Archive pour janvier 2010

3- Les composants retenus

10 janvier 2010

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A) Les composants retenus :

La FOX Board G20 est le cœur de mon système embarqué, c’est elle qui va être chargée de collecter l’ensemble des informations des capteurs, mais aussi d’effectuer les calculs et d’envoyer les ordres aux servomoteurs[1]. Cette carte est basée sur un processeur ARM. Cette architecture est couramment utilisée dans les systèmes embarqués car elle a une très faible consommation. On la retrouve par exemple très souvent dans nos téléphones portables. Le processeur ARM inclus est nommé SAM9G20, il est cadencé à la fréquence de 400Mhz. Il embarque une vaste gamme de périphériques comme un hôte USB, un port Ethernet 10/100mbit, mais aussi quatre ADC de 10-bit, un bus de données SPI[2], des ports séries, des GPIO[3], des sorties PWM.

Ses caractéristiques :

Alimentation + 5

Volts

Consommation 60 mA
Processeur ARM9™ AT91SAM9G20400 MHz d’Atmel™
Mémoire 64mbyte@ 32bit 133MHZ
I/0 – 28 ports d’entrées/sorties

– 2 ports série (niveau 3,3 V)

– 4 entrées de conversion « A/N »

– bus I2C™ / SPI™

– Sortie PWM

Le microcontrôleur Atmel a été choisi pour son prix, mais aussi car il fait partie des cartes Open Source. De plus, Il dispose d’une documentation riche et de nombreux logiciels pour le programmer et le déboguer. Le rôle du microcontrôleur est de récupérer l’information de la girouette mais aussi de générer les signaux PWM.

Atmel vend plusieurs versions dont en voici deux :

Nom commercial Nombre d’E/S Analogique/Numérique Consommation Aperçu
ATmega328

(5V / 20Mhz)

14 (dont 6 pouvant générer des signaux PWM output) 6 40 mA
ATmega2560 (5V 16Mhz) 54 (dont 14 pouvant générer des signaux PWM) 16 50 mA et 40 mA par E/S

Le choix s’est porté sur l’ATmega328 qui avait suffisamment d’E/S mais aussi pour son faible encombrement.

Pour le magnétomètre, le choix s’est porté sur le HMC5843 3 axes d’Honeywell pour son interface I2C et sa consommation très faible et sa haute résolution.

Ses caractéristiques :

Dimensions 12.7×12.7mm
Axes 3 axes
Consommation 10 mA
7 milli-gauss résolution
Alimentation 2.5 de 3.3V

Pour l’accéléromètre le choix s’est porté sur l’ADXL335 pour sa sensibilité (+/- 3 g) et sa consommation très faible.

Ses caractéristiques :

Dimensions 4 mm × 4 mm × 1.45 mm LFCSP
Axes 3 axes
Consommation 350 µA
1.8 V to 3.6 V

Pour le GPS, le choix s’est porté sur le GPS GS407. Ce récepteur 50 canaux est basé sur un chipset u-BLOX 5H™ associé à une antenne omni-directionnelle Geo-helix SL1206 active Sarantel™. Bénéficiant d’une excellente sensibilité, il est prévu pour fonctionner sous 3,3 Vcc

Ses caractéristiques :

Dimensions 47 x 22,9 mm
Alimentation 3,3 V / 75 mA
Canaux 50
Hot Start < 1 sec.
Warm Start 29 sec.
Cold Start 29 sec.
Signal de sortie Supporte protocoles NMEA et UBX 9600 bds

Pour la communication, le choix s’est porté sur les modules XBee de la société Digi, Il permet de faire communiquer des circuits à plusieurs kilomètres de distance. Ce composant est idéal pour les connexions point à point. Ce système avec des antennes à gain permet des communications longue distance jusqu’à 10 km. Il fonctionne à 3.3V et consomme 210mA pour puissance de sortie de +17dBm

Alimentation

+ 3.3

Volts

Consommation

210 mA

Puissance

50 mW

(+17 dBm) power output

Point-to-multipointnetworking ideal for low-latency applications

Support for large, dense networks128-bit AES encryption

RPSMA connector

Industrial temperature rating

(-40° C to +85° C)

