Rapport de stage - Projet de drone "Cigogne" à l`INSA de
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1. La gestion des interruptions void InterruptHandler On d tecte if PIRlbits RCIF amp amp MAJ Trame 1 Lf RCREG compteur _octet 1 ce stade l on a d tect cons cutivement et On pourra donc inscrire le reste de la trame dans le tableau trame else E KREREG TEFT 1f compteur_octet 1 compteur_octet 0 Si n a pas t d tect on attendra de recevoir nouveau else compteur_octet 2 else if compteur_octet gt 0 amp amp compteur_octet lt 18 trame compteur_octet RCREG Fat om recipere dar din dE COMpPCeCUL_OCLEUCTT on la stocke dans le tableau if compteur_octet gt 18 trame MAJ Trame 2 Une fois que la trame est compl tement charg e on compteur_octet 2 d sactive les interruptions RCSTAbits CREN 0 sur USART Page 46 53 L acquisition des donn es GPS void acquisition_GPS unsigned long degre unsigned long minute unsigned long datarecue MAJ_Trame RCSTAbits CREN 1 while MAJ Trame Ici on active les interruptions sur USART et on attend ensuite que la trame soit charg e compl tement datarecue unsigned long trame 0 lt lt 24 unsigned long trame 1 lt lt 16 unsigned long trame 2 lt lt 8 PNA unsigned Tong Erame Loy Ici on traite les donn es degre datarecue 1000000 1000000 de longitude latitude pour la mettre en forme sous2. Figure 27 Station sol Version 1 2 Sch ma du drone en vol Figure 28 Sch ma du drone en vol Page 23 53 3 Diagramme de fonctionnement La carte s appuie sur 2 microcontr leurs PICs 18F L un va se charger de motoriser l antenne afin d orienter celle c toujours dans la direction du drone Le second PIC va tre un aiguilleur d information pour l incrustation vid o et l envoi de la trame pour la correction des PIDs Le Xbee transmet la trame GPS aux deux PICs ainsi qu au PC interfac en USB contenant l interface graphique Le PC va ensuite renvoyer une trame PID contenant les corrections apporter en vol sur les PID ainsi que les donn es qu il faudra afficher lors de l incrustation vid o Le PIC aiguilleur va donc r cup rer la trame GPS ainsi que la trame PIDs Il va par ailleurs recevoir des consignes Joystick partir de ce flux d informations il va construire la trame PID P envoy e par Xbee au drone Il va galement afficher sur les lunettes 3D les informations souhait es Altitude Vitesse par le biais du module de surimpression vid o incrustation vid o Le switch SW permet de reconfigurer le Xbee par USB lors d un d r glage de celui ci Voici un diagramme de fonctionnement de la station Figure 29 Diagramme de fonctionnement Microcontr leur Mot Xbee de suivi antenne DRE Sw PC USB Microcontr leur Joystick daiguillage des Incrustation Grabshow USB C A Vid o
3. Organisation du travail pendant le stage 1 Diagramme de Gantt Afin d y voir plus clair et de nous fixer des limites il nous a t demand de construire un diagramme de Gant Bien entendu il y a un d calage entre le diagramme de gant pr visionnel et le d roulement effectif du stage Le diagramme suivant indique le diagramme pr visionnel ainsi que les activit s effectu es GANTT Foject Oo o e STATION SOL SOL Be gt gt gt en Main du mat riel R daction d une Application Note Figure 14 Diagramme de Gantt La prise en main du mat riel a t assez rapide Cependant on remarque sur ce diagramme que la gestion du code a t plus complexe que ce qui avait t imagin au d but Les quelques essais tests parking et tests sur toits ont t assez concluants Suite la validation par ces essais le travail s est donc port sur la r alisation d une nouvelle carte Pour ce faire l fallait exactement d finir ce que l on voulait ajouter cette nouvelle version Il tait assez d licat au d but de savoir exactement ce qui devait tre am lior De nombreuses consultations avec mes camarades ont t tr s utiles pour d finir une station sol qui pourrait tre la plus efficace possible Par exemple l ajout d un Xbee avec la possibilit d une configuration in circuit a t la source d un grand nombre d erreurs difficilement d celables La plus grande erreur visible sur ce diagr
4. e am ricaine 2 Ouadrirotor a romod lisme X ufo 3 Le Neuron d velopp par la France et cing autres pays europ ens pr vu pour 2010 4 Drone miniature ailes battantes pr sent l EMAV 2009 Figure Diff rents types de drones Historiquement sans remonter a leurs balbutiements lors de la premiere guerre mondiale les drones ont t utilis s par les Etats Unis lors de la guerre du Vietnam 1969 pour observer et d tecter leurs ennemis Cependant c est bel et bien depuis la guerre du golfe que ceux ci font partie int grante des arm es modernes Comme dans beaucoup d autres domaines quand il s agit de haute technologies les drones et l arm e sont troitement li s Cependant on peut s attendre voir appara tre les drones dans le domaine civil En effet quelques applications types pourraient tre la surveillance d autoroutes embouteillage accidents de for ts de chemins de fer des applications de topographie etc 2 Initiative du projet l INSA Strasbourg le projet drone commence d s 2003 Les d buts sont difficiles et 1l faudra attendre une pr tude pour pouvoir commencer travailler activement sur le projet Au d but une forme circulaire soucoupe avec une pouss e par 4 moteurs avait t envisag e mais la forme a vite tait repens e laissant place une structure avec deux moteurs sur les ext rieurs et une aile plane cylindrique cf Figure 2 Figure 2 B
5. mes coll gues de mon probl me Hugo Van Reeth responsable carte capteur m a indiqu que lui utilisait une porte ET pour une adaptation quasi identique En effet une porte ET est un circuit qui admet un niveau limite pour une tension haute en entr e gale Vm 2 8 V En sortie la porte ET retourne un tat haut 5V compatible avec le niveau du PIC Il s agit donc la d une excellente solution pour adapter un niveau 3 3V SV Une porte ET R f rence SN74AHCTIGOS a donc t soud e in extremis sur la face du dessous du circuit Cette partie de la carte a subi un grand nombre de modifications et est pass e par plusieurs stades Au d but la porte ET tait aliment e par le 5V g n ral de la carte cf Figure 39 Il y avait cependant des probl mes sur la communication Xbee gt USB qui persistaient La d marche a donc t d isoler petit petit les signaux entrant sortant du Ftdi La configuration n tait possible que si la diode DIS tait retir e circuit ouvert entre Tx_6520 et Rx_Ftdi Figure 39 Soudures sur la porte ET C est donc ce moment la que j ai compris que le probleme venait de l mission de donn es du PIC 6520 En effet pour configurer le Xbee il fallait alimenter la porte ET Or en alimentant cette porte ET on alimentait galement le reste de la carte et en particulier le PIC 6520 Par la suite 11 fallait donc trouver une fa on d alimenter la porte ET par une autre source de tensio
6. Elec X Delete e i ra 3 Drone Dialogue soft UART DSPIC 7 Revert E O Projets GES PICL8F f Clean up E DO SVN Drone A Get lock amp C2 Drone Release lock 6 dronecigogne Srabshow p tE amp svn en ca L Switch Al 18F6520 Ca E Io Boitier Joystick Station so ee Photos co Pickit2 Foxit Rear AL Boussole 4 EY Export 2127Ko amp OD builds MA Relocate u rn E C18 Config Libraries Cart H Ajouter la liste de lecture de VLC Add ee ee ahaha Delete and add to ignore list A Carte USB S rie XBee Y E Dialogue soft UART DSPI Les I Create patch AL DSPIC6O14A a 8 Apply patch E le dsPIC_biiisss Partage et s curit Gs Properties E AL Emission t l commande EA amp E Grabshow i SVN Update R Settings amp AL Interface graphique A SVN Commit Help E en Photos compromettantes MO Rapport_didi_lolo e Station sol aL Vertical_loic Envoyer vers Analyse Station sol Couper Copier Coler Figure 16 SVN 3 Travail en quipe Personnellement je travaillais sur un projet assez ind pendant puisque la plus grande interaction que J avais tait celle avec le responsable de la carte capteur laquelle devait m envoyer une trame sous un certain format Malgr cela je me suis rendu compte de l importance de connaitre un projet dans sa globalit pour pouvoir travailler efficace
7. Figure 54 Association L297 L298 3 C17A C18A 470uF 100nF mal ee Z N NZ NS N IDOA 1N RL 1N5351BRL J D 5 4 ag 13A s A o e III 13 O O 5 goca reall pew LL LNT NT NT TOFDBOAA SR gt 5 GND_P Au final il se trouve qu il n y a pas de grande diff rence entre ces deux modes On pourrait donc l avenir penser tirer la patte 11 du L297 SV Le filtre RC est un m canisme de protection qui contr le le courant des moteurs en faisant varier le rapport cyclique du hacheur Ce n est pas la m me chose que l entr e Clock qui elle contr le la vitesse du moteur chaque front montant du signal I Clock l alimentation des phases du moteur change cf Figure 53 La pate 19 est la masse et donc la puce va fonctionner en mode FULL c est dire qu il y aura 4 tats successives des sorties A B C D Selon l tat initial du translator composant principal du L297 on aura soit le fonctionnement one phase on soit le fonctionnement two phase on cf Figure 53 Les r sistances R22 et R23 sont des r sistances SENSE de mesure du courant entrant dans les moteurs Les puces L297 sont quip es de comparateurs de tension entre la tension aux bornes de ces r sistances Usense et la tension Vef appliqu e sur la patte 15 du circuit Si la tension Usense d passe Vier alors la puce modifie le rapport cyclique pendant un certa
