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Contrôle d`un système de tracking optique

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1. i E E E J Figure 5 Source infrarouge et alimentation 12V Cette source est compos e d une led rouge qui sert de t moin de fonctionnement On alimente la source infrarouge directement avec une alimentation continue de 12v environ En fait n mode d emploi ni document n tait fourni avec cette source J ai d aller au laboratoire d optique au sous sol pour r aliser certaines mesures avec cette source La personne en charge de ce laboratoire m a conseill d alimenter cette source 12V environ HSDL 4230 r f rence de chez Distrelec 630420 Angle de rayonnement 17 Longueur d onde 875nm Intensit radian Strahlst rke Ig 150 mW sr Ip 100 mA Grande puissance de sortie Vitesse lev e Temps de mont e 40ns Courant nominal 100 mA Courant de cr te max 500 mA Caract ristiques des leds infrarouges 18 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P diteur Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef w Ee Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Nombre de led infrarouge 19 les leds sont inclin es diff remment les unes des autres Port e du signal infrarouge La puissance par secteur irradi par unit irradiance EI diminue avec le carr de la distance de la source r m depuis la source Ainsi la relation entre l irradiance et l intensit donne KI le 2 F Nous pouvons calculer la distance maximum
2. l zip library zl circuit lib zl circuit _ampli lib zl connecteur _C167CR infineon lib Cuckoo JI 6203 File name Open Files of type Library File Ta Cancel 36 E Ecole d ing nieurs cn II Ars Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Of 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Dans le Source Browser gauche appara t cette fen tre Se oi xl Jon Courtes D DEFAULT_LIBRAR SET GH O pcad6203 ib EI Components E Patterns E Symbols 0 Apcad circuit_ ampli lib 7 Components M Patterns E Symbols C pcad connecteur LIP infineon lib DI Components JE Patterns E Symbols 0 pcead Cuckoo lib Components E Patterns 4 Symbols 0 peadhcircuit lib D Components JE Patterns E Symbols Dans chaque librairie on trouve les diff rents composants leur pattern et leur symbole Si l on clique dans la librairie components et que l on va chercher le L6203 on pourra voir toutes les informations de ce composant tel son symbole n II 37 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences So
3. nous allons d abord vite tourner la t te puis une fois que l il gauche va commencer distinguer la source nous allons tourner la t te moins rapidement et ce de plus en plus lentement jusqu ce que notre t te et notre regard soit centr instant 2 angle de Instant 1 FR Ss VU Instant 2 La lampe torche repr sente la source infrarouge et les 2 yeux repr sentent les photodiodes du dessus ou du bas du capteur 4 quadrants 1 et 3 ou 4 et 2 C est cette m thode qui sera utilis e pour aligner notre capteur optique selon l azimut On peut voir la figure suivante une vue de dessus du capteur optique les fl ches indiquent les 2 sens de rotation dans lequel se d placera le capteur gr ce au moteur azimut Centre de l axe de rotation du moteur azimut Figure 9 Vue de dessus du capteur optique et positionnement selon l azimut 21 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof MI Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Cet exemple montrait la m thode pour se positionner selon l azimut pour se positionner selon l l vation diverses possibilit s existent comme utiliser les photodiodes 3 et 4 ou 1 et 2 Centre de l axe de rotation du moteur El vation Figure 10 Vue de cot du capteur optique et positionnement selon l
4. 1 Lance le PWM Timer 1 while 1 PW1 ad conv 0 Iretourne nouvelle valeur de PW1 End of program 62 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences 8 3 Le programme final Le programme qui va suivre est celui qui a t utilis pour r guler la position du capteur optique en face de la source infrarouge Les tapes de ce programme sont les suivantes Il faut d abord lire les tensions provenant des 2 photodiodes sur P5 0 et P5 1 Selon les valeurs de ces 2 photodiodes 1l faut positionner le moteur plusieurs tests sont alors n cessaires Le 1 test effectuer est de v rifier si le capteur optique d tecte un signal Si ce n est pas le cas on fait tourner le moteur jusqu ce qu on d tecte un signal De plus dans ce test on peut r gler le niveau de d tection selon le bruit provenant du signal de la photodiode Si le circuit fournit des signaux ayant beaucoup de bruit on peut mesurer ce bruit l oscilloscope et en d duire que si le signal re u n est pas au del de cette valeur de bruit il ne faut pas en prendre compte Quand un signal commence tre per u il faut v rifier laquelle des 2 photodiodes fournit le plus grand signal Celle qui fournira le plus grand signal
5. Cutoff _Highpass 22BCetv7n 1 91007k Cutoff_Lowpass_3dB v 431 39 881 85k 50 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences D termination de l effet de la capacit de 100pF Effet de la capacit de 100pF sur le IT AOP on la retire Gain dB FT EI H 180 z SDIDIE 1 8KHz 3 BKHZ 16KHz 3 8KHZ 146KHzZ J646KHZ 1 6HHz o DE U US Bandidth_Bandhass 3484311 Cutoff _Highpass _3dE V 31 Cutoff_Lovwpass_ 357 115 07 225k La capacit de 100pF diminue la bande passante cela ajoute 20dB dec car c est un passe bas car sa fr quence de coupure est vers 48kHz 51 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Sch ma pour la mesure du diagramme de Bode 33 k hras Ta Eq Les ampls Op sont des TLO82 On place un GBF en entr e du montage On att nue la tension afin de ne pas saturer la sortie des amplis Pour ce test les AOP TL082 ont t utilis s Pour mesurer la r ponse en amplitude on mesure la tension U1 et U2 selon la fr quence du GBF Ra la place de la photodiode on met un g n rateur de basse fr quence GBF pour tre plus pr cis dans la mes
6. Ea Specials Reserve Small Model Listing Miscellaneous Format Format Options Linker Locator Libraries blemon T TASKING internal C166 format Lou F Motorola records for EPROM programmers Late IT Intel HE records for EPROM programmers hes T Library for TASKING Linker lib F Linker object several ob files linked together ko IT ontron emulator needs kaseb b evel format sym and ol IT Hitex emulator needs sp16 ta exe format LHts Start address Additional formatter options can be set in the Format Options tab sl Annuler Crefaults Aide Cela permet de choisir le format de sortie on pourra ainsi utiliser le d buggeur Tasking Cross View Pro Small Model Default 13 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Il faut ensuite ajouter des options pour le rendre conpatible avec Tasking Cross View Pro C16625 710 CrossView Pro Debugger Options LED CLIGNOTE Communication Logging Miscellaneous Debugger RADM Communication Execution Environment Simulator Ce B M DAM monitor DCD In Circuit Emulator User defined Phytec MinitAODUL 1E67CR is 4 lt Bawse a Annuler Defaults Aide Options string e Finalement on peut compiler et linker
7. Errors Filters Ef test5 0 Projects Froject Space C clEbresamples jei Projects fe Ip Add Hew Project to Project Space Current Director CL c166 examples ulien 23 avnltest4 Filename E C6 esamples quien 235 owrfestd ed clignote vw Look in same directory for external makefile Makefile Type E suta spe makere UK Cancel Help 11 Valider par OK Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO s de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Il faut ajouter les fichiers sources Start ASM et Blinky c en cliquant sur l ic ne Directories Members Tools Errors Filters Project Ch Mullen Ai avnltestd Led chopgpte ot LPHY asc ont 6 M Deros T asking blink BLINE L Start asm doit tre ajout chaque projet il s agit d un fichier de Startup pour les programmes en langage C pour la famille de processeur C167 Blinky c contient le code source en langage C du progamme permettant de faire clignoter la led Son contenu sera d crit plus loin Valider par OK On trouve ainsi cette disposition de fichier dans notre projet Project Ch testo psp l fest 1 Froject air Led_clignote D File D Source Files in ETES La START ASM Header Files Froject Files Resources Other Files D s lors il faut configurer
8. rep re 2 et relier la masse rep re 3 A partir du capteur optique il faut relier le fil provenant d une photodiode sur un des connecteurs pr vus cet effet sur la carte rep re 4 Un autre connecteur permet le branchement d une 2 me photodiode rep re 5 Il faut relier la masse du capteur optique sur le connecteur situ proximit du rep re 4 La sortie de la 1 re photodiode est disponible sur la carte au rep re 6 La sortie de la 2 photodiode est disponible sur la carte au rep re 7 35 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique r Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Un oscilloscope peut tre utilis pour v rifier le bon fonctionnement de l ensemble Une entr e de l oscillo pourra tre branch e sur le rep re 8 la sortie du condensateur en bougeant le capteur optique on doit retrouver le signal 40 kHz sans composante continue Sur le rep re 6 ou 7 on devra voir la tension continue varier entre 0 et 5V environ cela d pend de la distance entre la source infrarouge et le capteur optique Si la tension varie en dehors de cette plage il suffit d utiliser les 2 potentiom tres rep re 9 et de v rifier la tension l aide d un voltm tre Pour r gler sur la bande passante et la fr quence centrale du signal recevoir faire l ajustement sur le pot
9. sur l entr e PWM2 du circuit de puissance du moter 2 Entr es analogiques I Photodiode 1 Photodiode 2 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 8 4 Probl mes rencontr s Plusieurs probl mes se posent Si aucun signal n est d tect le moteur continuera tourner l infini Pour r soudre ce probl me 1il serait utile de v rifier quand le moteur r aliser 1 tour Des capteurs hall sont disponibles dans l axe mais le temps ne m a pas permis de les utiliser Le programme tourne toujours en boucle peut tre que l utilisation de timer aurait t pr ferrable mais dans un sens cela ne nous g ne pas car la t che du microcontroleur n est d vou e qu ce programme L utilisation de timer et donc d interruption serait une optimisation La lecture sur les photodiodes s effectueraient tous les x millisecondes L impl mentation des 2 autres photodiodes permettraient de centrer le capteur optique selon l l vation Cela n a pas t r alis et cela ne devait tre fait qu en cas o le temps me le permettrait De plus il semble qu une photodiode ne marche pas correctement Le moteur qui permet de r gler la position selon l l vation a t r par 3 semaines de la fin du projet C est ce moment que
