TP du Module Informatique d’Instrumentation S2...

TP du Module

Informatique d’Instrumentation

S2

2009

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5

Longueur = V × ∆T

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Mesures physiques Matière : Informatique d’instrumentation S2

Sommaire2009

Travaux pratiques n°1 : Apprentissage Labview +Entrées-Sorties Numériques ...............................................5

A. Commande, indicateur, types de données.......................................... 51. Création des commandes et indicateur depuis la face avant ................................................. 52. Création des commandes et indicateur depuis la face diagramme ........................................ 53. Remplacement d'une fonction ............................................................................................. 54. Types de données et représentation ..................................................................................... 6

B. Structure : Boucle WHILE................................................................ 61. Faire tant que vrai : boucle infinie ....................................................................................... 62. Faire tant que le bouton stop est faux .................................................................................. 63. Arrêt de la boucle sur test logique ....................................................................................... 64. Registre à décalage : Réaliser une rampe par 100. ............................................................... 65. Auto-indexation : résultat dans un indicateur de type tableau .............................................. 66. Créer un graphique sur la face avant à partir de l’indicateur ................................................ 6

C. Programmation de la carte entrées-sorties numériques...................... 71. Measurement Automation eXplorer .................................................................................... 72. Programmer une tension analogique en sortie sous MAX.................................................... 73. Programmer un mot de huit bits sur un port numérique sous Labview ................................. 74. Récupérer une valeur binaire numérique sous Labview ....................................................... 75. Acquérir les valeurs d’un accéléromètre 3 axes qui oscille, lié à un pendule. ....................... 7

D. Structure CONDITION..................................................................... 8Travaux pratiques n° 2 : Tableaux, tracés, Entrées-sorties analogiques ...............................................................9

A. Tableaux ........................................................................................... 91. Création d’un tableau à l’aide d’une boucle For et d’un tunnel ............................................ 92. Calcul progressif de la moyenne des éléments du tableau .................................................... 93. Programmer un train d’impulsion........................................................................................ 9

B. Tracé d’une tension sinusoïdale simulée ........................................... 9C. Entrées-sorties analogiques ............................................................... 9

1. MAEx Convertisseur une voie Numérique Analogique DAC0 .......................................... 102. Labview : Convertisseur une voie Numérique Analogique ................................................ 103. Convertisseur une voie Numérique Analogique DAC0 : Burst ......................................... 104. Acquisition des deux voies analogiques ............................................................................ 105. Etude d’une diode électroluminescente DEL..................................................................... 10

D. Création de tableaux avec des fonctions spécifiques ....................... 11E. Tracé d’une fonction sinus + bruit................................................... 12F. Tracé d’une Cycloïde ...................................................................... 12



Travaux pratiques n°3 : Circuit logique programmablesous ABEL..........................................................................13

A. Conversion par rampes.................................................................... 131. Visualisation du fonctionnement ....................................................................................... 132. Code pour afficheur 7 segments ........................................................................................ 133. Branchement de la carte de conversion.............................................................................. 134. Prise en compte du résultat du comparateur et affichage sur deux chiffres hexadécimaux.. 145. Limitation du temps de conversion.................................................................................... 14

B. Conversion par approximations successives.................................... 141. Visualisation du fonctionnement et programmation de rampes sur 8 bits ........................... 142. Prise en compte de la résolution du CNA et affichage sur deux chiffres décimaux............. 143. Mise en évidence des limites du fonctionnement ............................................................... 14

C. Annexe : Carte de logique programmable. ...................................... 15D. Annexe : Logiciel ISP-LEVER ....................................................... 16

1. Ouvrir le programme ISP-lever_navigator......................................................................... 162. Ouverture d’un projet........................................................................................................ 163. Ecriture du programme en source Abel (voir ci-dessous)................................................... 164. Compilation du programme avec l’outil ISP...................................................................... 165. Programmation du composant cible avec l’outil ISP.......................................................... 166. Lancer l’outil ISP de téléchargement du code exécutable sur la carte qui va servir aux tests

167. Téléchargement du code exécutable sur la carte ................................................................ 168. Exécuter le programme ..................................................................................................... 16

Travaux pratiques n°4 robots en environnementWEBOTS............................................................................17

A. Le logiciel Webots .......................................................................... 171. Lancement de Webots....................................................................................................... 182. Visualisation du monde virtuel.......................................................................................... 183. Déplacement du robot dans le monde virtuel ..................................................................... 184. Programmer le robot à base d’automate de contrôle ......................................................... 18

B. Exercices......................................................................................... 191. Faire s'arrêter le robot devant un obstacle .......................................................................... 192. Évitement d'obstacles........................................................................................................ 193. Suivi de ligne .................................................................................................................... 204. Suivi de mur ..................................................................................................................... 20

Travaux pratiques n°5 : Robot epuck pilotésous labview.............................................................................................21

A. Connecter le robot epuck avec le logiciel labview .......................... 211. Appairer un port série avec le robot au travers d’une liaison Bluetooth.............................. 212. Prise en main et test de fonctionnement du robot............................................................... 213. Programmation sous LabView au travers de la liaison série............................................... 22

B. Mouvement rectiligne uniforme de longueur donnée ...................... 221. Calcul préliminaire............................................................................................................ 222. Programmer sous labview un évènement........................................................................... 22

C. Mouvement rotation sur place d’angle donné.................................. 221. Calcul préliminaire............................................................................................................ 222. Programmer sous labview un 2ème évènement................................................................... 22



2. Programmer sous labview un 2ème évènement................................................................... 23D. Mouvement de contournement circulaire ........................................ 23

1. Calcul préliminaire............................................................................................................ 232. Programmer sous labview un 3ème évènement................................................................... 23

E. Enchaînement de mouvements différents........................................ 231. Programmer sous labview un 3ème évènement................................................................... 232. Créer une trajectoire carrée ............................................................................................... 233. Réaliser la trajectoire suivante........................................................................................... 23




Travaux pratiques n°1Durée : 4h

Date : sem 32/2009

Travaux pratiques n°1 : Apprentissage Labview + Entrées-Sorties Numériques

Vous devez avoir lu le document « PRESENTATION DE LabVIEW ».Créer un répertoire à vos noms (ex : Dupond_Durand) dans le répertoire « Mes Documents ».A chaque étape, sauvegardez votre travail dans un fichier. Vous rendrez en fin de chaque séance uncompte rendu de TP écrit sous Word. Vous en conservez un exemplaire pour vos révisions. Ce compterendu doit contenir les captures écrans ou des images obtenues par copier coller à partir de Labview.

