Soutenance mémoire
Configuration du driver SMD 9103
Deux paramètres peuvent être réglés sur le driver à l’aide de deux commutateurs. Le premier permet de choisir le courant par phase du moteur. Le moteur utilisé consomme 0.34A/phase. Il est possible de fonctionner avec un courant réduit si la charge à déplacer n’est pas importante, comme c’est le cas pour notre projet où la charge fait moins de 150 grammes. Le commutateur du courant « IRMS » est donc placé sur « 0 » qui correspond à 0.2A/phase, comme stipulé dans la tabelle du driver SMD 9103. Le deuxième permet de choisir le nombre de division par pas. Donc combien de pulses il faut envoyer au driver pour que le moteur effectue un pas. En effet, en jouant sur les niveaux de tensions appliquées aux bobines du moteur, il peut se positionner à différents endroits entre deux pas. Une division de 10 entre deux pas offre un ratio entre précision et rapidité convenable. La position du commutateur des divisions « Step » à été placée sur « D » qui correspond à 10 divisions, comme stipulé dans la tabelle du driver SMD 9103. Le commutateur « Step » sur « D » Le commutateur « IRMS » sur « 0 » La limite théorique, selon le datasheet du fabricant, de fréquence de commutation pour les pulsations est de 200kHZ, mais à cette fréquence le moteur saute régulièrement des pas avec une charge. La fréquence choisie après plusieurs tests en conditions réelles, dans un laboratoire, est de 2kHz.
Pasmécanique : Longueur du pas de la tige filetée [m]
Npulse : Nombre de pulses par tour du moteur [-]
Ndivision : Nombre de divisions pour avancer d’un pas (driver) [-]
Principe d’utilisation du driver et du capteur uPMT
Principe d’utilisation du driver SMD 9103 L’alimentation du driver doit être comprise entre 18Vdc et 30Vdc. Avec un point de fonctionnement optimal à 24Vdc. Il est donc alimenté avec une tension de 24Vdc, directement fournie depuis les batteries embarquées. La commande du driver SMD 9103 s’effectue à l’aide de 3 entrées. La première sert à enclencher la commande du moteur, la deuxième à gérer le sens de rotation du moteur et la dernière à avancer d’un pas à chaque fois qu’une impulsion lui est envoyée. Si une division du nombre de pas a été paramétrée avec le commutateur du driver, une impulsion sur l’entrée fait avancer le moteur d’une division de ce pas. La fréquence des pulsations a été fixée à 2kHz, après différents essais, afin d’éviter de « sauter » un pas lors d’un déplacement et par conséquent de perdre la position. Le driver commande le moteur PAP avec 4 sorties. Elles correspondent aux branchements des deux bobines de celui-ci. Il s’agit d’un moteur bipolaire, les bobines n’ont pas de point milieu et sont donc alimentées avec deux fils. Si le moteur relié au driver est prêt et peut tourner, une sortie permet de renvoyer cette information. Un contact se ferme entre la borne 4, qui est alimentée en 3.3V, et la borne 3, qui est reliée au RPI.