10. EDE pour le faire fonctionner avec notre uC Pour cela aller dans le menu EDE gt Project Option gt CPU gt C167CR Puis valider par OK C1667510 Project Options LED_CLIGNOTE PJT Language CPU Bypasses Bypasses CPU Selection CRU type 12 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Ensuite aller dans le menu EDE gt Bus Configuration gt et faites les changements d sign s par les fl ches Dans l onglet Busconl C166 5 7110 Bus Configuration LED_CLIGHOTE PJT Euscon Addrselz Euscons Addrsels Euscorn Addrzel4 Advanced Advanced Advanced Configuration EusconQ Busconl Addrsel Esternal Bus Configuration for Chip Select 1 MF Enable address window Memon cycle time wait states Read Write signal delay Extra delay time 0 5 state Memory tri state delay Extra delay time 1 state 16 bit demultiplexed External bus configuration Dans l onglet Addrsel1 Configuration Euscon Eusconl Addrsel Address Window for Chip Select 1 Range size 256 KB window Range start address bits AA 4721 Valider par OK Dans le menu EDE gt Linker Locator Options Faire les modifications suivantes Output Fomat C166 5710 Linker Locator Options LED_CLIGHOTE PJT
11. Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences else 1f ecart lt 30 0 tourner sens inverse aiguille montre lancer PWM2 PW1 40000 PTR1 0 PW2 Force ecart PTR2 fin else fin du while End of program Ce programme marche correctement en pratique 1l permet de bien centrer le capteur optique en face de la source infrarouge En vue d une impl mentation des 2 autres photodiodes voici les 4 unit s PWM disponibles sur le microcontr leur Tabl T T Alternate Functions of Port 7 Port 7 Pin Alt ernat Function Hr 0 POUT 0 PWM model Channel 0 output P7 1 POUT1 PWM model Channel 1 output PT 2 FOUT 2 PWM model channel 4 output PT A POUT3 PWM Model Channel 3 output 67 Projet de semestre 2003 Prof M J Lahlou Marguet Julien dpt Electricit GND relier sur la masse du circuit de puissance en pont Alimentation 5v pour VAREF Entr e 1 analogique de 0 5V max Entr e 2 analogique de 0 5V max sa masse relier Alimentation Ov Laboratoire de R gulation et d Automatique Syst me de tracking optique POUTI P7 1 Sortie de la PWM1 Reli sur l entr e PWMI du circuit de puissance du moteur AREF P5 10 VAGND P5 11 VAGND P5 12 VAGND P5 13 VAGND P5 14 VAGND P5 15 E T EE 68 D D D Ecole d ing nieurs e de l Arc jurassien University of Apnlied Sciences POUT2 Lage Sortie de la PWM2 Reli
12. La photodiode 3 va commencer d tecter la source Un test dans le programme devra r alis cette op ration Si le niveau de tension de la photodiode 3 est sup rieure celui de la photodiode 1 alors tourne dans le sens anti horaire Quand ces 2 niveaux de tension sont les m mes alors arr te le moteur 25 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Vision des 2 photodiodes SOUTCE infrarouge Photodiode 3 Photodiode 1 Moteur azimut Comme vu auparavant on sait que la photodiode met du courant selon la longueur d onde quelle re oit La photodiode utilis e est sensible au domaine de l infrarouge ce domaine est pr sent presque partout mais avec des niveaux diff rents de puissance De plus des sources infrarouges comme les pointeurs utilis s lors des conf rences sont facilement disponibles dans le commerce Quelqu un qui s amuserait pointer son faisceau infrarouge en face de ce capteur pourrait fausser le positionnement Les concepteurs de la source infrarouge ont donc pens impl menter une modulation 40kHz Le montage qui recevra ce signal devra donc tre sensible non pas la composant continue du signal mais au signal modul 40 kHz Ainsi le circuit traitant ce signal modul doit d abord comporter une pr
13. P7 1 POUT 1 autorise le signal de sortie Si DEN l f precaution les 2 PWM arr t es PTR1 0 PTR2 0 while 1 tourne a l infin1 Lecture des 2 tensions en entr e Photol ad_conv O P5 0 Photo2 ad_conv 1 P5 1 1f Photol lt 400 0 amp amp Photo2 lt 400 0 test si le signal d entr e est faible si oui faire tourner le moteur 100 correspond un signal de 0 5V remarque ce test est dangereux car si le signal est faible le St moteur ne trouvera jamais le signal g tourne sens aiguille montre PW2 40000 freine et arrete la PWM2 PTR2 0 PW1 30000 Ava lentement PTR1 1 lance la PWMI else c est donc qu un signal a t d tect Calcul de l ecart en pourcentage ecart Photol Photo2 ecart ecart 100 ecart ecart 1023 0 100 lt ecart lt 100 if ecart lt 30 0 amp amp ecart gt 30 0 Jet oui stop les 2 PWM car le capteur optique est align en face de la source PW1 40000 top PWMI1 PW2 40000 top PWM2 PTR1 0 PTR2 0 else 1f ecart gt 30 0 tourner sens aiguille montre et lancer PWMI1 PW2 40000 Jarrete PWM2 PTR2 0 PW1 Force ecart calcul la valeur recharger dans PWM1 Plus l ecart est grand et plus la vitesse sera grande PTR1 1 active PWM1 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e f diteur a g Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet
14. amplification du signal provenant de la photodiode Ensuite ce signal est filtr pour ne garder que le signal de 40KH7 Un redressement intervient alors le signal est nouveau amplifi du fait que l amplitude baisse durant le filtrage et le redressement Un filtre permet enfin d obtenir la tension continue Finalement il faut veiller ce que la tension d livr e soit compatible avec l entr e TTL du microcontr leur 0 5V il faut donc limiter la tension qui arrive sur l entr e analogique 26 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dp t Electricit University of Apnlied Sciences Voici le r sum des op rations pour traiter le signal provenant d une photodiode Les m mes op rations sont effectuer autant de fois qu il y a de photodiode Source infrarouge Photodiode Pr Amplification Filtrage Redressement Amplification Tension continue filtre Limitation de la tension Entr e analogique du microcontr leur 21 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 3 2 La pr amplification Les signaux issus des photodiodes ne sont pas des tensions mais des courants tr s f
15. c P5 8 P5 9 D VAGND Ov 5y max P5 11 Ov VAGND P5 12 VAGND P5 13 VAGND P5 14 VAGND P5 15 O CrO G O O OO GSU O 57 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef gg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Comme on le voit dans cet exemple P5 0 est reli une source de tension sur lequel on fait varier la tension de 0 5V max Le programme pour r aliser cette acquisition de tension est le suivant Programme source ADCI C NOR RER PE ER Ce ADC1 c A D Converter Routine for own Channel PAR OR ONE ER SSSR ESS RER eg include lt REG167 H gt Register Set of 80C167 controller include lt stdio h gt Standard IO functions unsigned int Result Jeune PPS PRO ES ER Sel main program void main void while 1 init AD Converter ADCON 0x00 A D Converter Channel Single Choix de P5 0 Channel Conversion ADST 1 Debut conversion E while ADBSY Attente fin de conversion SI Result ADDAT amp Ox03FF Resultat de la conversion Test Soit VAREF fix 4 99V et la tension sur l entr e analogique P5 0 est fix e 4 00V Testons le programme ci dessus dans Cross View On peut en effet voir le r sultat qui se trouve dans les diff rents registres C est dans ADDAT qu est mis le r sultat Le registre ADDAT
16. circuit 7 3 1 Strat gie de traitement du signal Pour aligner le capteur optique en face de la source infrarouge en azimut il est n cessaire de traiter les signaux provenant des photodiodes Ici le principe du traitement du signal pour une seule photodiode est d crit Les photodiodes mettent du courant gr ce au montage de pr amplification c est sur les tensions alternatives que le traitement aura lieu Le but du montage est de lire la tension continue provenant d une photodiode tous les certains temps Pourquoi lire une tension continue Car le microcontr leur C167CR dispose d entr es analogiques et un convertisseur analogique num rique permet de lire cette tension continue On doit donc lire une tension continue et pas alternative S1 l on se r f re l exemple 7 2 plus la photodiode sera en face de la source infrarouge et plus sa tension augmentera Quand ce niveau de tension sera le plus lev c est que la photodiode sera en face de cette source L utilisation de 2 photodiodes permettra de faire tourner le moteur azimut dans le bon sens En effet si la photodiode 3 d livre un courant plus important que la photodiode 1 c est qu il faut tourner dans le sens anti horaire S1 l on regarde la figure suivante Au d but aucune des 2 photodiodes ne voit la source infrarouge Le programme devra donc faire tourner le moteur azimut dans un certain sens admettons le sens anti horaire pour cet exemple
17. clairage qui peut faire saturer le courant g n r par la photodiode Si on d passe ce seuil la photodiode devient non linaire c est dire que le photocourant n est plus proportionnel avec l intensit de la lumi re 7 2 2 Montage de base pour amplifier les sianaux issus de photodiode Circuits souvent associ s aux photodiodes Le courant issu d une photodiode est tr s faible il varie de quelques pico amp res quelques micro amp res selon l intensit de la lumi re et la surface de la photodiode La premi re tape consiste amplifier le courant Voir la partie pr amplification de ce rapport Cette partie th orique est issue d Internet elle n a t mise en uvre qu en partie le montage r alis en pratique est tudi la partie pr amplification Pour obtenir un temps de r ponse qui se rapproche de la constante du temps du photo d tecteur il faut donc que le photo courant soit converti en tension sans que le temps de r ponse du d tecteur soit affect L utilisation d un montage amplificateur transimp dance amplificateur op rationnel A O P est un montage souvent utilis d une part parce que la r sistance de contre r action employ e pour la conversion courant tension n affecte pas le temps de r ponse du capteur l ampli a une tr s large bande passante et d autre par parce que le bruit g n r par cette r sistance est divis par le gain de l ampli 23 Ecole d ing nieu
18. de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 2 Etude sur le capteur optique Voici d abord l allure de ce capteur dans lequel est ins r un module 4 quadrants Figure 7 Capteur optique Le capteur optique r alis au laboratoire d optique est con u avec 4 photodiodes regroup en un seul module Caract ristique de ce module 4 quadrants Fabricant UDT S rie Spot 9D 4 quadrants Figure 8 Module 4 quadrants Ce capteur est id al pour les applications de centrage de position ns de temps de mont e La convention suivante est donn e pour les num ros de photodiodes Photodiode 3 Photodiode 1 Photodiode 4 Photodiode 2 20 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Pourquoi 4 photodiodes Le fait d avoir 4 photodiodes permet comme avec nos yeux de savoir si l on se rapproche ou pas de la cible et de se centrer exactement sur la cible L exemple suivant d crit les tapes pour aligner notre regard sur une source lumineuse issue d une lampe torche Au 1 instant ne sachant pas o se trouve la source lumineuse nous tournons la t te ici dans le sens anti horaire
