Note d`application - Station sol - Projet de drone "Cigogne" à l`INSA
Contents
1. Sur la carte commande de la station sol V1 le connecteur avait mal t c bl puisque pour faire le lien avec le module de surimpression vid o il fallait croiser le c ble RJ11 ce qui n est pas tr s pratique Pour cette raison la nouvelle carte int gre un connecteur RIIT qui lui est cette fois adapt au module de su rimpression Un c ble droit devra donc tre fait Figure 22 Connecteur RJ11 2 e Connecteur DI IO Carte Commande Puissance Contrairement la station sol V1 le connecteur int gre ici une alimentation 12V issue de la carte puissance Pr c demment cette alimentation tait fournie par un deuxi me c ble d alimentation directement depuis la batterie L alimentation 5V a aussi t int gr e ce connecteur ce qui permet de n utiliser plus qu un seul r gulateur 5V qui se trouve sur la carte puissance En revanche les signaux Reset des deux puces L297 ont t retir s car ils ne sont pas utiles dans notre cas cf la suite de cette note d application Il s agit en effet de signaux permettant de r initialiser l tat initial des bobines commander Toute la commande se faisant de fa on transparente pour nous ces signaux ne nous sont pas vraiment n cessaires KJ Enable Profondeur KI Sens Profondeur R20 Cl Clock Profondeur 470 D ON Figure 23 Connecteur Commande Puissance Un interrupteur permet d alimenter le 5V de la carte commande soit par le 5V r gul de la carte puissance soit pa2. Cadran 2 x lt 0 amp y lt 0 x gt 0 amp y lt 0 Concernant la soustraction il faut s assurer que la dif angle angle x angle angle f rence est belle et bien inf rieure x puis savoir de quel signe est cette diff rence Le signe sera donn par une variable sp ci fique sens_rotation_azimut Figure 36 Les cadrans de la fonction arctan Pour ce qui est du calcul de l angle de la profondeur 1l faut prendre en compte la distance de la projection au sol de la station sol et du drone cf la cotation distance sur la Figure 25 L angle de profondeur sera finalement don n par la formule altitude G PS altitude s tation distance angle arctan ALTITUDE ALTITUDE altitude GPS altitude GES angile_drone_profondeur ngle drone profondeur altit de Station altitude station EST lt gt distance Figure 37 Sch mas pour le calcul de la profondeur longitude_station longitude_GPS 1 d D tails du code Afin de permettre une plus grande rapidit de prise en main du code de la station l avenir voici des extraits d taill s du code certains passages ont t supprim s modifi s pour plus de lisibilit La fonction main void main d claration de variables while INIT D 5 initialisation_ station while l acquisition _GPS Attente d appui sur le bouton if latitude GPS 0 amp 8 amp longitude GPS 0 break pour initialiser la station d m
3. Evolutions futurs La carte station sol V2 n a pas pu tre valid e Il faudrait donc pouvoir v rifier son bon fonctionnement Avant de continuer modifier la carte et le code il serait tr s int ressant de pouvoir valider celle ci enti rement En effet bien que certains tests aient t concluants il faudrait poursuivre cette s rie de test Tester toutes les communications UART Xbee PIC moteur Abee PIC aiguilleur Xbee PC USB PC USB PIC Aiguilleur Aiguilleur Incrustation Vid o Cependant depuis peu la communication Xbee sur le port USB n est plus fonctionnelle En priorit il fau dra donc r parer cette erreur pour pouvoir ensuite faire les tests de communication Concernant le code en lui m me celui ci n a jamais t test enti rement sur la V2 Sur la carte VI celui ci a fonctionn assez bien Par la suite sur la V2 un code a t fait pour faire tourner les moteurs et ce bout de code a t valid Pour ce qui est de la carte puissance celle ci a t valid e En imposant des signaux Clock GBF Enable Sens sur le connecteur DIL10 les moteurs ont tourn comme 1l fallait Cette carte est donc valid e Des radiateurs non dimensionn s ont t pos s sur les hacheurs et le r gulateur 5V Il faudra certainement en dimensionner pour les futures versions Lorsque la carte commande sera valid e en particulier les communications un tirage professionnel de la carte pourra tre
4. re le flux vid o par un module de r ception pos sur le mat et retransmet ce flux directement par USB gr ce au module Grabshow Par la suite il serait int ressant d int grer une seconde antenne qui ferait la r ception et l mission des trames Xbee Sol Air d abord puis par exemple Sol Sol pour une t l commande ou le Joystick La station sol a par ailleurs d autres r les Voici un listing de ses taches Acquisition de la trame GPS du drone pour effectuer le suivi d antenne Acquisition de la trame GPS du drone pour un ordinateur branch sur la station sol USB Acquisition de la trame PID P de l ordinateur USB qui permet de modifier les PID en vol Acquisition des consignes Joystick en mode filaire actuellement Envoi des consignes Joystick et de la trame PID Envoi de certaines donn es afficher sur les lunette 3D Une premi re station avait t d velopp e lors d un projet MIQ4 en 2008 2009 cf Figure 2 Ce travail avait d bouch sur la r alisation d une double carte commande et puissance Cette carte qui est tout fait fonctionnel le pr sente cependant quelques d fauts Une nouvelle version de ces cartes a donc t r alis e 2 Sch ma du drone en vol MaS Figure 2 Station sol Version 1 Figure 3 Sch ma du drone en vol 3 Diagramme de fonctionnement La carte s appuie sur 2 microcontr leurs PICs 18F L un va se charger de motoriser l antenne a
