SYSTEME DE COMMUNICATION EMBARQUE DANS UN MINIDRONE QUADRIROTOR

Système d’alimentation

Utilisée correctement, une batterie Lithium Polymère n’est pas plus dangereuse qu’une autre batterie rechargeable. Les batteries de type « Lithium Polymère » ont une capacité poids/puissance beaucoup plus intéressante comparée aux autres types de batteries. Pour la même capacité, elles pèsent le tiers du poids d’un pack traditionnel. Toutefois les batteries LiPo nécessitent des régimes de charge différents et il y a un risque d’incendie en cas de nonrespect des consignes. Si une batterie Lithium Polymère subit un court-circuit ou une surcharge importante, les éléments internes peuvent être endommagés. Le lithium étant très réactif au contact de l’eau ou de l’humidité, si l’emballage de la batterie est défectueux, il peut se produire une émission de gaz toxique et un incendie. Si la batterie est manipulée avec soin et en respectant les consignes d’utilisation, il n’y a aucune probabilité d’explosion ou de feux et la durée de vie est de l’ordre de 2 ans. Les batteries Lithium Polymère ne doivent jamais être déchargées en dessous de 3 volts par élément sous peine de les endommager. Si cela se produit, la charge suivante ne sera que partielle et les éléments ne retrouveront pas leur capacité nominale ce qui entraînera une réduction des performances. D’autres batteries sont aussi disponibles : Lithium-phosphate (LiFePO4) dont la tension nominale est d’environ 3.3V et le rapport énergie/masse est moins favorable que sur les LiPo mais la durée de vie est supérieure.

Phase de démarrage

-On applique une tension entre deux pôles des bobines et le troisième en l’air. On attend que le rotor vienne au repos, dite la position d’équilibre.
-On commute la tension d’une des bornes vers l’autre qui était en l’air, changeant la polarité magnétique d’une dent et on attend la nouvelle position d’équilibre. On dit que le moteur a tourné d’un pas.
-Et ainsi de suite, en commutant convenablement pour que la suite de pas engendre une rotation dans le même sens. Les suites de pas sont caractérisées par les forces d’attraction et de répulsion qui apparaissent au cours de la commutation pour faire tourner le rotor .Dans ce mode de fonctionnement, le moteur ne peut pas tourner vite car il faut assurer un temps minimum entre chaque commutation pour que le rotor finisse son mouvement. Cette phase est surtout nécessaire pour démarrer le moteur afin de crée un courant par effet dynamo qui sera ensuite capturé par un circuit combinatoire sur chaque phase.

Gestion du microcontrôleur central

Le microcontrôleur qui est le centre de toutes décisions est le plus complexe dans le système embarqué du drone. Chaque décision consiste à imposer un tour de chaque moteur afin de mettre le drone dans un mouvement voulu. Il s’agit d’accélérer ou décélérer un moteur. Nous allons d’abord voir comment le drone va agir sur chacun de ces quatre moteurs pour se déplacer dans l’espace. La mission principale du microcontrôleur centrale est de synchroniser les commandes du pilote ainsi que les données des capteurs. Comme notre PIC est mono tâche, il faut donc exécuter toutes les opérations en alternance suivant un ordre de priorité comme illustré sur le tableau I. Les priorités se qualifient en quatre niveaux. Cette priorité est importante pour organiser le traitement de données du drone. Le programme utilisé, conçu en langage C doit suivre l’organigramme de la Fig 2.1 pour pouvoir réaliser les contraintes attendues. Après le démarrage des moteurs, les diverses phases de test imbriqué l’un dans l’autre s’exécute indéfiniment. Si le test est rejeté, la boucle passe au suivant, sinon elle actionne les moteurs concernés pour corriger le mouvement du drone ou pour répondre aux commandes reçues. C’est ainsi que le système fonctionne pour surveiller les opérations à exécuter par l’intermédiaire des lectures de données venant des capteurs. Nous considérons ici les notations A(Mi) et D(Mi) comme suivant :
A(Mi) : accélère le moteur Mi.
D(Mi) : décélère le moteur Mi.
i étant le numéro d’un moteur cible.
Notons aussi H(Mi) comme le maintient de la vitesse du moteur à sa dernière valeur. Le tableau II ci-dessous résume le régime que doivent prendre les 4 moteurs selon chaque type de mouvement. Le quadrirotor dispose de 4 mouvements pour se déplacer : le mouvement vertical, le mouvement de roulis, le mouvement de tangage et le mouvement de lacet. Selon le calcul effectué au sein du microcontrôleur central, l’accélération d’un moteur se fait par l’envoi de trois bit sur le contrôleur. Le codage est indiqué sur le tableau III. Une combinaison sert à démarrer les moteurs, une autre pour démarrer la phase d’autopilotage. Les six autres servent à varier la vitesse.

