Modulation de Fréquence

[Aznarb]

Bonsoir,

J'essaye de fabriquer pendant mon temps libre un système de repérage par triangulation destiné à un robot :Le principe est de fabriquer 3 émetteurs/récepteurs IR de fréquences différentes; chaque signal sera filtré puis lissé (par un lisseur de crête en sortie de chaque filtre) avant d'être envoyé au robot qui traitera les données.

Ce que j'ai fait : -J'ai réalisé 3 filtres passe-bande en structure de Rauch, chaque filtre à une bande passante de 1khz et les fréquences de coupure que j'ai sélectionné sont (384Hz, 1.798 kHz, 3,3 kHz avec possibilité de les modifier : elles ne sont pas optimales).

Je travaille maintenant sur un émetteur (celui associé au filtre de 384Hz), lorsqu'il sera fonctionnel, par un raisonnement analogue je pourrai l'appliquer aux deux autres.
Pour cet émetteur, j'ai donc fabriqué la fréquence IR de 38 kHz avec un NE555 Astable sur une breadboard (cette fréquence sera ma porteuse). Que je souhaite moduler à 384 Hz. J'ai donc fabriquer un autre émetteur de fréquence à 384 Hz qui me servira à moduler la fréquence de 38 kHz. Ce signal sera transmis à la LED IR puis au démodulateur de fréquence avant le filtre.

Ma question est la suivante : Pour fabriquer cette fréquence modulée, faut-il que je connecte le NE555 qui émet la porteuse sur le NE555 qui émet la fréquence que je souhaite avoir (384 Hz) ? Ou l'inverse; connecter le NE555 de la fréquence souhaitée sur le NE555 de la porteuse. Comment les connecter entre eux, un simple fil, condensateur/résistance ?

Merci de votre temps et de vos réponses, bonne soirée
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[jiherve]

Bonsoir,
En théorie il faudrait piloter le 38Khz par le 384Hz (patte reset) mais en pratique il y a un risque pour que la porteuse ne soit pas bien constante lors de la première période car la capa partira complétement déchargée au lieu du 1/3 vcc sera ce un problème ?
Il vaudrait mieux effectuer la combinaison au moyen d'une porte mais si l'ensemble est alimenté en 5V un simple transistor pourrait suffire:
sortie du 384 Hz sur l’émetteur, sortie du 38Kz sur la base avec une résistance en série (2,2k) et la led + résistance dans le collecteur , cela émet lors de l’état bas du signal 384Hz, bien sur le 555 qui le génère absorbera aussi le courant de la diode.
JR

[Aznarb]

Merci beaucoup pour votre réponse rapide qui va me permettre d'essayer de nouvelles choses. En effet, l'ensemble sera alimenté en 5V pour les NE555. Pour les filtres Rauch j'ai fabriqué un inverseur de tension pour pouvoir les alimenter.
J'utilise un récepteur TSOP1738; est ce que vous parlez de ce type de transistor lorsque vous parlez de "collecteur" ? Si j'ai bien compris : La sortie du TSOP1738 sera HIGH quand il ne reçoit pas le signal et la sortie sera LOW quand le capteur reçoit le signal. De plus la tension de la ligne d'alimentation de la sortie est 5 V, le transistor de sortie peut absorber 15 mA. La valeur minimale de la résistance de tirage sera de 330 Ω. Corrigez moi si je dis des bêtises ...

Je vais essayer la solution que vous proposez avec le transistor lundi et je vous tiens au courant de l'avancement .

[gwgidaz]

Bonjour,

Avec les IR, vous allez quand même vous heurter à un problème....

En fait, vous ne faites pas de la "modulation de fréquence", vous modulez une porteuse 38 KHz en amplitude, en tout ou rien, par le 384 Hz.