5. 34 Organigramme du code 1 b Fonctionnement du code Actuellement la r ception de la trame se fait sous interruptions d s que l on active le bit d activation des interruptions r ception UART RCSTAbifs CREN les valeurs de longitude latitude et d altitude du drone sont char g es dans les variables correspondantes longitude_GPS latitude_GPS et altitude _GPS Une fois ces valeurs charg es ce qui se produit lorsque la fonction acquisition_GPS est appel e la posi tion des deux moteurs tant connue variables position_moteur_azimut et position_moteur_ profondeur le programme va calculer le nombre de pas effectuer pour chacun des deux moteurs En premier lieu le moteur azimut est command fracking_azimut 1 puis c est au tour du moteur de profon deur fracking_profondeur 5 Dans le code des fonctions de tracking une horloge est cr e Cette horloge est n cessaire et c est elle qui va faire bouger le moteur d un pas l autre chaque front montant chaque cycle de cette horloge les variables de position des moteurs sont incr ment es ou d cr ment es selon le sens de rotation Les tapes de suivi des deux moteurs sont actuellement s quentielles on charge la trame on calcule le nom bre de pas on bouge les moteurs puis on recommence Le syst me fonctionne donc en saccad Il serait beaucoup plus int ressant de faire une lecture en continu de la trame ainsi les moteurs tourneront en continu
6. envisag
7. tages moteurs Par exemple si on visse on augmente le courant limite si on d visse on diminue cette limite Pour plus de clart on pourrait faire apparaitre dur le package la vis de r glage Le changement du bornier d alimentation g n rale 12V pourrait tre envisag On pourra choisir une solu tion clips plus pratique pour le montage d montage Pourquoi pas supprimer les interrupteurs CTRL_x car comme dit en page 13 il ne sont pas utiles Voici donc le typon une fois les d fauts pr c demment cit s corrig s 3 c Prototype de la station Voici une image pr sentant les emplacements des diff rents composants connecteurs On remarquera qu un soin particulier a t apport la logique de placement de ceux ci Switch UART Prog 18F6520 Connecteur Joystick Connecteur PK2 18F6520 Switch UART Pros 18F4520 Switch UART Prog 18F4520 Bouton Poussoir d Initialhisation Alimentation 5V carte commande Connecteur Boussole LED Alimentation s FAN Port USB pour la carte Puissance TEE communication Connecteur s rie avec PC Capteurs Inductifs Connecteur Connecteur PK2 18F4520 Moteur Azimut p Potentiom tre r glage Connecteur courant limite Moteur Profondeur d GE D Wa Alimentation G n rale 12V Switch Mode Full Half ef Sege ps REV S EE Figure 31 Prototype de la station sol V2 3 d Tests effectu s sur la carte puissance Afin d effectuer une premi re
8. v rification du fonctionnement de la carte puissance un signal Clock issu d un GBF a t impos sur le connecteur DIL10 et une mesure des signaux de sortie ont t effectu s Lors de ces tests les moteurs ont bien fonctionn comme il le fallait Voici sur les figures 19 et 20 les tensions relev es sur l entr e Clock de la puce L297 ainsi que sur les bobines A B C D du moteur H 200V 5 00V 0 0s 20 00 Auto 2 00V H 100V 10 0V 10 0V H 100V Dis 2000 Auto 2 00V Figure 33 Les 4 signaux des bobines A 1 B 2 C 3 D 4 3 e Commande des composants La commande a t effectu e sur le site de Farnell Voici la liste de composants n cessaires pour ces circuits 1 x PIC 18F4520 1 x PIC 18F6520 1 x Ftdi FT232RL 1 x Xbee Pro 1 x 7805 2 x L297 2 x L298 1 x Porte ET Cms 2 x Quartz HS 12MHz 4 x Condensateurs Cms 15pF 12 x Condensateurs Cms 100nF 1 x Condensateur Plastique 100nF 2 x Condensateur Chimique 22uF 2 x 470 uF 3 3nF 8 x LEDs Cms Vertes 4 x LEDs Cms Rouges 2 x LEDs Simple Vertes 12 x R sistances Cms 220Q 3 x R sistances Cms 10kQ 2 x R sistances Cms 12kQ 1 x R sistance Cms 1kQ 1 x R sistance Cms 2 2kQ 2 x R sistance Cms 22kQ 4 x R sistance de Puissance 0 5Q 2 x R sistances LEDS xxxxxxxxxx 2 x Potentiom tre 10kQ 5 x Diodes chute de tension faible 17 x Diodes Roue Libre et Alim 2 x Connecteurs SILS pas 2 54mm 1 x Conn
9. 3V que l on peut r utiliser sur la carte pour alimenter le Xbee On vite ainsi l ajout d un composant qui remplirait cette fonction Cependant cette alimentation 3 3V fluctue entre 3V et 3 6V avec un courant admissible de 50mA Le Xbee PRO pouvant consommer un peu plus il faudra donc faire attention ce param tre l En effet sur la datasheet il n est pas indiqu clairement les courants consomm s On peut cependant se r f rer aux valeurs des courants RX et TX 3 3V respectivement 55mA et 215mA Lors de plusieurs essais la carte de test USB S rie Xbee cf Figure 10 a parfaitement bien fonctionn Figure 10 Carte USB S rie Xbee 2 b C blage du Xbee Les niveaux fournis par le Abee ne sont pas directement des signaux compatibles ceux des PIC Il fallait donc adapter la l entr e IN du Xbee 5V 3 3V ainsi que la sortie OUT du Xbee 3 3V 5V Figure 11 a Abaisseur de tension Pour la conversion 5V 3 3V l adaptation s est faite par un simple pont de r sistance cf Figure 11 a Et pour la conversion 3 3V 5V initialement l id e d un montage rehausseur de tension cf Figure 11 b utilisant une diode et une r sistance de tirage avait t choisie et m me malheureusement valid e jusqu au typon Le principe de ce montage est le suivant On choisit une diode dont la chute de tension vaut 1V Cette diode sera tou jours passante ainsi lorsque A 3 3V B vaut 4 3 V et lorsque A OV
