Cours:RobotArexxCPLD
Page en cours de construction
Notre objectif dans ce projet est de réaliser un robot mobile capable de suivre une ligne. Sa particularité est qu'il est commandé à l'aide d'un composant en logique programmable plutôt qu'un microcontrôleur.
Sommaire
Cahier des charges, fonctionnement :
Le robot sera construit sur la base d'un châssis AREXX. Ce châssis comporte :
- deux roues motrices et une roue folle. Chaque roue motrice est commandée par un moteur à courant continu (disposés eux aussi sur le châssis). Pour faire virer le robot, il faudra donc faire varier la vitesse d'une roue par rapport à l'autre,
- un support de piles destiné à recevoir les batteries qui apporteront l'énergie au robot
- un interrupteur permettant de mettre le robot sous tension
- des connecteurs qui permettent de véhiculer des signaux électriques entre les différents PCB (cartes électroniques)
châssis du robot AREXX
Sur ce châssis, viendront se connecter deux cartes électroniques (PCB) :
- la "carte capteur" qui recevra le(s) capteur(s) destiné(s) à détecter la ligne à suivre,
- la "carte gestion" qui recevra le CPLD renfermant la logique de commande,
montage des cartes capteur et gestion sur le châssis
Votre travail :
Votre travail durera sur le 2ème semestre et l'inter-semestre dans le cadre des modules de "projet tuteuré" (2ème semestre) et du module d'Etudes et Réalisations (Inter-semestre) . Il s'effectuera en groupe et consistera à :
- définir la structure des cartes "capteur" et "gestion" et la faire valider par votre tuteur,
- réaliser les cartes électroniques,
- assembler le robot,
- programmer le CPLD,
- effectuer les tests et valider le fonctionnement du robot.
Méthode de travail et évaluation :
Le travail s'effectuera en deux phases :
- durant le deuxième semestre dans le cadre du projet tuteuré (travail en autonomie sous la surveillance d'un tuteur), vous devez réaliser les schémas électroniques et réfléchir à la structure logique à implanter dans le CPLD. Vous devez impérativement faire valider régulièrement l'avancement de vos travaux par votre tuteur au cours du semestre.
- durant l'inter-semestre qui aura lieu en juin sur 5 journées (dont seulement 5 demi-journées seront encadrées) vous réaliserez les cartes électroniques et la programmation du CPLD
Vous serez évalué :
- par votre tuteur sur le travail réalisé pendant le semestre (propositions de schémas et d'architecture logique),
- à l'inter-semestre sur votre réalisation (cartes électroniques et programme CPLD)
- à la fin de l'inter- semestre en fonction des performances de votre robot, qui seront évaluées lors du challenge.
Le challenge :
Les tests feront l'objet d'un challenge qui aura lieu dans le hall de l'IUT le mardi 26 juin 2018.
Ce challenge proposera plusieurs épreuves destinées à évaluer la capacité des robots. Les épreuves seront les suivantes :
- un déplacement en ligne droite (sans suivre de ligne) avec arrêt du robot lors du franchissement d'une ligne d'arrivée,
- réalisation de deux tours du robot sur lui-même avec arrêt au franchissement d'une ligne,
- déplacement du robot sur un parcours déterminé à l'aide d'une télécommande (voir explications dans le paragraphe "contraintes techniques"),
- déplacement autonome du robot sur un parcours défini par une ligne (suiveur de ligne),
Les groupes et les tuteurs :
| GROUPE TP | Groupe d'étudiants | Tuteur |
|---|---|---|
| 1A | Azizet, Cisse, Diawara, MBini | M. MOUTOU |
| 1A | Bouillot, Bourson, De Souza Machado | M. MOUTOU |
| 1A | Bouarif, Boutet, Brissy, Demanche | M. MOUTOU |
| 1B | Fourel, Joigneau,Mathieu, Mazières | M. KUTYLA |
| 1B | Erowe, Faivre, Joua, Millet | M. KUTYLA |
| 1B | Guo, Leye | M. KUTYLA |
| 2A | Muller, Prieur, Renaud, Rousseaux | M. JACQUOT |
| 2A | NDao A.S., Nourou, Nyadnu, Rguibi | M. JACQUOT |
| 2A | NDao A., NDiaye, Nzao | M. JACQUOT |
| 2A | Pecquet, Pottier, Prevost | M. JACQUOT |
| 2B | Ruoso, Sanchez Sanchez, Segura, Verpy | M. SISTERNAS |
| 2B | Kane, Sagara, Voillequin, Zaidi | M. SISTERNAS |
| 2B | Lelarge, Trinquet, Zhang, Zhong | M. SISTERNAS |
Contraintes techniques :
Certaines solutions vous sont imposées, notamment en fonction des composants disponibles en magasin. Vous serez donc tenu de respecter les contraintes suivantes:
Le châssis
Il supporte :
- les quatre accumulateurs qui constituent alimentation électrique du robot. La tension aux bornes des accumulateurs varie de 4,5V à 5,5V en fonction de leur charge.