19. de filtrage 5 M Amez Droz Cours sur les AOP 2001 2002 PDF 6 L6203 7 TLO84 8 TLO82 9 LM6142 10 MAX412 11 Maxon A max22 12 Minimodule C167 13 Famille C167 Rapports Caract ristiques techniques et notes d application du driver L6203 Caract ristiques techniques et notes d application de l AOP TL084 Caract ristiques techniques et notes d application de l AOP TL082 Caract ristiques techniques et notes d application de l AOP LM6142 Caract ristiques techniques et notes d application de l AOP MAX412 Caract ristiques techniques et notes d application du moteur azimut Caract ristiques techniques et notes d application sur le minimodule C167 Caract ristiques techniques et notes d application sur la famille de microcontr leur C167 14 Projet de dipl me 2002 2003 Carte de contr le uC pour minimoteur pas pas par Nathana l Sunier 15 Etude sur les photodiodes et la modulation FSK Juin 2003 chez M Sandoz Internet Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 3 4 Planning et d roulement du projet Le projet se d roule de la mi mars la fin juin les jeudis y sont exclusivement consacr s Beaucoup de travail hors de cette journ e y est aussi consacr e Le mois de mars a t consacr l tude du projet r a
20. je r alisais le circuit imprim sur PCAD 9 Conclusion Ce projet a t tr s instructif et int ressant et ce sur de nombreux points Il a t l occasion de mettre en pratique un montage lectronique qui traite le signal provenant de photodiodes La partie pr amplification permet de recevoir des signaux allant jusqu 80 100m Mais en ajoutant la partie filtrage et redressement le signal est att nu et la distance de d tection diminue La partie programmation sur le microcontr leur s est bien d roul e les exemples fournis avec la carte de d veloppement mont permit de rapidement prendre en main le logiciel Je connais d sormais la programmation du microcontr leur C167CR en langage C ainsi que le logiciel Tasking Les principaux probl mes rencontr s viennent du montage lectronique avec notamment l att nuation du signal La partie r gulation du moteur azimut est r alis e de mani re simple seul un r gulateur proportionnel est impl ment Il a t int ressant d utiliser les logiciels tel que PSPICE et PCAD La partie PCAD n est cependant pas tout fait termin e 1l faudrait juste v rifier s il y a des erreurs Ce projet a t l occasion de traiter diff rents domaines Comme l lectronique l optique le traitement de signal la commande de moteur courant continu la r gulation m me si le r gulateur utilis est simple le domaine du Microprocesseur Il reste donc impl m
21. le projet cliquer sur cette ic ne V rifier qu il n y a pas d erreur en bas du logiciel Si c est le cas on peut flasher le programme dans le C167CR Pour ce il faut mettre le minimodule Phytec en mode Bootstrap Appuyer sur les boutons Reset Boot et rel cher Reset en premier 5 ER RESET BOOT F2 F1 P RS4S5 CAN R3232 PC 8 i mm Ou em mm ou mm Figure 4 Mode Bootstrap On peut d s lors utiliser Crossview en cliquant sur son ic ne e Le test en mode pas pas est alors possible On peut finalement constater le clignotement de la led si l on se met en mode run Rq il aurait t tout fait possible de ne pas utiliser le d buggeur Cross View Pro Pour cela il aurait fallu faire une autre configuration et choisir le format de sortie au format Intel HEX record 14 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique r Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef De Are a Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Le fichier hex disponible dans le r pertoire courant du projet aurait du tre flash dans le C167CR via le logiciel Flashtools Encore une fois il ne faut pas oublier de se mettre en mode Bootstrap puis ouvrir le software FlashTools16w S lectionner le Minimodul 167 mode 1 Puis cliquer sur Connect l cran suivant appara t PHYTEC FlashTools 16W M ei EX File Men Help Flash Information Frotected Area Information
22. nous donne 0334 hexa soit 820 d cimal Quelle est la r solution du convertisseur Le r sultat de la conversion se trouve dans le registre ADDAT et 10 bits lui sont r serv s pour le r sultat bits 0 9 Les autres bits 10 15 ne nous int ressent pas pour l instant c est pourquoi on fait une masquage dans le programme Avec 10 bits on dispose d une valeur qui va varier de 0 1023 Pour 4 99V on a 1024 bits donc pour 1bit on a 4 99 1024 4 873mV La pr cision du r sultat dans ADDAT est donc de 4 873mV par bit Rq Avec un convertisseur de 12 bits on aurait eu 4 99 4096 1 218mV 58 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences V rification de la tension lue sur le canal P5 0 Pour 4 99v gt 1024bit ADDAT nous donne 820 dans notre cas Donc U 820 4 99 1024 3 995v Comparaison Sur le canal 0 une tension de 4v a t fix e et apr s la conversion en num rique on obtient 3 995v L erreur dans cet exemple est minime La pr cision de 4 873mV posera probl me si le signal analogique est faible s1 l metteur infrarouge est plac trop loin du r cepteur Le test a t effectu avec le signal trait de la photodiode 8 2 Utilisation d une unit PWM Le but de cette partie est de commander le moteu
23. optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 3 9 3 Le routage Pour lancer le routage aller dans le menu Route gt autoroute Et la fen tre suivante appara t Route Autorouters Autorouter gie Shape Route Start Festart Close Strategy FRF File C pcad Untitled PRE Output PCE File C pcad Untitled PCE Output Log File C pcad Untitled LOG Load Lave Set Base Manual traces can be protected by sing them before starting the autorouter To fix traces first select them then select Fis from the Edit menu Apr s validation et choix du fichier de destination le routage se r alise La r alisation sur PCAD est maintenant termin e Pour r aliser la plaque sur circuit imprim il suffit de donner certains fichiers M Kiesling la conception s est arr t e l car il tait trop tard pour souder les composants et de plus il aurait fallu tenir compte de la place dont on a disposition sur le bras Une v rification compl te devrait tre faite avec M Kiesling 47 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 3 10 Am lioration Am lioration de la pr amplification Le montage pr sent en partie pr amplification pose certains probl mes 1
24. signaux provenant du capteur optique mise en place d un filtre pour n acqu rir que les signaux provenant de la source infrarouge fr quence de 40kHz Utilisation du microcontr leur en mode autonome nomade D veloppement sur PCAD des librairies et du routage n cessaire la r alisation d un circuit imprim comportant le minimodule C1567CR la partie traitant les signaux des photodiodes et le driver pour piloter le moteur Ajout de la fonction pour le positionnement selon l l vation si le temps le permet 3 2 Ressources Humaine Un professeur pour l encadrement du projet M Lahlou Mat rielles Mise disposition d un PC logiciels de d veloppement Tasking carte de d veloppement Phytec prototype comprenant l axe de rotation le capteur optique et la source infrarouge venant du laboratoire d optique l ments et moyens de d veloppement lectronique du laboratoire de r gulation Projet de semestre 2003 Prof M J Lahlou Marguet Julien dpt Electricit cn II Ars Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Syst me de tracking optique University of Apnlied Sciences 3 3 R f rences Livres 1 Tasking Manuels de programmation du C167 2 Phytec Documentation sur la carte de d veloppement autour du C167 Cours 3 M Brandt 4 M Sandoz Cours du moteur courant continu cours sur la PWM 2001 2002 Cours de t l communications sur les techniques
25. 33 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Figure 16 Allure d un signal PWM En utilisant la PWM on peut faire varier lentement la vitesse du moteur mais pourquoi Car pendant t1 le moteur a une tension Vcc qui permet de vaincre la force lectromotrice et permet de faire tourner le moteur Cependant la tension moyenne d pend du rapport cyclique et ce proportionnellement selon la relation suivante f tlFee Vmoy Il faut remarquer que si l on choisit une p riode T donc une fr quence de commande dans les fr quences audibles par l homme on entendra un son plus ou moins d sagr able Il est conseill d utiliser une fr quence sup rieure 20kHz 7 3 7 1 Le driver Le driver L6203 comporte un pont en H 1l se pilote avec 2 signaux PWM Avec le 1 signal PWM on pilotera le moteur dans un sens et selon le rapport cyclique qu on lui appliquera on pourra faire varier la vitesse du moteur Avec le 2 signal PWM on pourra faire la m me chose mais dans le sens inverse Il faudra veiller ne pas activer en m me temps les 2 PWM au risque de d truire le driver De plus si l entr e 11 du driver est au niveau logique 1 alors le moteur pourra tourner mais si elle est au niveau logique 0 le moteur ne tournera pas et ce m me s il y a un s
26. A AAA A Luew K 10k Es SE LT LM6142 S LE 19Wvde VI 15W Un cavalier 1c1 repr sent par l interrupteur I1 peut tre plac pour modifier le gain 82 ou 7 Si l interrupteur I1 est ferm A la sortie de Uout1 on branche un 2 me AOP avec un gain de Gain R4 R2 82 Interrupteur I1 ouvert Le gain passe R4 R2 R3 7 45 Utilit du condensateur C1 Il coupe la composante continue provenant des infrarouges pr sents Utilit du condensateur C2 1 Avec R4 et C2 on a un filtre passe bas de 41 3kHz ee 2 TR C Le condensateur C2 emp che que le montage entre en oscillation La fr quence de ce filtre est prise au dessus des 40 kHz d ne faudrait pas diminuer la tension du signal modul Avec ce montage 1l a t possible de placer la source environ 80 100m de distance et de recevoir le signal en Uout2 avec 30mV cr te cr te et 10mV cr te cr te de bruit Ce r sultat est l uvre de nombreux essais et de nombreuses configurations de montage Il a t r alis dans les couloirs de l EICN au rez de chauss e Cette distance peut bien s re encore tre augment e une partie am lioration est pr sent e plus loin dans ce rapport mais n a pas t r alis pratiquement 29 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit
27. E Le id nk 15 T h lac D i R ponse en fr quence du signal v1 filtre passe haut RC fc 1 2 PI 120k 1nF 1326H2 Gain dE DIE 3 6 6HZ 1 KHZ A BKHZ 18KHZz o DE U u1 Frequency Cutoff_Highpass_3dE i1 1 32947k d 49 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P diteur Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef w Ee Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Gain en fonction de la fr quence du signal v2 passe bande avec une bande passante de 39 3kH7z SU 06 6060KHz 21 6 5dB K 1 698668HHz 3 6171dB E PES NS PE A a D E RE RP E CI D ES EN E EE e dede Een EEN Lauren EE RER mm 6 166Hz 3 66Hz 1 6KHz 3 6KHz 4 BKHZ 3 6KHz 1 66KHz 3 66KHZ 1 BMH o DB U U2 Frequency Band width _Bandhass GD EvA 39 359349 EE EEN Cutoff_Lowwpass ODC Yiv 40 DU 2k Les pentes sont de 20dB par d cade R ponse en fr quence du signal v3 passe bande avec une bande passante de 39 8kHz LA LOD 85 4 80Hz 3 60Hz 1 BKHZ 3 BKHZ 1 8KHz 3 6KHz 180KHz 360KHz 1 BHHZ o DB U U3 Frequency Les pentes sont de 36dB et 32dB par d cade La 1 pente est maintenant de 36dB par d cade cela est d au fait qu on ajoute un filtre passe haut avec la m me fr quence de coupure Et la 2 pente passe 32dB Cela est d l AOP et le filtre parasite du la capacit de 100pF Bandwidth Bandpass JABEEI TI 5e FT SE