10. B vaut IV En fait 1l se trouve que ce montage risque de ne pas marcher aux vues des niveaux de tension des PIC et du Xbee En regardant dans les datasheet du Xbee et du PIC on peut retrouver les valeur limites des tats hauts et bas Voici ces valeurs en Volts pour le Xbee Von Ve 0 5 Vor 0 5 Pour le PIC Vm 0 8 Vop Vi 0 2 Vpp Figure 12 Incompatibilit s des niveaux de tension Si un niveau haut mis par le Xbee est trop faible 2 8V celui ci sera rehauss 3 8V mais ne pourra pas tre reconnu comme un tat particulier par le PIC qui a une plage inconnue de 1V 4V lorsqu il est aliment 5 0V Par ailleurs m me l tat bas ne sera pas reconnu car il est trop haut cause de ce d sagr ment beaucoup de temps a t perdu Une porte ET R f rence SN74AHCT1GO08 a donc t soud e in extremis sur la face du dessous du circuit En effet une porte ET est un circuit qui admet un niveau limite pour une tension haute en entr e gale Vm 2 8V En sortie la porte ET retourne un tat haut 5V compati ble avec le niveau du PIC Voici une photo montrant le soudage in extremis de la porte ET Figure 13 Soudures sur la porte ET Au final le Xbee est c bl comme suit RX PO lt RX_Pic4520 lt l RX1_Pic6520 lt D15 ES RB751V40T1G R17 ik TX2_Pic6520 gt Lo AD2 DIO2 DTRBar SLEEP_RQDI8 AD1 DIO1 Gnd AD0 DIO0 O OIDINIOIO1I R IC IN I wech R21 2k2 Fig
11. Note d application Station sol Version 2 Stage Technicien Juin fuillet 2009 Station sol Version 1 Station sol Version 2 Pierre Alain Vercruysse GE4 Sommaire I Descriptif de la station sol 1 R le de la station sol 2 Sch ma du drone en vol 3 Diagramme de fonctionnement 4 Coordonn es GPS II Descriptif de la carte lectronique 1 Contexte de la station sol 1 a Choix des microcontr leurs 1 b Organisation de la carte 2 D tails des diff rents composants de la station sol 2 a C blage du FTDI 2 b C blage du Xbee 2 c C blage des PICs 2 d Connecteur RJ11 2 e Connecteur DI IO Carte Commande Puissance 2 f Gestion de l alimentation 2 g Commande des moteurs 3 R alisation des cartes 3 a Typon carte commande 3 b Typon carte puissance 3 c Prototype de la station 3 d Tests effectu es sur la carte puissance 3 e Commande des composants III Descriptif du programme 1 PIC motorisation 1 a Organigramme 1 b Fonctionnement du code 1 c Strat gie de calcul des pas moteurs 1 d D tails du code 2 PIC changeur Id es pour le code IV Mode d emploi de la station sol V2 Configurer le Xbee V Evolutions futurs I Descriptif de la station sol 1 R le de la station sol L objectif principal de la station sol est de faire un suivi du drone par une an tenne cf Figure 1 Le drone tant quip d un metteur vid o la station sol r cup
12. TU COM5 About PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration Line Status Asset Close ssemble Clear 1 Show RE DTR M BIS Iw Break ComPortl Packet Le DS S 4 0K V rifier la communication Modem avec Test Query V rifier dans la bonne communication du Xbee en tapant sans rien d autre ne pas appuyer sur Entr e non plus Un message OK devrait apparaitre c t de Si cette communication ne fonctionne pas modifier les param tres du Abee Channel C ID 3332 DH 0 DL 0 ainsi que le Baudrate 9600 Le Xbee est maintenant op rationnel X CTU COM5 Remote Configuration PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration Profile Save Load Modem Parameters and Firmware Parameter View write Restore Clear Screen F Always update firmware Show Defaults Modem XBEE PRO Function Set XBEE PRO 802 15 4 Versions Download new versions Version sl fios sl J D DD D 134200 SH Serial Number High D 40011009 SL Serial Number Low D 0 AN Random Delay Slots BH 0 MM MAC Mode BD 0 CE Coordinator Enable BD FFE SC Scan Channels Buch Scan Duration BH mai End Device Association BH 0 42 Coordinator Association D 00 Al Association Status CH DE Interfacing D 4 PL Power Level BH 2C CA CCA Threshold CH Sleep Modes NonBeacon Read parameters OK COMS 9600 8 N 1 FLOW NONE XBP24 Ver 1083 IV
13. ant admissible on place le potentiom tre RV cf Figure 28 sur l entr e Vref Pour limiter 2A la consommation il faudra donc tourner le potentiom tre jusqu obtenir une tension de 2V sur la patte 15 du L297 Il faudra bien veiller au calibrage de ces potentiom tre car si ils sont r gl s une tension maximale pour Nuet alors les moteurs pourront tirer 10A ce qui risque d tre assez dangereux Figure 27 Association L297 L298 EE Eeer SH 1NSSBIEMERESS1ERL 1N5351BRL BR T IOIOINIOIR SH k ET IOINIOIN E Wu ZNZ ST FDL2AA 1NSSSNEBENEGS 1 ERL 1N5351BRL R2 R23A 50 Figure 28 Compl ments 3 R alisation des cartes Afin de gagner en place la station sol sera r alis e comme pr c demment sur deux cartes Commande et Puissance Deux circuits int gr s ont t choisis en CMS car il n y avait pas le choix le bd ainsi que le PIC 18F6520 D autres composants plus classiques r sistances diodes condensateurs LEDs ont galement t choisis en CMS Le PIC moteur 18F4520 aurait pu tre choisi en CMS Cependant la carte tant nouvelle prototype et non une version finale et le tirage de celle ci n tant pas professionnel le format DIL standard a t pr f r celui CMS Sur les cartes pr sent es ci apr s les plans de masse ont t retir s 3 a Typon carte commande Le typon pr sent est le typon d origine Apr s d bogage de