Comme le 384 Hz est loin d'être sinusoïdal, il sera chargé d'harmoniques ( multiples de 384 Hz) , et certains tomberont dans les bandes de vos deux autres fréquences.
Bien sur, ces harmoniques seront de niveau inférieur à la fondamentale, et on pourrait penser ne pas les détecter en réglant le seuil de détection de votre démodulateur ( qui n'est pas, soit dit en passant, un "démodulateur de fréquence", mais un démodulateur d'amplitude).... Oui, mais voilà...Votre signal 38 KHz va être reçu avec un niveau extrêmement variable , et parfois, avec un niveau fort, les harmoniques du 384 Hz seront reçus plus forts dans les filtres des deux autres fréquences ( 1798 et 3300 hz), que ces fréquences elles-mêmes.

Solutions?
La plus efficace eût été justement de moduler le 38 KHz vraiment "en fréquence". Il existe des tas de solutions pour cela. mais ce n'est plus du tout le même schéma.

Dans ce cas, il faut un "démodulateur de fréquence" en réception, (par exemple un pLL , LM567 ....) qui, en recevant le 38 KHz sur son entrée, vous redonne les fréquences de départ ( 384 Hz, 1798 Hz ou 3300 Hz) . Le mieux, pour détecter chacune d'elles, derrière , c'est un LM567 qui est fait pour ça. Vous gardez vos filtres devant chacun d'eux.
La modulation de fréquence vous garantirait un niveau détecté des 3 fréquences rigoureusement constant, quel que soit le niveau reçu en IR.

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

bonjour,

La remarque de gwgidaz est très très importante sur le spectre que vous allez produire en modulant votre porteuse. ( C'est celle d'un professionnel ..)

Les fréquences modulantes choisies ( 384Hz, 1.798 kHz, 3,3 kHz ) vont créer les harmoniques suivantes

384 Hz ,768, 1152, 1536, 1920,2304,,2688, 3072, 3456 ........

1798, 3596, 5394 .......

3300 , 6600, 9900 .....

Voyez bien que le fitre sur la modulation à 1798 Hz de +/- 500Hz de large il va sélectionner aussi l'harmonique 2 et 3 de la modulation à 384 Hz ( le 1546 et le 1920 Hz )


Vous devez donc modifier vos fréquences de modulation et adapter la largeur des filtres de sélectivité.


De plus vous avez également un risque d'intermodulation entre les fréquences modulantes.

Il y a lieu d'étudier les spectres qui seront produits du fait de la non linéarité de votre dispositif et optimiser les fréquences utilisées.


Quant à la modulation de fréquence, elle a ses propres pièges.... A étudier selon le choix des solutions mises en oeuvre

[gwgidaz]

Bonsoir,

J'essaye de fabriquer pendant mon temps libre un système de repérage par triangulation destiné à un robot :Le principe est de fabriquer 3 émetteurs/récepteurs IR de fréquences différentes;

Bonjour,

Il va falloir que vous nous en disiez plus, car si les émissions sont simultanées, il y aura aussi , comme le fait remarquer Calculair, les problèmes d'intermodulation.

"3 émetteurs IR de fréquences différentes" : Ce sont les infrarouges qui ont des longueurs d'ondes différentes?? sinon, quelles sont les fréquences différentes ?

Recevez-vous les trois émissions simultanément ? Si oui, faut-il recevoir les 3 signaux simultanément, ou bien le plus puissant?

Bref, il faut détailler un peu plus votre projet...

[Aznarb]

Bonjour,

Débutant en électronique je n'avais effectivement pas pensé au "problème" lié à la génération des harmoniques par la fréquence modulante ou à l'utilisation des autres systèmes et solutions que vous proposez. Vos réponses sont très complètes et enrichissantes, merci beaucoup.

Je précise un peu plus mon projet : Je cherche à fabriquer un système de repérage par balises (3 balises).

Ce système fonctionnera sur ce principe : Chaque balise émettra une fréquence IR de 38 kHz que je souhaite moduler en amplitude par l'intermédiaire d'un NE555 (ou autre, merci pour vos propositions). Chaque passe-bande est "jumelé" à une balise. Je met en pièce jointe un croquis que j'ai réalisé.

Chaque balise émet une porteuse infrarouge modulée par des signaux carrés de fréquences différentes (384 Hz (balise1), 1.798 (balise2) ... à modifier suite à vos retours), chaque signal sera réceptionné, démodulé et filtré afin d'identifier la balise émettrice. Le robot sera capable de définir l'angle entre chaque balise et ainsi de calculer sa position.