8. angle calcul e est donn e par valeur et la valeur de l angle r elle est donn e par angle Au final la fonction utilis e retourne un angle compris dans l intervalle x x sachant que l azimut Nord Cadran Calm correspond l angle O x lt 0 amp y lt 0 x gt O0 amp y lt 0 angle angle x angle angle Une fois cet angle obtenu il reste a calculer le delta angle entre cet angle et celui ou done se trouve le moteur L angle du moteur est donn e par la formule u 2 p1 angle_moteir_az mut position_noteur_azinut Pet Concernant la soustraction il faut s assurer que la diff rence est belle et bien inf rieure a 7 puis savoir de quel signe est cette difference Le signe sera donn par une variable sp cifique sens_rotation_azimut Page 44 53 Pour ce qui est du calcul de l angle de la profondeur l faut prendre en compte la distance de la projection au sol de la station sol et du drone cf la cotation distance sur la Figure 64 L angle de profondeur sera finalement donn par la formule altitude GPS altitude station angle arctan distance ALTITUDE ALTITUDE altitude_GPS altitude_GPS angile_drone_profondeur ngle drone profondeur altitude station altitude_station EST gt distance Figure 64 Sch mas pour le calcul de la profondeur 1 d D tails du code longitude_station longitude_GPS Af n de permettre une plus grande rapidit de prise en main du co
9. de pr senter le drone lors de la journ e portes ouvertes de l a rodrome du Polygone Neuhof Cette journ e avoir pour but la publicit de cet a rodrome et donc au passage un ensemble de stands taient pr sents Arm e Drone Cigogne club d a romod lisme etc pour pr senter leurs activit s C tait galement l occasion d un petit meeting a rien puisque on pouvait y voir d anciens avions de la seconde guerre mondiale par exemple Figure 20 Antenne motoris e Cette journ e a t tr s int ressante puisque non seulement elle nous a appris beaucoup de choses sur le projet drone en lui m me mais elle nous a aussi permis d expliquer des visiteurs sans n cessairement avec un bagage scientifique ce projet De nombreux tudiants taient pr sents lors de cette journ e et je pense qu il serait tr s int ressant de continuer assister aux prochaines portes ouvertes de ce type car il s agit la d un moyen efficace de pl bisciter le projet et l cole Page 19 53 5 b Conf rence EMAV 2009 Pays Bas L EMAV est la conference Europ enne sur les drones Micro Air Vehicle Chaque ann e elle se d roule dans une ville diff rente Cette conf rence permet de r unir professionnels tudiants et tous ceux concern s par des projets type drone Cette ann e l EMAV se d roulait Delft Pays Bas et tait organis e par l Universit TU Delft Le contenu de ces quatre journ es est assez divers pr sentatio
10. de tout l ve voulant faire voluer la station sol Page 52 53 Conclusion J ai effectu mon stage sur le projet drone de l INSA Mon r le dans ce projet tait de d velopper une station sol permettant un suivi radar du drone gr ce la diff rence entre les coordonn es GPS de la station et celle du drone Malgr des recherches actives de stage dans des entreprises la majorit des entreprises avan ait souvent que la crise rendait difficile toute proposition de stage Le stage effectu l INSA a tout de m me tait tr s int ressant Je pense m me qu il aurait t tr s difficile de trouver un stage technicien de cette qualit en entreprise Cependant je n ai pas pu d velopper ma culture d entreprise ou de mani re g n rale l aspect organisationnel d une entreprise Le travail que j ai effectu correspondait la mise en application d un grand nombre de connaissances th oriques inculqu es par ma formation Concr tement j ai pu travaill la fois sur du software d veloppement de programmes et sur du hardware r alisation de cartes lectroniques tests de circuit lectronique Je regrette cependant d avoir pass trop de temps sur des aspects programmation En effet je n ai donc pas pu m attarder de mani re efficace sur le reste de mon activit et ceci a t tr s emb tant car la carte lectronique n a pas pu tre valid e enti rement J avais donc initialement mal pr vu mon diagramme de Gantt Co
11. essais sur le terrain deux ont t effectu s Malheureusement je n ai pu tre pr sent enti rement lors du premier essai et tant donn les complications qu il y a eu durant les premi res heures de cet essai en particulier probl mes avec la carte capteur et le GPS je n a pas eu le temps de tester personnellement quoique ce soit avant mon d part Les deuxi mes essais se sont d roul s le dernier jour du stage et ne se sont une nouvelle fois pas d roul s comme pr vu En effet quelques probl mes sur la carte m re sont survenus au d but et une fois ces probl mes Page 18 53 rectifi s les batteries embarqu es n taient finalement plus tr s fiables et par cons quent l antenne ne pouvait plus suivre de mani re efficace le drone puisque la puissance d mission du Xbee tait moindre Par ailleurs nous nous sommes rendus compte de perturbations dues au moteur thermique utilis puisque la transmission fonctionnait assez bien lorsque le moteur tait coup vol plan Au final je me suis rendu compte de l importance qu il fallait accorder la pr paration des tests ainsi que du listing du mat riel amener sur place Par exemple pour un essai interm diaire j avais oubli de prendre avec moi le composant principal de la station sol 5 Pr sentation publique du projet 5 a Journ es Portes Ouvertes l a rodrome du polygone Le deuxi me week end du stage 13 et 14 juin 1l nous a t propos
12. les PICs En effet ceux ci ne consommeront pas autant puisque tous leurs p riph riques ne sont pas utilis s Par cons quent on peut retenir pour valeur haute une consommation de 900mA Or les simples r gulateurs 7805 permettent de d livrer un courant de 1A voire plus avec un dissipateur adapt De toutes fa ons vu le diff rentiel de tension 12V 5V un dissipateur devrait tre ajout ce composant Pour informations si jamais le choix de ce r gulateur vient tre remis en question le remplacement par un LM323T dans le m me package TO 220 pourra tre envisag Page 35 53 Un dissipateur pour ce composant devra dissiper Ubatterio T Ur gul e l Lonsomm e 12 5 y 1 Watt S1 l on consid re une temp rature ambiante de 25 C et que l on souhaite obtenir une temp rature de jonction de 30 C ona AT P Raissipateur SO Raissipateur S C 7W Air ambiant Jonction Ta 25 C Tj 30 Figure 52 Dissipation de la chaleur du 7805 Il faudra donc un dissipateur de r sistance thermique au maximum de 0 7 C W une valeur basse est pr f rable Lors de hautes temp ratures ex 40 C la jonction sera environ 35 C Concernant l alimentation trois connecteurs suppl mentaires 2x5V et 1x12V ont t ajout s sur la carte puissance dans le cas o un acc s une de ces tensions serait n cessaire Sur la carte commande il y a galement des points test masse tensio
13. rer par UART une trame PID depuis le PC via un port USB Il r cup re galement les consignes Joystick Il envoie ensuite une trame unique contenant les PIDs ainsi que les consignes Joystick par Xbee au drone Par ailleurs 1l fait la r ception de la trame GPS pour pouvoir afficher selon les consignes du PC des informations sur la lunette 3D Figure 65 Diagramme PIC changeur PP D ue Incrustation Microcontr leur Joystick Vid o d aiguillage des Figure 66 Aiguillage des donn es trame GPS trame PID PIC 18F6520 affichage Incrustation d Lunette 3D t E 12 donn es Vid o voulues affichage PID affichage Id es pour le code Le code de ce PIC a t commenc partiellement par Emmanuel Roussel GE4 des id es pour la personne qui s en occupera sont galement donn es titre indicatif dans la suite Elles ne sont peut tre pas r alisables mais a permettra de refl ter ce qui a t pens lors de la r alisation de la carte Pour le choix de l affichage des donn es au d but une fois la station sol d marr e une trame PID issue du PC pourra par exemple envoyer un code bien pr cis indiquant si oui ou non telle information devra tre affich e Suite cela le PC n aura plus besoin d envoyer ce qu il faut afficher En interne le PIC filtrera les donn es issue du Xbee afficher sur la surimpression On pourrait galement concat ner la consigne Joystick avec les corrections USB
