Compte rendu EER Canhoto Nawrot.pdf



Nom original: Compte rendu EER Canhoto-Nawrot.pdf
Auteur: Vincent

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Compte rendu : Robot piloté
sans fil
Vincent Canhoto Dos Santos & Sylvain Nawrot

2018 – 2019

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Sommaire
➔ Introduction

➔ Présentation fonctionnelle

➔ Schémas structurels

➔ Réalisation du robot
→Mécanique du robot
→Électronique du robot
→Logistique du robot
➔ Problèmes rencontrés et remèdes

➔ Conclusion générale

➔ Annexes

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Introduction du robot piloté sans
fil
L’objectif de ce projet était de réaliser un robot équipé de capteurs et
pilotable sans fil depuis un smartphone. Ce robot devait pouvoir se déplacer
dans toutes les directions et utiliser les capteurs embarqués.

Premièrement, nous avons commencé par étudier la partie mécanique
de notre voiture afin de comprendre le fonctionnement de celle-ci, ainsi que
réaliser des supports afin de disposer les cartes électroniques qui seront
embarqués sur notre robot

Deuxièmement, nous avons effectué différents tests avec les cartes
électroniques qui nous ont été fourni afin de vérifier le bon fonctionnement de
celle-ci, ainsi que réaliser une carte Bip sonore.

Troisièmement, nous avons réalisé la partie logicielle de notre projet, tel
que le programme du microcontrôleur (Arduino) en langage C, ainsi qu’une
application mobile permettant d’envoyer les commandes au microcontrôleur.

Finalement, nous avons rassemblé les différentes parties du robot et
nous avons testé le fonctionnement du robot.

Tout d’abord, nous verrons la partie fonctionnelle, ensuite nous verrons le
schéma structurel, à la suite de ça nous verrons la réalisation ainsi que les
problèmes rencontrés et finalement la conclusion générale de ce projet

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Présentation fonctionnelle du
robot piloté sans fil
Fonction alimentation :
Cette fonction permet de fournir de l’énergie pour les cartes électroniques tel que la
carte d’interface puissance, la carte microcontrôleur ou encore la fonction de détection de
batterie. Cette fonction s’articule autour d’un régulateur de tension intégré 7805 qui fournit
à sa sortie une tension +5(V) continu, le condensateur C1 de valeur 1(uF) supprime les
ondulations dû aux transitoires, le condensateur C2 de valeur 0,1(uF) est utiliser en tant que
réservoir d’énergie pour la charge

Carte d’interface puissance :
Cette carte d’interface puissance est pilotée à l’aide d’un microcontrôleur et elle sera
utilisé pour générer des signaux de commandes aux moteurs. Cette carte permet de gérer la
marche et l’arrêt des moteurs ainsi que leur sens de rotation à l’aide du circuit L298. Les
moteurs électriques ont besoin de courants importants par rapport à la sortie maximale d’un
microcontrôleur, le circuit L298 permet aussi d’inverser la tension aux bornes du moteur
pour inverser le sens de rotation avec des interrupteurs électriques. La carte d’interface
puissance est muni de 8 diodes de roue libres qui vont permettre au courant de circuler dès
que sa tension directe sera atteinte.

Fonction détection de niveau de batterie :
Cette fonction doit permettre à l’utilisateur de savoir si le niveau de batterie est
suffisant à l’aide d’une LED. La solution est d’utiliser un AOP LM2903, monté en
comparateur, permettant de comparer la tension de la batterie à un seuil. La tension
d’entrée V+ du comparateur est l’image de Vbatt et l’entrée V- est l’image du seuil de
comparaison. Ce comparateur ^possède une sortie à collecteur ouvert. Sans étage de sortie,
dès que la tension V- est plus petite que la tension V+, le comparateur passe en état haute
impédance. Si la tension V- est plus grande que la tension C+, la sortie est la masse. Pour
adapter l’état collecteur ouvert, on doit câbler un résistance pull-up pour ramener un
potentiel en sortie.

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Schéma structurel du robot
piloté sans fil
Schéma structurel : robot

Signal sonore
Capteurs
5V

Ln1
Ln2
ENA
Ln3
Ln4
ENB

Vav+
Moteurs
avant et
arrière

Carte
Vav+ d’interface
Var+ puissance

Fonction générateur
de signal sonore en
cas de recul

5V

Carte d’interface
capteurs
5/12V

ENsound

Carte
microcontrôleur

TX

12V

Interface de
communication

RX

Fonction
alimentation
+batt
5V

Var+batt
Batterie
Vbatt

Fonction détection
du niveau de batterie

Signal lumineux

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Schéma structurel : Bip sonore

Rôle des fonctions :
Oscillateur 1Hz : la fonction entourée permet de réaliser un signal carré de 1(Hz) de période
1(s) d’amplitude 5(V).
Oscillateur 3kHz : la fonction entourée permet de réaliser un signal carré de 3K(Hz) de
période 333(us) d’amplitude 5(V).
Activation du BIP : permet d’activer le bip sonore, grâce aux deux diodes qui permet de
réaliser un ET logique.
Montage Darlington : permet d’amplifier le courant de sortie qui augmentera donc le
volume sonore.

