CONCEPTION ET REALISATION D’UNE INTERFACE LOGICIELLE …
Transcript of CONCEPTION ET REALISATION D’UNE INTERFACE LOGICIELLE …
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO__________________
FACULTE DES SCIENCES__________________
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE__________________
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DUDIPLÔME D’ETUDES APPROFONDIES (DEA)
DE SCIENCES PHYSIQUES
Option GEOPHYSIQUE
Présenté par:
Mlle RAKOTONDRAFARA Hobiniaina
Soutenu publiquement le 08 Décembre 2004
Devant la Commission d’examen composée de: Président : M. RAMBOLAMANANA Gérard, Professeur, Responsable du Laboratoire de
Sismologie, Sismique et Infrason à l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo
Rapporteur : M. RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noël, Professeur Responsable du Laboratoire de Géomagnétisme à l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo
Examinateur : M. RATSIMBAZAFY Jean Bruno, Professeur Titulaire Directeur de l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo
M. RAKOTOMAHANINA RALAISOA Emile, Professeur Titulaire Responsable de la formation doctorale de physique expérimentale
XIXème PROMOTION
CONCEPTION ET REALISATION D’UNE INTERFACE
LOGICIELLE POUR UN RESISTIVIMETRE
ELECTRIQUE
Recommande à l’Eternel tes œuvres, Et tes projets réussiron
Prov 16/3
Par la grâce de Dieu je suis ce que je suis.I.1.3.1.I COR 15/10
Recommande à l’Eternel tes œuvres, Et tes projets réussiront
Prov 16/3
Par la grâce de Dieu je suis ce que je suis. I Cor 15/10
Remerciement
REMERCIEMENT
Ce mémoire n’aurait pas pu être réalisé sans la collaboration de plusieurs personnes que
je tiens à remercier et à exprimer ma profonde gratitude :
-Monsieur RATSIMBAZAFY Jean Bruno, Professeur Titulaire, Directeur de l’institut
et Observatoire de géophysique d’Antananarivo, qui m’avait accueillie avec tant de
bienveillance dans son institut et il a également accepté d’examiner mon mémoire, qu’il
trouve ici mes sincères remerciements ;
-Monsieur RAMBOLAMANANA Gérard, Professeur, Responsable au laboratoire de
Sismologie, sismique et infrason à l’Observatoire qui a bien voulu assurer la présidence
du jury, à qui j’adresse ma gratitude ;
-Monsieur RAKOTOMAHANINA RALAISOA Emile, Professeur Titulaire, ex-
Recteur, Responsable de la formation doctorale de physique expérimentale, qui a bien
voulu d’être parmi les membres du jury et je lui exprime ma profonde reconnaissance ;
-Monsieur RANAIVO-NOMENJANANAHARY Flavien Noël, Professeur,
Responsable du laboratoire de Géomagnétisme à l’Observatoire, qui a bien voulu
accepter de m’encadrer pour ce mémoire dont les conseils judicieux et les
encouragements m’ont été d’un grand apport pour la réalisation de ce travail, je lui suis
reconnaissante.
J’adresse également mes vifs remerciements à tous les enseignants qui m’ont aidé
durant mes années d’études et aussi à tout le personnel de l’I.O.G.A.
Un grand merci à toute la 19ème promotion, pour leur bonne humeur et leur soutien qui
m’a permis de travailler dans une ambiance très agréable.
Je remercie particulièrement tous les membres de ma famille surtout mes parents, mon
frère et Mr ANDRIAMIADANA H de m’avoir épaulé tout le long de mes études.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle
Sommaire
SOMMAIRELISTE DES FIGURESLISTE DES TABLEAUXLISTE DES ABREVIATIONS
DIPLÔME D’ETUDES APPROFONDIES (DEA)..........................................................................1DE SCIENCES PHYSIQUES..................................................................................................... 1
Option GEOPHYSIQUE................................................................................................ 1REMERCIEMENT......................................................................................................... 4SOMMAIRE.................................................................................................................... 5LISTE DES FIGURES....................................................................................................6LISTE DES TABLEAUX............................................................................................... 7LISTE DES ABREVIATIONS.......................................................................................8INTRODUCTION........................................................................................................... 1CHAPITRE I : LA COMMUNICATION SERIE........................................................3
I.1.L’INTERFACE MATERIELLE.............................................................................. 3I.1.1.Les signaux port série ...................................................................................... 5I.1.2.La transmission de données.............................................................................. 7
I.2.L’INTERFACE LOGICIELLE : MATLAB..........................................................10I.2.1.La session port serie....................................................................................... 11I.2.2.Les broches de contrôle.................................................................................. 12I.2.3.L’ecriture et/ou la lecture de donnees............................................................ 12I.2.4.L’enregistrement de l’information..................................................................13
CHAPITRE II : LE LOGICIEL D’ACQUISITION ................................................ 15II.1.LA CONCEPTION DU LOGICIEL.....................................................................15
II.1.1.L’injection de courant................................................................................... 17II.1.2.La mesure de la tension................................................................................. 20II.1.3.L’acheminement des informations.................................................................23II.1.4.Les modes de calcul de résistivités................................................................ 26
II.2.LA REALISATION DU LOGICIEL D’ACQUISITION.....................................30
CHAPITRE III : LA CALIBRATION DU RESISTIVIMETRE ........................... 37III.1.L’ETALONNAGE DU RESISTIVIMETRE...................................................... 37
III.1.1.Les resistances etalons................................................................................. 37III.1.2.Le résultat des mesures synthétiques .......................................................... 40
III.2.LES MESURES DES RESISTIVITES............................................................... 44III.2.1.La presentation des sites.............................................................................. 44III.2.2.Les résultats des mesures sur terRain.......................................................... 45
CONCLUSION.............................................................................................................. 49REFERENCES.............................................................................................................. 50RESUME........................................................................................................................ 60ABSTRACT................................................................................................................... 60
Le résistivimètre électrique : interface logicielle
Liste des figures
LISTE DES FIGURES
Brochage du DB9.............................................................................................................4 Signaux port série........................................................................................................... 6 Branchement des 2 équipements...................................................................................7 Mode de transmission de données.................................................................................9 Organigramme de l’acquisition de données...............................................................10Configuration habituelle des électrodes en prospection électrique. ........................ 15 Schéma synoptique de l’injection de courant............................................................ 17 Schéma synoptique du principe de mesure de la tension..........................................21Schéma synoptique des étapes pour avoir la tension MN et le courant IAB........... 24Décodage des données numériques............................................................................. 25Tri des tensions.............................................................................................................. 28Principe général des mesures des résistivités..............................................................30 L.A.D..............................................................................................................................32Configuration et connexion du port............................................................................33 Affichage PS.................................................................................................................. 34Choix du dispositif.........................................................................................................34Envoi des commandes et affichage de la résistivité................................................... 35Enregistrement ............................................................................................................. 36Disposition des résistances............................................................................................ 38Relation entre les valeurs de référence et observées................................................. 42Corrélation entre Ro, Rcal et Rref ..............................................................................44 Résistivité obtenue par R.A.O et SYSCAL R2 à Ambohidempona.........................45Modèle du terrain obtenu par R.A.O(1) et SYSCAL R2 (2) à Ambohidempona....46Résistivité obtenue par R.A.O et SYSCAL R2 à Ankatso......................................... 47Modèle du terrain obtenu par R.A.O (1) et SYSCAL R2 (2) à Ankatso.................. 47
Le résistivimètre électrique : interface logicielle
Liste des tableaux
LISTE DES TABLEAUX
Classification des chaînes binaires par des rangs......................................................17Gamme de l’intensité I et les bits correspondants......................................................18 Chaîne binaire et les codes ASCII correspondants à l’injection de courant...........19Classification des octets de la commande de mesure par des rangs........................ 21 Chaîne binaire et code ASCII correspondants à la commande de mesure de la tension entre MN et de PS.............................................................................................22 Chaîne binaire et codes ASCII correspondants à la commande de mesure de la tension aux bornes de la résistance montée en série avec le sous sol........................ 23comparaison des valeurs entre Tg et Td......................................................................26Résumé des chaînes binaires liées à l’injection de courant, à la mesure de la tension et à la mesure de l’intensité de courant pour 2mA.....................................................38Différentes formes des données reçues........................................................................ 39 Resistances obtenues pendant les trois lectures pour 20mA.................................... 39Facteurs d’échelle et de translation pour chaque gamme de résistances................. 43
Le résistivimètre électrique : interface logicielle
Liste des abreviations
LISTE DES ABREVIATIONS
ASCII : American Standard Code for Interchange Information
C.A.N. :Convertisseur Analogique Numérique
CTS : Clear To Send
DCD : Data Carrier Detect
DSR : Data Set Ready
DTR: Data Terminal Ready
E.l.A. : Electronic Industries Association
GND : GrouND
L.A.D :Logiciel d’Acquisition de données
LSB : Least Significant Bit
MSB: Most Significant Bit
R.A.O.: Résistivimètre Assisté par Ordinateur
RD : Receive Data
RI : Ring Indicator
RTS : Request To Send
S.I.M. :Système d’Injection et Mesure
TD: Transmit Data
U.A.R.T. :Universal Asynchronus Receiver Transmitter
Le résistivimètre électrique : interface logicielle
Introduction
INTRODUCTION
Devant le problème de manque d’eau potable à Madagascar, le Laboratoire de
Géophysique Appliquée à l’Institut et Observatoire de Géophysique Antananarivo est
toujours sollicité dans le cadre de plusieurs projets de recherche en eaux souterraines à
la localisation et l’identification d’aquifères. Il utilise pour cela un résistivimètre
électrique de marque : ABEM ou SYSCAL R2 ou RMCA 4. Ces matériels sont
actuellement utilisés très fréquemment et leur entretien nécessite un soutien continu
permanent. Aussi, l’I.O.G.A réoriente son politique de développement par la mise en
place depuis Janvier 2003 d’un Laboratoire d’Instrumentation Géophysique. Ces
premières activités sont focalisées sur la compréhension du fonctionnement du
résistivimètre. Ainsi, dans notre travail que nous avons conçu un Résistivimètre Assisté
par Ordinateur (R.A.O) utilisant une communication série.
