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Sommaire
Le microcontroleur
On pense travailler au départ sur un Arduino Uno.
Les différents capteurs de proximité
- Les capteurs infrarouges fonctionnent en mesurant l'angle de réflexion d'une émission d'infrarouges modulée, grâce à une rangée de récepteurs.
- Les capteurs à ultrasons fonctionnent en mesurant le temps de retour d'une onde sonore inaudible émise par le capteur et on en déduit la distance.
- Les capteurs de proximité inductifs détectent tous les matériaux conducteurs à une distance définie
- Les détecteurs de proximité capacitifs peuvent détecter à courte distance la présence de tous types d’objets
Comparaison de capteur
| Capteur ultrason | Capteur infrarouge | |
|---|---|---|
| Portée | 1cm à 3m | 5-80 cm |
| Directivité | Dépend du cône de directivité | Dépend du cône de directivité |
| Précision | Dépend du temps de parcours de l'onde | Dépend de la distance - bonne à 10cm |
| Taille | Petit, mais carte de mesure imposante | Très petit |
| Consommation | 30 à 50 mA env. | 25mA |
Nous utiliserons des capteurs à ultrasons, car ils présentent des avantages en thermes d'efficacité. Nous prendrons des capteurs SRF05 capables de déterminer la distance qui les sépare d'un obstacle se présentant devant eux (entre 1 cm et 3 m). Ce qui nous permettra ainsi d'éviter au maximum le risque de collision avec les obstacles et par la même occasion de gagner du temps.
Déplacement
- Le déplacement du robot se fera grâce à la partie réception situé sur le dessus du robot afin de pouvoir capter tout le long de la course, le signal infrarouge émit par la balise. Pour ce faire, un BPW50 reçoit le signal qui sera amplifié et filtré grâce à un filtre passe bande permettant d'avoir un signal optimal à 7.6KHZ. Puis il sera soumis à un comparateur afin d'avoir un signal logique qui indique si on reçois un signal ou pas.
Balise
Pincipe de fonctionnement de la Balise.
Une balise infrarouge est placée au niveau de la zone d'arrivée. Celle-ci émet un signal que le robot reçoit et détermine la direction à l'aide d'une ceinture de 5 capteurs placé à la même hauteur que l'émetteur de la balise, ce qui permet ainsi au robot de se diriger.
- Concernant la partie émission, nous utiliserons 5 LED infrarouges fonctionnant sur une fréquence de 7.6kHZ (signal carré).
- Nous utiliserons un ATTINY10 que l'on programmera afin d'envoyer un signal carré avec une fréquence de 7.6KHZ sur la patte PB2 sur laquelle sont les branchés les LED.
- Puis nous utilisons des photodiodes BPW50 en réception (ceinture),et le signal reçu sera amplifié.
Émission infrarouge
On veut un courant de 132mA sur la LED pour qu'elle éclaire au maximum.
On a alors
Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=\frac UI
.
Donc Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=\frac {12-2-0.2} {0,132} = 72\Omega
On considère les chute de tension aux bornes de la LED (2V)et du transistor (0.2).
On prend donc Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=82\Omega
en valeur normalisée.
Soit le transistor a un Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): \beta = 100
donc le courant au borne de la 2éme résistance est Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): I=\frac{0.132} {100}=0.00132mA
Donc on a une résistance de Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=\frac {5} {0,00132} = 3.79K\Omega
On prend donc Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=3.9K\Omega
en valeur normalisée.
Voici le schéma complet avec les 5 LEDS infrarouges.
Programmation ATTINY10
Grâce au programme suivant nous allons pouvoir le modifié afin de contrôler les LED qui sont sur relié a la patte PB2 (Au lieu de PB4 ici) de l'ATTINY10 et de leur imposé une fréquence de 7.6KHZ en modifiant le delay.
Voici les liens suivant pour le logiciel et pour le programme : http://hanez.org/2011/12/04/attiny13-blink-example/ et http://www.atmel.com/tools/ATMELSTUDIO.aspx
Board et finalisation de la partie émission
Concernant la partie du Board sur Eagle, nous avons décider de placer les 5 LEDS sur un arc de cercle. Ainsi nous emmétrons sur un angle assez important, permettant au robot de capter au maximum les émissions infrarouges.
La carte est faite principalement de CMS.
A l'aide de ce circuit qui sera placé sur la balise, on pourra émettre un signal (carré) infrarouge de fréquence 7.6kHz. Ce circuit permettra d’émettre dans angle minimum de 45° étant donné qu'on la place à l'angle du terrain de jeu.
Voici la parti émission finale.
Réception infrarouge
Ce circuit va nous permettre de recevoir le signal émis par la balise à l'aide de la photodiode BPW50. Seul il va recevoir à peu près n'importe quelle signal infrarouge émis dans les environs c'est pour cela qu'on va lui associer un filtre passe bande.
On a choisie Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R=2.2M\Omega
car c'est la plus grande résistance qui permet la meilleure amplification (1ere amplification) sans perturber le signal reçu.
