Cours:Télémètre

Présentation du projet

Objectif

Ce projet consiste à réaliser un télémètre à ultrasons.

Définitions

Un télémètre est un instrument qui permet de mesurer la distance séparant un observateur d'un point éloigné par des procédés optiques , acoustiques ou radioélectriques et qui est employé par exemple par les photographes, géomètres et géographes ainsi que dans l'armée et l'aviation.

photo télémètre

L'ultrason (US) est une onde mécanique et élastique, diffusée par les gaz, les liquides, les tissus mous (chair, organes) ou les solides. La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hertz donc trop élevées pour être perçues par l'oreille humaine.

La mesure par ultrasons utilise un ensemble composé de deux transducteurs (un émetteur et un récepteur), parfois dans le même élément, associé à une électronique de contrôle.

photo transducteurs

Principe du télémètre

Le télémètre à ultrason émet un signal à une fréquence en ultra-sonique et attend le retour d'un écho provoqué par la réflexion de l'onde émise. La distance est mesurée à partir de la vitesse de propagation de l'onde et du temps qui sépare la génération du signal et la réception de l'écho. La vitesse du son dans l'air est de 342 m/s à 20°C ( 331 m/s à 0° C).

image reflexion2

Autres applications des ultrasons

Les ultrasons sont utilisés pour mesurer les distances, mais aussi dans le domaine médical pour les échographies et industriel pour la recherche de défauts ( crack sur le dessin ) dans des pièces métalliques image échographie

'image contrôle de pièces'

Principe de mesure

Il est basé sur la mesure du temps écoulé entre l’émission et le retour de l’écho. Lors de la commande de mesure, le télémètre met le chronomètre à zéro puis commence l’émission d'une salve ultrasonique. L’onde ultrasonore se propage à la vitesse du son dans l’air environnant, soit 342m/sec. Dès qu’un obstacle est rencontré, l'écho revient vers le transducteur qui stoppe le chronomètre dès réception du signal. Le résultat sortant du chronomètre est proportionnel à la distance parcourue par l'onde. Il suffit donc de le convertir en mètres pour connaître la mesure, puis de l'afficher.

Cahier des charges technique :

Commande de la mesure par bouton poussoir affichage du résultat sur 4 digits sur l'écran du PC alimentation pr le port USB du PC distance mesurée : de 1cm à 1 m précision : +/- 1 mm

Description des fonctions principales :

PRODUIRE une SALVE : la salve sera produite par un appui surun bouton poussoir. Ses caractéristiques ( fréquence et amplitude )dépendront de celles du transducteur. On utilisera un pont en H à transistors bipolaires afind'augmenter l'amplitude du signal appliqué au transducteur. EMETTRE une onde US : l'émetteur est un MA40S4S du fabricantMURATA RECEVOIR une onde US : Le récepteur est un MA40S4R dufabricant MURATA DETECTER le premier écho : cette fonction devra assurerl'élimination des échos suivants et/ou des parasites. Le signal issu du récepteur sera amplifié entre 10 et 200 fois.On détectera son enveloppe qu'on comparera à une rampe de référencedestinée à éliminer les échos et les parasites afin ne dedétecter que le signal utile ( voir dessin ). MESURER le temps : entre le signal émis et la réception desa réverbération. CONVERTIR en mètres : la mesure devra être précise à +/-1mm AFFICHER le résultat : l'affichage sur 4 digits se fera parl'intermédiaire du moniteur accessible par le biais de l'outil dedéveloppement Arduino.

Structure du télémètre

Le télémètre sera conçu autourd'une carte Arduino UNO et d'un shield qui supportera les capteurs etle reste de l'électronique nécessaire au fonctionnement dutélémètre. L'affichage de la mesure s'effectuera grâce aumoniteur accessible par le biais du programme Arduino

Organisation du travail :

travail en binôme sur 7 semaines 1ère semaine : Présentation des projets et choix –Recherche de solutions ( structures ) 2ème semaine : Choix des structures, déterminationdes valeurs des composants et tests 3ème semaine : Choix des structures, déterminationdes valeurs des composants et tests 4ème semaine : Saisie du schéma et routage /Programmation 5ème semaine : Saisie du schéma et routage /Programmation Tirage du PCB 6ème semaine : Montage / Programmation 7ème semaine : Intégration / Tests finaux

Description de la liaison téléinformation :Le compteur électrique envoie périodiquement un bloc de données. Un bloc comporte : . Un caractère de début : 0x02(STX) (0x..est une valeur hexadécimale) . Les données scindées en lignes . Un caractère de fin : 0x03 (ETX)

Chaque ligne se décompose ansi :

 . Début de ligne : 0x0A (LF)
 . Une étiquette (4 à 8 caractères)
 . Un espace 0x20 (SP)
 . Une donnée (1 à 12 caractères)
 . Un espace 0x20 (SP)
 . Un caractère de contrôle : la somme des caractères envoyés.
 . Fin de ligne 0x0D (CR)]

Ces données sont transmises par une liaison série 7 bits, parité paire, 1 bit de stop à 1200 bits/s. Les bits sont transmis modulés en amplitude avec une fréquence de porteuse de 50kHz : le niveau logique 1 est représenté par une tension nulle, et les niveaux 0 par un signal sinusoïdal de fréquence 50kHz

Signal de téléinformation

Principe de la démodulation

Le découpage fonctionnel ci-dessus est le principe général que nous mettrons en œuvre. Il faut cependant avoir conscience que certains blocs peuvent être permutés, combinés ou supprimés.

Redressement : La technique la plus simple de démodulation d'amplitude consiste à effectuer un redressement suivi d'un filtrage du signal modulé.

Isolation galvanique : Le fabricant du compteur électrique précise qu'en cas de défaut une tension alternative de 230VAC peut-êtreprésente sur la liaison téléinformation. L'isolation permet de séparer 2 parties d'un circuit afin d'éviter la propagation du défaut.

Gestion et décodage :

Affichage du statut : On souhaite avertir l'utilisateur de la présence d'un signal de téléinformation. Une led rouge indiquera la présence du signal, tandis qu'une led verte clignotante indiquera la consommation d'un 1 mWh .

Alimentation :