Principe d’utilisation du capteur de photons uPMT Le capteur uPMT de HAMAMATSU compte le nombre de photons qui traverse sa tête de mesure. Elle fait 1x3mm. Pour pouvoir effectuer les mesures, le capteur à besoin d’une tension de 1’000V délivrée par un module qui est fourni avec le capteur.Ce capteur peut percevoir des longueurs d’onde allant de 280nm à 600nm. Le capteur est livré avec sont kit de démo (evaluation kit uPMT EK1). Il s’agit d’un système électronique monté sur un PCB avec un microprocesseur pour le contrôle et une FPGA pour les calculs. Ce kit permet d’enclencher, d’éteindre et de paramétrer le temps d’intégration le capteur uPMT, c’est-à-dire la période pendant laquelle le comptage du nombre de photons va être effectuée. Le contrôle du capteur s’effectue avec un programme (software), fourni par le fabricant HAMAMATSU, qui s’exécute sous Windows 32-bits et qui communique avec le kit de démonstration avec un câble USB. Comme le RPI fonctionne sous Linux, respectivement Raspbian, le programme développé par HAMAMATSU ne peut pas être utilisé. Pour palier à ce problème, les trames échangées entre le programme et le capteur sont « snoopées ». C’est-à-dire qu’elles sont visualisées par un software. En l’occurrence,« SnoopyPro » qui est un « sniffer USB ». Ce programme collecte les paquets échangés depuis l’ordinateur jusqu’au capteur et vice-versa. Une trame envoyée depuis l’ordinateur peut valoir de 1 à 8 bytes. Les 4 premiers définissent la fonction choisie et les 4 derniers la valeur, si celle-ci en nécessite une. Cette valeur commence par le LSB et finie par le MSB. Chaque fois qu’une commande est envoyée au capteur, celui-ci renvoie un paquet de 64 bytes en réponse. Les commandes pour l’activation et la désactivation du capteur sont ordrées comme suit (avec les paquets envoyés) :
Activation :
– setDefinedHV : Active la haute tension (1’000V) [V] o (0x 44 56)
– setDefinedLLD : Active la basse tension (376mV) [mV]
o (0x 44 4C)
– setIntegrationTime : Défini le temps d’intégration (10s dans ce projet)
o (0x 49 00 00 00 A0 86 01 00)
– setRepeat : Permet au capteur de compter en continu
o (0x 52)
– StartCount : Démarre le comptage
o (0x 43)
Désactivation :
– StopCount : Arrête le comptage
o (0x 0D)
– setHV (avec une valeur de 0V) : Désactive la haute tension (0V) [V]
o (0x 56 00 00 00 00 00 00 00)
Après l’activation, le capteur envoie la valeur du nombre de photons mesurés pendant dix secondes. On reçoit un paquet de 64 bytes en retour en hexadécimal avec le LSB en premier et le MSB en dernier. Les 4 premiers bytes donnent la fonction et les 60 suivants indiquent la valeur en hexadécimale. Pour transformer cette valeur en un nombre réel, il faut utiliser la formule suivante :
Valueint = Valuehex × 256Position
, avec Valuehex : Valeur du nombre en hexadécimal
Position : Position de ce nombre dans la trame (de 0 à 59)
Il faut ensuite effectuer la somme de toutes les valeurs pour obtenir le nombre exact de photons qui ont parcourus le capteur pendant les dix secondes qu’a durée la mesure. Des paramètres importants, pour l’initialisation du périphérique USB, sont les identifications du vendeur et du produit, qui sont propre à chaque matériel. Il est aussi nécessaire de connaître le « endpoint » pour les transferts et les réceptions des données. Grâce au « snooping » de l’échange entre l’ordinateur et le capteur ces valeurs ont pu être trouvées. Voici les valeurs pour le capteur de photons uPMT avec son evaluation kit (uPMT EK1) :
– VID : 0x0661
– PID : 0x3706
– Endpoint : 0x01
Conception mécanique
L’ensemble des composants utilisés sont fixés sur un châssis. Comme le projet doit prendre le moins de place possible, les dimensions de celui-ci sont 220x240mm avec une épaisseur de 10mm.Pour assurer l’étanchéité lumineuse du système, un couvercle d’une hauteur d’environ 150 mm peut être emboité et visé au châssis. Une ouverture permet d’insérer le biochip sur un support qui est fixé sur le châssis. Ce support peut être réglé en hauteur. Il peut également être déplacé dans le sens perpendiculaire au mouvement du capteur de photons.Les trois pieds du moteur PAP, avec son chariot, étant situés à différentes hauteur, reposent sur des plots qui sont vissés sur le châssis. Sur le chariot qu’entraine la tige filetée, solidaire de l’arbre du moteur, est placé le capteur de photons uPMT. Il repose sur un support conçu avec des plaques d’aluminium et des pièces imprimées en 3D. Les fins de courses à galet sont également fixés sur des supports qui sont placé sur le châssis. Deux trous oblongs fraisés dans les supports permettent de régler la hauteur de ces fins de courses. Grâce à eux, on peut ainsi réduire la course maximale entre les positions maximales IN et OUT. Le support du détecteur de proximité inductif est imprimé en 3D. A sa base, un trou oblong est fait pour permettre l’ajustage longitudinal du détecteur. Le relais que fait tirer le détecteur est placé sur un rail DIN. Le driver SMD 9103 et le RPI sont directement montés sur le châssis. Pour le RPI, un boitier a été imprimé en 3D. Les borniers ainsi que le convertisseur DC/DC sont « clipsés » dans des supports qui sont fixés à l’aide de vis au châssis.
