laser
70
Moteur: avance, recul, gauche et droite
L'activation d'une action est visible grâce aux DELs.
c) Schéma structurel ISIS:
71
d) Nomenclature:
Repère
Nb
Désignation
72
Valeur
Remarqu
BUZ301
1
QZ301
BP301
DEL301 à
DEL310
CL303,CL304
1
1
10
Buzzer piézoélectrique avec
oscillateur
Quartz
Bouton poussoir contact travail
Diode électroluminescente
2
ULN2003A
U1
U2
J301
J302
J303
J304
J305
D311
C306
C305
C303,C304
C301,C302
R304,6,8,10,12
,14,18,20,22
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
10
Microcontroleur PIC
Régulateur de tension
Connecteur HE10 10 contacts
Embase jack alimentation
Embase Modular Plug 6 Contacts
Connecteur HE10 10 contacts
Connecteur HE16 16 contacts
Diode de signal
Condensateur chimique polarisé 16V
Condensateur Tantale 16V
Condensateur céramique
Condensateur céramique
Résistance à couche de carbone
¼W +/-5%
16F876A
7805
R311
1
8,2KΩ
R301
1
R302
1
JMP301
1
Résistance à couche de carbone
¼W +/-5%
Résistance à couche de carbone
¼W +/-5%
Résistance à couche de carbone
¼W +/-5%
Jumper bleu
20MHz
Rouge
1N4148
100uF
0,33uF
100nF
22pF
560Ω
Remplace l
transistor
Bipolaires
Support 28
Oscillation
Pull-Up
470Ω
4,7KΩ
2) FP5 : Commande mouvements bras:
a) Présentation générale:
Cette fonction permet de commander les axes du robot, grâce à des
relais et des transistors. Les relais sont câbles de manières à éviter la
destructions des transistors internes au bras du robot. Si les 2 relais
d'une même fonction sont activés il y a risque de destruction.
73
5mm
Relié le buz
b) Présentation détaillée:
Le contrôle de ces fonctions est assuré par la carte FP3. Les ordres
arrivent à partir de ce connecteur:
La fonction est composé de 10 relais.
74
Ceux-ci sont auto-sécurisés. Cela signifie qu'un seul relai ne peut être
au travail à la fois. L'autre sera obligatoirement au repos.
REL501
0
0
1
1
REL502
0
1
0
1
75
AXE_1G
HZ
HZ
0
HZ
AXE_1D
HZ
0
HZ
HZ
Voici le principe de fonctionnement. Un seul interrupteur est fermé à la
fois afin que le moteur ne puisse tourner que dans un seul sens.
76
.
3) FP6: Interface Visée/Tir et Alimentation
retardée:
a) Présentation générale:
Cette fonction permet de gérer la commande Visée/Tir du robot
démineur.
77
Elle permet aussi de retarder l'alimentation du bras du robot afin de
pouvoir laisser le temps au micro contrôleur de FP3 de s'initialiser
correctement .
Les signaux permettant la commande de la visée et du tir sont générés
par FP3 puis adaptés en courant et en tension à l'aide de transistors et
de relais.
Le retard d'alimentation est géré par un comparateur et un circuit RC
qui permet de créer une temporisation réglable grâce à un
potentiomètre.
Cette fonction se décompose en 7 fonctions secondaires.
- FS61: Adaptation de puissance
Cette fonction assure la commande de l'alimentation de la Visée
et du Tir.
- FS62: Visualisation de l'activation des relais
Des DELs permettent de montrer l'activation de la Visée et du Tir.
- FS63: Génération d'une tension de référence
Un potentiomètre permet de généré une tension de seuil pour le
comparateur.
- FS64: Génération d'une tension variable
Génération d'un signal variable en fonction du temps par un
condensateur.
- FS65: Comparaison des tensions
Comparaison de la tension variable à celle de référence afin créer
un signal retardé lors de la mise sous tension.
- FS66: Adaptation de puissance
Commande en puissance de l'alimentation du bras.
