Transcript Cahier des charges P1 - BTS Systèmes Numériques

Mission Solar Pi
Contrat de sous-projet P1
http://www.btssn.net/
Historique des versions
Version
Auteur
Description
1.0
pjean
Version initiale.
Résumé
Ce document présente les objectifs et les contraintes de votre sous-projet au niveau
technique. Il complète et détaille :
 l'analyse du projet
 le cahier des charges « Ballon » du CNES
Copyright (c) 2014 Pascal Jean.
Ce document est publiée sous licence Creative Commons,
Paternité, Pas d'utilisation commerciale, Partage des conditions
Initiales à l'identique.
Le texte complet de cette licence peut être consulté sur
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/fr/legalcode
Ce document a été écrit avec LibreOffice 4 sous GNU Linux (Ubuntu The Precise
Pangolin).
L'équipe est chargée de la conception et de la réalisation de la fonction :
 FP7 - Mesure Humidité
L'équipe est chargée de l'installation, de l'intégration et de la configuration de la fonction suivante :
 FP10 - Alimentation VHF
1.
MESURE HUMIDITÉ (FP7)
La fonction « Mesure humidité » est alimentée en +5V ±2,5 % par FP2.
Conformément au cahier des charges de cette fonction, le courant
maximal consommé par l'ensemble de la chaîne de mesure ne peut
dépasser 100 mA. Comme la chaîne de mesure est constituée de 5
fonctions de mesures, chaque fonction devra limiter sa consommation
de courant à 20 mA en moyenne.
La fonction FP7 assure les fonctionnalités suivantes :
1. Mesure de l'humidité relative entre 0 et 100 % avec une précision inférieure à ±5 %
2. Esclave I²C fournissant la valeur mesurée sous forme d'un registre 8 bits codé en binaire
naturel (1 LSB = 1%RH)
Elle respecte le plan d'adressage défini dans le document « Analyse du projet ».
Une accès en lecture sur le bus I²C à l'adresse qui lui est affectée permet de lire le registre.
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DE SOUS-PROJET
P1
> Liaisons
1.1. Liaisons
Mesure Humidité relative (L8)
Le capteur mesure l'humidité relative entre 0 et 100 % avec une précision inférieure à ±5 % de l'air
extérieur.
Liaison I²C
Cette liaison assure la transmission des informations mesurées mais aussi l'alimentation de la carte.
La carte se comporte comme un esclave I²C fournissant la valeur mesurée sous forme d'un registre
8 bits codé en binaire naturel (1 LSB = 1%RH). Son adresse sur le bus est :
Esclave I²C Adresse binaire
Adresse hexadécimale alignée à droite
FP4
1000001X
0x41
FP5
1000010X
0x42
FP6
1000011X
0x43
FP7
1000100X
0x44
FP8
1000101X
0x45
Le courant maximal consommé par l'ensemble de la chaîne de mesure ne peut dépasser 100 mA.
Comme la chaîne de mesure est constituée de 5 fonctions de mesures, chaque fonction devra limiter
sa consommation de courant à 20 mA en moyenne.
1.2. Fonction secondaires
L'analyse du cahier des charges fait apparaître les fonctionnalités suivantes :





Captage de l'humidité relative
Conditionnement du signal
Numérisation du signal
Traitement de l'information
Transmission I²C
1.3. Contraintes imposées
La carte aura un format rectangulaire aussi réduit que possible et devra comporter des trous de
fixations de 3mm de diamètre à chaque coin.
Fonction « Captage de l'humidité relative »
Le capteur est un modèle HIH-4030 et sera implanté côté soudure.
La carte sera fixée sur la face inférieure à l'intérieur de la nacelle à l'aide de 4 vis.
Un trou sera percé à travers la paroi afin que le capteur soit en contact avec l'air extérieur. Ce trou
sera caréné à l'aide d'un tube en IRL PVC (diamètre 20 ou 25mm) qui sera collé à l'aide d'un mastic
polyuréthane sur la paroi de la nacelle et sur la carte autour du capteur.
Il est donc nécessaire de matérialiser la section du tube sur la sérigraphie. Aucun composant ne
devra être implanté dans cette zone.
Conditionnement du signal
Le conditionnement du signal issu du capteur se fera conformément à sa documentation et en
s'inspirant de l'article de la revue Sensors intitulé « 1 Wire Humidity Sensor » :
http://owfs.org/uploads/File/humsensor.pdf
Remarque : Dans la cas de FP7, l'interface numérique est l'I²C (et non le 1 Wire !)
Fonctions numérisation, traitement de l'information et transmission I²C
Les fonctions numérisation, traitement de l'information et transmission I²C seront réalisées grâce à
microcontrôleur ATMEL AVR ATmega168P. Le microcontrôleur ne sera pas équipé d'un quartz.
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P1
> Contraintes imposées
Un connecteur ISP à 6 broches conforme à la liaison ISP ATMEL de
nouvelle
génération
sera
implantée
(http://www.atmel.com/images/doc0943.pdf).
Afin de faciliter la mise au point du programme, un connecteur HE14
mâle à 6 broches sera implanté afin de permettre la connexion d'une
carte PP2012-RS232 disposant d'une led, d'un bouton poussoir et d'une
liaison RS232. Le brochage du connecteur implanté sera conforme à la
Figure 1.
Afin
de
réduire
la
consommation
moyenne
du
microcontrôleur, celui-ci sera « endormi » et réveillé
uniquement lors de la détection valide de l'adresse I²C de
FP7. Après chaque lecture I²C, le microcontrôleur
effectuera une mesure de la grandeur avant de
s'endormir. La valeur mesurée sera envoyée au maître I²C
lors de la lecture suivante.
Figure 1: Carte PP2012-RS232
La mise en œuvre du convertisseur analogique-numérique se fera en respectant les préconisations
du chapitre le concernant dans la documentation du microcontrôleur (24.6 ADC Noise Canceler ).
Liaison I²C
Les interconnexions I²C seront réalisées à l'aide de cordons équipés de prises modulaires 4P/4C de
marque TE Connectivity (Code Commande Farnell : 1822181). Le brochage retenu est le
suivant :
Prise modulaire 4P/4C
I²C
4
SCL (0/5V)
3
VBUS (+5V)
2
SDA (0/5V)
1
GBUS
(0V VBUS)
La carte sera donc équipée de 2 embases modulaires 4P/4C permettant l'interconnexion vers la
chaîne de mesure (Code Commande Farnell : 1840397 - empreinte ARES fournie).
Les signaux d'alimentation VBUS et GBUS seront filtrés grâce à 2 inductances à perle de ferrite
MURATA - BL02RN1R2M2B (Code Commande Farnell : 9526838 - empreinte ARES fournie), un
condensateur céramique X7R 10 nF en entrée et un condensateur tantale de 10 µF en sortie du
filtre.
La transmission se faisant en environnement électromagnétique perturbé (émission VHF!), le bus
I²C fera l'objet d'une protection constituée d'une inductance à perle de ferrite MURATA BL02RN1R2M2B en série avec une résistance de 33Ω sur chaque ligne SDA et SCL conformément à
la note d'application SLEA053 de Texas Instruments :
http://www.ti.com/lit/an/slea053/slea053.pdf
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P1
> Points de test
1.4. Points de test
Les points test suivants seront disposés sur la carte de façon accessible :
1.
1.
2.
3.
4.
+5V
GND
SCL
SDA
VHUM : Tension correspondant à la grandeur mesurée à l'entrée de l'ADC.
Il seront réalisés à l'aide de cosses poignard TAB 37800868 (Code Commande Farnell : 3472528
- empreinte ARES fournie)
1.5. Tests unitaires
Chaque fonction secondaire fera l'objet de la rédaction d'un test unitaire :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Alimentation
Oscillateur interne MCU et Led
Bouton poussoir
Liaison série
Liaison I²C
Convertisseur analogique-numérique
Mesure humidité
Étalonnage (cette fiche est la plus importante car utilisée par les élèves de STL).
Dans la mesure du possible, les tests seront automatisés à l'aide d'un programme simple rédigé s en
langage C (utilisation d'une librairie AvrIO ou Arduino très fortement conseillée).
1.6. Matériel et logiciel fourni




