Projet Cannonball - Intégration d'une caméra auto-directive

KYOSHO Scorpion XXL VE

Voiture systéme de caméra auto-directive

Systéme vu de dessus

Etudiants : 3I5

Enseignants : Ahmad Farhat, Alina Voda

Ce travail s’inspire du concept de caméra embarquée sur un drone. Il concerne le développement d'un dispositif permettant de filmer une cible de manière automatique. Ce projet est donc l’association de cette nouvelle idée avec le projet CannonBall développé les années précédentes.

Description générale

Les nouvelles modifications n'affectent pas le déplacement de la voiture. Pour son fonctionnement, le systéme est doté d’un émetteur et d'un récepteur ultrason :

• L'émetteur équipe la cible à filmer et propage des impulsions ultrasonore à 40kHz.
• Le récepteurs présent sur la voiture est équipé de trois microphones.

Le positionnement des capteurs les uns par rapport aux autres permet, à partir des signaux reçus, de calculer de manière géométrique la position de l’émetteur. Le calcul est effectué par le microcontroleur STM32F401 de la carte NUCLEO qui remplace l'Arduino UNO utilisé dans les précédentes versions du projet.

Liens utiles

• Vidéo Promotionnelle
• Fiche de suivi
• Rapport PDF
• Poster PDF
• Code github

Hardware

Caractéristique de l’émetteur

Émetteur Ultrason

Une source ultrason puissante, multidirectionnelle et autonome:

• Source d’alimentation dédiée
• 4 haut-parleurs ultrason
• Impulsions toutes les 20ms d’un signal à 40kHz

Caractéristique du Récepteur

Une détection sensible et autonome:

• Source d’alimentation dédiée
• 3 microphones
• Traitement du signal indépendant
• Information de sortie du type numérique (tension TTL 0-5V)

Software

Caractéristique NUCLEO STM32F401RE

• Prix attractif de la carte (~10€)
• Caractéristique technique suffisante (512KB Flash, ARM-CPU 84MHz, Communication USB)
• Robuste, adapté à la réalisation de prototype
• Similaire aux cartes Arduino (facilité pour le portage du code)
• Facilité d’utilisation avec la bibliothèque C++ mbed
• Possibilité d’utiliser un système d’exploitation et le Multithread

I/O

• D0, D1 : Utilisés pour communication USB
• D2, D3 et D4 : Signaux TTL provenant de la carte Réception Ultrason, actif sur front descendant
• D5 et D6 : Commande PWM pour le servomoteur (D5 pour la direction, D6 pour l’accélération)
• D9 : Commande PWM pour le servomoteur permettant la rotation de la camera
• D13 : Led présente sur la carte d’origine

Détermination de la position

Détérmination de la position par triangulation

La mesure des moments correspondant à l'arrivée de l'impulsion sur les capteurs permet de déduire la position de la source. Plusieurs situations sont envisagées comme la réception de plusieurs ou d'un seul capteur. A cela s'ajoute un filtrage afin de gagner en précision et en souplesse de fonctionnement. Détail de l'algorithme ici. Les résultats permettent la rotation d'un servomoteur entraînant le mouvement de la caméra.

Intégration mécanique

Intégration du système sur la voiture

Les pièces mécaniques intégrées sur la voiture ont été réalisées à partir du logiciel Sketchup (version 2015) et ont été imprimés à l'école Polytech à l'aide d'une imprimante 3D Maker Replicator 2. Le support de la carte d'émission à été réalisé au FALAB à grâce à l'imprimante laser.

La voiture comprend les pièces suivantes :

• Un support pour la carte de réception vissé sur l'arrière de la voiture.
• Une plaque d'adaptation vissée sur le toit de la voiture pour mettre a niveau les autres pièces.
• Une base cylindrique collée sur la plaque d'adaptation accueillant le servomoteur.
• Trois bras encastrés dans la base cylindrique, chacun accueillant un capteur ultrason.

Résultats

Analyse & interprétation

• Solution fonctionnelle.
• Sensible aux perturbations ultrasonores => réduction de la sensibilité des capteurs.
• Précision du dispositif dépendante de la sensibilité des capteurs.
• Différence entre les 3 traitements électronique (incertitude des valeurs des composants)

Solutions envisagées

• Ajout d'une mousse isolante (perturbation mécaniques)
• Réorganisation des fils (perturbations électromagnétiques)
• Ajout d'un filtre passe bas identique pour chaque chaîne de traitement en sortie de la carte de réception.

Améliorations possibles

• Modification du circuit de réception : Filtrage à 40kHz plus important => Augmentation de la sensibilité.
• Ajout de capteurs supplémentaires => Electronique plus conséquente.
• Transmission de la vidéo en Wi-Fi sur une tablette en temps réel.