14. un nombre en degr s pur Ex la trame recue est sous la forme ddmmmm longitude GPS degre datarecue degre 60 100 100 datarecue unsigned long trame 4 lt lt 24 unsigned long trame 5 lt lt 16 d degr m minute unsigned long trame 6 lt lt 8 et on la met sous forme unsigned long trame 7 dddddd x10 degre datarecue 1000000 1000000 latitude GPS degre datarecue degre 60 100 100 L altitude est d ja sous la bonne forme altitude_GPS trame 12 lt lt 8 trame 13 MAJ _Trame 0 La conversion des delta position drone station en angle seul le code de l azimut appara t ici float angle azimut du _drone long coordonnee_x long coordonnee y float angle 0 if coordonnee_y 0 if coordonnee_x 0 else if coordonnee_x gt 0 angle else if coordonnee_x lt 0 angle On calcule la valeur de l angle de pi pi tout en prenant en else compte les diff rents if coordonnee_x 0 cadrans de la fonction if coordonnee_y gt 0 angle arctan else angle pi else angle atan float coordonnee_x float coordonnee_y if coordonnee_y lt O if coordonnee_x lt 0 angle angle pi else angle angle pi return angle Page 47 53 2 PIC changeur Voici un rappel du r le de ce PIC Tout d abord il r ceptionne en continu la trame GPS Il va ensuite r cup
15. x File info 8 long x Size 13742 bytes 366 lines 19 int altitude GPS View raw file Figure 15 Sauvegarde Projet Cigogne Un acc s libre au SVN est possible en suivant le lien suivant hftp code google com p dronecigogne La Figure 15 repr sente ce que pourrait voir un utilisateur libre Il est galement possible pour lui de t l charger les fichiers si l a au pr alable install un logiciel g rant les SVN sur son ordinateur L utilisation d un SVN ne modifie en rien l organ sation des fichiers sur le systeme d exploitation I y a juste l ajout de quelques options lors d un clique droit sur un fichier ou dossier contenus dans le SVN Sur la Figure 16 on peut voir par exemple qu il est possible de mettre jour un dossier fichier en cliquant sur SVN Update r cup re le fichier d origine stock sur internet de publier la nouvelle version d un fichier ou de rajouter un nouveau dossier fichier en cliquant sur SVN Commit Il est galement possible d acc der de nombreuses autres possibilit s supprimer un fichier du SVN interdire l ajout d un fichier sur le SVN etc Page 16 53 Ge Show log Q Pr c dente P Rechercher gt Dossiers EEE El Repo browser x Dossiers 5s Check for modifications Bureau El Revision graph El B Mes documents amp Resolved H M Poste de travail EN 3 NS i Update to revision tl a Favoris reseau PR 2 Corbeille f Spamer 5 Divers
16. 3 III Descriptif de la station sol 1 R le de la station sol L objectif principal de la station sol est de faire un suivi du drone par une antenne cf Figure 36 Le drone tant quip d un metteur vid o la station sol r cup re le flux vid o par un module de r ception pos sur le mat et retransmet ce flux directement par USB gr ce au module Grabshow Par la suite il serait int ressant d int grer une seconde antenne qui ferait la r ception et l mission des trames Xbee Sol Air d abord puis par exemple Sol Sol pour une t l commande ou le Joystick La station sol a par ailleurs d autres r les Voici un listing de ses taches Acquisition de la trame GPS du drone pour effectuer le suivi d antenne Acquisition de la trame GPS du drone pour un ordinateur branch sur la station sol USB Acquisition de la trame PID P de l ordinateur USB afin de modifier les PID en vol Acquisition des consignes Joystick en mode filaire actuellement Envoi des consignes Joystick et de la trame PID Envoi de certaines donn es afficher sur les lunette 3D Une premi re station avait t d velopp e lors d un projet MIQ4 en 2008 2009 cf Figure 37 Ce travail avait d bouch sur la r alisation d une double carte commande et puissance Cette carte qui est tout fait fonctionnelle pr sente cependant quelques d fauts Une nouvelle version de ces NS cartes a donc t r alis e SS SIR y A S
17. 53 de correction une deuxi me LED a t rajout e pour indiquant l alimentation de la carte commande L alimentation 12V est d coupl e par un condensateur CMS de 100nF en sortie de connecteur et pour le 5V il est r gul en sortie d interrupteur SPDT 5 KJ Enable Profondeur lt J Sens Profondeur R20 lt Clock Profondeur 470 D_ON LEDG Figure 50 Connecteur Commande Puissance 2 f Gestion de l alimentation On utilise directement une tension 12V issue d une batterie qui une fois filtr e alimente directement les hacheurs des moteurs Une diode a t ajout e en s rie pour viter une inversion dans le sens des connecteurs Pour former une tension 5V un simple r gulateur 5V a t choisi Il permet d alimenter les PICs de la carte commande ainsi que les puces L297 et L298 Plus tard la question du dimensionnement du r gulateur a t abord e Le r gulateur 5V alimente au maximum 3 pics les 2 principaux ainsi que celui du Joystick 2 composants L297 et 2 L298 Figure 51 Alimentation Concernant les PICs ils sont limit s 250mA chacun cf page 321 et 307 du 18F4520 et 18F6520 les L298 consomment au repos 36mA maximum chacun cf page 3 de la datasheet et enfin pour les L297 aucune indication n est donn e La d termination pr cise de la valeur maximale du courant que le r gulateur devra fournir est difficile Cependant cette valeur est d j major e si on prend effectivement 250mA pour
18. E1 WRIANS BP1 RE2 CS AN7 BP_PILOU RE3 MCLRYVPP o PIC18F4520 VDD 5V_ALIM_COMMANDE SIP IS RIBNIBA Is R12 10k Oscillateur Externe 12MHz Figure 44 PIC moteur Page 32 53 Concernant le PIC d aiguillage le joystick est branch directement sur les pins CCP Capture Compare Ces pins permettent d analyser facilement des signaux PWM Voici le sch ma de c blage du PIC d aiguillage Microcontroleur 8 JOYSTICK Joystick BP2 gt Joystick BP1 gt SIBIRRIBREIT BERG KRIBIS PGC_Pic6520 gt PGD_Pic6520 gt RB7 KBI3 PGD QIBIGIRGIS Als BRBIPRIEBIR ROO TIOSOTISCKI RISBE BIBE RC7 RX1 DT1 AVDD lt RX2_Pic65d AVSS Slo lt j Joystick Y PIC18F6520 I Joystick VDD 5V ALIM COMMANDE Oscillateur Externe 12MHz Osc1_Pic6520 Osc2_Pic6520 Hi 4 eier Bu Li Figure 46 Connecteur PicKit2 UART Les diodes D12 et D13 sont souvent utilis es sur ces connecteurs pour imposer un tat haut sur la patte du MCLR tout en vitant un probleme de niveau de tension entre le 5V r gul et le 5V issu de l USB PC lors de la programmation Il n y a pas de crit res sp ciaux pour le choix de ces diodes 1l faut juste avoir une diode CMS pas ch re de tension de seuil inf rieure 1V pour que la pin MCLR puisse lire un tat haut 4V est le minimum possible Page 33 53 2 d Connecteur RJ11 Sur la carte commande de la station sol V1 le connecteur avait mal t c bl puisqu
19. IL10 pas 2 00mm 1 x Port USB 2 x Petits Interrupteurs SPDT 2 x Interrupteurs SPDT 2 x Interrupteurs DPDT 1 x BP Cms Page 40 53 3 e Tests effectu s sur la carte puissance Afin d effectuer une premiere v rification du fonctionnement de la carte puissance un signal Clock issu d un GBF a t impos sur le connecteur DIL10 et une mesure des signaux de sortie ont t effectu s Lors de ces tests les moteurs ont bien fonctionn comme il le fallait Voici sur les figures 19 et 20 les tensions relev es sur l entr e Clock de la puce L297 ainsi que sur les bobines A B C D du moteur TA 5 00V 0 0s 20 00 Auto 4 2 00V U 100V 9 100V 9 100V 100V p 00s 20007 Auto F 2 00V yl Figure 60 Les 4 signaux des bobines A 1 B 2 C 3 D 4 Page 41 53 Page 42 53 V Descriptif du programme Il y a deux programmes sur cette station sol car deux microcontr leurs Le microcontr leur responsable de la commande des moteurs est le 18F4520 tandis que celui qui fait l aiguillage des donn es est le 18F6520 Pour le moment seul le programme des moteurs a t fait 1 PIC motorisation Le but de ce code est de prendre en compte la position du drone coordonn es GPS et altitude et apr s une phase d initialisation coordonn es de r f rence de la station sol les moteurs pas pas sont command s en nombre de pas effectuer pour s incliner en direction du
20. PC pour Lunette 3D lecture Vid o A Du ah Ge a a ge ARO DAS E GELB FE D LEAR AD A Figure 30 R cepteur Vid o et Grabshow USB Page 24 53 4 Coordonnees GPS Les coordonn es GPS sont envoy es par la trame GPS Elles ont pour unit les degr s et se composent de la longitude axe X et de la latitude axe Y ayant pour origine respectivement le m ridien de Greenwich et l quateur La Terre tant approxim e une sph re de rayon R 6374 km par un simple produit en croix on peut trouver une quivalence entre les degr s et les m tres 360 27 R Figure 31 Coordonn es GPS lat x lon 43 581945 7 764512 Adresse 24 Boulevard de la Victoire 67000 Strasbourg France fi pre Br ik Figure 32 Impression cran issu du site gpsfrance net Page 25 53 Page 26 53 IV Descriptif de la carte lectronique 1 Contexte de la station sol La carte lectronique s inspire logiquement de l architecture souhait e Figure 29 La structure de la carte suit celle de la pr c dente version La station sol s articule autour de deux microcontr leurs PIC un 18F4520 pour la gestion de la commande des moteurs et un 18F6520 qui soccupera de l aiguillage des donn es entre le Xbee le PC les lunettes 3D ainsi que le Joystick 1 a Choix des microcontr leurs Les PICs retenus pour cette deuxi me version de la carte restent les m mes que pour la premiere version Il faut c
