Carte Capteurs

Un article de Projet Exploradur.

Jump to: navigation, search

Sommaire

Rappel de l'organisation électronique de Exploradur

Le synoptique globale de l'électronique de bord est le suivant :

Capteur_3.png


Pour optimiser le nombre de cartes tout en gardant une modularité suffisante pour le développement, il est proposé de répartir l'électronique en plusieurs cartes :


Une carte ALIM

Cette carte assure les fonctions suivantes :

  • Générer toutes les alimentations de bord pour les cartes et capteurs.
  • Gère la charge de la batterie
  • Interfacer les panneaux solaires
  • recevoir une alimentation extérieure
  • fournir vers la carte télémesure des informations sur l'état de la batterie et de la charge en cours.

Une carte Télémesure

Cette carte assure les fonctions suivantes :

  • Gère toutes les fonctions de l'ordinateur de bord.
  • Gère toutes les fonctions de télémesure et de télécommande
  • réalise la conversion analogique des capteurs
  • Commande les servos moteurs

Une carte Capteur

Cette carte assure les fonctions suivantes :

  • Supporte les capteurs de pression, température et UMI
  • Interface les servos moteurs
  • Interface les capteurs déportés (RUS, Chocs,...)
  • Commute les alimentations pour les capteurs

Le synoptique devient alors le suivant : Capteur_5.png

Rappel du besoin de la carte Capteur

Capteur_6.png

Description:

Cette carte est l'interface entre les capteurs physiques et la carte micro-processeur.

Elle comprend les étages d'entrées (AOP et entrée logique) mais aussi les régulateurs de proximité sur ces capteurs. Certains régulateurs (type LDO) seront commandés par des sorties logiques de la carte micro processeur. Ainsi les détecteurs de choc et le RUS pourront être éteints. De même pour tous les éléments de la bague supérieure et les servos moteurs.

Une interface de conversion est prévue pour transformer les valeurs analogiques issues de la carte micro-processeur, en signaux PWM compatible avec les servos moteurs. Cela permet de pallier au manque de signaux PWM de la carte micro-contrôleur sans prendre de ressources logiciels.


Cette carte est reliée à la carte micro processeur par un connecteur HE10 40 points (cf description ci dessous).


Numéro Type Description
1 Sortie Analogique Pression
2 0V
3 Sortie Analogique Température
4 0V
5 Sortie Analogique UMI-X
6 0V
7 Sortie Analogique UMI-Y
8 0V
9 Sortie Analogique UMI-Z
10 0V
11 Sortie Analogique RUS
12 0V
13 Sortie Analogique Détecteur de choc
14 0V
15 Sortie Analogique Tension batterie
16 Sortie Analogique Courant de charge
17 Sortie Analogique Courant consommé
18 0V
19 Entrée Analogique Commande porte droite
20 Entrée Analogique Commande porte Gauche
21 Entrée Analogique Commande Servo Antenne
22 Entrée Analogique Commande Servo Mat
23 Sortie Logique Détecteur largage 1
24 Sortie Logique Détecteur largage 2
25 Sortie Logique Détecteur largage 3
26 Sortie Logique Détecteur Parachute 1
27 Sortie Logique Détecteur Parachute 2
28 Sortie Logique Détecteur Porte Droite
29 Sortie Logique Détecter Porte Gauche
30 Sortie Logique BP AutoTest
31 Sortie Logique BP Mode
32 Alimentation 5V
33 Entrée Logique Led Mode
34 Entrée Logique Led Signe de vie
35 Entrée Logique Commande Servo largage parachute
36 Entrée Logique Commande Alim Servos
37 Entrée Logique Commande Alim Capteurs Déportés
38 Entrée Logique Commande Alim Bague Supérieure
39 RXD Caméra Réception
40 TXD Caméra Emission

Elle est reliée à la carte Alim via un connecteur identique à celui décrit dans la carte alim : HE 14 8 points


Numéro Type Description
1 Alim +6V
2 Alim +8V
3 Alim -8V
4 0V
5 Sortie Analogique Mesure tension batterie
6 Sortie Analogique Mesure courant consommé
7 Sortie Analogique Mesure courant de charge
8 0V

Cette carte est reliée aux 5 servos moteurs par des connecteurs servo moteurs standard.

Pour rappel, le branchement standard d'un connecteur servo est le suivant :


Numéro Type Description
1 Entrée PWM PWM
2 Alim Alim +5V
3 0V

Un seul connecteur est utilisé pour la connexion du RUS et du détecteur de choc. Il s'agit d'un HE14 4 broches

La description est la suivante :


Numéro Type Description
1 Alim +5V
2 Entrée Analogique Accélération choc
3 Entrée Analogique Radar US
4 0V

Un seul connecteur est utilisé pour la connexion de la bague supérieure. Il s'agit d'un HE10 14 points.