- FS67: Visualisation de la mise sous tension du bras
78
Un DEL
s'allume lors de la mise en tension du bras du robot.
b) Présentation détaillée:
Alimentation retardée
On peut calculer ce retard en faisant ∆t=τ *ln(U∞ -Ui)/(U∞-Uf)
Où : τ est la constante de temps égale au produit d'un circuit RC
U∞=la tension qui temps exponentiellement à 0
Ui=la tension de VCC
Uf=la tension V601
79
Lors de la mise sous tension, le condensateur C601 transmet le front
montant à la résistance R602. Celui-ci va ensuite se charger
exponentiellement à travers cette résistance. La tension de celle-ci est
égale au V- du comparateur mais aussi à: 5V – C601. La tension à ses
bornes va donc être décroissante.
80
La diode D601 est une diode de roue libre. Une diode de roue libre est
une diode qui est mise en parallèle à la bobine d'un relais. Elle sert à
évacuer l'énergie accumulée lors de la coupure d'alimentation du
relais). Elle est utile lorsque le transistor est bloqué afin de ne pas le
détruire.
FS61: Adaptation de puissance
81
Cette fonction assure la commande de l'alimentation de la Visée
et du Tir.
Cette fonction alimente en puissance la commande VISEE et tir du bras
du robot.
Elle est assuré par R605 et T602 pour la VISEE et par R607 et T603 pour
le TIR.
Les calculs sont identiques pour la VISEE et le TIR,
R605=4,7Kohm Vdd=5V
Calcul de Ib:
Ib=(Vdd-Vbe)/R605
Ib=0,936mA
82
FS62: Visualisation de l'activation des relais
Des DELs permettent de montrer l'activation de la Visée et du Tir.
Fonction Visée
Les fonctions Visée/Tir sont commandés grâce à des relais.
Lorsque le transistor T601 est saturé, le relais devient excité et la DEL
601 s'allume.
Calculs:
Afin de vérifier la saturation du transistor on a:
R606=560Ω
Vcc=12V
- On calcule Icsat:
Vcc-VD602-Vcesat-(R606*Icsat) = 0
Icsat = 17,8mA
- On calcul le coefficient de saturation :
Bmin = hfemin = 100xIb = 0,93mA
K= (Ib*Bmin)/Icsat =5,25
83
Donc le transistor est saturé correctement.
FS63: Génération d'une tension de référence
Un potentiomètre permet de généré une tension de seuil pour le
comparateur.
Cette fonction à pour utilité de fixer une tension de référence réglable
grâce au potentiomètre RV601.En faisant varier le alpha du
potentiomètre on influe sur la tension.
Calcul:
On cherche a le calcul pour faire varier la tension.
On applique un simple pont diviseur :
V+ = Vcc*(aRV601)/(R601+alphaRV601)
84
Exemple pour a = 1,on a : (12*220) / (220+4,7) = 11,74V
FS64: Génération d'une tension variable
Génération d'un signal variable en fonction du temps par un
condensateur.
Cette fonction est assurée par le condensateur C601 et la résistance
R602.Elle génère un signal variable au cours d'un temps calculable
grâce au produit RC.
Calcul :
T =RC
T =100uF*100K
T = 10secondes
85
FS65: Comparaison des tensions
Comparaison de la tension variable à celle de référence afin créer
un signal retardé
lors de la mise sous tension.
Cette structure a pour mission de comparer la tension variable et et la
tension de référence.
On y voit 2 cas :
• V+ > V- => Le comparateur est relié à la masse. Le transistor T601 est
bloqué.
86
•
V+ < V- => Le comparateur est ouvert. Le transistor T601 est saturé.
Le comparateur est ouvert lorsque la tension variable a atteint la tension
de référence.
La tension de référence est ajustée grâce au potentiomètre R601.
La résistance R603 est une résistance de Pull-Up (une résistance située
entre la source d'alimentation et une ligne), vu le comparateur a une
sortie à collecteur ouvert et qu'il ne peut fournir de tension de sortie.
Cette résistance permet donc d'amener une tension dans le circuit.
FS66: Adaptation de puissance
Commande en puissance de l'alimentation du bras.
