Balises de détection : prototypage électronique

Après avoir trouvé une solution de positionnement réalisable, il nous a fallu faire un prototype.

Choix de la technologie

Le problème est donc d’être capable de mesurer les différences de distances précisément. Nous nous sommes donc orientés vers des capteurs ultrason. Les ultrasons ayant le très grand avantage d’avoir une vitesse de propagation « lente » (340 m/s). Ce qui permet d’avoir une plus grande précision dans les mesures avec du matériel peu onéreux. En revanche il ne faut pas oublier les inconvénients des cette technologie :

  1. Les ultrasons rebondissent beaucoup, il faudra donc être capable d’ignorer les rebonds.
  2. La vitesse du son varie légèrement en fonction des conditions atmosphériques.
  3. Il est très compliqué de moduler un signal ultrason.
  4. La puissance du signal varie fortement avec la distance.

Il va donc falloir trouver une solution à ces inconvénients, et ce ne sont que ceux que nous avons identifiés pour le moment.

Le montage sera le suivant : une balise mobile à poser sur le robot adversaire émettra des ultrasons sur 360°. Les 3 balises fixes recevront ce signal, et le démoduleront. A la réception elles enverront un signal à un microcontrôleur serveur qui se chargera alors d’en déduire les différences entre les temps de réception des 3 balises, et calculera la position du robot adversaire.

Prototypage

Lors de la phase de prototypage nous nous sommes particulièrement préoccupé des points 3 et 4 qui nous inquiétaient le plus. Il est important de moduler le signal, car si le robot adversaire envoie un signal à la même fréquence il faut être capable de l’ignorer. Pour la réalisation finale nous essaierons d’éviter la fréquence la plus commune de 40kHz afin de réduire le risque de tomber contre un robot adversaire qui utilise des ultrasons à la même fréquence que nous. Une fréquence par balise, car il y a deux robots adversaires à détecter être capable de moduler deux signaux différents est compliqué. Pour le prototypage nous avons fait des essais avec des capteurs fonctionnant à 40 kHz.

Pour la réalisation des circuits nous nous sommes très fortement inspirés du travail de Kerry D. Wong. L’émetteur est constitué d’un pont en H piloté par un ATtiny45 qui envoie toutes les 50 ms un train de 8 pulses, suivi d’un blanc de longueur équivalent à 16 pulses 3 fois à la suite.

circuit-emetteuremetteur Et avec une capsule branchée directement sur l’oscilloscope, sans aucune amplification à environ 5 cm de distance de l’émetteur, nous obtenons :

recepteurVoici donc le problème de moduler des ultrason. On émet 8 pulses, on en reçoit 30. Ceci vient probablement en parti du fait que le récepteur est un système résonnant, il faut un moment pour que la membrane entre en résonance, mais une fois qu’elle y est, elle y reste un petit peu. L’autre problème se voit aussi en bougeant un peu le récepteur, la puissance diminue très rapidement, il sera compliqué de conserver un signal sur un niveau de tension exploitable par un ADC sur un signal reçu à 20 cm et un reçu à 4 m.

Un autre problème que l’on peut constater est que le signal met un temps important à s’établir. Sur l’image, les 3 premières pulses reçues ont une amplitude très faible, mais sont très importantes car on veux connaitre avec précision l’instant du début du signal.

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2 réflexions sur “Balises de détection : prototypage électronique

  1. Clément dit :

    Salut ! Bon article, nous réfléchissons à réaliser quelque chose de similaire (on est l’équipe C.R.A.P.) Est ce que vous avez avancé sur le sujet, en particulier sur l’aspect réception/démodulation ?

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  2. Salut,
    Il faudrait que je prenne le temps de finir les articles, mais oui on a fini le projet, et ça fonctionne bien avec une bonne précision et fiabilité. On a pas pu les utiliser cette année en raison de nombreux problèmes sur les robots sur place, et de la perte de la liaison sans fil qui remontait les info des balises aux robots.
    Sur l’aspect démodulation, je dirais pas qu’on fait de la démodulation à proprement parlé : on ne peut pas ressortir une trame binaire, par contre on a quand même une assez bonne protection contre les parasites et autres capsules ultrason de la même fréquence pas modulés, avec un algo qui s’apparenterait plutôt à de la reconnaissance de forme.
    J’ai pas encore sorti les screen shot de l’oscillo, mais en gros par rapport à ceux de cet article, on a une amplification, suivi d’une détection d’enveloppe ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Circuit_d%C3%A9tecteur_d%27enveloppe ) puis d’un filtre passe bas pour avoir une enveloppe « bien lisse » sans les petits piques, c’est pratique pour se contenter d’un faible fréquence échantillonnage.

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