Un système de mesure embarqué programmable.

Transcription

1 Voiture Tamiya avec Carte d'acquisition Un système de mesure embarqué programmable. La carte de mesure embarquée sur la voiture nous permet de récupérer les informations de courant, tension et déplacement, elle se comporte comme une boîte noire qui enregistre les données pendant le déplacement de la voiture sur le terrain, ces données sont enregistrées dans une carte mémoire et exploitées ensuite sur un PC. L'afficheur graphique permet de guider l'utilisateur dans ces mesures par des menus et des informations appropriées et des animations, il permet aussi de visualiser directement sur celuici des courbes d'évolution de différents paramètres sans avoir besoin de passer par le PC ou par une mesure avec un oscilloscope. Les informations sont prélevées sur la chaîne d'énergie par les capteurs et les entrées logiques et analogiques du microcontrôleur. Elles sont traitées par le programme embarqué et sauvegardées dans un fichier texte sur la carte mémoire SD.

2 Chaîne d'énergie, chaîne d'information. La chaîne d'énergie Elle commence à la source avec la batterie et se termine aux roues en passant par le variateur de vitesse, le moteur et la transmission. La chaîne d'information, Outre la transmission radio d'origine, elle comporte un système programmable avec des capteurs analogiques et numériques ainsi que des éléments communiquant par liaison série ou par bus I2C.

3 Synoptique de la carte d'acquisition et de son environnement. L'alimentation de la voiture en provenance de la batterie est déviée par la carte ; une alimentation à découpage sur la carte permet d'alimenter l'ensemble des composants. Au passage, le courant et la tension sont mesurés. La tension est divisée pour être mesurée par une entrée de conversion analogique numérique ; le courant est lui mesuré par un capteur à effet Hall avec son système de mesure intégré. Une autre entrée analogique assure cette mesure. Un capteur optique à réflexion compte les impulsions sur l'arbre de transmission. Le programme embarqué dans le microcontrôleur réalise un fichier avec l'ensemble des mesures. Celui-ci est stocké dans la carte mémoire SD. Le lecteur de carte est relié au microcontrôleur par une liaison série. L'afficheur graphique qui permet d'afficher l'ensemble des informations est piloté par un bus I2C. Deux boutons poussoirs permettent d'accéder à l'ensemble des commandes.

4 Tous les points de mesure importants sont accessibles sur le bornier externe. Le microcontrôleur a été choisi pour ses performances tant du point de vue de la grande qualité de son langage évolué que de sa simplicité de mise en œuvre. Le programme de mesure fourni est largement commenté et il sera facile de le faire évoluer ou de l'adapter pour des travaux pratiques de programmation.

5 Travaux pratiques de mesure Un TP nommé TP acquisition permet aux élèves de comprendre les mesures effectuées par la carte et de calculer les paramètres de fonctionnement de base. A partir de ces mesures et des caractéristiques techniques électriques et mécaniques de la voiture et du moteur, (le modèle), il est possible de déterminer tous les autres paramètres. Deux TP nommés Tp tableur et TP rampe permettent d'exploiter les mesures effectuées pour déterminer tous ces paramètres de fonctionnement.

6 Travaux pratiques de programmation Un TP de programmation nommé TP série est fourni ; il permet d'étudier le fonctionnement de la liaison série avec des mesures appropriées en créant un fichier texte sur la carte mémoire SD. A partir du programme d'origine et de ses procédures disponibles, l'élève doit écrire un nouveau programme dont l'algorithme est fourni. Ce TP est complété par des mesures à l'oscilloscope du signal série.

7 Travaux pratiques en seconde Deux autres TP nommés TP énergie et TP eco-conduite sont plus particulièrement destinés à un public de seconde. Ces TP sont en rapport direct avec les problèmes de société liés aux énergies et en particulier aux véhicules à énergie électrique. Bilan énergétique global Compléter le document suivant avec la quantité d'énergie disponible à chaque étape.

8 Le programme de mesure De nombreuses possibilités du langage sont exploitées dans le programme de base. Il permet d'explorer les champs suivants de la programmation : Procédures et fonctions. Divers types de variables Toutes les structures de contrôle Gestion de fichiers. Liaison série et bus I2C. Entrées logiques et analogiques. Comptage. Gestion de l'afficheur graphique. Le programme peut être modifié à volonté pour répondre à de nouveaux besoins ou pour un TP particulier. L'alimentation à découpage L'alimentation de la carte est réalisée à partir de la batterie. Compte tenu des contraintes, une alimentation à découpage a été choisie. Celle-ci permet de conserver une alimentation de qualité quelle que soient les sollicitations de la batterie. Le microcontrôleur le microcontrôleur se présente sous la forme d'un module DIL 24 broches. Une simple liaison série sera nécessaire pour le programmer à l'aide du logiciel. Vous pouvez utiliser un câble série ou un cordon d'adaptation "USB <> Série" si votre PC ne dispose pas de port RS232. Principales caractéristiques: 80 K de mémoire flash 2K mémoire SRAM pour le BASIC 1K mémoire SRAM pour le LADDER 4K mémoire EEPROM 22 Entrées / Sorties dont (*): 8 convertisseurs A/N sur 10 bits