En effet, l’interface série standard RS232 des ordinateurs, désignée habituellement par
COM1 ou COM2 est un moyen de communication extrêmement puissant (Leibson
S.,1986). Cette puissance résulte de la facilité avec laquelle l’information peut être
véhiculée du PC (Personnal Computer) vers ses périphériques. Prévue essentiellement
pour les communications entre Ordinateur et Modem, nous avons mis à profit sa
performance pour acheminer les données issues d’un capteur géophysique vers
l’ordinateur. Le résistivimètre électrique en constitue un exemple d’illustration.
C’est dans cet optique que RAMBOLAMANANA Mamiharijao et moi-même
proposons notre chaîne de mesures simulant les grandes fonctionnalités d’un
résistivimètre électrique du type ABEM SAS Terrameter (résistivimètre de marque
suédoise acquis à l’observatoire en 1984 et permettant de mesurer les résistivités du
sous-sol). Cette chaîne d’acquisition comporte trois unités fondamentales : l’unité
d’acquisition ( systèmes d’injection de courant et mesure de tension) , l’unité de mise en
forme des signaux (conversion analogique/numérique et sérialisation) et l’unité de
traitement et de visualisation (ordinateur portable). La conception et la réalisation
physique des deux premières unités ont fait l’objet de mémoire à
RAMBOLAMANANA M. Je me suis occupée principalement de la conception et de la
réalisation logicielle en utilisant l’ordinateur
Introduction
L’objectif de ce rapport est d’élaborer une application de transmission de données entre
ces unités en écrivant un programme sous le logiciel MATLAB. Cette application doit
être aussi capable de simuler les principales fonctions attribuées au microprocesseur du
résistivimètre. Pour chacune de ces fonctions, il s’agit de réaliser un ensemble de
procédures et un conversationnel qui respectent un certain nombre de règles de
développement logiciel.
Ce travail comprend trois chapitres :
le premier relate les différents signaux port série et les protocoles de
transmission y afférents. L’établissement d’une liaison série nécessite
l’utilisation simultanée des interfaces matérielle et logicielle. L’ordinateur
dispose déjà de son interface standard RS232, le logiciel MATLAB va jouer le
rôle d’interface logicielle.
la validation des signaux utilisés pour les commandes d’injection de courant et
de la mesure des tensions fait l’objet du second chapitre.
enfin, le dernier chapitre parlera de nos essais de mesures et de la confrontation
des résultats obtenus par le résistivimètre classique SYSCAL R2 qui est
habituellement utilisé par l’I.O.G.A.
.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 2
Chapitre I : La communication série
CHAPITRE I : LA COMMUNICATION SERIE
L’échange d’informations entre l’unité de traitement et le Système d’Injection/Mesure
(S.I.M) se fait par « Communication Numérique Sérielle ». L’ordinateur peut établir sa
liaison à travers les « interfaces Entrée/Sortie » appelées le plus souvent « interfaces
E/S ». Ces interfaces sont comparables à des « portes communicantes» permettant à
l'information de passer d'une pièce à l'autre du système informatique. Physiquement,
elles se présentent sous la forme de connecteurs situés généralement à l'arrière de
l'ordinateur.
Nous distinguons deux types d’ interfaces E/S ( Rabenananahary, Randrianaivosoa
et Rakotondralambo,1983):
• les interfaces E/S parallèles où les informations élémentaires sont transmises par
un ensemble de bits appelé octet. Ces interfaces sont utilisées essentiellement
pour des liaisons imprimante- ordinateur,
• les interfaces E/S séries où la transmission se fait bit par bit, c’est à dire les uns à
la suite des autres.
I.1.L’INTERFACE MATERIELLE
L'interface série standard RS232 (ou EIA232) a été développée par « Electronic
Industries Association (ElA) » (Biggerstaff T.J.,1989). pour transmettre des données
par le biais d’une communication série. Elle est généralement fournie avec tous les
ordinateurs (COM 1, COM 2, COM3 et COM4). Prévue essentiellement pour des
communications entre ordinateur et modem, la RS232 est actuellement utilisée pour
véhiculer les données entre un équipement informatique et un instrument de mesures.
La sérialisation ou la communication série utilise un « protocole » bas niveau pour relier
l’ordinateur portable à notre système d’injection. Les octets d’informations sont émis ou
reçus bit par bit à travers la RS232 dont le brochage, décrit ci-dessous (figure 1),
correspond à celui d’un DB9 :
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 3
Chapitre I : La communication série
DB9 mâle
DB9 femelle
Figure 1:Brochage du DB9
Les détails de brochages de l’interface série standard
Broche 1 : DCD ou RLSD
(Data Carrier Detect) ou (Receive Line Signal Detect): cette ligne est une entrée activée
à l'état haut. Elle signale qu'une liaison a été établie avec un correspondant.
Broche 2 : RD
(Receive Data): cette ligne est une entrée. C'est ici que transitent les informations du
correspondant vers l'ordinateur.
Broche 3 : TD
(Transmit Data): cette ligne est une sortie. Les données de l'ordinateur vers le
correspondant sont véhiculées par son intermédiaire.
Broche 4 : DTR
(Data Terminal Ready): cette ligne est une sortie à l'état haut. Elle permet à l'ordinateur
de signaler au correspondant que le port série a été libéré et qu'il peut être utilisé s'il le
souhaite.
Broche 5 : GND
(GrouND): c'est la masse.
Broche 6 : DSR
(Data Set Ready). Cette ligne est une entrée active à l'état haut. Elle permet au
correspondant de signaler qu'une donnée est prête.
Broche 7 : RTS
(Request To Send): cette ligne est une sortie, qui quand elle est active est à l'état haut.
Elle indique au correspondant que l'ordinateur veut lui transmettre des données.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 4
broche Nom Sens1 DCD Entrée2 RD Entrée3 TD Sortie4 DTR Sortie5 GND --------6 DSR Entrée7 RTS Sortie8 CTS Entrée9 RI Entrée
Chapitre I : La communication série
Broche 8 : CTS
(Clear To Send): cette ligne est une entrée active à l'état haut. Elle indique à l'ordinateur
que le correspondant est prêt à recevoir des données.
Broche 9 : RI ou RING
(Ring Indicator): cette ligne est une entrée active à l'état haut. Elle permet à l'ordinateur
de savoir qu'un correspondant veut initier une communication avec lui.
Afin de décoder et interpréter correctement la structure des bits, l’ordinateur doit
pouvoir se synchroniser avec l’élément d’acquisition. Il a besoin d’un moyen pour
comprendre ce qu’il lui envoie. Plusieurs éléments sont impliqués dans la
synchronisation :
le début de chaque bit afin de pouvoir en connaître l’état (activé ou
désactivé), en faisant la lecture au milieu de la cellule de bit,
le début et la fin de chaque caractère ou octet
le début et la fin de chaque bloc d’informations ou trame.