14. ce qui permettra de rendre le syst me plus fluide Cela dit les moteurs sont assez rapides pour arriver la position souhait e tr s rapide ment et l chelle du d placement du drone les moteurs devraient fonctionner assez bien dans l tat actuel des cho ses C est d ailleurs le cas actuel lors du suivi 1l n y a pas de d crochage d une vitesse trop grande du drone 1 c Strat gie de calcul des pas moteurs ees latitude Gpz Le calcul de l angle du drone est donn par la ds simple formule suivante cf la figure longitude_GPS Se angle arctan i latitude_GPS latitude station latitude station Station sol Une fois la valeur calcul e 1l faut galement savoir dans quel cadran le drone se trouve En effet la fonction arctan est une fonction de vers 7 2 x 2 Sur la Figure 36 la valeur des angles calcu l e est donn e par valeur et la valeur de l angle r elle est donn e par angle Au final la fonction utilis e retourne un angle compris dans l intervalle x x sachant que l azi mut Nord correspond l angle 0 longitude_station longitude_GPS Cadran 3 Cadran 1 Une fois cet angle obtenu il reste calculer le delta x lt 0 amp y gt 0 x gt 0 amp y gt 0 angle entre cet angle et celui o se trouve le moteur L angle du angle angle x angle angle moteur est donn e par la formule eg Jm angle_moteur_azimut position_moteur_azimut E 488 Cadran 4
15. de longitude latitude pour la mettre en forme sous un nombre en degr s pur Ex la trame re ue est sous la forme ddmmmm d degr m minute et on la met sous forme dddddd x107 L altitude est d j sous la bonne forme float angle azimut du drone long coordonnee x long coordonnee y float angle 0 1f coordonnee_y 0 1if coordonnee_x 0 else 1f coordonnee x gt 0 angle else 1f coordonnee x lt 0 angle else 1if coordonnee _x 0 if coordonnee_y gt 0 angle else angle pi else angle atan float coordonnee_x float coordonnee_y if coordonnee_y lt 0 if coordonnee x lt 0 angle else angle angle pi return angle angle pi r On calcule la valeur de l angle de pi tpi tout en prenant en compte les diff rents cadrans de La fonction arctan 2 PIC changeur Voici un rappel du r le de ce PIC Tout d abord il r ceptionne en continu la trame GPS Il va ensuite r cup rer par UART une trame PID depuis le PC via un port USB Il r cup re galement les consignes Joystick Il envoie ensuite une trame unique contenant les PIDs ainsi que les consignes Joystick par Xbee au drone Par ailleurs il fait la r ception de la trame GPS pour pouvoir afficher selon les consignes du PC des infor mations sur la lunette 3D Figure 38 Diagramme PIC changeur Lunette 3D Incrustation Microcontr leur Joystick Vid o d aiguillage d
16. e axe X et de la latitude axe Y ayant pour origine respectivement le m ridien de Greenwich et l quateur La Terre tant approxim e une sph re de rayon R 6374 km par un simple produit en croix on peut trouver une quivalence entre les degr s et les m tres 360 Zb Figure 6 Coordonn es GPS Sege EEN EE lat x lon 48 581945 7 764512 Adresse 24 Boulevard de la Victoire 67000 Strasbourg France NS 7 F M ri F 4 Fe i E rg 5 L Figure 7 Impression cran issu du site gpsfrance net Quelle est la pr cision du GPS Pour une m me localisation comment fluctuent les coordonn es IL Descriptif de la carte lectronique 1 Contexte de la station sol La carte lectronique s inspire logiquement de l architecture souhait e d taill e en Figure 3 sur la page 3 La structure de la carte suit celle de la pr c dente version La station sol s articule autour de deux microcontr leurs PIC un 18F4520 pour la gestion de la commande des moteurs et un 18F6520 qui s occupera de l aiguillage des don n es entre le Xbee le PC les lunettes 3D ainsi que le Joystick 1 a Choix des microcontr leurs Les PICs retenus pour cette deuxi me version de la carte restent les m mes que pour la premi re version Il faut cependant noter que le PIC 18F4520 est sans doute surdimensionn En effet un grand nombre d entr es sorties restent inutilis es Un PIC comme le 18F2221 28 pins au
17. e la trame GPS coordonn es altitude vitesse etc et renvoie une trame PID corrections des PID s lection des waypoints affichage d informations sur l incrustation vid o par le biais du 18F6520 Ce dernier le PIC d aiguillage va r cup rer les consignes Joystick les PID et va les retransmettre par Xbee de fa on structur e Il a galement t convenu que le PC enverrai une premi re trame indiquant quelles indications devaient tre imprim es sur les lunettes cf explication sur le code de ce PIC Le pic d aiguillage se chargera donc d envoyer r guli rement les informations afficher sur la lunette Le c blage de ce composant est indiqu sur le sch ma ci dessous Les diodes D17 et D18 permettent d viter un conflit entre les alimentations de l USB et celle de la carte En effet si ces diodes n taient pas l il y aurait le 5V USB qui irait directement sur le 5V r gul de la batterie Dans tous les cas le FTDI sera aliment par une seule des deux tensions la plus grande et les deux alimentations resteront s par es l une de l autre D18 FTDIXBEE D17 n ACTE FT232RL 1N4148W 1 5 3 11 2 9 10 6 Figure 9 FTDI Le FTDI est un composant tr s pratique Gr ce ce composant il a t possible de remplacer la grosse puce USBMOD3 pr c demment install e sur la station sol VI En regardant bien l USBMOD3 int gre lui m me un FTDI Par ailleurs le FTDI cr une alimentation de 3