Modèle OFDM de l’émetteur et du récepteur

a. Emetteur : La séquence de bits est d’abord soumise à un codage de canal pour réduire la probabilité d’erreur au récepteur due aux effets de canal. Ensuite les bits sont tracés aux symboles de BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. La trame de symbole obtenue est convertie en format parallèle pour subir la transformation IFFT. Ce bloc de données fréquentielles deviendra alors notre donnée transporteur. Pour finir, on reconvertie les données parallèles au format série et l’intervalle de garde est ajoutée entre les symboles OFDM avec remplissage de l’extension cyclique du symbole. La séquence résultante est convertie en un signal analogique et transmis en radiofréquence. Le signal modulé résultant est ensuite transmis au récepteur à l’aide de l’antenne de transmission. Voici donc représenté sur la Fig 3.4 l’émetteur.
b. Récepteur : Au niveau récepteur, l’antenne reçoit le signal radiofréquence et passe par un CAN. Après numérisation et filtrage, la fréquence de chaque signal sera synchronisée par l’intermédiaire d’une transposition en fréquence. L’intervalle de garde est retirée de chaque symbole OFDM, et la séquence est convertie au format parallèle puis subit la transformation FFT (démodulation OFDM) pour revenir vers le domaine fréquentiel. Un bloc le reconvertie en une séquence de format série avant d’être démodulé en une suite d’éléments binaires. L’estimation est l’étape qui permet de compenser les symboles reçus affectés par le canal, ensuite on supprime les redondances introduites à l’émission pour obtenir les données reçues. Et voici donc sur la Fig 3.5 le récepteur associé.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : LES EQUIPEMENTS EMBARQUES DANS UN MINIDRONE QUADRIROTOR
I.1 – Equipements de navigation
I.1.1 – Centrale inertielle
I.1.2 – Localisation GPS
I.1.3 – Détecteur d’obstacles
I.1.4 – Altitude
I.2 – Système d’alimentation
I.3 – Système de propulsion
I.3.1 – Phase de démarrage
I.3.2 -Phase d’accélération
I.4 – Capteurs de surveillance
I.4.1 – Température
I.4.2 – Tension
I.4.3 – Vitesse moteur
I.5 – Equipements de mission
I.5.1 – LaCaméra
I.5.2 – Emetteur et récepteur embarqué
CHAPITRE II : ANALYSE ET TRAITEMENT DES DONNEES EXPLOITEES
II.1- Généralités
II.2- Gestion du microcontrôleur central
II.3 – Détection des obstacles
II.4 – Traitement des informations du capteur de température
CHAPITRE III : ETUDE DU SYSTEME DE COMMUNICATION EMBARQUE
III.1 – DESCRIPTION DES ELEMENTS D’UNE CHAINE DE TRANSMISSION NUMERIQUE
III.1.1 – Le module émetteur
III.1.2 – Le module récepteur
III.2 – LES MODULATIONS RETENUES
III.2.1 – Modulation OFDM
III.2.2 – Modèle OFDM de l’émetteur et du récepteur
III.3 – SIMULATION
III.3.1 – Représentation du modèle sous Matlab\Simulink
III.3.2 – Structure des blocs
III.3.3 – Bloc de configuration
III.3.4 – Résultat graphique
CONCLUSION
ANNEXE 1 : Le moteurbrushless
ANNEXE 2 : Le microcontrôleur
ANNEXE 3 : Les points clé d’une modulation numérique