Carte Arduino UNO
Carte Adafruit ProtoShield
Carte HIH4030 de Sparkfun http://www.sparkfun.com/products/9569
Raspberry Pi avec carte RPi Extended (fabrication d'un adaptateur I²C nécessaire).
La validation des fonctions pourra se faire à l'aide de la carte Arduino mais la recette se fera sur la
carte finale.
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> Alimentation VHF (FP10)
ALIMENTATION VHF (FP10)
La fonction FP10 assure les fonctionnalités suivantes :
1. Alimentation de l'émetteur VHF en 7,5V ±5 % continu avec un courant maximal de 300mA
à partir d'une batterie Li-Ion de 3,7V
2. Charge de la batterie à partir d'un panneau solaire ou d'un chargeur secteur 5V= (prise
mini-USB)
3. Fourni les tensions VBAT2 à FP3.
La capacité de la batterie est suffisante pour assurer une autonomie sans charge de 6 heures de vol.
2.1. Liaisons
VKIWI
Tension régulée à 7,5V ±5 %. Courant maximal fourni 300mA.
Commande Marche-Arrêt et charge secteur
Conforme à la liaison L4 et aux spécifications ci-dessus, la carte est
équipée d'un interrupteur Marche-arrêt et d'une prise de charge
mini-USB (5V nominal).
VBAT2
Tension de la batterie Li-Ion 3,7V référencée à la masse de VKIWI.
2.2. Fonction secondaires
L'analyse du cahier des charges fait apparaître les besoins suivants :
 Stockage de l'énergie électrique
 Charge batterie
o à partir d'un chargeur mini-USB
o à partir d'un panneau solaire photovoltaïque
 Régulateur à découpage élévateur de tension (3,7V vers 7,5V)
 Commande Marche-arrêt
2.3. Contraintes imposées
La fonction FP10 sera réalisée à partir d'une carte Lipo Rider V1.1 :
http://www.seeedstudio.com/wiki/Lipo_Rider_V1.1
La carte Lipo Rider sera modifiée afin de fournir une tension nominale de sortie de 7,5V (au lieu de
5V).
Le panneau solaire sera un modèle 3W de 138x160 mm :
http://www.seeedstudio.com/wiki/3W_Solar_Panel_138*160
La batterie sera un modèle Li-Ion 3,7V 6 Ah :
http://www.seeedstudio.com/depot/lithium-ion-polymer-battery-pack-6a-p-602.html?cPath=1_3
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> Contraintes imposées
VKIWI
Les fils seront directement repiqués sur la carte Lipo Rider et connectés à l'émetteur VHF sur le
bornier prévu à cet effet.
VBAT2
La connexion s'effectuera à l'aide d'un connecteur KK254 femelle à 2 broches dont le brochage est le
suivant :
Broche
Signal
1
GBUS
2
VBAT2
Les fils seront directement repiqués sur la carte Lipo Rider.
2.4. Tests unitaires
1. Valeur moyenne et efficace de le tension de sortie en fonctionnement « normal » et à
charge maximale (IOUT=300mA)
2. Autonomie en l'absence de charge solaire, à température ambiante et à -20°C, à charge
maximale (IOUT=300mA).
3. Durée de charge « secteur »
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