Tests des communications sans fil avec les capteurs de pression des pneus

« Cette approche nous permet de gagner du temps en termes de développement et de validation (jusqu’à quatre semaines) et de réaliser des économies par rapport à la solution actuellement mise en œuvre. »

- Joram Fillol-Carlini, Continental Automotive France, Wireless Tests

Le défi :

Nous devions valider et développer un capteur personnalisé pour le protocole de communication à moindre coût par rapport aux systèmes existants.

La solution :

Nous avons développé une carte de communication RF générique et configurable pour la bande de fréquence ISM (315 MHz/433,92 MHz/868 MHz/915 MHz) qui peut transmettre et recevoir toutes les trames modulées en FSK ou ASK. La carte est conçue pour être intégrée dans un testeur de prototype, puis dans un testeur de production. Nous y sommes parvenus grâce à une approche radio logicielle qui combine une carte USRP-2900 pour envoyer et recevoir des signaux RF et un logiciel LabVIEW pour créer un programme convivial, modulaire et configurable.

Auteur(s) :

Sébastien Kessler - Continental Automotive France, Wireless Tests
Joram Fillol-Carlini - Continental Automotive France, Wireless Tests

 

Test de communication avec les capteurs de pression des pneus

Continental Automotive, fournisseur de premier plan de solutions automobiles, fabrique divers capteurs, clés et autres équipements connectés qui fonctionnent selon différents protocoles RF.  

 

Parmi ces capteurs communicants, certains sont dédiés à la surveillance continue de la pression des pneus. Ainsi, il est toujours possible de déterminer la pression des pneus et de recevoir une alerte en cas de perte de pression anormale. Par conséquent, le système de surveillance de la pression des pneus Continental évite une cause fréquente d’accidents et assure une sécurité optimale pour le conducteur. Il permet également de réduire les émissions de CO2 et la consommation de carburant (un pneu sous-gonflé de 0,3 bar entraîne une surconsommation de 1,5 % en moyenne).

 

Pour les véhicules légers et les poids lourds, Continental propose une gamme complète de solutions de capteurs de pression des pneus qui répondent aux diverses réglementations européennes et internationales.  

 

 

 

Les exigences de qualité de l’entreprise prévoient de nombreux tests sur les produits. Ceux-ci sont désormais effectués sur des cartes dédiées, à l’aide de matériels et de logiciels spécialement conçus à cet effet.  

 

Par conséquent, en cas d’évolution des besoins du client ou des technologies utilisées, il est parfois nécessaire de mettre à jour le logiciel de la carte dédiée ou de commencer une nouvelle conception matérielle. Parmi les évolutions les plus courantes, citons la taille de la trame, le type de modulation, le débit, le codage des données ou la fréquence utilisée. Cette approche est coûteuse en termes de ressources pour le développement et la maintenance, et exclut une approche standardisée. L’entreprise doit donc trouver une alternative plus pratique et moins coûteuse.

 

Une solution consiste à utiliser la technologie de radio logicielle (SDR) pour créer des logiciels d’application RF rapides à développer et faciles à configurer.

 

Les contraintes d’une carte de test

Compte tenu des centaines de milliers de produits fabriqués chaque jour et du taux d’erreur toléré extrêmement faible, une application qui teste des équipements tels que des capteurs de pression des pneus ou des clés de voiture doit être robuste, fiable et rapide.  

 

Il est donc nécessaire de développer une solution robuste et flexible qui présente la même fiabilité que la solution actuellement utilisée. Cette solution doit être conviviale et complète afin de pouvoir s’adapter aux évolutions des technologies et des protocoles. 

 

Elle doit être capable d’utiliser les modulations ASK et FSK en transmission et en réception, de s’adapter à diverses vitesses de transmission et à différentes fréquences, ainsi que de coder/décoder le code Manchester.

 

L’avantage de la technologie de radio logicielle est qu’elle ne requiert généralement que deux composants :  

  • Une carte pour la transmission/réception de signaux
  • Un ordinateur avec un logiciel capable de traiter ce signal  

 

Combinaison d’équipements USRP-2900 et LabVIEW

 

 

Nous avons donc utilisé l’USRP-2900 de NI (Figure 1). C’est un transcepteur RF qui couvre la gamme de 70 MHz à 6 GHz avec une bande passante instantanée maximale de 20 MHz dont les caractéristiques sont relativement bien adaptées aux exigences de notre application. Ce périphérique USRP (Universal Software Radio Peripheral) nous permet non seulement de capturer les messages de produits RF sous test, mais aussi de les transmettre via deux voies, Tx/Rx et Rx.