28. M Une PWM fait tounrer le moteur dans un sens et l autre PWM fait tourner le moteur dans l autre sens La fr quence de PWM est fix e 250Hz car f 20 MHz 2 40000 1 250 Hz A AE K K K K K 2e K K K AK K K 2e 3e 2e K 3e 3 2e K dek ee 3e k 3e ie 2e k ie k 2e ie k k kk K FE Including Files Si include lt REG167 H gt Register defin for C167 vi include lt stdlib h gt pour valeur absolue _sfrbit DP71 _atbit DP7 1 Bitname DP71 for DP7 1 define _sfrbit DP72 _atbit DP7 2 JP _atbit indique que c est le bit 2 de DP7 wi DP7 est un registre SFR on a acc s au bit 0 7 Si FF _Sfrbit DP72 definit un bit nomm DP72 wi AD Converter Conversion de la tension sur le canal 0 ou 1 P5 0 ou P5 1 Si unsigned mt ad_conv unsigned char ADC_Channel unsigned int Result init AD Converter ADCON 0x00 ADC_Channel A D Converter Channel 0 Single ei ADST Conversion start Si while ADBSY Result ADDAT amp O0x03FF Result ne varie que entre 0 et 1023 return Result _ FIN AD Converter S IJ CALCUL LA FORCE de PWM EEN Selon l ecart de tensions entre les 2 photodiodes d faut calculer la valeur rechager dans PWI ou PW2 pour d finir le n
29. P2 5 _atbitiDF s JS declare direction bit to use froid wait void Z wait function returni ZS only to delay for LED flashes 11 5 1 unsigned long iz e delay var Zi init direction to output 1 m m 4 I l l l l l l l l l l l l l l l l l l l loop forever j l m output to LED port i 0 1 lt 18000 0 i i delay for 150000 counts wait ijz call weit function e CO Uu S output to LED port LOS tad o0000 LE delay for 150000 counts call wait function CR AR CT d OO 0 g GI OU PA MP Mi Di PO D bi D Ti be kA Fonctionnement de ce programme La ligne 3 d clare les E S le port P2 8 qui est en r alit la led La ligne 4 d finit la direction de ce bit comme port de sortie A la ligne 12 commence le programme principal Celui ci s effectue l infini La boucle for permet de perdre du temps en faisant appel la fonction wat La ligne 15 allume la led La ligne 19 l teint 16 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Organigramme de ce programme issu du rapport de M Sunier J chargement des d finitions du processal declaration des E S d claration de la fonction wait d claration des variables locales initialisation de P2 8 en so
30. P7 1 AD Converter I La fonction ad_conv convertit la tension lue sur P5 0 Ki Cette fonction retourne la nouvelle valeur de PW1 selon la tension qui a t lue Si la tension lue est de OV alors il faut que la PWM s arr te Pour cela il faut que PW1 40000 Ki Si la tension lue est de 5V il faut que la PWM soit tr s rapide soit PW1 0 Si Pon met PW1 0 alors la valeur moyenne de la tension sera max donc de 5V Ki Si PW1 40000 alors la tension moyenne sera de OV unsigned int ad_conv unsigned char ADC_Channel unsigned int Result unsigned long Result_PW1 ype long car on fait 40000 valeur le type int est limit 65536U init AD Converter Si ADCON 0x00 ADC Channel A D Converter Canal 0 SI ADST 1 Debut Conversion Si while ADBSY Result ADDAT A Ox03FF Result ne varie que entre 0 et 1023 max Result PW1 40000 Result 40000 1023 Result PW1 varie entre O et 40000 donc la tension moyenne sur P7 1 varie entre Oet5V return Result DW main Programme void main void DP71 1 DP71 definit en tant que sortie PWM PM1 1 permet le choix du mode Center Aligned E PP1 40000 Load period register ai PW1 20000 Load pulse width register Si DEN 1 P7 1 autorise le signal de sortie Ki PTR1
31. Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs a e e G e IT Aren H ech Prof MI Lahlou Syst me de tracking optique ef Gelee Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Laboratoire de r gulation et d automatique Projet de semestre 2003 Contr le d un syst me de tracking optique Ecole d ing nieur de l Arc Jurassien Dpt Electricit Professeur Moncef Justin Lahlou lahlou eicn ch Etudiant Marguet Julien marguet eicn ch Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 1 R sum Ce projet a pour objectif principal de mettre au point un syst me dit de tracking optique Une partie de ce projet a d j t r alis e au laboratoire d optique A nsi deux axes de rotation entra n s par 2 moteurs permettant de r gler l azimut et l l vation d un capteur optique ont t mis disposition pour ce projet Le but de ce syst me est d aligner une antenne directionnelle qui serait fix e au capteur optique vers une source infrarouge qui serait plac e plusieurs dizaines de m tre voir plus Ce syst me serait coupl une cam ra les signaux de la cam ra serait alors envoy via cette antenne Il restait pour ma part d velopper une carte afin de traiter les signaux provena
32. University of Apnlied Sciences 7 3 2 1 Simulation Pspice Ce projet a t l occasion de tester le logiciel Pspice Le montage pr c dent a t simul la photodiode a t remplac e par une source de courant Ipulse je ne savais pas s il tait possible de simuler des photodiodes Comme de nombreuses simulations ont t r alis es 1l n aurait pas t envisageable de toutes les faire figurer dans ce rapport Une simulation Pspice de la partie pr amplification est disponible la partie 7 3 10 am lioration cette partie sera plus approfondie 7 3 3 Le filtrage Maintenant que la pr amplification est r alis e 1l faut filtrer le signal pour ne garder que la fr quence de 40kHz Le sch ma de ce filtre est pr sent dans la partie PCAD Diff rents montages ont t r alis s M Sandoz ma propos un montage analogique Ce montage a une fr quence de r sonance 40kHz Le premier potentiom tre permet de r gler la bande passante et le second de r gler la fr quence de r sonance L imp dance d entr e vaut Zin j C R soit une inductance quivalente de valeur L quiv CR Ce filtre pr sente le d savantage que plus on limite la bande passante et plus le signal de 40kHz est att nu ce qui diminue fortement la distance de r ception Il serait utile de r aliser un filtrage num rique plut t qu analogique 7 8 4 Le redressement L utilit du redressement est de donner plus d nergie afin
33. a P6 7 e P66 ap D6 eeD7 CS P65 ee P64 Dieses la P6 3 eei bei 40 D2 13 ma Pl Se P6 0 DO leet CT fIRTC eer NMI Ald esA15 Le VPD gel pr Sp Al2 e A13 Gef VBAT ee RD Al0 e All S A17 gel RDP 50 Agee A9 We A16 gel WR AG SeAT i AUART W i ALE A2l ee A3 Z RX2 68 MPI A 88 A Ko SCL 8 SDA 60 PFO le e VPP A10F RI2 ee TO2 FFI e e WDI RII 88 TOI GND Se e GND VCC W iVCC A B Patte2 Pattel 39 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 3 9 2 Le sch ma Une fois les librairies cr es on peut passer au composant Sch matic de PCAD pour r aliser les connexions entre les divers SE 154 On trouve ici Les bornes sur lequel seront mises les alimentations en 15V JP 2 la masse W GN Le 1 AOP r alisant la pr amplification Le connecteur sur lequel on branchera une photodiode JP1 Sur la patte 1 de ce connecteur 15V brancher l anode sur la patte 2 la cathode Au rep re 1 on a la sortie du montage qui se dirige vers le point 2 du sch ma suivant Hbotogd 40 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences On trouve
34. aibles il n est donc pas possible de travailler directement sur ces courants Un AOP courant tension permet de travailler dans le domaine des tensions et d amplifier le signal Sch ma du circuit ji out 3 LM6142 sde co Photodiode v2 15Vdc a SIS 15Vdc R est choisi grand pour avoir une grande tension A la sortie de l AOP patte 1 on a Uout R I Fonctionnement sans la source infrarouge S1 l on d place la photodiode on voit que le niveau de tension continue bouge Fonctionnement avec la source infrarouge Plus on met la photodiode en face de la source et plus la tension cr te cr te augmente Au niveau de la distance En pla ant la photodiode proche de la source infrarouge la tension alternative d livr e sur Uout sature 15V Plus on s loigne de la source et plus la tension alternative sur Uout diminue La diminution est d autant plus rapide que l on s loigne du fait qu elle baisse selon le carr de la distance Avec ce montage on per oit le signal jusqu quelques m tres Un 2 ampli est utilis pour augmenter la distance de r ception on passe de quelques m tres plusieurs dizaines de m tres 28 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences I Cd C1 R2 R3 i Touti AA
35. ation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences GND vers masse du circuit de puissance GND D CND en pont P26 P27 P240 P2s P2 2 O P23 P7 1 vers entr e P20 O P2 1 PWM du circuit de de E puissance en pont P7 6 O P8 6 P7 5 O O P8 5 P74 O P84 P7 3 O P82 P7 2 O GA P8 2 P7 1 P81 P70 P80 MODE XTAL P6 4 CSUART IRESI RESO P6 7 O P6 6 P s O P64 P6 3 P6 2 P6 1 P6 0 RTC NMI VPD RES VBAT RD A17 O RDP A16 O WR UART ALE TX2 O MPO RX2O MPI SCL spA RI2 CO TO2 RI Toi vcc vec 61 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Programme Aere MARGUE Julien Ce programme fait varier le rapport cyclique de la PWM1 de P7 1 selon la tension qu on applique sur l entr e analogique de P5 0 La PWM varie ainsi de 0 5V de moyenne La fr quence est fix e 250Hz car Frequence 20 MHz 2 40000 1 250 Hz EE EE include lt REG167 H gt Register define for C167 Ki _Sfrbit DP71 _atbit D
36. avaliers sur la carte de d veloppement JP9 JP11 JP15 JP16 JP17 JP18 m s sf nm ES JP 20 JP 12 JPT4 JF15 JF 19 5 1 2 Le kit de d veloppement Celui ci se compose de Zb module microcontr leur miniMODUL 167CR carte de d veloppement pour une mise en uvre rapide adaptateur secteur c ble d interface s rie pour raccordement au PC CD Spektrum PHYTEC compilateur assembleur et moniteur en version d valuation FlashTools manuel quickStart imprim garantie de mise en uvre Le prix de ce kit est d environ 230 Il est noter que ce kit n a t re u qu un mois apr s le d but du projet Mais le logiciel Tasking tait d j au laboratoire en version achet e il suffisait de l installer Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique EEO Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences 6 Utilisation de Taskina EDE MH ASKING Il est noter que Tasking et Phytec fournissent de nombreux exemples tr s utiles pour la compr hension du fonctionnement du C167CR notamment le fonctionnement du port s rie des entr es sorties num riques analogiques des convertisseurs analogiques gt num rique du fonctionnement de la PWM La soci t Tasking fournit plusieurs logiciels dont une suite nomm e Tasking EDE EDE pour Embedded Development Environment groupant un compilateur C C e
