Etablissement de l’équation du RADAR en espace libre

Introduction

Avec le développement de matériel et de logiciel embarqué, diverses technologies sont de plus en plus intégrées. Son but est de simplifier les schémas électroniques et par conséquent réduire l’utilisation de composants électroniques, en réduisant ainsi le coût de fabrication d’un produit. et en résulte des systèmes plus complexes et performants pour un espace réduit. Au cours des dernières années, le mouvement open source du matériel est populaire dans le monde [13]. Arduino est un chef de file dans ce mouvement d’où les groupes d’utilisateurs répartis des ingénieurs aux étudiants, puis aux élèves de collège ou même les enfants de l’école primaire. L’émergence d’une variété de plates-formes matérielles open source réduit considérablement la courbe d’apprentissage, stimule l’innovation et accélère la conversion de l’idée à la réalisation.

Etude de la partie matérielle

Définition du module Arduino

Arduino, et son récent synonyme Genuino, est une marque qui couvre des cartes matériellement libres sur lesquelles se trouve un microcontrôleur (D’architecture Atmel comme l’Atmega328p, et d’architecture ARM comme le Cortex-M3 pour l’Arduino Due). Les schémas de ces cartes sont publiés en licence libre. Cependant, certains composants, comme le microcontrôleur par exemple, ne sont pas sous licence libre [12].

Arduino est une plate – forme électronique open-source basé sur le matériel et le logiciel facile à utiliser. Les cartes Arduino sont capables de lire les entrées – La lumière sur un capteur, un doigt sur un bouton ou un message Twitter – et la transformer en une sortie – activation d’un moteur, d’allumer une LED, afficher une écriture. On peut commander la carte Arduino en envoyant un ensemble d’instructions au microcontrôleur disposé sur la carte. Pour ce fait, on utilise le langage de programmation Arduino (Basé sur le câblage) et le logiciel Arduino (IDE) , basé sur le traitement.

Au fil des années, Arduino a été le cerveau de milliers de projets, des objets de tous les jours à des instruments scientifiques complexes. Une communauté mondiale des décideurs, étudiants, amateurs, artistes, programmeurs et professionnels – sont rassemblés autour de cette plate – forme open source, leurs contributions ont ajouté une quantité incroyable de connaissances accessibles qui peuvent être d’une grande aide [13].

Toutes les cartes Arduino sont complètement open source, permettant aux utilisateurs de les construire de façon autonome et les adapter à leurs besoins particuliers.

Le logiciel IDE Arduino est aussi en open-source, et il se développe à travers les contributions des utilisateurs dans le monde entier.

Types des cartes Arduino On peut classer les cartes Arduino en deux grandes familles

 Cartes Arduino Officielles (Classique)  Cartes Arduino Compatibles (Dérivées)

Cartes Arduino Officielles (Classique)

Ces cartes sont fabriquées en Italie par le fabricant officiel : Smart Projects, sont site officiel est Arduino.cc ou Arduino.org , Pour tout ce qui est des cartes Arduino dites « Officielles» elles sont basées généralement sur le même micro-contrôleur AVR à savoir un ATmega328p du fabricant ATMEL [14].

Cartes Arduino Compatibles (Dérivées)

Ces cartes ne sont pas fabriquées par Smart Projects, mais qui sont totalement compatibles avec les shields Arduino classiques (Mais pas avec l’IDE Arduino de base), elles sont fabriquées par diverse entreprises et commercialisées sous un nom différent (Exemples Cartes Arduino Compatible: Chinoises, Olimex, Selectronic, Freeduino, Seeduino, Femtoduino [14].

Avantage de la carte Arduino UNO

Il y a de nombreuses cartes électroniques qui possèdent des plateformes basées sur des microcontrôleurs disponibles pour l’électronique programmée. Tous ces outils prennent en charge les détails compliqués de la programmation et les intègrent dans une présentation facile à utiliser [13].