87
La commande en puissance est maîtrisée par le transistor 2N2222,elle
permet la commande du bras du robot. Le transistor travaille en bloqué
/saturé et en fonction de son état le bras du robot sera alimenté ou non.
FS67: Visualisation de la mise sous tension du bras
Un DEL s'allume lors de la mise en tension du bras du robot.
88
Cette fonction à comme utilité d'indiquer par un signal lumineux
provenant de la DEL601,la mise sous tension du bras du robot. Celle
DEL s'allume su le transistor est correctement saturé.
Calcul :
Le courant qui traverse la DEL
Vcc=12V, R604=560ohm, Vdel=1,6V
On applique la loi des mailles :
Vcc - (R604*Idel) - Vdel = 0
Idel = 18,6mA
c) Schéma structurel ISIS:
89
d) Nomenclature:
90
Repère
B601,B602
Rel601,602,603
U3
T601àT603
DEL601àDEL603
D601àD603
RV601
C601
Nb
2
3
1
3
3
3
1
1
R604,R606,R608
3
R603,R605,R607
3
R602
1
R601
1
J601
1
Désignation
Borniers 2 plots
Relais miniature 2RT 12V
Comparateur
Transistors bipolaire NPN
Diode électroluminescente
Diode de redressement
Résistance ajustable
Condensateur chimique
polarisé 16V
Résistance à couche de
carbone ¼W +/-5%
Résistance à couche de
carbone ¼W +/-5%
Résistance à couche de
carbone ¼W +/-5%
Résistance à couche de
carbone ¼W +/-5%
Bornier 2 plots
• Typon de la carte:
Les typons ont été vérifié par Mr Barais.
Carte vue du dessus
91
Valeur
LM311
2N2222
Rouge
1N4002
220kΩ
100uF
560Ω
4,7KΩ
100KΩ
10KΩ
Remarque
Finder série
Support 8
5mm
Radial
Carte vue du dessous
92
5) Procédure de test de la carte:
Fonction FP3:
J'ai fait un pont entre la broche Vcc et chaque diode, ainsi que le buzzer
afin de voir si ceux-ci étaient bien actif.
Après avoir vérifié j'ai donc transféré un programme de test dit
« chenillard » qui balaye chaque diode à la suite et le buzzer a la fin.
Une fois vérifié, j'ai injecté le programme académique .
La boite de test était connectée à la carte n°1 et cette carte était reliée à
la carte n°2 grâce a une nappe.
93
Pour activer la carte n°1, il faut rentrer le code 1251.
J'ai testé grâce à une boite de test l'état des diodes en fonction d'un
appui sur les boutons poussoirs. Celle-ci ce sont allumées
correctement.
Fonction FP6:
Afin de vérifier le fonctionnement de la carte j'ai tout d'abord vérifier
l'absence de court -circuit a l'ohmmètre l’absence de court-circuit franc
entre la masse et le +12V,et entre la masse et le +5V.
J'ai injecté une tension continue de 12V puis j'ai vérifier la tension à
l’entrée et à la sortie du régulateur 5V par rapport à la masse .
J'ai vérifié le +12V et le 0V sur les pattes Vcc (patte 8 ) et Gnd (patte 4)
du comparateur .
Puis ensuite j'ai mit hors tension le circuit,mit le comparateur et remit
sous tension la carte.
J'ai fait un pont entre le +5V et l'entrée visée, la DEL602 s'est allumée et
le relais s'est enclenché. On a donc au bornier B601 une tension de 5V.
J'ai répété cette démarche avec l'entrée TIR.
J'ai réglé le potentiomètre RV601 pour avoir 4V à l’entrée non
inverseuse du comparateur (patte2).
La tension à l’entrée non inverseuse du comparateur (patte3) était nulle.
La tension de sortie (patte 7) était de 0,7V (Vbe) et la DEL601 s'est
s’allumer. REL601 s'est enclenché.
Puis ensuite j'ai mit à nouveau hors tension le circuit et j'ai attendu 1
mn.
J'ai relevé la tension sur l’entrée non inverseuse avec un oscilloscope.
