Projet Document de pré

COMBELLES Nicolas
CORTES Jessica
École Supérieure d'Ingénieur de Luminy
Projet de 1ère Année
2004-2005
Architecture des ordinateurs
Projet
Document de pré-conception
17 décembre 2004
Enseignant : François TOUCHARD
Tuteur : M. Auguste LE VAN SUU
Table des matières
Table des matières
1 - Domaine d'application.....................................................................................................................3
1.1 - Objectif du système.................................................................................................................3
1.2 - Interfaces.................................................................................................................................4
1.3 - Contraintes de conception.......................................................................................................5
2 - Documents de référence..................................................................................................................7
3 - Diagramme État-Transition.............................................................................................................7
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Projet Spy-bot
Document de pré-conception
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Domaine d'application
1 ­ Domaine d'application
1.1 - Objectif du système
Pour mieux détailler l'objectif réel du système, nous avons effectué une approche descendante
(TOP-DOWN) en décomposant le système général en plusieurs sous-systèmes (appelés
« modules »). Cette approche est souvent qualifié comme « Diviser pour régner ».
Dans notre cas, le système se divise en trois modules :
Le ballon dirigeable (« Spy-bot »):
Ce premier module aura le rôle d'espion volant. Il sera contrôlé par un module de commandes
fixé au sol (cf. module suivant) via les ondes radio (433 MHz). La communication entre ces deux
modules sera bi-directionnelle : le dirigeable sera réactif aux commandes envoyées et il renverra
une information vidéo grâce à l'utilisation d'une caméra embarquée. De plus, il est probable que
nous ayons recours à l'utilisation d'une boussole pour indiquer la direction du dirigeable.
Ballon gonflé d' hélium
Ondes radio
(com m andes)
Ondes radio
(boussole)
Nacelle
Mot eurs à propulsion
horizont ale et vert icale
Boussole
Ondes radio
(vidéo)
Cam éra em barqué
Le ballon pourra se mouvoir dans les airs grâce à trois petits moteurs électriques à hélices (2 pour
les déplacements sur le plan horizontal, l'autre pour les déplacements verticaux)
Le module de commande (« module sol »)
Ce module a pour but de faire un intermédiaire entre l'ordinateur et le Spy-bot. Du coté de
l'ordinateur, il communiquera via l'interface RS232 (série) alors que les ondes radio seront utilisées
pour communiquer avec le dirigeable. Ce module devra donc transformer les commandes envoyées
par l'ordinateur (numérique) en ondes hertziennes (analogique). À l'inverse, la réception du flux
vidéo et des informations de direction seront numérisées par le « module sol » et envoyées au PC en
une série de bits.
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Domaine d'application
Ondes radio
(boussole)
Ant enne
Série
RS232
Connect eur
série
Carte d'
acquisition
Commandes
Ondes radio
(com m andes)
Micro int égré
Alim ent at ion
Vidéo
Interface graphique
Ce module est la partie logicielle dévoilée à l'utilisateur, elle permet d'accéder à toutes
fonctionnalités disponibles. En l'occurrence le contrôle du dirigeable à distance ainsi que la
visualisation de la vidéo « vue du dirigeable » et la direction du mobile. Tous les appels de
fonctions doivent être transparents à l'utilisateur. Il doit pouvoir interagir avec le mobile via le
« module sol » grâce au contrôle de la souris et du clavier.
Écran de
visualisation
du flux vidéo
(optionnel)
Déplacements
horizontaux
Intensité du
déplacement
⇧
↑
←↓→ ⇩
Déplacement
Déplacements
verticaux
1.2 - Interfaces
Relations entre modules
Trois modules sont en interaction dans ce projet. Le « module air », le « module sol » et
l'interface utilisateur. C'est grâce à l'interface que l'utilisateur peut envoyer des commandes. Cellesci sont reçues par le « module sol » qui les émets au « module air ». Le « module air » envoie au
« module sol » les informations concernant la boussole. Le « module sol » est chargé de transiter les
informations sur l'interface utilisateur. Les données émises par la caméra sont envoyées directement
sur l'interface à l'aide d'une carte d'acquisition vidéo.
Ci dessous, le schéma explicatif :
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Domaine d'application
Tourner à droite
Commandes numérique
par port série
Tourner à gauche
Avancer
Interface utilisateur
Reculer
«Mo dule sol»
Émission des données de la boussole
Émission des données
de la boussole
Commandes analogique
par ondes hertziennes
Monter
Descendre
Carte d'acquisition
Acquérir données
de la caméra
Émission des données
de la caméra
«Mo dule air»
Composition des modules
Terre
PC
Interface série RS232
Communication PC/µC
Air
Module Radio
Émmission/Réception
Module Radio
Module Video
Émmission/Réception Émission de la vidéo
Microcontrolleur
PIC16F94 / BasicStamp
Microcontrolleur
PIC16F94 / BasicStamp
Module commande
vocale
Alimentation
(piles, accus, ...)
Boussole
(info de direction)
Alimentation
(piles, accus, ...)
Propulsion
(moteurs, élices,...)
Chassis du dirigeable
(nacelle, ballon, ...)
1.3 - Contraintes de conception
Étant donné que le projet consiste à réaliser le Spy-bot en totalité, nous allons devoir faire face à
certaines contraintes.
Contraintes physiques
✗
Le poids supporté par le ballon : En effet, celui-ci soutiendra une nacelle chargée de
composants électroniques, d'une alimentation, des moteurs, d'une boussole et d'une caméra :
Nous pouvons estimer le poids total de l'ensemble aux alentours de 500 g. Il est probable que
nous ayons recours à l'ajout de ballons supplémentaires pour stabiliser le dirigeable.