37. d terminera le sens du moteur Quand les valeurs des signaux de ces 2 photodiodes seront peu pr s du m me ordre de grandeur c est que notre capteur optique aura t positionn en face de la source infrarouge Le moteur tourne assez lentement pour avoir le temps de d tecter un signal Une r gulation avec un correcteur proportionnel a t appliqu Le moteur tourne vitesse constante s il ne d tecte rien Plus le signal devient fort sur les photodiodes et plus cela veut dire qu on se rapproche de la source ainsi plus la vitesse du moteur doit tre r duite Dans le programme est calcul l cart en pourcentage entre les 2 valeurs de tension fournies par les 2 photodiodes variable ecart Ecart TensionPhotodiodel TensionPhotodiode2 100 1023 L cart varie donc entre 100 et 100 S1 l cart est compris entre 30 alors le moteur est arr t car l alignement du capteur et de la source est bon Dans le graphique ci dessous on peut voir la r gulation de la vitesse en fonction de l cart Le graph n est pas l chelle Si l cart est positif le moteur devra tourner dans le sens des aiguilles d une montre S il est n gatif ce sera dans le sens inverse Si la valeur absolue de l cart est grande alors la tension moyenne appliquer devra tre grande Tension moyenne 100 Ecart Ci Cependant mettre 5V de tension moyenne ferait aller le moteur trop vite 63 Projet de seme
38. d extraire la tension continue Rq si le signal dont on voulait extraire la composante continue tait sinuso dale et que l on ne le redressait pas alors sa tension continue serait nulle 2 montages ont t test s avec et sans AOP Le montage pont de diodes Pont de Gra tz pose le probl me que l on perd les tensions de jonction des diodes soit 2 Uj 1 2v Cette perte de tension est trop lev e et ferait perdre en efficacit le montage c est pourquoi le montage suivant a t retenu montage redresseur double alternance sans seuil Sch ma disponible la partie PCAD Fonctionnement Un sommateur 2 entr es est utilis la entr e re oit la sortie d un redresseur de type inverseur La 2 entr e dont le poids est la moiti de celui de la 1 entr e re oit directement le signal d origine avant redressement Le 2 AOP amplifie le signal AOP inverseur 1 re 7 3 5 Extraction de la composante continue Le signal est maintenant redress en double alternance et de plus il est amplifi Un filtre est utilis pour extraire la composante continue Il est de type passe bas avec une cellule R C l 8 l 2 m R C 2 m 120k lu Le probl me de ce filtre est qu il est assez lent mais en pratique le moteur n a pas une grande vitesse donc ce montage convient Sch ma disponible la partie PCAD Sa fr quence de coupure est de 1 32Hz 30 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automati
39. de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 3 Cahier des charges 3 1 Objectifs Etude du projet r alis par le laboratoire d optique et en comprendre le fonctionnement afin d tablir une strat gie pour la r gulation et le placement du capteur optique tude du capteur optique et de ses photodiodes Etude de la modulation g n r e par la source infrarouge Installation du syst me de d veloppement du microcontr leur C167 de chez Microelectronics comprenant les logiciels de d veloppement Tasking compilateur C assembleur et la carte de d veloppement Phytec quip e du microcontr leur C167CR en prendre connaissance et exp rimentation de divers programmes Etude simulation sous PSPICE et r alisation d une carte lectronique pour traiter les signaux provenant du capteur optique afin de les rendre compatible avec les entr es analogiques disponibles sur le microcontr leur Etablissement d une strat gie pour contr ler les moteurs selon les possibilit s offertes par le microcontr leur Acquisition des signaux du capteur optique par le microcontr leur tablissement d une strat gie de r gulation du moteur selon l azimut impl mentation et test pratique du programme g n ration de signaux PWM Pilotage d un driver de moteur par le microcontr leur Optimisation de la carte de traitement des
40. du uC microcontr leur r aliser un programme simple avec ce uC Les principales fonctions du CI67CR seront d crites la disposition des cavaliers sur la carte de d veloppement sera donn e Une fois cette tape effectu e ce rapport traitera de la partie lectronique pour le traitement des signaux provenant du capteur optique et du circuit pilotant le moteur azimut Une sous partie a t consacr e la simulation sous Pspice logiciel que je ne connaissais pas de ce circuit La cr ation du circuit imprim avec PCAD logiciel que je ne connaissais pas y est d crite Les am liorations qui pourraient tre port es au circuit sont donn es ainsi que les principaux probl mes rencontr s Une partie portera sur le programme permettant d acqu rir les signaux des photodiodes du capteur optique La r gulation pour le contr le du moteur en azimut y est expliqu e Tout comme la partie pr c dente des propositions d am lioration y sont indiqu es tout comme les principaux probl mes rencontr s Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 5 Le microcontr leur C167CR Cette partie 5 traite de ce uC qui a t utilis lors du projet D abord la premi re question qu on pourrait se poser est pourquoi le CI67CR Ce uC a t utilis lors du proje
41. e SectorUiliies UT File Download Communication Setup Sector Status Information Address Range Frotection Status Sector 0 DUUOUUDUb DOUD FFF R unprotected unknown sector 1 O000S000h DUDUFFFEN Fartial Access unknown Sector Sc 00010000 DOUT FFF R unprotected unknown Sector 3 0007 60008 DOOTFFFFH unprotected unknown Sector 4 DUU ZUUDUb DUUZ FFFFR unprotected unknown Sector 5 DU 29000 OOD FFFFH unprotected unknown Sector b 00030000h 0003 FFF R unprotected unknown Sector f 00038000 DOOSFFFFH unprotected unknown Sector Blank Check Erase Sectoris Il faut choisir tous les secteurs et les effacer Dans l onglet File Download t l charger le fichier hex Il faut ensuite se d connecter via l ic ne disponible sur le logiciel On peut faire clignoter la led Une fois le bouton S 1 press la led clignote toujours Une l g re tude sur le programme est pr sent e ci dessous 15 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Fichier source de Blinky c copie issue du rapport de M Sunier code issu d un exemple fournit par Phytec FLASH C LED Flasher for Fhytecs Rapid LDevelopment Kits ifinclude lt regi h d include 600167 header file 2 _S frbit P _athit Ps G declare porctpin to use A sfrbit D
42. ences Utils Electrical Rules Check i Filename C pcad 2eme test um _2photo erc Design Rule Checks M Singe Node Nets M No Node Nets M Electrical Rules M Unconnected Pins Report Options M View Report M Summarize lgnored Errors O Summarize Overridden Errors vw Unconnected Wues w Buzdhlet Rules Component Rules Severity Levels IT Annotate Errors Het Connectivity Aules Clear All Overrides aiaia 1 vw Hierarchy Rules OK Cancel Valider le choix et consulter le fichier texte pour voir les erreurs corriger D s lors qu il n y a plus d erreur on peut g n rer le fichier netlist dans le menu Utils gt Generate netlist Puis pour le routage aller dans PCAD PCB Aller au menu Library Setup et ajouter les diff rentes librairies utiles ce circuit Puis aller au menu Utils gt Load Netlist choisir le fichier 2eme_test_19juin_2photo net AGP NO 7 SCC i SCH E HN EE t EZ A DR me degen DC ole CH d I GC DN CCE Di Ho KA oi EC a VW Latitoo nob s E CO i C e f INV Il faut maintenant placer les composants on pourrait mettre des composants sur une face comme le microcontr leur et les autres composants sur une autre couche 46 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking
43. enter les 2 autres photodiodes pour r aliser le centrage selon l l vation La difficult principale sera de r aliser le programme La partie lectronique peut encore tre am lior e 69 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO gg g oe ta Marguet Julien dp t lectricit University of Apnlied Sciences 10 Annexes 70
44. entiom tre du rep re 10 Si ces op rations marchent on pourra relier les 2 sorties sur les 2 entr es analogiques du microcontr leur ns E La carte prototype marche correctement Afin de voir comment se fait un circuit imprim j ai du utiliser PCAD La carte qui va tre r alis e comportera les 2 circuits de traitement provenant des 2 photodiodes le circuit de puissance pour piloter 1 moteur les connecteurs pour placer le microcontr leur Voici la d marche pour la cr ation de ce circuit Cr ation des librairies des composants qui seront mis sur la carte Cr ation du sch ma du circuit Placement des composants aux endroits voulus et routage de la carte Un fichier peut tre transmis la fin M Kiesling pour qu il r alise le circuit imprim 7 3 9 1 Les librairies Des librairies sont d j disponibles pour les composants tel que les r sistances condensateurs Des librairies ont du tre t l charg es sur Internet et la librairie pour les connecteurs du microcontr leur a du tre r alis e On va dans le module suivant pour cr er la librairie du projet qui regroupera tous les composants A Library Executive Aller dans le menu Library gt Setup Ajouter les diff rentes librairies pour les composants d j existants Library Setup Library Sets Libraries Sets Members DEFAULT_LIERARY_SET Add Set De ES Delete FEMME Rename CE 1x Loak ir te
45. ici le 2 me AOP utilis pour l amplification En 3 on a la sortie du montage qui se dirige vers le point 4 du sch ma suivant On voit le cavalier JP3 qui permet de modifier le gain Amplification On trouve ici le filtre 40kHz En 5 on a la sortie du montage qui va au point 6 g du sch ma suivant Di 7 188k d T nt L END 15V Passe bande 4 kHz 1k CN a 18k L GND R glage de la bande R glage de la fr quence passante centrale 41 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO gg g oe ta Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences R13 R15 1N4148 Amplification Redressement L CND 15V leid Sur le circuit pr c dent on trouve le circuit de redressement double alternance sans seuil et le 2 AOP pour amplifier le signal En 8 le signal se dirige sur point 9 du sch ma suivant En 7 on a un cavalier qui permet de faire varier le gain de l amplification On peut donc avoir soit un gain de 60 ou de 27 ce cavalier n tait pas pr sent sur la carte prototype Ici on a le filtre pour obtenir la tension continue et le circuit de protection pour limiter la tension entre 0 et SV Les 2 potentiom tres permettent un r glage fin de la tension de sortie de l AOP Brotectian En 10 on a la sortie du signal que l on peut faire aller l entr e analog
