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SN1 : Prise en main du logiciel SCILAB

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SCILAB (Scientific Laboratory) est un logiciel libre de calcul numérique. Il peut être utilisé pour le traitement du signal, l’analyse statistique, le traitement d’images, etc.

Il peut exécuter des instructions en ligne de commande (console), ainsi que des fichiers de commande (scripts contenant des instructions  au format texte).

SCILAB est un langage interprété. Il permet de réaliser de nombreuses applications dans le domaine de la physique.

Il est complété par un environnement graphique Xcos, comparable à l’environnement graphique SIMULINK fourni avec MATLAB.

Dans ce TP, on utilisera la console et l’éditeur de script SCINOTES.

Documents

Chronogramme et spectre d’un signal audio obtenus avec Scilab.

SN1 : TD ondes électromagnétiques.

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Ondes électromagnétiques :

Exercice 1 : Sources d’ondes électromagnétiques – fréquence et puissance d’émission – valeur du champ électrique.
Exercice 2 : Propagation de l’onde pour la liaison hertzienne TNT.
Exercice 3 : Parcours multiple d’une onde électromagnétique.

Révisions pour le DS bilan du 7 Avril :

Devoir surveillé traitement analogique – 6 Janvier 2015
Devoir Maison capteurs arduino – 24 Février 2015
Devoir surveillé acquisition – 3 Mars 2015

SN1 : TD systèmes linéaires

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Systèmes passe bas d’ordre 2 :

Réponse indicielle et diagramme de Bode.

2eme ordre freq

Ondes :

ondes mécaniques et électromagnétiques.

SN1 : TP utilisation d’un servomoteur

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1. Révision : capture de trames à l’oscilloscope (utilisation du trigger)
2. Utilisation d’un servomoteur :
servo
Impulsion de durée 1,481 ms, soit une position angulaire théorique de 87°.
Le servomoteur est contrôlé par un signal PWM  (de fréquence 50Hz) de la manière suivante :
Impulsion de durée 1ms : position 0°
Impulsion de durée 1,5ms : position médiane 90°.
Impulsion de durée 2ms : position 180°.

SN1 : TD systèmes linéaires du 2nd ordre

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Systèmes passe bas d’ordre 2 : Réponse indicielle et diagramme de Bode.

2eme ordre freq

SN1 : TP capteur I2C

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Mise en oeuvre du capteur I2C TMP102.
Configuration en mode lecture 12 bits.
Visualisation des trames I2C.
Décodage des trames I2C.

trame i2c

SN1 : TD Systèmes du 1er ordre

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Exercice passe bas du 1er ordre

1er ordre freq
Equivalence entre la réponse temporelle et fréquentielle.
Transmittance statique.
Constante de temps du système (s).
Gain statique (dB).
Pulsation de coupure du système (rad.s-1).
Fréquence de coupure du système (Hz).

SN1: TD systèmes linéaires

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Identification par réponse indicielle

repind
Cette méthode consiste à soumettre le système à un échelon et à analyser sa réponse.

Identification par réponse fréquentielle

Lorsque l’étude de la réponse indicielle est insuffisante pour identifier le système (doute sur l’ordre par exemple), il est parfois indispensable d’étudier sa réponse fréquentielle. (diagramme de Bode).

Passe bas du 1er ordre

Equation différentielle.
Transmittance complexe.
Transmittance statique T0.
Constante de temps du système (s).
pulsation de coupure du système (rad.s-1).
Frequence de coupure du système (Hz).
Exercice passe bas du 1er ordre

SN1 : DS acquisition d’une grandeur physique

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DS acquisition
Exercice 1 : Chaîne de traitement numérique (rôle des différents éléments).
Exercice 2 : Extrait BTS : CD audio (Shannon, fréquence d’échantillonnage, quantum).
Exercice 3 : Capteur analogique et numérique de pression (sensibilité, résolution).
Exercice 4 : Filtrage su signal issu d’un capteur (fréquence de coupure, spectre du signal d’entrée, spectre du signal de sortie).
Exercice 5 : Capteur de température TMP102 (trames I2C).

trame i2c

SN1 : TP Arduino : capteur de température

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Capteur analogique TMP36 – capteur numérique TMP102

Le dispositif de surveillance de température doit :

1. Afficher la température en temps réel.
2. Déclencher un « buzzer » ou un ventilateur si la température dépasse 25 °C.
3. Eteindre le « buzzer » si la température devient inférieure à 23°C.
4. Le son doit devenir de plus en plus aigu lorsque la température augmente.

