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RAPPORT DE STAGE TECHNICIEN 2007
TEBOUL Nicolas
-Sophia Antipolis c/o ESINSA1645, route des Lucioles Parc de Sophia
Antipolis
06410 BIOT
Monsieur Pierre Giraud
Société SLE
" Les Espaces de Sophia »80, route des Lucioles
06560 Valbonne
IMPLANTATION DǯUN MODULE BLUETOOTH
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 2 sur 39
REMERCIEMENTS
électronique, qui m'a proposé ce sujet de stage, et également pour la confiance qu'il a bien
long de ces deux mois. Je souhaite remercier M. Magagnini Alain, ingénieur développement du serviceElectronique, pour sa disponibilité, ses conseils et son aide, notamment dans la réalisation de
la carte. Messieurs Cegarra José et Podkowa Stéphane, ingénieurs au sein qui ont pris le temps de répondre à mes interrogations. Ces deux personnes ontSTAGE TECHNICIEN 2007 Page 3 sur 39
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS .......................................................................................................................................... 2
TABLE DES MATIERES .................................................................................................................................. 3
TABLE DES ILLUSTRATIONS ET ANNEXES .................................................................................................. 4
INTRODUCTION .............................................................................................................................................. 5
CHAPITRE 1 : PRESENTA4CB ǯB42023E ........................................................................................ 6
1. Historique de SLE ...................................................................................................................................... 6
2. Les domaines d'actiǀitĠs de SLE ................................................................................................................ 8
3. Les produits SLE ...................................................................................................................................... 11
CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU PROJET DE TRAVAIL ............................................................................ 12
2. L'enǀironnement..................................................................................................................................... 12
3. La mission ............................................................................................................................................... 13
CHAPITRE 3 : 2A00C24 ǯA464E ...................................................................................................... 14
1. Choix technologique ............................................................................................................................... 14
2. Choix du composant ............................................................................................................................... 16
3. Développement ...................................................................................................................................... 17
4. Tests de fonctionnement ........................................................................................................................ 23
CONCLUSION ................................................................................................................................................. 26
ANNEXES ...................................................................................................................................................... 27
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 4 sur 39
TABLE DES ILLUSTRATIONS ET ANNEXES
LISTE DES FIGURES
FIGURE 1 : ORGANIGRAMME DU GROUPE MARK IV ........................................................................................... 6
FIGURE 2 : ORGANISATION DE SLE .................................................................................................................. 7
FIGURE 3 : LES PRINCIPAUX PRODUITS SLE ..................................................................................................... 11
FIGURE 4 : ORGANIGRAMME DE L'EQUIPE DE TRAVAIL ...................................................................................... 12
FIGURE 5 : LIAISON AVEC PC ........................................................................................................................ 16
FIGURE 6 : LIAISON AVEC LE MICROCONTROLEUR DU PANNEAU D'AFFICHAGE ....................................................... 17
FIGURE 7 : LPC2104 CONÇUE PAR EMBBEDED ARTISTS ................................................................................... 18
FIGURE 8 : CONNECTEUR SUB - D9 .............................................................................................................. 19
FIGURE 9 : CARTE NXP ............................................................................................................................... 19
FIGURE 10 : BGB203 ................................................................................................................................ 21
FIGURE 11: ADAPTATEURS HABITUELS ........................................................................................................... 22