- les moteurs deux qui fonctionnent sous 5V et entraînent les roues motrices ( le courant Moteur est de 400 mA lorsque son rotor est bloqué et de 50 à 60 mA à vide).
- un interrupteur qui permet d'assurer la mise sous tension
La carte "capteur"
- Sa forme est imposée ainsi que l'emplacement et l'implantation des connecteurs (voir les fichiers joints dans le paragraphe Ressources, au bas de cette page)
- Elle sera alimentée en 3,3V
- Elle supportera le(s) capteur(s) et les connecteurs destinés à transmettre les informations à la carte "gestion",
- Il faudra prévoir un étage permettant de mettre en forme le signal issu de chaque capteur. On utilisera pour cela un comparateur dont le seuil de basculement sera variable pour s'adapter à l'environnement (couleur du sol, couleur de la piste, luminosité...)
La carte "gestion"
Elle supportera :
- le CPLD (EPM3064ALC44-10N) qui doit être alimenté en 3,3V
- un oscillateur à quartz (quartz horloger à la fréquence de 32,768 kHz) et d'un diviseur de type 4060. Cet oscillateur fournira deux fréquences : du 32,768 kHz destiné à la Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) et une autre fréquence à définir, comprise entre 20Hz et 100Hz, destinée à servir d'horloge pour le CPLD
- un connecteur destiné à la programmation du CPLD
- un module XBee pour la réception des signaux issus de la télécommande
- les transistors (MOS) qui permettront de commander les moteurs
- un régulateur de 3,3V pour alimenter les circuits intégrés ( Broche BP du régulateur de tension : il est conseillé d'utiliser une capacité de 100nF)
La Télécommande:
La télécommande sera réalisée à partir de modules Xbee (alimentés en 3,3V) qui assureront une liaison série sans fil. L'un d'eux sera utilisé en émetteur à partir d'une télécommande (qu'il faudra réaliser) et l'autre en récepteur (il sera implanté sur le robot). Ces modules se configurent à l'aide du logiciel XCTU. Ils seront utilisés en mode "recopie des entrées" afin que les informations de direction envoyées par la télécommande soient directement transmises au robot.
Assemblage :
- les cartes "gestions", "châssis" et "capteur" seront superposées et reliées entre elles par des connecteurs
- la position et l'implantation des connecteurs sur le PCB qui se trouve sur le châssis vous imposeront de respecter la même implantation et les mêmes connexions sur les cartes "gestions" et "capteur"
Conseils pour le Routage :
- vérifiez la cohérence entre les broches des connecteurs des différentes cartes (capteur, châssis, gestion)
- Broche BP du régulateur de tension : il est conseillé d'utiliser une capacité de 100nF
- Placer des condensateurs de 100 nF aux bornes des circuits intégrés
-
Programmation du CPLD
La programmation d'un CPLD se fait par un connecteur appelé JTAG. Le CPLD étant fabriqué par Altera, on utilise un programmateur appelé USB Blaser capable de se connecter d'un côté au PC et de l'autre à la carte sur laquelle se trouve le CPLD (par le connecteur JTAG).
Composants utilisés
| Nom | Type | Boîtier | Librairie Eagle | Référence eagle | Documentation | Fournisseur | Référence |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CNY70 | capteur IR réflectif | CNY70 | CNY70(Vishay) | CNY70 datasheet | Farnell | ||
| LM339D | 4-comparateurs | SOIC14 (CMS) | linear | LM339D | lm339 datasheet | ||
| LM311D | comparateur | SOIC8 (CMS) | linear | LM311D | lm311 datasheet | ||
| Led 3mm | |||||||
| Resistance | CMS (1206) | ||||||
| Potentiomètre | 10k | pot | TRIM_EU-PTSPIN | ||||
| CPLD | EPM3064ALC44-10N | PLCC44 | Element14 | datasheet MAX3000b | |||
| Quartz horloger | 32,768 kHz | crystal | CRYSTALTC26V | ||||
| 4060D | Diviseur de fréquence | CMS | 40XX | 4060D | 4060 datasheet | ||
| AP131-33WG-7 | Régulateur 3,3V (SOT25) | CMS | v-reg | TS520533 | AP131 datasheet | ||
| ML10 | Connecteur JTAG | con-harting-ml | ML10 | Doc ci-dessus | |||
| SI 2336DS | Transistor NMOS | transistor small signal | BSS123 | datasheet | |||
| CGRM4001-G | Diode de roue Libre | diode | CGRM4001-G | datasheet | |||
| XBee | traversant | adafruit | XBEE | Xbee et atmega |
