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Essais & Simulations n°118

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Le rôle des capteurs dans les essais

Dossier capté, chaque

Dossier capté, chaque TCube connait, de façon très précise, le début de la phase de mesure, et détermine l’instant précis de son timeslot. État de mesure Après le T0, les TCubes transmettent leur mesure dans leur timeslot. Il n’écoute une réponse du master périodiquement, afin d’économiser de l’énergie. Le master mesure la dérive temporelle de tous les éléments communiquant avec lui. En effet, le risque majeur est que des éléments décalent leur timeslot et émettent dans le timeslot des autres, pouvant provoquer des collisions de messages et donc une non-transmission de la donnée de mesure. Pour éviter cela, le master renvoie périodiquement le décalage qu’il y a entre le moment de réception de la mesure et le moment exact du centre du timeslot. Les TCubes se recalent alors automatiquement et le réseau reste synchronisé sur la même base de temps. Dans le but d’avoir un temps de garde suffisant entre les messages, les timeslots ne devraient pas être inférieurs à 100ms. Cela veut dire par exemple, qu’une période de mesure de 1 minute par élément est possible pour un réseau composé d’un maximum de 600 capteurs. Note : Deux réseaux, configurés sur deux fréquences radio différentes peuvent facilement cohabiter et donc doubler le nombre de points de mesure. Mécanismes de robustesse > Synchronisation sur la plage de température Les TCubes subissent les mêmes cycles thermiques que le satellite. La température à des effets sur la source de fréquence servant à garder la base temps, pouvant aboutir à un décalage de 12ms en une minute. Cette dérive potentielle peut poser des problèmes pour la synchronisation, surtout si plusieurs parties du réseau ne sont pas à la même température. Ce décalage est prédictif ce qui nous permet en mesurant la température à côté de la source de fréquence, de le compenser de façon logicielle. Ceci fut testé en cyclant un Tcube entre -40°C et 85°C et comme le montre la Figure 4, un décalage maximum de +/-2ms a été observé, ce qui est acceptable face à un timeslot minimum de 100ms. Figure 4 : Dérive de temps en température sur une minute. > Redondance Dans une trame de mesure envoyée au master, le TCube répète les dernières mesures qu’il a effectuées. Si une des trames est perdue, le système peut la retrouver en la récupérant dans la redondance de la trame suivante. > Adaptabilité du master Si le master se déconnecte ou devient défaillant, le réseau doit pouvoir continuer à fonctionner jusqu’à ce que le problème soit réglé. Lorsque le master est reconnecté ou réparé, le système et la base de temps reprennent leur fonctionnement normal. Ceci se fait grâce aux données contenues dans chaque trame de TCube. Ces dernières contiennent les informations essentielles du réseau étant : le nombre de TCubes, la période de mesure et son timeslot. Si un master reçoit cela, il va se baser sur ces informations pour recréer une base de temps, et reprendre son fonctionnement normal. Le temps pendant lequel le master a été déconnecté peut avoir amené certains TCubes à se désynchroniser. Une période de stabilisation du réseau peut avoir lieu, mais des tests ont montré qu’elle n’excède jamais quelques minutes. Bilan liaison radio Une topologie de réseau en étoile implique que tous les TCubes sont à portée radio du master. Les plus grosses structures de satellite peuvent mesurer jusqu’à 2.5m de côté pour une hauteur totale de 5m. Le volume est divisé en plusieurs cavités, accueillant un grand nombre d’équipements. L’environnement radio est, de fait, très aléatoire. D’après des études sur la propagation de signal radio en 2.4Ghz, le fait que les TCubes soient dans une structure métallique fermée serait à leur avantage car l’énergie émise lors de la transmission, resterait dans cette Figure 5 : Intérieur de la structure satellite Figure 6: Structure satellite Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 57

Dossier structure jusqu’à atteindre le master. Dans le but de valider cela, nous avons effectué des tests sur une maquette de satellite E3000 d’Astrium Defence and Space. Ce modèle est l’un des plus grands, mesurant 2.5m de côté pour une hauteur de 3.2m. L’intérieur est divisé en 8 cavités avec un tube de fibre de carbone central. La structure est composée majoritairement de cloisons d’aluminium alvéolées. Le master est mis dans une cavité et nous déplaçons un Tcube dans toutes les cavités tout en mesurant le niveau de réception radio. Le résultat est le suivant : Note : RSSI = Received Signal Strength Indicator C1 est la cavité du master et C7 est la cavité la plus éloignée du master. Les fluctuations du niveau de réception illustre la propagation aléatoire du signal et les réflexions sur les parois (multipath). La sensibilité du système de réception étant de -85dBm, la marge de 22dBm que l’on observe dans le pire cas nous conforte quant à la qualité du bilan liaison radio. Power source Le Tcube est équipé d’une pile répondant au meilleur compromis fait parmi ces critères : • Technologie de batterie. • Capacité d’énergie. • Courant maximum en pulse. • Courant maximum en continu. • Plage de température de fonctionnement • Format de packaging • Taille En effet, l’autonomie qu’une pile peut fournir à un système n’est pas seulement l’extrapolation de sa capacité associée à un profil de consommation. Elle est directement dépendante de la plupart de ces facteurs, notamment relatifs aux ordres de grandeur des courants à délivrer et à la température de fonctionnement. Une fois sélectionnée sur des critères théoriques, la batterie a subi une série de tests qui nous assure de sa qualification pour l’application. En parallèle de cela, un travail sur l’optimisation de l’étage d’alimentation a été effectué, ceci afin de réduire l’intensité des pics de courant lors des émissions. Ces pics sont particulièrement critiques lors de températures négatives, créant une chute de tension due à la passivation de la batterie sur la ligne d’alimentation du système. On peut voir sur la figure 7, que bien que cette chute soit significative, elle ne descend pas en dessous des 3V, ce qui est supérieure à la tension d’arrêt du Tcube. > Performance de mesure L’objectif à atteindre est d’égaler ou dépasser la précision qu’offrent les Figure 7: Tension de pile vs température thermocouples. Ceci pour des phénomènes statiques, mais aussi dynamiques. Le Tcube est entièrement résiné pour le rendre le plus petit possible et pour garantir sa tenue dans le vide. Une bonne conductivité thermique de la résine mène à de meilleures performances de mesures, notamment en dynamique. Un test présenté en figure 8 et 9 nous a permis de le vérifier. Nous avons installé des TCubes Figure 8: Enceinte de vide thermique de test Figure 9: Enceinte de vide thermique de test avec écran thermique Figure 10 : Profile de test Figure 11 : Détail de la réponse en dynamique Figure 12 : Performance de mesure Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 58

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