Amplification du signal reçu
Le filtre passe bande, cascadé au circuit de réception du signal infrarouge, va permettre :
- de filtrer le signal (éviter les parasites tel que les infrarouge provenant des néons de la salle),pour cela on choisit une fréquence de coupure (fréquence centrale) (Ici le calcul des résistances permet de choisir une fréquence de coupure de 7.6kHz)
- aussi de d'amplifier le signal reçu avec le rapport -R3/2*R1 (ce passe bande est inverseur).
Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): \Rightarrow
Calcul des composants:
Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): F_C=\frac {1} {2C\Pi}\sqrt\frac {R_1+R_2}{R_1R_2R_3}
On choisit Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): C_1=C_2=C
On veut
Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): F_C=7.6KHz
et le gain Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): G\approx10
Or le gain est donné par Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): G=\frac{-R_3} {2R_1}
Donc on choisit Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): C
et Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R_3=470\Omega
On prend aussi Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): R_2=R_3=10k\Omega
Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): C=\frac {1} {2F_C\Pi}\sqrt\frac {R_1+R_2}{R_1R_2R_3}
et on a Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): C_1=C_2=C=9.9nF
On prend alors en valeur normalisée Échec d'analyse (L’exécutable <code>texvc</code> est introuvable. Lisez math/README pour le configurer.): C=10nF
Comparateur
Ce montage cascadé au filtre passe bande permet de savoir si on reçois un signal ou pas à l'aide de la tension de comparaison V1.
Le signal d'entrée étant faible on choisie de prendre une tension de comparaison très faible, donc V1=50mV.
Le potentiomètre permet de régler la tension de comparaison facilement.
Exemple de fonctionnement :
Nous avons un signal logique à la sortie (indique une réception de signal) lorsque la tension d'entrée est supérieur à celle de la comparaison.
Board et finalisation de la partie réception
Concernant la partie réception nous avons décidé de placer les 5 récepteurs sur un arc de cercle de façon a couvrir un angle de réception plus important. Voici le schéma et le Board fait sur Eagle. Ainsi on peut voir que les 5 photodiodes sont placé sur un arc de cercle et à l'avant de la carte.
La carte sera aussi en CMS mais en double face cette fois.
Pour les comparateur sur le schéma final, on a décider de mettre un connecteur qui va permettre de choisir la tension de comparaison fixe ou alors variable qu'on réglera avec une MLI à l'aide de l'Arduino.
Pour des choix de gain de place, on a préféré prendre des amplificateur TL082 et des comparateur LM339 (4 comparateurs).
Évitement des obstacles
L'évitement des obstacles se fera à l'aide de 5 capteurs à ultrasons placés à l'avant du robot et d'un capteur mécanique de position (Boussole)
Choix de la trajectoire
Boussole
- Nous utiliserons une boussole HM55B afin d'optimiser le déplacement du robot. Ainsi on met la boussole il faudra mettre le robot dans une direction qu'il considérera comme étant le nord. Un programme d'initialisation est nécessaire, ainsi quand le programme sera lancée, la boussole enverra à un micro contrôleur l'angle entre le robot et le nord qu'on lui a imposé.
- Ce micro contrôleur viendra alors commander les moteurs des roues afin d'avoir une direction vers le nord. Le principe de l’utilisation de cette boussole consiste à mémoriser l’angle dans laquelle se trouve la balise. Ainsi lorsque le robot de déplacera, il pourra savoir où se trouve la balise par rapport à sa position.
Moteur
- Le robot se déplace grâce à deux moteur dont on pourra faire varier la vitesse de chaque moteur afin de pouvoir éviter les obstacles. Il doit être capable de faire varier sa vitesse afin de pouvoir éviter les obstacles et de se rediriger vers la zone d'arrivée. De plus, il doit aussi être capable de reculer afin de se sortir de situation qui ne lui offre pas d'autre alternative.
- Pour contrôler les moteurs nous utiliserons un Driver Moteur L298 qui intègre deux ponts en H pour les deux moteurs. Il se peut qu’un seul transistor soit saturé dans le pont en H. Or, le moteur possède une inductance interne qui va devoir décharger l’énergie accumulée. Afin de protéger les transistors contre la décharge d'énergie des inductances, il sera donc préférable de placer une diode de roue libre pour permettre l’évacuation du courant.
Détection de la zone d'arrivée
La détection de l'arrivée se fera à l'aide de 2 D.E.L. et de 2 phototransistor placés au niveau des roues du robot afin que le robot s'arrête seulement quand il sera entièrement dans la zone d'arrivée. Les D.E.L. envoient une lumière rouge ainsi lorsque que le robot pénétrera la zone blanche de l'arrivée, les lumières rouges des D.E.L. seront réfléchies et captées par les phototransistor, qui seront ensuite traités par un micro contrôleur afin de transformer le courant des transistors en tension.
Départ du robot
Le départ du robot se fera à l'aide d'une prise jack. Ainsi une fois le robot placé dans sa zone de départ et dans la direction choisi, il suffira d'enlever cette pris jack pour que le robot démarre la course.
Perçage de ballon
Une fois la zone d’arrivée atteint le robot doit s'immobiliser puis éclater son ballon. Nous avons donc choisi d'utiliser un transistor BDX33 qui délivre une tension de 5V à un moteur qui sera fixer sur le dessus du robot et qui entrainera une pointe afin de crever le ballon.
