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Cours:Télémètre Ressources enseignant Sommaire 1 Présentation du projet 1.1 Obj

Cours:Télémètre Ressources enseignant Sommaire 1 Présentation du projet 1.1 Objectif 1.2 Notions de base 2 Principe du télémètre 2.1 Autres applications des ultrasons 2.2 Principe de mesure 3 Cahier des charges technique : 3.1 Caratéristiques : 3.2 Principe de la mesure par ultrason : 3.3 Structure du télémètre 3.4 Description des fonctions secondaires 4 Travail attendu 4.1 Objectif 4.2 Organisation du travail 5 Étude du projet 5.1 Préambule 5.2 Module HC-SR04 5.3 Affichage des informations 5.4 Fabrication de la carte 5.4.1 Saisie du schéma 5.4.2 Routage 5.4.3 Rappels pour préparation des calques 6 Quelques conseils concernant la programmation de l'afficheur 6.1 1er test 6.2 Compilation 6.3 Premier test 6.4 Afficheur 7 segments 7 Composants utilisés Présentation du projet Objectif Ce projet consiste à réaliser un télémètre à ultrasons. Notions de base 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 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 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 : télémètre de chantier transducteurs ultrasons mesure par réflexion contrôle de pièce par ultrasons Echographie médicale 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 261A 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 Travail attendu Objectif L'objectif sera bien évidemment de terminer le projet de sorte qu'il réponde au cahier des charges décrit précédemment. Pour ce faire, il conviendra de : dimensionner les composants utilisés tester les différents blocs fonctionnels fabriquer la carte électronique programmer les composants valider le fonctionnement Vous serez évalué sur la fabrication de la carte électronique, ainsi que sur un dossier qui devra : détailler les différentes fonctions expliquer les choix effectués (structure,composants ....) utilisera des courbes ou mesures pour appuyer les explications donnera une estimation (hors temps de conception) du coût de la carte électronique 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 8 Programmation (suite) Amélioration et finition du programme et rendu de rapport écrit Quelques conseils : Répartissez le travail au sein du groupe dès le début du projet et testez 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). Inspirez-vous des structures étudiées au premier semestre en électronique, en séances de TP ou en ER et testez les structures au fur et à mesure. Étude du projet Préambule Le point le plus important à comprendre dans ce projet est l'organisation des différents composants autour d'un microcontrôleur. Nous allons en quelque sorte greffer autour les composants nécessaires à la réalisation des différentes fonctions, telles que listées dans l'étude fonctionnelle. Le microcontrôleur retenu est un attiny261A. On vous demande de chercher les informations suivantes sur le microcontrôleur : Nombre d'entrées/sorties disponibles Nombre et position d'entrées analogiques Gardez sous le coude la datasheet de ce composant dont vous aurez besoin par la suite et attaquez la rédaction de votre rapport avec les informations demandées. Module HC-SR04 Affichage des informations Nous allons utiliser un afficheur 7 segments 4 digits qui sera relié au microcontrôleur. Après avoir lu la page du site www.sonelec-musique.com (http://www.sonelec-musique.com/electronique_bases_affichage_multiplexa ge.html) et en sachant qu'il convient de conserver 3 entrées analogiques sur le µcontrôleur, proposer un schéma de principe permettant de piloter les afficheurs. Il convient désormais d'adapter ce schéma à l'afficheur sélectionné de calculer la valeur des résistances nécessaires. Remarque : On rappelle ici que la seule alimentation disponible provient de l'USB donc 5V. Une fois le schéma choisit ainsi que la valeur des résistances calculées, vérifiez le fonctionnement à l'aide d'une carte arduino Vous essaierez simplement de piloter individuellement les afficheurs afin de vérifier que vous pouvez : afficher et éteindre chaque segment piloter individuellement chaque digit multiplexer suffisamment rapidement pour avoir une impression visuelle d'affichage simultané Fabrication de la carte 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 Voici quelques contraintes de routage que vous devez respecter : - pistes : 0,4 mm mini - écartement entre les pistes : 0,4 mm mini - Via : 0.8 pour les trous et 1,25 pour le diamètre externe ATTENTION : Si vous faites un circuit double face, n'oubliez pas que les pastilles qui doivent permettre le brasage des composants traversants ne doivent se trouver sur la même face que le composant (sinon vous ne pourrez pas le souder !) - placer un condensateur de 100nF au plus près du microcontrôleur entre les bornes +Vcc et GND - placer un condensateur de 150µF entre les bornes +Vcc et GND de l'alimentation - n'oubliez pas les connecteurs pour l'alimentation de la carte : douille (alimentation) ou con-wago-500 dans le tableau des composants ATTENTION : la masse analogique AGND doit être raccordée à la masse GND du microcontrôleur uploads/Management/ cours-telemetre-troyesgeii.pdf