46. icrocontr leur une autre m thode serait d utiliser des diodes Z ner leur tension de jonction devrait tre choisie basse Am lioration vis vis du choix des composants Les composants g n rent du bruit sur les signaux ce qui explique qu on ne puisse pas faire de gain d mesur Provenance du bruit dans les signaux Les AOP g n rent du bruit Les AOP ont un certain facteur de bruit not e dans les datasheets Par exemple un AOP avec un e de 10nV 4 Hz Ce bruit d pend du gain de l ampli 100n En 1 uV 4 Hz 10nV VHz 100 cause du gain de l AOP 55 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO gg g oe ta Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Les r sistances g n rent aussi du bruit 10 n en Un res 100K fe Quelques valeurs de bruit g n r s par des r sistances AnV VHZ gt R IkO 40nV V Hz gt R 100kQ De plus quand on ajoute le bruit issu des r sistances et des AOP ce n est pas leur tension qu on additionne mais leur puissance La puissance est proportionnelle la bande passante Donc pour diminuer ce bruit 1l faut choisir des AOP avec un e le plus faible possible 7 3 11 Probl mes rencontr s La partie pr amplification permet de recevoir des signaux allant jusqu 80 100m Mais d s lors que l on connecte les circuits de filtrage de redresse
47. ignal PWM Sur l entr e 5 IN1 on applique la IT PWM Sur l entr e 7 IN2 on applique la 2 me PWM Le moteur sera branch entre les bornes 3 OUT 1 et 1 OUT2 La partie programmation sera vue au prochain chapitre 7 3 7 2 Le microcontr leur en mode nomade Une fois le fichier hex t l charg dans le microcontr leur 1l est facile de l utiliser en mode nomade autonome Il suffit d alimenter la patte VCC en 5 V et de mettre sa patte GND la masse 7 3 7 3 Le montage Sch ma disponible la partie PCAD 34 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe aj GE Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences 7 8 8 Circuit final Il reste maintenant connecter entre eux tous ces circuits Le circuit r alis pratiquement est disponible la partie PCAD Pour piloter le moteur azimut on utilise 2 photodiodes 1l faut donc traiter s par ment chacun de leur signal Ce sch ma a donc t r alis 2 fois Pour piloter le moteur selon l l vation il faudrait faire encore 2 fois ce circuit Utilisation de la carte prototype Traite ment du signal de la Photo do H ef s A s Wa ve T gt E Traitement du signal de la Photodiode 2 Figure 17 Carte de traitement de 2 signaux issus de 2 photodiodes Pour l utiliser il faut l alimenter en 15V rep re 1 15V
48. ique du microprocesseur R14 128k ki nL ls SE Rer 18k P4 DI L GND ES 15V L GND 42 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Marguet Julien dpt Electricit d P18 GE D zf X st Si C11 a gt ad Min L ENG JUDON i e E CU CONNECT JD e GE CONNECT ol E CNG 43 d D D D Ecole d ing nieurs e de l Arc jurassien University of Apnlied Sciences On trouve ici le circuit du driver L6203 En 11 on trouve le connecteur provenant du signal PWM1 Patte 118 du microcontr leur p me En 12 c est l arriv e du signal PWM Patte 116 du microcontr leur En 13 c est le connecteur pour le moteur Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO Eg g oe ta Marguet Julien dp t lectricit University of Apnlied Sciences D D T S z z LA CH GI A e UE MAUR 18k z zj a 7 CH wel Q E DO Fabrication DM D x nue H bk kal z d KO IRE SE gm pra SS 7 E SI AE ah CS E J D Lu L GND En 14 on a l arriv e du signal issu du limiteur de tension de la photodiode 1 et en 15 c est celui de la photodiode 3 En 16 on a un connecteur sur lequel on pourra brancher les entr es d oscilloscope pour v rifier le bon fonctionnement de la partie traitant le signal issu des photodiodes En 17 on a l interrupteur g
49. it s de configuration du moteur 32 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences YCC t Figure 14 Pont en H Le moteur ne s arr te pas instantan ment 1l continue de tourner du fait de l inertie inertie du rotor du moteur azimut 4 13gcm il se comporte alors en g n ratrice On utilise des diodes de roue libre pour viter d avoir des courants dans les transistors ceux ci ne sont donc pas d truits Comment varier la vitesse d un tel moteur Il y a 2 m thodes IT m thode Elle consiste varier la tension directement sur le moteur Voici la caract ristique de la vitesse en fonction de la tension Figure 15 Vitesse d un moteur selon la tension On remarque qu il faut atteindre une certaine tension pour que le moteur d marre Lorsque la tension est trop basse la force lectromotrice ne peut pas vaincre les frottements et le rotor reste fixe Avec cette m thode on ne pourra donc pas avoir de petite vitesse Aucune r gulation ne sera possible tout du moins elle ne serait pas pr cise 2 m thode Elle consiste utiliser la PWM Pulse Width Modulation Un signal PWM est un signal dont la p riode est fixe mais le rapport cyclique varie En d autres termes t1 et t2 varient tout en conservant t1 t2 T constante
50. ity of Apnlied Sciences Table des mati res SE A AE E I E A A E A T 2 SA 2 de e CARO E E E de ee ee 4 J 0 6 EEE 4 P RC SO E E E 4 e E TEE 5 34 Pl nnins Stee AU DEOIEL H e de geet Ee See Seet 6 OO E E EE 7 D M ES et ee re CO OR e S ae 8 3d LA CAT Je developpement Ee 8 5 1 1 SN OR RS a E E E E EE E T E E 9 5 152 LRO CV CIO DOS RON a bee ee en EENEEN OEEN 9 OM BEEN PSS ED E E S 10 e ee Ee We Re E E EE E E E E E 10 Te Reeg EEE 18 dalk Enke su a sour at Ee E 18 L2 PUS SUIS CADIOUT ee 20 SC NN n te e e a E EEE E 22 12 2 Montage de base pour amplifier les signaux issus de photodiode 29 7 3 Traitement du signal issu d une photodiode ss 2 7 3 1 SAC SIC de ralement di Siona les i 2 E EE 28 19221 DUO Ee 30 7 3 3 EE 30 7 3 4 E o 1 A E E EAEE de 30 7 3 5 Extraction de la composante continue siennes 30 7 3 6 E E LAC EU 0 EE 31 7 3 7 EE eege 31 7 3 1 1 IR a S 34 159 12 L mn rocontroleur en mode nomade eine Eeer 34 19 73 CO AEA A E E E AEE A EEA 34 7 3 8 GEE Eege Jd 1 3 9 PECA Dea R 36 TSL Loe le Ee a A E E 36 7 3 9 2 Eee D a 40 7 3 9 3 OR EE E E E A A TE AEA I A ETA 47 OR OA E an 48 D TPO ME Tee 56 D LS DO CAR ee E E E R 57 Sl CS TOM CAE S TE 57 9 2 U lsaton dune unite PNR i ern reien nE E E EEEE een 59 e EC E ET EE 63 SA Probe mes COUL ae eine ad ee 69 D M O a S A E E A A E A A E E A AE 69 10 RS E E E E 70 cn II Ars Projet de semestre 2003 Laboratoire
51. ject The goal of this system is to align an antenna which would be fixed with the optical sensor towards an infra red source which would be placed at several tens of meter more if possible My goal was to develop and to analyse the signals coming from the optical sensor to transmit them to a microcontrolor in order to regulate a motor and finally to developp a circuit to give some pwer to this motor The microcontrolor was a 80C167CR from Microelectronics The project proceeded relatively well However it wasn t envisaged at the beginning of the project that the signals coming from the optical sensor have to be analysed And it is this part that had been the longest and the most significant to do The project at the moment makes 1t possible to align correctly the azimuth of the optical sensor in direction of the infra red source and this with more than 10 meters this distance depending strongly of the filtering which is applied The motor making it possible to align according to the rise was broken and it was repaired 3 weeks before the end of this project that gives me not enough time to end the electronic part and the program to control the position according to rise Moreover it seems that one of the photodiodes of the optical sensor is out of use Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dp t Electricit Univers
52. l vation 7 2 1 Les photodiodes 4 photodiodes composent le module 4 quadrants Comment fonctionnent elles Une photodiode est un semi conducteur form par une simple jonction P N gt Contacts Figure 11 Structure d une photodiode 22 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences On trouve les photodiodes dans la d tection rapide des signaux faibles asservissement photom trie instrument de mesure lecteurs de code barre spectrophotom trie t l communication par fibre optique imagerie m dicale Caract ristiques lectriques d une photodiode Une photodiode peut tre repr sent e par une source de courant Iph une source de courant pour la simple raison que le courant que fournit la photodiode d pend uniquement de l intensit de lumi re En parall le avec la source on trouve la capacit de jonction et une r sistance de shunt Rsh d une valeur lev e et qui d crit la fuite de courant Ensuite 1l existe une r sistance interne de la photodiode appel Rs et qui est en s rie Hs Figure 12 Symbole d une photodiode gauche et son circuit quivalent droite Non lin arit une photodiode est lin aire courant g n r proportionnel la puissance optique mise du moment o on ne d passe pas un certain niveau d
53. l n est pas assez rapide Une capacit parasite augmente avec la fr quence du signal provenant de la photodiode Le domaine d utilisation de ce circuit est en dessous de la centaine de kHz environ Un montage qui am liore ce d faut est pr sent en dessous La photodiode est polaris e Les AOP sont de type TLO82 pour des raisons qui seront vues plus loin il serait pr f rable d utiliser des AOP LM6142 33 kOhms Sur le sch ma on remarque que nous avons deux filtres RC 120kOhms InF qui ont une fr quence de coupure de 1 2 p1 R C 1326 Hz ce qui nous permet de diminuer l influence de la fr quence du r seau 50Hz De plus nous utilisons deux AOP avec un produit gain bande passante de 17MHZ ce qui nous fait une fr quence de coupure haute de 3 000 000 34 88kHz Gain 1 R2 R1 1 33k 1k 34 Ces deux fr quences de coupure doivent nous donner une allure de passe bande lors de la r ponse en amplitude C est ce qui va tre v rifi en faisant le diagramme de Bode de l installation L amplification est de Gain 1 AOP Gain 2 AOP 34 34 1156 48 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Simulation sous Pspice version 9 23 et d termination de la r ponse en fr quence en v1 v2 et v3 sur le sch ma suivant V
54. lis par le laboratoire d optique e 2 semaines ont pleinement t consacr es l tude du langage C appliqu au domaine du microcontr leur La programmation en langage C des microcontr leurs n a t qu entrevue en cours ce moment e Une fois la carte de d veloppement Phytec re ue j ai pu mettre en application certains programmes et ce pendant 2 semaines e R alisation simulation Pspice de la carte de traitement des signaux cette phase s est faite en 2 temps Mi avril fin mai e Conception du programme de gestion de l azimut cette partie n a pas pris norm ment de temps 3 semaines r parties sur toute la p riode du projet e Quelques jours n cessaires au test du driver du moteur azimut e PCAD r alisation du circuit imprim 3 semaines Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 4 Introduction Ce projet a pour objectif principal de mettre au point un prototype de contr le permettant la r gulation du positionnement d un capteur optique en face d une source infrarouge modul e ON OFF 40kHz Pour cela un moteur permet de r gler l azimut dans les 2 sens horaire et anti horaire La l re tape de ce projet sera de prendre en main le mat riel mis disposition apprendre utiliser le logiciel Tasking pour la programmation