Ceci représente respectivement la synchronisation d’horloge, la synchronisation de
caractère et la synchronisation de blocs. La méthode de synchronisation varie en
fonction de l’encodage, du protocole et de la vitesse de transmission. Les bits transmis
sont encodés afin de transmettre l’information ainsi que la synchronisation. L’encodage
peut aussi servir à détecter certaines erreurs de bit. La synchronisation est transmise
dans la représentation des bits.
Les broches TD et RD sont réservées aux signaux de données, la broche GND à la
masse. Les restes des broches sont désignées pour les signaux de contrôle. Nous allons
présenter ci après les signaux port série et la transmission de données.
I.1.1.LES SIGNAUX PORT SÉRIE
Il existe normalement deux catégories de signaux port série : les signaux de données et
les signaux de contrôle, donnée par le site web du logiciel MATLAB.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 5
Chapitre I : La communication série
Figure 2: Signaux port série
Ces signaux peuvent accéder à deux états : état activé et l’état désactivé. L’état activé
correspond à la valeur binaire 1 et l’état désactivé à la valeur binaire 0. Pour les signaux
de données, l’état activé correspond à la tension inférieure à -3V et l’état désactivé à la
tension supérieure à +3V. La tension comprise entre -3V et +3V n’est pas définie.
L’état activé des signaux de contrôle correspond à la tension supérieure à +3V et l’état
désactivé à la tension inférieure à-3V. Plusieurs voies de contrôle sont fournies par un
DB9. Nous y trouvons :
les signaux de présence des périphériques connectés,
le contrôle du flux de données.
Ainsi, à titre d’exemple, les voies RTS (Request To Send) et CTS (Clear To Send) sont
utilisées pour signaler qu’un périphérique est prêt à émettre ou recevoir des données. Ce
type de contrôle des flux de données fournit les informations sur les trames perdues au
cours de la transmission. DTR (Data Terminal Ready) et DSR (Data Set Ready) sont
utilisées, par contre, pour informer que la liaison est correcte.
La liaison de l’ordinateur à l’élément d’acquisition est établie à l’aide de l’interface
RS232. Le PC joue le rôle d’Equipement Terminal de Traitement de Données (ETTD
ou DTE ). Le S.I.M.prend la place de l’Equipement terminal de Circuit de Données (ou
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 6
Chapitre I : La communication série
DCE ). Nos DTE et DCE sont équipés d’une liaison full-duplex. Ils peuvent
simultanément transmettre et recevoir des informations, en n’utilisant que trois 3 voies
(figure3) :
la voie d’émission (TD),
la voie de réception (RD),
la masse (GND).
Figure 3: Branchement des 2 équipements
I.1.2.LA TRANSMISSION DE DONNÉES
Un protocole de transmission est utilisé pour résoudre les problèmes pouvant survenir
lors de l’acheminement des données entre DTE et DCE. Il a pour but d’assurer des
échanges corrects et pallier à toutes les situations anormales de manière à rendre
compréhensible, au DCE, les commandes transmises par DTE, et inversement.
a - Le protocole de transmission
Afin que les éléments communicants puissent se comprendre, il est nécessaire d'établir
un protocole de transmission. Ce protocole devra être le même pour les deux éléments
afin que la transmission fonctionne correctement. Deux types de protocole sont
normalement disponibles : la transmission synchrone et la transmission asynchrone.
Dans le protocole synchrone, le bloc ou la trame de données est transmis sous forme de
série de bits contigus sans délai entre les éléments de 8 bits. Ce protocole impose donc
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 7
Chapitre I : La communication série
un échange synchronisé à un temps d’horloge commun. Il ne peut pas nous convenir car
ceci nous oblige à munir notre S.I.M d’une horloge interne.
Le protocole asynchrone est utilisé lorsque les données sont générées aléatoirement.
Chaque caractère transmis est en capsulé entre un bit de démarrage et un bit de stop. Ce
type de transmission est plus adapté à nos besoins car il suffit simplement d’exprimer
nos données dans un format compréhensible par les deux systèmes. Dans ce cas, la
synchronisation se fait uniquement à l’aide du bit d’en-tête et des bits d’arrêt de
polarités différentes. La première transition de 1 à 0 est donc utilisée comme étant le
début de chaque nouveau caractère.
Afin de permettre la synchronisation, d’autres paramètres sont également prises en
considération :
La vitesse de transmission, exprimée en bauds (bits par seconde) Longueur des mots ou nombre de bits de données Parité Terminator indique la fin de ligne
La communication est devenue cohérente grâces aux voies CTS/RTS.
b - Le mode de transmission
Les données sont émises dans l’un des formats suivants :
o« 8-e-2 » est interprété comme 8 bits de données, parité paire avec deux bits de stop,
o« 7-n-1 » se réfère à 7 bits de données, sans parité et un bit d’arrêt.
Les bits de données sont traduits sous forme de chaîne de caractères appelée trame.
Dans le premier format, l’émetteur envoie 1 bit de démarrage, puis 8 bits de données,
suivies ou non de bit de parité et de un ou deux bits de stop.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 8
Chapitre I : La communication série
Figure 4: Mode de transmission de données
L’ordre du bit transmis est décrit ci-dessous :
le bit de démarrage est transmis avec la valeur 0. En effet, lorsque rien ne
circule sur la ligne, celle-ci est à l'état haut. Pour indiquer qu'un mot va être transmis, la
ligne passe à l’état bas avant de commencer le transfert.
les bits de données sont émis. Le bit le moins significatif (ou Least
Significant Bit :LSB) est acheminé en premier lieu.
le bit de parité suit le bit le plus significatif (Most Significant Bit :MSB).
Il détecte les erreurs éventuelles de transmission. Il existe quatre types de parité :
paire : si le nombre de bit 1 dans les trames de données et le bit
de parité est un nombre pair,
impaire : si le nombre de bit 1 dans les trames de données et le
bit de parité est un nombre impair,
marque :le bit de parité est fixé à 1,
espace : le bit de parité est fixé à 0.
Mais l’existence du bit de parité n’est pas obligatoire.
enfin, les bits de stop signalent la fin de la transmission.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 9
Chapitre I : La communication série
I.2.L’INTERFACE LOGICIELLE : MATLAB
MATLAB, dérivé du nom MATrix LABoratory, est système interactif de
programmation scientifique, développé à l’origine pour le calcul matriciel et la
visualisation graphique. Il permet d’accéder aux périphériques connectés à un
ordinateur. L’interfaçage s’établit à l’aide d’un port série. Cet objet assume les
fonctions suivantes :
La configuration du port de communication,
L’utilisation des broches de contrôles,
L’écriture et la lecture des données,
L’enregistrement de l’information sur disque.
Notre démarche est explicitée à l’aide de l’ organigramme ci-dessous :
Figure 5: Organigramme de l’acquisition de données
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 10
Chapitre I : La communication série
I.2.1.LA SESSION PORT SERIE
Ce paragraphe fournit les informations nécessaires à la compréhension de l’interfaçage
Port Série du MATLAB. Les étapes d’une session normale sont décrites ci-dessous :
Création d’un port série : le port est créé à l’aide de l’instruction « serial ». Nous
pouvons configurer les propriétés pendant la création du port et y associer la vitesse de
transfert et/ou le nombre de bits de données.
Configuration des propriétés : les paramètres établissant le comportement de la liaison
série sont assignés aux valeurs par défaut du PC. Nous pouvons les modifier à tout moment à
l’aide de la fonction « set ».
Connexion aux périphériques : l’objet port série est connecté au périphérique à l’aide
de « fopen ». Après la liaison, nous pouvons fixer les paramètres de configuration ou lire des
données.
Le port série, une fois créé, existe dans l’espace de travail de MATLAB. Les propriétés
suivantes sont automatiquement assignés :
le nom, descriptif du port série,
le plate-forme spécifique du port série (Ex : COM1),
le type d’objet.
Toutes les propriétés configurables ont une valeur par défaut, celle du PC. Si nous
définissons une propriété invalide, l’interface série n’est pas créée. Pour illustrer cette
configuration au moment de la création, nous écrivons :
s = serial (‘COM1’, ‘BaudRate’,4800,’Parity’,’even’)
fopen (s)
Lorsque la liaison est établie, on peut écrire ou lire des données. Notons que le port
série et le périphérique doivent disposer d’un même protocole pour dialoguer. Les
paramètres utilisés doivent obligatoirement avoir les mêmes valeurs de configuration :
→vitesses de transfert des bits,
→nombre de bits de données,
→type de parité
→nombre de bits d’arrêt
→le caractère de fin de ligne.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 11
Chapitre I : La communication série
I.2.2.LES BROCHES DE CONTRÔLE
Il existe six broches de contrôles attribuées au port série. Leur état activé est donné par
« on » et l’état désactivé par « off ». Pour connaître l’état des broches « DCD, CTS,
DSR et RI » sous MATLAB, nous utilisons la fonction « PinStatus ».