Puis j'ai ré alimenté la carte.
La tension a fait un pic à 12 V puis décru lentement. Elle a ensuite
atteint 4V au bout de 10s environ. A ce moment, le comparateur bascule
et la DEL et le relai passent à 1. On a alors du 12V au bornier
Alimentation Bras .
6) Procédure de test des cartes n°1 et n°2:
Nous avons connectés la carte 1 et la carte 2 ensembles ainsi qu'un
boitier de commande afin de visualiser la commandes de la vitesse des
94
moteurs.
Un premier exemple ici:
Et lorsque l'on modifie la vitesse on obtient ceci :
:: LE ROBOT DEMINEUR ::
95
PRESENTATION DU
SYSTEME
:: CARTE N°3 ::
Fonction FP4
Etude, réalisation et rédaction par Martin Vitu
a) Présentation générale:
Cette fonction permet de commander en puissance les moteurs à
courant continu, de les protéger des surintensités par des
96
comparateurs et des surtensions de la coupure de ceux-ci par des
diodes de roue libre.
Les moteurs possèdent 4 directions commandables: gauche, droite,
avance et recul.
Pour tourner à gauche ou a droite, seules les roues droites ou gauches
tournent.
Cette fonction se décompose en 7 fonctions secondaires.
- FS41: Isolation galvanique
Des optocoupleurs protègent la commande des moteurs contre
les perturbations de signal.
- FS42: Élaboration des signaux de commande
Génération des signaux de commande pour le double pont en H.
- FS43: Interfaçage de puissance
Le double pont en H fournit les signaux nécessaires à la mise en
route des moteurs. Des diodes permettent de protéger les transistors
internes contre les surtensions générées par le moteur.
- FS44: Contrôle du courant des moteurs
La tension image du courant des moteurs est comparée à une
tension de référence. L'alimentation des moteurs est coupée si cette
tension dépasse celle de référence.
- FS45 et FS46: Conversion électrique/mécanique
Les moteurs à courants continus convertissent le signal
électrique MLI en mouvements de rotations de la roue droite (pour FS45)
et la roue gauche (pour FS46).
- FSA1: Régulation de tension
Un régulateur de tension régule la tension de 16,8V en entrée à 5V
en sortie.
97
b) Présentation détaillée :
Réception des ordres
98
Le J401 est un connecteur HE-10 broches, il est relié à FP3 qui lui
fournit les signaux de commande pour le déplacement du robot. Les
informations envoyées sont le sens des moteurs et la vitesse de
rotation.
La vitesse de rotation est envoyée sous forme d'un signal MLI,
Modulation à Largeur d'Impulsions. La vitesse va donc varier selon le
rapport cyclique généré par le micro-contrôleur PIC de la fonction FP3.
FS41 : Isolation galvanique
Les composants CI401 et CI405 sont des octocoupleurs HCPL2630. Ils
vont recevoir les signaux issus du connecteur J401. Les courants vont
être isolés galvaniquement. En effet, le courant ne circule pas
directement entre les 2 circuits, afin d'éviter les perturbations de signal
aux étages de puissance.
Les optocoupleurs fonctionnent en inverseur du fait que leur sorties
soient à collecteur ouvert.
L'optocoupleur CI401 va recevoir les informations sur le sens des
moteurs.
L'optocoupleur CI405 va recevoir les informations sur la vitesse des
moteurs.
Les résistances R403 et R406 sont des résistances de Pull-up pour
99
l'optocoupleur CI401.
Les résistances R411 et R412 sont des résistances de Pull-up pour
l'optocoupleur CI402.
Les sorties des optocoupleurs étant en collecteur ouvert, celles-ci ne
peuvent fournir de tension. Ces résistances vont permettre la
polarisation des transistors et de fournir une alimentation à la sortie des
optocoupleurs.