Advanced mesh networking and low-power modes supported

La girouette fait partie des éléments clés du projet, c’est elle qui va être chargée de déterminer la direction du vent et de permettre de calculer l’allure à adopter. Mon premier choix s’était porté sur une girouette à ultrason qui permet d’améliorer la robustesse est la fiabilité comme les capteurs CV7. Comme décrit dans l’étude de l’art, ce type de girouette a été adopté par exemple avec le projet Beagle-B de l’université d’Aberystwyth mais aussi de l’ENSIETA. Cependant, le coût de ce type de girouette à ultrason est d’environ 500 € ne pouvant investir autant d’argent, j’ai choisir de concevoir ma girouette avec d’autres techniques. La girouette de mon voilier est construite autour d’un encodeur magnétique analogique 10 bits. Il est donc possible d’encoder 1024 par révolution à 1KHz sa précision est de 0,1°.


[2] Une liaison SPI (pour Serial Peripheral Interface) est un bus de données série synchrone qui opère en Full Duplex. Les circuits communiquent selon un schéma maître-esclaves, où le maître s’occupe totalement de la communication. Plusieurs esclaves peuvent coexister sur un bus, la sélection du destinataire se fait par une ligne dédiée entre le maître et l’esclave appelée chip select. http://fr.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface

[3] Les ports GPIO (General Purpose Input/Output, c’est-à-dire entrée/sortie pour un usage général) sont des ports d’entrée/sortie très utilisés dans le monde des microcontrôleurs, en particulier dans le domaine de l’électronique embarquée. Selon la configuration, ces ports peuvent fonctionner aussi bien en entrée qu’en sortie. http://fr.wikipedia.org/wiki/GPIO

2-L’expression des besoins

10 janvier 2010

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A) Introduction

Le composant essentiel à ce projet un voilier. Ce voilier doit avoir une envergure suffisante pour permettre d’intégrer tous les composants électroniques. Les performances du voilier devront être satisfaisantes néanmoins le but principal du projet n’est pas la performance car cela nécessite un budget plus important. Le voilier devra avoir une stabilité raisonnable. Par stabilité on entend la résistance du bateau à s’incliner sous l’effet des forces extérieures. Mais aussi l’équilibre lorsque le bateau n’est soumis à aucune force. Le bulbe de la quille exerce une force vers le bas par son poids et la force dirigée par le haut par poussée d’Archimède .Lorsque le voilier gîte, le centre de gravité se déplace en fonction de l’inclinaison.

source : http://en.wikipedia.org/wiki/Buoyancy

B) Les composants électroniques :

Premièrement, j’ai besoin d’une carte qui va réaliser tous les calculs et gérer le système de navigation. Cette carte devra d’une part, avoir un faible encombrement pour pouvoir être installée dans mon voilier. D’autre part, elle devra être assez performante pour effectuer tous les calculs dans des délais inférieurs à 1/s. Cette carte devra consommer le moins d’énergie possible et disposer d’un grand nombre d’entrées-sorties de type PWM, I2C, Serial port, mais aussi des ADC (Analog digital converter). Enfin, cette carte devra fonctionner sous un système Linux.

Deuxièmement, j’ai besoin d’un GPS pour déterminer la position du bateau latitude longitude. Il faut que le GPS support le système EGNOS/WAAS, pour améliorer la précision. Comme la carte principale la consommation et l’encombrement sont des critères très important.

Troisièmement, j’ai besoin d’un ensemble de capteurs, un accéléromètre, un magnétomètre, une girouette, un anémomètre (optionnel). Le magnétomètre devra avoir une marge d’erreur inférieure à 1° pour déterminer le cap suivi par le bateau. L’accéléromètre devra avoir une sensibilité +/- 2g pour mesurer l’inclinaison transversal du bateau (gite) mais aussi pour corriger les valeurs fournit par le magnétomètre. Enfin, j’ai besoin d’une girouette pour calculer la direction du vent réel/apparent avec une marge d’erreur si possible inférieur à 1°.

Quatrièmement, j’ai besoin d’un système de communication longue portée pour communiquer depuis la station et vérifier les capteurs et aussi contrôler le système à distance.

Enfin, la batterie elle devra permettre de faire fonctionner l’ensemble des équipements électroniques avec une autonomie d’environ 12h00. Il peut être envisagé d’utiliser des panneaux solaires/petites éoliennes /hyrdroeoliennes pour augmenter cette autonomie.

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