Ma source principale est le TIPE de Dahan Jeremy, Labbe Benoît, Tabutin Jonathan
Professeur accompagnateur : L.Douchet : "http://www.prepa-cpe.fr/documents/Projet_GALILEO.pdf". Ce TIPE m'a donné la base du raisonnement avec d'autres ressources.

Merci de vos retours. Bonne soirée

[gwgidaz]

En attendant de voir la pièce jointe, juste une question : Comment le robot déterminera l'angle . Un système tournant?

[Aznarb]

Oui une coupole sur un servomoteur qui lui permettra de tourner

[calculair]

Si je comprends le récepteur ne reçoit 1 porteuse 38 kHz à la fois et pendant un court instant

La durée de réception 1 balise va dépendre de la vitesse de rotation du capteur rotatif ( dont la psition est repérée) et de l'angle d'ouverture ( en principe faible pour une precision de positionnement correcte ).

Cela va limiter l'énergie reçue de la balise d'ou un risque de problème de bonne détection . Par ailleurs la limitation de bande imposée par le filtrage risque de limiter encore le niveau de reception après filtrage ( temps de monté de l'impulsion reçue )

En gardant le même principe du capteur tournant pourquoi ne pas utiliser 3 fréquences de rayonnement differentes pour les balises. Cela évite le filtrage en réception . La sélectivité est assurée par le détecteur lui-même


Si le détecteur rotatif fait par exemple 5 tours par seconde et que l'ouverture visé est de 1° , la balise sera détecté pendant 1/ (5*360 ) = 0,0005 s ou 5/1000 s




Je ne sais si j'ai bien compris... mais il est important de spécifier la precision recherchée pour dimensionner le dispositif de repérage...



Par ailleurs il est important de bien connaitre la spécificié des signaux et ne pas confondre signal sinusoïdal ( sans harmonique à avec un signal tout ou rien riche en harmonique

[Aznarb]

Bonsoir,

J'avais prévu de rajouter un lisseur de crête en sortie de chaque filtre passe bande, ce qui permettrait de délivrer au robot un signal tout ou rien si j'ai bien compris : 0 si le signal n'est pas détecté par le système rotatif et 1 s'il l'est. Qu'en pensez vous ?

Je vais étudier la proposition de gwgidaz pour moduler la porteuse en fréquence et non en amplitude.

Si j'ai bien compris ce que vous me proposez lorsque vous parlez de "fréquences de rayonnement différentes", vous me suggérez d'utiliser par exemple 3 fréquence du domaine IR avec des longueurs d'ondes différentes ? La partie codage suffirait à elle seule pour différencier les signaux des balises sans filtrage ?

J'ai oublié de mentionner que la surface rectangulaire du schéma est 2*3m. Pour le reste vous avez surement mieux compris que moi. :pff:

[Gwinver]

Bonsoir.
Pour suivre le calcul de Calculair, 384 Hz mesuré durant 5/1000 de seconde ne donne que 1.9 périodes, ce qui peut être un peu délicat à mesurer avec la précision requise.

[calculair]

En effet je propose 3 fréquences de rayonnement des balises differentes , soit dans IR ou le visible, l'essentiel est que les détecteurs puissent les discriminer.

Vous devez réfléchir aussi à la precision souhaitée pour le positionnement, ce qui va imposer un angle d'ouverture pour la detection des balises ou directivité de la détection .

Attention : La vitesse de montée du signal détectecté est lié à la bande passante de detection. Vous comprendrez qu'un signal ne peut passer de 0 à 5V en 1 microseconde si la bande passante du système est de 1000Hz Là aussi c'est une question de spectre à passer...

Bonsoir,

J'avais prévu de rajouter un lisseur de crête en sortie de chaque filtre passe bande, ce qui permettrait de délivrer au robot un signal tout ou rien si j'ai bien compris : 0 si le signal n'est pas détecté par le système rotatif et 1 s'il l'est. Qu'en pensez vous ?