21. Rapport de Stage Technicien ST2 Juin amp Juillet 2009 Suivi GPS d un drone par une antenne motoris e Pierre Alain Vercruysse Etudiant G nie Electrique 4 Ann e 7 0 PROJET AO os INSA STRASBOURG O Page 2 53 R sum En qualit d tudiant en deuxi me ann e de cycle ing nieur g nie lectrique j tais tenu d effectuer un stage technicien La difficult cette ann e a concern la recherche de ce stage En effet nous sommes nombreux ne pas avoir trouv de stage en entreprise Cependant une possibilit de stage a t trouv e l INSA m me au sein du projet drone d velopp par celle ci depuis maintenant plusieurs ann es Mon activit pendant ce stage concernait la station sol du drone La station sol permet d effectuer un suivi radar dont le r le est de suivre le vol du drone gr ce la diff rence entre les coordonn es GPS de la station et celle du drone Il fallait donc que je poursuive l asservissement de cette antenne motoris e et que je propose de nouvelles cartes lectroniques afin de modifier les d fauts de la carte pr c dente Concr tement J ai commenc par prendre en main la station sol existante Il m a fallu un certain temps d adaptation Apr s avoir bien int gr tout cet environnement de travail j ai donc commenc modifier le code Une fois le code modifi et performant je suis pass au d veloppement d une seconde carte tant un peu en retard sur mon
22. amme est la mauvaise synchronisation lors de l achat des composants la liste des composants tait disponible assez rapidement Semaine 28 Cependant le retard dans la livraison de la commande envoi de la liste puis r ception est responsable du retard qui appara t sur cette t che Par ailleurs cause d une erreur de conception de la carte Adaptation des niveaux 3 3V 5V du Xbee ce retard s est amplifi De mani re r parer cette erreur sur la carte et pour permettre une meilleure prise en main future de la station sol le travail de d bogage que Jj ai commenc sur cette carte s est poursuivi Page 15 53 jusqu fin septembre Les probl mes ont t corrig s et consign s sur une note d application Finalement certaines t ches n ont pas pu tre valid es le code sur la station sol V2 n a pas pu tre test ce qui est fort regrettable Une am lioration du code n a pas pu tre pens e Cependant le code fonctionne assez bien tel quel Pour finir la r daction de la note d application n a pu se faire que en dehors du stage 2 Archivage des fichiers SVN Pour permettre un travail plus efficace plus s curis et avec plus de suivi un SVN a t utilis Un SVN est en fait un Systeme qui permet de faire des sauvegardes du travail en cours sur un site internet Ceci est tres pratique en d veloppement de projets car cela permet de ne pas perdre le travail effectu lorsque l on souhaite modifier a
23. ar la suite sur la V2 un code a t fait pour faire tourner les moteurs et ce bout de code a t valid Si la r ception de trame GPS fonctionne communication Xbee PIC Moteur il n y a pas de raisons pour que ce code ne fonctionne pas Pour ce qui est de la carte puissance celle c a t valid e En imposant des signaux Clock GBF Enable Sens sur le connecteur DIL10 les moteurs ont tourn comme il fallait cf les Figures 59 et 60 des mesures effectu es Cette carte est donc valid e Des radiateurs non dimensionn s ont t pos s sur les hacheurs et le r gulateur 5V cf Figure 68 Il faudra certainement en dimensionner pour les futures versions Figure 68 Radiateurs pos s Page 51 53 Concernant d autres volutions possibles l serait interessant d interfacer la boussole et ainsi d viter une phase d initialisation de la station ce n est cependant pas vraiment une urgence Il serait bien de stocker galement les coordonn es GPS de la station sol dans l eeeprom de fa ons pouvoir rebooter la carte si celle c1 est perturb e Au red marrage m me si le drone est encore en vol la station sol pourra s initialiser sur cette valeur stock e Lorsque la carte commande sera valid e en particulier les communications un tirage professionnel de la carte pourra tre envisag En attendant que les quelques modifications et tests soient effectu s sur cette carte je me tiens disposition
24. de de la station l avenir voici des extraits d taill s du code certains passages ont t supprim s modifi s pour plus de lisibilit La fonction main void main d claration de variables JE ara Initialisation du PIC UArt Interruptions TRIS ete Pe ias wal le INTT yg initialisation_station while 1 acquisition EPS Attente d appui sur le bouton pour initialiser la station moteurs et coordonn es GPS if latitude_GPS 0 amp amp longitude_GPS 0 break longitude_station longitude_GPS latitude_station latitude_GPS altitude station altitude GPS Calcul du delta position entre la while 1 Pi station et le drone acquisition GES Calcul du nombre coord_x long longitude_GPS long longitude_station as pas ponr 1e f f moteur azimut coord_ y long latitude GPS long latitude _ station coord_z altitude GPS altitude station angle _ drone azimut angle _ azimut du _drone coord_x coord_y angle moteur _ azimut position moteur _azimut 2 0 pi 488 0 1f fabs angle moteur _azimut angle drone azimut gt pi delta_angle azimut 2 pi fabs angle moteur _azimut angle drone azimut if angle moteur _azimut angle drone azimut gt 0 sens_rotation_azimut SENS_HOR else sens rotation azimut SENS TRIGO Page 45 53 else delta_angle azimut fabs angle_moteur_azimut angle_drone_azimut
25. drone sachant qu un tour d azimut vaut 488 pas et un tour profondeur vaut 246 pas 1 a Organigramme Voici un organigramme tr s simplifi du code Initialisation station moteurs coordonn es Acquisition coordonn es Calculs de delta coordonn es entre drone Calculs des nombres de pas moteurs Rotation des moteurs du nombre de pas d sir s Figure 61 Organigramme du code 1 b Fonctionnement du code Actuellement la r ception de la trame se fait sous interruptions d s que l on active le bit d activation des interruptions r ception UART RCSTAbits CREN les valeurs de longitude latitude et d altitude du drone sont charg es dans les variables correspondantes longitude_GPS latitude _GPS et altitude _GPS Une fois ces valeurs charg es ce qui se produit lorsque la fonction acquisition_GPS est appel e la position des deux moteurs tant connue variables position_moteur_azimut et Page 43 53 position_moteur_profondeur le programme va calculer le nombre de pas a effectuer pour chacun des deux moteurs En premier lieu le moteur azimut est command fracking_azimut 1 puis c est au tour du moteur de profondeur tracking _profondeur 3 Dans le code des fonctions de tracking une horloge est cr e Cette horloge est n cessaire et c est elle qui va faire bouger le moteur d un pas l autre chaque front montant chaque cycle de cette horloge les variables de position des moteurs sont
26. e pour faire le lien avec le module de surimpression vid o l fallait croiser le c ble RJ11 ce qui n est pas tres pratique Pour cette raison la nouvelle carte int gre un connecteur RJ11 qui lui est cette fois adapt au module de surimpression Un c ble droit devra donc tre fait Figure 47 Connecteur RJ11 Figure 49 Connecteur RJ11 2 e Connecteur DIL10 Carte Commande Puissance Contrairement la station sol V1 le connecteur int gre ici une alimentation 12V issue de la carte puissance Pr c demment cette alimentation tait fournie par un deuxi me c ble d alimentation directement depuis la batterie L alimentation 5V a aussi t int gr e ce connecteur ce qui permet de n utiliser plus qu un seul r gulateur 5V qui se trouve sur la carte puissance En revanche les signaux Reset des deux puces L297 ont t retir s car ils ne sont pas utiles dans notre cas cf la suite de cette note d application Il s agit en effet de signaux permettant de r initialiser l tat initial des bobines commander Toute la commande se faisant de fa on transparente pour nous ces Signaux ne nous sont pas vraiment n cessaires Un interrupteur permet d alimenter le 5V de la carte commande soit par le 5V r gul de la carte puissance soit par n importe quelle broche 5V de la carte commande exemple PicKit etc Une LED permet de visualiser si la carte puissance est aliment e ou non Sur les sch mas Page 34
