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Page 1 / 53 Rapport de Stage Technicien ST2 Juin & Juillet 2009 Pierre-Alain Ve

Page 1 / 53 Rapport de Stage Technicien ST2 Juin & Juillet 2009 Pierre-Alain Vercruysse, Étudiant Génie Électrique 4°Année Suivi GPS d'un drone par une antenne motorisée Page 2 / 53 Page 3 / 53 Résumé : En qualité d'étudiant en deuxième année de cycle ingénieur génie électrique, j'étais tenu d'effectuer un stage technicien. La difficulté cette année a concerné la recherche de ce stage. En effet, nous sommes nombreux à ne pas avoir trouvé de stage en entreprise. Cependant, une possibilité de stage a été trouvée à l'INSA même au sein du projet drone développé par celle-ci depuis maintenant plusieurs années. Mon activité pendant ce stage concernait la station sol du drone. La station sol permet d'effectuer un suivi radar dont le rôle est de suivre le vol du drone grâce à la différence entre les coordonnées GPS de la station et celle du drone. Il fallait donc que je poursuive l’asservissement de cette antenne motorisée et que je propose de nouvelles cartes électroniques afin de modifier les défauts de la carte précédente. Concrètement, j'ai commencé par prendre en main la station sol existante. Il m'a fallu un certain temps d'adaptation. Après avoir bien intégré tout cet environnement de travail, j'ai donc commencé à modifier le code. Une fois le code modifié et performant, je suis passé au développement d'une seconde carte. Étant un peu en retard sur mon travail, je n'ai pas pu corriger les défauts pendant les deux mois du stage. J'ai cependant souhaité continuer à travailler sur la station sol pour pouvoir corriger les défauts majeurs. Il faudra malgré tout tester cette nouvelle carte pour la valider entièrement. Page 4 / 53 Page 5 / 53 Sommaire Résumé Page 3 I - Le projet Drone Page 9 1) Les drones 2) Initiative du projet 3) Organisation du projet : équipe 4) Détails des différents groupes de travail II - Organisation du travail pendant le stage Page 15 1) Diagramme de Gantt 2) Archivage des fichiers : SVN 3) Travail en équipe 4) Phases de Tests 5) Présentation publique du projet 5) a - Journées Portes Ouvertes à l'aérodrome du polygone 5) b - Conférence EMAV 2009 (Pays-Bas) - Objectif de l'EMAV - Contenu, essais des équipes III - Descriptif de la station sol : Page 23 1) Rôle de la station sol 2) Schéma du drone en vol 3) Diagramme de fonctionnement 4) Coordonnées GPS IV - Descriptif de la carte électronique Page 27 1) Contexte de la station sol 1) a - Choix des microcontrôleurs 1) b - Organisation de la carte 2) Détails des différents composants de la station sol Page 6 / 53 Page 7 / 53 2) a - Câblage du FTDI 2) b - Câblage du Xbee 2) c - Câblage des PICs 2) d - Connecteur RJ11 2) e - Connecteur DIL10 Carte Commande/Puissance 2) f - Gestion de l'alimentation 2) g - Commande des moteurs 3) Réalisation des cartes 3) a - Typon carte commande 3) b - Typon carte puissance 3) c - Prototype de la station 3) d - Commande des composants 3) e - Tests effectuées sur la carte puissance V - Descriptif du programme Page 43 1) PIC motorisation 1) a - Organigramme 1) b - Fonctionnement du code 1) c - Stratégie de calcul des pas moteurs 1) d - Détails du code 2) PIC échangeur Idées pour le code VI - Mode d'emploi de la station sol V2 Page 49 Configurer le Xbee VII - Evolutions futurs Page 51 Conclusion Page 53 Page 8 / 53 Page 9 / 53 I - Le projet Drone 1) Les drones Un drone est un véhicule volant non habité qui peut être autonome ou assisté par un pilote au sol. Le terme drone vient de l'anglais "bourdonnement" (commun au bruit de nombreux drone), et en anglais, un drone se dit UAV (Unmanned Aerial Vehicle). La plupart des drones que l'on retrouve actuellement trouvent leurs applications dans le domaine militaire. Ils ont pour but la surveillance et l'observation aérienne. Selon la nature de sa mission, un drone aura des dimensions, un fuselage, un poids bien particulier. À l'inverse de l'aviation ou de l'aéromodélisme, il n'y a donc pas de forme clairement définie pour un drone. Sur la Figure 1, on peut voir un ensemble de drones de tailles complètement différentes. On peut de manière générale classer les drones selon différentes caractéristiques tels que la taille, leur altitude de travail, et leur objectif. Historiquement, sans remonter à leurs balbutiements (lors de la première guerre mondiale), les drones ont été utilisés par les États-Unis lors de la guerre du Vietnam (1969) pour observer et détecter leurs ennemis. Cependant, c'est bel et bien depuis la guerre du golfe que ceux-ci