Je vais étudier la proposition de gwgidaz pour moduler la porteuse en fréquence et non en amplitude.

Si j'ai bien compris ce que vous me proposez lorsque vous parlez de "fréquences de rayonnement différentes", vous me suggérez d'utiliser par exemple 3 fréquence du domaine IR avec des longueurs d'ondes différentes ? La partie codage suffirait à elle seule pour différencier les signaux des balises sans filtrage ?

J'ai oublié de mentionner que la surface rectangulaire du schéma est 2*3m. Pour le reste vous avez surement mieux compris que moi.

[Aznarb]

Bonsoir,

Merci pour toutes vos réponses.

Pour ce qui est de la vitesse de rotation, c'est un tour par seconde au mieux, je ne l'ai pas encore définie exactement. La précision doit être forte puisqu'il s'agit de repérer le robot sur une aire de 2*3m. Une erreur de 1cm serait le maximum je pense, mais il faut voir jusqu'où je peux pousser la précision.

Je compte avancer sur ce projet lundi, et posterai mes avancées, mon raisonnement et les problèmes rencontrés. Je vous remercie pour vos nombreuses réponses qui vont me permettre d'avancer énormément et d'essayer de nouvelles choses.

[gwgidaz]

Bonjour,

En résumé:

Inutile de moduler la fréquence 38 KHz par une autre fréquence plus basse, ça ne sert à rien.

Deux solutions :

- soit utiliser trois fréquences optiques différentes, mais il faut 3 filtres de "couleurs" différentes.
C'est assez simple, il n'y a plus grand chose en électronique. plus de mécanique , car peut-être 3 détecteurs optiques, un pour chaque couleur.On amplifie derrière la tension continue détectée...Mais attention alors aux lumières parasites ( soleil, éclairage..)

- soit utiliser la même fréquence infrarouge, chaque balise émettra une modulation d'amplitude différente , par exemple F1=28 KHz, F2= 38 KHz et F3 = 50 KHz.
Inutile de passer en FM. En sortie du détecteur optique, on place en parallèle trois filtres sélectifs, sur f1, F2, F3. puis derrière chaque filtre, ampli puis un démodulateur d'amplitude. On obtient ainsi une tension "continue" qui passe par un pic quand le miroir du robot est dans la direction de la balise correspondant à la fréquence.
Une variante: pas de filtre, un détecteur d'amplitude unique pour les trois fréquences, mais on place en sortie de la détection optique 3 détecteurs PLL de fréquence ( LM567) : le pic d'amplitude est attribué alors au détecteur de fréquence qui a réagi.
Il faut bien sur dans ce cas que la dynamique de l'ampli sur la fréquence choisie soit suffisante pour accepter les niveaux variables , qui dépendront de la distance robot- balise. Le mieux, c'est un amplificateur à controle de gain ( CAG) qui permettrait une grande dynamique tout en conservant un niveau constant de détection par diode; Dans ce cas, le pic est repéré sur la tension de CAG.
La rapidité de détection n'est pas un problème si on détecte en amplitude des fréquences de quelques dizaines de KHz.

[penthode]

une observation au passage :

utiliser une modulation "carrée" est la pire des chose , à cause des produits parasites ...

voir le théorème de Fourrier

[gwgidaz]

une observation au passage :

utiliser une modulation "carrée" est la pire des chose , à cause des produits parasites ...

voir le théorème de Fourrier

Oui, c'est certain. On peut moduler l'émetteur optique en sinusïdal avec la fréquence de marquage....Il faudra pour cela une source sinus, et une modulation linéaire. Ce serait l'idéal.