 

Le périphérique USRP est piloté par le logiciel LabVIEW sur lequel sont effectuées les principales opérations de traitement du signal pour la démodulation et le décodage des trames provenant des capteurs. Nous pouvons également utiliser LabVIEW pour créer une GUI (Graphical User Interface).

 

 

 

La programmation par carte radio logicielle sous LabVIEW reproduit exactement les mêmes étapes de traitement du signal que celles effectuées par une carte dédiée basée sur un circuit intégré RF spécifique pour la transmission ou la réception.

 

 

Pour la réception (Figure 2), nous avons créé un diagramme capable de détecter une trame en fonction de la puissance, de l’isoler, de la démoduler et, enfin, de la décoder pour afficher le contenu.  

 

En revanche, pour la transmission (Figure 3), nous avons créé un diagramme avec les mêmes étapes, mais dans l’ordre inverse, pour pouvoir transmettre des trames RF via le périphérique USRP.

 

L’une des principales exigences pour la création des diagrammes sous LabVIEW était de s’assurer que les utilisateurs avaient accès et étaient capables de modifier un nombre maximal de paramètres relatifs au protocole RF à transmettre ou à recevoir.

 

Cette solution fonctionne grâce à la combinaison de matériel USRP et de logiciels LabVIEW, qui offrent une compatibilité optimale et facilitent le développement. 

 

Envoi et réception de trames grâce à la solution Continental

Le programme LabVIEW permet d’envoyer et de recevoir des trames contenues dans la bande de fréquence ISM. Nous pouvons définir la fréquence, le débit en bauds, la modulation (ASK ou FSK) et le nombre d’octets à recevoir, ainsi que coder/décoder le code Manchester. (Figure 4)

 

 

Le contenu des trames à envoyer est personnalisable. Nous pouvons envoyer une séquence contenant une trame de réveil suivie d’un nombre défini de trames contenant les informations utiles. (Figure 5)

 

 

La plupart des variables sont configurables, ce qui nécessite une étape de configuration et d’initialisation à la première utilisation. Une fois celle-ci terminée, le programme fonctionne automatiquement et ne nécessite aucune modification supplémentaire.

 

En cas de modification du protocole de transmission et de réception, il suffit de redémarrer le logiciel et de modifier les paramètres lors de l’étape de configuration et d’initialisation. Nous pouvons alors utiliser le nouveau protocole.

 

Cette approche nous permet de gagner du temps en termes de développement et de validation (jusqu’à quatre semaines) et de réaliser des économies par rapport à la solution actuellement mise en œuvre.  

 

Remarque : nous n’avons pas développé le système pour effectuer la communication avec un objet en temps réel. L’envoi et la réception de trames se font de manière asynchrone. Cette fonctionnalité n’est pas requise pour les produits testés aujourd’hui.

 

Il serait toutefois possible de développer le programme pour inclure cette fonctionnalité à l’avenir. Cependant, il faut également tenir compte des limites de notre utilisation actuelle de la radio logicielle et du logiciel LabVIEW. Le traitement du signal est effectué sur un PC Windows, ce qui ne permet pas un traitement exclusivement « en temps réel » et entraîne un retard de plusieurs millisecondes.

 

Conclusion

L’utilisation de la carte USRP-2900 et du logiciel LabVIEW a permis de valider l’approche radio logicielle pour la transmission et la réception de trames RF pour les systèmes d’accès aux véhicules ou de surveillance de la pression des pneus. L’étape suivante consiste à évaluer l’intégration de cette solution dans un environnement de production.

 

Informations sur l’auteur :

Joram Fillol-Carlini
Continental Automotive France, Wireless Tests
1, avenue Paul Ourliac
Toulouse 31100
France
Tél. : +33 5 31 96 91 84
joram.fillol-carlini@continental-corporation.com

Figure 1. Carte USRP-2900
Figure 2. Présentation du diagramme du programme de réception
Figure 3. Présentation du diagramme du programme de transmission
Figure 4. Présentation du programme de réception
Figure 5. Présentation du programme de transmission