MOTD_SENS MOTD_SENS
(«1» ou «0»)
(V)
0
0
1
5
Vf État de la IR401 État du
(V)
diode
(mA) transistor
émettrice
0V Bloquée
0
Bloquée
1,6V Passante 7,2m
A
IR403
Vout (V)
(mA)
Saturé
43µA
4,98V
8,5mA
0,23V
Niv
logi
en s
FS42 : Élaboration des signaux de commande
Le sens des moteurs:
Les signaux, étant inversés par les optocoupleurs, sont à nouveau
inversés par les structures formées par les transistors T401 et T402 et
les résistances R404, R405, R407, R408.
Niveau logique
en sortie du
CI401
État du transistor
T401
IR405 (mA)
VCE (V)
0
Bloqué
0
5
1
1
Saturé
1,4mA
0,4
0
100
Niveau logi
en entrée
CI402
La vitesse de rotation des moteurs:
Structure entre l'optocoupleur CI405 et le pont en H
Le signal envoyé est sous forme MLI, Modulation à Largeur d'Impulsion.
Il est inversé grace au porte NOR.
E1
E2
S
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
représentation et table de vérité de la porte NOR
FS43 : Interfaçage de puissance
Le composant CI402 est un double pont en H L298. Une fois les signaux
isolés, le CI402 va fournir les signaux nécessaires pour le
101
fonctionnement des 2 moteurs.
Les diodes rapides D401 à D408 vont assurer la protection des
transistors internes au circuit, contre les risques de surtension
générées par les moteurs.
Schéma interne du double pont en H
OUT 1
X
1
0
OUT 2
X
0
1
ENA
0
1
1
T1
Bloqué
Passant
Bloqué
T2
Bloqué
Bloqué
Passant
T3
Bloqué
Bloqué
Passant
T4
Bloqué
Passant
Bloqué
FS44 : Contrôle des courant moteur
Les composants CI403 et CI404 sont des comparateurs de tension, il
vont comparer la tension image au courants des moteurs donné par le
pont en H avec la tension de référence donné par le potentiomètre
(RV401 + C403).
102
IM1
Nul
Négatif
Positif
IM
N
Po
Né
Ce sont les résistances R416 et R417 qui vont fournir la tension image
par rapport à la tension de sortie du pont en H.
L'ensemble R414, C401, et R415, C402 sont des filtres passe bas, il ne
laisse passer que les basses fréquences et atténue les haute
fréquences. Elles servent également à éviter les parasites.
Si cette tension surpasse celle de référence, l'alimentation sera coupée
par les portes NOR pendant un bref instant et sera rétablie.
FS45 : Conversion électrique/mécanique
Le connecteur B401 représente le moteur qui va convertir le signal
électrique MLI, pour un mouvement de rotation de la roue droite,
permettant le déplacement du robot.
FS46 : Conversion électrique/mécanique
Le connecteur B401 représente le moteur qui va convertir le signal
électrique MLI, pour un mouvement de rotation de la roue gauche,
permettant le déplacement du robot.
103
FA41 : Régulation de tension
Le connecteur B403 délivre la tension continue des batteries du robot,
soit 16,8V. Le régulateur de tension U1 va élaborer une tension continue
de 5V afin de permettre aux fonctionnement des autres composants de
la carte.
D1 est une diode de protection, elle protège le circuit du sens du
courant.
Les condensateurs en sortie du régulateur sont des condensateurs de
découplages permettant d'éviter des perturbations de signal aux
niveaux des circuits intégrés.
