Altimètre à capteur de pression pour drone

Résumé du document

Le but de ce projet est de concevoir et de réaliser complètement un système d'altimétrie pour micro-drone utilisant des capteurs de pression de précison et des microcontrôleurs PIC.
Le système à réaliser sera composé: d'une part d'un module embarqué réalisant le calcul de pression/altitude et relié à l'autopilote de l'aéronef. Il devra être de très petite taille pour pouvoir être intégré facilement dans un modèle de quelques dizaines de centimètres d'envergure. Cette contrainte sur les dimensions sous-entend l'utilisation de CMS1.
Il sera aussi composé d'autre part d'un module à connecter sur la station sol (PC) fournissant par un port USB une mesure de pression qui sera retransmise en permanence à l'aéronef afin qu'il puisse calculer une pression différentielle.
Le travail s'effectuera sur microcontrôleur PIC de la gamme 16F87X. Il est possible d'utiliser des PICs 16F877 en simulation; sur la plaquette finale, il s'agira d'un PIC 16F876, similaire au précédent, possédant 28 broches au lieu de 40, mais entièrement compatible. Sa programmation se fera en assembleur pour être au plus proche du matériel. Quant au capteur de pression, il s'agit du MS5534A de Intersema.
Le premier travail consiste à apprendre de manière accélérée la programmation des PICs, et à analyser la documention technique du capteur de pression.
Nous nous proposons pour cela de résumer succinctement, dans les deux parties qui suivent, les caractéristiques essentielles de ces deux composants.

Extraits

[...] Chronogramme Deux liaisons SPI entrent en jeu dans notre projet. Or le PIC n'offre qu'une seule interface SPI. Il faudra alors simuler une deuxième interface de manière logicielle. Le choix de chaque raccordement est le suivant : liaison PIC/autopilote : SPI matériel (simplifie le programme autopilote) liaison PIC/capteur : SPI logiciel (facilement testé). Synoptique des liaisons 2 Liaison PIC/autopilote L'autopilote constitue le cerveau du drone. C'est avec lui que seront communiqués les informations d'altitude, de pression et de température, via une liaison synchrone SPI matérielle. [...]

[...] La plaquette se réduit à 33,5 mm par 33,5 mm. Le capteur est découplé par une capacité de 47 µF, comme préconisé dans le datasheet. Le PIC, quant à lui, est découplé par une capacité de 100 nF Typon final Le typon ci-dessus est non-miroité, cependant, avant insolation, il est préférable de l'imprimer en miroir afin que l'encre puisse être le plus proche de la plaque. Les pistes font 15 mil (millième de pouce) de largeur. Précisons la présence d'un strap réalisé à l'aide d'une résistance de 0 Ω. [...]

[...] Enfin, si l'on souhaite une vitesse de transmission de 9600 bauds par exemple, il faut choisir une vitesse de transmission haute en réglant d'une part le bit BRGH (PAGE à d'autre part le facteur de division N du registre SPBRG (PAGE 1). Pour 9600 bauds, on code TIMER 2 + Module CCP2 en mode PWM Le timer 2 comporte un compteur 8 bits (TRM2), un registre de comparaison 8 bits ainsi qu'un pré-diviseur et un post-diviseur programmables. Il est basé sur la fréquence d'oscillation du PIC (FOSC = 5MHz). [...]

[...] La pression atmosphérique représente directement le poids et la masse d'air situé en-dessus du capteur, c'est-à-dire jusqu'aux limites de l'atmosphère. Etant donné que l'air est compressible, sa densité diminue lorsque l'altitude augmente. La relation entre l'altitude et la pression atmosphérique est ainsi hautement non-linéaire (voir graphique de la page suivante). A 8848 mètres d'altitude, par exemple, la pression avoisine 310 mbar. L'ouvrage "US Standard Atmosphere 1976" approxime cette relation mais prend en compte le profil de température typique de l'atmosphère. [...]

[...] Lorsque TRM2 = PR2, le registre TRM2 est remis à zéro et la sortie de comparaison, via un post-diviseur 4 bits, positionne le flag TM2IF à 1. Cependant, l'horloge créée par ce timer n'est pas disponible directement sur une sortie du PIC, mais nous utilisons le timer 2 car c'est le seul qui est utilisable avec le module CCP2 en mode PWM. Ce module permet de rediriger l'horloge vers une sortie du PIC (la broche 1 du Port la rendant donc accessible aux composants extérieurs, comme notre capteur, qui nécessite une horloge très précise, à 32768Hz. [...]