27. ependant noter que le PIC 18F4520 est sans doute surdimensionn En effet un grand nombre d entr es sorties restent inutilis es Un PIC comme le 18F2221 28 pins au lieu de 40 pourrait remplir ce r le Cependant pour viter de s loigner de la carte V1 le m me PIC a t gard En ce qui concerne le PIC changeur 18F6520 il a t choisi pour ses deux ports UART Ce PIC a t parfaitement choisi puisque seuls deux PICs poss dent 2 UART communication s rie et 4 CCP Capture Compare Cependant ce PIC n existe que au format CMS TQFP 64pins ce qui est un peu emb tant pour les soudures non professionnelles 1 b Organisation de la carte Voici un sch ma simplifi de l organisation de la station sol L297 L298 Moteur Adaptation des ss niveaux de tension 18F4520 3 3V SV Moteur L297 L298 ras Adaptation des niveaux de tension 5V gt 3 3V Connecteur USB ES Interrupteur 18F6520 Connecteur RJ11 q Figure 33 Organisation de la carte Ce sch ma ne fait intervenir que les composants les plus importants ces composants s ajoutent des r seaux de 6 LEDs 4 vertes 2 rouges pour chaque PIC ainsi que des Interrupteurs un Bouton Poussoir des connecteurs PicKit un connecteur pour le Compas Projet annexe etc Page 27 53 2 D tails des diff rents composants de la station sol 2 a Cablage du FTDI Concernant le FTDI il s agit d un composant permettant la conversion de
28. etup Modem Parameters and Firmware Parameter View m Profile Versions Select Com Port Write Restore Clear Screen Save Download new USB Serial Port COMS He TER Defaults Edsa versions Flow Control NONE Modem XBEE PRO Function Set Version XBP24 XBEE PRO 802 154 x 1083 ino i A Data Bits Parity Stop Bits D 134200 SH Serial Number High Host Setup User Com Ports Network Interface D 40011009 SL Serial Number Low API Enable API a AT command Setup ASCII Hex gt X CTU COM5 D 0 RN Random Delay Slots D 0 MM MAC Mode B 0 CE Coordinator Enable 1FFE SC Scan Channels D 4 SD Scan Duration D 0 41 End Device Association B 0 42 Coordinator Association B 00 Al Association Status Command Character CC 2B About 3 AF Interfacing Guard Time Before BT 1000 PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration E 4 PL Power Level Assert E 2C CA CCA Threshold an Close Assemble Clear Show 23 Sleep Modes NonB Guard Time After AT 1000 CTS ES DIR ATS Break ComPort Packet ney A a e ead parameters a Modem Flash Update No baud change COM5 96008 N 1 FLOW NONE XBP24 Ver1083 Sur la Figure 67 plusieurs Impressions cran ont t prises avec les parametres a configurer pour les Xbee V rifier la communication Modem avec Test Query V rifier dans la bonne communication du Xbee en tapant san
29. eur Boussole Port USB pour la communication s rie avec PC Connecteur PK2 18F4520 Potentiom tre r glage courant limite ETS A 2 t w 1 RARA Alimentation G n rale 12V Figure 58 Prototype de la station sol V2 3 d Commande des composants La commande a t effectu e sur le site de Farnell Voici la liste de composants n cessaires pour ces circuits 1 x PIC 18F4520 1 x PIC 18F6520 1 x Ftdi FT232RL 1 x Xbee Pro 1 x 7805 2 x L297 2 x L298 1 x Porte ET Cms 2 x Quartz HS 12MHz 4 x Condensateurs Cms 15pF 12 x Condensateurs Cms 100nF 1 x Condensateur Plastique 100nF 2 x Condensateur Chimique 22uF 2 x 470 uF 3 3nF 8 x LEDs Cms Vertes 4 x LEDs Cms Rouges 2 x LEDs Simple Vertes 12 x R sistances Cms 2200 3 x R sistances Cms 10kQ 2 x R sistances Cms 12kQ 1 x R sistance Cms 1kQ 1 x R sistance Cms 2 2kQ 2 x R sistance Cms 22kQ 4 x R sistance de Puissance 0 5Q 2 x R sistances LEDS xxxxxxxxxx 2 x Potentiom tre 10kQ 5 x Diodes chute de tension faible 17 x Diodes Roue Libre et Alim 2 x Connecteurs SILS pas 2 54mm 1 x Connecteur SIL3 pas 2 54mm 3 x Connecteur SILA pas 2 54mm 1 x Connecteur SIL6 pas 2 54mm 2 x Connecteurs SIL2 pas 2 54mm 2 x Connecteurs DIL10 pas 2 54mm 2 x Connecteurs Femelle DIL10 pas 2 54mm 1 x Connecteur RJ11 1 x Bornier d Alimentation G n rale 3 x Barrettes s cables SIL2 pas 2 54mm 2 x Barrettes s cables S
30. ication simplification de la carte pour permettre une gestion plus simple de la commande du drone Page 11 53 4 b Groupe M canique La structure du drone est compos e de 5 l ments assembl s aile sup rieure aile inf rieure 2 ailes lat rales et m t central et rigidifi s par l apport de longerons et de polystyr ne expans Les ailes sup rieure et inf rieure sont en structure sandwich alors que les ailes lat rales sont exclusivement en composite Ces l ments sont le fruit d un processus de fabrication tr s pr cis Apr s la phase de conception CAO FAO la premi re tape n cessite l usinage de bruts g n ralement en bois permettant de r aliser les moules par la suite Il s agit des masters extrados et intrados cf Figure 9 On applique ensuite du gel coat am liorant l tat de surface des masters et augmentant la dur e de vie du moule en durcissant la surface externe Figure 9 Moulure et R alisation d une des ailes Une fois les masters finalis s on proc de la seconde tape la cr ation des moules intrados et extrados Ces moules en composite son r alis s par moulage partir des masters Leur composition leur procure une dur e de vie importante Il est donc possible de fabriquer un grand nombre d ailes assez rapidement Enfin l est possible de r aliser les ailes proprement dites Pour cela chaque surface externe des ailes est d abord con ue ind pendamment
31. if angle moteur _azimut angle drone azimut gt 0 sens rotation _azimut SENS TRIGO else sens rotation _ azimut SENS HOR nb_pas_azimut int 0 5 delta_ angle azimut 488 0 2 0 pi tracking azimut 1 D placement du moteur azimut x REY 1L 119149266 cb0rd x 2 7 en metres y int 11 11949266 coord y 377 111194 92Ls Rayon Terre 2pi 7 360 angle_drone_profondeur angle_profondeur_du_drone x y coord_z angle_moteur_profondeur position_moteur_profondeur 2 0 pi 246 0 delta_angle_profondeur fabs angle_moteur_profondeur angle_drone_profondeur if angle_moteur_profondeur lt angle_drone_profondeur sens_rotation_profondeur SENS_HOR else sens_rotation_profondeur SENS_TRIGO nb pas protondeur int 0 5 delta_angle_profondeur 246 0 2 0 pi 5 tracking_profondeur 5 D placement du moteur profondeur e ee de pas pour le moteur profondeur La fonction de d placement des moteurs void tracking azimut int vitesse Choix du sens de rotation du moteur int i 0 la variable sens_rotation_azimut Pa est globale G n ration d un signal horloge pour le d placement des moteurs et incr mentation de la variable de position du moteur FOM 1 0 14D pas azimut i Azimut Clock 297 0 Delay10KTCYx vitesse Azimut_Clock_297 1 Delay10KTCYx vitesse 1f sens_rotation_azimut SENS_HOR position_moteur_azimut else if sens_rotation_azimut SENS_TRIGO position_moteur_azimut
32. ifier le package des condensateurs CMS Il faut loigner les potentiometres a la fois du switch CONTROL ainsi que des r sistances 22 et 23 Il faudrait galement tourner de 180 un de ces potentiometres afin que le r glage du courant admissible se fasse dans le m me sens pour les deux tages moteurs Par exemple si on visse on augmente le courant limite si on d visse on diminue cette limite Pour plus de clart on pourrait faire apparaitre dur le package la vis de r glage Le changement du bornier d alimentation g n rale 12V pourrait tre envisag On pourra choisir une solution a clips plus pratique pour le montage d montage Pourquoi pas supprimer les interrupteurs CTRL_x car comme dit en page 13 il ne sont pas utiles Page 39 53 3 c Prototype de la station Voici une image pr sentant les emplacements des diff rents composants connecteurs On remarquera qu un soin particulier a t apport la logique de placement de ceux ci Connecteur Joystick Bouton Poussoir d Initialisation Alimentation 5V carte commande LED Alimentation carte Puissance Connecteur Capteurs Inductifs Connecteur Moteur Azimut Connecteur Moteur Profondeur Switch Mode Full Half A a Connecteur PK 18F6520 E Switch UART Prog 18F6520 Switch UART Prog 18F4520 Switch UART Prog 18F4520 H f A Le Se T 2 Re ee Shc A PR L NN C E a x A VE Mare gt Du Li NAN NA Connect
33. imoteur Page 9 53 De mani re m thodique le premier prototype a t r alis avec en fait un seul moteur thermique plac au coeur de la structure et deux ailettes de direction sur les c t s cf Figure 3 Figure 3 Monomoteur Figure 4 Drone en vol en 2005 C est apr s avoir stabilis ce prototype que l quipe du drone a pu participer au concours organis par l ONERA et la DGA en 2005 Ce premier concours avait pour objectif la surveillance de terrain au dessus d un paysage urbain Il verra d ailleurs le drone Cigogne r compens d une premi re place ex quo accompagn e de la mention sc nario pour avoir survol la zone et identifi des obstacles La photographie en Figure 4 montre le drone version 2005 en vol Actuellement le drone a une forme cylindrique avec deux moteurs brushless situ s sur ses flancs Les Figures 5 et 6 montrent le drone dans cette configuration Il est galement possible de retrouver une vid o du drone en vol en suivant le lien suivant http www insa strasbourg fr medias dossier drone vol horizontal drone cigogne wmv Figure 5 Dessin CAO du drone 2009 Figure 6 Drone 2009 3 Organisation du projet Le projet est g r par un trio de professeurs Renaud KIEFER Marc VEDRINES Francois KIEFER C est un projet d velopp dans la section m catronique de l INSA Cependant le projet tant pluridisciplinaire des tudiants d autres sp cialit s sont galement mis a contribu