Voici un exemple permettant d’illustrer la fonction « s.PinStatus ». Nous n’ utilisons
que les broches TD et RD, qui sont court-circuités à l’arrière de l’ordinateur, en
exécutant la commande « s.PinStatus » sous MATLAB, nous obtenons :
>>s.PinStatus
ans =
CarrierDetect : ’off’
ClearToSend : ’off’
DataSetReady: ’off’
RingIndicator : ’off’
L’état “off”de ces broches (DCD, CTS, DSR, RI) est normal car ils ne sont pas
connectés.
Les fonctions « RequestToSent » et « DataTerminalReady » permettent de configurer
ou connaître l’état des broches respectivement RTS et DTR.
Ces voies de contrôles ont pour rôle de signaler les éléments périphériques connectés et
de contrôler les flux de données. Nous donnons à titre d’exemple ce dernier rôle.
Le protocole de contrôle de flux est une méthode utilisée pour communiquer entre DTE
et DCE pour s’informer des trames perdus. En MATLAB, il existe deux types de
contrôle de flux, celui du matériel ou hardware et celui du logiciel ou software. Pour
l’établir, il faut le configurer avec les paramètres du port série de l’ordinateur sinon le
contrôle n’existe pas. L’instruction utilisée pour cette configuration est flowcontrol.
Pour illustrer, nous donnons à titre d’exemple le paramétrage du contrôle de flux
matériel qui utilise les voies RTS et CTS du port :
s.flowcontrol=’hardware’
I.2.3.L’ECRITURE ET/OU LA LECTURE DE DONNEES
Trois questions sont à élucider pour les applications Port Série au moment de l’écriture
ou de la lecture des données :
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 12
Chapitre I : La communication série
l’accès aux lignes de commande de MATLAB,
le transfert en binaire ou texte,
l’écriture/lecture opération complète.
L’accès aux lignes de commande est contrôlé aux opérations d’écriture/lecture suivant
le protocole utilisé : synchrone ou asynchrone. Une opération synchrone bloque
normalement l’accès aux lignes de commande jusqu’à la fin de l’opération. L’opération
asynchrone ne pourra pas bloquer cet accès. De plus nous pouvons utiliser d’autres
commandes supplémentaires pendant la réalisation de l’opération d’écriture ou de
lecture. Ceci justifie encore notre choix pour ce protocole.
Les opérations d’écriture/lecture sont caractérisées par les propriétés suivantes :
le nombre d’octets dans le tampon de sortie/entrée,
la taille du buffer en octet,
le temps d’attente de l’écriture/lecture,
l’indication de l’état d’avancement d’une opération,
le nombre total de valeurs envoyées ou reçues.
Le tampon est la mémoire allouée par le PC à un port série pour sauvegarder les
données à transférer. L’écriture des données se fait par le biais de « fprintf » ou
« fwrite », la lecture est effectuée par l’intermédiaire de « fscanf » ou « fread ».
Si le port série n’est plus utilisé, on est déconnecté des périphériques par « fclose ». Le
contenu du tampon est effacé par « delete » et celui de l’espace de travail par « clear ».
I.2.4.L’ENREGISTREMENT DE L’INFORMATION
Quand le port série est connecté aux périphériques, nous pouvons enregistrer les
informations suivantes sur le disque :
→les valeurs écrites sur le périphérique,
→les valeurs lues à partir du périphérique,
→le type des données écrites/lues sur le périphérique.
L’enregistrement de l’information sur le disque fournit une valeur permanente de la
session port série.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 13
Chapitre I : La communication série
Nous enregistrons sur un fichier disque à l’aide des instructions d’enregistrements
suivantes :
RecordDetail : définit l’état d’information enregistrée sur le disque ;
RecordMode : specifie si les données sont enregistrées sur un ou plusieurs fichiers ;
RecordName : donne un nom au fichier de stockage ;
RecordStatus : indique si les données sont sauvegardées sur le disque.
Les données reçues peuvent être aussi affectées temporairement dans une variable avant
de les stocker dans un fichier.
En effet, l’interface série et le logiciel Matlab permet d’établir la communication entre
l’unité d’acquisition (S.I.M) et l’ordinateur. Par conséquent, nous pouvons envoyer des
commandes aux S.I.M et y récupérer des données à partir de l’ordinateur.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 14
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
CHAPITRE II : LE LOGICIEL D’ACQUISITION
Un résistivimètre électrique utilisé en prospection électrique sert à déterminer la
distribution des résistivités dans le sous-sol. Pour cela, on effectue plusieurs mesures en
divers points du sous-sol. Cette mesure consiste à injecter un courant donné I circulant
entre deux électrodes (électrodes d’injection A et B) implantés à la surface du sous-sol
et à mesurer la différence de potentiel correspondante ∆V entre deux électrodes
(électrodes de potentiel M et N).
Figure 6:Configuration habituelle des électrodes en prospection électrique.
Dans ce cas, la résistivité apparente notée ρa du sous-sol est liée à I et ∆V par la
relation :
IVK
a∆=ρ
où ( )BNBMANAMK 1111
2+−−
= π est le facteur géométrique exprimé en mètres,
dépendant uniquement de la configuration des électrodes.
Le but de travail est d’acquérir des données de résistivités. Dans ce chapitre, nous
parlons de la conception et de la réalisation du logiciel permettant cette acquisition.
II.1.LA CONCEPTION DU LOGICIEL
Le système logiciel d’injection/mesure est un logiciel d’acquisition assurant la
coexistence des composantes suivantes :
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 15
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
la composante « injection » qui est une procédure MATLAB permettant d’entrer en
contact direct avec les périphériques matériels. Elle assure l’émission du courant par
l’envoi d’une commande au système matériel d’injection. Lorsque cette composante
identifie un bloc de données complet, elle le transforme en un bloc de données
indépendant de la configuration matérielle. Le flux de données est continu.
la composante « mesure » : elle permet d’accéder aux données géophysiques depuis
les électrodes de potentiel. Contrairement au flux continu évoqué précédemment ,
elle s’agit d’un flux segmenté qui correspond aux résultats de requêtes effectuées
sur une durée bien précise.
la composante « acheminement» : est indépendante de l’origine des données. Elle
se contente de partager les informations au sein de la chaîne de mesure. Les données
sont ainsi diffusées dès que possible vers des tâches réalisant des traitements sur ces
données.
Dans les différentes composantes du logiciel que nous venons d’aborder, nous n’avons
fait aucune référence à la composante de « calcul » dont les principales tâches sont de :
assurer la collecte des informations dans son intégralité et les
enregistrer sur le disque local,
fournir la valeur de la résistivité à partir des données d’archives,
prendre en charge la diffusion d’un message d’erreur et la
visualisation des données.
Les tâches effectuées par ces composantes sont similaires à celles du microprocesseur
du résistivimètre électrique. Les procédures y afférentes sont élaborées par nos soins
sous MATLAB. Avant de poursuivre la présentation de notre logiciel d’acquisition , il
est important de présenter brièvement le format Résistivimètre Assisté par Ordinateur
ou R.A.O.
Le format R.A.O est un format de la chaîne binaire utilisée dans notre chaîne de mesure.
Ce format est défini par le Service de Maintenance de l’IOGA pour la transmission des
commandes et la réception des données de l’ordinateur au système injection/mesure. En
plus de la définition de ce format de trame, un protocole de transport est également
précisé. La tâche principale de la composante « injection » est d’assurer l’émission et le
codage de ces trames afin de mettre à la disposition du système matériel associé un flux
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 16
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
continu pour une injection complète du courant. La fonction associée à la composante
« mesure » est de traduire les commandes émises en chaînes binaires pour enclencher le
processus de mesure et de récupérer les informations résultantes puis les décoder.
II.1.1.L’INJECTION DE COURANT
La commande d’injection est une chaîne binaire de 8 bits. Elle est interprétée par le
système d’injection qui, à son tour, génère un courant régulé correspondant à la
commande reçue. Le protocole d’échange est illustré par le schéma synoptique
suivant :
Figure 7: Schéma synoptique de l’injection de courant
L’interface série parallèle traduit la chaîne binaire en octet. La transmission de
l’information se fait du bit le moins significatif (LSB : Least Significant Byte en
anglais) au bit le plus significatif (Most Significant Byte : MSB en anglais). Chaque
caractère de la chaîne est représenté par la concaténation de « 00110 » et des trois bits
destinés pour la sélection de I, exemple pour 2mA « 000 ». D’où la chaîne binaire
correspondante à l’injection de 2mA est « 00110000 » avec le premier bit 0 correspond
au bit le plus significatif et le dernier bit 0 au bit le moins significatif.