font partie intégrante des armées modernes. Comme dans beaucoup d'autres domaines quand il s'agit de haute technologies, les drones et l'armée sont étroitement liés. Cependant, on peut s'attendre à voir apparaître les drones dans le domaine civil. En effet, quelques applications types pourraient être la surveillance d'autoroutes (embouteillage, accidents, …), de forêts, de chemins de fer, des applications de topographie, etc… 2) Initiative du projet À l'INSA Strasbourg, le projet drone commence dès 2003. Les débuts sont difficiles, et il faudra attendre une pré étude pour pouvoir commencer à travailler activement sur le projet. Au début une forme circulaire (soucoupe) avec une poussée par 4 moteurs avait été envisagée mais la forme a vite était repensée laissant place à une structure avec deux moteurs sur les extérieurs et une aile plane cylindrique (cf. Figure 2). 1: Le Drone "Predator" de l'armée américaine . 2: Quadrirotor (aéromodélisme) : X-ufo. 3: Le "Neuron" développé par la France et cinq autres pays européens (prévu pour 2010) 4: Drone miniature à ailes battantes présenté à l'EMAV 2009. 1 2 3 4 Figure 1 : Différents types de drones Figure 2 : Bimoteur Page 10 / 53 De manière méthodique, le premier prototype a été réalisé avec en fait un seul moteur thermique placé au cœur de la structure, et deux ailettes de direction sur les côtés (cf. Figure 3) . 3) Organisation du projet Le projet est géré par un trio de professeurs : Renaud KIEFER, Marc VEDRINES, François KIEFER. C’est un projet développé dans la section mécatronique de l’INSA. Cependant, le projet étant pluridisciplinaire, des étudiants d’autres spécialités sont également mis à contribution : Génie Electrique, Plasturgie, Mécanique, Topographie, etc… Le développement du drone est rendu possible grâce aux laboratoires des différentes spécialités de l’école. La totalité du drone est réalisée au sein de l’INSA : moulage, pièce mécaniques, développement des cartes électronique, traitement des images, … Le projet s’articule autour de quatre grands groupes de travail : - L’équipe Interface Homme Machine qui est chargée du développement de toute l'électronique embarquée sur le drone. Cela comprend les parties acquisition, traitement, et transmission des données. - L’équipe Mécanique chargée de la conception et la fabrication de la structure du drone. C'est après avoir stabilisé ce prototype que l'équipe du drone a pu participer au concours organisé par l'ONERA et la DGA en 2005. Ce premier concours avait pour objectif la surveillance de terrain au dessus d’un paysage urbain. Il verra d'ailleurs le drone Cigogne récompensé d'une première place ex-æquo accompagnée de la mention scénario pour avoir survolé la zone et identifié des obstacles. La photographie en Figure 4 montre le drone version 2005 en vol. Actuellement le drone a une forme cylindrique avec deux moteurs brushless situés sur ses flancs. Les Figures 5 et 6 montrent le drone dans cette configuration. Il est également possible de retrouver une vidéo du drone en vol en suivant le lien suivant : http://www.insa-strasbourg.fr/medias/dossier-drone/vol--horizontal-drone-cigogne.wmv Figure 3 : Monomoteur Figure 4 : Drone en vol en 2005 Figure 5 : Dessin CAO du drone 2009 Figure 6 : Drone 2009 Page 11 / 53 - L’équipe Vision s’occupant du test et de la réalisation des différents prototypes de systèmes de vision embarquée. - L'équipe Station Sol réalise les infrastructures nécessaires au contrôle et au suivi du vol. Cela comprend une interface graphique ainsi qu'une infrastructure de lancement du drone et un système de suivi de trajectoire de l'antenne au sol. Pour ma part, j’ai donc travaillé dans l’équipe station sol. J’ai repris le projet des étudiants mécatroniciens précédents. Je me suis occupé en particulier de l’amélioration de la station sol (code et carte électronique), ainsi que de la mise en place d’une communication série avec un ordinateur. Pour ce faire, j’ai travaillé avec deux camarades de classe Gaylord Wagner (interface Labview sur PC), et Emmanuel Roussel (Développement d’un Joystick commande de haut niveau, développement d’un compas, … ). Au total, nous étions 7 élèves électroniciens à travailler en stage sur ce projet. 4) Détails des différents groupes de travail 4) a - Groupe électronique embarquée Tout d’abord, il y a le groupe d’électronique embarquée (IHM). La carte mère permettant de contrôler le drone est entouré d’un grand nombre de périphériques (carte capteur, GPS, Centrale Inertielle, Radio Commande, émetteur uploads/Management/ rapport-de-stage - 2022-12-26T135016.087.pdf