34. in temps de fa on a faire chuter la tension et donc le courant tir par les moteurs Les r sistances SENSE se fixent de mani re avoir une tension comprise entre 0 et 5V Avec la formule Usense Rs Lidm et avec R 19 on aura donc une tension de Usense 2V lorsque le moteur consomme 2A Pour pouvoir contr ler le courant admissible on place le potentiom tre RV cf Figure 55 sur l entr e Vref Pour limiter 2A la consommation 1l faudra donc tourner le potentiometre jusqu obtenir une tension de 2V sur la patte 15 du L297 Il faudra bien veiller au calibrage de ces potentiometre car si ils sont r gl s une tension maximale pour Vier alors les moteurs pourront tirer 10A ce qui risque d tre assez dangereux Page 37 53 3 R alisation des cartes Af n de gagner en place la station sol sera r alis e comme pr c demment sur deux cartes Commande et Puissance Deux circuits int gr s ont t choisis en CMS car il n y avait pas le choix le Ftdi ainsi que le PIC 18F6520 D autres composants plus classiques r sistances diodes condensateurs LEDs ont galement t choisis en CMS Le PIC moteur 18F4520 aurait pu tre choisi en CMS Cependant la carte tant nouvelle prototype et non une version finale et le tirage de celle ci n tant pas professionnel le format DIL standard a t pr f r celui CMS Sur les cartes pr sent es c1 apr s les plans de masse ont t retir s 3 a Typ
35. incr ment es ou d cr ment es selon le sens de rotation Les tapes de suivi des deux moteurs sont actuellement s quentielles on charge la trame on calcule le nombre de pas on bouge les moteurs puis on recommence Le syst me fonctionne donc en saccad Il serait beaucoup plus int ressant de faire une lecture en continu de la trame ainsi les moteurs tourneront en continu ce qui permettra de rendre le systeme plus fluide Cela dit les moteurs sont assez rapides pour arriver la position souhait e tr s rapidement et l chelle du d placement du drone les moteurs devraient fonctionner assez bien dans l tat actuel des choses C est d ailleurs le cas actuel lors du suivi il n y a pas de d crochage d a une vitesse trop grande du drone angle _drone_azimut 1 c Strat gie de calcul des pas moteurs latitude GPS Le calcul de l angle du drone est donn par la simple formule suivante cf la figure 35 longitude GPS longitude _ station latitude GPS latitude station Station sol latitude station N angle tan longitude _station longitude _GPS Une fois la valeur calcul e l faut galement savoir dans quel cadran le drone se Figure 62 Sch ma pour le calcul de l azimut trouve En effet la fonction arctan est une fonction de 00 vers 7 2 1 2 Cadran 3 Cadran x lt 0 amp y gt 0 x gt 0 amp y gt 0 Sur la Figure 63 la valeur des angles angle angle x angle
36. jouter ou supprimer certaines choses Le SVN fait en fait des sauvegarde sur internet Selon les cas 1l est possible d acc der l ensemble des dossiers du projet C est donc galement tr s pratique pour l change de documents au sein m me du groupe de projet Pour utiliser un SVN il faut appartenir un groupe de travail une simple adresse e mail suffit pour appartenir ce groupe Dans notre cas le SVN s appuyait sur les outils de Google Un compte Google enregistrement possible avec une adresse du type insa strasbourg fr est donc n cessaire 4 E Acura dronecigogne Projet de drone Cigogne a NNSA de Strasbourg Project Home Downloads Wiki Issues Source Search Trunk Checkout Browse Changes ri96 Hide details fginclude header h Change log r190 by pierre a insa strasbourg fr on Sep 26 2009 Diff 1 VER ERRE RARA ERAS D claration des variables globales E RE RARE RARA RARE RARA RANAS No log message 3 float pi 3 141593 er Go to Station sol Code Carte V1 main c 10 z7 Variables concernant les coordonn es absolues relatives du drone et de la station ll unsigned long latitude GPS 0 12 unsigned long latitude station Project members sign in to write a code review 13 long coord y Older revisions 14 long y i All revisions of this file 5 unsigned long longitude_GPS 0 6 unsigned long longitude_station PRES 17 long coord
37. ment dessus En effet l me fallait galement certaines informations concernant les protocoles pour interfacer correctement le Joystick le PC s occupant du suivi du drone etc Figure 17 Quelques r glages lors des essais Page 17 53 D un point de vue plus humain il a t tr s agr able de travailler dans une quipe dans laquelle r gnait une tr s bonne ambiance Le fait que nous nous connaissions tous d j a contribu justement cette bonne ambiance a FEB Bi TO LN Agora Im lsat a ES Agi frs AWG HE TL Le k Tes f 7 MAL wre ie Ne Oe Thee lA C La Pe i Figure 18 Premiers tests sur le toit du B timent C 4 Phases de Tests Toutes les phases de tests ne se sont en fait pas d roul s sur la maquette du drone 2009 Figure 6 mais plut t sur un mullet Figure 17 qui est en fait un petit avion plus stable que le drone permettant de valider un grand nombre de travaux effectu s Avec ce projet je me suis galement rendu compte de la tr s grande importance de pr voir un maximum de tests Il m a t possible d effectuer quelques tests sur les toits de INSA pour v rifier le bon asservissement de l antenne En effet travailler sur le toit permet de contourner les probl mes de r ception du GPS observ s lors des tests sur le parking de l INSA Ces tests ont permis de corriger les premiers d fauts avant les essais sur le terrain Figure 19 Essais sur le terrain Concernant les
38. n Les deux diodes D17 et DIS cf Figure 34 servent justement avoir une alimentation SV pour le Ftdi par USB m me lorsque le reste de la carte n est pas aliment Il aurait donc fallu alimenter cette porte ET par cette alimentation qui se trouve sur le point commun des diodes D17 et D18 Alimentation du Ftdi Page 30 53 Voici une photo montrant le soudage in extremis de la porte ET ainsi que la modification d alimentation Vcc AD4 DIO4 Dout CTSBar DIO7 DIN ConfigBar ON SleepBar DOB Vref RESET Associate AD5 DIC5 PWMO RSSI RTS AD6 DIO6 PWM AD3 DIOS reserved AD2 DIO2 DTRBar SLEEP_RQDI8 AD1 DIO1 Gnd ADO DIOO 1 2 3 4 5 6 i 8 9 0 i Figure 41 C blage du Xbee La diode D14 sert a viter que lors de la reprogrammation du Xbee un signal puisse tre envoy sur le PIC 18F6520 il ne s agit que d une s curit R18 et R19 forment le pont diviseur de tension 5V 3 3V La porte ET se charge donc de rehausser la tension 3 3V 5V Et enfin pour permettre de le reprogrammer sans avoir a d brancher le Xbee un interrupteur a t ajout Cet interrupteur deconnecte le 18F6520 de l USB PC pour permettre la communication bidirectionnelle entre le PC USB et le Xbee sans cet interrupteur on n aurait que le sens Xbee PC 2 c C blage des PICs Les PICs sont cadenc s a 12 MHz par un quartz ext rieur En plus de leurs connectiques essentielles capteurs commande des puces etc 1ls s
39. n permettant d acc der aux tensions 12V 5V et 3 3V 2 g Commande des moteurs xs Nous avons 2 moteurs pas pas contr ler Un moteur pas pas est un ensemble de bobinages que l on peut alimenter ind pendamment les uns des autres En alimentant certaines bobines du stator on peut donc orienter le rotor aimant permanent selon des directions privil gi es Selon le nombre de phases du moteur et le nombre de paires de p les un moteur pas pas poss de un certain nombre de positions privil gi es En alimentant donc certaines bobines les unes apr s les autres on peut donc faire avancer le moteur de pas en pas cf Figure 53 one phase on drive Figure 53 les 2 fonctionnements possibles en mode FULL Pour alimenter un moteur on utilise tr s souvent des hacheurs int gr s de type L298 Ici il s agit d un moteur pas pas La commande n est pas forc ment vidente Il existe des composants L297 qui remplissent la fonction de driver de moteur pas pas Page 36 53 Le sch ma en Figure 27 est issu de la datasheet du L297 qui propose un sch ma tout fait de commande de moteur pas pas A ce sch ma de base certains ajouts ont t faits un potentiom tre de contr le du courant admissible a t ajout cf Figure 55 ainsi qu un interrupteur permettant de s lectionner le mode de commande du hacheur L298 INHI INH2 ou bien A B C D Ces deux modes de commande sont expliqu s dans la datasheet
40. n publique des projets de chaque quipe essais outdoors et indoors Du c t des quipes on retrouve principalement des quipes cor ennes et fran aises beaucoup d coles d a ronautique et aviation C t professionnel on retrouve l ONERA la DGA Repr sentants de l arm e am ricaine etc sH PELIN Figure 21 Pr sentation lors de la conf rence Les essais outdoors pour ces essais un certain nombre de points tait attribu aux groupes qui arrivaient faire un atterrissage pr cis un largage une crevaison de ballon une localisation de v hicule et ou le passage sous une arche Des bonus taient accord s aux quipes qui r alisaient ces missions en autonome ou par guidage aux lunettes hit balloon fly arch lrough arch locate vehicle es BN paintball drop choose zone based on color of uniforms Figure 22 Essais outdoors Figure 23 Mission outdoors Page 20 53 Les essais indoors se d roulaient en deux parties Une des deux missions tait d entrer dans une pi ce de r cup rer un objet pos sur une table de le d poser sur une zone sp ciale et d atterrir sur une plateforme pr vue oojact release 2078 landing platform paller iil ry a ae Figure 24 Essais indoors Figure 25 Mission outdoors Pour plus d informations sur cette conf rence il est possible de visiter le site en suivant le lien suivant http www emav2009 org Page 21 53 Page 22 5