18. eaucoup trop pour celles ci Brancher le Xbee et v rifier la configuration du Abee Au d but seule la LED 1 s allumera Appuyer sur le bouton INIT Une fois que le drone est d marr et que la carte capteur du drone envoie la trame GPS correctement la LED 2 s allumera Commence alors la routine de tracking La LED 3 clignotera chaque actualisation Configurer le Xbee Lorsque le Xbee est branch et que l interrupteur plac c t est cal sur la position Xbee on peut bran cher un c ble USB sur le connecteur USB de la carte c est le m me c ble que ceux des PICKit2 Lors de la premi re installation l ordinateur d tectera un composant FT232RL Il faudra installer son driver Il faut ensuite lancer le lo giciel X Ctu Sur la Figure 40 plusieurs Impressions cran ont t prises avec les param tres configurer pour les Xbee Figure 40 Configuration des Xbee Maes Geif About Hok PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration Com Port Setup Select Com Port USB Serial Port CO Flow Control NONE Data Bits Parity Stop Bits Host Setup User Com Ports Network Interface AP Enable Ap AT command Setup ASCII Hex Command Character CC EN EI Guard Time Before BT 1000 Guard Time After AT 1000 Modem Flash Update F No baud change Com test Query Modem Communication with modem DK Modem type XBP24 Modem firmware version 1083 X C
19. ecteur SIL3 pas 2 54mm 3 x Connecteur SIL4 pas 2 54mm 1 x Connecteur SIL6 pas 2 54mm 2 x Connecteurs SIL2 pas 2 54mm 2 x Connecteurs DIL10 pas 2 54mm 2 x Connecteurs Femelle DIL10 pas 2 54mm 1 x Connecteur RIIT 1 x Bornier d Alimentation G n rale 3 x Barrettes s cables SIL2 pas 2 54mm 2 x Barrettes s cables SI IO pas 2 00mm 1 x Port USB 2 x Petits Interrupteurs SPDT 2 x Interrupteurs SPDT 2 x Interrupteurs DPDT 1 x BP Cms II Descriptif du programme Il y a deux programmes sur cette station sol car deux microcontr leurs Le microcontr leur responsable de la commande des moteurs est le 18F4520 tandis que celui qui fait l aguillage des donn es est le 18F6520 Pour le mo ment seul le programme des moteurs a t fait 1 PIC motorisation Le but de ce code est de prendre en compte la position du drone coordonn es GPS et altitude et apr s une phase d initialisation coordonn es de r f rence de la station sol les moteurs pas pas sont command s en nombre de pas effectuer pour s incliner en direction du drone sachant qu un tour d azimut vaut 488 pas et un tour profondeur vaut 246 pas 1 a Organigramme Voici un organigramme tr s simplifi du code Initialisation station moteurs coordonn es Acquisition coordonn es Calculs de delta coordon n es entre drone et station Calculs des nombres de pas moteurs Rotation des moteurs du nombre de pas d sir s Figure
20. ent 250mA pour les PICs En effet ceux ci ne consom meront pas autant puisque tous leurs p riph riques ne sont pas utilis s Par cons quent on peut retenir pour valeur haute une consommation de 900mA Or les simples r gulateurs 7805 permettent de d livrer un courant de 1A voire plus avec un dissipateur adap t De toutes fa ons vu le diff rentiel de tension 12V 5V un dissipateur devrait tre ajout ce composant Pour informations si jamais le choix de ce r gulateur vient tre remis en question le remplacement par un LM323T dans le m me package TO 220 pourra tre envisag Un dissipateur pour ce composant devra dissiper batterie Ur gui e Iconsomm e 12 5 1 7 Watt Si l on consid re une temp rature ambiante de 25 C et que l on souhaite obtenir une temp rature de jonction de 30 C ona AT P Riisipaeu soit KR issipateur 5 C W Air ambiant Jonction Ta 25 C Tj 30 Figure 25 Dissipation de la chaleur du 7805 Il faudra donc un dissipateur de r sistance thermique au maximum de 0 7 C W une valeur basse est pr f ra ble Lors de hautes temp ratures ex 40 C la jonction sera environ 35 C Concernant l alimentation trois connecteurs suppl mentaires 2x5V et 1x12V ont t ajout s sur la carte puissance dans le cas o un acc s une de ces tensions serait n cessaire Sur la carte commande il y a galement des points test masse
21. es don Figure 39 Aiguillage des donn es trame GPS trame PID PID consignes consignes PID consignes enes Joystick PIC 18F6520 I t i affichage ncrustauon des Lunette 3D lt donn es i 2 Vid o voulues affichage PID affichage Id es pour le code Le code de ce PIC a t commenc partiellement par Emmanuel Roussel GE4 des id es pour la personne qui s en occupera sont galement donn es titre indicatif dans la suite Elles ne sont peut tre pas r alisables mais a permettra de refl ter ce qui a t pens lors de la r alisation de la carte Pour le choix de l affichage des donn es au d but une fois la station sol d marr e une trame PID issue du PC pourra par exemple envoyer un code bien pr cis indiquant si oui ou non telle information devra tre affich e Suite cela le PC n aura plus besoin d envoyer ce qu il faut afficher En interne le PIC filtrera les donn es issue du Xbee afficher sur la surimpression On pourrait galement concat ner la consigne Joystick avec les corrections USB ou bien cr er deux trames diff rentes envoy es tour tour Tout d pend de ce qui est pr f rable pour la carte m re embarqu e IV Mode d emploi de la station sol V2 L alimentation de la carte se fait par une batterie 12V qui peut fournir suffisamment de courant des tests sur des alimentations stabilis es de labo n ont pas t concluant puisque les moteurs consommaient b