FIGURE 12 : CONVERTISSEUR USB-SERIE ....................................................................................................... 24
FIGURE 13 : LOGICIEL DE PILOTAGE DU CONVERTISSEUR USB-RS232 ................................................................. 25
FIGURE 14 : COMPORTEMENT AVANT DECOUPLAGE ........................................................................................ 32
FIGURE 15 : COMPORTEMENT APRES DECOUPLAGE ......................................................................................... 32
FIGURE 16 : CARTE PC ............................................................................................................................... 33
FIGURE 17 : CARTE MICROCONTROLEUR ........................................................................................................ 34
FIGURE 18 : CONVERTISSEUR USB - RS232 .................................................................................................. 35
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 1 : COMPARAISON DE TECHNOLOGIES .............................................................................................. 27
TABLEAU 2 : EBAUCHE DE L'ETUDE DU MARCHE DES COMPOSANTS BLUETOOTH ................................................... 28
TABLEAU 3 : EBAUCHE DE L'ETUDE DE MARCHE DES ANTENNES BLUETOOTH ........................................................ 28
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 5 sur 39
INTRODUCTION
électronique de SLE. Ma mission chez SLE me semblait plus intéressante, car elle correspondait à ma spécialisation dans les systèmes embarqués. De cette façon en pratique certaines de mes connaissances, acquises lors de ma formation, mais aussi me familiariser avec une technologie en devenir. Mrs orienté vers cette entreprise de taille humaine. Ce stage nécessite une Le travail demandé requiert autonomie et confiance en soi. U dans Il correspond au futur sept communication sans fil, de courte portée, produit sera utilisé par la RATP. Dans un premier temps, il faudra choisir une technologie, puis un produit, en tenant comptedes habitudes de la société. Ensuite, mon travail sera de faciliter la mise en service de cette
communication. Chaque choix devra en outre être expliqué et justifié à mon tuteur.STAGE TECHNICIEN 2007 Page 6 sur 39
MARK IV
Comité de
directionDistribution
Industrielle
Matériaux
Rames de
TrainTechnologies
du transportLuminator
Texas, USA
FP Electronics
Canada
SLEFrance
FoconDanemark
LLEAllemagne
Véhicules à
Moteur
Moteurs
Liquides
Chapitre 1 : PRESENTATION DE LǯENTREPRISE
SLE (Serel Luminator Europa) est une PME qui compte environ 70 personnes qui sont pour la plupart ingénieurs. Mais on y trouve également des techniciens et des commerciaux.Parmi les clients de SLE, on trouve la RATP, ou des sociétés de gestion de réseaux de
tramway. Les solutions SLE ont été installées et mises en service en France, en Angleterre, en
Suisse, en Finlande, ainsi qu'aux Etats Unis.
transports intelligents ». Ils peuvent être de trois types : ¾ s : SLE va permettre à la société qui exploite le technologies nouvelles. Par exemple, des transmissions de données Wi-Fi, ou une localisation GPS des tramways ;¾ s
SMS ; ¾ s : qui permettent de suivre les passagers en temps réel1. Historique de SLE
a été achetée par Mark IV Industries en 1993, leader mondialFigure 1 : Organigramme du groupe Mark IV
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 7 sur 39
¾ une analyse précise, avec une étude des besoins ; ¾ un développement après validation par le client ; ¾ un essai en usine de tous les équipements ; pôles, chaque pôle assurant une partie du travail, depuis le premier contact avec le client, et ceFigure 2 : Organisation de SLE
SLE assure également la maintenance de ses anciennes installations, en réalisant des misesà jour matérielles et logicielles.
Direction
Wilfried Rouger
Pôle
Conseil
Pôle
Production
Pôle Technologies
Responsable :
Nicolas Prot
Electronique
Responsable :
Pierre Giraud
Mécanique
Pôle
Exploitation
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 8 sur 39
2. Les domaines ǯ...--±s de SLE
Pour gérer, informer et sécuriser, SLE propose aux gestionnaires de réseaux: A. : Les réseaux de transports ont besoin de localiser les véhicules sur les lignes, de gérer le réseau, d'améliorer la sécurité des voyageurs et des conducteurs.Ainsi, les systèmes d'aide à l'exploitation en temps réel de SLE permettent aux opérateurs et
aux gestionnaires :9 de suivre et de localiser les véhicules
par GPS ;9 de réguler le trafic à partir des horaires
d'avance/retard en temps réel de chaque véhicule ;9 de gérer les messages d'alarmes, et
ainsi d'intervenir rapidement ;9 d'effectuer des statistiques sur les
données d'exploitation.Les SAE sont basés sur une architecture ouverte et peuvent être personnalisés pour répondre
aux besoins des clients.Les échanges d'informations se font par :
9 communication radio dédiée (2RP, 3RP TETRA),
plus particulièrement destinées aux systèmes urbains ;9 communication GSM ou GPRS adaptée à la
couverture et à la gestion de réseaux interurbains sans déploiement spécifique.STAGE TECHNICIEN 2007 Page 9 sur 39
B. Des Systèmes Information Voyageur (S.I.V) :
Dans les gares routières ou maritimes, des bornes installées à différents endroits
stratégiques affichent :9 les horaires des prochains départs ;
9 les destinations ;
9 les lieux de départ (quai) ;
9 la date et l'heure courante.
