Résolution de la problèmatique¶

Les problèmes posés¶

Des calculs préliminaires sur certains points du projet montre que la partie acquisition rapide et simultanée de 15 grandeurs physiques est source de difficulté.

Un premier aspect concerne l'acquisition "rapide" : le cahier des charges impose 500 000 échantillons par seconde minimum d’une grandeur physique. Cela implique de transformer une quantité continue en une quantité discrète sur une durée inférieure à 2 µs.

Un deuxième aspect porte sur la simultanéité de la conversion du continu en discret. Il est crucial que chaque acquisition d’une grandeur physique soit faite au même moment. En effet, sans la concordance du temps de chaque grandeur physique, il est difficile de faire les liens entre les variations de chaque grandeur. Pour illustrer ci-dessous, si on a un signal A (en rouge) et un signal B (en bleu). Quand le signal A augmente, B également, et quand A diminue, B diminue aussi. Le premier graphique montre quand il y a concordance du temps, on peut conclure que A et B ont un lien mathématiques. Dans le second graphique, s'il n'y a pas de respect du temps, on ne peut déduire s'il y a un lien entre les signaux A et B.

Un dernier aspect vient après la conversion de 15 grandeurs physiques : il faut mémoriser la valeur obtenue après conversion de chaque grandeur. Cet aspect touche donc une gestion de flux de donné. On rappelle que l'acquisition d'un échantillon se fait tous les 2 µs, cela comporte la conversion de 15 grandeurs physiques et la mémorisation des valeurs obtenues. Le composant de mémoire doit donc stocker la donnée très rapidement.

Solutions envisagées¶

2 solutions sont envisagées pour résoudre le problème exposé précédemment.

Solution 1¶

Un microcontrôleur sera utilisé comme Convertisseur Analogique Numérique (CAN), pour la partie conversion d'un signal continu en un signal discret. Il y a donc 15 CAN, et ces CAN sont reliés par un même fil. Sur ce fil présente un signal top départ, pour lancer la conversion d'un échantillon, et donc assurer la simultanéité. Le fil de top départ est en fait relié à un microcontrôleur dit "maître", et il sera responsable du cadencement de l'échantillonnage.
Une fois qu'un CAN a fini de convertir, il doit envoyer le résultat à un composant de mémoire. À la fin d'une acquisition, le microcontrôleur consulte chaque composant de mémoire pour former un fichier texte et stocke ce fichier dans un autre composant de mémoire plus volumineux.

Cette solution est onéreuse car elle nécessite 15 mémoire tampons, mais ces mémoires facilitent de respecter la contrainte de temps sur l'échantillonnage, voire même une amélioration de la fréquence d'échantillonnage.

Solution 2¶

Cette solution reprend le même schéma que la première solution. La seule chose qui change est qu'il n'y a plus de mémoire tampon. Les CAN envoient directement les données vers le microcontrôleur. Cette méthode requiert un contrôle de flux de donné très précis et très contraignant dans le temps pour respecter l'échantillonnage tous les 2µs.
Cette solution est moins coûteuse par rapport à la première, mais le respect de la fréquence d'échantillonnage peut se révéler difficile

Adaptation en tension¶

L'échantillonnage requiert à son entrée un certain plage de tension, typique de 0 à Vmax. Or, les tensions issus des capteurs ont chacune leur plage de variation. Une partie analogique s'impose pour adapter les tensions issus des capteurs pour être acceptable à l'entrée de la fonction échantillonnage.

Pour répondre à ce problème, un réseau d'amplificateur opérationnel(AOP) avec possibilité de paramétrer l'offset et l'amplification semble être adéquat.

BROUILLION (PIERRE):¶

Echantillonage et conversion analogique numérique¶

Afin de réaliser l’échantillonnage et la conversion analogique numérique à une fréquence d'au moins 500KHZ (une acquisition inférieure ou égale à 2µs), il faut avant tout trouver un composant électronique capable d'échantillonner et convertir les tensions issues des capteurs de mesure à une fréquence aussi soutenue. En effet, cette fréquence d’échantillonnage étant très grande et peu utilisée d'une façon générale, le choix du composant est donc primordiale pour le respect du cahier des charges. De plus, ce convertisseur doit être capable de recevoir un signal électrique permettant de démarrer l'acquisition, un module de communication SPI et également être capable de stocker plusieurs conversions d'échantillions pendant un lapse de temps. Le choix d'un tel composant s'est donc porté sur un microcontrôleur possédant toutes ces caractéristiques. Il s'agit d'un microcontroleur microchip dsPIC33FJ06GS101A.
Ce composant dit "High_speed PWM and ADC" dispose d'un convertisseur analogique nuémrique dont la fréquence de conversion peut être imposé par le générateur interne de PWM et peut ainsi permettrent de réaliser les conversions à une fréquence réspectant le cahier des charges.

Le nombre de signaux à échantillonner étant de quinze, il est nécessaire d'avoir autant de microcontrôleurs dans le système.

Regroupement des données acquises¶

Après que chacun des microcontroleur ait convertis les différents echantillons des signaux issus des capteurs, il est important de recueillir ces données afin de les exploiter par la suite. Afin de réaliser cette fonction, un autre microcrontrolleur est placé en aval des quinze microcontroleurs. Ce composant est déstiné à recueillir toutes les conversions des microctroleurs, par liaison SPI afin de les ordonner (chronologiquement et en fonction du capteur d'ou proviennet les conversions) puis ensuite, d'envoyer ces données sur un ordinateur capacle de traiter ces données.

Concordance des temps¶

Le problème de ce fonctionnement est que les microcontroleurs servant à convertir travaillent à une fréquence bien trop élevé pour que chaque échantillion converti soit directement envoyé au microcontroleur père. Une solution apportée est d'ajouter une mémoire directement après le micrcontrolleur convertisseur afin que celui-ci puisse y stocker quelques echantillions avant que le microcontroleur pere ne viennt charger ces valeur. Cette mémoire serait en fait une mémoire fifo on l'écriture (microncontroleur fils) se fait beaucoup plus vite que la lecture (microcontroleur père)

Solution complète¶

AJOUTER LE SCHÉMA DE LA SOLUTION COMPLÈTE RETENUE