✗
Les conditions climatiques d'utilisation : Dans un premier temps, l'utilisation du ballon se fera
à l'intérieur pour assurer « la survie » du mobile. Une simple brise pourrait emporter le
dirigeable et finir par l'écraser violemment quelques mètres plus loin. Après une longue
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Domaine d'application
période d'adaptation et une formation intensive du pilote, l'utilisation du ballon pourra être
tentée en conditions réelles (extérieures).
✗
La hauteur de vol du Spy-bot par rapport au sol : Tant que l'utilisation demeurera intérieure,
la hauteur de vol maximale sera celle du plafond (entre 3 et 10m). Si le mobile se met à
évoluer en environnement hostile (extérieur), il est déconseillé de faire prendre beaucoup
d'altitude au dirigeable pour être sûr de pouvoir le contrôler dans toutes les situations.
✗
La portée maximale de commande du Spy-bot : Dans le cadre du projet, il est clair que Spybot devra simplement se déplacer dans une partie du bâtiment (salle de TP, couloir, ...) soit
environ 30m.
✗
Temps de réponse du Spy-bot : Cette contrainte se divise en deux : le temps de réponse de
l'ordinateur au module ainsi que le temps de réponse du module sol au dirigeable. Le cumul
de ces deux temps de réponse peut être estimé entre 0 et 1 secondes.
✗
Pression d'hélium dans le ballon : Étant donné que le revêtement de la toile enfermant le gaz
n'est pas parfait, il est possible que la pression d'hélium diminue au cours du temps. Pour
assurer des conditions optimales de vol, il faudra régulièrement vérifier la pression dans le
ballon.
Contraintes électroniques
✗
Autonomie électrique du Spy-bot : Premièrement, le dirigeable sera équipé d'une
alimentation autonome (pile, accus, ...) pour faire fonctionner toute l'électronique (microcontrôleur, transistor, caméra...) et la partie électrique (moteurs). L'estimation de l'autonomie
du mobile air est de 2h. Deuxièmement, le « module sol » aura, lui aussi, besoin d'une
alimentation pour réaliser toutes les tâches requises. Nous ne sommes pas sûr que
l'alimentation offerte par le port série soit suffisante pour alimenter l'ensemble du « module
sol », il serait donc judicieux de proposer une alimentation auxiliaire sur secteur ou sur
batterie.
✗
Perturbations hertziennes (bruit, interférences, ...) : Le projet sera mené en parallèle avec
d'autres binômes utilisant les mêmes bandes de fréquences (433 MHz). Nous pouvons être sûr
que les interférences avec les autres émetteurs/récepteurs vont être nombreuses. Il va donc
falloir créer un code spécifique à notre projet pour réduire toutes perturbations extérieures.
Contraintes logicielles
✗
Le langage de programmation : Le développement aisé de l'IHM nécessitera un langage
permettant de mettre en place rapidement une interface conviviale : on peut penser à des
langages tels que C++, Java ou encore VisualBasic. En revanche, pour ce qui est du
développement de module de communication PC/micro-contrôleur via le port série, il serait
préférable d'utiliser un langage relativement proche du matériel (par exemple : C qui permet
un dialogue facile avec l'interface série RS232).
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Documents de référence
2 ­ Documents de référence
Développement matériel
Les documents de référence utilisés pour la conception et la réalisation de matériel seront sans
doute :
✗
Documentation constructeur (micro-contrôleur, spy en kit, ...).
✗
Document WEB traitant en détail ce sujet.
Développement logiciel
Pour le développement logiciel nous allons avoir besoin de certaines sources de documentation
telle que :
✗
Documentation constructeur (micro-contrôleur).
✗
API du langage de programmation.
3 ­ Diagramme État­Transition
Explication sur le diagramme
Nous rappelons que le Spy-bot est composé de trois modules :
✗
L'interface utilisateur
✗
Le « module air »
✗
Le « module sol »
Lorsque l'alimentation de l'aéronef, du « module sol » et de l'ordinateur est allumée, le Spy-bot
peut commencer à fonctionner. Le module sol est en attente de commande provenant de l'utilisateur
via l'interface. Les différentes commandes pouvant être transmises sont les suivantes :
✗
Monter
✗
Reculer
✗
Descendre
✗
Tourner à droite
✗
Avancer
✗
Tourner à gauche
Une commande se transmet en pressant un bouton, à l'aide de l'interface, sur l'action
correspondante. Des que le bouton est relâché, l'aéronef retourne dans un état d'attente de
commande. Durant toute la durée du vol, des informations sur les données émises par la caméra et
la boussole sont visualisables sur l'interface.
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Diagramme État-Transition
Alimentation «
Alimentations «mo
module sol
dule air et sol
» éteinte» éteintes
Interrupteur fermé
Interrupteur ouvert
Alimentations «mo dule air et sol » allumées
En attente de réception d'une commande
Pression bouton «mo nter» /
Relâchement bouton «monter» /
Envoie en continu les données de la
caméra et de la boussole
« module air» monte
Pression bouton «descend» /
Relâchement bouton «descend» /
« module air» descend Pression bouton «rotation vers la droite» /
Relâchement bouton «rotation vers la droite» /
«modu le air» e n rotation vers la droite Pression bouton «rotationver s la gauche» /
Relâchement bouton «rotation vers la gauche» /
« module air» en rotation vers la gauche Pression bouton «translation avant» /
Relâchement bouton «translation avant» /
«modu le air» e n translation avant «mod ule air » en translation arrière Pression bouton «translation arrière» /
Relâchement bouton «translation arrière» /
Transition en gras
Transition en italique
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Diagramme d'états / transition du module « air »
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