Aux arrêts d'une ligne et dans les abribus, des bornes affichent :9 la destination, le numéro de la ligne ;
9 le temps d'attente du prochain véhicule à l'arrêt
où se situe la borne ;9 des messages défilant.
Dans les véhicules, des journaux lumineux de bord affichent :9 le nom du prochain arrêt ;
9 la destination.
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 10 sur 39
C. : SLE propose un système de vidéosurveillance embarqué comprenant :9 des caméras miniatures permettant d'optimiser à tout instant les conditions
de prise de vue ;9 un enregistreur performant et évolutif de dernière génération ;
9 une station de lecture de type PC avec un logiciel sécurisé de dépouillement ;
9 des équipements et des logiciels d'aide à l'installation et à la maintenance.
Les caméras sont disposées à l'avant,
près du conducteur, aux portes centrales et arrières des véhicules.Elles permettent de visualiser les
déplacements (ou mouvements) des passagers. Un voyant placé dans le champ de vision du conducteur lui permet de contrôler le fonctionnement du système de vidéosurveillance. L'enregistreur numérique permet le stockage des images sur disque dur extractible de grande capacité.Il est protégé par un boîtier conçu pour résister aux conditions particulières rencontrées dans
les véhicules (climatique, électrique, mécanique).Le système peut être également équipé d'un microphone pour enregistrer les bruits ambiants
dans les véhicules. En cas d'appel d'urgence du conducteur, le véhicule peut être localisé automatiquement sur une carte géographique, des messages SMS et des emails peuvent être envoyés.STAGE TECHNICIEN 2007 Page 11 sur 39
3. Les produits SLE
Equipement Embarqués :
visuelle et vocale destinée aux voyageurs :9 localisation du véhicule par GPS ;
9 informations visuelles affichées sur le journal lumineux de bord (destination, prochain
arrêt, date et heure) et sur les girouettes extérieures (destination, ligne) ; 9 ;9 données définies et enregistrées dans une application (base de données).
9 localisation précise du véhicule ;
9 informations pour les voyageurs ;
9 aide à la conduite ;
9 ;9 communication avec le poste central ;
9 transfert de données haut débit.
Le pupitre de commande :
Ce pupitre permet au conducteur de superviser un grand nombre de fonctions embarquées :9 afficheurs électroniques (girouettes, journaux lumineux de bord)
9 ; 9Le Journal de Bord Lumineux (JBL ou JLB)
fficheur lumineux composé de LED et de la destination, cela de jour comme de nuit. On peut choisir de faire défiler le texte avec ou sans pause, de le faire clignoter ou de la maintenir fixe.Figure 3 : Les principaux produits SLE
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 12 sur 39
Chapitre 2 : PRESENTATION DU PROJET DE TRAVAIL
stage est décrit dans ses grandes lignes.1. ǯ±"
travail est composée de : Pierre Giraud, mon tuteur, et responsable de cette équipe. Il doit faire face directement à la
hiérarchie, et apporte une vision financière à toutes les actions menées ; Fabrice Mignon, son adjoint, en charge de la programmation de microcontrôleurs. Son rôle est essentiel, car il conditionne le fonctionnement de chaque projet ; José Cegarra, es ;
Stéphane Podkowa, conçoit des afficheurs ; Alain Magagnini, a une mission propre : inhiber les effets du rayonnementélectromagnétique sur les cartes.
milieu industriel.Figure 4 : Organigramme de l'équipe de travail
Le siège de SLE se trouve à Sophia-Antipolis, dans un centre de bureaux appelé "LesEspaces de Sophia ».