Insertion de la librairie
Afin d’utiliser les GPIO du RPI, il faut ajouter la librairie . Le nom de la commande peut se trouver sur Internet. Il faut tout d’abord installer GIT avec la commande « sudo apt-get install git-core ». Ensuite, il suffit d’envoyer la commande « git clone git://git.drogon.net/wiringPi » dans la console du RPI. Puis il reste à compiler la librairie avec les commandes « cd wiringPi », « git pull origin » et « ./build ». Elle sera ainsi téléchargée depuis la base de données du système d’exploitation du RPI. Pour l’utiliser dans la programmation, il n’y a plus qu’à inclure la librairie dans les classes où elle est utilisée.
Sauvegarde du fichier « .csv » sur la clé USB
Pour pouvoir enregistrer le fichier de mesure sur une clé USB externe au RPI, il faut configurer un chemin d’accès où le sauver.Il faut tout d’abord connaitre le format de la clé USB, ainsi que son chemin d’accès de base.Pour ce faire, il suffit d’envoyer la commande « sudo blkid » dans la console du RPI. Les informations des périphériques connectés vont s’afficher.Dans ce projet une clé USB de format VFAT (Virtual FAT) est utilisée et son chemin d’accès est « dev/sda1 ». Si une seule clé USB est branchée au RPI, son emplacement sera d’office « dev/sda1 ». Une fois le format de la clé et son emplacement trouvés, il faut paramétrer, dans le fichier « fstab » du RPI, la configuration de celle-ci et l’endroit où elle pourra être lue et les fichiers sauvegardés. Il faut entrer la commande « sudo nano /etc/fstab » pour ouvrir en écriture le fichier « fstab » contenu dans le dossier « etc » du RPI. Ensuite, il suffit de rentrer les informations de la clé USB trouvées précédemment. Dans ce cas le dossier où seront enregistrées les mesures se situera dans « mnt/usb ».Ensuite, il faut entrer la commande « sudo mount –a » pour compiler le point de montage de la clé USB et redémarrer le RPI. Pour contrôler le bon fonctionnement, on peut accéder au nouveau dossier créé et vérifier si la clé USB est détectée. Il suffit d’employer la commande « cd /mnt/usb » dans la console et d’effectuer une lecture des fichiers présents avec la commande « ls ». Pour ce projet, les conditions pour sauvegarder un fichier de mesure sont que la clé USB soit connectée à un port du RPI avant l’enclenchement de celui-ci et également que le format de la clé soit de type VFAT.
|
Table des matières
1. Terminologie
2. Introduction
2.1 Généralités
2.2 Description de l’expérience
2.3 Schémas de principe
2.4 Système de mesure
3. Méthode & Matériel
3.1 Méthode
3.2 Matériel
3.3 Installation
3.4 Configuration du matériel
3.5 Principe d’utilisation du driver et du capteur uPMT
3.6 Conception mécanique
3.7 Conception électriques
3.8 Programmation
3.9 Mise en route
4. Résultats
4.1 Mesure de la consommation électrique moyenne
4.2 Mesure de la répétabilité de positionnement
4.3 Mesure dans l’obscurité (sans biochip)
5. Discussions
5.1 Mesure de la consommation électrique moyenne
5.2 Mesure de la répétabilité de positionnement
5.3 Mesure dans l’obscurité (sans biochip)
6. Conclusion & Améliorations
6.1 Conclusion
6.2 Améliorations & Travaux futurs
7. Références
7.1 Publications
7.2 Images
8. Annexes
9. Remerciements
Télécharger le rapport complet