Rang 1 2 3 4 5 6 7 8Bits 0 0 1 1 0 0 0 0
Tableau I: Classification des chaînes binaires par des rangs
Chaque bit d’un octet de commande assure une fonction bien précise :
les bits de rang 1 et 2 sont fixés à 0 parce qu’ils ne sont attribués à
aucune fonction.
le bit numéro 3 autorise la mesure s’il est égal à 0, sinon il vaut 1.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 17
MSB LSB
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
quand le bit numéro 4 vaut 1, il est utilisé pour actionner le
convertisseur DC/DC et le générateur de courant. Autrement dit,
quand ce bit est à l’état haut, la commande d’injection est exécutée,
sinon elle n’aura pas lieu.
le bit 5 détermine la mesure à effectuer, 0 pour la mesure de la
tension et 1 pour la mesure de l’intensité. Sa valeur par défaut vaut 0
pour une injection.
les trois derniers bits sont réservés pour la sélection de la gamme
d’intensité I à injecter. Cette gamme contient huit valeurs réparties
entre 2mA à 200mA auxquelles nous affectons les bits allant de 000
à 111. Pour comprendre cette démarche, nous montrons ci-dessous
les gammes d’intensité I ainsi que les bits correspondants sous forme
de tableau:
Gamme de I 2mA 5mA 10mA 20mA 50mA 100mA 150mA 200mA
Bits 000 001 010 011 100 101 110 111
Tableau II:Gamme de l’intensité I et les bits correspondants
En résumé, la chaîne binaire autorisant l’ injection de courant de 2mA aux électrodes A
et B s’écrit de « 00110000 »
La chaîne binaire ne peut pas être transmise directement sous cette forme sur le console
utilisateur, il faut la transformer en code ASCII (décimale ou caractère) correspondant.
Nous présentons dans le tableau suivant les commandes ASCII de l’utilisateur
permettant l’injection de courant:
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 18
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Gamme de ILa chaîne binaire
correspondante
Code ASCII
Décimale caractère2mA 00110000 48 05mA 00110001 49 110mA 00110010 50 220mA 00110011 51 350mA 00110100 52 4100mA 00110101 53 5150mA 00110110 54 6200mA 00110111 55 7
Tableau III: Chaîne binaire et les codes ASCII correspondants à l’injection de
courant
L’essai de validation de la composante « injection » est illustré à l’aide
du PC en court-circuitant les voies TD (Transmit Data) et RD (Receive Data) de son
RS232. L’ objet de cet essai est de vérifier si la donnée émise est bien reçue dans le
même format. Nous tapons le caractère « 0 » correspondant à la chaîne binaire
« 00110000 » autorisant l’injection de 2mA à travers la RS232. Pour pouvoir vérifier,
nous allons récupérer la donnée présente sur le même port. La commande émise est en
caractère ASCII sur l’interface utilisateur. La fonction « fwrite » la transforme en
chaîne binaire adaptée par la voie TD. Nous pouvons, après l’avoir envoyé, la recevoir.
Les données arrivant sur le RD sont en chaîne binaire. La fonction « fread » convertit
cette chaîne en décimale.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 19
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
En exécutant ce programme, nous obtenons :
>>
Serial Port Object : Serial-COM1
Communication Settings
Port: COM1
BaudRate: 9600
Terminator: 'LF'
Communication State
Status: open
RecordStatus: off
Read/Write State
TransferStatus: idle
BytesAvailable: 1
ValuesReceived: 0
ValuesSent: 1
out = 48
ValuesSent, égal à 1, signifie que la donnée émise est un octet. BytesAvailable indique
le nombre d’octets disponibles pour la lecture, ici, il vaut 1. Cela veut dire que l’octet
envoyé est bien égal à 1. Le décimale « 48 » correspond au caractère « 1 ». Nous
pouvons en déduire que la donnée émise est égale à la donnée disponible dans le format
ASCII.
II.1.2.LA MESURE DE LA TENSION
Il existe trois types de tension à mesurer :
la polarisation spontanée ou PS ;
la tension aux bornes des électrodes de potentiels MN ;
la tension de vérification de l’intensité injecté lue aux bornes de la
résistance Ro.
Le principe de mesure de ces tensions est basé sur la mesure de la tension MN.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 20
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Mesure de la tension MN
Le courant injecté crée une distribution d’équipotentielle dans le sous sol. On mesure la
différence de potentiel aux bornes des électrodes M et N. Une fois que la mesure est
prise, le CAN la code en donnée compréhensible par l’U.A.R.T. ou le convertisseur
série parallèle. Après l’avoir traduit en série, l’équipement informatique décode les
données binaires en tension.
Le schéma synoptique du principe de mesure de la tension est la suivante :
Figure 8: Schéma synoptique du principe de mesure de la tension
L’octet nécessaire pour effectuer cette commande est la concaténation de « 01000 » et
des trois bits de la sélection de courant. La commande de mesure correspondant à la
valeur de courant injecté 2mA est montrée dans le tableau qui suit :
Rang 1 2 3 4 5 6 7 8
Octet 0 1 0 0 0 0 0 0
Tableau IV:Classification des octets de la commande de mesure par des rangs
La fonction de chaque bit est expliquée ci dessous :
•le bit rang 1 est fixé à 0.
•un caractère est illisible si sa décimale est inférieure à 32. Or, la
valeur décimale correspondante à la mesure de la tension pour la gamme
de 2mA vaut 0. C’est pourquoi, nous avons pris 1 comme valeur du bit du
deuxième rang. Ainsi, nous obtenons 64 la valeur décimale pour cette
mesure.
•le troisième rang du bit est égal à 0 cela signifie nous pouvons
effectuer la mesure ;
•le bit rang 4 est égal à 0.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 21
MSB LSB
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
•le bit rang 5 vaut 0, car la mesure à effectuer est celle de la tension
aux bornes des électrodes métalliques M et N.
•les trois derniers bits « 000 » dépendent de la gamme de l’intensité
I choisie précédemment.
Comme nous avons mentionné auparavant, cette chaîne doit être émise sur le console en
code ASCII. Voici un tableau résumant la chaîne binaire et les codes ASCII (caractère
et décimale) autorisant la mesure de la tension entre M et N.
Tableau V: Chaîne binaire et code ASCII correspondants à la commande de
mesure de la tension entre MN et de PS
Les données présentes sur l’interface série de l’ordinateur sont décodées en tension.
Nous avons eu recours au même principe de la conversion analogique numérique pour
coder et décoder.
• Mesure PS
Elle suit, en général, le principe mentionné auparavant. La seule différence, réside sur le
fait que nous n’injectons pas de courant dans le sous sol. Nous envoyons directement la
commande de mesure de la polarisation avant les autres commandes.
• Mesure de la tension aux bornes de la résistance
Pour la mesure de la tension aux bornes de Ro, la commande de mesure est
« 01001000 ». Elle est mesurée simultanément avec la tension entre M et N. Le bit
numéro 4 vaut 1 à cause de la mesure de l’intensité de courant. Récapitulons dans un
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 22
Gamme de ILa chaîne binaire
correspondante
Code ASCII
Décimale caractère2mA 01000000 64 @5mA 01000001 65 A10mA 01000010 66 B20mA 01000011 67 C50mA 01000100 68 D100mA 01000101 69 E150mA 01000110 70 F200mA 01000111 71 G
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
tableau la chaîne binaire et les codes ASCII correspondant à la mesure de la tension aux
bornes de la résistance Ro montée en série avec le sous sol qui vaut 10Ω.
Gamme de ILa chaîne binaire
correspondante
Code ASCII
Décimale caractère2mA 01001000 72 H5mA 01001001 73 I10mA 01001010 74 J20mA 01001011 75 K50mA 01001100 76 L100mA 01001101 77 M150mA 01001110 78 N200mA 01001111 79 O
Tableau VI: Chaîne binaire et codes ASCII correspondants à la commande de
mesure de la tension aux bornes de la résistance montée en série avec le sous
sol
L’intensité de courant qui traverse le sous sol est obtenue par le rapport de la tension
aux bornes de la résistance, qui est montée en série avec le sous sol et la résistance
R=10KΩ.
II.1.3.L’ACHEMINEMENT DES INFORMATIONS
Emission
Les commandes d’émission ne subissent pas de transformations. Il suffit d’envoyer le
caractère associé aux différents commandes.
Réception
Il est nécessaire de convertir les données reçues en tension qui est l’étape de décodage.