22. fin d orienter celle ci toujours dans la direction du drone Le second PIC va tre un aiguilleur d information pour l incrustation vid o et l envoi de la trame pour la correction des PIDs Le Xbee transmet la trame GPS aux deux PICs ainsi qu au PC interfac en USB contenant l interface gra phique Le PC va ensuite renvoyer une trame PID contenant les corrections apporter en vol sur les PID ainsi que les donn es qu il faudra afficher lors de l incrustation vid o Le PIC aiguilleur va donc r cup rer la trame GPS ainsi que la trame PIDs Il va par ailleurs recevoir des consignes Joystick partir de ce flux d informations il va construire la trame PID P envoy e par Abee au drone Il va galement afficher sur les lunettes 3D les informations souhait es Altitude Vitesse par le biais du module de surimpression vid o incrustation vid o Le switch SW permet de reconfigurer le Xbee par USB lors d un d r glage de celui ci Voici un diagramme de fonctionnement de la station Figure 4 Diagramme de fonctionnement SA Moteurs Antenne Microcontr leur de suivi antenne PCUSB Microcontr leur d ai Joystick guillage des donn es Incrustation Grabshow USB Vid o PC pour Lunette 3D lecture Vid o Ge Figure 5 R cepteur Vid o et Grabshow USB 4 Coordonn es GPS Les coordonn es GPS sont envoy es par la trame GPS Elles ont pour unit les degr s et se composent de la longitud
23. ion de la station sol Lors du d veloppement de la carte une id e a t mise concernant une initialisation compl tement automati s e de la station gr ce un compas une boussole Cette boussole cf Figure 16 a t d velopp e par Emmanuel Roussel Pour plus de d tails concernant une impl mentation de celle ci il faudrait voir le rapport la concernant Figure 15 Capteur inductif azimut Figure 16 Compas Voici le sch ma de c blage du PIC de commande des moteurs Entr es Sorties Capteurs Inductifs Boussole Compas Bouton INIT DV Alim Commande BP1 BP_PILOU e R12 10k Concernant le PIC d aiguillage le joystick est branch directement sur les pins CCP Capture Compare Ces Microcontroleur Osc2_Pic4520 gt Osc1_Pic4520 gt Init C Capteur Azimut L gt Capteur Profondeur gt Compas gt PGC _Pic4520 D gt PGD Pic4520 D GAS NINJAN _ Gigi LE RAO ANO CHIN RCO T1OSO T18CKI RAT AN1 C2IN RC1 T10S CCP2B RAZ AN2 C2IN VREF CVREF RC2 CCP1 P1A RAS AN3 C1IN4 VREF RC3 SCK SCL RA4 TOCK C1OUT RA5 AN4 SS HLVDIN C2OUT RA6 OSC2 CLKO RA7 OSC1 CLKI RBO AN12 FLTO INTO RB1 AN1O INTI RB2 ANS INT2 RB3 AN9 OCP2A RB4 KBIO AM11 RB5 KBH PGM RB6 KBI2 PGC RB7 KBIS PGD RD7 PSP7 P1D RE0 RD AN5 RE1 WPR ANS RE2 CS AN7 RE3 MCLRWPP PIC18F4520 VDD 5V AM COMMANDE Oscillateur Externe 12MHz pins permettent d analyser facilement des signaux PWM Voici le sch ma de c b
24. la carte le typon a t modifi En effet voici un listing des d faut relev s sur ce premier typon Probl me avec le montage rehausseur de tension Diode R sistance remplac par une porte ET Le package du connecteur DIL10 n est pas bon si on utilise un plan de masse toutes les pattes taient re li es Remplacement de ce package par le package d origine en utilisant l option Change Layer Solder Side Le connecteur RJ1 lest mal situ car lorsque l on superpose cette carte avec la carte puissance ce connecteur est mal situ au niveau du radiateur du hacheur du moteur de profondeur Une deuxi me LED d tat d alimentation de la carte commande a t ajout e Voici donc le typon une fois les d fauts pr c demment cit s corrig s cm i Figure 29 b Carte Commande Station sol V2 Typon Corrig 3 b Typon carte puissance U UA 2 kl e Q D 0 2 a RA e e D ad dee T Usg Cette carte poss de elle aussi quelques d fauts Package des R sistances SENSE R22 et R23 Le r gulateur est trop proche des connecteurs autour Il faudra pr voir un emplacement pour un dissipateur V rifier le package des condensateurs CMS Il faut loigner les potentiom tres la fois du switch CONTROL ainsi que des r sistances 22 et 23 Il faudrait galement tourner de 180 un de ces potentiom tres afin que le r glage du courant admissible se fasse dans le m me sens pour les deux
25. lage du PIC d aiguillage Entr es Sorties Joystick JOYSTICK Figure 18 PIC changeur BIS ISBIRBIRR AVVVVVVV Clock Act Sens_Azimut Clock_Profondeur Enable Azmut Enable Profondeur Sens_ Profondeur TX _Pic4520 RX _Pic4520 Figure 17 PIC moteur Mcrocontroleur Joystick BP2 D Joystick BP1 D PGC_Pic6520 gt POD Pic6620 gt A RB5 KBI11 PCM RB6 KBI12 PCC RB7 KBI3 PCD SRBREERE BRBIPRIBIR RFO ANS RF1 AN6 C2OUT RF2 AN7 C1OUT RFS AN8 C2IN RF4 AN9 C2IN RCS3 SCK SCL RF5 AN10 CTIN CVREF RC4 SDI SDA RF6 AN11 C1IN RC5 SDO RC6 TX1 CK1 RC7 RX1 DT1 RC0 T1OSO T1 3CKI AVDD AVSS He Moss s PIC18F6520 VDD 5V ALIM COMMANDE GO SISI2IRIBIRT IN VVVVVV KJ Joystick Y KJ Joystick X Oscillateur Externe 12MHz D couplage 5V 5V_Alim Commande Osc1_Pic6520 Osc2 _Pic6520 SE HiH C SE EE 15pF 15pF Voici le sch ma des connecteurs de programmation int grant un port UART Les diodes D12 et D13 sont souvent utilis es sur ces connecteurs pour imposer un tat haut sur la patte du MCER tout en vitant un probl me de niveau de tension entre le 5V r gul et le SV issu de l USB PC lors de la pro grammation Il n y a pas de crit res sp ciaux pour le choix de ces diodes d faut juste avoir une diode CMS pas ch re de tension de seuil inf rieure 1 V pour que la pin MCER puisse lire un tat haut 4V est le minimum possible 2 d Connecteur RJ11