104
c) Schéma structurel ISIS:
105
106
d) Nomenclature:
Repère
B401 à B403
J401
Nb
3
1
Désignation
Bornier à 2 plots
Connecteur HE10 10 contacts
107
Valeur
Remar
U1
CI406
CI405, CI401
CI404, CI403
CI402
1
1
2
2
1
Régulateur de tension
NOR à 2 entrées
Optocoupleur rapide
Comparateurs
Double pont en H
7805
74HTC02
HCPL2630
LM311
L298
T401, T402
D401 à D408
D1
2
9
1
Transistors bipolaire NPN
Diodes rapides 2A
Diodes de protection
2N2222
BYV27-200
BYV27-150
C408 à C413, C406
C407
C405
C404
C403
C401, C402
7
1
1
1
1
2
Condensateur céramique
Condensateur chimique 16V
Condensateur tantale 35V
Condensateur chimique 25V
Condensateur chimique 16V
Condensateur polyester 63V
100 nF
100 uF
0,33 uF
470 uF
10 uF
3,3 nF
RV401
1
Résistance ajustable
10 K ohm
R416, R417
R414, R415
2
2
Résistance 3W +/- 5%
Résistance 1/4W +/- 5%
0,47 ohm
1 K ohm
R413
R411, R412
R409, R410
R408
R407
R406
R405
R404
R403
R401, R402
1
2
2
1
1
1
1
1
1
2
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
Résistance 1/4W
4) Typon de la carte:
Typon vérifié par Monsieur Barais
Dessus de la carte
108
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
+/- 5%
47 K ohm
560 ohm
470 ohm
3,3 K ohm
100 k ohm
560 ohm
3,3 K ohm
100 K ohm
560 ohm
470 ohm
Support
Support
Support
Radia
Radia
Dessous de la carte
109
5) Procédure de tests et mesures de la carte:
Après avoir vérifier à l'ohmmètre l'absence de court-circuit entre
la masse et le +16,8V, et entre la masse et le +5VP, on branche une
alimentation réglée à 14,4V, limité à 2A.
Avec un oscilloscope, on régle un GBF avec une fréquence de
1Khz avec un rapport cyclique de 25%, en utilisant la sortie TTL (signal
0-5V), on applique ce signal sur le J401 aux pattes MOTD_MLI (6) et la
masse (2).
A l’oscilloscope, on obtiens un signal carré mais inversé à l’entrée du
4ème NOR (patte 11). A la sortie de la fonction (patte 13), le signal est de
nouveau inversé (on retrouve un rapport cyclique de 25%).
Signal patte 11 de l'optocoupleur
Signal patte 13
On fait la même démarche avec l’entrée MOTG_MLI.
On met ensuite le GBF sur MOTD_SENS.
On retrouve le signal inversé sur la patte 5 du L298 et le signal normal
sur la patte 7.
Signal de la patte 5 du L298
110
Signal de la patte 7
On fait la même démarche avec l’entrée MOTG_SENS.
On règle le potentiomètre RV401 pour avoir 0,4V aux entrées non
inverseuses des 2 comparateurs (patte2).
On branche un moteur sur le bornier B401 (Mot1) et on remet le GBF sur
MOTD_MLI.
On remet la tension: le moteur tourne lentement.
En augmentant le rapport cyclique, le moteur accélére.
On observe la tension à l’entrée inverseuse du 2ème comparateur (patte 3
de CI404).
On obtient une dent de scie de fréquence 1 kHz et dont l’amplitude
maximale ne dépasse pas la tension de l’entrée non inverseuse. La
sortie (patte 7) reste à 0.
On bloque à la main le moteur, la sortie se met à osciller et la tension
d’alimentation ne s’effondre pas.
On rajoutez une tension de 5 V entre l’entrée MOTD_SENS et la masse
(pattes 3 et 1 de J401). Le moteur tourne en sens inverse.
On fait la même démarche avec le moteur 2 (MOTG).
111
IV) Fonction FP7:
La fonction FP7 n'est relié à aucune autre fonction. Celle-ci permet à
l'aide d'une caméra de visualiser l'environnement autour du robot
démineur. Celle-ci héberge un serveur web permettant de visualiser cet
environnement à l'aide d'un ordinateur et d'une connexion Wifi.
112
Un navigateur Web tel que Internet Explorer ou Mozilla Firefox suffit
pour se connecter sur le serveur de la caméra. Il suffit de rentrer
l'adresse IP dans la barre d'adresse et une page d'administration
s'ouvre.
La caméra peut être dirigée dans tous les sens et peut zoomer sur un
endroit précis. Le zoom est numérique, celui-ci est donc moins précis
qu'un zoom optique.
Des vidéos peuvent être enregistrées en MPG et revisionnées ensuite.
Un microphone est intégré dans cette caméra. Celui-ci permet d'écouter
ce qui se passe autour du robot.
113