Numéro Type Description
1 Alim +5V
2 0V
3 Entrée Logique Détecteur largage 1
4 Entrée Logique Détecteur largage 2
5 Entrée Logique Détecteur largage 3
6 0V
7 Entrée Logique Détecteur Parachute 1
8 Entrée Logique Détecteur Parachute 2
9 0V
10 Entrée Logique BP Autotest
11 Entrée Logique BP Mode
12 0V
13 Sortie Logique Led “mode vol”
14 Sortie Logique Led “Signe de vie”

Dimensions accordées pour cette carte :

Capteur_9.png

Rappel des performances principales attendues

Synoptique détaillé de la carte Alimentation

La carte étant complexe, le synoptique détaillé sera présenté fonction par fonction sur la base du synoptique général.


Générateur PWM

Cette fonction transforme 4 sorties analogiques et une sortie logique en 5 sorties PWM.

Pour réaliser cette fonction, un générateur carré est utilisé pour former un signal de exponentiel montant lent et très rapide en descente.

Capteur_11.png

Capteurs

Le capteur de pression est un MPX5100 distribué chez SELECTRONIC. Il s'alimente directement en 5V et consomme 7mA. Il est déjà amplifié et ne nécessite donc pas d'amplification supplémentaire.

Son Alimentation sera prélevée directement sur le LDO “capteurs”


Le capteur de température est un LM35DZ. Il nécessite un AOP pour être amplifié avant transmission au convertisseur A/N. Le composant et son AOP sont alimentés par le LDO “capteur”


L'UMI ne nécessite pas d'amplification particulière. La sensibilité de 300mV/g avec une tension d'entrée maximale de l'ADC de 2.5 est compatible des niveaux attendus. Par contre, elle nécessite un LDO supplémentaire de 3.3V

Le détecteur de choc ne nécessite pas de traitement particulier. Il se comporte en effet comme l'UMI. On exploite la pleine échelle.

Alimentations commutées

Les groupes suivants définissent des alimentations commutées à partir des mêmes signaux de commandes :

Alimentations capteurs : +5V (30mA)/-5V(30mA)/+3V3/10mA. Ces alimentations sont prélevées sur le +/-8V.

Alimentations servos moteurs + générateur PWM : +5V/200mA. Ces alimentations sont prélevées sur le +6V.

Alimentations RUS+détecteur de choc : +5V/30mA. Ces alimentations sont prélevées sur le +/-8V.

Alimentations Caméra + digitalisation: +5V/200mA. Ces alimentations sont prélevées sur le +6V.

Alimentations bague supérieure : +5V/30mA. Ces alimentations sont prélevées sur le +/-8V.

Alimentation micro-processeur : +5V/200mA.Ces alimentations sont prélevées sur le +6V.

Traitement des entrées logiques

Les entrées logiques subissent un traitement par un 7414. Le signal est ensuite directement transmis au processeur.

Ce composant est alimenté par le 5V_CPU

Télémesure alimentation

La carte alimentation renvoie 3 informations sur son état :

Une mesure de courant consommé par la batterie. L'échelle de mesure est de 4V pour 200mV mesuré sur le Rcsb. Dans notre cas. La résistance Rcsb est de 0.48 ohm.Avec un courant maximum de charge de 100mA, cela fait donc une tension au borne de Rcsb de 0.048V. En supposant que le courant de charge puisse être doublé, cela fait donc une tension max de 0.096V. Soit sur la télémesure une tension de 2V.

Cette tension est donc tout à fait compatible de la gamme de mesure du CAN du processeur. Aucun traitement ne sera donc réalisé sur ce signal

Une mesure de courant fournit par le chargeur ou les panneaux solaires.

Cette fonction n'étant pas documentée, il faut donc prévoir un AOP réalisant une fonction de gain ainsi qu'un filtrage avec une bande passante de moins de 10Hz

Une mesure de tension de la batterie:

Cette tension est la mesure directe de la tension de la batterie. La dynamique sera donc nominalement entre 6V et 8V. Pour être compatible avec la dynamique maximale de 2.5V du CAN, on effectuera une atténuation de 0.25 sur ce signal. Un filtrage avec une bande passante de moins de 10Hz sera de plus ajouté.

Détecteur US

Le radar US fournit directement un signal proportionnel à la distance.

La carte comportera un comparateur qui déclenchera directement une sortie logique lorsque le seuil sera atteint.


Routage

Circuit 4 couches

Nomenclature

Schémas

Capteur_15.png

Capteur_16.png

Capteur_17.png

Capteur_18.png

Capteur_19.png

Capteur_20.png

Implantation

Face composant :

Capteur_21_a.png

Face soudure :

Capteur_21_b.png


Couche Composant :


Couche N°2:


Couche N°3:


Couche Soudure: