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Projet tutoré ISSATSO
1
Introduction générale
La robotique est un domaine multidisciplinaire : on y trouve des aspects concernant la
mécanique, l’informatique et l’électronique.
Le robot est une machine pouvant manipuler des objets el réalisant des mouvements variés
dictés par un programme aisément modifiable. Programmer un robot consiste, dans un
premier temps, à lui spécifier la séquence des mouvements qu'il devra réaliser. Certains robots
sont dotés de "sens" ; c'est-à-dire d'un ensemble plus ou moins important d'instruments de
mesure et d'appréciation caméra, thermomètre, télémètre, ...) permettant au programme du
robot de décider du mouvement le mieux adapté aux conditions extérieures.
Ils sont principalement utilisés dans l’industrie pour effectuer des manipulations répétitives,
sourtout lorsque le processus de fabrication est fréquemment soumis à des modifications. Par
exemple la soudure des composantes sur les circuits imprimés, dans l’industrie électronique.
L’avantage d’un robot sur l’homme est sa régularité : il peut exécuter le même mouvement
des milliers de fois d’affilée sans ressentir la moindre lassitude ou fatigue. De plus, les robots
peuvent être construits de manière à pouvoir résister à des conditions qui seraient
dangereuses, voire mortelles pour l’homme (gaz nocifs, fortes chaleurs, froid intense,
radiations, …)
On en trouve ci-dessous un résumé d'analyses de quelques domaines particuliers ou
applications de la robotique:
- Mini-robots de précision : ils sont conçus spécialement pour les applications de micro
montage et les installations très compactes difficiles à manipuler par l'homme. Ils sont
rapides, précis et très fiables destinés à répondre à toutes les contraintes posées par les
opérations de précision de positionnement et d'assemblage en micromécanique.
- Robots autonomes : ils sont des robots capables de se mouvoir seuls sans assistance
externes. Ceci implique qu'ils doivent se repérer sur l'aire de travail et être capable de
s'adapter aux conditions du terrain qui est souvent adapté. On les conçoit sous différentes
formes : véhicules, androïdes, tortues, tripodes, araignées, ou Aibo le chien.
- Robots anthropomorphes : ils sont des robots a forme humaine pour remplacer l'homme,
et très souvent autonomes. Ils sont équipés de capteurs perfectionnés; tels que caméras,
télémètres laser, organes de perception de force, etc. Ils disposent de techniques avancées de
reconnaissance vocale, reconnaissance de formes, traitement d'images et derniers
développements en informatique (Intelligence Artificielle).
- Bras manipulateurs : ils sont les équipements les plus utilisés au milieu industriel, ils sont
conçus pour saisir et manipuler des objets avec ou sans assistance humaine. Ils réalisent des
tâches répétitives et souvent pénibles pour l'homme. Ils sont rapides, précis, fidèles et
Projet tutoré ISSATSO
2
manipulent des objets au milieu inaccessible, ou des produits dangereux ou au milieu nocif
pour l'être humain.
- Robotique terrestre et aérienne : Les robots considérés ici se déplacent dans des
environnements peu ou pas structurés, souvent naturels, et se meuvent seuls ou en groupe
coopératif.
- Véhicules intelligents : Les véhicules considérés ici sont ceux dédiés au transport des
personnes ou des marchandises. On peut distinguer les véhicules routiers (autoroutes et
routes) et les véhicules urbains (avenues et rues).
- Radiolocalisation pour la robotique mobile : Les évolutions dans les toute prochaines
années en matière de technologie GPS de positionnement, notamment par la mise en place de
GALILEO, feront que le positionnement centimétrique en extérieur sera possible partout à un
faible coût. En intérieur et dans des milieux très enfouis, des solutions sont actuellement à
l’étude dont l’hybridation avec des systèmes de télécommunications (verrous : stratégie de
fusion multi capteurs pour la localisation ; utilisation pour la commande de robots d’intérieur
par couplage avec des radars ULB - Ultra Large Band).
- La Biorobotique : (appelée parfois robotique bio-inspirée) a pour but de transférer dans
des systèmes matériels (robots) ce qu’on a appris du comportement du monde animal, voire
végétal, et des traitements de l’information qui y sont associés.
- La Robotique hybride: vise à incorporer des parties animales dans des robots.
- La Neurobotique : s’intéresse au couplage entre le système nerveux d’un être vivant
(animal ou homme) et une machine, pour commander des systèmes robotiques (lien avec la
Robotique hybride).
Dans notre cas nous avons préféré choisir de faire un robot de contrôle .C'est à dire un robot
équipé de plusieurs capteurs (température, gaz, obstacles) que l'on peut l'envoyer à exploiter
des milieux à des conditions qui seraient dangereuses, voire mortelles pour l’homme (gaz
nocifs, fortes chaleurs, froid intense...)
Nous avons comme contrainte un délai de réalisation de 9 semaines et un challenge robotique
à préparer, nous devons également faire attention à notre budget.
Ce projet sera entièrement réalisé par nos soins de la partie électronique à la programmation
en allant jusqu'à la conception.
Notre travail sera présenté en 4 chapitres:
Chapitre 1 :Présentation du projet
Chapitre 2 : Répartition des tâches
Chapitre 3 : Réalisation du projet
Projet tutoré ISSATSO
3
CHAPITRE 1 : PRESENTATION
DUPROJET
Projet tutoré ISSATSO
4
Nous présentons dans ce chapitre une étude préliminaire du projet. Dans un premier temps
nous décrivons la problématique, par la suite les principes objectifs du projet
1. Contexte général du projet :
Depuis leur apparition sur les chaînes de production dans les années 1970, les robots
industriels ont pris une place de plus en plus importante dans la plupart des secteurs
industriels. Durant les trois dernières décennies, les progrès technologiques ont
participé à rendre les robots de plus en plus flexibles, rapides et précis. La robotique
est un ensemble de disciplines techniques et électromécaniques actionnées par des
logiciels qui lui accordent une intelligence artificielle pour servir un objectif commun.
Cet objectif est l’automatisation flexible de nombreux secteurs de l’activité humaine.
2. Objectifs et motivations :
Notre objectif est de concevoir un robot qui peut être employé pour explorer une zone
inaccessible à l’homme c'est à dire dangereuse.
Figure 1:Danger des produits toxique sur la santé de l'homme
Projet tutoré ISSATSO
5
Le robot doit être capable de fournir des informations à l’utilisateur sur les lieux visités à
travers quelques capteurs :
2.1. Détection du gaz :
Ce capteur de gaz est facile à utiliser il permet de détecter les fuites de gaz (domestique et
industriel). Il peut détecter les gaz GPL (gaz de pétrole liquéfié), gaz naturel, gaz de pollution
urbaine, etc. Il est caractérisé aussi par un temps de réponse court et rapidité de mesures.
2.2. Mesure de la température :
Les sondes de température (ou capteurs de température) sont des dispositifs permettant de
transformer l’effet du réchauffement ou du refroidissement sur leurs composants en signal
électrique.
2.3. Détection d’obstacles :
Figure 2: Capteur de gaz MQ5
Figure 3:Capteur de température
Figure 4: Capteur d'obstacles ULTRASON
Projet tutoré ISSATSO
6
Les capteurs à ultrasons fonctionnent en mesurant le temps de retour d'une onde
sonore inaudible émise par le capteur. La vitesse du son dans l'air étant à peu près stable, on
en déduit la distance de l'obstacle.
2.4. Commande du robot :
Pour commander le robot on a choisie de faire deux méthodes :
2.4.1 Commande avec manette :
Pour la manette ,on a réaliser sa carte à base de microcontrôleur ATMEGA328.
Quand il s'agit de concevoir des systèmes embarqués, interactifs ou bien quand des
objets doivent communiquer entre eux, plusieurs solutions sont possibles. Nous
explorerons ici le protocole Xbee qui permet de communiquer par ondes radio, c'est-à-
dire sans fil.
2.4.2.Commande avec Bluetooth:
Figure 5: Manette de commande
Figure 6:Module Bluetooth
Projet tutoré ISSATSO
7
Le module Bluetooth sert à faire une connexion sans fil avec le robot mais à courte distance.
Finalement on a introduire dans ce chapitre le projet dans son cadre général et on a cité ses
différentes objectifs ainsi que les principaux composants utilisés.
Projet tutoré ISSATSO
8
CHAPITRE 2: REPARTION DES
TACHES
Projet tutoré ISSATSO
9
Dans ce chapitre nous avons réparti notre travaille en 2 grandes parties, une partie matériels t
une partie logiciels.
Probablement c'est la partie où nous avons passé le plus de temps, c'est également celle où les
recherches ont été les plus longues ainsi que les tests préalables, et c'est aussi
malheureusement la partie qui nous a causé le plus de soucis et d'erreurs.
1. Partie matériels:(Hardware)
1.1. .Les microcontrôleurs :
1.1.1. Définition générale :
C’est un ordinateur monté dans un circuit intégré. Les avancées
technologiques en matière d’intégration, ont permis d’implanter sur
une puce de silicium de quelques millimètres carrés la totalité des
composants qui forment la structure de base d’un ordinateur.
Comme tout ordinateur, on peut décomposer la structure interne
d’un microprocesseur en trois parties :
 Les mémoires
 Le processeur
 Les périphériques
**Les mémoires sont chargées de stocker le programme qui sera exécuté ainsi que les
données nécessaires et les résultats obtenus.
**Le processeur est le cœur du système puisqu’il est chargé d’interpréter les instructions du
programme en cours d’exécution et de réaliser les opérations qu’elles contiennent .Au sein du
processeur, l’unité arithmétique et logique ALU interprète, traduit et exécute les instructions de
calcul.
**Les périphériques ont pour tâche de connecter le processeur avec le monde extérieur dans
les deux sens. Soit le processeur fournit des informations vers l’extérieur (périphérique de
sortie), soit il en reçoit (périphérique d’entrée).
1.1.2. Définition d'un Pic :
Un PIC est un microcontrôleur, c'est à dire une unité de traitement de l'information de type
microprocesseur à laquelle on a ajouté des circuits internes permettant de réaliser des montages
sans nécessiter l'ajout de composants externes.
Les PICs sont des microcontrôleurs à architecture RISC (Reduce Instructions Construction
Set), ou encore composant à jeu d’instructions réduit. L'avantage est que plus on réduit le
nombre d’instructions, plus leur décodage sera rapide ce qui augmente la vitesse de
fonctionnement du microcontrôleur.
Figure 7: exemple des microcontrôleurs
Projet tutoré ISSATSO
10
La famille des PICs est subdivisée en 3 grandes familles :
Base-line : c'est une famille qui utilise des mots d'instructions de 12 bits.
Mid-range : c'est une famille qui utilise des mots de 14 bits (dont font partie les
16F84 , et 16F877)
High-end : c'est une famille qui utilise des mots de 16 bits(18FXXX).
Pour identifier un PIC, on utilise simplement son numéro :
Les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC, 16 indique un PIC MidRange.
Vient ensuite parfois une lettre L, celle-ci indique que le PIC peut fonctionner avec une
plage de tension beaucoup plus tolérante.
 Vient ensuite une ou deux lettres pour indiquer le type de mémoire programme :
o C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement
une EEPROM(CR pour indiquer une mémoire de type ROM).
oF pour indiquer une mémoire de type FLASH.
 On trouve ensuite un nombre qui constitue la référence du PIC.
 On trouve après un tiret suivi de deux chiffres indiquant la fréquence d’horloge maximale
que le PIC peut recevoir.
1.1.3. Architecture du microcontrôleur 16F877A :
Figure 8:Architecture du pic 16f877a
Projet tutoré ISSATSO
11
Le microcontrôleur est un composant numérique qui peut accepter des données sous forme
analogiques et numériques. Pour l’utiliser on doit déterminer comment les broches (pins) du
microcontrôleur seront utilisées : entrées ou sorties
Par exemple sur le composant 16F877A ci-dessus (figure7) la broche 2 est repérée
RA0/AN0.Cela signifie que la broche 2 peut être utilisée comme une entrée ou sortie logique
(RA0 ="bit" de valeur 0 ou 1) ou comme une entrée analogique (AN0) dont la tension varie
de 0v à +VDD
Il faut donc configurer correctement le microcontrôleur avant d’utiliser le composant.
Identification des ports :
Le 16F877A contient 5 ports affectés des lettres A, B, C, D, E. Chaque broche d’un port est
repérée par un numéro pour le port A de RA0 à RA5, pour le port B de RB0 à RB7 etc.
On notera que pour ce microcontrôleur le port A possède 6 broches, le port B ,8 broches
comme les ports C et D et que le port E n’en possède que 3 broches.
Cela signifie que nous pouvons par exemple connecter 6 entrées (capteurs) ou sortie (Leds ou
moteurs) sur le port A, 8 sur le port B.
Certaine broche possède plusieurs fonctions par exemple la broche 25 notée RC6/TX/CK
*RC6 : entrée ou sortie bit 6 du port B
*TX : Transmission de l’interface série de programmation
*CX : horloge (Clock) de l’interface série
Les ports sont les liens physiques de votre programme avec l’environnement extérieur
(capteur, afficheur, moteur etc.)
Les ports sont connectés à la circuiterie interne du PIC par l’intermédiaire d’un bus système
de 8 bits.
Schéma bloc du PIC 16F877A:
Figure 9:schéma bloc du pic16f877a
Projet tutoré ISSATSO
12
1.1.4. Principales caractéristiques du PIC 16F877A :
Le PIC 16F877a est caractérisé par :
 Tension d'alimentation de 4 V à 5.5 V
 Vitesse de processeur : 20MHZ
 -Mémoire vive de 368 octets.
 -Mémoire EEPROM : 256 octets.
 -Mémoire FLASH : 8 Ko
 -Chien de garde WDT.
 -Pins d'entrées/sorties. : 33 pins
 -Courant maximum sur les pins : 25 mA.
 3 Timers( 2 de 8bis et 1 e 16 bits)
 2 sorties PWM (MLI)
 -Convertisseur Analogique Numérique de 10 bits
 Protocoles des communication : USART , SCI ,I2C
 Programmation en langage C ou assembleur
1.1.5. Microcontrôleurs ATMEGA:
Les microcontrôleurs de la famille ATMEGA en technologie CMOS sont des modèles à 8 bits
AVR basés sur l’architecture RISC. En exécutant des instructions dans un cycle d'horloge
simple, l'ATMEGA réalise des opérations s'approchant de 1 MIPS par MHZ permettant de
réaliser des systèmes à faible consommation électrique et simple au niveau électronique.
Figure 10: Exemples des microcontrôleurs ATMEGA
Projet tutoré ISSATSO
13
La série ATMEGA fournit les particularités suivantes :
 Une FLASH RAM de 4 à 256 Ko (Flash Programmable)
 Une EEPROM de 256 à 4 Ko (Electrique Ecriture Programmable ROM)
 Une SRAM de 512 à 8 Ko octets (StaticRandom Access Memory)
 De 23 à 53 lignes d'entrée-sortie universelles (Port A, B, C, D, E, F & G)
 32 registres de travails universels qui dialoguent directement avec l'unité centrale
(ALU), Une horloge en temps réel (RTC)
 Trois Timer/Compteurs flexibles avec comparaison des modes
 interruption internes et externes
 Un comparateur analogique (entrée sur PB2, PB3)
 Un convertisseur Analogique/Numérique ADC de 8 canaux à 10 bits
 Un Chien de Garde programmable avec oscillateur interne,
 Une ou deux interfaces série USART programmable & périodique (série asynchrone
et synchrone)
 Une interface série SPI à trois modes sélectionnables (série synchrone)
 Une interface I2C pour la gestion d’un bus à 2 fils
 Une interface LCD pour piloter directement un écran LCD (modèles spéciaux),
 Tension d’alimentation de 2,7 V à 5,5 V
1.1.6.ATMEGA 328:
Nous avons réalisé un circuit à base Atmega 328 pour la manette.
Ce microcontrôleur est utilisé dans le modèle de la carte ArduinoUNO. C'est une carte
électronique dont le cœur est un microcontrôleur ATMEL de référence ATMega328. Elle
possède les caractéristiques suivantes :
 Micro-contrôleur :ATmega328
 Tension d'alimentation nominale :5V
 Entrées/sorties digitales : 14 (dont 6 pouvant être utilisées comme sortie PWN)
 Entrées Analogiques :6
 DC Current per I/O Pin :40 mA
Figure 11:ATMEGA328
Projet tutoré ISSATSO
14
 DC Current for 3.3V Pin :50 mA
 Mémoire Flash : 32 KB (ATmega328) dont 0.5 KB utilisé par le bootloader
 SRAM :2 KB (ATmega328)
 EEPROM :1 KB (ATmega328)
 Fréquence d'horloge :16 MHz
1.2. Les capteurs :
1.2.1. Définition:
Les capteurs sont des composants de la chaîne d'acquisition dans une chaîne fonctionnelle.
Les capteurs prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la
transforment en une information exploitable par la partie commande. Une information est une
grandeur abstraite qui précise un événement particulier parmi un ensemble d'événements
possibles. Pour pouvoir être traitée, cette information sera portée par un support physique
(énergie) on parlera alors de signal. Les signaux sont généralement de nature électrique ou
pneumatique.
Dans les systèmes automatisés séquentiels la partie commande traite des variables logiques ou
numériques. L'information délivrée par un capteur pourra être logique (2 états), numérique
(valeur discrète), analogique (dans ce cas il faudra adjoindre à la partie commande un module
de conversion analogique numérique).
1.2.2. Types :
On peut caractériser les capteurs selon deux critères:
 En fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de
température, de vitesse, de force, de pression, etc.
 En fonction du caractère de l'information délivrée; on parle alors de capteurs
logiques appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR), de capteurs analogiques ou
numériques.
Figure 12:Architecture ATEMGA 328
Projet tutoré ISSATSO
15
On peut alors classer les capteurs en deux catégories, les capteurs à contact qui nécessitent
un contact direct avec l'objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut
être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques,
pneumatiques.
1.2.3. Caractéristiques:
Principales caractéristiques des capteurs :
 L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le
plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur.
 La sensibilité : c'est la plus petite variation d'une grandeur physique que peut
détecter un capteur.
 La rapidité : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la
grandeur physique qu'il mesure et l'instant où l'information prise en compte par
la partie commande.
 La précision : c'est la capabilité de répétabilité d'une information position, d'une
vitesse,...
Dans notre projet nous avons utilisé 3 capteurs :
1.2.4.Capteur ULTRASON :
Le capteur à ultrasons est très simple à utiliser, il permet d'identifier les obstacles autour de
robot et de connaitre la distance où ils se trouvent.
Les capteurs ultrasons fournis ont souvent la forme d’une paire d’yeux car il y a deux parties
essentielles :
 L’émetteur
 Le récepteur
L’émetteur émet un son à une fréquence définie (généralement autour de 40 kHz) et le
récepteur collecte le son répercuté par les obstacles. La distance aux objets est calculée par le
temps mis par le son pour revenir au récepteur.(Distance= vitesse * temps)
Figure 13:Capteur ultrason
Projet tutoré ISSATSO
16
Il faut tenir compte qu’à très courte
distance, les capteurs ultrasons sont aveugles. Ceci est dû à la temporisation entre l’émission
de l’onde sonore et de début de la détection de l’onde réfléchie qui est nécessaire pour ne pas
perturber cette mesure.
 Quelques limitations des capteurs ultrasons:
La forme des obstacles joue un rôle essentiel car elle peut amener le robot à ne pas se
représenter correctement son environnement.
Comme le montre la figure ci-dessous, il faut tenir compte des erreurs générées par la forme
des obstacles.
On trouve ce principe de fonctionnement dans la nature chez certains animaux pour se localiser,
par exemple la chauve-souris.
 Les caractéristiques principales du capteur:
- Alimentation : 5v.
Figure 14:Réception et émission des ondes du capteur
ultrason
Figure 15:Formes d'obstacles
Projet tutoré ISSATSO
17
- Consommation en utilisation : 15 mA
- Gamme de distance : 2 cm à 5 m. (imprécisau delà de 3m)
- Résolution : 0.3 cm.
- Angle de mesure : < 15°.
-Prix: 13dinars environ
Le capteur possède 4 broches:
-VCC à connecter au 5V délivré par la carte
-GND à mettre à la masse
-Echooutput est la broche de sortie qui permet de savoir s’il y a un obstacle ou non.
-Trigger input est la broche de sortie qui permet de déclencher l’envoie des ultrasons.
1.2.5. Capteur de température : LM35
Le LM35 est un capteur de température monté dans un boitier à 3 pattes en métal ou en
plastique, qui s'alimente entre +4 V et +20 V. Sa sortie délivre une tension de valeur
proportionnelle à la température, à raison de 10 mV par 1°C, avec pour base la valeur de 0 V
à 0 °C.Il maintient une précision de + / -0,4 °C à température ambiante et + / - 0,8 ° C sur une
plage de 0 °C à +100 °C.
Figure 16:Capteur de température LM35
Projet tutoré ISSATSO
18
Température (° C) * Vout = (100°C / V)
Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 ° C La tension de sortie varie
linéairement avec la température.
L'étalonnage de LM35 est :
 Brochage :
Figure 17: étalonnage de LM35
Figure 18:Brochage capteur température (test)
Projet tutoré ISSATSO
19
Pour tester le capteur on a branché 2 diodes dans les pins d3 et d4 . La diode verte s'allume
lorsque T<= 40°C , et la diode rouge s'allume lorsque T > 40°C.
1.2.6.Capteur de gaz : MQ5:
Le capteur de gaz MQ5 est facile à utiliser, il permet de détecter les fuites de gaz (domestique
et industriel). Il peut détecter les gaz GPL(gaz de pétrole liquéfié), gaz naturel, gaz de
pollution urbaine, etc. Aussi il est caractérisé par un temps de réponse court et rapidité de
mesures.
Principales caractéristiques :
 Alimentation: 5 Vcc
 Sortie analogique
 Pin Définition: 1- sortie
2- GND
3-VCC
 Temps de réponse rapide
 Haute sensibilité pour le LPG, le gaz naturel et le gaz de ville avec faible
sensibilité pour l'alcool et la fumée
 Longue durée de vie
 bonne stabilité
 Dimensions: 37 x 27 x 19 mm
Figure 19: Capteur de gaz MQ5
Projet tutoré ISSATSO
20
Brochage:
1.3.Module Xbee:
1.3.1.Définition:
Les produits MaxStreamXBee™ sont des modules de communication sans fil très populaires
fabriqués par l'entreprise Digi International , ils utilisent les protocoles 802.15.4 ( un
protocole de communication défini par l'IEEE destiné aux réseaux sans fil de la famille des
LR WPAN) et Zigbee, permettant de réaliser différents montages, d’une liaison série RS232
classique à un réseau maillé (mesh) auto-configuré.
Selon les modèles et les pays, ils utilisent la bande des 2,4 gégahertz (comme le Wifi ou le
Bluetooth) ou les 900 MHz. Selon leur puissance, ils émettent à une distance comprise entre
30 mètres et 1,5 kilomètres.
1.3.2 .Caractéristiques :
 fréquence porteuse : 2.4Ghz
 portées variées : assez faible pour les XBee 1 et 2 (10 - 100m), grande pour le XBee Pro
(1000m)
 faible débit : 250kbps
 faible consommation : 3.3V , 50mA
 entrées/sorties : 6 10-bit ADC input pins, 8 digital IO pins
Figure 20:Module Xbee
Projet tutoré ISSATSO
21
 sécurité : communication fiable avec une clé de chiffrement de 128-bits
 faible coût : ~ 25€
 simplicité d'utilisation : communication via le port série
 ensemble de commandes AT et API
 flexibilité du réseau : sa capacité à faire face à un nœud hors service ou à intégrer nouveaux
nœuds rapidement
 grand nombre de nœuds dans le réseau : 65000
 topologies de réseaux variées : maillé, point à point, point à multipoint
1.3.3. Applications :
Le Xbee semble avoir été conçu pour réaliser ce qu'on appelle l'Internet des objets, un
ensemble d'objets communiquant voir "autonomes", une extension d'Internet aux objets
physiques. Ladomotique est l'exemple le plus parlant.
Dans notre cas l'Xbee va nous permettre de commander notre robot à distance.
1.3.4.Brochage:
Figure 21:Exemple d'pplication des modules Xbee
Figure 22:Les pins du module Xbee
Projet tutoré ISSATSO
22
On branche le TX, RX du PIC avec le RX et TX du module Xbee.
1.4.Module Bluetooth :
14.1.Définition :
Le module Bluetooth HC-06 ajoute une fonction de communication par Bluetooth. Il peut
ainsi communiquer sans fil à moyenne distance avec n'importe quel autre dispositif Bluetooth
(ordinateur, téléphone mobile…)
1.4.2. Brochage :
Il possède 4 pins :
 VCC : alimentation en 5V
 GND : à relier au GND de PIC
 TXD : à relier au RX de PIC
 RXD : à relier au TX de PIC
1.5. Régulateur de tension :
Un régulateur de tension est un élément qui permet de stabiliser une tension à une valeur fixe,
et qui est nécessaire pour les montages électroniques qui ont besoin d'une tension qui ne
fluctue pas. Un régulateur de tension peut être composé d'un ensemble de composants
Figure 23:Module Bluetooth HC 06
Figure 24:Régulateur de tension
Projet tutoré ISSATSO
23
classiques (résistances, diodes zener et transistor par exemple), mais il peut aussi être de type
"intégré" et contenir tout ce qu'il faut dans un seul et même boitier, pour faciliter son usage.
1.5.1. Régulateur 7805 :
Ce régulateur peut offrir une régulation sur carte, éliminant ainsi les problèmes de distribution
associés à une régulation à point unique. Il utilise une limitation de courant interne, un arrêt
thermique et une aire de fonctionnement sécurisé, ce qui le rend pratiquement indestructible.
Avec un dissipateur thermique adapté, il peut fournir un courant de sortie supérieur à 1A.
Bien qu'il soit initialement conçu comme un régulateur de tension fixe, ce dispositif peut être
utilisé avec des composants externes pour obtenir des courants et des tensions ajustables.
 Protection contre les surcharges thermiques
 Protection contre les courts-circuits
 Transition de sortie protection SOA (aire de fonctionnement sécurisée)
 Tolérance de tension de sortie de 2 %
1.5.2. Caractéristiques :
 Tension, entrée min 10V
 Tension, entrée max 35V
 Tension de sortie Nom. 5V
 Courant, sortie 1A
 Type de boîtier Régulateur linéaire TO-220
 Nombre de broches 3Broche(s)
 Température d'utilisation min -40°C
 Température de fonctionnement max 125°C
1.5.3. Brochage :
Figure 25:brochage du régulateur
Projet tutoré ISSATSO
24
1.6. Quartz :
1.6.1. Définition :
Un quartz est un composant qui possède comme propriété utile d'osciller à une fréquence
stable lorsqu'il est stimulé électriquement. Les propriétés piézoélectriques remarquables
du minéral de quartz permettent d'obtenir des fréquences d'oscillation très précises, ce qui en
font un élément important en électronique numérique ainsi qu'en électronique analogique.
1.6.2. Quartz 4 Mhz :
Figure 26:Quartz 4Mhz
1.6.3. Caractéristiques :
 Gamme de produit Série HC-49/4HSMX
 Fréquence nominale 4MHz
 Stabilité de fréquence + / - 50ppm
 Tolérance de fréquence + / - 30ppm
 Boîtier de quartz CMS, 11.4mm x 4.9mm
 Capacité, charge 16pF
 Température d'utilisation min -10°C
 Température de fonctionnement max 60
1.6.4. Quartz 16 Mhz :
Figure 27:Quartz 16Mhz
Projet tutoré ISSATSO
25
1.6.5. Caractéristiques :
Fréquence 16 MHz
Tolérance ±30 %
Pas 4.88 mm
Stabilité de fréquences ±30 ppm
Gamme de
température
-10 - +70 °C
Type HC-49/US-SMD
Applications Cartes PCB Technique informatique
Hauteur 4.2 mm
Larg. 4.75 mm
Longueur 11.5 mm
1.7. Transistor :
Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de la famille
des transistors. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct
et l'autre en inverse
1.7.1. Transistor TIP122 :
Figure 28:transistor 122
Le transistor bipolaire NPN est un composant électronique essentiel. Il est apprécié pour ses
fonctions d’amplificateur, et de commutateur. À la différence du transistor bipolaire, le
transistor de puissance est plus efficace à gérer les hautes tensions. Convient pour tous types
d’usages électroniques.
Projet tutoré ISSATSO
26
Figure 29:Brochage du transistor 122
1.7.2. Transistor TIP127 :
Figure 30:Brochage du transistor 127
2.Partie logiciels :
2.1. Proteus :
Figure 31:Proteus
Projet tutoré ISSATSO
27
Proteus est un ensemble de logiciels pour conception assistée par ordinateur, la simulation et
la conception de circuits électroniques. Il se compose de deux parties principales:
 ISIS :
I NTELLIGENT Schematic Input Système est l'environnement pour la conception et
la simulation de circuits électroniques.
La bibliothèque de composants comprend les revendications à plus de 10.000 composants de
circuit avec 6000 modèles de simulation Propice. Composants propres peuvent être créés et
ajoutés à la bibliothèque.
ISIS comprend un moteur de base VSM avec le support pour les fonctionnalités suivantes:
 DC / voltmètre AC & ampèremètre, oscilloscopes, analyseurs logiques
 générateurs de signaux analogiques, Pattern Generator numérique
 Fonctions minuterie, analyseurs de protocole (par exemple RS232, I2C, SPI)
 ARES:
Advanced RoutingEdition System, est un logiciel pour la conception de PCB.
Il est drag-and-drop pour faire fonctionner le routage automatique, matériel accéléré et
a permis «forme à base" et le placement automatique. Dans certaines versions d'une
exportation de fichiers 3D DXF circuit est possible.
2.2. Pic C compiler :
Pic C compiler est un logiciel de programmation de PIC.
Le programme que l'on doit mettre dans le PIC se présente sous la forme d'un fichier binaire
comportant toutes les instructions à exécuter. Ce fichier binaire porte généralement l'extension
« .HEX » et doit être transmis dans le PIC à l'aide un appareil appelé programmateur grâce à
un logiciel appelé PICkit 2 v2.61.
Figure 32:Pic c compiler
Projet tutoré ISSATSO
28
2.3..SolidWorks :
SolidWorks est un logiciel propriétaire de conception assistée par ordinateur 3D fonctionnant
sous Windows. Il génère 3 types de fichiers relatifs à trois concepts de base : la pièce,
l'assemblage et la mise en plan.
Finalement, nous avons expliqués les grandes parties de notre projet qui sont la partie
matérielle qui s’intéresse au principal composant électronique utilisé, et la partie logiciels qui
s’intéresse à définir les logiciels de programmation et la conception des cartes électronique.
Figure33 :SolidWorks
Projet tutoré ISSATSO
29
CHAPITRE 3 : REALISATION DU
PROJET
Projet tutoré ISSATSO
30
Ce chapitre est consacré pour la conception des cartes ( partie électronique) et pour la
conception du châssis ( partie mécanique).
1.Partie électronique:
1.1.Conception de la carte PIC :
Notre professeur nous a fournis de la carte , mais on a souder toutes les composants.
Composants utilisés :
Un PIC 16F877A
-Régulateur 7805
-Rs232
-5 condensateurs (1µF) et 4 condensateurs ( 22k63)
-Quartz (4MHZ)
1.2.Conception du Pont H:
Le pont en H est une structure électronique servant à contrôler la polarité aux bornes d'un
récepteur. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés
schématiquement en une forme de H d'où le nom. Les commutateurs peuvent être des relais,
des transistors, ou autres éléments de commutation en fonction de l'application visée. Il
permet d’inverser le sens de rotation d’un moteur à courant continu
Figure 34:Carte à PIC
Projet tutoré ISSATSO
31
L’utilisation de pont en H intégré simplifie la commande des moteurs. Ces circuits intégrés
sont particulièrement utiles pour l’intégration au sein d’un robot car ils sont compacts mais
attention toutefois à la dissipation thermique.
Composants utilisés:
 2 transistors types 127
 2 transistors types 122
 4 résistances 270 ohm
 2 connecteurs
Schéma ISIS:
PCB:
Figure 35:Schéma ISIS du pont H
Figure 36: PCB du pont H
Projet tutoré ISSATSO
32
Visualisation en 3D:
1.3.Conception de la carte ATMEGA 328 :
Composants utilisés:
 Un microcontrôleur ATMEGA 328
 Régulateur 7805
 2 résistances( 10k et 220ohm)
 Quartz 16mhz
 4 condensateurs
Schéma ISIS:
Figure38:Schéma isis de la carte ATMEGA328
Figure37: Visualisation en 3D du pont H
Projet tutoré ISSATSO
33
PCB:
Visualisation en 3D:
Liaison de la carte avec les boutons de la manette :
Figure 40: Visualisation en 3D de la carte ATMEGA
Figure41: Liaison de la carte ATMEGA avec la manette
Figure 39: PCB de la carte ATMEGA328
Projet tutoré ISSATSO
34
2.Partie mécanique:
Conception du châssis:
Figure 42: Conception du châssis sous SolidWorks
Visualisation 3D :
Figure 43:Visualisation en 3D du châssis
Projet tutoré ISSATSO
35
Finalement après tout le travail fait , on a réalisé notre projet avec succès :
Figure 44: Notre Robot
Projet tutoré ISSATSO
36
Conclusion générale
Tout au long de la deuxième semestre de cette année , nous nous sommes
penchés sur l’étude de ce robot, que ce soit dans le cadre des heures d’étude et
réalisations ou en dehors.
Ce projet a été divisé en deux parties, à savoir une étude théorique des solutions
possibles puis la réalisation pratique.
Nous nous sommes heurtés à divers problèmes techniques, qu’ils viennent du
matériel ou de nos travaux, que nous avons réussi surmonter grâce à l’aide du
notre encadrant de projet.
Durant cette période, nous avons pu apprendre à travailler en équipe et dans un
but commun, à accepter le caractère de chacun et à travailler en fonction.

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Rapport: Robot supervisor

  • 1. Projet tutoré ISSATSO 1 Introduction générale La robotique est un domaine multidisciplinaire : on y trouve des aspects concernant la mécanique, l’informatique et l’électronique. Le robot est une machine pouvant manipuler des objets el réalisant des mouvements variés dictés par un programme aisément modifiable. Programmer un robot consiste, dans un premier temps, à lui spécifier la séquence des mouvements qu'il devra réaliser. Certains robots sont dotés de "sens" ; c'est-à-dire d'un ensemble plus ou moins important d'instruments de mesure et d'appréciation caméra, thermomètre, télémètre, ...) permettant au programme du robot de décider du mouvement le mieux adapté aux conditions extérieures. Ils sont principalement utilisés dans l’industrie pour effectuer des manipulations répétitives, sourtout lorsque le processus de fabrication est fréquemment soumis à des modifications. Par exemple la soudure des composantes sur les circuits imprimés, dans l’industrie électronique. L’avantage d’un robot sur l’homme est sa régularité : il peut exécuter le même mouvement des milliers de fois d’affilée sans ressentir la moindre lassitude ou fatigue. De plus, les robots peuvent être construits de manière à pouvoir résister à des conditions qui seraient dangereuses, voire mortelles pour l’homme (gaz nocifs, fortes chaleurs, froid intense, radiations, …) On en trouve ci-dessous un résumé d'analyses de quelques domaines particuliers ou applications de la robotique: - Mini-robots de précision : ils sont conçus spécialement pour les applications de micro montage et les installations très compactes difficiles à manipuler par l'homme. Ils sont rapides, précis et très fiables destinés à répondre à toutes les contraintes posées par les opérations de précision de positionnement et d'assemblage en micromécanique. - Robots autonomes : ils sont des robots capables de se mouvoir seuls sans assistance externes. Ceci implique qu'ils doivent se repérer sur l'aire de travail et être capable de s'adapter aux conditions du terrain qui est souvent adapté. On les conçoit sous différentes formes : véhicules, androïdes, tortues, tripodes, araignées, ou Aibo le chien. - Robots anthropomorphes : ils sont des robots a forme humaine pour remplacer l'homme, et très souvent autonomes. Ils sont équipés de capteurs perfectionnés; tels que caméras, télémètres laser, organes de perception de force, etc. Ils disposent de techniques avancées de reconnaissance vocale, reconnaissance de formes, traitement d'images et derniers développements en informatique (Intelligence Artificielle). - Bras manipulateurs : ils sont les équipements les plus utilisés au milieu industriel, ils sont conçus pour saisir et manipuler des objets avec ou sans assistance humaine. Ils réalisent des tâches répétitives et souvent pénibles pour l'homme. Ils sont rapides, précis, fidèles et
  • 2. Projet tutoré ISSATSO 2 manipulent des objets au milieu inaccessible, ou des produits dangereux ou au milieu nocif pour l'être humain. - Robotique terrestre et aérienne : Les robots considérés ici se déplacent dans des environnements peu ou pas structurés, souvent naturels, et se meuvent seuls ou en groupe coopératif. - Véhicules intelligents : Les véhicules considérés ici sont ceux dédiés au transport des personnes ou des marchandises. On peut distinguer les véhicules routiers (autoroutes et routes) et les véhicules urbains (avenues et rues). - Radiolocalisation pour la robotique mobile : Les évolutions dans les toute prochaines années en matière de technologie GPS de positionnement, notamment par la mise en place de GALILEO, feront que le positionnement centimétrique en extérieur sera possible partout à un faible coût. En intérieur et dans des milieux très enfouis, des solutions sont actuellement à l’étude dont l’hybridation avec des systèmes de télécommunications (verrous : stratégie de fusion multi capteurs pour la localisation ; utilisation pour la commande de robots d’intérieur par couplage avec des radars ULB - Ultra Large Band). - La Biorobotique : (appelée parfois robotique bio-inspirée) a pour but de transférer dans des systèmes matériels (robots) ce qu’on a appris du comportement du monde animal, voire végétal, et des traitements de l’information qui y sont associés. - La Robotique hybride: vise à incorporer des parties animales dans des robots. - La Neurobotique : s’intéresse au couplage entre le système nerveux d’un être vivant (animal ou homme) et une machine, pour commander des systèmes robotiques (lien avec la Robotique hybride). Dans notre cas nous avons préféré choisir de faire un robot de contrôle .C'est à dire un robot équipé de plusieurs capteurs (température, gaz, obstacles) que l'on peut l'envoyer à exploiter des milieux à des conditions qui seraient dangereuses, voire mortelles pour l’homme (gaz nocifs, fortes chaleurs, froid intense...) Nous avons comme contrainte un délai de réalisation de 9 semaines et un challenge robotique à préparer, nous devons également faire attention à notre budget. Ce projet sera entièrement réalisé par nos soins de la partie électronique à la programmation en allant jusqu'à la conception. Notre travail sera présenté en 4 chapitres: Chapitre 1 :Présentation du projet Chapitre 2 : Répartition des tâches Chapitre 3 : Réalisation du projet
  • 3. Projet tutoré ISSATSO 3 CHAPITRE 1 : PRESENTATION DUPROJET
  • 4. Projet tutoré ISSATSO 4 Nous présentons dans ce chapitre une étude préliminaire du projet. Dans un premier temps nous décrivons la problématique, par la suite les principes objectifs du projet 1. Contexte général du projet : Depuis leur apparition sur les chaînes de production dans les années 1970, les robots industriels ont pris une place de plus en plus importante dans la plupart des secteurs industriels. Durant les trois dernières décennies, les progrès technologiques ont participé à rendre les robots de plus en plus flexibles, rapides et précis. La robotique est un ensemble de disciplines techniques et électromécaniques actionnées par des logiciels qui lui accordent une intelligence artificielle pour servir un objectif commun. Cet objectif est l’automatisation flexible de nombreux secteurs de l’activité humaine. 2. Objectifs et motivations : Notre objectif est de concevoir un robot qui peut être employé pour explorer une zone inaccessible à l’homme c'est à dire dangereuse. Figure 1:Danger des produits toxique sur la santé de l'homme
  • 5. Projet tutoré ISSATSO 5 Le robot doit être capable de fournir des informations à l’utilisateur sur les lieux visités à travers quelques capteurs : 2.1. Détection du gaz : Ce capteur de gaz est facile à utiliser il permet de détecter les fuites de gaz (domestique et industriel). Il peut détecter les gaz GPL (gaz de pétrole liquéfié), gaz naturel, gaz de pollution urbaine, etc. Il est caractérisé aussi par un temps de réponse court et rapidité de mesures. 2.2. Mesure de la température : Les sondes de température (ou capteurs de température) sont des dispositifs permettant de transformer l’effet du réchauffement ou du refroidissement sur leurs composants en signal électrique. 2.3. Détection d’obstacles : Figure 2: Capteur de gaz MQ5 Figure 3:Capteur de température Figure 4: Capteur d'obstacles ULTRASON
  • 6. Projet tutoré ISSATSO 6 Les capteurs à ultrasons fonctionnent en mesurant le temps de retour d'une onde sonore inaudible émise par le capteur. La vitesse du son dans l'air étant à peu près stable, on en déduit la distance de l'obstacle. 2.4. Commande du robot : Pour commander le robot on a choisie de faire deux méthodes : 2.4.1 Commande avec manette : Pour la manette ,on a réaliser sa carte à base de microcontrôleur ATMEGA328. Quand il s'agit de concevoir des systèmes embarqués, interactifs ou bien quand des objets doivent communiquer entre eux, plusieurs solutions sont possibles. Nous explorerons ici le protocole Xbee qui permet de communiquer par ondes radio, c'est-à- dire sans fil. 2.4.2.Commande avec Bluetooth: Figure 5: Manette de commande Figure 6:Module Bluetooth
  • 7. Projet tutoré ISSATSO 7 Le module Bluetooth sert à faire une connexion sans fil avec le robot mais à courte distance. Finalement on a introduire dans ce chapitre le projet dans son cadre général et on a cité ses différentes objectifs ainsi que les principaux composants utilisés.
  • 8. Projet tutoré ISSATSO 8 CHAPITRE 2: REPARTION DES TACHES
  • 9. Projet tutoré ISSATSO 9 Dans ce chapitre nous avons réparti notre travaille en 2 grandes parties, une partie matériels t une partie logiciels. Probablement c'est la partie où nous avons passé le plus de temps, c'est également celle où les recherches ont été les plus longues ainsi que les tests préalables, et c'est aussi malheureusement la partie qui nous a causé le plus de soucis et d'erreurs. 1. Partie matériels:(Hardware) 1.1. .Les microcontrôleurs : 1.1.1. Définition générale : C’est un ordinateur monté dans un circuit intégré. Les avancées technologiques en matière d’intégration, ont permis d’implanter sur une puce de silicium de quelques millimètres carrés la totalité des composants qui forment la structure de base d’un ordinateur. Comme tout ordinateur, on peut décomposer la structure interne d’un microprocesseur en trois parties :  Les mémoires  Le processeur  Les périphériques **Les mémoires sont chargées de stocker le programme qui sera exécuté ainsi que les données nécessaires et les résultats obtenus. **Le processeur est le cœur du système puisqu’il est chargé d’interpréter les instructions du programme en cours d’exécution et de réaliser les opérations qu’elles contiennent .Au sein du processeur, l’unité arithmétique et logique ALU interprète, traduit et exécute les instructions de calcul. **Les périphériques ont pour tâche de connecter le processeur avec le monde extérieur dans les deux sens. Soit le processeur fournit des informations vers l’extérieur (périphérique de sortie), soit il en reçoit (périphérique d’entrée). 1.1.2. Définition d'un Pic : Un PIC est un microcontrôleur, c'est à dire une unité de traitement de l'information de type microprocesseur à laquelle on a ajouté des circuits internes permettant de réaliser des montages sans nécessiter l'ajout de composants externes. Les PICs sont des microcontrôleurs à architecture RISC (Reduce Instructions Construction Set), ou encore composant à jeu d’instructions réduit. L'avantage est que plus on réduit le nombre d’instructions, plus leur décodage sera rapide ce qui augmente la vitesse de fonctionnement du microcontrôleur. Figure 7: exemple des microcontrôleurs
  • 10. Projet tutoré ISSATSO 10 La famille des PICs est subdivisée en 3 grandes familles : Base-line : c'est une famille qui utilise des mots d'instructions de 12 bits. Mid-range : c'est une famille qui utilise des mots de 14 bits (dont font partie les 16F84 , et 16F877) High-end : c'est une famille qui utilise des mots de 16 bits(18FXXX). Pour identifier un PIC, on utilise simplement son numéro : Les 2 premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC, 16 indique un PIC MidRange. Vient ensuite parfois une lettre L, celle-ci indique que le PIC peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante.  Vient ensuite une ou deux lettres pour indiquer le type de mémoire programme : o C indique que la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM(CR pour indiquer une mémoire de type ROM). oF pour indiquer une mémoire de type FLASH.  On trouve ensuite un nombre qui constitue la référence du PIC.  On trouve après un tiret suivi de deux chiffres indiquant la fréquence d’horloge maximale que le PIC peut recevoir. 1.1.3. Architecture du microcontrôleur 16F877A : Figure 8:Architecture du pic 16f877a
  • 11. Projet tutoré ISSATSO 11 Le microcontrôleur est un composant numérique qui peut accepter des données sous forme analogiques et numériques. Pour l’utiliser on doit déterminer comment les broches (pins) du microcontrôleur seront utilisées : entrées ou sorties Par exemple sur le composant 16F877A ci-dessus (figure7) la broche 2 est repérée RA0/AN0.Cela signifie que la broche 2 peut être utilisée comme une entrée ou sortie logique (RA0 ="bit" de valeur 0 ou 1) ou comme une entrée analogique (AN0) dont la tension varie de 0v à +VDD Il faut donc configurer correctement le microcontrôleur avant d’utiliser le composant. Identification des ports : Le 16F877A contient 5 ports affectés des lettres A, B, C, D, E. Chaque broche d’un port est repérée par un numéro pour le port A de RA0 à RA5, pour le port B de RB0 à RB7 etc. On notera que pour ce microcontrôleur le port A possède 6 broches, le port B ,8 broches comme les ports C et D et que le port E n’en possède que 3 broches. Cela signifie que nous pouvons par exemple connecter 6 entrées (capteurs) ou sortie (Leds ou moteurs) sur le port A, 8 sur le port B. Certaine broche possède plusieurs fonctions par exemple la broche 25 notée RC6/TX/CK *RC6 : entrée ou sortie bit 6 du port B *TX : Transmission de l’interface série de programmation *CX : horloge (Clock) de l’interface série Les ports sont les liens physiques de votre programme avec l’environnement extérieur (capteur, afficheur, moteur etc.) Les ports sont connectés à la circuiterie interne du PIC par l’intermédiaire d’un bus système de 8 bits. Schéma bloc du PIC 16F877A: Figure 9:schéma bloc du pic16f877a
  • 12. Projet tutoré ISSATSO 12 1.1.4. Principales caractéristiques du PIC 16F877A : Le PIC 16F877a est caractérisé par :  Tension d'alimentation de 4 V à 5.5 V  Vitesse de processeur : 20MHZ  -Mémoire vive de 368 octets.  -Mémoire EEPROM : 256 octets.  -Mémoire FLASH : 8 Ko  -Chien de garde WDT.  -Pins d'entrées/sorties. : 33 pins  -Courant maximum sur les pins : 25 mA.  3 Timers( 2 de 8bis et 1 e 16 bits)  2 sorties PWM (MLI)  -Convertisseur Analogique Numérique de 10 bits  Protocoles des communication : USART , SCI ,I2C  Programmation en langage C ou assembleur 1.1.5. Microcontrôleurs ATMEGA: Les microcontrôleurs de la famille ATMEGA en technologie CMOS sont des modèles à 8 bits AVR basés sur l’architecture RISC. En exécutant des instructions dans un cycle d'horloge simple, l'ATMEGA réalise des opérations s'approchant de 1 MIPS par MHZ permettant de réaliser des systèmes à faible consommation électrique et simple au niveau électronique. Figure 10: Exemples des microcontrôleurs ATMEGA
  • 13. Projet tutoré ISSATSO 13 La série ATMEGA fournit les particularités suivantes :  Une FLASH RAM de 4 à 256 Ko (Flash Programmable)  Une EEPROM de 256 à 4 Ko (Electrique Ecriture Programmable ROM)  Une SRAM de 512 à 8 Ko octets (StaticRandom Access Memory)  De 23 à 53 lignes d'entrée-sortie universelles (Port A, B, C, D, E, F & G)  32 registres de travails universels qui dialoguent directement avec l'unité centrale (ALU), Une horloge en temps réel (RTC)  Trois Timer/Compteurs flexibles avec comparaison des modes  interruption internes et externes  Un comparateur analogique (entrée sur PB2, PB3)  Un convertisseur Analogique/Numérique ADC de 8 canaux à 10 bits  Un Chien de Garde programmable avec oscillateur interne,  Une ou deux interfaces série USART programmable & périodique (série asynchrone et synchrone)  Une interface série SPI à trois modes sélectionnables (série synchrone)  Une interface I2C pour la gestion d’un bus à 2 fils  Une interface LCD pour piloter directement un écran LCD (modèles spéciaux),  Tension d’alimentation de 2,7 V à 5,5 V 1.1.6.ATMEGA 328: Nous avons réalisé un circuit à base Atmega 328 pour la manette. Ce microcontrôleur est utilisé dans le modèle de la carte ArduinoUNO. C'est une carte électronique dont le cœur est un microcontrôleur ATMEL de référence ATMega328. Elle possède les caractéristiques suivantes :  Micro-contrôleur :ATmega328  Tension d'alimentation nominale :5V  Entrées/sorties digitales : 14 (dont 6 pouvant être utilisées comme sortie PWN)  Entrées Analogiques :6  DC Current per I/O Pin :40 mA Figure 11:ATMEGA328
  • 14. Projet tutoré ISSATSO 14  DC Current for 3.3V Pin :50 mA  Mémoire Flash : 32 KB (ATmega328) dont 0.5 KB utilisé par le bootloader  SRAM :2 KB (ATmega328)  EEPROM :1 KB (ATmega328)  Fréquence d'horloge :16 MHz 1.2. Les capteurs : 1.2.1. Définition: Les capteurs sont des composants de la chaîne d'acquisition dans une chaîne fonctionnelle. Les capteurs prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la transforment en une information exploitable par la partie commande. Une information est une grandeur abstraite qui précise un événement particulier parmi un ensemble d'événements possibles. Pour pouvoir être traitée, cette information sera portée par un support physique (énergie) on parlera alors de signal. Les signaux sont généralement de nature électrique ou pneumatique. Dans les systèmes automatisés séquentiels la partie commande traite des variables logiques ou numériques. L'information délivrée par un capteur pourra être logique (2 états), numérique (valeur discrète), analogique (dans ce cas il faudra adjoindre à la partie commande un module de conversion analogique numérique). 1.2.2. Types : On peut caractériser les capteurs selon deux critères:  En fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de température, de vitesse, de force, de pression, etc.  En fonction du caractère de l'information délivrée; on parle alors de capteurs logiques appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR), de capteurs analogiques ou numériques. Figure 12:Architecture ATEMGA 328
  • 15. Projet tutoré ISSATSO 15 On peut alors classer les capteurs en deux catégories, les capteurs à contact qui nécessitent un contact direct avec l'objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques, pneumatiques. 1.2.3. Caractéristiques: Principales caractéristiques des capteurs :  L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur.  La sensibilité : c'est la plus petite variation d'une grandeur physique que peut détecter un capteur.  La rapidité : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeur physique qu'il mesure et l'instant où l'information prise en compte par la partie commande.  La précision : c'est la capabilité de répétabilité d'une information position, d'une vitesse,... Dans notre projet nous avons utilisé 3 capteurs : 1.2.4.Capteur ULTRASON : Le capteur à ultrasons est très simple à utiliser, il permet d'identifier les obstacles autour de robot et de connaitre la distance où ils se trouvent. Les capteurs ultrasons fournis ont souvent la forme d’une paire d’yeux car il y a deux parties essentielles :  L’émetteur  Le récepteur L’émetteur émet un son à une fréquence définie (généralement autour de 40 kHz) et le récepteur collecte le son répercuté par les obstacles. La distance aux objets est calculée par le temps mis par le son pour revenir au récepteur.(Distance= vitesse * temps) Figure 13:Capteur ultrason
  • 16. Projet tutoré ISSATSO 16 Il faut tenir compte qu’à très courte distance, les capteurs ultrasons sont aveugles. Ceci est dû à la temporisation entre l’émission de l’onde sonore et de début de la détection de l’onde réfléchie qui est nécessaire pour ne pas perturber cette mesure.  Quelques limitations des capteurs ultrasons: La forme des obstacles joue un rôle essentiel car elle peut amener le robot à ne pas se représenter correctement son environnement. Comme le montre la figure ci-dessous, il faut tenir compte des erreurs générées par la forme des obstacles. On trouve ce principe de fonctionnement dans la nature chez certains animaux pour se localiser, par exemple la chauve-souris.  Les caractéristiques principales du capteur: - Alimentation : 5v. Figure 14:Réception et émission des ondes du capteur ultrason Figure 15:Formes d'obstacles
  • 17. Projet tutoré ISSATSO 17 - Consommation en utilisation : 15 mA - Gamme de distance : 2 cm à 5 m. (imprécisau delà de 3m) - Résolution : 0.3 cm. - Angle de mesure : < 15°. -Prix: 13dinars environ Le capteur possède 4 broches: -VCC à connecter au 5V délivré par la carte -GND à mettre à la masse -Echooutput est la broche de sortie qui permet de savoir s’il y a un obstacle ou non. -Trigger input est la broche de sortie qui permet de déclencher l’envoie des ultrasons. 1.2.5. Capteur de température : LM35 Le LM35 est un capteur de température monté dans un boitier à 3 pattes en métal ou en plastique, qui s'alimente entre +4 V et +20 V. Sa sortie délivre une tension de valeur proportionnelle à la température, à raison de 10 mV par 1°C, avec pour base la valeur de 0 V à 0 °C.Il maintient une précision de + / -0,4 °C à température ambiante et + / - 0,8 ° C sur une plage de 0 °C à +100 °C. Figure 16:Capteur de température LM35
  • 18. Projet tutoré ISSATSO 18 Température (° C) * Vout = (100°C / V) Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 ° C La tension de sortie varie linéairement avec la température. L'étalonnage de LM35 est :  Brochage : Figure 17: étalonnage de LM35 Figure 18:Brochage capteur température (test)
  • 19. Projet tutoré ISSATSO 19 Pour tester le capteur on a branché 2 diodes dans les pins d3 et d4 . La diode verte s'allume lorsque T<= 40°C , et la diode rouge s'allume lorsque T > 40°C. 1.2.6.Capteur de gaz : MQ5: Le capteur de gaz MQ5 est facile à utiliser, il permet de détecter les fuites de gaz (domestique et industriel). Il peut détecter les gaz GPL(gaz de pétrole liquéfié), gaz naturel, gaz de pollution urbaine, etc. Aussi il est caractérisé par un temps de réponse court et rapidité de mesures. Principales caractéristiques :  Alimentation: 5 Vcc  Sortie analogique  Pin Définition: 1- sortie 2- GND 3-VCC  Temps de réponse rapide  Haute sensibilité pour le LPG, le gaz naturel et le gaz de ville avec faible sensibilité pour l'alcool et la fumée  Longue durée de vie  bonne stabilité  Dimensions: 37 x 27 x 19 mm Figure 19: Capteur de gaz MQ5
  • 20. Projet tutoré ISSATSO 20 Brochage: 1.3.Module Xbee: 1.3.1.Définition: Les produits MaxStreamXBee™ sont des modules de communication sans fil très populaires fabriqués par l'entreprise Digi International , ils utilisent les protocoles 802.15.4 ( un protocole de communication défini par l'IEEE destiné aux réseaux sans fil de la famille des LR WPAN) et Zigbee, permettant de réaliser différents montages, d’une liaison série RS232 classique à un réseau maillé (mesh) auto-configuré. Selon les modèles et les pays, ils utilisent la bande des 2,4 gégahertz (comme le Wifi ou le Bluetooth) ou les 900 MHz. Selon leur puissance, ils émettent à une distance comprise entre 30 mètres et 1,5 kilomètres. 1.3.2 .Caractéristiques :  fréquence porteuse : 2.4Ghz  portées variées : assez faible pour les XBee 1 et 2 (10 - 100m), grande pour le XBee Pro (1000m)  faible débit : 250kbps  faible consommation : 3.3V , 50mA  entrées/sorties : 6 10-bit ADC input pins, 8 digital IO pins Figure 20:Module Xbee
  • 21. Projet tutoré ISSATSO 21  sécurité : communication fiable avec une clé de chiffrement de 128-bits  faible coût : ~ 25€  simplicité d'utilisation : communication via le port série  ensemble de commandes AT et API  flexibilité du réseau : sa capacité à faire face à un nœud hors service ou à intégrer nouveaux nœuds rapidement  grand nombre de nœuds dans le réseau : 65000  topologies de réseaux variées : maillé, point à point, point à multipoint 1.3.3. Applications : Le Xbee semble avoir été conçu pour réaliser ce qu'on appelle l'Internet des objets, un ensemble d'objets communiquant voir "autonomes", une extension d'Internet aux objets physiques. Ladomotique est l'exemple le plus parlant. Dans notre cas l'Xbee va nous permettre de commander notre robot à distance. 1.3.4.Brochage: Figure 21:Exemple d'pplication des modules Xbee Figure 22:Les pins du module Xbee
  • 22. Projet tutoré ISSATSO 22 On branche le TX, RX du PIC avec le RX et TX du module Xbee. 1.4.Module Bluetooth : 14.1.Définition : Le module Bluetooth HC-06 ajoute une fonction de communication par Bluetooth. Il peut ainsi communiquer sans fil à moyenne distance avec n'importe quel autre dispositif Bluetooth (ordinateur, téléphone mobile…) 1.4.2. Brochage : Il possède 4 pins :  VCC : alimentation en 5V  GND : à relier au GND de PIC  TXD : à relier au RX de PIC  RXD : à relier au TX de PIC 1.5. Régulateur de tension : Un régulateur de tension est un élément qui permet de stabiliser une tension à une valeur fixe, et qui est nécessaire pour les montages électroniques qui ont besoin d'une tension qui ne fluctue pas. Un régulateur de tension peut être composé d'un ensemble de composants Figure 23:Module Bluetooth HC 06 Figure 24:Régulateur de tension
  • 23. Projet tutoré ISSATSO 23 classiques (résistances, diodes zener et transistor par exemple), mais il peut aussi être de type "intégré" et contenir tout ce qu'il faut dans un seul et même boitier, pour faciliter son usage. 1.5.1. Régulateur 7805 : Ce régulateur peut offrir une régulation sur carte, éliminant ainsi les problèmes de distribution associés à une régulation à point unique. Il utilise une limitation de courant interne, un arrêt thermique et une aire de fonctionnement sécurisé, ce qui le rend pratiquement indestructible. Avec un dissipateur thermique adapté, il peut fournir un courant de sortie supérieur à 1A. Bien qu'il soit initialement conçu comme un régulateur de tension fixe, ce dispositif peut être utilisé avec des composants externes pour obtenir des courants et des tensions ajustables.  Protection contre les surcharges thermiques  Protection contre les courts-circuits  Transition de sortie protection SOA (aire de fonctionnement sécurisée)  Tolérance de tension de sortie de 2 % 1.5.2. Caractéristiques :  Tension, entrée min 10V  Tension, entrée max 35V  Tension de sortie Nom. 5V  Courant, sortie 1A  Type de boîtier Régulateur linéaire TO-220  Nombre de broches 3Broche(s)  Température d'utilisation min -40°C  Température de fonctionnement max 125°C 1.5.3. Brochage : Figure 25:brochage du régulateur
  • 24. Projet tutoré ISSATSO 24 1.6. Quartz : 1.6.1. Définition : Un quartz est un composant qui possède comme propriété utile d'osciller à une fréquence stable lorsqu'il est stimulé électriquement. Les propriétés piézoélectriques remarquables du minéral de quartz permettent d'obtenir des fréquences d'oscillation très précises, ce qui en font un élément important en électronique numérique ainsi qu'en électronique analogique. 1.6.2. Quartz 4 Mhz : Figure 26:Quartz 4Mhz 1.6.3. Caractéristiques :  Gamme de produit Série HC-49/4HSMX  Fréquence nominale 4MHz  Stabilité de fréquence + / - 50ppm  Tolérance de fréquence + / - 30ppm  Boîtier de quartz CMS, 11.4mm x 4.9mm  Capacité, charge 16pF  Température d'utilisation min -10°C  Température de fonctionnement max 60 1.6.4. Quartz 16 Mhz : Figure 27:Quartz 16Mhz
  • 25. Projet tutoré ISSATSO 25 1.6.5. Caractéristiques : Fréquence 16 MHz Tolérance ±30 % Pas 4.88 mm Stabilité de fréquences ±30 ppm Gamme de température -10 - +70 °C Type HC-49/US-SMD Applications Cartes PCB Technique informatique Hauteur 4.2 mm Larg. 4.75 mm Longueur 11.5 mm 1.7. Transistor : Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de la famille des transistors. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse 1.7.1. Transistor TIP122 : Figure 28:transistor 122 Le transistor bipolaire NPN est un composant électronique essentiel. Il est apprécié pour ses fonctions d’amplificateur, et de commutateur. À la différence du transistor bipolaire, le transistor de puissance est plus efficace à gérer les hautes tensions. Convient pour tous types d’usages électroniques.
  • 26. Projet tutoré ISSATSO 26 Figure 29:Brochage du transistor 122 1.7.2. Transistor TIP127 : Figure 30:Brochage du transistor 127 2.Partie logiciels : 2.1. Proteus : Figure 31:Proteus
  • 27. Projet tutoré ISSATSO 27 Proteus est un ensemble de logiciels pour conception assistée par ordinateur, la simulation et la conception de circuits électroniques. Il se compose de deux parties principales:  ISIS : I NTELLIGENT Schematic Input Système est l'environnement pour la conception et la simulation de circuits électroniques. La bibliothèque de composants comprend les revendications à plus de 10.000 composants de circuit avec 6000 modèles de simulation Propice. Composants propres peuvent être créés et ajoutés à la bibliothèque. ISIS comprend un moteur de base VSM avec le support pour les fonctionnalités suivantes:  DC / voltmètre AC & ampèremètre, oscilloscopes, analyseurs logiques  générateurs de signaux analogiques, Pattern Generator numérique  Fonctions minuterie, analyseurs de protocole (par exemple RS232, I2C, SPI)  ARES: Advanced RoutingEdition System, est un logiciel pour la conception de PCB. Il est drag-and-drop pour faire fonctionner le routage automatique, matériel accéléré et a permis «forme à base" et le placement automatique. Dans certaines versions d'une exportation de fichiers 3D DXF circuit est possible. 2.2. Pic C compiler : Pic C compiler est un logiciel de programmation de PIC. Le programme que l'on doit mettre dans le PIC se présente sous la forme d'un fichier binaire comportant toutes les instructions à exécuter. Ce fichier binaire porte généralement l'extension « .HEX » et doit être transmis dans le PIC à l'aide un appareil appelé programmateur grâce à un logiciel appelé PICkit 2 v2.61. Figure 32:Pic c compiler
  • 28. Projet tutoré ISSATSO 28 2.3..SolidWorks : SolidWorks est un logiciel propriétaire de conception assistée par ordinateur 3D fonctionnant sous Windows. Il génère 3 types de fichiers relatifs à trois concepts de base : la pièce, l'assemblage et la mise en plan. Finalement, nous avons expliqués les grandes parties de notre projet qui sont la partie matérielle qui s’intéresse au principal composant électronique utilisé, et la partie logiciels qui s’intéresse à définir les logiciels de programmation et la conception des cartes électronique. Figure33 :SolidWorks
  • 29. Projet tutoré ISSATSO 29 CHAPITRE 3 : REALISATION DU PROJET
  • 30. Projet tutoré ISSATSO 30 Ce chapitre est consacré pour la conception des cartes ( partie électronique) et pour la conception du châssis ( partie mécanique). 1.Partie électronique: 1.1.Conception de la carte PIC : Notre professeur nous a fournis de la carte , mais on a souder toutes les composants. Composants utilisés : Un PIC 16F877A -Régulateur 7805 -Rs232 -5 condensateurs (1µF) et 4 condensateurs ( 22k63) -Quartz (4MHZ) 1.2.Conception du Pont H: Le pont en H est une structure électronique servant à contrôler la polarité aux bornes d'un récepteur. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés schématiquement en une forme de H d'où le nom. Les commutateurs peuvent être des relais, des transistors, ou autres éléments de commutation en fonction de l'application visée. Il permet d’inverser le sens de rotation d’un moteur à courant continu Figure 34:Carte à PIC
  • 31. Projet tutoré ISSATSO 31 L’utilisation de pont en H intégré simplifie la commande des moteurs. Ces circuits intégrés sont particulièrement utiles pour l’intégration au sein d’un robot car ils sont compacts mais attention toutefois à la dissipation thermique. Composants utilisés:  2 transistors types 127  2 transistors types 122  4 résistances 270 ohm  2 connecteurs Schéma ISIS: PCB: Figure 35:Schéma ISIS du pont H Figure 36: PCB du pont H
  • 32. Projet tutoré ISSATSO 32 Visualisation en 3D: 1.3.Conception de la carte ATMEGA 328 : Composants utilisés:  Un microcontrôleur ATMEGA 328  Régulateur 7805  2 résistances( 10k et 220ohm)  Quartz 16mhz  4 condensateurs Schéma ISIS: Figure38:Schéma isis de la carte ATMEGA328 Figure37: Visualisation en 3D du pont H
  • 33. Projet tutoré ISSATSO 33 PCB: Visualisation en 3D: Liaison de la carte avec les boutons de la manette : Figure 40: Visualisation en 3D de la carte ATMEGA Figure41: Liaison de la carte ATMEGA avec la manette Figure 39: PCB de la carte ATMEGA328
  • 34. Projet tutoré ISSATSO 34 2.Partie mécanique: Conception du châssis: Figure 42: Conception du châssis sous SolidWorks Visualisation 3D : Figure 43:Visualisation en 3D du châssis
  • 35. Projet tutoré ISSATSO 35 Finalement après tout le travail fait , on a réalisé notre projet avec succès : Figure 44: Notre Robot
  • 36. Projet tutoré ISSATSO 36 Conclusion générale Tout au long de la deuxième semestre de cette année , nous nous sommes penchés sur l’étude de ce robot, que ce soit dans le cadre des heures d’étude et réalisations ou en dehors. Ce projet a été divisé en deux parties, à savoir une étude théorique des solutions possibles puis la réalisation pratique. Nous nous sommes heurtés à divers problèmes techniques, qu’ils viennent du matériel ou de nos travaux, que nous avons réussi surmonter grâce à l’aide du notre encadrant de projet. Durant cette période, nous avons pu apprendre à travailler en équipe et dans un but commun, à accepter le caractère de chacun et à travailler en fonction.