Ceci dit, si c'est vraiment carré, les harmoniques paires seront faibles . A la réception, le décodeur LM567 réagit assez peu à l'harmonique 2 . Il faut se méfier de l'Harmonique 2 du 28 KHz (= 56 KHz) qui risquerait de réagir éventuellement sur le décodeur de 50 KHz. Mais 56 KHz , c'est assez éloigné de 50 KHz... C'est pour cette raison que j'ai suggéré les trois fréquences 28, 38, 50 KHz. Si les décodeurs de fréquences LM567 sont bien réglés avec un bande de détection de +/- 5%, il ne devrait pas y avoir d'interaction.
En fait, la bande de détection du LM567 dépend un peu du niveau à son entrée. C'est pour ça que je suggère de monter un amplificateur à contrôle de gain ( CAG), qui permet d'attaquer le LM567 à niveau quasi constant...C'est la tension de CAG qui permet de déterminer le niveau reçu. On peut ainsi mesurer le niveau reçu avec une très grande dynamique.

On peut aussi remplacer le marquage de chaque balise par autre chose qu'une fréquence. Par exemple chaque balise émet en permanence un train d'un code numérique qui lui est propre . Mais il faut que ce codage n'influence pas trop le niveau crête d'amplitude, car il faut quand même un ampli avec CAG qui donne le niveau crête du signal reçu, pour définir le moment où le miroir est dirigé exactement sur la balise.

La précision du positionnement va dépendre de la directivité du miroir parabolique qui concentre l'IR reçu sur la diode de détection IR. S'il s'agit d'un robot qui se déplace dans le plan horizontal, je verrai très bien un miroir cylindrique, qui ne perd pas la balise si il y a un angle par rapport à l'horizontale . Ce qui compte, c'est d'avoir un azimuth précis.

[penthode]

d'autre part , cette double modulation , porteuse 38 kHz , puis basse fréquence est une usinagaz et source de galères.

les diodes IR peuvent monter trés haut : plus de 100 kHz avec le circuit driver idoine.


donc trois porteuses judicieusement choisies devraient suffire ( rappelons-nous le principe d'OCCAM )

[calculair]

Bonjour,

Pour me fire une idée des precision de visées j'ai essayé de résoudre le problème angulaire posé par le robot.

A priori le calcul est compliqué, j'ai cherché 1/2 heure, mais cela ne m' a pas paru évident .......

[gwgidaz]

Bonjour,

Pour me fire une idée des precision de visées j'ai essayé de résoudre le problème angulaire posé par le robot.

A priori le calcul est compliqué, j'ai cherché 1/2 heure, mais cela ne m' a pas paru évident .......Pièce jointe 359627

Bonjour,
si on n'a que les angles, le problème possède une infinité de solutions homothétiques : le robot peut être à 3 m comme à 30 m , pour les mêmes angles....pour lever l'incertitude, il faut que le robot se déplace et tienne compte du paralaxe. Le problème est alors possible.

[calculair]

Bonjour gwgidaz

Si je reprends la figure que j'ai faite

Par les 3 points A,B, Robot il passe 1 cercle le fait que le robot mesure l'angle (alpha) , le situe sur cercle

Par les 3 points D,C et le Robot , il passe un autre cercle. Le robot mesure l'angle ( beta) , cela signifie qu'il est sur ce cercle

Comme les 2 cercles se coupent en 2 points, le robot n'etant pas en B, il se trouve au point (Robot ) unique..

Pour moi la connaissance des 2 angles (alpha et beta) permet de positionner le robot dans le rectangle prévu

Par contre je ne sais pas faire le calcul simplement ( 2 équations non linéaires à 2 inconnues )

[calculair]

Non c'est en fait 3 équations non linéaires à 3 inconnues

Bonjour gwgidaz

Si je reprends la figure que j'ai faite

Par les 3 points A,B, Robot il passe 1 cercle le fait que le robot mesure l'angle (alpha) , le situe sur cercle

Par les 3 points D,C et le Robot , il passe un autre cercle. Le robot mesure l'angle ( beta) , cela signifie qu'il est sur ce cercle

Comme les 2 cercles se coupent en 2 points, le robot n'etant pas en B, il se trouve au point (Robot ) unique..

Pour moi la connaissance des 2 angles (alpha et beta) permet de positionner le robot dans le rectangle prévu

Par contre je ne sais pas faire le calcul simplement ( 2 équations non linéaires à 2 inconnues )

[gwgidaz]

bonjour,

il y a plusieurs façons de trouver les coordonnées du robot connaissant les coordonnées des trois balises.