Interface graphique réalisée avec le logiciel Processing

SN1 : Systèmes physiques linéaires

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1. Exemples de systèmes en boucle ouverte  et en boucle fermée :

Positionnement d’un robot.
Vitesse d’un véhicule.
Fonctionnement d’un lave-vaisselle.
Maintien de la station debout chez l’homme.

2. Vocabulaire et définitions :

Définition d’un système, entrée, sortie.
Régime transitoire.
Régime permanent.
Différents types d’excitations.

Impulsion de dirac.
Echelon.
Rampe.
Signal sinusoïdal.

Résumés de cours

SN1 : TD Révisions capteurs

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Notions révisées :

Eléments d’une chaîne de traitement numérique :
Filtre antirepliement, échantillonneur-bloqueur, CAN, calculateur, CNA, filtre de lissage.
Echantillonnage et Conversion :
Condition de Shannon, tension pleine échelle, quantum, choix d’une carte d’acquisition d’après un cahier des charges.
Capteur :
Etendue de mesure, sensibilité, résolution, équation de la caractéristique.
Exercice capteur-transmetteur

Révisions pour le DS du mardi 3 Mars :

Echantillonnage et conversion : Eléments d’une chaine de traitement numérique, spectre d’un signal échantillonné-bloqué, condition de Shannon, tension pleine échelle, quantum.
Capteur : étendue de mesure, sensibilité,équation de la caractéristique d’un capteur. Résolution d’un capteur numérique, décodage d’une trame connaissant le format.
Filtrage analogique : filtrage du signal issu d’un capteur. Spectre du signal filtré.

SN 1 : Bilan des notions abordées

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NOTIONS ABORDEES :

- Notions de base en courant continu  : tension, potentiels, Loi d’ohm, diviseurs de tension , théorème de Millman.

- Caractéristiques temporelles d’un signal : période, fréquence, amplitude , amplitude crête à crête, rapport cyclique, valeur moyenne, valeur efficace.

- Caractéristiques fréquentielles : spectre d’amplitude, harmoniques, composante continue, fondamental.

- Filtrage analogique d’un signal : lecture du diagramme de Bode, fréquence de coupure, bande passante, atténuation en dB/décade, ordre du filtre, calcul des amplitudes des harmoniques de sortie.

- Eléments d’une chaîne de traitement numérique : Filtre antirepliement, échantillonneur-bloqueur,  CAN, calculateur, CNA, filtre de lissage.

- Echantillonnage et Conversion : Condition de Shannon, tension pleine échelle, quantum, choix d’une carte d’acquisition d’après un cahier des charges.

- Capteur : étendue de mesure, sensibilité, résolution, équation de la caractéristique. Les capteurs numériques(liaison synchrone, full duplex, la liaison I2C)

DEVOIR MAISON : A rendre pour le Mardi 24 Février.

SN1 : TP Arduino : Etude des sorties PWM

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1. Réaliser un programme permettant de générer un signal PWM en sortie de l’Arduino.
2. Visualiser le signal à l’oscilloscope.
3. Réaliser un filtre analogique permettant de récupérer la valeur moyenne.

SN1 : Cours capteurs I2C

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1. Rappels sur les capteurs analogiques :

Différentes normes, avantages, inconvénients,équation de la caractéristique.

capteur_analog

2. Les capteurs numériques :

Communication série, communication parallèle, communication synchrone et asynchrone, communication halfduplex, communication fullduplex.