Les bureaux sont spacieux et lumineux. Ils permettent de communiquer aisément avec les seulement la bonne intégration sociale, mais gagner de nouveaux marchés, et conserver les anciens clients.Pierre
Giraud
Stéphane
Podkowa
José
Cegerra
AlainMagagnini
Nicolas
Teboul
Fabrice
Mignon
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 13 sur 39
3. La mission
Le but de mon stage est de mener une étude sur un module de communication sans fil de courte portée, pour un futur produit que va développer SLE RATP. Si cette communication e dans ce produit, utilisée par la suite. ournir aussi une solution à cette demande grandissante. Cette communication doit permettre de mettre à jour le programme contenu dans le panneau dement dit, en plus de pouvoir afficher un nouveau message sur le panneau, la communication doit permettre des remises à jour logicielles.Les contraintes fixées sont les suivantes :
un objectif de prix assez réduit maximum ; contrainte de place minimale ;
consommation minimale.
Ce sujet de stage permet une très grande liberté, dans la mesure où riendéfini. Par contre, chacun de mes choix doit être exposé et justifié, pour en tirer profit au
maximum. courte portée, et ne possède les bases de son fonctionnement. Mon tuteur peut seulementSTAGE TECHNICIEN 2007 Page 14 sur 39
Chapitre 3 : RAPPORT DE LǯACTIVITE
technologie, puis du composant. Ensuite, les étapes menant à la réalisation de prototypes seront
détaillées, de la réception de la première carte de développement aux tests de fonctionnement.
1. Choix technologique
yens de communications sans fil pré-étude a été nécessaire. Les technologies sans fil sont des systèmes de communication de courte portée, conçues pour remplacer à terme un ensemble de liaisons filaires. Sur le marché, trois technologies sont développées : le Zigbee, le Wi-Fi, et le Bluetooth. Le Zigbee ne bénéficie pas encore de la notoriété suffisante, ni du retour Le Wi-Fi est démocratisé lui, mais ses caractéristiques ne correspondent pasà notre utilisation, à savoir une très courte portée, donc une très faible
puissance. Son coût, sa consommation, sa robustesse sont les principaux avantages de son utilisation. Imprimantes, souris, claviers, lecteurs MP3, récepteurs GPS, télécommandes, appareils photo numériques, manettes de consoles de jeux, téléphones portables. De cette manière, on crée des réseaux personnels sans fils (WPAN pour WirelessPersonal Area Network)
-récepteur, une bande de base et un compatibilité entre tous les périphériques.réservée pour l'industrie, la science et la médecine. Au niveau mondial, la bande de
fréquences s'étend sur 83,5 MHz (de 2,4 à 2,4835 GHz). libreEricsson, société suédoise, a lancé les prémices de la technologie en 1994. Elle décida de la
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 15 sur 39
la Norvège. Il était surnommé " Blåtand », en français, " dent bleue ». Le logo représente les
initiales en alphabet runique de " Blåtand ». poursuit le développement de la technologie. Ces sociétés forment le SIG1. Depuis, on a vu apparaître plusieurs versions de la technologie : IEEE 802.15.1 : le standard Bluetooth 1.x permettant d'obtenir un débit de 1 Mbit/sec ; IEEE 802.15.2 propose des recommandations pour l'utilisation de la bande de fréquence2.4 GHz (car cette fréquence est également utilisée par le WiFi). Le débit peut atteindre 2
Mbit/sec. La version 2.1 est la commercialisation la plus récente ; IEEE 802.15.3 est un standard en cours de développement visant à proposer du haut débit (20 Mbit/s) avec la technologie Bluetooth. Pour chaque composant Bluetooth, il existe 2 types de certifications :¾ End Product2 de
