Projet électronique : ARVA Muyle Adrien Version du 21 mars 2012 Table des matières 1 Descriptif de l appareil 2 1.1 Contexte général....................................... 2 1.2 Objectifs du dispositif.................................... 2 1.3 Choix technologiques..................................... 3 1.4 Schéma bloc.......................................... 3 1.4.1 Interrupteurs..................................... 3 1.4.2 MicroControlleur................................... 3 1.4.3 Ecran......................................... 3 1.4.4 Circuit réception................................... 3 1.4.5 Circuit émission................................... 3 1.4.6 Antenne(s)...................................... 3 1.4.7 Produtceur de Bip sonore.............................. 3 1.5 Batteries............................................ 4 2 Développement de l émetteur 4 2.1 Expérimentations....................................... 4 2.2 Specifications du signal................................... 4 2.3 Réalisation et dimensionnement du circuit......................... 4 3 Développement du récepteur 6 4 Informations complémentaires 7 5 Questions en suspend 7 6 Sources et documentation 7 1
1 Descriptif de l appareil 1.1 Contexte général L ARVA, ou Appareil de Recherche de Victimes d Avalanche est un dispositif portable et léger qui permet de localiser un autre ARVA sous plusieurs mètres de neige. Il fonctionne en émetteur ou en récepteur. On passe d un mode à l autre via un interrupteur. Un appareil en récepteur doit pouvoir évaluer la variation de distance le séparant d un appareil en émetteur. Afin de communiquer cette variation de distance à l utilisateur, il émet continuellement un bip sonore à une fréquence proportionnelle à la distance. 1.2 Objectifs du dispositif Indispensables : En émetteur Emettre un signal à 457kHz ± 80Hz perceptible à une distance d au moins 50m. Avoir une autonomie d au moins 200h à partir de piles standard (à environ 10 C). Etre résistant au choc, imperméable, léger et non encombrant. Envoi d un signal sonore distinctif lorsque la batterie est faible. Assurer une émission d ondes électromagnétiques sous le seuil de nocivité pour la santé. Système de fixation corporel solide, via des sangles. Fonctionner de 20 C à 45 C. En récepteur Pouvoir capter un signal émis en moins de 5 secondes et ne pas le perdre. Emettre des bip sonore dont la fréquence augmente à l approche de l émetteur. Avoir une autonomie d au moins 20h à partir de piles standard (à environ 10 C). Fonctionner de 20 C à 45 C. Facultatifs En émetteur Niveau de batterie renseignée sur un écran, ou via des LED (via test?). Choix d une fréquence d émission libre (à fixer) ou de la fréquence ARVA, via un interrupteur. Ecran rétro-éclairé pendant un instant afin de vérifier la batterie dans l obscurité. En récepteur Direction de l émetteur indiquée via un écran. Distance à l émetteur indiquée via un écran. Choix d une fréquence de réception libre (à fixer) ou de la fréquence ARVA, via un interrupteur. Mise automatique en mode Emetteur au bout de 10min dans le cas d une seconde avalanche. Dans ce cas, un LED devrait renseigner le mode récepteur en s allumant. Possibilité d utilise l appareil en récepteur sans défaire entièrement la fixation corporelle (cas de 2éme avalanche) Ecran rétro-éclairé en permanence pour utilisation en obscurité. 2
1.3 Choix technologiques La fréquence d émission à 457 khz est choisie car elle est autorisée et rend le dispositif compatible avec les appareils sur le marché. Deux antennes perpendiculaires seront utilisées pour l émission et la réception. Cela permettra d appliquer un processus de localisation plus performant que la localisation avec une antenne. 1.4 Schéma bloc 1.4.1 Interrupteurs 1. Interrupteur glissant à 3 positions : OFF, ON-émission, ON-réception 2. Interrupteur à 2 position : écran rétro-éclairé, rétro-éclairage éteint. 3. Bouton à pression : test du niveau de la batterie. (réponse sonore et visuelle) 1.4.2 MicroControlleur PIC 8bit 1.4.3 Ecran affichage d une estimation de la distance [m], affichage de la direction à suivre, affichage du niveau de la batterie. 1.4.4 Circuit réception Traduction des informations reçues par l antenne pour le PIC. Passe-bande + ampli? 1.4.5 Circuit émission voir circuit émetteur 1.4.6 Antenne(s) Type d antenne? linéique ou via une self? 1 ou 2? 1.4.7 Produtceur de Bip sonore mini-baffle? 3