De la même façon, le système Arduino simplifie la façon de travailler avec les microcontrôleurs tout en offrant aux personnes intéressées plusieurs avantages cités comme suit:  Le prix (Réduit) : Les cartes Arduino sont relativement peu coûteuses comparativement aux autres plates-formes.  Multi plateforme : Le logiciel Arduino, écrit en JAVA, tourne sous les systèmes d’exploitation Windows, Macintosh et Linux. La plupart des systèmes à microcontrôleurs sont limités à Windows.  Un environnement de programmation clair et simple : L’environnement de programmation Arduino (le logiciel Arduino IDE) est facile à utiliser pour les débutants, tout en étant assez flexible pour que les utilisateurs avancés puissent en tirer profit également.  Logiciel Open Source et extensible : Le logiciel Arduino et le langage Arduino sont publiés sous licence open source, disponible pour être complété par des programmateurs expérimentés. Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application JAVA multi plateformes (Fonctionne sur tout système d’exploitation), servant d’éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le programme à travers de la liaison série (RS232, Bluetooth ou USB selon le module).  Matériel Open source et extensible : Les cartes Arduino sont basées sur les Microcontrôleurs Atmel ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA328, les concepteurs des circuits expérimentés peuvent réaliser leur propre version des cartes Arduino, en les complétant et en les améliorant. Même les utilisateurs relativement inexpérimentés peuvent fabriquer la version sur plaque d’essai de la carte Arduino, dont le but est de comprendre comment elle fonctionne pour économiser le coût.

Microcontrôleur ATMega328

Le microcontrôleur utilisé sur la carte Arduino UNO est un microcontrôleur ATMega328. C’est un microcontrôleur ATMEL de la famille AVR 8bits. Un microcontrôleur ATMega328 est un circuit intégré qui rassemble sur une puce plusieurs éléments complexes dans un espace réduit. Aujourd’hui, en soudant un grand nombre de composants encombrants; tels que les transistors; les résistances et les condensateurs tout peut être logé dans un petit boîtier en plastique noir muni d’un certain nombre de broches dont la programmation peut être réalisée en langage C [18]. La figure (2.4) montre deux types de microcontrôleur ATmega328, qu’on trouve sur les cartes Arduino.

Le microcontrôleur ATMega328 est constitué par un ensemble d’éléments qui ont chacun une fonction bien déterminée. Il est en fait constitué des mêmes éléments que la carte mère d’un ordinateur. Globalement, l’architecture interne de ce circuit programmable se compose essentiellement de :  Mémoire Flash : C’est celle qui contiendra le programme à exécuter. Cette mémoire effaçable et réinscriptible est une mémoire programmée de 32Ko (dont bootloader de 0.5 ko).  RAM : c’est la mémoire dite « vive », elle va contenir les variables du programme. Elle est dite « volatile » car elle s’efface si on coupe l’alimentation du microcontrôleur. Sa capacité est 2 ko.  EEPROM : C’est le disque dur du microcontrôleur. On y enregistre des infos qui ont besoin de survivre dans le temps, même si la carte doit être arrêtée. Cette mémoire ne s’efface pas lorsque l’on éteint le microcontrôleur ou lorsqu’on le reprogramme.

Sources de l’Alimentation

La carte Arduino Uno 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 sélectionnée automatiquement par la carte.

L’alimentation externe peut être soit un adaptateur secteur (Pouvant fournir typiquement de 3V à 12V sous 500mA) ou des piles. L’adaptateur secteur peut être connecté en branchant une prise (2.1mm) positif au centre dans le connecteur jack de la carte. Les fils en provenance d’un bloc de piles ou d’accus peuvent être insérés dans les connecteurs des broches de la carte appelées Gnd (masse ou 0V) et Vin (Tension positive en entrée) du connecteur d’alimentation. La carte peut fonctionner avec une alimentation externe de (6 à 20 volts). Cependant, si la carte est alimentée avec moins de (7V), la broche (5V) pourrait fournir moins de (5V) et la carte pourrait être instable. Si on utilise plus de (12V), le régulateur de tension de la carte pourrait chauffer et endommager la carte. Aussi, la plage idéale recommandée pour alimenter la carte Arduino Uno est entre (7V et 12V).