commercialisation Bluetooth pas une nouvelle certification, le produit peut être commercialisé Bluetooth ; ¾ Comp-HW-Integrated3. Pour utiliser un composant certifié Comp-HW-Integrated associé , pour le commercialiser en utilisant la norme Bluetooth des composants devient un End Product ; produit soit certifié Bluetooth, il faut satisfaire les conditions suivantes :1) le produit doit être conforme avec les impératifs techniques du
programme de qualification ;2) les honoraires de liste doivent être payés au Bluetooth SIG ;
produit Bluetooth : redevance annuelle : de 5000 $ à 45 000 $, suivant sa position de membre ; coût des tests par le BQB4 : de 0 à 20.000 $ ; coût du listage BQBL5 : 5000 à 10.000 $ ; coût de constitution du dossier par le BQB : 2300 $. Le coût total minimal est donc de 12 300 $ pour le lancement, plus 5 000 $ par an. Une société qui commercialise un produit sans payer les honoraires de liste correspondants,peut être poursuivie pour l'infraction de la propriété intellectuelle (IP). La technologie de
Bluetooth est une technologie brevetée : les propriétaires (Bluetooth SIG) donnent le permis d'utiliser leur brevet seulement si les honoraires correspondants sont payés.1 SIG : Special Interest Group : les membres de ce groupe participent au développement du Bluetooth.
2 Produit fini
3Comp-HW-Integrated : seule une partie de la pile protocolaire est validée.
4 Bluetooth Qualification Body : personne physique, reconnue par le SIG, en charge des certifications
5 Bluetooth Qualification Product Listing : Liste des produits certifiés et rec
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Une nouvelle technologie, le Wibree, initialement développée par Nokia pour concurrencer le Bluetooth, a été intégrée à la norme Bluetooth technologie prévue pour des appareils connectés en permanence (une montre par exemple) qui nécessitent très peu de débit. La consommation est tellement faible que les appareils peuvent rester plus rapprochées. Le Bluetooth est une technologie très bien implantée, et les nouvelles versions de la norme vont rendre cette interface incontournable. A noter tout le même que sur le site Internet Bluetooth.com, le SIG est décrit comme une association privée, à but non lucratif.2. Choix du composant
Nous devons décider quelle famille de composants nous allons utiliser. Les End Product les deux fois plus chers que les Comp-HW-Integra
1000 pièces seulement, cela induit un coût unitaire trop élevé.
Le client nous a demandé une communication courte portée, sans nous spécifier de norme. Bluetooth. Dans ce cas, nous pouvons utiliser les Comp-HW-Integrated, en restant dans une sphère privée.Nous allons donc développer deux cartes.
La première, que nous appelleront carte PC, permettra de transmettre des données du PC versFigure 5 : Liaison avec PC
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 17 sur 39
La seconde carte, en liaison avec le microcontrôleur permettra le traitement de ces données.Des accès sécurisés devront être mis en place, pour inhiber la transmission avec des
utilisateurs Bluetooth non désirés. La solution la plus économique se révèle être une puce fonctionnant dans la bande de fréquences ISM. La recherche a débuté par le site bluetooth.org, qui référence étroite collaboration avec deux fournisseurs seulement (Silica etNous allons utiliser un
composants Bluetooth de classe III, faible : 0 dBm (1 mW). Le meilleur prix pour les caractéristiques demandées était obtenu pour le BGB203 de chez ce composant.fabricant et son client, qui garanti au fabricant que son produit restera dans un domaine
tions sous peine de poursuites.3. Développement
A. Carte Embedded Artists