Pour évaluer la tension entre M et N et le courant traversant les résistances, nous
procédons en plusieurs étapes comme le montre le schéma synoptique suivant :
Figure 9:Schéma synoptique des étapes pour avoir la tension MN et le courant IAB
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 23
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Les données disponibles sur le port série sont des chaînes binaires. MATLAB les
interprète en code ASCII allant de 0 à 255. Ces valeurs correspondent, une fois
converties à des tensions de 0V à 4,90V par pas de 0,019V.
La démarche pour le décodage des données numériques en tension est donnée par
l’organigramme ci-dessous :
Figure 10:Décodage des données numériques
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 24
D
Vref, a[8]
i=1
∑=
−−
×=8
1
888 22 i
iiaVrefVs
i= i+1
i<=8
Stocker la tension Vs
F
Oui
Non
D
Vref, a[8]
i=1
∑=
−−
×=8
1
888 22 i
iiaVrefVs
i= i+1
i<=8
Stocker la tension Vs
F
Oui
Non
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
VREF =4,926V,est une tension de référence du S.I.M. ;
a[8] indique les données numériques en 8 bits.
La formule utilisée pour ce décodage est la même que celle où les données ont été
codées.
La tension aux bornes de la résistance Ro nous a permis de déterminer le courant IAB en
faisant le rapport de cette tension avec la résistance 10Ω. Comme UMN et IAB sont
connues, nous pouvons calculer la résistivité ρa après avoir calculer aussi le facteur
géométrique K.
La vérification de la fiabilité des informations reçues est effectuée simultanément à
partir d’un test de conversion analogique numérique et un décodage binaire en tension.
Le générateur de tension pouvant délivrer une tension fournit entre les bornes M et N la
tension supposée être mesurée. Le CAN traduit le signal électrique en binaire et la
procédure MATLAB doit confirmer la tension après le décodage (Td) obtenue à celle
délivrée par le générateur.
Le travail a été fait en deux étapes : la première étape consiste à vérifier le signal
électrique codé en binaire. Mon collègue RAMBOLAMANANA M. s’en est
principalement chargé. La deuxième étape est consacrée au décodage des données
binaires en tension à l’aide d’un programme nommé « tension.m ».
Ce programme utilise les procédures de la récupération des données citées auparavant.
Son principe de base est celui de la conversion numérique analogique. La tension
delivrée par le générateur (Tg) est à deux chiffres après virgule. Pour que la précision
des tensions Tg et Td soit identique, nous avons effectué une approximation de la
valeur de Td à partir du programme nommé « approximation.m ». Ce programme
arrondit le deuxième chiffre après virgule à l’entier décimal voisin.
Nous avons rassemblé dans un tableau la tension délivrée par le générateur Tg
(première colonne) , les données binaires correspondantes (deuxième colonne) et la
tension décodée Td (troisième colonne).
Tension délivrée par le générateur (Tg)
Données binaires (en octet)
MSB LSB
Tension après le décodage (Td)
0,10 0 0 0 0 0 1 1 0 0,120,60 0 0 1 0 0 0 0 0 0,611,21 0 0 1 1 1 1 1 1 1,211,25 0 1 0 0 0 0 0 1 1,25
Tableau VII:comparaison des valeurs entre Tg et Td
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 25
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
En comparant Tg et Td, nous constatons que la plupart de ces valeurs est identique à
±0.01V près. Nous pouvons conclure de ce tableau que l’erreur relative Er calculée ci
dessous reste inférieure à 0,11%.
Er = 100×−
∑∑∑
TgTdTg
= 0,94%
II.1.4.LES MODES DE CALCUL DE RÉSISTIVITÉS
Deux étapes complémentaires sont à effectuer pour évaluer la résistivité du sous sol : la
première consiste à mesurer la tension entre deux points du sous-sol et la dernière sert à
calculer la résistivité.
1. Mesure PS
Cinq caractères identiques sont émis pour obtenir la polarisation spontanée. Ils résultent
de cinq autres caractères décodés en tension. Le calcul de la moyenne de PS suit
l’organigramme montré dans la figure 11.
2. Calcul de résistivité
Vingt et un caractères sont envoyés pour avoir la résistivité du sous-sol. Le premier
caractère est associé à la commande d’injection. Suivi des dix espaces blancs, ils servent
à laisser un temps nécessaire pour stabiliser le convertisseur analogique numérique.
Ensuite, les cinq caractères correspondent à la commande de mesure de la tension aux
bornes de M et N. Les cinq autres permettent la mesure de la tension aux bornes de Ro.
Nous avons envoyé au S.I.M cinq commandes de mesure de la tension et il en résulte
cinq valeurs. Ces tensions obtenues sont triées avant d’en effectuer la moyenne. La
moyenne (m) et l’écart type (s) des cinq tensions sont calculées. La tension moyenne est
obtenue à partir des valeurs triées. L’organigramme ci-après décrit la procédure de ce
tri.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 26
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 27
Début
i=1
x(i) = tension
i=i+1
m = moyenne(x)s = écart type(x)
i≤ 5
m-s≤ x ≤ m+s
i=1
t(i)=x
i=i+1
i≤ 5
Umoy = moyenne(t)
Fin
oui
non
oui
non
oui
Début
i=1
x(i) = tension
i=i+1
m = moyenne(x)s = écart type(x)
i≤ 5
m-s≤ x ≤ m+s
i=1
t(i)=x
i=i+1
i≤ 5
Umoy = moyenne(t)
Fin
oui
non
oui
non
oui
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Figure 11:Tri des tensions
La fonction principale de la composante « calcul » est de déterminer la résistivité
apparente du sous-sol. Six étapes sont nécessaires pour atteindre cet objectif :
- le calcul du facteur géométrique K ;
- la transmission des commandes et la mesure de la PS suivies du
tri des valeurs obtenues ;
- l’envoi des différentes commandes assurant l’injection de courant
et la mesure des tensions ;
- la mesure de la tension UMN corrélée avec la PS suivie du tri des
valeurs obtenues ;
- la mesure de IAB suivie du tri des valeurs obtenues.
- en éliminant la PS de la tension aux bornes de M et N, nous
obtenons la tension corrélée avec le courant émis.
- la résistivité est lue en multipliant le rapport de la tension corrélée
sur le courant d’intensité mesuré et le facteur K.
L’organigramme suivant montre les séquences à suivre pour obtenir la résistivité
apparente :
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 28
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 29
Début
AB/2; MN/ 2; a
Dispositif?
K=π (AB/22-MN/22)2*MN/2 K = 2π a
Schlu mberger Wenner
Envoie des commandes correspondantes à la
mesure de PS
Acquis ition , décodage et tri des tensions UPS
Envoie des commandes correspondantes à la mesure de UMN et IAB
Acquisition,décodage et tri des tensions UMN
Acquis ition,décodage et tri des tensions URo
Co mpensation du PS IAB = URo/Ro
ρ a = K* UMN/ IAB
Afficher ρ a
Fin
Début
AB/2; MN/ 2; a
Dispositif?
K=π (AB/22-MN/22)2*MN/2 K = 2π a
Schlu mberger Wenner
Envoie des commandes correspondantes à la
mesure de PS
Acquis ition , décodage et tri des tensions UPS
Envoie des commandes correspondantes à la mesure de UMN et IAB
Acquisition,décodage et tri des tensions UMN
Acquis ition,décodage et tri des tensions URo
Co mpensation du PS IAB = URo/Ro
ρ a = K* UMN/ IAB
Afficher ρ a
Fin
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Figure 12:Principe général des mesures des résistivités
II.2.LA REALISATION DU LOGICIEL D’ACQUISITION
Quand les principes d’injection et de mesure sont claires, nous pouvons parler du
Logiciel d’Acquisition de Données. Le Logiciel d’Acquisition de Données L.A.D est
représenté par une interface graphique ou interface utilisatrice appelée aussi le GUI en
anglais Graphical User Interface. Il comprend six fonctions. La première fonction assure
la configuration et la connexion du port, la deuxième mesure la PS, la troisième permet
de sélectionner le dispositif des électrodes et la quatrième assume l’envoi des
commandes et l’affichage de la résistivité du sous sol. La cinquième fonction garantit
l’enregistrement sur disque de la résistivité en fonction de la valeur de AB/2 pour le
sondage et en fonction de la station pour le profilage. La dernière fonction est réservée
pour la visualisation des points expérimentaux.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 30
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
Figure 13: L.A.D
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 31
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
La configuration du port
Cette fonction est utilisée pour configurer et connecter le périphérique. Quand le
programme principal est lancé, les paramètres par défaut de l’ordinateur s’affichent sur
la fenêtre correspondante (figure 14)
Figure 14:Configuration et connexion du port
Plusieurs choix sont possibles pour chaque paramètre :
Pour le port série, nous avons quatre choix possibles pour connecter le DB9 femelle : au
COM1, au COM2, au COM3, au COM4. Pour la vitesse des échanges de données, elle
varie de 1200 à 9600bauds par pas de 1200 bauds. Le nombre de bits de données peut
être de 5 à 8 bits. Le bit de parité peut prendre successivement les valeurs :paire,
impaire , marque, espace, aucun. Le bit d’arrêt contient 1 ou 2 bits à sélectionner et le
terminal n’a que deux choix le LF (Line Feed ou à la ligne en français) et le
CR(Carriage Return ou Retour Chariot en français).