A. Commande, indicateur, types de donnéesCe premier exercice va vous permettre de vous familiariser avec les notions de commande, indicateur,types de données, fonctions …

1. Création des commandes et indicateur depuis la face avant1 Créer deux entrées ou commandes nommées A et B dans la face avant. Depuis la paletteCommandes, Commandes à Commandes Numériquesà Numérique positionner le subvi dans la faceavant, puis frapper le texte A (ou B) qui s'inscrit alors dans le rectangle prévu pour l'étiquette. Validerce texte en cliquant sur l'outil √ valider (situé dans la barre des outils) ou en cliquant dans une zonelibre de la face avant.

2 Créer une sortie ou indicateur nommé S (Commandes à IndicateursNumériquesà Numérique). Passer dans le diagramme. Observer la couleur orange correspondant à deséléments de type réel. Les commandes sont encadrées d'un bord épais, alors que l'indicateur estencadré d'un bord mince.

3 Amener dans la face diagramme la fonction Additionner (Fonctionsà Arithmétiqueà ExpressNumérique). Sélectionner l'outil Bobine (de la Palette d’outils) et câbler les deux commandes etl'indicateur à la fonction Additionner. Toute connexion qui apparaît en pointillés noirs n'est pascorrecte et peut être effacée grâce à CTRL+B.

4 Repasser dans la face avant et, avec l'outil Doigt, donner une valeur à A et B. Faire exécuter leprogramme en cliquant sur la flèche Exécuter (tant que cette flèche est brisée, l'exécution estimpossible : erreurs de câblage, …)

2. Création des commandes et indicateur depuis la face diagrammeDepuis la face avant, effacer les commandes et indicateur créés précédemment afin de ne garder quela fonction Additionner.Passer dans la face diagramme. Prendre la bobine. Cliquer droit sur la sortie de la fonction afin defaire apparaître son menu local. Sélectionner Créer à Indicateur. L'indicateur apparaît alors,automatiquement câblé. Faire la même chose au niveau des deux entrées en sélectionnant Créer àCommande. Renommer ces éléments en utilisant l'outil Texte.Faire exécuter le programme, en ayant auparavant sélectionné l’icône Animer l’exécution depuis laface diagramme. Observer le déroulement de cette exécution.

3. Remplacement d'une fonction



Dans le menu local de la fonction Additionner, sélectionner Remplacer. Choisir alors dans la palette lafonction division. Exécuter le programme.

4. Types de données et représentation1. Changer le type de la variable A en sélectionnant Représentation dans le menu local. Passer alorsen entier de type I16. La couleur orange (type flottant) devient bleue (type entier).2 Créer un indicateur. Modifier en la précision avec Format & Precision dans son menu local.Demander 7 chiffres significatifs. Augmenter alors la taille de l'indicateur en tirant sur son coin.Dupliquer l’indicateur. Modifier le format en binaire. Dupliquer l’indicateur. Modifier le format enhexadécimal. La variable A est de type entier signé sur 32 bits et se trouve formatée en sortie sous 3formes : décimale, binaire et héxadécimale.

3 A partir de la commande B de type flottant, modifier cette commande en un bouton rotatif,limiter la valeur entre 0 et 5.0, créer un indicateur, puis en changer le type en U8. Un point indique laconversion du type de la donnée en un autre type. Expliquer la règle d’arrondi en variant la commandeet en considérant les valeurs correspondantes de l’indicateur.

B. Structure : Boucle WHILE

1. Faire tant que vrai : boucle infinieOn se propose de réaliser une rampe montante en dent de scie qui compte de zéro à 255, puis repasse àzéro. L'algorithme est le suivant : Faire afficher le compteur de boucle i tant que vrai.Fonctionsà Contrôle d’exécution amener la boucle Boucle While dans le diagramme du VI.Créer un indicateur sur le compteur de boucle. Changer le type en U8. Pour ralentir l'exécution duprogramme, mettre un délai de 30 ms dans la boucle, grâce à la fonction Temps d’attente dansFonctions>>Contrôle d’exécution. Observer l’indicateur.

2. Faire tant que le bouton stop est fauxPlacer un inverseur (que vous trouverez dans Fonctions>>Arithmétique>>Booléen) entre le boutonstop et la condition de boucle. Observer le fonctionnement de votre programme.Dans le menu local de la condition de boucle changer l’option Arrêter sur condition vraie enContinuer sur condition vraie. Observer le fonctionnement de votre programme.

3. Arrêt de la boucle sur test logiqueReprendre l'exercice en quittant la boucle après 1000 exécutions ou lors de l'appui sur le boutonSTOP. Un opérateur logique (Fonctions>>Arithmétique>>Booléen) et une comparaison (reliée àl’itération de boucle) sont nécessaires (Fonctions>>Arithmétique >>Comparaison).

4. Registre à décalage : Réaliser une rampe par 100.Algorithme : Faire {Sß S+1 ; si(S>99) Sß 0 ; Sinon Sß S ;} tant que {numéro de boucle < 1000 ;}.La valeur S passe d’une itération de la boucle à la suivante au moyen d’un registre à décalage sur lebord de la boucle et l’initialiser à zéro.

