Cours:Télémètre

Ressources enseignant

Présentation du projet

Objectif

Ce projet consiste à réaliser un télémètre à ultrasons.

Notions de base

télémètre de chantier

transducteurs ultrasons

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.

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.

Principe du télémètre

mesure par réflexion

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).

Autres applications des ultrasons

contrôle de pièce par ultrasons

Echographie médicale

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

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 :

Caratéristiques :

• Commande de la mesure par appui sur bouton poussoir
  
• affichage du résultat sur un écran LCD
  
• alimentation autonôme
  
• distance mesurée : de 1cm à 1 m
  
• précision : +/- 1 mm
  

Principe de la mesure par ultrason :

PRODUIRE une SALVE :	la salve sera produite par un appui sur un bouton poussoir. Ses caractéristiques ( fréquence et amplitude )dépendront de celles du transducteur.
EMETTRE une onde US :
RECEVOIR une onde US :
DETECTER le premier écho :	cette fonction assure l'élimination des échos suivants et/ou des parasites. Le signal issu du récepteur est ensuite amplifié plusieurs dizaines de fois.
MESURER le temps :	mesure le temps entre le signal émis et la réception de sa réverbération.
CONVERTIR en mètres :
AFFICHER le résultat :	affiche la mesure sur un afficheur 4 digits.

Structure du télémètre

Le télémètre sera conçu autour d'une carte à micro-contrôleur ATtiny 2313 et d'un module Emetteur/Récepteur à ultrason de type HC SR04. L'affichage de la mesure s'effectuera grâce à un afficheur 7 segments 4 digits CC04-41SURKWA.

Description des fonctions secondaires

fonctionnement de l'émetteur/récepteur ultrason HC-SR04

Organisation du travail :

Organisation du travail

Le travail s'effectuera en binôme sur 7 semaines suivant le calendrier ci-dessous :

n° de séance		Détail de l'attendu
1		Étude théorique des fonctions
2		Étude des fonctions/programmes (tests)
3	Saisie	Étude (validation) et saisie du schéma
4	Routage	Validation du schéma et routage de la carte électronique
5	Fabrication	Brasage des composants
6	Vérification	Tests et dépannage de la carte
7	Programmation	Mesure des performances de la carte réalisée

Il est vivement conseillé de répartir le travail au sein du groupe dès le début du projet et de tester les différentes fonctions programmées à l'aide d'une carte Arduino parallèlement à la fabrication (ne pas attendre que la carte soit terminée pour aborder la partie programmation).

Saisie du schéma

La relative simplicité de l'étude doit vous amener à approfondir votre réflexion sur le schéma de votre carte et notamment sur les points suivants :

• comment allez-vous programmer le µcontrôleur ?
• comment choisir les meilleurs pattes du µcontrôleur
• où placer la résistance de shunt

Quelques éléments de réponse :

ISP	In System Programming : la plupart des µcontrôleurs modernes dont celui-ci sont programmables directement sur la carte (in situ). Il faut donc prévoir le connecteur de programmation et le relier au composant en respectant l'ordre de câblage. Vous utiliserez, comme Atmel le préconise, le connecteur ISP à 6 broches.
choix des pattes	L'avantage d'utiliser un composant programmable est de pouvoir placer (dans une certaine mesure) les entrées et sorties où bon nous semble. Attention cependant, il faut garder à l'esprit que le programme sera plus complexe à écrire s'il n'y a pas un minimum de réflexion.	Il est avantageux de placer les commandes de tous les segments [a,b,...,g] sur le même port. La commande du segment associé au point de l'afficheur pourra être sur un port différent.
Pins réservées	La patte RESET principalement, ne peut servir qu'à cet usage !!	Dans le cas contraire, vous ne pourrez plus reprogrammer le microcontrôleur.

Routage

Il est bien évident que vous devez essayer de respecter les conseils de bases pour réaliser une bonne carte électronique.

Rappelons également qu'une partie de ce dossier est dédiée aux contraintes de fabrication, qu'il convient sans doute à ce stade de relire !

Étude du projet

L'étude consiste à proposer et à tester des structures répondant aux différentes fonctions.

Il est conseillé de s'inspirer des structures étudiées au premier semestre en électronique, en séances de TP ou en ER et de tester les structures au fur et à mesure.

Travaillez en parallèle : distribuez vous le travail au sein du groupe afin d'être le plus efficace possible.

Composants utilisés

Nom	Type	Boîtier	Librairie Eagle	Référence eagle	Documentation	Fournisseur	Référence
Rx	Résistances	CMS	rcl	R1206		Farnell
Cx	Condensateurs	CMS	rcl	C1206		Farnell
CPOL	Condensateurs 150µF 6.3V	CMS	rcl	SMC_D		Farnell
Xn	Connecteur 2 bornes à vis		con-wago-500	W237-102		Farnell