Pour le S.I.M conçu en Juillet 2004 au service de Maintenances, le protocole est optimal
pour les paramètres suivants :
la vitesse de transfert 2400 bauds,
la longueur des mots 8 bits,
le bit de parité pair,
le bit d’arrêt 2,
le caractère de fin de ligne ou terminator CR (Carriage Return, retour chariot en
français).
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 32
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
La configuration et la connexion du port série se font à partir du bouton « Entrer ».
Une fois configuré, le bouton « calculer » est activé. Le bouton « annuler » affecte les
valeurs par défaut de l’ordinateur de ces propriétés.
c - La mesure de la polarisation spontanée
Cette fenêtre (figure 15) est utilisée pour afficher la valeur de polarisation spontanée
(PS), résultant d’une mesure effectuée en absence de courant injecté. Cette mesure est
nécessaire pour isoler la tension corrélée avec le courant transmis des signaux
composites acquis.
Figure 15: Affichage PS
d - Le choix du dispositif
Le choix du mode d’investigation (sondage, profilage) et de la configuration des
électrodes est validé à partir de l’onglet dispositif (Figure 16)
Figure 16:Choix du dispositif
Deux possibilités nous sont offertes : Schlumberger et Wenner. Si le bouton
« Schlumberger » est activé, les paramètres AB/2 et MN/2 sont à saisir, sinon il faudra
introduire la distance inter-électrodes a.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 33
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
e - L’envoi des commandes et l’affichage des résultats
Cette fenêtre est conçue pour enclencher le processus d’injection du courant aux
électrodes A et B et les mesures des tensions aux bornes des électrodes de potentiel M
et N (polarisation et tension corrélée au courant émis). Un contrôle de vérification de
l’intensité émise y est également effectuée. Les résultats, traduits sous forme de
résistivité, s’affiche sur cette fenêtre. Ces opérations sont illustrées sur la figure 17
suivante :
Figure 17:Envoi des commandes et affichage de la résistivité
Au premier lancement du logiciel, la gamme de courant injecté par défaut est de 2mA,
elle peut être modifiée selon le type du terrain. Une fois introduite, le bouton
« Calculer » est activé, pour que le programme nommé « calcul_res.m » puisse envoyer
la commande d’injection de courant et la commande de mesure, puisse décoder les
données présentes sur le périphérique et enfin afficher la valeur de la résistivité du sous
sol.
Ce programme calcule le facteur géométrique K , la mesure de la tension aux bornes des
électrodes M et N et mesure l’intensité de courant traversant le sous sol. Quand nous
obtenons ces trois valeurs, il calcule et affiche la résistivité du sous sol.
f - La fonction réservée à l’enregistrement
Pour rendre facile les tâches des prospecteurs, nous avons créé un stockage des valeurs
dans un fichier « .dat ». L’enregistrement possède deux catégories : soit créer un
nouveau fichier, soit continuer un fichier existant. Ces catégories sont à sélectionner
dans le menu « Enregistrement ».
Le bouton « enregistrement » sauvegarde les valeurs de AB/2 et de la résistivité du sous
sol, pour le sondage électrique et il sauvegarde le pas de l’origine O et la valeur de la
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 34
Chapitre II : Le logiciel d’acquisition
résistivité pour le profilage électrique. Notons que ce bouton est activé quand la valeur
de la résistivité est affichée.
Figure 18:Enregistrement
A coté de cette image est placé le nom du fichier de sauvegarde et « lignes » indique
le nombre de valeurs existants dans le fichier, sa valeur par défaut est 0.
g - La fonction réservée au traçage
Les données déjà stockées dans le fichier « .dat » sont représentées graphiquement dans
une figure. Le prospecteur peut tracer soit la figure correspondante au fichier courant
soit au fichier qui existe dans le répertoire. Cette étape permet d’aider le prospecteur à
visualiser les points expérimentaux pour le traitement préliminaire des données sur
terrain.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 35
Chapitre III : La calibration du R.A.O
CHAPITRE III : LA CALIBRATION DU
RESISTIVIMETRE
Comme tout appareil nouvellement fabriqué, il faudra également étalonner notre
résistivimètre avant de l’utiliser. Ce chapitre est consacré aux différents essais de
calibration du matériel, le S.I.M, et du logiciel associé, le L.A.D. Deux types de tests
sont effectués : le premier consiste à valider notre R.A.O à partir des mesures
synthétiques sur des résistances considérées comme étalon et le deuxième sert à le
contrôler à partir des vérifications expérimentales et des comparaisons des données avec
d’autres résistivimètres.
III.1.L’ETALONNAGE DU RESISTIVIMETRE
III.1.1.LES RESISTANCES ETALONS
Les résistances choisies comme étalons sont comparables à la résistance du sous-sol se
trouvant dans la gamme du milli ohm au Méga ohm. Cet essai de laboratoire est limité
par la disponibilité sur le marché des résistances utiles. Les mesures de résistivité
effectuées avec les résistivimètres ABEM, SYSCAL R2 et autres, ont montré que la
tension recueillie aux bornes des électrodes M et N dépasse rarement 1V. Cette valeur
est tout à fait compatible aux valeurs supportées par le CAN qui est de l’ordre de 5V.
Dans ce travail, nous avons pris 21 résistances dont la plus petite est 0,5Ω, valeur
obtenue en mettant en parallèle deux résistances de 1Ω. Un multimètre est utilisé pour
vérifier les valeurs nominales des résistances prises comme échantillon. Nous avons
constaté que certaines résistances ne correspondent plus à leur code de couleur. Ainsi,
une résistance supposée être égale à 9Ω d’après le code de couleur n’affiche sur le
multimètre que 8,8Ω. Il en est de même pour les résistances 68Ω dont la valeur lue est
66Ω.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 36
Chapitre III : La calibration du R.A.O
Trois résistances sont montées en série pour simuler le sous-sol (Figure 19), chaque
résistance doit avoir une valeur inférieure à 2,5KΩ. Les deux résistances extrêmes R1
doivent être supérieures par rapport à R2 .
Figure 19:Disposition des résistances
Le courant entre par le point A et sort par le point B. La mesure de la tension s’effectue
entre M et N. La valeur de R2 est déduite à partir de la tension aux bornes de MN (UMN)
et du courant (IAB) qui la traverse. Dans l’exemple pris dans le paragraphe suivant la
valeur de R1 et R2 vaut 1Ω et le courant injecté est égal à 20mA.
• Envois des trames
La commande émise est formée des commandes d’injection et de mesure des tensions.
La commande à envoyer est de :
« 3 CCCCCKKKKK » , ce qui correspond aux trames suivantes :
Rang des bits 1 2 3 4 5 6 7 8
Injection de
courant (3)0 0 1 1 0 0 1 1
Mesure tension
(C)0 1 0 0 0 0 1 1
Mesure intensité
(K)0 1 0 0 1 0 1 1
Tableau VIII:Résumé des chaînes binaires liées à l’injection de courant, à la
mesure de la tension et à la mesure de l’intensité de courant pour 2mA
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 37
LSBMSB
Chapitre III : La calibration du R.A.O
MATLAB traduit les caractères en chaînes binaires compréhensibles par la partie
matérielle.
• Récupération des données
Les données reçues sont mises dans le format suivant : « 1 1 1 1 1 10 10 11 10 10 ». Les
cinq premières valeurs résultent des requêtes « C C C C C » et les cinq autres sont
obtenues par les commandes « K K K K K »
Le tableau IX ci-dessous illustre les résultas obtenus et les valeurs decodées des
tensions pour l’exemple choisi.
Décimale Binaire Tension
1 00000001 0,019
1 00000001 0,019
1 00000001 0,019
1 00000001 0,019
1 00000110 0,19
10 00000110 0,19
10 00000110 0,19
11 00000111 0,38
10 00000110 0,19
10 00000110 0,19
Tableau IX:Différentes formes des données reçues
La tension obtenue en MN est constante, donc UMnmoy vaut 0,019V,pour une intensité de
courant IABmoy=0,022A. Le rapport de UMnmoy et IAbmoydonne R2observée=0,9Ω.