5. Auto-indexation : résultat dans un indicateur de type tableauPour réaliser le passage dans un tableau des valeurs successives calculées dans la boucle while, il fauttirer un fil jusqu’au bord de la boucle, faire un click droit pour faire apparaître un menu déroulant,sélectionner l’indexation. En cliquant droit dessus, on crée un indicateur.

6. Créer un graphique sur la face avant à partir de l’indicateurAfficher le graphique et compter le nombre de dent de scie.



C. Programmation de la carte entrées-sorties numériques

1. Measurement AutomationeXplorerVérifier le fonctionnement de la carte analogique etlogique en utilisant le logiciel MAX. Nous vousdemandons de vérifier que les entrées analogiques sonten mode référencé et non en mode différentiel. Voir lanotice de la carte d’entrées-sorties.

2. Programmer une tension analogique en sortie sous MAXCréer une tçache sous Max permettant de programmer une valeur analogique sur la platine de sortie autravers de la carte USB NI6009. En mode test sous MAX, exécuter cette tâche et programmer laension analogique à 3 Volts. Vérifier avec un oscilloscope la valeur de la sortie correspondante.Brancher cette sortie sur la carte de conversion-comparaison en entrée du comparateur.

3. Programmer un mot de huit bits sur un port numérique sous LabviewEn utilisant la bibliothèque polymorphe DAQMX sous Labview, envoyer les huit valeurs binairescorrespondant au compteur sur sur la platine de sortie au travers de la carte USB NI6009.. Brancher lacarte de conversion-comparaison avec la nappe. Observer à l’oscillo la sortie du ConvertisseurNumérique Analogique et la sortie du comparateur sur la carte IUT_CAN.

4. Récupérer une valeur binaire numérique sous LabviewRécupérer la sortie du comparateur dans une entrée numérique PI.1 en utilisant la bibliothèquepolymorphe DAQMX sous Labview. Programmer l’arrêt de la boucle incrémentant le compteur quandle comparateur bascule.

5. Acquérir les valeurs d’un accéléromètre 3 axes qui oscille, lié à un pendule.Brancher le capteur accéléromètre 3 axes sur les entrées analogiques de la carte de conversion NI6009. Préciser une fréquence d’acquisition et un nombre de points compatible avec la carted’acquisition. Lancer l’acquisition. Afficher les résultats dans un graphe.

Carte_IUT_CAN

Logiciels de traitement

Platine deconnexions

Entrée ducomparateur

Convertisseur

Sortie comparateurcompatible TTL

D7 D0

Sortie CNAanalogique

Comparateur



D. Structure CONDITION

Le but de cet exercice est d’afficher "résultat positif ou nul" ou "résultat négatif" en fonction durésultat d'une soustraction. Ceci nécessite l'utilisation de chaînes de caractères et de la structurecondition. L'algorithme est le suivant :

FaireS← A-Bsi S≥0 afficher "résultat positif ou nul"sinon afficher "résultat négatif"

Tant que stop faux• Réaliser la soustraction de deux nombres réels.• Amener la structure Condition (Fonctions>>Contrôle d’exécution>>Structure condition). Son

test d'entrée est fait par un booléen noté « ?» qui recevra le résultat de la comparaison. On peutfaire apparaître la case Vrai ou Faux en cliquant sur un triangle de la petite fenêtre.

• Dans chacun des cas, il faut introduire une chaîne de caractères, obtenue en sélectionnantFonctions>>Toutes les fonctions>>Chaîne>>Constante Chaîne. Entrer alors la chaînevoulue. On constate sa couleur rose.

• Relier la première chaîne au bord droit de la structure. Un tunnel apparaît alors dont l'intérieurreste blanc tant que la seconde chaîne n'y a pas été reliée.

• Relier la deuxième chaîne à ce tunnel ; celui-ci devient alors noir. Tout tunnel ainsi créé dansune structure Condition doit être câblé dans le cas Vrai et dans le cas Faux.

• Créer un indicateur depuis le menu local du tunnel.

Entrée ducomparateur

Sortie comparateurcompatible TTL


D7 D0

Carte_IUT_CAN



Mesures physiques Matière : Informatique d’Instrumentation S 2

Travaux pratiques n°2Tableaux, tracés et

Entrées-sorties analogiques

Durée : 4h

Date : sem 33/2009

Travaux pratiques n° 2 : Tableaux, tracés, Entrées-sortiesanalogiques

A. Tableaux

1. Création d’un tableau à l’aide d’une boucle For et d’un tunnel• Avec la Fonctionsà Arithmétiqueà Numérique « Nombre aléatoire », créer et afficher un

tableau de 20 nombres aléatoires compris entre –3 et +7.

2. Calcul progressif de la moyenne des éléments du tableau• A l’aide d’un registre à décalage, calculer, à chaque tour de boucle, la somme des éléments

déjà présents dans le tableau. Puis, afficher la moyenne des éléments du tableau.

3. Programmer un train d’impulsion• Programmer un train de 5 impulsions de + à -20Volts. Longueur de 10 échantillons. Le dernier

échantillon est à zéro.•

B. Tracé d’une tension sinusoïdale simulée• Créer un tableau contenant N valeurs de la fonction sinus

(Fonctionsà Numériqueà Trigonométrique) pour des valeurs d'angle comprises entre 0 et2π*P, P étant le nombre de périodes. N, P et l'amplitude A sont fixés depuis la face avant.

• Tracer la courbe grâce à la fonction Graphe (Commandesà Graphe) en fonction des indicesdu tableau.

• Tracer la courbe en fonction de la valeur de l'angle. Il faut alors créer un Cluster, grâce à lafonction Assembler (Fonctionsà Cluster), contenant, dans l'ordre, la valeur à l'origine del'angle, le pas et le tableau de valeurs. Pensez à regarder l’aide.