1.5 Batteries piles standard 2 Développement de l émetteur 2.1 Expérimentations Réalisation d un circuit émetteur simple constitué d un LC en parallèle, d un ampli et d un générateur de signal. Formules utiles à la conception : (p983, Y&F) Fréquence de résonance d un LC : f = 1 2π LC Champ magnétique ressenti à une distance x d un solénoïde de N boucles de rayon a, alimenté par un courant I (sur l axe des boucles) : B = µ 0NIa 2 ou au centre du solénoïde : B = µ 0NI 2(x 2 +a 2 ) 3/2 2a Inductance d un solénoïde de longueur axiale l, composé de N boucles de rayon a : L = N 2 µπa 2 l Perméabilité magnétique : µ = µ 0 µ r où µ 0 = 4π10 7 et µ r (air) 1 4.2. La norme en quelques mots Contraintes géométriques : l = [0, 005m; 0, 05m] a = [0, 002m; 0, 01m]. Optimisation : En émission, on veut B maximum N max, I max, a min On pose N = 50 a = 0, 005[m] l = 0, 02[m] Alors L = 1, 234.10 5 [H] 1 Et C = = 9, 83.10 L(2πf) 9 [F ] 2 Afin de permettre une compatibilité entre les différents constructeurs de ARVA, l ETSI (European Telecommunications Standards Institute) a édité la norme ETS 300718. Cette norme décrit la structure du signal, mais aussi les caractéristiques de puissances et les contraintes mécaniques. Pour éviter que l émission du signal ne consomme trop de courant, ce qui conduirait irrémédiablement à une baisse de la longévité des batteries, le signal est émis par salve de longueur fixe et émise à période fixe (Figure 4-2). De plus, afin de diminuer la sensibilité aux perturbations extérieures, le signal est encore modulé en amplitude à une fréquence de 457 khz. 2.2 Specifications du signal Signal à fréquence unique de 457kHz, modulé sur un signal carré de 1Hz, avec un ON-time de 0,08sec à V ampl Volts et donc un OFF-time de 0,92sec à 0 Volts. La puissance d émission maximale autorisée est de 7dBµA/m à 10m. La bande passante autorisée est de 456,9 à 457,7 khz. Figure 4-2: Norme du signal Selon les appareils, la détection d un émetteur est signalée à l utilisateur de deux façons différentes : 2.3 Réalisation et dimensionnement du circuit - Analogique : L ARVA récepteur renvoie un signal sonore qui s intensifie lorsqu il s approche Schémas de l ARVA bloc émetteur. - Numérique : L ARVA récepteur traite et restitue l information sous forme d indications lumineuses sur un écran incorporé. Cet affichage n indique pas la distance restant à parcourir jusqu à la victime, mais donne un indice de progression ainsi qu une direction pour aider le sauveteur à s orienter. 4
1. Sin : quel composant utiliser? cristal? 2. Interrupteur : 2 MOS? ou composant spécial? 3. Ampli : dépend de l amplitude nécessaire? 4. Antenne : type? taille à optimiser? 5
3 Développement du récepteur Objectifs : Isoler le signal recherché. (passe bande) Le transformer en une tension continue (stable!) proportionnelle à l amplitude du signal reçu, et visible par le PIC. (RC + Ampli?) Question : Comment exploiter la période creuse du signal d émission? (spontané?) 1. Filtre : autour de 457kHz. Avec quelle marge? à tester en pratique? 2. Normalisation : simple RC? meilleur circuit? 3. Ampli : dépend du signal reçu et de la plage d entrée du PIC 6
4 Informations complémentaires 1. La couche de neige et sa densité n influence pas la portée de l onde EM grâce aux propriétés de la fréquence d émission (457 khz). 2. 5 Questions en suspend 1 ou 2 antennes pour l émission? (problème de direction à la réception?) Antenne en métal ou bobine +mat. ferromagnétique? 6 Sources et documentation Développement sur les ARVA, A. Calia, 2003 http ://mediatools.iict.ch/document?url=detecteurs_de_victimes_d_avalanches/dva.pdf&dpid=8 Tableau des réglementations sur les radiofréquences http ://www.ibpt.be/fr/217/showcontent/1057/table/table.aspx FAQ utilisation ARVA http ://www.montagne-secu.com/fr/faq Info conception ARVA http ://www.backcountryaccess.com/education-research/avi-research-and-papers/ Vente d écrans http ://www.newhavendisplay.com/ 7