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UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté de Nouvelles Technologie de l’informati

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté de Nouvelles Technologie de l’information et de la Communication Département de l’électronique et de télécommunication Mémoire MASTER PROFESSIONNEL Domaine : Sciences et Technologies Filière : Génie Eléctrique Spécialité : Instrumentation Présenté par : Ogal Abdelbari Hafiane Med Tahar Thème: Soutenu publiquement Le : 24 / 05 / 2017 Devant le jury : Mr. Benhelal Belkhir MAA Président UKM Ouargla Dr. Adel Djellal MCB Encadreur/rapporteur UKM Ouargla Dr. Chakour Chouaib MAB Examinateur UKM Ouargla Année universitaire 2016/2017 Navigation et évitement d’obstacle d’une voiture autonome Remerciement À ma famille Et À mes amies Je remercie ALLAH le tout puissant de m’avoir donné le courage et la Patience qui m’a permis d’accomplir ce modeste travail. Je tiens en premier à exprimer ma grande gratitude envers mon encadreur Mr.Adel Djellal qui m’a apporté son aide et ses valeureux conseils pour l’accomplissement et le suivit de ce travail. Je remercie également le membre de jury pour avoir examiné ce travail Et je présente mes sincères remerciements à tout le personnel qui m'a aidé À la Réalisation de ce travail. Je dédie ce mémoire: À ma très chère mère qui a été la lumière de ma vie Et Mon pères A toute mes familles et mes grandes familles (Ogal et Hafiane) , pour tous les efforts et les sacrifices qu’ils me présentent. Et Mon encadreur Mr.Adel Djellal A tous mes amis Pour conclure, je le dédie à: A mon classe 2eme année Master Instrumentation et à tous ce qui m’ont aimé et m’ont respecté Ogal Abdelbari Hafiane Med Taher Table des matières Table des matières Table des matières ..................................................................................................... 4 Table des Figures ........................................................................................................ 6 Introduction générale .................................................................................................. 7 1. Plateforme utilisée................................................................................................ 8 1.1. Introduction................................................................................................... 8 1.2. Hardware :..................................................................................................... 8 1.2.1. Plateforme mobile :.................................................................................. 8 1.2.2. Arduino :................................................................................................. 8 1.2.3. Moteur à Courant Continu .................................................................... 11 1.2.4. Contrôle des moteurs par L298N............................................................ 12 1.2.5. Capteur distance :.................................................................................. 14 1.3. Software :..................................................................................................... 15 1.3.1. Plateforme de programmation Arduino : ............................................... 15 1.3.2. Utilisation de programme : .................................................................... 16 1.4. Conclusion : ................................................................................................. 16 2. Évitement d’obstacles ........................................................................................ 17 2.1. Introduction :............................................................................................... 17 2.2. Les méthodes d’évitement d’obstacle ............................................................ 17 2.2.1. méthode de champ potentiel................................................................... 17 2.2.2. Evitement par régulation PID ................................................................ 17 2.2.3 méthode de TOR (Tout Ou Rien)................................................................ 18 2.3. La Communication....................................................................................... 18 2.3.1. Le module Arduino Bluetooth ................................................................ 19 2.3.2. Le module shield Arduino Wifi .............................................................. 19 2.3.3. Le Module XBee .................................................................................... 19 2.3.4. Infrarouge ............................................................................................. 20 2.4. Conclusion ................................................................................................... 20 3. Application ........................................................................................................ 21 3.1. Introduction................................................................................................. 21 3.2. Réalisation de la plateforme.......................................................................... 21 3.2.1. La connexion entre la carte 298l et le de moteur et Arduino :.................. 21 3.2.2. La connexion entre l’Arduino et le capteur ultrason :............................. 22 Table des matières 3.2.3. La connexion entre l’Arduino et la carte HC_05 :................................... 22 3.2.4. Le schéma global ................................................................................... 23 3.3. Communication avec PC .............................................................................. 23 3.3.1. La commande par Bluetooth en utilisant Matlab .................................... 23 3.3.2. Le programme de commande................................................................. 24 5.2. La commande par Bluetooth avec Smartphone ............................................. 30 5.3. Comparaison de résultats : ........................................................................... 32 5.4. Conclusion : ................................................................................................. 32 Conclusion générale................................................................................................... 33 Bibliographe.............................................................................................................. 34 Liste des Figures Table des Figures Figure 1 : Voiture RC Electrique 1/10 ......................................................................... 8 Figure 2 : Arduino Mega 2560 .................................................................................... 9 Figure 3 : Différents types des capteurs pour l'Arduino ............................................ 10 Figure 4 : Différents actionneurs pour l'Arduino........................................................ 11 Figure 5 : les deux parties essentielles de MCC....................................................... 11 Figure 6 : Pont en H ................................................................................................. 