C. Entrées-sorties analogiquesUne carte USB Ni6009 est raccordée au PC. Elle estreliée à une platine afin de brancher des entrées sortiesnumériques et analogiques. Cette carte dispose de 16entrées analogiques, 2 sorties analogiques, différentssignaux de contrôle et des entrées-sorties numériques.Tous les signaux ne sont pas câblés sur la platine. Voirci-dessous.




1. MAEx Convertisseur une voie Numérique Analogique DAC0• Nous voulons utiliser la carte en mode DaqMx. On utilise le logiciel Measurement Automation

Explorer (MAX) pour vérifier que la carte est présente. E : en mode test, on envoie un signalcontinu sur la sortie DAC0 que l’on mesure à l’oscilloscope. On utilise le logicielMeasurement Automation Explorer (MAX) pour vérifier que la carte est présente. En modetest, on envoie un signal continu sur la sortie DAC0 que l’on mesure à l’oscilloscope.

2. Labview : Convertisseur une voie Numérique Analogique• On envoie la sinusoïde sur la sortie DAC0 à une fréquence d’échantillonnage de de 40 kHz.

Visualiser à l’oscillo et mesurer la fréquence correspondant à la périodicité du signal.•

•3. Convertisseur une voie Numérique Analogique DAC0 : Burst

• On envoie un train de 10 impulsions sur la sortie correspondant à une fréquence de 40 kHz.Vérifier le fonctionnement du « Burst » à l’ocillo.

• On branche cette sortie sur un transducteur à ultrasons. On récupère un signal par réflexion surle deuxième transducteur. On visualise les deux voies à l’oscillo.

4. Acquisition des deux voies analogiques• Faire un programme indépendant qui réalise l’acquisition simultanée des deux voies en tenant

compte des amplitudes et en synchronisant sur le début du Burst . (tâche DaqMX sous lelogiciel MAX ). Afficher le résultat avec un graphe sous Labview.

•5. Etude d’une diode électroluminescente DEL

• Créer un signal binaire rampe sur 50 pas, pleine échelle à 256.• L’envoyer sur la carte d’entrée sortie numérique USB NI6009.• Branchez la nappe sur la carte IUT_CAN_LED.• A chaque pas, récupérer la tension (en mode unipolaire) et le courant (en mode différentiel)

aux bornes de la LED sur la carte CARTE_IUT_CAN_LED par l’utilisation de la carte USBNI6009.

• Effectuer les 50 pas et afficher le résultat dans un graphique.



D. Création de tableaux avec des fonctions spécifiquesPour cet exercice, vous ne devez pas utiliser la notion de tunnel. Vous devrez créer vos tableaux àpartir des fonctions de la palette « Fonctions>>Toutes les fonctions>>Tableau ».

• A l'aide d’une boucle For et de la fonction Nombre aléatoire, créer un tableau contenant Nnombres entiers compris entre 0 et 100. N doit pouvoir être fixé depuis la face avant. Vousaurez besoin d’utiliser la notion de registre à décalage et d'appeler la fonction Construire untableau. A l’aide de l’outil « flèche », vous pouvez agrandir la taille de cette fonction afind’augmenter le nombre des entrées du tableau. Afin d’initialiser le registre à décalage, vousdevez utilisez la fonction Initialiser un tableau, en choisissant 0 comme valeur pour ladimension 0.

• Compléter l'exercice précédent en séparant dans deux tableaux distincts les nombres pairs etimpairs.

Carte_IUT_CAN


Platine deconnexions

Convertisseur

D7 D0


Mesure de courant dans la LEDen mode différentiel

Sortie tension auxbornes de la LED


D7 D0

Carte_IUT_CAN_LED

Sortie tension auxbornes de la LED

Mesure de courant dans la LEDen mode différentiel



E. Tracé d’une fonction sinus + bruit

• Tracer la fonction sinus + bruit avec un rapport de puissance du sinus par rapport au bruit de20 dB, puis de 0dB. Des fonctions dans la bibliothèque de Labview fournissent la puissanced’un signal.

• Réalisant un tracé où l’affichage se fait en continu des itérations de la boucle FOR.

F. Tracé d’une Cycloïde

• Tracer en fonction du temps une fonction sinus de période donnée, puis une deuxième fonctionsinus de fréquence triple.

• Réalisant un tracé où l’affichage se fait en continu des itérations de la boucle FOR et enaffichage de type X-Y ou nuage de points.



Mesures physiques Matière : Informatique d’instrumentation S 2

Travaux pratiques n°3Durée : 4hDate : sem 342009

Travaux pratiques n°3 : Circuit logique programmable sous ABELObjectif : Programmer un circuit logiqueprogrammable intégré à une carte électroniqueavec un logiciel spécialisé en langage ABEL defaçon à expérimenter différents algorithmes deconversion analogique-numériqueLe schéma ci-contre présente les connexions dela carte IUT –CAN avec la carte contenant lecircuit de logique programmable.

Le kit de développement de circuitprogrammable est décrit en détail en annexe. Laprogrammation en langage ABEL est décritedans un fichier PDF sur le bureau du PC.

A. Conversion par rampes.

1. Visualisation dufonctionnement

Recopier le dossier « CNA_CAN » surMes_documents et le renommer avec vosinitiales.

Ouvrir ISP_Lever_Navigator. Ouvrir le projet CAN (voir annexe 5). Visualiser la programmation ducomposant, compiler le source, créer l’exécutable. Lancer le programme qui permet le téléchargement,valider son fonctionnement en utilisant le bouton poussoir droit (pins 22 et 25 programmées encircuit anti-rebond) comme « horloge manuelle » de façon à identifier les différentes phases dufonctionnement, la sortie étant branchée sur la carte à LED.