26. lieu de 40 pourrait remplir ce r le Cependant pour viter de s loigner de la carte V1 le m me PIC a t gard En ce qui concerne le PIC changeur 18F6520 il a t choisi pour ses deux ports UART Ce PIC a t parfaitement choisi puisque seuls deux PICs poss dent 2 UART communication s rie et 4 CCP Capture Compare Cependant ce PIC n existe que au format CMS TQFP 64pins ce qui est un peu emb tant pour les soudures non professionnelles 1 b Organisation de la carte Voici un sch ma simplifi de l organisation de la station sol Moteur Adaptation des L297 L298 pas pas niveaux de tension 18F4520 3 3V 5V EE L297 L298 pas pas Adaptation des niveaux de tension 5V 3 3V Connecteur USB Interrupteur 18F6520 Joystick Figure 8 Organisation de la carte Ce sch ma ne fait intervenir que les composants les plus importants ces composants s ajoutent des r seaux de 6 LEDs 4 vertes 2 rouges pour chaque PIC ainsi que des Interrupteurs un Bouton Poussoir des connecteurs Pic Kit un connecteur pour le Compas Projet annexe etc 2 D tails des diff rents composants de la station sol 2 a Cablage du FTDI Concernant le FTDI il s agit d un composant permettant la conversion de signaux UART en signaux USB directement lisibles par un ordinateur gr ce un logiciel comme X CTU L ordinateur qui est en fait l interface gra phique r cup re donc les informations d
27. oteurs et coordonn es GPS longitude station longitude _ GPS latitude station latitude GPS altitude station altitude GPS while l acquisition _GPS coord_x long longitude GPS long longitude station coord_y long latitude GPS long latitude station coord_z altitude GPS altitude station Calcul du delta position entre la station et le drone angle _drone_azimut angle _ azimut _du_drone coord_x coord_y angle moteur_azimut position moteur _azimut 2 0 pi 488 0 if fabs angle moteur _azimut angle drone _ azimut gt pi delta_angle azimut 2 pi fabs angle moteur _azimut angle drone azimut Calcul du nombre if angle moteur _azimut angle drone _azimut gt 0 sens_rotation_azimut SENS _HOR de pas pour le else sens rotation _ azimut SENS TRIGO moteur azimut else delta_angle azimut fabs angle moteur _azimut angle drone _ azimut if angle moteur _azimut angle drone _azimut gt 0 sens_rotation_ azimut SENS _TRIGO else sens _ rotation azimut SENS HOR nb_pas_azimut int 0 5 delta_ angle azimut 488 0 2 0 pi D placement du moteur azimut tracking_azimut 1 x int 11 11949266 coord_x en m tres Calcul du nombre int 11 11949266 coord_y 111194 92 Rayon_Terre 2pi 360 de pas pour le angle_drone_profondeur angle _ profondeur _du_drone x y coord_z moteur profondeur angle _ moteur _ profonde
28. r nouveau Q GOMPECU COLE if compteur _octet gt 18 MAJ _ Trame 2 compteur_octet 2 RCSTAbits CREN L acquisition des donn es GPS void acquisition_GPS unsigned long degre unsigned long minute unsigned long datarecue MAJ_Trame 1 RCSTAbits CREN 1 while MAJ Trame 2 longitude _GPS degre datarecue else if compteur_octet gt 0 88 compteur_octet lt 18 1 trame compteur_octet RCREG datarecue unsigned long trame 0 lt lt 24 unsigned long tramel unsigned long trame 2 lt lt 8 unsigned long trame 3 degre datarecue 1000000 1000000 degre 60 100 100 datarecue unsigned long trame 4 lt lt 24 unsigned long tramel unsigned long trame 6 lt lt 8 unsigned long trame 7 degre datarecue 1000000 1000000 latitude GPS degre datarecue degre 60 100 100 altitude GPS trame 12 lt lt 8 trame 13 MAJ _Trame zU La conversion des delta position drone station en angle seul le code de l azimut appara t ici 1 5 Ici on r cup re la trame et on la stocke dans le tableau trame Une fois que la trame est compl tement charg e on d sactive les interruptions sur USART Ici on active les interruptions sur USART et on attend ensuite que la trame soit charg e compl tement Ici on traite les donn es
29. r n importe quelle broche 5V de la carte commande exemple PicKit etc Une LED permet de visualiser si la carte puissance est aliment e ou non Sur les sch mas de correction une deuxi me LED a t rajout e pour indi quant l alimentation de la carte commande L alimentation 12V est d coupl e par un condensateur CMS de 100nF en sortie de connecteur et pour le SV il est r gul en sortie d interrupteur 2 f Gestion de l alimentation On utilise directement une tension 12V issue d une batterie qui une fois filtr e alimente directement les ha cheurs des moteurs Une diode a t ajout e en s rie pour viter une inversion dans le sens des connecteurs Pour for mer une tension 5V un simple r gulateur 5V a t choisi Il permet d alimenter les PICs de la carte commande ainsi que les puces L297 et L298 Plus tard la question du dimensionnement du r gulateur a t abord e Le r gulateur 5V alimente au maximum 3 pics les 2 principaux ainsi que celui du Joystick 2 composants L297 et 2 L298 Figure 24 Alimentation Concernant les PICs ils sont limit s 250mA chacun cf page 321 et 307 du 18F4520 et 18F6520 les L298 consomment au repos 36mA maximum chacun cf page 3 de la datasheet et enfin pour les L297 aucune indication n est donn e La d termination pr cise de la valeur maximale du courant que le r gulateur devra fournir est difficile Cependant cette valeur est d j major e si on prend effectivem