12 Figure 7 : Le L298N.................................................................................................. 12 Figure 8 ; les différents composants du L298N ........................................................ 13 Figure 9 : Principe du capteur à ultrason.................................................................. 14 Figure 10 : le capteur de distance à Ultrason HC-SR04........................................... 14 Figure 11 : Le brochage du module.......................................................................... 15 Figure 12 : Interface IDE Arduino ............................................................................. 16 Figure 13 : évitement obstacle avec méthode champ potentiel................................ 17 Figure 14 : Diagramme de commande de PID ......................................................... 18 Figure 15 : boucle de régulation de projet. ............................................................... 18 Figure 16 : Type de modules Bluetooth.................................................................... 19 Figure 17 : Module shield Wi-Fi................................................................................ 19 Figure 18 : Module XBee.......................................................................................... 19 Figure 19 : Zone de couverture des différents réseaux sans-fil............................... 20 Figure 20 : La connexion entre la carte 298l et les deux moteurs et Arduino ........... 21 Figure 21 : La connexion entre l’Arduino et le capteur ultrasons.............................. 22 Figure 22 : La connexion entre l’Arduino et la carte HC_05 ..................................... 22 Figure 23 : Le schéma globale ................................................................................. 23 Figure 24 : Interface Matlab implémenté .................................................................. 24 Figure 25 : La trajectoire de voiture visualisée avec GUI par méthode TOR............ 29 Figure 26 : La trajectoire de voiture visualisée avec GUI par méthode Champ de potentiel.................................................................................................................... 29 Figure 27 : La commande par Bluetooth en utilisant le Smartphone ........................ 30 Figure 28 : La voiture réelle (vue du bas) ................................................................. 30 Figure 29 : La voiture réelle (vue de coté) ................................................................ 31 Figure 30 : le voiture complet (vue en haut) ............................................................. 31 Introduction Générale 7 Introduction générale Un des grands avantages de l'automatisation des procédures est la précision des résultats. La robotique est utilisée dans plusieurs industries comme l'automobile, la médecine, l'électroménager et plusieurs autres. Le plus complexe des machines peuvent être assemblées à l'aide de la robotique. Les robots peuvent être fixes (bras manipulateur) ou mobiles (robot marcheur, robot à roues) selon l’application, les robots fixes sont généralement utilisés dans les usines, les hôpitaux, domaine agricole, etc. Cependant, les robots mobiles sont généralement utilisés dans les environnements dangereux nucléaires, militaires, déminage, etc. Ce dernier Type de robot est notre domaine d’intérêt dans ce mémoire. Le suivi d’objets en robotique mobile est devenu une des tâches les plus utilisées, notre Projet consiste à réaliser un robot mobile (voiture autonome qui évite les obstacles) en utilisant des capteurs et des actionneurs pour satisfaire ce projet. Présentation du mémoire - Le premier chapitre sera consacré à la plateforme et les dispositifs utilisés (software et hardware) pour satisfaire ce projet et leurs fonctions. - Le deuxième chapitre explique les méthodes d’évitement d’obstacles et leurs différences et les moyens de communications sans fils. - Le troisième chapitre est une partie expérimentale pour réaliser et satisfaire la conception de la plateforme, Communication avec PC, implémentation des techniques et Comparaison des résultats. Chapitre I : Plateforme utilisée 8 1. Plateforme utilisée 1.1. Introduction Dans ce chapitre, nous expliquons la plateforme utilisée (hardware et software), ces composants utilisés et leurs tâches (voiture 1/10, moteurs CC, contrôleur L298N, capteur ultrason, etc.) on a présenté aussi une description générale du programme Arduino implémenté sur la carte électronique. 1.2. Hardware : 1.2.1.Plateforme mobile : Les voitures radiocommandées (RC) sont des versions miniatures de voitures de piste ou tout-terrain en différentes échelles (1/18, 1/16, 1/10, 1/8, 1/5...). Il existe trois motorisations différentes. Il y a les voitures radiocommandées thermiques au nitrométhane, les voitures radiocommandées thermiques au mélange d'essence et d'huile 2 temps et les voitures radiocommandées électriques. Les voitures radiocommandées thermiques sont les modèles qui ressemble le plus aux voitures de taille réelle. Elles sont équipées d'un moteur thermique avec cylindre et piston, carburateur, filtre à air, pont d'échappement, etc. Figure 1 : Voiture RC Electrique 1/10 1.2.2.Arduino : Définition du module Arduino en général : Le module Arduino est un circuit imprimé en matériel libre (plateforme de contrôle) dont les plans de la carte elle-même sont publiés en licence libre dont certains composants de la carte : comme le microcontrôleur et les composants complémentaires qui ne sont pas en licence libre. Un microcontrôleur programmé peut analyser et produire des signaux électriques de manière à effectuer des tâches très diverses. Arduino est utilisé dans beaucoup d'applications comme l'électrotechnique industrielle et embarquée ; le modélisme, la domotique mais aussi dans des domaines différents comme l'art contemporain et le pilotage d'un robot, commande des moteurs et faire des jeux de lumières, communiquer avec l' ordinateur, commander des appareils mobiles (modélisme). Chaque module d’Arduino possède un régulateur de tension +5 V et un oscillateur à quartez 16 MHz (ou un résonateur céramique dans certains modèles). Pour programmer cette carte, on utilise l’logiciel IDE Chapitre I : Plateforme utilisée 9 Arduino. [2] Figure 2 : Arduino Mega 2560 Synthèse des caractéristiques : Microcontrôleur ATmega2560 Tension de fonctionnement 5V Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V Tension d'alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 54 (dont 14 disposent d'une sortie PWM) Broches d'entrées analogiques 16 (utilisables en broches E/S numériques) Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé pour l'ensemble des broches E/S) Intensité maxi disponible pour la sortie 3.3V 50 mA Intensité maxi disponible pour la sortie 5V Fonction de l'alimentation utilisée - 500 mA max si port USB utilisé seul Mémoire Programme Flash 256 KB dont 8 KB sont utilisée par le bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) 8 KB Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 4 KB Vitesse d'horloge 16 MHz Alimentation : La carte ArduinoMega 2560 peut être alimentée soit via la connexion USB (qui fournit 5V jusqu'à 500mA) ou à l'aide d'une alimentation externe. La source d'alimentation est uploads/Geographie/ ogal-hafiane.pdf