2. Code pour afficheur 7 segmentsCréer une table de vérité permettant de faire fonctionner l’afficheur 7 segments de droite. [voir lesnuméros des broches en annexe 4]

3. Branchement de la carte de conversionLa carte « CNA+comparateur » est à relier par une nappe sur un des connecteurs 25 broches de la carte de logique programmable. Utiliser une entréeVe continue et la sortie Vcna "CNA" 0 V – 10 V. Vérifier le fonctionnement du comparateur et en particulier son niveau de sa sortie qui doit être comprisentre 0 V et 5 V. Le comparateur est relié à l'entrée I/03 (pin 18) au travers de la nappe.

Adapter le programme à un comptage sur 8 bits.

Vérifier le fonctionnement à l'oscilloscope en remplaçant l'entrée bouton poussoir par une horloge defréquence 10 kHz prise sur la sortie "TTL synchro" du générateur GBF. L'oscilloscope serasynchronisé sur le front descendant de Vcna (instant où la rampe repasse de sa valeur max à 0 V).Modifier le programme pour réaliser une rampe avec 8 bits de précision

EPLDLattice1096E

Carte CNA + comparateur

CNA

+-Ve

Vcna

5 V

n

n

I/O3 pin 18Horloge pin 26

Nappe



4. Prise en compte du résultat du comparateur et affichage sur deux chiffreshexadécimaux.

Adapter la table de vérité de façon à afficher le résultat "8 bits" sur les deux afficheurs 7 segments dèsque le comparateur commute. Le comptage générant la rampe doit aller jusqu'à sa valeur maximale.

5. Limitation du temps de conversionModifier la programmation de façon que la rampe s'arrête dès que la valeur à convertir est atteinte.

B. Conversion par approximations successives

1. Visualisation du fonctionnement et programmation de rampes sur 8 bitsMettre le programme « approx_4_bits » actif. Visualiser la programmation du composant et validerson fonctionnement en utilisant le bouton poussoir droit (pin 26 et 27 à programmer en circuit anti-rebond) comme « horloge manuelle » de façon à identifier les différentes phases du fonctionnement.Utiliser une entrée Ve continue et la sortie Vcna "CNA" 0 V – 10 V.

Adapter le programme à une approximation sur 8 bits.

Vérifier le fonctionnement à l'oscilloscope en branchant une horloge de fréquence 10 kHz prise sur lasortie "TTL " du générateur. L'oscilloscope sera synchronisé sur le front descendant de Vcna defaçon à être en début de conversion.

Choisir des valeurs qui conduisent à des fonctionnement "remarquables"(résultats 0xAA ou 0x55et 0x0F ou 0xF0) et les imprimer.

2. Prise en compte de la résolution du CNA et affichage sur deux chiffresdécimaux.

La table de vérité conduisant à l'affichage en dixième de volt peut être calculée automatiquement parune séquence de programmation dont l'exemple est donné.

Si valeur < seuil_0 alors chiffre=0 sinon si valeur < seuil-1 alors chiffre=1 sinon si valeur <seuil-2 alors chiffre=2 …

Analyser cette séquence et adapter les seuils de façon que l'affichage corresponde exactement à celuide la source de tension continue. La table de vérité (TruthTable) de transcodage hexadécimal sur lesdeux afficheurs 7 segments est toujours utilisée. Il est nécessaire d'ajouter la commande du pointdécimal sur l'afficheur de gauche.

3. Mise en évidence des limites du fonctionnementVisualiser le fonctionnement à l'oscilloscope en faisant varier Ve. Prendre par exemple une variationsinusoïdale de fréquence assez basse (10 à 50 Hz) , d'amplitude 4 V et d'offset 5 V.L'oscilloscope sera synchronisé en externe sur la sortie "TTL synchro" du GBF.Observer la première conversion et faire apparaître l'erreur due à l'absence d'échantillonneur-bloqueuren faisant varier la fréquence et éventuellement l'offset.

Imprimer et commenter le résultat.

"Inputcomp pin 18 ;"nœuds intermédiairesr7,r6,r5,r4,r3,r2,r1,r0 node istype 'reg';resultat = [r7,r6,r5,r4,r3,r2,r1,r0];

equationsresultat.clk=comp; "Stockage sur front montantresultat:=cpt; "Valeur stockée



a

b

ce

f g

d

C. Annexe : Carte de logique programmable.

Le circuit logique est programmable directement sur la carte où il est utilisé. La carte est connectée àune maquette comportant un circuit de conversion numérique-analogique (CNA) et un comparateurdéjà câblé.

Numéro des pattes contrôlant le CNA

On dispose sur la carte également de deux afficheurs à 7 segments en sorties.

Numéro des pattes contrôlant les afficheurs :

Afficheur gauche Afficheur droit

a -> pin 17 a -> pin 5b -> pin 16 b -> pin 4c -> pin 15 c -> pin 3d -> pin 10 d -> pin 44e -> pin 9 e -> pin 43f -> pin 8 f -> pin 42g -> pin 7 g -> pin 41

Point -> pin 6 Point -> pin 40

La programmation est faite par un PC à travers son interface parallèle sous le logiciel ISP-LEVER

Connecteurbus vers carte CNA ou CAN

ou afficheurs - 3 chiffresbus CNA : d7-d6-d5-d4-d3-d2-d1-d0sortie PLCC : 39-38-37-32-31-30-29-28

Bouton poussoir droit« pins » PLCC 26 et 27

Afficheur 7 segmentsgauche - sortie PLCCa - 17 e - 9b - 16 f - 8c - 15 g - 7d - 10 point ( dp) - 6

Connecteur PCInterface parallèle

liaison avec logiciel ispLEVER

Circuit PLCCLatticeisp LSI 1016E-80PLCC44

abc

de

f g

dp

Afficheur 7 segmentsdroit-sortie PLCCa - 5 e - 43b - 4 f - 42c - 3 g - 41d - 44 point ( dp) - 405V Masse 0V