3. La liaison I2C :

Comment le maître identifie-t-il les différents « esclaves » ?, déroulement la communication I2C, trames émises, chronogrammes observés.

trame i2c

4.Exemples de dispositifs fonctionnant en i2c

Capteur de température TMP102, potentiomètre numérique AD5171, baromètre  , accéléromètre, Nunchuk, ..

5. Langage arduino : la librairie WIRE pour l’utilisation de la liaison i2c

#include <Wire.h>, Wire.fonction()

begin(), requestFrom(adresse, quantite), beginTransmission(adresse) , endTransmission() , write(), available(),  read().

6. Exemple 1 : potentiomètre numérique AD5171

Doc technique, code Arduino.

SN1 : 1er TP Arduino

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DECOUVERTE DE L’ENVIRONNEMENT – PREMIERS MONTAGES

Les montages sont réalisés à l’aide de capteurs et d’actionneurs les plus simples possibles : bouton poussoir, potentiomètre, LED.

Ils permettent de comprendre le fonctionnement de la carte et du langage Arduino.

Par la suite, l’utilisation de capteurs et actionneurs plus complexes (accéléromètres, servomoteurs, …) suivra exactement le même raisonnement.

SN1 : cours acquisition d’une grandeur physique.

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1. Introduction (exemple industriel, schéma général d’une chaîne de mesure et de commande)
2.Définitions (Etendue de mesure, résolution, sensibilité, précision, rapidité, erreur absolue, erreur relative)
3.Différentes normes utilisées en analogique.
capteur_analog

 

SN1 : TD échantillonnage et conversion

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Rappel des notions abordées (Tension pleine échelle, Résolution, fréquence d’échantillonnage, condition de Shannon, repliement de spectre)

Exercice : Echantillonnage, condition de Shannon, CAN et CNA.

Exercice : Erreur de quantification (CAN par arrondi, par troncature)

Exercice : Choix d’une carte d’acquisition.

Exercice : Problème de l’adaptation du signal issu d’un capteur à un CAN.

SN1 : Evaluation individuelle de TP

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Organisation de l’évaluation de TP Mercredi 7 Janvier :

8H/10H : Jérémie, Julie, Marion, Baptiste, Romain, Yoann B, Pierre, Stevan.
10H/12H : Kylian, Aissa, Alexandre, Djalil, Victor J, Florian, Keskin.
13H30/15H30 :Victor A, Dylan, Nicolas, Tanguy, Robin, Antoine, Thomas, Jérémy.
15H30/17H30 : Gwendal, Yoann P, Erwan, Léo, Emeric, Marc, Morad.

Chaque étudiant tire au sort un sujet parmi les 5 TP possibles :

TP1 : Mesures des caractéristiques d’un signal

  1. signaux générés par le GBF.
  2. signaux préenregistrés.
  3. signaux issus de capteur.

TP2 : Filtrage d’un signal bruité

  1. signaux préenregistrés.
  2. signaux issus de capteurs .

TP3 : Représentation spectrale des signaux

  1. spectres de signaux périodiques et audio.
  2. décryptage numéro de téléphone.

TP4 : Etude d’un filtre analogique

  1. Simulation.
  2. Mesures.

TP5 : Conception de filtres  analogique et numérique

  1. Filtre analogique.
  2. Filtre numérique.

SN1 : DS traitement analogique

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Exercice 1 : alimentation symétrique (fléchage, potentiels, diviseur de tension, Millman)

Exercice 2 : Caractéristique d’un signal PWM (période, fréquence, rapport cyclique, valeur moyenne, valeur efficace)

Exercice 3 et 4 : extrait BTS 2013 : banc de test pour batterie (spectre, valeur moyenne, valeur efficace, capteur, amplificateur, fréquence de coupure)

Exercice 5 : Oscillogrammes (mesure de déphasages)

Exercice 6 : Filtres passifs audio  (nature des filtres)

Exercice 7 : Valeur efficace d’un signal échantillonné-bloqué.