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Réalisation du robot
Mécanique du robot : moteurs de la voiture
Pour commencer, nous avons cherché à comprendre le fonctionnement et les limites
de fonctionnement du robot en effectuant différents tests. Nous avons testé les moteurs qui
était déjà présent sur la voiture pour vérifier le bon fonctionnement de ceux-ci en fonction
du branchement réaliser.

Fonctionnement :
Nous avons envoyé une tension que nous avons fait varier entre 2 et 12(V) et nous avons
constaté l’influence de la tension sur la vitesse de rotation du moteur, ce qui est cohérent
avec la formule de la vitesse d’un moteur :
Vmoteur = K * ω avec ω en rad/s
Ensuite, nous avons envoyé que nous avons fait varier entre 0,2 et 3(A) et nous avons
constaté l’influence du courant sur le couple mécanique du moteur, ce qui est cohérent avec
la formule du couple d’un moteur :
Cmoteur = k * i avec i en A
Enfin, nous avons inter changé la masse et le +15(V) de l’alimentation auquel était connecté
les deux moteurs et nous avons constaté l’influence du sens de l’alimentation du moteur sur
le sens de rotation du moteur.
Limites de fonctionnement :
Les moteurs fonctionnent en fonction du courant et de la tension, mais il y’a un couple au
démarrage minimum pour que le moteur démarre et une tension ou un courant trop élevé
peut dégrader les moteurs.

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Réalisation du robot
Mécanique du robot : supports de la voiture

Nous avons disposé les différentes cartes électroniques nécessaires au
fonctionnement de la voiture sur celle-ci, nous avons donc réalisé un plateau qui permet de
disposer un grand nombre de cartes, mais pour conserver l’équilibre de la voiture, nous
avons réalisé un petit plateau que nous avons posé au-dessus du premier plateau, qui
permettra de disposer les autres cartes sans perturber l’équilibre de la voiture.
Sur le premier plateau, nous avons disposé les plus grandes cartes électriques (carte
mère, ultrason) et les batteries, nous avons décidés de mettre les batteries à l’arrière car
notre direction ne posséder pas un couple suffisant pour tourner avec la batterie à l’avant.
Nous avons placer le bras sur le premier plateau pour accéder facilement aux objets de
petites tailles.
Sur le deuxième plateau, nous avons disposé la carte bip sonore, le haut-parleur et
l’interface puissance. Nous avons placé la carte interface puissance au deuxième étage car
les câbles d’alimentation des moteurs étaient longs et on peut facilement connecter les
câbles entre l’Arduino et l’interface puissance ainsi.

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Réalisation du robot
Mécanique du robot : électronique de la voiture
Fonction alimentation : 12V -> 5V
Nous avons testé le bon fonctionnement de l’alimentation de la carte qui nous a été fourni,
nous avons donc envoyé une tension de 12(V) en entrée de la fonction alimentation et
vérifié la présence du 5(V) en sortie de celle-ci.

Fonction détection du niveau de batterie :
Ensuite, nous avons testé le fonctionnement de la fonction de détection de batterie, nous
avons donc envoyé une tension que nous avons fait varier entre 10 et 12(V) et nous avons
aperçu l’extinction de la LED si la tension Vbatt est inférieur à un seuil défini par l’utilisateur.
Pour obtenir le bon fonctionnement de cette partie, nous avons calculé la valeur de la
résistance R16 nécessaire.
Nous savons que :
Uled = 1,95(V) et Iled = 20(mA)
R16 = (5 – Uled) / Iled = 153(ohm)
La résistance nécessaire R16 est une résistance de 160(ohm) et le seuil de la tension pour
laquelle la LED de la fonction détection de batterie s’éteint est 10 ,7(V).

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Réalisation du robot
Logistique du robot : Programme pilotage
On inclue les différentes librairies
utilisé dans notre programme.

On définir les pins utilisé pour
commander les actions de notre
voiture afin de rendre le programme
plus facile à comprendre.
On appelle les prototypes des
fonctions, il est conseillé de le faire
afin d’éviter divers bugs de
compilation.
On utilise un PWM sur le moteur
arrière qui permet de gérer la
vitesse du moteur (nous n’utilisons
pas de PWM pour le moteur avant
car nous avons une direction avec
une bobine et un aimant.
On utilise une interruption externe
qui se déclenche à chaque fois que
la carte Arduino reçoit un caractère,
et nous comparons le caractère reçu
à des caractères prédéfini pour
commander notre voiture. Ici, nous
avons la marche Avant avec OCR0A
= 255, ce qui correspond à la vitesse
maximale. La marche arrière va
envoyer 5V sur LN4.

