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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 : 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

SN1 : TP filtrage du signal issu d’un capteur

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Mettre en œuvre un filtre analogique pour filtrer le signal issu d’un capteur.

Capteur d’éclairement : filtrage des parasites issus de la lumière des néons.
Capteur de vitesse : filtrage de la tension fournie par la dynamo tachymétrique.signaux filtrés

SN1 : cours et TD filtrage analogique

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Travail par groupe  : correction évaluation n°4.

Cours filtrage analogique.

1.Exemples d’utilisations de filtres analogiques.

2. Définitions (transmittance, gain, différence de phase, fréquence de coupure bande passante)

3. Méthode d’étude d’un filtre (Etude théorique d’un filtre, tracé du diagramme de bode, action sur un signal périodique)

SN1 : TP Etude d’un filtre passif

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Théorie, simulation, mesures point par point, mesures automatisées.

1. Etude théorique du filtre RC ( gain et déphasage)
2. Mesures point par point ( tracé des diagrammes de Bode avec un tableur  : gain et déphasage)
3. Simulation avec le logiciel ISIS ( tracé des diagrammes de Bode : gain et déphasage)
4. Mesures automatisées : pilotage de l’oscilloscope numérique et du GBF programmable à l’aide du logiciel d’acquisition.

SN 1 : Evaluation n°4

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Exercice 1 : Fléchage de tensions, loi des mailles, potentiels.

Exercice 2 : Signal en créneau et sinusoîdal : période, fréquence, valeur crête à crête, rapport cyclique, valeur moyenne, valeur efficace.

Exercice 3 : Mesures de déphasage et d’atténuation.

Exercice 4 : Spactre d’un signal carré.

SN1 : TP analyse spectrale

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1. Relever les oscillogrammes et les spectres de signaux périodiques à l’aide de l’oscilloscope numérique et du logiciel d’acquisition.
2. Relever les spectres de signaux sonores à l’aide du logiciel  ISIS.
3. Décrypter un numéro de téléphone en analysant les fréquences contenues dans le signal.
Exemple d’application d’analyse spectrale :
L’application « Shazam » sous iPhone est capable d’identifier en 10 secondes un morceau de musique ( parmi 8 millions de morceaux ) en analysant certaines fréquences contenues dans le signal … Plus difficile que de déchiffer un numéro de téléphone !

Pour plus d’info sur cette prouesse technologique :
http://www.paperblog.fr/2115205/comment-marche-shazam/


SN1 : TD représentation fréquentielle du signal

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1. Harmoniques d’un signal périodique.

2. Action d’un filtre sur le spectre d’un signal périodique.

3. Taux de distorsion d’un signal.

4. Utilisation des dBm. Echelle logarithmique.

Travail pour le Mercredi 12 Novembre :

Revoir les exercices sur les spectres en vue de l’évaluation (30 min)

SN1 : cours : Représentation fréquentielle du signal

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1) Insuffisance de la représentation temporelle.

2) Algoritme FFT (Fast Fourier Transformation).

3) représentation fréquentielle de signaux simples.

4) Exemples de spectres de signaux périodiques.

5) Décomposition d’un signal périodique.

6) Reconstitution du signal à partir des harmoniques.

7) Action d’un filtre sur le spectre d’un signal.

8) Taux de distorsion harmonique.

9) Pollution harmonique.

10) Effets des harmoniques sur les appareils.

SN1 : Evaluation n°3

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Expression mathématique d’un signal sinusoïdal :

1. Amplitude, valeur efficace.
2. Fréquence, pulsation.
3. Phase à l’origine.
4. Déphasage entre deux signaux.
5. Expression temporelle.

SN1 : TP régime sinusoïdal – Introduction au filtrage.

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Un circuit simple est soumis à une tension sinusoïdale uE(t).

isis

L’objectif est de déterminer les caractéristiques de la tension uS(t) (amplitude et phase à l’origine) pour différentes fréquences du signal d’entrée.

Etude théorique à l’aide d’un tableur.
Simulation à l’aide du logiciel ISIS.
Réalisation du montage et mesures à l’oscilloscope.

SN1 : TD Le régime sinusoïdal

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1) Importance du régime sinusoïdal

En électrotechnique.
En analyse du signal.
En transmission du signal.
Autres domaines (mathématiques,mécanique, physique…)

2) Expression mathématique d’un signal sinusoïdal

Amplitude, valeur efficace.
Fréquence, pulsation.
Phase à l’origine.
Déphasage entre deux signaux.

Cliquer sur l’image pour voir l’animation :« déphasage entre deux signaux sinusoidaux »