41. ncernant l aspect projet j ai trouv la fa on de travailler tr s agr able Tout d abord l ambiance au sein de l quipe de travail tait particuli rement amicale Il tait possible de se rattacher ou demander conseil quelqu un d autre Pendant les deux mois du stage le travail a t intensif avec assez r guli rement des heures de travail en plus L aspect essais sur le terrain m a galement montr l importance d avoir des p riodes de tests pour valider un maximum de points Durant ce stage j ai galement d couvert le monde de l a romod lisme Travailler sur un projet aussi innovant a aussi t tr s enrichissant En effet ce stage m a donn une vision bien plus pr cise de ce monde et en particulier des probl mes auxquels peuvent tre confront s les cr ateurs de tels engins J ai par ailleurs eu l occasion de c toyer le milieu des drones au plus pr s lors de la conf rence sur les UAV EMAV 2009 qui s est tenue Delft Remerciements Je souhaiterai remercier tout particuli rement Mr Renaud Kiefer qui a rendu ce stage possible mais galement mes camarades de projet qui ont contribu une tr s bonne ambiance au sein de l quipe de projet Page 53 53
42. nsion cf Figure 36 b utilisant une diode et une r sistance de tirage avait t choisie et m me malheureusement valid e jusqu au typon Le principe de ce montage est le suivant On choisit une diode dont la chute de tension vaut 1V Cette diode sera toujours passante ainsi lorsque A 3 3V B vaut 4 3V et lorsque A OV B vaut 1V En fait il se trouve que ce montage risque de ne pas marcher aux vues des niveaux de tension des PIC et du Xbee En regardant dans les datasheet du Xbee et du PIC on peut retrouver les valeur limites des tats hauts et bas Voici ces valeurs en Volts pour le Xbee Voy Vee 0 5 a VoL 0 5 Pour le PIC Vin 0 8 Vpp a Vit 0 2 Vpp Si un niveau haut mis par le Xbee est trop faible 2 8V celui ci sera rehauss a 3 8V mais ne pourra pas tre reconnu comme un tat particulier par le PIC qui a une plage inconnue de IV a 4V lorsqu il est aliment 5 0V Par ailleurs m me l tat bas ne sera pas reconnu car il est trop haut Figure 37 Incompatibilit s des niveaux de tension Page 29 53 cause de ce d sagr ment beaucoup de temps a t perdu Pour r aliser cette adaptation jai donc pens au d but utiliser un transistor mais il n tait pas possible d utiliser un unique transistor bipolaire pour r aliser cette fonction cf Figure 38 Inverseur Ne fonctionne pas V out lt Vin Figure 38 Exemples de montages transistor bipolaires En ayant parl
43. on carte commande C m A E 3 af Pon T I Lay FEE A Figure 56 a Carte Commande Figure 56 b Carte Commande Station sol V2 Station sol V2 Typon Corrig Apres d bogage de la carte le typon a t modifi En effet voici un listing des d faut relev s sur ce premier typon Probleme avec le montage rehausseur de tension Diode R sistance remplac par une porte ET a alimenter par le point commun des diodes D17 et D18 ce qui n est pas fait sur la V2 modifi e Le package du connecteur DIL10 n est pas bon si on utilise un plan de masse toutes les pattes taient reli es Remplacement de ce package par le package d origine en utilisant l option Change Layer Solder Side Le connecteur RJ1 lest mal situ car lorsque l on superpose cette carte avec la carte puissance ce connecteur est mal situ au niveau du radiateur du hacheur du moteur de profondeur Une deuxi me LED d tat d alimentation de la carte commande a t ajout e Page 38 53 3 b Typon carte puissance LLC NY al fe Sd an f Te TEs Figure 57 a Carte Puissance Figure 57 b Carte Puissance Station sol V2 Station sol V2 Typon Corrig Cette carte poss de elle aussi quelques d fauts Package des R sistances SENSE R22 et R23 Le r gulateur est trop proche des connecteurs autour Il faudra pr voir un emplacement pour un dissipateur V r
44. ont tous les deux quip s d un jeu de 6 Page 31 53 LEDs de d bogage 4 vertes et 2 rouges Le connecteur faisant office de programmateur PicKit2 peut galement servir de d bogage par UART seul un interrupteur doit tre bascul Figure 46 Les deux PICs sont d coupl s par un condensateur CMS de 100nF plac s sur le typon au plus proche des PICs Les ponts diviseurs form s des r sistances R13 R16 permettent d adapter le signal 12V issu des capteurs de inductifs mont s sur l antenne cf Figure 42 La r sistance R12 est bien entendu une r sistance de tirage vitant un court circuit de l alimentation lors de l appui sur le bouton Ce bouton est le bouton Init d initialisation de la station sol Lors du d veloppement de la carte une id e a t mise concernant une initialisation compl tement automatis e de la station gr ce un compas une boussole Cette boussole cf Figure 43 a t d velopp e par Emmanuel Roussel Pour plus de d tails concernant une impl mentation de celle c l faudrait voir le rapport la concernant Entr es Sorties Capteurs Inductifs RAO ANO C1IN RA1 AN1 C2IN BRE Ella 2 3 4 5 6 T 4 3 Osc2_Pic4520 gt Osc1_Pic4520 gt VVVVVVV RA7 OSC1 CLKI RBO AN12 FLTO INTO RB1 AN10 INT1 Init I Capteur Azimut gt Capteur Profondeur gt Compas gt SLBB ERE Boussole Compas Bouton INIT PGD Posen S RD7 PSP7 P1D 5V_ Alim Commande REO RD AN5 R
45. ord Wagner interface Labview sur PC et Emmanuel Roussel D veloppement d un Joystick commande de haut niveau d veloppement d un compas Au total nous tions 7 l ves lectroniciens travailler en stage sur ce projet 4 Details des diff rents groupes de travail 4 a Groupe lectronique embarqu e Tout d abord il y a le groupe d lectronique embarqu e IHM La carte m re permettant de contr ler le drone est entour d un grand nombre de p riph riques carte capteur GPS Centrale Inertielle Radio Commande metteur Xbee Sur la Figure 7 est repr sent e l architecture de cette carte GPS batterie EM406 propulsion brushiess IM cn cn barom tre PPZAR eee tube a tube de pro e CAMX support de CAMY cam ra 6520 IL echangeur fm calculateur pwn uART donn es ART dsPIC6014 u RC UART r cepteur t l com 12C5 0 centrale port inertielle disponible 3DMGX2 12C3 3 SRF08 port telemetre disponible 12C ultrason La grosse partie du travail dans ce groupe de travail est la programmation des microcontr leurs g rant la commande des moteurs et des servo moteurs asservissement en fonction des donn es re ues provenant de l ensemble des capteurs et de la Radiocommande Le groupe de travail a connu un grand nombre de participants dont notamment deux l ves lectroniciens en par Le travail sur cette carte sera prolong en PRT avec certainement une modif
46. ou bien cr er deux trames diff rentes envoy es tour a tour Tout d pend de ce qui est pr f rable pour la carte mere embarqu e Page 48 53 VI Mode d emploi de la station sol V2 L alimentation de la carte se fait par une batterie 12V qui peut fournir suffisamment de courant des tests sur des alimentations stabilis es de labo n ont pas t concluant puisque les moteurs consommaient beaucoup trop pour celles c1 Brancher le Xbee et v rifier la configuration du Xbee Au d but seule la LED 1 s allumera Appuyer sur le bouton INTT Une fois que le drone est d marr et que la carte capteur du drone envoie la trame GPS correctement la LED 2 s allumera Commence alors la routine de tracking La LED 3 clignotera a chaque actualisation Configurer le Xbee A Lorsque le Xbee est branch et que l interrupteur plac c t est cal sur la position Xbee on peut brancher un c ble USB sur le connecteur USB de la carte c est le m me c ble que ceux des PICKit2 Lors de la premi re installation l ordinateur d tectera un composant FT232RL Il faudra installer son driver Il faut ensuite lancer le logiciel X Ctu Figure 67 Configuration des Xbee 2 X CTU A O Com test Query Modem X CTU COM5 About Communication with modem OK Remote Configuration PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration panel re 1083 PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration Com Port S