55. ment de filtrage pour obtenir la tension continue et de limitation de tension alors le signal est fortement att nu C est pourquoi des modifications sont certainement effectuer 56 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 8 Le programme Cette partie traite des programmes qui ont t utilis s pour r aliser ce projet Le 1 programme portera sur l acquisition d un signal Le second traite de l utilisation d une unit PWM Ces 2 programmes permettent de r aliser le programme final d di au contr le du syst me de tracking optique 8 1 Acauisition d un signal Nom du projet GC CH iulien_24avri CC fest modt Gap But Ce programme issu des exemples fournit par Phytec permet de tester la conversion analogique num rique Le canal 0 P5 0 est utilis comme entr e analogique VAREEF doit tre 5V VAREEF sert de r f rence Utilit de cet exemple cela permettra d acqu rir la tension issue des photodiodes apr s le traitement de leurs signaux Sch ma de principe Port COM Alimentation 5v pour VAREF VAREF ne doit pas d passer 5V Carte Phytec al IC167CR Entr e analogique de 0 5V max Alim Alimentation 45 ZOOM du microcontr leur C167CR P5 1 P5 2 CO PS 3 5 P5 4 CO P5 5 5 P5 6 CO P5 7
56. n ral du montage En 18 on a la patte 92 qui correspond l entr e P5 0 du microcontr leur entr e analogique En 19 on a la patte 90 qui correspond l entr e P5 1 du microcontr leur entr e analogique En 20 on a la patte 69 qui correspond l alimentation VCC du microcontr leur En 21 on a la patte 1 qui correspond la masse du microcontr leur on doit y mettre 5V En 22 on a la patte 94 qui correspond VAREF du microcontr leur on doit y mettre 5V En 23 on a la patte 89 qui correspond VAGND du microcontr leur on doit y mettre OV 44 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P diteur LS e e rl cen D Are SEH Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique CO de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Finalement on obtient ce sch ma Traitement du signal de la photodiode 1 Traitement du signal de la photodiode 2 En 25 on a les connexions sur le microcontr leur En 26 il s agit du driver pour le moteur Des options sont d finir pour augmenter la taille des pistes d alimentation Il faut ensuite v rifier que le circuit ne comporte pas d erreur dans Utils gt ERC La fen tre suivante appara t 45 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sci
57. n pattern c est la que seront faits les trous pour le circuit imprim Type 00000 00000 RefDes Les caract ristiques des pattes Pad 1 e ET EE ES EE OUT ET 2 1 Wa Power A 1 OUT Output 1 BOOT Unknown F IN Input G 1 GND Power H M2 Input H BOOT2 Unk pouwp J Wref Input 10 SEN Unknow 1 11 EN Unknown On trouve par exemple la patte INI sur lequel viendra le signal d une unit PWM Les librairies utilis es pour le projet seront remises sur CD 38 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e j S E a c Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Les eus 1 Marguet Julien dpt lectricit University of Apnlied Sciences Vue du pattern cr pour mettre le C167CR S SES TOFOTOTOFOGA L L ae L L L L SE e ER G EE E C G ee GG 0 D D Q VCC seseVCCssssssssssssGND se GND DOOO OO DO DO DO Flers See eeeeeeeee G r sel F7 Es P210leeP211 z 32828 P24 ee P2s IRelDest Ty P212 e P21312A SES R SR SE Ei eel ba do E F214 e P215 Z m P20 ee P21 10 prileeP30 PI eelP 7 bi3ileeebi AIS P7 6 ee F86 P35 e ee P34 A19 P7 5 se p5 H P37 eeePp36 A20 P7 4 eel P84 sa P39 eeeP38 A21 P7 3 e P33 P511 eeeP310 A22 P7 2 ee P2 P31i eselP312 A23S P7 1 se P 40 P315 ee RDY P7 0 eelrGao Di4 eeD15 MODE sel XTALI a DI2 ee D13 GE P6 4 eel CSUART DidlesDil e IRESI RSTOUT D8 e e D9 b
58. nt Phytec Cette carte a t utilis e pour le projet elle re oit le C167CR sur un connecteur Cette carte de d veloppement permet via un logiciel de flasher la m moire du C167CR De plus via un logiciel Crossview Pro on peut conna tre en temps r el les valeurs des diff rents registres et ce en mode pas pas pour le d bugage ce qui est un grand avantage Rq il ne s agit pas en r alit d un vrai mode temps r el 8 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique GE Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Figure 2 Carte de d veloppement Phytec Sans le minimodule C167CR Pour utiliser cette carte 1l a fallu installer le logiciel de d veloppement Tasking Ce logiciel reconna t cette carte Phytec et son microcontr leur S1 le d veloppement d un programme venait tre fait avec un autre compilateur que Tasking 1l faudrait compiler le programme avec certaines options qui seront vue plus loin afin de g n rer un fichier hex compatible avec le C167CR Un logiciel FlashTools permet de flasher la m moire du C167CR il dispose d une interface graphique ou DOS de tr s simple utilisation Rq lors de l installation du logiciel il a fallu demander une cl au fabricant du logiciel Celle ci d pend de l adresse de l ordinateur sur le r seau 9 1 1 Les cavaliers Voici la disposition des c
59. nt du capteur optique de les transmettre un microcontr leur afin de r guler la position du moteur azimut pour centrer le capteur optique en face de la source infrarouge et finalement de r aliser un circuit pour la partie puissance de ce moteur Le microcontr leur utilis est un 80C167CR de chez ST Microelectronics Le projet s est relativement bien d roul Il n tait cependant pas pr vu au d but du projet qu il faille traiter les signaux provenant du capteur optique Et c est cette partie qui s est av r e la plus longue et la plus importante mettre en uvre Le projet au point actuel permet d aligner correctement le capteur optique en face de la source infrarouge selon l azimut et ce plus de 10 m tres cette distance d pendant tr s fortement du filtrage qu on applique Le moteur permettant d aligner selon l l vation tait en panne et fut r parer 3 semaines avant la fin de ce projet cela ne m a pas laiss le temps de mettre en place la partie lectronique et le programme pour r guler la position selon l l vation De plus d semble qu une des photodiodes du capteur optique soit hors d usage 2 Abstract The goal of this project was to develop a system known as optical tracking A part of this project was already developped by the laboratory of optics Thus two axes of rotation driven by 2 motors making it possible to regulate the azimuth and the rise of an optical sensor were placed at the disposal for this pro
60. nue de 26dB le 50Hz Il faudrait transposer ce r sultat pour un filtre 1 3kH7z Tam Fente de D ou a 100Hz gt 204E 2 dbidec UP ZO car entre 50 et 100Hez rapport de 2 Donc un rapport de 4 c est 6dE AUdE plus dE 26dE D termination du condensateur de 1nF fc 1 2 P1 RCin D o Cin 1 2 PT fcoupure R 1nF Avec R 120k Cin est un condensateur de d couplage avec R 120K cela forme notre passe haut 1 3Khz 54 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Autres am liorations porter sur le circuit Le filtre 40KHZ n est pas assez performant s il venait y avoir une source infrarouge proche des 40KHz avec une puissance plus grande que la vraie source alors le capteur se dirigerait sur la source la plus importante en terme de puissance Il aurait t int ressant de r aliser un filtre num rique avec un processeur DSP programm Mais cela n a pas t vu en cours Le filtre permettant d obtenir la tension continue n est pas assez rapide Il faudrait envisager d utiliser le montage AOP avec en contre r action une r sistance et une capacit Cela ferait un filtre passe bas Je ne connaissais pas les m thodes g n ralement employ es pour limiter la tension entre O et 5V avant l entr e d un m
61. ouveau rapport cyclique unsigned int Force double rap unsigned int result_force prendre la valeur absolue de rap if rap gt 0 0 s1 oui il est negatif alors ne rien faire else le rapport est negatif il faut donc le multiplier par 1 pour le mettre en positif rap 1 0 rap Algorithme de r gulation proporionnel cet algorithme est d finit dans le rapport Il peut tre modifi PWx 40000 rap 571 17100 result_force rap 571 result _force result_force 17 100 result _force 40000 result_ force return result_force ES ANS deer NE Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien University of Apnlied Sciences Marguet Julien dpt Electricit void main void double Photol tension de photodiode 1 double Photo2 Itension de photodiode 2 double ecart Jecart en pourcentage entre les 2 photodiodes DP7I Le port P7 1 est mis en sortie Jet on avait mis DP7 0 ca aurait mis ce port en entr e Si DP72 Le port P7 2 sortie Si PMI l PWM Channel 1 Center Aligned Mode sur P7 1 Si DM idem pour channel P7 2 vi PPI 40000 Load period register permet de d finir la p riode de la PWM PP2 40000 PW1 et 2 sont mis a 40000 au debut pour que le moteur soit arr t vi PWI 40000 Load puls width register PW2 40000 PENI
62. que Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 8 6 Limitation du signal La tension continue issue du filtre pr c dent laisse passer une tension qui varie entre 0 et 15v maximum Le cas 15V arrivera si l on place la source quelques centim tres du capteur optique Le microcontr leur dispose d entr e analogique limit e O 5V TTL Il faut donc limiter la tension pr c dente Pour cela un AOP suiveur a t utilis celui ci est aliment en OV 5V environ cela limite donc le signal La connexion sur l entr e analogique peut enfin se faire Sch ma disponible la partie PCAD 7 8 7 Pilotage du moteur azimut Le moteur utilis est un moteur courant continu Puissance conseill e 5W Tension nominale 12V Courant de d marrage 2 25A Pour piloter ce moteur on dispose de sorties sur le microcontr leur sur lequel on peut utiliser des unit s PWM Le moteur devra pouvoir aller dans les 2 sens Il faut donc trouver un driver permettant de fournir assez de puissance pour le faire tourner et de plus ce driver devra permettre de piloter le moteur dans les 2 sens d faut donc pouvoir inverser la polarit ce driver devra permettre de varier la vitesse Apr s quelques recherches le choix s est port sur le driver L6203 de chez ST Microelectronics Il s agit d un pont en H dont voici le principe de fonctionnemen