Silica, le fournisseur choisi, nous a ainsi proposé une carte de développement, la LPC2104 (Figure 7 élaborer des jeux avec interface graphique, mais qui possède ce composant : le BGB203. Le fournisseur nous a gracieusement prêté cette carte pour une durée de 2 mois. En fait, ce geste commercial lui permet de garantir une future commande pour sa société. Figure 6 : Liaison avec le microcontrôleur du panneau d'affichageSTAGE TECHNICIEN 2007 Page 18 sur 39
Figure 7 : LPC2104 conçue par Embbeded Artists
Cette carte est composée de deux microcontrôleurs : un ARM 32 bits, que le testeur programme ;
Le microcontrôleur maître a une architecture RISC et peut se programmer en C/C++.Pour cela, j
Actif. ARM a développé des bibliothèques spécifiques pour son utilisation. Pour comprendre les exemples et ensuite programmer sonPar exemple, un tu8
Pour installer la carte, et la relier au PC, il a fallu trouver les pilotes sur Internet, qui
permettent de reprogrammer le microcontrôleur via le JTAG6.Le développement sur la carte est fastidieux : il faut la reprogrammer chaque fois pour
pouvoir la tester.Avec une clé USB7-
détection de cette puce Bluetooth avec la carte par ce biais. Cette carte ne convenait pas à notre utilisation, du fait son interface graphique finalement inutile, et des difficultés rencontrées lors de la fonctionnement du BGB203 avec ce microcontrôleur, dixit Sylvère Mochet, responsable de ce prêt au niveau de notre fournisseur. Entre temps, fort heureusement, le fournisseur nous avait informés composétude.6 JTAG : Norme IEEE 1149 conçue pour faciliter au automatiser le test des cartes électroniques numériques.
7 L'Universal Serial Bus est une connexion à haute vitesse qui permet de relier des périphériques externes à un
ordinateur.STAGE TECHNICIEN 2007 Page 19 sur 39
B. Carte NXP
Cette carte (Figure 9
e liaison série (5 fils : RXD, TXD, RTS ; CTS ; GND).Voici la procédure su (Voir Annexes)
Cette carte se pilote directement avec la voie série deSUB-D9, situé sur la
face arrière de nos unités généralement office de voie série. Sur les anciens pourquoi sur les PC portables récents, ces communications disparaissent peu à peu. HyperTerminaux sous Windows).
Il est à noter que les composants Bluetooth présents sur la carte ont été préprogrammés : ils
fonctionnent uniquement pour un débit (115 200 kb/s) et un type de données précis (1 bit de stop, pas de bit de parité). Voir en Annexes connexion Bluetooth avec ce kit. Avant la livraison au client, les BGB203 devront donc être préprogrammés eux aussi parJTAG, afin de pouvoir être utilisés.
Figure 8 : Connecteur SUB - D9
Figure 9 : Carte NXP
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 20 sur 39
En branchant deux cartes identiques, une première transmission de données par Bluetooth apu être réalisée. Cette connexion présente néanmoins un défaut entrevu plus tard, la
de la voie série. permet une portée avec des transferts8 réalise des connexions fiables
négligeable par rapport aux antennes CMS.C. Elaboration des schémas
Les schémas des 2 cartes ont ainsi été réalisés (Voir Annexes).Carte PC :
ordinateurs portables). Cette carte sera alimentée par USB. pas vraiment éloigné de celui attendu par notre application. Les composants que je devais : les capacités de découplage (Voir Annexes).La difficulté majeure était de pouvoir piloter la carte par USB. Le même convertisseur
USB/UART, que sur la carte Embedded Artist a été utilisé. En effet, son fonctionnement est connu, et les schémas fonctionnels étaient réalisés. Des connecteurs JTAG peuvent être utilisés pour reprogrammer la puce Bluetooth. Un circuit de reset avec un bouton poussoir a été ajouté pour initialiser les composants.8 CMS : Composants Monté en Surface
Imprimée en faisant un cuivre de cette forme,
avec les bonnes dimensions. CMSAvec connecteur de type SMA
STAGE TECHNICIEN 2007 Page 21 sur 39
Carte microcontrôleur :
provient du reste du circuit : on dispose de 3.3V régulé et de 1.8V régulé par ailleurs sur le
pa.