47. par l enduit de r sine poxy plac sous vide pendant 24 heures Les deux parties sont ensuite assembl es et coll es pour former l aile finale 4 c Groupe Vision Le groupe vision se concentre sur deux aspects la capture de vid os bord du drone et l mission de cette vid o en direct soit sur un ordinateur soit sur des lunettes de vision 3D cf Figure 10 Les lunettes 3D quant a elles impriment la vid o accompagn ventuellement d une incrustation d information capteurs tel que la vitesse l altitude etc Figure 10 Lunettes 3D Page 12 53 Concernant la cam ra elle est orientable dans toutes les directions gr ce deux servo moteurs Cet ensemble est mont a l avant du drone comme on peut le voir sur la Figure 11 Figure 11 Cam ra orientable 4 d Groupe Station sol Il s agit du groupe que j ai int gr Ce groupe s occupe logiquement de la m canique de la station ainsi que de l lectronique qui va permettre de communiquer avec le drone pour lui fournir des consignes La station cf Figure 12 sol permet de diriger des informations ains que de faire un suivi d antenne cf Figure 13 ces deux activit s s ajoute galement l activit topographique qui s occupe de r ceptionner les images 1ssues de la cam ra et de les traiter des fins topographiques 3 Figure 12 Carte lectronique Figure 13 Antenne motoris e Page 13 53 Page 14 53 II
48. s rien d autre ne pas appuyer sur Entr e non plus Un message OK devrait apparaitre a c t de S1 cette communication ne fonctionne pas modifier les parametres du Xbee Channel C ID 3332 DH 0 DL 0 ainsi que le Baudrate 9600 Le Xbee est maintenant op rationnel Page 49 53 Page 50 53 VII Evolutions futures La carte station sol V2 n a pas pu tre valid e Il faudrait donc pouvoir v rifier son bon fonctionnement Avant de continuer modifier la carte et le code l serait tr s int ressant de pouvoir valider celle ci enti rement En effet bien que certains tests aient t concluants il faudrait poursuivre cette s rie de test Tester toutes les communications Xbee PIC moteur Normalement Valid e Xbee gt PIC aiguilleur Fonctionnait un moment avant modifications Figure 13 et 14 Xbee gt PC USB switch sur Xbee Valid e PIC Aiguilleur PC USB switch sur Rx2 Non Test e PC USB PIC Aiguilleur Fonctionnait avant modifications Aiguilleur Incrustation Vid o Non Test e Une fois toutes les communications v rifi es 1l faudra peut tre songer reposer une diode faible chute de tension cf I 2 2 b et v rifier s les communications fonctionnent toujours Concernant le code en lui m me celui ci n a jamais t test enti rement sur la V2 car n ayant plus de disponibilit s de la trame GPS Sur la carte V1 celui ci a fonctionn assez bien P
49. signaux UART en signaux USB directement lisibles par un ordinateur gr ce a un logiciel comme X CTU L ordinateur qui est en fait l interface graphique r cup re donc les informations de la trame GPS coordonn es altitude vitesse etc et renvoie une trame PID corrections des PID s lection des waypoints affichage d informations sur l incrustation vid o par le biais du 18F6520 Ce dernier le PIC d aiguillage va r cup rer les consignes Joystick les PID et va les retransmettre par Xbee de fa on structur e Il a galement t convenu que le PC enverrai une premi re trame indiquant quelles indications devaient tre imprim es sur les lunettes cf explication sur le code de ce PIC Le pic d aiguillage se chargera donc d envoyer r guli rement les informations afficher sur la lunette Le c blage de ce composant est indiqu sur le sch ma ci dessous Les diodes D17 et D18 permettent d viter un conflit entre les alimentations de l USB et celle de la carte En effet si ces diodes n taient pas la il y aurait le 5V USB qui irait directement sur le 5V r gul de la batterie Dans tous les cas le FTDI sera aliment par une seule des deux tensions la plus grande et les deux alimentations resteront s par es l une de l autre 5V Alim Commande IN Dis FTDI XBEE D17 W nuaw FT232RL 1N4148W O 4 5 3 1 2 9 1 6 Figure 34 FTDI Figure 35 Carte USB S rie Xbee Page 28 53 Le FTDI es
50. t un composant tr s pratique Gr ce ce composant il a t possible de remplacer la grosse puce USBMOD3 pr c demment install e sur la station sol VI En regardant bien USBMOD3 int gre lui m me un FTDI Par ailleurs le FTDI cr une alimentation de 3 3V que l on peut r utiliser sur la carte pour alimenter le Xbee On vite ainsi l ajout d un composant qui remplirait cette fonction Cependant cette alimentation 3 3V fluctue entre 3V et 3 6V avec un courant admissible de 50mA Le Xbee PRO pouvant consommer un peu plus l faudra donc faire attention a ce param tre la En effet sur la datasheet l n est pas indiqu clairement les courants consomm s On peut cependant se r f rer aux valeurs des courants RX et TX 3 3V respectivement 55mA et 215mA Lors de plusieurs essais la carte de test USB S rie Xbee cf Figure 35 a parfaitement bien fonctionn 2 b C blage du Xbee Les niveaux fournis par le Xbee ne sont pas directement des signaux compatibles ceux des PIC Il fallait donc adapter la l entr e IN du Xbee 5V 3 3V ainsi que la sortie OUT du Xbee 5V R 47 D 1N4148W B A 3 3V 5V Sortie 5V Xbee Sortie 3 3V Xbee Figure 36 a Figure 36 b Rehausseur de tension Abaisseur de tension Pour la conversion 5V 3 3V l adaptation s est faite par un simple pont de r sistance cf Figure 36 a Et pour la conversion 3 3V SV initialement l id e d un montage rehausseur de te
51. te commande 3 b Typon carte puissance 3 c Prototype de la station 3 d Commande des composants 3 e Tests effectu es sur la carte puissance V Descriptif du programme Page 43 1 PIC motorisation 1 a Organigramme 1 b Fonctionnement du code 1 c Strat gie de calcul des pas moteurs 1 d D tails du code 2 PIC changeur Id es pour le code VI Mode d emploi de la station sol V2 Page 49 Configurer le Xbee VII Evolutions futurs Page 51 Conclusion Page 53 Page 7 53 Page 8 53 I Le projet Drone 1 Les drones Un drone est un v hicule volant non habit qui peut tre autonome ou assist par un pilote au sol Le terme drone vient de l anglais bourdonnement commun au bruit de nombreux drone et en anglais un drone se dit UAV Unmanned Aerial Vehicle La plupart des drones que l on retrouve actuellement trouvent leurs applications dans le domaine militaire Ils ont pour but la surveillance et l observation a rienne Selon la nature de sa mission un drone aura des dimensions un fuselage un poids bien particulier l inverse de l aviation ou de l a romod lisme il n y a donc pas de forme clairement d finie pour un drone Sur la Figure 1 on peut voir un ensemble de drones de tailles compl tement diff rentes On peut de mani re g n rale classer les drones selon diff rentes caract ristiques tels que la taille leur altitude de travail et leur objectif 1 Le Drone Predator de l arm
52. tion G nie Electrique Plasturgie M canique Topographie etc Le d veloppement du drone est rendu possible grace aux laboratoires des diff rentes sp cialit s de l cole La totalit du drone est r alis e au sein de l INSA moulage pi ce m caniques d veloppement des cartes lectronique traitement des images Le projet s articule autour de quatre grands groupes de travail L quipe Interface Homme Machine qui est charg e du d veloppement de toute l lectronique embarqu e sur le drone Cela comprend les parties acquisition traitement et transmission des donn es L quipe M canique charg e de la conception et la fabrication de la structure du drone Page 10 53 L quipe Vision s occupant du test et de la r alisation des diff rents prototypes de syst mes de vision embarqu e L quipe Station Sol r alise les infrastructures n cessaires au contr le et au suivi du vol Cela comprend une interface graphique ainsi qu une infrastructure de lancement du drone et un systeme de suivi de trajectoire de l antenne au sol Pour ma part j ai donc travaill dans l quipe station sol J ai repris le projet des tudiants m catroniciens pr c dents Je me suis occup en particulier de l am lioration de la station sol code et carte lectronique ainsi que de la mise en place d une communication s rie avec un ordinateur Pour ce faire j a travaill avec deux camarades de classe Gayl
53. travail je n ai pas pu corriger les d fauts pendant les deux mois du stage J ai cependant souhait continuer travailler sur la station sol pour pouvoir corriger les d fauts majeurs Il faudra malgr tout tester cette nouvelle carte pour la valider enti rement Page 3 53 Page 4 53 Sommaire Resume Page 3 I Le projet Drone Page 9 1 Les drones 2 Initiative du projet 3 Organisation du projet quipe 4 D tails des diff rents groupes de travail II Organisation du travail pendant le stage Page 15 1 Diagramme de Gantt 2 Archivage des fichiers SVN 3 Travail en quipe 4 Phases de Tests 5 Pr sentation publique du projet 5 a Journ es Portes Ouvertes l a rodrome du polygone 5 b Conf rence EMAV 2009 Pays Bas Objectif de l EMAV Contenu essais des quipes III Descriptif de la station sol Page 23 1 R le de la station sol 2 Sch ma du drone en vol 3 Diagramme de fonctionnement 4 Coordonn es GPS IV Descriptif de la carte lectronique Page 27 1 Contexte de la station sol 1 a Choix des microcontr leurs 1 b Organisation de la carte 2 Details des diff rents composants de la station sol Page 5 53 Page 6 53 2 a C blage du FTDI 2 b C blage du Xbee 2 c C blage des PICs 2 d Connecteur RJ11 2 e Connecteur DIL10 Carte Commande Puissance 2 f Gestion de l alimentation 2 g Commande des moteurs 3 R alisation des cartes 3 a Typon car
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