Entrées & sorties

L’Arduino UNO possède 14 broches d’entrée/sortie digitale(Numérotées des 0 à 13), ces broches peuvent être utilisée soit comme une entrée numérique, soit comme une sortie numérique, en utilisant les instructions pinMode(), digitalWrite() et digitalRead() du langage Arduino. Ces broches fonctionnent en (5V).

Chaque broche peut fournir ou recevoir un maximum de (40mA) d’intensité et dispose d’une résistance interne de « Rappel au plus » (Pull-up) (Déconnectée par défaut) de (20-50 KOhms). Cette résistance interne s’active sur une broche en entrée à l’aide de l’instruction digitalWrite (broche, HIGH) [24]. De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées (Voir annexe 1) :  Communication Série : Broches 0 (RX) et 1 (TX). Utilisées pour recevoir (RX) et transmettre (TX) les données séries de niveau TTL. Ces broches sont connectées aux broches correspondantes du circuit intégré ATmega8U2 programmé en convertisseur USB-vers-série de la carte, composant qui assure l’interface entre les niveaux TTL et le port USB de l’ordinateur.  Interruptions Externes : Broches (2 et 3). Ces broches peuvent être configurées pour déclencher une interruption sur une valeur basse, sur un front montant ou descendant, ou sur un changement de valeur.  Impulsion PWM (largeur d’impulsion modulée) : Broches (3, 5, 6, 9, 10, et 11). Fournissent une impulsion PWM 8-bits à l’aide de l’instruction analogWrite().Les applications de modulation de largeur d’impulsion (PWM) peuvent être trouvées dans le nombre d’applications, par exemple les télécommunications, le contrôle des servomoteurs, la régulation de la tension, la remise en puissance, etc. mesurer la largeur de PWM à l’aide d’un microcontrôleur, De plus, comment les capteurs à ultrasons (Qui peuvent être utilisés pour la mesure à distance) peuvent fonctionner conjointement avec PWM.  SPI (Interface Série Périphérique) : Broches 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ces broches supportent la communication SPI (Interface Série Périphérique) disponible avec la librairie pour communication SPI.  I2C: Broches 4 (SDA) et 5 (SCL). Supportent les communications de protocole I2C (ou interface TWI (TwoWire Interface – Interface « 2 fils »), disponible en utilisant la librairie Wire/I2C (ou TWI – Two-Wire Interface – Interface « 2 fils ») .  LED: Broche 13. Il y a une LED incluse dans la carte connectée à la broche 13. Lorsque la broche est au niveau HAUT, la LED est allumée, lorsque la broche est au niveau BAS, la LED est éteinte.