9 6 sorties PWM (DAC) sur 10~16 bits 4 broches d'interruption externes 2 compteurs haute vitesse 16 bits Liaison MODBUS (SLAVE, ASCII mode) 2 Ports série RS232 + Bus I2C et SPI Dimensions: 15,3 x 30 x 11 mm Le logiciel de programmation est disponible gratuitement. Il suffit de relier la carte de mesure laissée sur la voiture, au port série (ou USB) du PC par le câble de programmation pour transférer un nouveau programme de mesure. Ce câble est fourni dans le kit. Le lecteur de carte SD Cette platine électronique permet la mise en œuvre d'une solution de stockage à partir de cartes mémoires SD / MMC. Bénéficiant d'une interface de communication série au niveau TTL, elle est pilotée au moyen du microcontrôleur par l'envoi de séquences de textes sur la liaison série.

10 Liste des commandes reconnues par le module: init : initialisation de la carte, cd : change de répertoire, dir : liste des répertoire, fzise : Donne la taille d'un fichier, dzise : Donne la capacité totale de la carte SD /MMC, ftime : Donne les informations sur la date de création et de modification d'un fichier, md : Créer un répertoire, rd : Efface un répertoire (vide), del : Efface un fichier, fcreate : Créer un fichier vide, rename : Renomme un fichier, fopen : Ouvrir un fichier, fclose : Fermer un fichier fputc : Ecrire 1 octet dans un fichier, fputs : Ecrire une chaîne de caractères (jusqu'à 256) dans un fichier, fputs2 : Idem jusqu'à réception de Ctrl+Z (ASCII 0x1A), fwrite : Ecriture d'octets sur le fichier fgetc : Lecture d'octets sur le fichier fgets : Lire 1 ligne d'une chaîne de caractères, fread : Lire toutes les données d'un fichier, reset : Réinitialise le module, baud : Définit la vitesse de la communication série, card : Donne l'état d'insertion d'une carte SD /MMC, help : Menu d'aide des commandes. L'afficheur graphique 128 x 64 pixels Cet afficheur graphique FTSN 128 x 64 pixels avec rétro-éclairage bleu par Leds se présente sous la forme d'un module au format DIL. Son écran de grande qualité présente une excellente visibilité et un grand contraste. Il intègre un contrôleur "intelligent" qui permet de le piloter très simplement au moyen d'ordres ASCII à partir du microcontrôleur au moyen d'une liaison I2C.

11 Caractéristiques générales: -Pilotage possible via le port USB d'un PC -Pilotage possible via liaison série (niveau logique 5 Vcc) -Pilotage possible via bus I2C -Gestion possible d'un clavier matricé (32 touches max.) -4 sorties disponibles pour le pilotage de Leds ou en entrées de conversion analogique/numérique (résolution 8 bits) -2 Sorties pour pilotage de relais externes (non livré) Ces sorties peuvent être utilisées en mode PWM -Alimentation: 5 Vcc. -Gamme de températures d'utilisation: +10 C à +45 C -Dimensions du module: 72,5 x 48 mm. -Dimensions de l'écran: 68 x 36 mm. Du texte: Avec gestion de fontes (fixes ou proportionnelles), des attributs caractères soulignés/gras/inversées, gestion de l'alignement (horizontaux/verticaux) et mise en page de textes, gestion de l'affichage de textes pré-stockés en mémoire, etc... Du graphisme: Avec possibilité de dessiner des lignes, des rectangles (avec lignes pleines ou pointillées), des cercles, des formes arrondies avec ou sans ombres, des surfaces remplies ou vides, de gérer chaque pixel, etc... Des images: Avec possibilité d'afficher des images fixes pré-mémorisées dans l'afficheur ainsi que jusqu'à 8 images animées par écran, etc... Des copies d'écrans: Avec possibilité de mémoriser l'état des écrans en mémoire RAM de les modifier et de les afficher à nouveau sur une autre position, etc... Le capteur de courant Le capteur de courant est un circuit intégré CMS basé sur un capteur à effet Hall ; il permet de mesurer des courants de +/- 20A avec une sensibilité de 100mV/A

12 La liaison série La communication entre le microcontrôleur et le lecteur de carte SD est réalisée au moyen d'une liaison série RS232 sur 2 fils RxD et TxD. Cette liaison série est par ailleurs accessible sur le connecteur externe pour y faire des mesures. La communication entre le microcontrôleur et l'afficheur graphique est réalisée au moyen d'une liaison I2C. Le bus I2C

13

14