Bouton poussoir gauche« pins » PLCC 22 et 25

I/O 9 commun avecbouton poussoir droit

« pin » PLCC 27

I/O 3« pin » PLCC 18



D. Annexe : Logiciel ISP-LEVER

1. Ouvrir le programme ISP-lever_navigator

2. Ouverture d’un projetOpen projectSe mettre dans le répertoire du projet. Ouvrir le projet : ***.syn. Enregistrer

Si le source n’apparaît pas , Double click sur Untitled : donner un descriptif du projetSource New

Choisir ABEL-HDL ModuleRemettre dans Module Name et File Name le nom du projet et écrire dans Title ledescriptif donné précédemment (facultatif)

3. Ecriture du programme en source Abel (voir ci-dessous)Editer une fonction logique combinatoireDeclarations

Equations

Truth_table

END

File SaveFile Exit (on sort de l’éditeur)

4. Compilation du programme avec l’outil ISPSélectionner le nom du programme dans le volet gauche Le positionner en module actif (Clic droit), ilapparaît en gras. Dans le menu déroulant, lancer la compilation en double cliquant sur ‘Compilelogic’.

5. Programmation du composant cible avec l’outil ISPDans le volet gauche double-cliquer sur le symbole du composant. Si le composantsélectionner lecomposant Lattice isp LSI 1016E-100PLCC44 (vérifier le nom sur le composant lui-même). Dans lemenu déroulant, lancer la création d’un exécutable en double cliquant sur « FIT Design ».

6. Lancer l’outil ISP de téléchargement du code exécutable sur la carte qui vaservir aux tests

Double cliquer sur le bouton de la barre des menus représentant un composantUn nouveau logiciel se lance sur le PC : ISP VM System.

7. Téléchargement du code exécutable sur la carteConfiguration à bouton Scan (vérification de la liaison et reconnaissance du circuit)Dans la fenêtre qui apparaît si le circuit est reconnu, il faut appuyer dans la case donnant le nom dufichier à télécharger.Appuyer sur Browse. Rechercher le fichier JEDEC que vous venez de créer : ***.jed .Vérifier que l’opération par défaut est bien : Erase, Program & VerifyCliquer sur le bouton « GO » Le transfert du fichier s’effectue via le câble parallèle ; Les DELsvertes et jaunes de la carte doivent clignoter. Attendre la fin du téléchargement.

8. Exécuter le programmeIl peut être nécessaire de débrancher le câble de liaison pour que le programme fonctionnecorrectement.




Travaux pratiques n°4Durée : 4hDate : sem 35/2009

Travaux pratiques n°4 robots en environnement WEBOTS1

A. Le logiciel WebotsLe but de ce TP est d'expérimenter des outils logiciels d'aide à la conception de système, en particulierpour la programmation de robots. Vous utiliserez un outil de conception orienté automate d'état pourcontrôler les mouvements d'un robot : le simulateur Webots qui simule un robot se déplaçant dans unmonde virtuel ou télécharge un code s’exécutant sur le robot réel.

Figure 1: Robot e-puck. Figure 2a: Vue 1 du robot dans le monde virtuel.

Figure 2b: Vue 2 du robot dans le monde virtuel.

La figure 1 montre le robot e-puck que vous utiliserez. Ce robot embarque huit capteurs infrarougesdirectionnels (capteurs de proximité), une caméra, et pour les dernières versions trois capteurs au sol.Les figures 2 montrent le monde virtuel dans lequel va évoluer le robot. On remarquera les lignesrouges et jaunes qui correspondent à la portée des capteurs de proximité implantés sur le robot, et lesdeux lignes violettes qui indiquent les limites du champ de vision de la caméra, également embarquée

1 (S. Bouaziz, M. Fan, S. Le Hégarat, R. Reynaud) créateurs du TP



sur le robot. Ces capteurs permettront au robot de voir son environnement, d'éviter des obstacles oude suivre une trajectoire au sol, à condition que le programme de commande lui ordonne de le faire.Votre travail se situe donc au niveau de la programmation du robot pour lui faire effectuer desévitements d'obstacles ou bien des suivis de lignes noires par exemple.

1. Lancement de WebotsDouble-cliquez sur l'icône de Webots sur le bureau. Deux fenêtres s'ouvrent. L'une avec le monde en3D, c'est la fenêtre principale de Webots, l'autre avec le système de programmation BotStudio orientéautomate d'états. Le projet qui vous concerne est à l’emplacement ~Webots/projetcts/robots/e-puck/controllers/obstacle/obstacle.bsg.

Si Webots et/ou BotStudio ne fonctionnent plus, fermez Webots et relancez le.

2. Visualisation du monde virtuel

Dans la fenêtre de visualisation du monde 3D, il est possible de changer le point de vue pour mieux voir lascène. Le changement de point de vue s'effectue de plusieurs manières en utilisant la souris combinée avec lestouches Shift ou CTRL.

♦ Pour effectuer une rotation de la scène, il faut déplacer la souris en maintenant le bouton gauche de lasouris enfoncé.

♦ Pour effectuer une translation de la scène, il faut déplacer la souris en maintenant le bouton droit de lasouris enfoncé.

♦ Pour zoomer, il faut utiliser la molette de la souris.

Si vous êtes perdu dans l'espace 3D, sélectionnez Restore Initial Viewpoint dans le menu Edit.

3. Déplacement du robot dans le monde virtuel♦ Pour déplacer le robot en translation, il faut presser la touche shift, cliquer sur le robot avec le

bouton gauche de la souris et déplacer la souris tout en maintenant la touche shift enfoncée.♦ Pour déplacer le robot en rotation, if faut presser la touche shift et cliquer sur le robot avec le bouton

droit de la souris. Puis, cliquer à côté du robot avec le même bouton et déplacer la souris tout enmaintenant la touche shift enfoncée.

4. Programmer le robot à base d’automate de contrôle

La programmation du robot s'effectue grâce à la fenêtre Botstudio par la description de l'automate de contrôledu robot. La figure 3 montre la fenêtre qu'il faudra utiliser pour programmer le robot.

Figure 3: fenêtre de programmation du robot.