63. r courant continu gr ce une unit PWM du microcontr leur Le montage de puissance pour le moteur azimut a donc t r alis avec le driver Le driver est command par 1 unit PWM venant du port P7 1 Le rapport cyclique de la PWM varie selon la tension qui est appliqu e sur l entr e analogique P5 0 Nom du projet TASKING EDE C166 5710 C c16bexamolesVulen Jna Jon 2can essai regul moteuntestl 2owm 2can test pl Le programme suivant produit une PWM qui varie en fonction de la tension qu on entre sur le CAN Le montage de puissance est aliment en 12V 59 Prof M J Lahlou cn II Ars Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ecole d ing nieurs Marguet Julien dpt Electricit Sch ma du montage GND relier sur la masse du circuit de puissance en pont Alimentation 5v pour VAREF VARE F ne peut d passer SV Entr e analogique de 0 5V max Alimentation 5 Ov AREF P5 10 VAGND P5 11 VAGND P5 12 VAGND P5 13 VAGND P5 14 VAGND P5 15 MONO EE CO One Syst me de tracking optique University of Apnlied Sciences P7 1 Sortie de la PWMI Reli sur l entr e PWM du circuit de puissance du moteur Ordi Port COM ZOOM Entr e analogique O VAR F S gi Ov 5v 5O P5 2 5 P5 3 CO PS 4 5 PSS CO P5 6 O PS 7 5 P5 8 5 P5 9 D VAGND Ov 60 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gul
64. rs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences RF Figure 13 Amplification du signal d une photodiode L amplificateur op rationnel utilis doit avoir une tr s large bande passante des courants d entr e tr s faibles et par la suite une imp dance d entr e tr s grande et un bruit tr s faible Typique 1 AOP doit avoir un GBW gt 200 Mhz et des courants d entr s de l ampli ne d passant pas quelques centaines de femtoAmp res 10 A Ces AOP sont chers M Sandoz m a conseill un AOP LM 6142 celui ci a avec un GBW de 17 MHz 1 70nA nV pA Tm et de 0 22 y HZ HZ Ces AOP sont disponibles au prix de 10 80CHF avec 2 AOP par bo tier de courant d entr e et un bruit f 1kHz de 16 24 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef Eg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 3 Traitement du sianal issu d une photodiode Cette partie traite des diff rents montages r alis s en pratique et qui sont utilis s pour le fonctionnement du projet La strat gie de fonctionnement du projet dans sa globalit y est d crite de fa on claire et simplifi e puis viendra des sous parties d crivant chaque
65. rtie P2 8 0 teint la LED 150 000 x d 0 appel de E var i fonction w e 8 infiniment L whi ei 4 D 3 Gi allume la LED 150 000 x d 2 appel de la var i fonction wait Cet exemple se veut didactique et m a permis de prendre connaissance vis vis de la cr ation d un projet de sa configuration et de sa compilation Il faut retenir ici qu il y a 2 m thodes pour tester ce programme soit on utilise CrossView pour le tester en mode pas pas et dans ce cas 1l faut bien cocher les options dans Tasking sot on utilise Flash Tools pour flasher la m moire Il faut veiller bien choisir les options de configuration plage d adresse format de sortie du fichier compil pour ces 2 m thodes 17 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique e fe Ji GE Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences 7 L lectronique Dans ce chapitre il sera question de toute la partie lectronique du projet C est cette partie sur laquelle le plus de temps a t pass et c est celle c1 qui dans des prochaines versions de ce projet devrait tre am lior es Une tude sur la source infrarouge et sur le capteur optique est d abord r alis e Puis le traitement du signal issu d une photodiode est d crit tout comme l lectronique qui pilote le moteur courant continu 7 1 Etude sur la source infrarouge
66. stre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef gg g e a Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Plut t que de parler en terme de tension la suite du d veloppement parlera en terme de valeur entrer dans PWI ou PW2 pour faire varier le rapport cyclique PWI et PW2 peuvent varier entre 0 et 40000 S PW1 Vitesse 0 gt Max 40000 gt Arr t du moteur Calcul de la pente du graph pr c dent Elle est de la forme Y AX B A 40000 0 100 30 B 17100 Y A ecart 17100 571 ecart 17100 Calcul de PWI ou PW2 selon l cart 40000 ecart 571 17100 Exemple Si l cart est de 50 alors la valeur de PW1 sera 40000 50 571 17100 28450 Si l cart est de 30 PW1 39970 Si l cart est de 100 PW1 0 Valeur de Phi ou HN Ecart Chi 64 de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Ecole d ing nieurs Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Code source TA ee ee ee ek e e A k ee ee k k dee e eh e K ee tee A kk K K AK K K MARGUET Julien Le 7 mai 2003 Programme pour r guler la position du moteur azimut selon les signaux fournits par les 2 photodiodes en P5 0 et P5 1 Test si le niveau de tension fournit par ces 2 photodiodes est assez lev Utilise 2 CAN et 2 unit s PW
67. t assembleur Cette suite poss de une interface graphique Une fois le logiciel install j ai proc d au test de la carte Phytec en suivant un exemple d taill qu il suffisait de suivre pas pas 6 1 Cr ation d un projet La suite de cette partie d crit comment r aliser un projet permettant notamment d allumer ou d teindre une led sur la carte Phytec aux fr quences voulues Figure 3 Led sur la carte Phytec Etape 1 Ouverture de EDE par le menu d marrer ou directement sur l ic ne C166 _ST10 10 Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique GER Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique ef 8 de l Arc jurassien Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Pour cr er le projet Aller dans Menu Project Space gt New Puis s lectionner le r pertoire de destination et le nom de l espace projet Create a New Project Space E4 Curent Director Lct besampl s uen 23 op Filename ei b examples uen 23 avnltestE psp w Look in same directory for external workspace workspace Type D suo tee lege UK Cancel Help E Valider la fen tre suivante appara t L tape suivante consiste cr er un projet dans cet espace de projet Pour cela cliquer sur l ic ne d sign par la fl che D signer un r pertoire et nom de projet ici Led chanote o Project Properties A lt Default Settings Directories Members sql
68. t de dipl me 2002 2003 par M Nathana l Sunier et cette personne a pu me donner quelques conseils avant de quitter l cole La raison de ce choix de uC remonte donc son travail de dipl me Ce uC a t choisi son poque pour le fait qu il dispose du bus CAN qu il est de conception r cente qu il est disponible la vente qu il offre une m moire importante et qu il dispose d unit s PWM utiles pour piloter un moteur Voici les principales caract ristiques de ce uC et du minimodule Figure 1 de chez Phytec qui comporte ce uC HULL 4 LEE z TL SETTI tat BIL DI HI ULB d e MO DD wf wfwfwfvfvfsfavEVEDN N NTNE Ts tat Figure 1 Minimodule Phytec On peut voir le uC sur la figure pr c dente partie gauche Caract ristique Processeur 16 bits SAB C167 CR avec chip CAN version 2 0B Minimodule au format carte de cr dit M moire 256kB SRAM 256kB Flash Horloge 20MHz Tous les signaux et ports du contr leur sont tendus des broches de largeur standard sur trois bords de la carte Ces broches disposent d un port d entr es sorties s rie bidirectionnel 16 bits de 64 entr es sorties et d un convertisseur A D 16 canaux r solution 10 bits 2 liaisons s rie RS 232 dont 1 configurable en RS485 Alimentation 5v 250mA Ce minimodule est souvent utilis dans les domaines utilisant beaucoup de m moire dans les applications utilisant le bus CAN 5 1 La carte de d veloppeme
69. t et les principales caract ristiques Tension max 48V Tension min 12V Courant efficace jusqu 4A 5A si t lt I1ms 31 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Applied Sciences Principe de fonctionnement d un pont en H L i YOE k Wi MOTEUR MOTEUR Be mer cl LB cet D BR d L 2 1 i 1 2 j 3 3 3 SWI se si sw it ew Sch ma a Sch ma b CC YOG W MOTEUR MOTEUR L H s SS AB ____E per B i i El Lai 1 L Z i 3 3 3 3 SW Swi Swi on SWI LI l Sch ma c Sch ma d Au sch ma a le moteur est arr t on vient court circuiter les 2 p les si le moteur est en marche cela revient le freiner puis l arr ter Au sch ma b le moteur va dans un sens cela d pend du sens du courant Au sch ma c le moteur va dans le sens inverse du sch ma b Au sch ma d le moteur est nouveau frein puis arr t Le sch ma suivant montre comment est r ellement le pont en H les interrupteurs sont remplac s par des transistors Quand l entr e In 1 In 2 est active le transistor Q1 Q2 est passant et le transistor Q3 Q4 est bloqu Quand In 1 est actif le p le 1 du moteur est au potentiel Vcc et lorsque In 1 est l tat bas le p le 1 du moteur est la masse Le tableau suivant r sume les 4 possibil
70. th orique partir de la relation pr c dente Avec l 150 mW sr et Elmin Avec la partie pr amplification du circuit qui sera vue plus loin 1l fut possible de recevoir le signal de cette source environ 80 100m le signal re u une tension cr te cr te de 30mV et 10mV cr te cr te de bruit il restait donc une marge avant que ce signal ne soit totalement noy dans le bruit Modulation employ e ON OFF Rapport cyclique 2 3 le 2 3 1 3 Allure du signal signal du dessus non amplifi signal du dessous amplifi Tek AA top WM Pos 2 400 1 CURSEUR SE TE E zm Tv E Da i Delta d EE 713 80 us Fe dd Curseur 1 14 40 us DEE Lutseur 600 Ons CH1 100 CH2 280 M 5 00US CHI 7 236V H H H vi H H H H H H H H H H H H H Figure 6 Allure du signal modul re u par la photodiode La source comporte un circuit r alisant cette modulation et ce la fr quence de 40kHz Il faudra donc pr voir un filtre passe bande 40kHz par la suite afin de ne recevoir les signaux infrarouges seulement issus de cette source S il venait y avoir des conflits au niveau des fr quences il faudrait modifier la fr quence dans cette source En effet durant le projet et selon la position des c bles du circuit le montage fils faisait antenne et recevait un signal qui mettait justement la fr quence de 40kHz 19 Projet de semestre 2003 Laboratoire
71. ure de cette r ponse d amplitude en fonction de la fr quence Tableau de mesure 52 Ecole d ing nieurs de l Arc jurassien Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Of 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Diagramme de Bode 70 60 50 40 Gain dB 30 20 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 Fr quence Hz Commentaire On trouve bien une allure de la r ponse de type passe bande La 1 fr quence de coupure provient des filtres C R 1 3kH z la 2 fr quence de coupure provient de la limitation des AOP d leur produit gain bande passante de 3Mhz et de la capacit de 100pF elle se situe vers 20kHz Effet de la capacit de 100pF cela fait un filtre passe bas de 48 2kHz Le but de cette capacit est d emp cher l AOP d entrer en oscillation hors on cherche avoir une fr quence de coupure haute de l ordre de 40kHz cela a pour effet de faire gagner 20dB d att nuation par d cade fc 1 2 PT 33k 100p 48 2kHz 53 Ecole d ing nieurs cn II Ars Projet de semestre 2003 Laboratoire de R gulation et d Automatique P Prof M J Lahlou Syst me de tracking optique Cf 8 Marguet Julien dpt Electricit University of Apnlied Sciences Sur le sch ma suivant on voit l effet d un filtre passe haut R C avec fc 1kHz qui att

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