Par exemple,
vecteur RA scalaire vecteur RB = module RA . module RB . cos alpha
je remplace dans cette équation les vecteurs par leurs composantes ( xa -xr, .....) et j'écris le produit scalaire en fonction de ces composantes
et je calcule par ailleurs les modules avec les coordonnées de R, de A et de B.

même chose avec vecteur RB scalaire vecteur RC = module RB . module RC . cos beta;

ce qui donne un système d'équations à deux inconnues xr et yr


autre méthode :
R est sur l'arc capable d'angle alpha et de corde AB . Donc le centre du cercle, sur la médiatrice de AB, voit la corde AB sous l'angle 2 alpha. Je peux en déduire l'équation de ce cercle .
R est sur l'arc capable d'angle beta et de corde AC . Donc le centre de ce cercle voit la corde BC sous l'angle 2 beta. je peux en déduire l'équation de ce cercle .
R est à l'intersection des deux cercles.

je suis surpris que ce soit si compliqué. il y a peut-être une méthode plus simple que je n'ai pas vue....Si quelqu'un voit plus simple ?

Mais on s'est un peu éloigné du sujet....

[penthode]

d'habitude , ce marronnier sort en avril-mai , avec les projets de robotique de fin d'année


toutefois , et depuis un moment , il n'y a pas eu d'avance significative sur ce sujet assez ardu.

[calculair]

Bonjour

Je vous ai trouvé un document interessant

http://docplayer.fr/41749656-Balises-eurobot-2006.html

A la page 53 et suivante vous avez le calcul de la position du robot..

Pour moi le problème c'est l'erreur admissible sur cette position et la vitesse d'acquisition de la position Ces données vous aider à spécifier l'électronique ( et la mecanique et l'optique )

[Aznarb]

Bonjour,

Merci pour toutes vos réponses.

Bonne journée

[Aznarb]

Bonjour,

Après réflexion, j'ai choisi de créer 3 fréquences différentes :

Par exemple, le NE555 astable fournira un signal de fréquence 28 kHz, ce signal passera ensuite dans une LED IR de longueur d'onde 940 nm et sera reçue par le récepteur associé. Enfin un NE567 vérifiera que le signal provient bien du NE555 28kHz. (de même pour les 2 autres émetteurs à des fréquences différentes et émetteurs/récepteurs IR différente).

Problème sur le NE567 : J'essaye actuellement de faire fonctionner un NE567 à l'aide d'un GBF GX1010 mais je n'ai pas réussi.. J'ai fait le montage selon la datasheet pour une fréquence f0=37.879Khz R1=15kO C1=1.6NanoF
C2=0.1 MicroF et C3=3C2.

Je ne comprend pas bien ce que je dois obtenir (pour moi, 0 si le signal est dans la bande passante de f0 et 1 sinon). J'ai bien vérifié que le signal d'entrée avait une amplitude inférieure à 200mV (50mVpp)
J'ai vérifié le fonctionnement de mon NE567 (aux pins 5 et 6). J'obtiens un signal continue à 0V en sortie peu importe la fréquence.

Merci d'avance pour vos retours.

Bonne soirée

[penthode]

schéma ?

[Aznarb]

Ci-joint le lien de la datasheet que j'utilise et le schéma utilisé :

http://www.experimentalistsanonymous...eets/NE567.pdf

[Aznarb]

Bonjour,
J'ai persévéré pendant 2 semaines et le NE567 est (enfin) parfaitement opérationnel. L'émetteur NE555 associé aussi.
Si j'ai bien compris, la modulation d'amplitude n'est pas forcément obligatoire. J'essaye maintenant de rassembler tous les éléments.
Mon prototype de NE555 est à 48 Khz, le NE567 est lui aussi configuré pour cette fréquence.
Une simple LED IR 940-950 nm en sortie du NE555 permettrait-elle de transmettre ce signal de 48Khz à une photodiode en réception (distance 3m) connectée ensuite au NE567 ?
Est-il possible de transmettre ce signal de 48 Khz sans modulation d'amplitude ?
Merci de vos nouveaux avis, bonne soirée