L'icône permet de télécharger l'automate sur le robot virtuel ou réel (selon le port choisi : simulation ouCOMxxx).



Un état permet de donner des ordres aux roues pour avancer ou reculer. Les 2 roues du robot sontindépendantes. Pour programmer un état, on programme la vitesse de chacune des roues. La figure 4 montre laprogrammation d’un état ‘avancer’ (valeurs positives et égales pour les roues).

Figure 4: programmation d’un état. Figure 5: programmation d’une transition.Les transitions permettent de changer d'état en fonction de conditions. Ces conditions sont liées par exemple :

- à la valeur des capteurs de proximité ;- à la valeur de la caméra ;- à la valeur de la temporisation.

La grandeur mesurée par le capteur de proximité est l’intensité infrarouge réfléchie par l’obstacle, qui est doncd’autant plus élevée que l’obstacle est proche. Ainsi, lorsqu'un capteur de proximité a une valeur strictementinférieure à 5, cela signifie qu'il ne voit pas d'obstacle. Lorsque cette valeur est supérieure ou égale à 5, celasignifie qu'il y a un obstacle qui sera plus ou moins loin. Si on souhaite agir dès la présence d'un obstacle, onutilisera la condition ‘strictement supérieur à 6’ par exemple. Une transition pourra contenir plusieursconditions sur différents capteurs en même temps. La figure 5 montre la programmation d’une transition‘obstacle à gauche’ (valeurs à 5 pour les capteurs de proximité sur le coté gauche du robot).

Le capteur de vision permet d’acquérir des images qui sont traitées par un programme embarqué sur le robot.Ce programme détecte les pixels de ‘noir’ au sol (lignes du bas de l’image), calcule le barycentre et renvoie saposition par rapport au centre (en colonnes) de l’image. Ce capteur indique donc si une ligne noire est détectéeà gauche (valeurs négatives entre -10 et -1) ou à droite (valeurs positives de 1 à 10) de l’axe horizontal frontaldu robot.

B. Exercices

1. Faire s'arrêter le robot devant un obstacle

a) Créer 2 états, un ‘avancer’ et un autre ‘stopper’.

b) Relier ces deux états par une transition allant de ‘avancer’ vers ‘stopper’ et lui donner un nom.

c) Donner une condition sur la transition pour que l'automate change d'état s'il voit un obstacle devant. Lescapteurs utilisés sont les capteurs de proximité.

d) Sauvegarder le programme.

e) Effectuer une simulation.

f) Ajouter une condition permettant au robot de redémarrer s'il ne perçoit plus d'obstacle.

g) Sauvegarder.

2. Évitement d'obstacles

a) Faire avancer le robot ; lorsque qu'il perçoit un obstacle, le faire reculer pendant 2 secondes. Unetemporisation (par exemple 2 secondes) peut être spécifiée sur une transition entre deux états en cliquantsur le chronomètre et en ajustant sa valeur (en dixièmes de seconde).

b) Sauvegarder le programme et tester en simulation.

c) Après avoir fait reculer le robot, le faire tourner pendant un temps à déterminer ; puis le faire repartir enévitant à nouveau les obstacles. Sauvegarder, simuler.

d) Transférer le programme sur le robot réel.



3. Suivi de ligne

a) Programmer le robot pour qu'il suive une ligne noire tracée sur un sol blanc. On rappelle que le capteurutilisé ici est la caméra.

b) Tester le programme en simulation, puis sur le robot réel.

c) On souhaite maintenant que le robot suive la ligne en allant le plus vite possible, c’est-à-dire notammenten minimisant les enchaînements de changement de direction gauche-droite-gauche-etc…. On supposepar ailleurs que les tournants sur la ligne peuvent avoir deux (et seulement deux) rayons de courbure.Proposer une solution à 5 états.

d) Tester la solution précédente sur le robot réel.

4. Suivi de mur

a) Programmer le robot pour qu'il suive un mur. On ne précise pas le capteur utilisé.

b) Tester le programme en simulation, puis sur le robot réel.




Travaux pratiques n°5Durée : 4h

Date : sem 36/2009

Travaux pratiques n°5 : Robot epuck pilotésous labviewOn rappelle les différents modes de contrôle du robot epuck. On dispose de deux actionneur, lesmoteurs pas à pas contrôlant la vitesse d’avancement de chacune des deux roues de façonindépendante. On peut évidemment envoyer une succession de commande de vitesse des roues pourobtenir une trajectoire pour le robot. Dans le TP à base d’automate de contrôle sous le logicielWebots, nous supposons être dans un état donné (correspondant à une vitesse d’avancement pour laroue droite et la roue gauche) et nous y restons jusqu’à ce qu’une condition de sortie nous permette detransiter dans un autre état (correspondant à une autre vitesse d’avancement pour la roue droite et laroue gauche).Il est relativement délicat de reprogrammer l’équivalent du contrôle d’automates d’état sous Labview,mais nous pouvons imaginer contrôler la trajectoire du robot en utilisant le langage de programmationSERCOM du robot EPUCK pour contrôler régulièrement la vitesse d’avancement pour la roue droiteet la roue gauche (D Vitesse_gauche, vitesse_droite) en maintenant la durée de la commande de tellefaçon que l’on contrôle la trajectoire du robot.

A bas niveau le contrôle de la trajectoire sera défini par une succession de commande du type :Vitesse_gauche, Vitesse_droite, Durée

A un niveau géométrique, une trajectoire sera définie par une succession de trois mouvementssimples : un mouvement rectiligne de longueur donnée ; un mouvement de rotation sur place à anglede rotation donné ; un mouvement de contournement à angle de rotation et rayon de braquage donnés.Le but du TP est de contrôler la trajectoire par enchaînement de mouvements simples différents aprèsavoir défini les trois mouvements simples.