Organisation de l’évaluation de TP Mercredi 7 Janvier :

8H/10H : Jérémie, Julie, Marion, Baptiste, Romain, Yoann B, Pierre, Stevan.
10H/12H : Kylian, Aissa, Alexandre, Djalil, Victor J, Florian, Keskin.
13H30/15H30 :Victor A, Dylan, Nicolas, Tanguy, Robin, Antoine, Thomas, Jérémy.
15H30/17H30 : Gwendal, Yoann P, Erwan, Léo, Emeric, Marc, Morad.

SN1 : TP étude de filtres analogiques

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TP ETUDE DE FILTRES

Filtres étudiés  : filtre ADSL, Filtres audio graves, médiums,  aigus.
Simulation avec le logiciel ISIS : tracé des diagrammes de Bode (gain)
Mesures automatisées : pilotage de l’oscilloscope numérique et du GBF programmable à l’aide du logiciel Cléoview pour tracer automatiquement les diagrammes de Bode  (gain et déphasage)

Organisation de l’évaluation de TP

Mercredi 16 décembre :
8H/10H : Jérémie, Julie, Marion, Baptiste, Romain, Yoann B, Pierre, Stevan.
10H/12H : Kylian, Aissa, Alexandre, Djalil, Victor J, Florian, Keskin.
13H30/15H30 :Victor A, Dylan, Nicolas, Tanguy, Robin, Antoine, Thomas, Jérémy.
15H30/17H30 : Gwendal, Yoann P, Erwan, Léo, Emeric, Marc, Morad.

SN1 : TD echantillonnage et conversion

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1. Erreur de quantification. ( CAN par troncature et par arrondi)

2. Eléments d’une chaîne de traitement numérique.

3. Etude d’une carte E/S 12 bits .

4. Différents types de CAN.

5. Choix d’une carte d’acquisition.

carte ES

SN1 : cours et TD échantillonnage et conversion

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Notions à réviser pour le DS (Mardi 9 décembre 8H-10H)

Courant continu : diviseur de tension, Millman, notions de potentiels.
Signaux : composante continue, composante alternative, valeur moyenne, valeur efficace, fréquence, période, rapport cyclique.
Sinusoïdal : expression temporelle, amplitude, pulsation, déphasage.
Spectres : spectre d’un signal périodique, action d’un filtre sur le spectre d’un signal, taux de distorsion harmonique
Filtrage analogique : comportement physique du filtre, fonction de transfert ou transmittance, représentation de Bode, bande passante, ordre.
Calculs de transmittance : uniquement sur les filtres RC et CR.

Cours échantillonnage et conversion

Exemples de traitement analogique et de traitement numérique.
Chaîne de traitement numériques : rôle des différents éléments.
Quels sont les paramètres importants pour une carte d’E/S ? Tension pleine échelle, Résolution, fréquence d’échantillonnage.
A quelle fréquence doit-on échantillonner? Théorème de Shannon. Effet du sous-échantillonnage.

chaine num

 

SN1 : Filtres pour enceintes 2 ou 3 voies

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Le signal audio  est séparé en TROIS signaux distincts (3 voies) à l’aide de 3 filtres

  • un filtre pour les aigus (tweeter)
  • un filtre pour les médiums (medium)
  • un filtre pour les basses (woofer).

Ces filtres passifs sont implantés directement dans l’enceinte.

Le but de ce TP est d’étudier les  trois filtres :

Etude théorique : (transmittance complexe, fréquence de coupure)

Simulation avec le logiciel ISIS : tracé des diagrammes de Bode (gain)

Mesures automatisées : pilotage de l’oscilloscope numérique et du GBF programmable à l’aide du logiciel CLEOVIEW pour tracer automatiquement les diagrammes de Bode  (gain)

Mise en œuvre de l’un des trois filtres

SN1 : TD filtrage analogique

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Etude complète du filtre passe bas du 1er ordre.

Etude complète du filtre passe haut du 1er ordre.

Autre type de filtres.

Notion de gabarit.

Approximation : Butterworth, Tchebychev.

gabarit