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Nous avons la marche Avant avec
OCR0A = 200, ce qui correspond à
une vitesse de 80%, et nous
diminuons la vitesse de 20% par
caractère car nous avons utilisé une
jauge dans notre application.

Nous avons le mode roue libre, il
coupe le moteur arrière, sans la
freiner, ce qui laisse la voiture dans
son inertie (nous avons opté pour le
mode roue libre plutôt que le frein
en position milieu de notre jauge
pour éviter de consommer du
courant lorsque nous arrêtons la
voiture pour un temps prolongée).

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Nous avons la marche Arrière avec
OCR0A = 50, ce qui correspond à
une vitesse de 25%, et nous
diminuons la vitesse de 25% par
caractère pour la même raison que
pour la marche avant, La marche
arrière va envoyer 5V sur LN3 et sur
le Bip sonore afin que celui-ci
génère un signal sonore en cas de
recul.

Nous avons la marche à gauche, La
marche à gauche va envoyer 5V sur
LN1 et sur ENA.

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Nous avons la marche à droite, La
marche à droite va envoyer 5V sur
LN2 et sur ENA.

Nous avons la position milieu, qui
nous permet de remettre les roues
de notre voiture en place en
coupant la direction.

Nous avons le frein, une fonction qui
va arrêter le véhicule en bloquant
les roues contrairement au mode
roue libre qui coupent simplement
l’alimentation de celle-ci, le frein
envoie du courant sur les 2 pins LN3
et LN4.

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Nous avons la fonction principale,
dans laquelle nous définissons les
différents paramètres de notre
programme tel que les ports en
entrées ou sorties ainsi que le baud
rate.

Nous avons la fonction pause de
2secondes, réalisé avec le timer1,
qui permet de réaliser une pause 4s,
nous avons défini le OCR1A à 50%,
ce qui donne un fonction pause de
2secondes

Nous avons la fonction pause de 500
millisecondes, réalisé avec le timer1,
qui permet de réaliser une pause 4s,
nous avons défini le OCR1A à 12,5%,
ce qui donne un fonction pause de
500 millisecondes.

Nous avons la fonction
d’initialisation USART, qui permet
de définir les registres de
communication de notre Arduino,
tel que les ports ou interruption
utilisé ou encore le format des
messages envoyées.

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Réalisation du robot
Logistique du robot : Application

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Problèmes rencontrés et
remèdes
Nous avons très vite rencontré des soucis liés à notre voiture. Notre direction est
constituée d’une bobine et deux aimants. Deux câbles permettent la circulation du courant
dans la bobine. Or l’un des deux est particulièrement celui qui correspond au début de la
bobine c’est cassé. Ainsi nous avons donc, débobiné et rembobiné afin de reconnecter un
câble, et donc nous avons sauvé notre direction.

L’un des problèmes, à été l’adaptation des supports a notre voiture, qui assez petite et
donc les points ou il était possible de viser des entretoises ont été cassés. La solution, à été
de penser une plateforme qui conviendrait et de fixer les appuis qui manque d’entretoises,
avec de la colle chaude.

Plein de disfonctionnement, faisait que le comportement de nos fonctions n’était pas bon.
Il a fallu ressouder l’interface puissance qui été mal soudé, ainsi que la carte mère. Et nous
avons changé le ML7805 pour la génération du +5v.

Un autre souci est lié au fonctionnement de la carte RFID, malheureusement nous ne l’avons
pas résolu.

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Conclusion générale

En conclusion, cela aura été pour nous une belle aventure. Ce projet à
développer notre sens de l’autonomie. Trouver et régler les problèmes n’a pas
toujours été facile, mais ce fût une grande satisfaction de voir notre projet
aboutis, avec de bonnes performances, et qui répondais au cahier des charges.
Finalement mis à part la carte RFID nous avons pu faire fonctionner les divers
fonctions, détection ultrasonore etc.
Nous avons exploré le C, dimensionner des composants dans la création
de notre bip sonore, ou designer les plateaux de la voiture. Notre projet robot
nous à permis à notre échelle de mieux nous représenter les enjeux, et les
contraintes de faire des systèmes embarqués. Mais aussi d’étudier des
fonctions tel le montage Darlington et autres. On à vraiment été sortis de notre
zone de confort, ou d’habitude l’on se contente de suivre des consignes et cela
a été très stimulant.

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ANNEXES

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Bras :

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Mode autonome

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