Table des matières

Remerciements
Dédicace 1
Dédicace 2
Résumé
Liste des abréviations
Sommaire
Liste des figures
Liste des tableau
Introduction générale
CHAPITRE 1: THÉORIE DU RADAR
1.1 Introduction Principes généraux
1.2 Principe du Radar
1.2.2 Fréquences utilisées en système Rada
1.2.3 Classification des Radars.
1.2.3.1 Radar primaire
1.2.3.1.1 Radar à impulsions
1.2.3.1.2 Radar à ondes continues
1.2.3.2 Radar secondaire
1.2.5 Radar à impulsions
1.2.5.1 Organisation (description)
1.2.5.2 Antenne, émetteur et récepteur
1.2.5.3 Mesure de distance
1.2.5.4 Mesure de la direction
1.2.6 Radar a onde continue
1.2.6.1 Organisation (description)
1.2.6.2 Mesure de la vitesse radiale
1.2.7 Performances des Radars
1.2.7.1 Ambiguïté en distance et vitesse
1.2.7.2 Résolutions des Radars
1.2.7.3 Précisions des mesures
1.3 Equation du Radar
1.3.1 Etablissement de l’équation du RADAR en espace libre
1.3.1.1 Propagation des ondes RADAR
1.3.1.2 Surface Equivalente RADAR
1.3.1.3 Equation Radar
1.3.2 Influence des pertes sur la portée
1.3.3 Portée maximale du Radar en présence du bruit thermique
1.3.3.1 Bruit à la réception
1.3.3.2 Filtrage non optimal
1.3.3.3 Filtrage optimal (Filtre adapté)
1.3.3.4 Expression de la portée maximale en fonction du bruit
1.3.4 Discussion de l’équation du Radar
1.4 Détection Radar
1.4.1 Principe de la détection Radar -Test de Newman-Pearson
1.4.2 Détection d’une cible non fluctuante
1.4.2.1 Probabilité de fausse alarme
1.4.2.2 Probabilité de détection
1.4.2.3 Intégration des échos
1.4.3 Détection de signaux fluctuants
1.4.3.1 Modèles de cibles
1.4.3.2 Détection d’une cible fluctuante sur une impulsion
1.4.3.3 Calcul de la Pd d’une cible lentement fluctuante (Swerling 1)
1.4.4 Radar diversité de fréquence
1.5 Applications du Radar
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 : ÉTUDE DE LA PARTIE MATÉRIELLE ET LOGICIELLE DU PROJET
2.1 Introduction
2.2 Etude de la partie matérielle
2.2.1 Définition du module Arduino
2.2.2 Types des cartes Arduino
2.2.2.1 Cartes Arduino officielles (classique)
2.2.2.2 Cartes Arduino compatibles (dérivées)
2.2.3 Avantage de la carte Arduino UNO
2.2.4 Technologie de la carte Arduino UNO
2.2.4.1 Microcontrôleur ATMega328
2.2.4.2 Sources de l’Alimentation de la carte
2.2.4.3 Entrées & sorties
2.2.4.4 Ports de communications
2.2.5 Capteur sonar à Ultrasons HC-SR04
2.2.5.1 Caractéristiques et spécification du capteur
2.2.5.2 Broches de connexion
2.2.5.3 Fonctionnement
2.2.5.4 Distance de la cible
2.2.6 Module Afficheur LCD
2.2.6.1 Connecteur de l’afficheur LCD
2.2.6.2 Communication avec le LCD
2.2.7 Servomoteur
2.2.7.1 Fonctionnement
2.2.7.2 Connecteur du servomoteur
2.3 Étude de la partie logicielle
2.3.1 Plateforme de programmation Arduino
2.3.1.1 Présentation
2.3.1.2 Structure générale du programme (IDE Arduino)
2.3.2 Logiciel PROTEUS ISIS
2.3.3 Logiciel IDE de PROCESSING
2.3.4 Communication entre la carte Arduino, logiciel Proteus et Processing
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 : RÉALISATION DU PROJET
3.1 Introduction
3.2 Principe de fonctionnement
3.3 Déroulement du projet
3.4 Schéma synoptique général
3.5 Algorithme principale de détection d’un objet
3.6 Simulation du projet sous PROTEUS
3.6.1 Présentation
3.6.2 Démarche de la simulation
3.6.2.1 Bibliothèque Arduino pour Proteus
3.6.2.2 Bibliothèque de capteurs à ultrasons pour PROTEUS
3.6.2.3 Circuit global de la simulation
3.6.3 Résultats de la simulation
3.7 Réalisation de projet
3.7.1 Composants utilisés
3.7.2 Description et étape de la réalisation
3.7.2.1 Alimentation du circuit
3.7.2.2 Test du fonctionnement de la carte Arduino
3.7.3 Principe dd fonctionnent du circuit
3.7.4 Résultats de la réalisation
3.7.4.1 Détection de la cible fixe
3.7.4.1 Détection de la cible fixe
3.7.5 Interface de Processing pour détection d’objets fixe et mobiles
3.8 Précision du capteur
3.9 Conclusion
Conclusion générale
Références
ANNEXE A
ANNEXE B
ANNEXE C
ANNEXE D Code Arduino
ANNEXE E Code Processing

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