30. tension permettant d acc der aux tensions 12V SV et 3 3V 2 g Commande des moteurs Nous avons 2 moteurs pas pas contr ler Un moteur pas pas est un ensemble de bobinages que l on peut alimenter ind pendamment les uns des autres En alimentant certaines bobines du stator on peut donc orienter le rotor aimant permanent selon des directions privil gi es Selon le nombre de phases du moteur et le nombre de paires de p les un moteur pas pas poss de un certain nombre de positions privil gi es En alimentant donc certaines bobines les unes apr s les autres on peut donc faire avancer le moteur de pas en pas cf Figure 26 one phase on drive Figure 26 les 2 fonctionnements possibles en mode FULL Pour alimenter un moteur on utilise tr s souvent des hacheurs int gr s de type L298 Ici il s agit d un moteur pas pas La commande n est pas forc ment vidente Il existe des composants L297 qui remplissent la fonction de driver de moteur pas pas Le sch ma en Figure 27 est issu de la datasheet du L297 qui propose un sch ma tout fait de commande de moteur pas pas ce sch ma de base certains ajouts ont t faits un potentiom tre de contr le du courant admissible a t ajout cf Figure 28 ainsi qu un interrupteur permettant de s lectionner le mode de commande du hacheur L298 INH1 INH2 ou bien A B C D Ces deux modes de commande sont expliqu s dans la datasheet Au final il se tro
31. ur position moteur _profondeur 2 0 pi 246 0 delta_angle profondeur fabs angle _ moteur _profondeur angle drone profondeur if angle moteur _ profondeur lt angle drone profondeur sens_rotation_ profondeur SENS_HOR else sens_ rotation profondeur SENS _TRIGO nb_pas_profondeur int 0 5 delta_angle profondeur 246 0 2 0 pi tracking profondeur 5 D placement du moteur profondeur La fonction de d placement des moteurs void tracking azimut int vitesse int i 0 Choix du sens de rotation du moteur la variable sens rotation _ azimut est globale for i 0 i lt nb_pas_azimut i Azimut_Clock_297 0 Delay10KTCYx vitesse Azimut_Clock_297 1 Delay10KTCYx vitesse if sens_rotation_azimut SENS_HOR position_moteur_azimut else if sens_rotation_azimut SENS_TRIGO position_moteur_azimut G n ration d un signal horlo ge pour le d placement des moteurs et incr mentation de la variable de position du moteur La gestion des interruptions void InterruptHandler if PIRlibits RCIF amp amp MAJ_ Trame 1 if RCREG Q compteur _octet else if RCREG if compteur_octet 1 compteur_octet 0 On d tecte Q ce stade l on a d tect cons cutivement et le tableau trame On pourra donc inscrire le reste de la trame dans else compteur_octet 2 Si n a pas t d tect on attendra de recevoi
32. ure 14 C blage du Xbee La diode D14 sert viter que lors de la reprogrammation du Xbee un signal puisse tre envoy sur le PIC 18F6520 il ne s agit que d une s curit R18 et R19 forment le pont diviseur de tension 5V 3 3V La porte ET se charge donc de rehausser la tension 3 3V 5V Et enfin pour permettre de le reprogrammer sans avoir d brancher le Abee un interrupteur a t ajout Cet interrupteur d connecte le 18F6520 de l USB PC pour permettre la commu nication bidirectionnelle entre le PC USB et le Xbee sans cet interrupteur on n aurait que le sens Xbee PC 2 c C blage des PICs Les PICs sont cadenc s 12 MHZ par un quartz ext rieur En plus de leurs connectiques essentielles capteurs commande des puces etc ils sont tous les deux quip s d un jeu de 6 LEDs de d bogage 4 verte et 2 rouge Le connecteur faisant office de programmateur Pick peut galement servir de d bogage par UART seul un interrupteur devra tre bascul cf Figure 19 Les deux PICs sont d coupl s par un condensateur CMS de 100nF pla c s sur le typon au plus proche des PICs Les ponts diviseurs form s des r sistances R13 R16 permettent d adapter le signal 12V issu des capteurs de inductifs mont s sur l antenne cf Figure 15 La r sistance R12 est bien entendu une r sistance de tirage vitant un court circuit de l alimentation lors de l appui sur le bouton Ce bouton est le bouton Init d initialisat
33. uve qu il n y a pas de grande diff rence entre ces deux modes On pourrait donc l avenir penser tirer la patte 11 du L297 SV Le filtre RC est un m canisme de protection qui contr le le courant des moteurs en faisant varier le rapport cyclique du hacheur Ce n est pas la m me chose que l entr e Clock qui elle contr le la vitesse du moteur chaque front montant du signal Clock l alimentation des phases du moteur change cf Figure 26 La pate 19 est la masse et donc la puce va fonctionner en mode FULL c est dire qu il y aura 4 tats successives des sorties A B C D Selon l tat initial du translator composant principal du L297 on aura soit le fonctionnement one phase on soit le fonctionnement two phase on cf Figure 26 Les r sistances R22 et R23 sont des r sistances SENSE de mesure du courant entrant dans les moteurs Les puces L297 sont quip es de comparateurs de tension entre la tension aux bornes de ces r sistances Us et la tension Vef appliqu e sur la patte 15 du circuit Si la tension Une d passe Nat alors la puce modifie le rapport cyclique pen dant un certain temps de fa on faire chuter la tension et donc le courant tir par les moteurs Les r sistances SENSE se fixent de mani re avoir une tension comprise entre 0 et 5V Avec la formule Usense Rs lagm et avec R 1Q on aura donc une tension de Uiense 2V lorsque le moteur consomme 2A Pour pou voir contr ler le cour
Download Pdf Manuals
Related Search