A. Connecter le robot epuck avec le logiciel labview

1. Appairer un port série avec le robot au travers d’une liaison BluetoothPour communiquer avec le robot, il faut utiliser une liaison sans fil de type Bluetooth. Les étapessuivantes sont nécessaires :1. Vous disposez d’une clé USB vers Bluetooth à brancher sur le PC. Pour des raisons techniques,

nous vous demandons de choisir la boite contenant la clé USB qui a déjà été installée sur votrePC. Brancher la clé USB et vérifier que le périphérique Bluetooth a été correctement reconnu.

2. Le périphérique Bluetooth est déjà installé sur le robot. Ce type de liaison sans fils a pour butd’autoriser des liaisons point à point dans un milieu hostile. En conséquence chaque périphériquedoit avoir un nom différent et un PIN-CODE pour autoriser la communication. Le périphérique apour nom e-puck _1234 et pour PIN-CODE 1234. Mettez le robot en marche.

3. Les deux bouts de la connexion point à point étant opérationnel, il faut réaliser la connexion.Cliquer sur l’icône Bluetooth avec un click droit. Dans le menu déroulant qui apparaît choisir« Paramètres Bluetooth ». La fenêtre ci-contre apparaît. Choisir le périphérique, l’un des e-pucken faisant un click droit et appuyer sur « connecter » dans le menu déroulant. Rentrer le PIN-CODE quand on vous le demande. Quand la connexion est réalisée, sélectionner le périphérique etcliquer «détail… ». La connexion est établie et le port série virtuel que vous devez utiliser sousVISA est affiché dans les détails.

2. Prise en main et test de fonctionnement du robot.



a) Lancer MAXVérifier la présence du port série virtuel que vous devez utiliser sous VISA.

b) Lancer le programme de test e-puck -monitor à partir de la liaison sérieLancer le programme de test Epuck-Monitor. Préciser le port série virtuel associé au robot parBluetooth. Etablir la communication. Vérifier que les principales fonctions que vous allez utilisersont opérationnelles.

3. Programmation sous LabView au travers de la liaison sérieDans le directory « TP_epuck», sélectionner le programme « Tp_epuck S2 ». Ouvrir le diagramme.La programmation de ce composant se fait à l’aide d’une structure évènement dans laquelle des blocsde programmes sont activés au moment où certains évènement à préciser ont lieu.Vérifier que vous contrôlez à nouveau le robot au travers de l’interface Labview. Ce contrôle esteffectué au travers d’un langage de communication dénommé SERCOM. Vous devez imprimer dansvotre compte-rendu l’ensemble des blocs déjà programmés, préciser sur quel évènement un bloc estactivé.

B. Mouvement rectiligne uniforme de longueur donnée

1. Calcul préliminaireLa commande « D 300,300 » envoyée au robot signifie que les moteurs vont tourner à 300 tics parseconde, sachant qu’il y a 1000 tics par tour, et que vous devez mesurer le rayon des roues (autour de4cm de diamètres) pour calculer l’avancement effectué durant une durée de ∆T.

2. Programmer sous labview un évènementCet évènement fait avancer le robot dans un mouvement rectiligne uniforme de longueur donné, puisle robot stoppe.

C. Mouvement rotation sur place d’angle donné

1. Calcul préliminaireLa commande « D 100,-100 » envoyée au robot signifie que les moteurs vont tourner à + ou - 300 ticspar seconde, sachant qu’il y a 1000 tics par tour, et que vous connaissait le rayon des roues (autour de4cm de diamètres) et l’entraxe des roues (autour de 5cm) pour calculer l’avancement effectué durantune durée de ∆T par chaque roue. Si on veut tourner d’un angle donné, on trouve la durée durantlaquelle on doit laisser tourner le robot.

2.

Longueur = V × ∆T

Longeur = Angle × Entraxe / 2 = V × ∆T

Angle



Programmer sous labview un 2ème évènementCet évènement fait avancer le robot dans un mouvement de rotation sur place d’angle donné, puis lerobot stoppe.

D. Mouvement de contournement circulaire

1. Calcul préliminaireLa commande « D Vitesse_gauche, vitesse_droite» envoyée au robot signifie que les moteurs vonttourner à Vitesse_gauche ou vitesse_droite tics par seconde, sachant qu’il y a 1000 tics par tour, et quevous connaissait le rayon des roues (autour de 4cm de diamètres), l’entraxe des roues (autour de 5cm)et le rayon de braquage (à définir) pour calculer l’avancement effectué durant une durée de ∆T parchaque roue. Si on veut contourner d’un angle donné à rayon de braquage, on obtient 2 équations à 3inconnues dont on tire la durée durant laquelle on doit laisser tourner le robot.

Déplacement_Gauche = V_Gauche × ∆T = Angle × (Rayon + Entraxe / 2)Déplacement_Droit = V_Droit × ∆T = Angle × (Rayon - Entraxe / 2)

2. Programmer sous labview un 3ème évènementCet évènement fait avancer le robot dans un mouvement de contournement d’angle et de rayon debraquage donnés, puis le robot stoppe.

E. Enchaînement de mouvements différents

1. Programmer sous labview un 3ème évènementCet événement lit un fichier décrivant une trajectoire et enchaîne les différentes actions.Imprimer le fichier, et les commandes élémentaires.

2. Créer une trajectoire carréeCet événement lit un fichier décrivant une trajectoire et enchaîne les différentes actions.Imprimer le fichier, et les commandes élémentaires.

3. Réaliser la trajectoire suivanteContrôler la trajectoire du robot. Cet événement lit un fichier décrivant une trajectoire etenchaîne les différentes actions. Imprimer le fichier, et les commandes élémentaires.

Rotation sur place -45°Translation 10cmRotation sur place -45°Translation 15cm

Angle

Rayon de braquage



Contourner 7cm, 135°Translation 12cmContourner 7cm,90)°Translation 12cmContourner 7cm,45°



TP du Module Informatique d’Instrumentation S2...

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