Trois mesures sont nécessaires pour estimer la valeur de la résistance R2.
Numéro essai Essai 1 Essai 2 Essai 3R observée 0,9Ω 0,9Ω 0,9Ω
Tableau X: Resistances obtenues pendant les trois lectures pour 20mA
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 38
Chapitre III : La calibration du R.A.O
III.1.2.LE RÉSULTAT DES MESURES SYNTHÉTIQUES
Nous avons récapitulé dans le tableau XI les différentes valeurs de référence et
mesurées des résistances étalons de la gamme utilisée. Afin d’avoir une idée de la
dispersion des valeurs et la différence des valeurs mesurées par rapport celles de
référence, l’écart type et l’erreur relative y sont aussi mentionnés.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 39
Chapitre III : La calibration du R.A.O
Tableau XI:Valeurs de références et valeurs observées des résistances étalons
D’après ce tableau, les valeurs observées des résistances faibles sont voisines de celles
de référence[0,5Ω ; 18,4Ω]. A titre d’exemple, pour 0,5Ω, elles sont égales et la
différence est de 0,1Ω pour 1Ω, pour les autres résistances, la précision acceptable est
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 40
Rref (Ω) Ro (Ω) Ecart typeErreur relative
(%)0,5 0,5 0,1 0,0
1 0,9 0,1 10,0
2,2 1,9 0,2 13,6
4,7 4,2 0,4 10,6
8,8 8,1 0,3 8,0
10 9,6 0,1 4,0
15 14,3 0,2 4,7
18,1 17,4 0,2 3,9
18,4 17,7 0,2 3,8
39 35,9 2,2 7,9
47 48 0,1 2,1
56 54 2,5 3,6
66 63,2 1,5 4,2
68,1 68,8 1,8 1,0
100 93,1 1,9 6,9
120 110 5,2 8,3
180 172,2 3,3 4,3
267 252 6,8 5,6
392 367 3 6,4
680 660 5 2,9
1000 988 6 1,2
1960 1779 3 9,2
Chapitre III : La calibration du R.A.O
inférieure à 15%. Néanmoins, nous constatons que l’écart restant proportionnelle à la
valeur des résistances. La figure 20 ci dessous présente les valeurs observées Ro en
fonction des valeurs de référence Rref. L’écart type y est également présenté. Cette
étude nous a permis d’apprécier la bonne corrélation entre les valeurs observées et
celles de références des résistances étalons. De plus, nous pouvons y apporter nos
corrections sur les facteurs d’échelle et de translation liés à la manque de sensibilité et
de tarage de notre appareil de mesure.
Figure 20:Relation entre les valeurs de référence et observées
Nous avons divisé la gamme des résistances utilisées en trois bandes selon une échelle
en logarithme : [0,5Ω ; 10Ω], ]10Ω ;100Ω], ]100Ω ;2000Ω].
L’équation de cette dépendance peut se mettre sous la forme Ro = a*Rref+b. Les
paramètres a et b sont déterminés par la méthode des moindres carrés (Voir Annexe).
Les résultats obtenus sont donnés ci après en respectant les gammes de résistances :
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 41
Chapitre III : La calibration du R.A.O
Gamme des résistances (Ω) a b
[0,5 ;10] 0,95 0,01
]10 ;100] 0,95 0,72
]100 ;2000] 0,91 17,60
Tableau XII:Facteurs d’échelle et de translation pour chaque gamme de
résistances
Le facteur d’échelle a pour chaque bande de résistances est pratiquement égal à l’unité.
La courbe Ro=f(Rref) est pratiquement confondue à la première bissectrice. Le facteur
de translation b pour les deux premières bandes est voisin de 0Ω. Nous en déduisons
que b est négligeable. La dernière bande donne comme facteur de translation b = 17Ω.
Cette valeur est petite par rapport aux résistances comprises entre 100Ω et 2000Ω. La
valeur des résistances calculées est notée Rcal qui est présentée dans le tableau ci après,
l’équation associée pour chaque bande s’écrit :
RoRcal *95,0= pour R [ ]ΩΩ∈ 100;5,0 (1)
60,1791,0 += RoRcal pour R ] ]ΩΩ 2000;100 (2)
L’erreur relative correspondante aux Rref et Rcal y est inférieure à 7% qui est
pratiquement acceptable en physique. Ce qui nous a permis de conclure que les deux
équations citées auparavant permettent de retrouver Rref.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 42
Chapitre III : La calibration du R.A.O
Figure 21:Corrélation entre Ro, Rcal et Rref
D’après cette figure, les résistances observées doivent être corrigées pour retrouver les
résistances de référence à partir de ces deux équations citées précédemment. Cette
correction est introduite dans le logiciel en respectant les gammes.
III.2.LES MESURES DES RESISTIVITES
III.2.1.LA PRESENTATION DES SITES
Nous avons choisi deux terrains représentatifs du milieu géophysique pour tester notre
résistivimètre assisté par ordinateur : un terrain situé à l’Observatoire
d’Ambohidempona et un terrain situé sur le terrain de foot d’Ankatso. Le site de
l’observatoire est formé de remblais. Le terrain de foot d’Ankatso est formé d’un dépôt
alluvionnaire où la résistivité décroît suivant la profondeur. Ces sites sont considérés
comme des sites étalons pour l’expérimentation en géophysique. L’I.O.G.A dispose
déjà des valeurs de résistivité de ces terrains dans ses archives. Elles peuvent être prises
comme des références pour calibrer notre appareil. La raison témoignant le choix du
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 43
Chapitre III : La calibration du R.A.O
sondage électrique est de déterminer la limite de la profondeur d’investigation du
R.A.O. En première approximation, nous supposons que ces terrains sont tabulaires.
Les distances AB/2 et MN/2 sont conformes à celles de la feuille de mesure utilisée en
prospection électrique pour un terrain à une dimension.
III.2.2.LES RÉSULTATS DES MESURES SUR TERRAIN
a. Site d’Ambohidempona
Nous avons effectué notre test en utilisant successivement les deux appareils R.A.O et
Syscal R2. Les résultats ainsi obtenus sont présentés dans la figure suivante. Le terrain
étant à résistivité élevée, nous avons dû varier la gamme de l’intensité de courant injecté
pour AB/2 égale à 2m et AB/2 égale à 3m.
Figure 22: Résistivité obtenue par R.A.O et SYSCAL R2 à Ambohidempona
La tendance générale des points mesurés sur R.A.O et SYSCAL R2 est quasiment
parallèle. Les valeurs de résistivité obtenue par R.AO sont deux fois plus grandes que
celles obtenues par l’appareil de référence. L’interprétation du sondage électrique,
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 44
Chapitre III : La calibration du R.A.O
donnée à l’annexe, a été effectuée à partir du logiciel « ISEMS1 ». Elle aboutit à
l’établissement du modèle de terrain rencontré comprenant la résistivité apparente et
l’épaisseur de chaque terrain.
Figure 23:Modèle du terrain obtenu par R.A.O(1) et SYSCAL R2 (2) à Ambohidempona
Nous constatons que le nombre de terrain donné par les deux appareils est identique à 2
terrains. L’écart entre les épaisseurs des couches superficielles obtenues dans les deux
cas est égale à 0,1m près. Quant aux résistivités, celles données par R.A.O sont deux
fois plus grandes que celles données par SYSCAL R2.
Nous avons expliqué cet écart de mesures par l’effet électromagnétique, le courant
tellurique et les bruits d’entrées dont l’appareil R.A.O ne parvient pas à éliminer. Cette
élimination des effets parasites est réalisée par contre par l’appareil de référence
b. Le terrain de foot d’Ankatso
La procédure utilisée précédemment est adoptée sur le terrain de foot d’Ankatso. Nous
avons effectué la mesure le 24 Novembre 2004 vers 7 heures. Les résultats obtenus par
le R.A.O et SYSCAL R2 sont stockés respectivement dans les fichiers foot_rao.dat et
foot_sys.dat avant de les tracer. Ils sont récapitulés dans le tableau ci-dessous.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 45
Chapitre III : La calibration du R.A.O
Figure 24:Résistivité obtenue par R.A.O et SYSCAL R2 à Ankatso
Les valeurs de résistivités lues par R.AO et SYSCAL R2 sont approximativement
identiques pour le terrain de foot d’Ankatso car ce dernier est presque homogène. Après
avoir interprété les données par le logiciel « ISEMS1 », nous trouvons le modèle de
terrain correspondant :
Figure 25:Modèle du terrain obtenu par R.A.O (1) et SYSCAL R2 (2) à Ankatso
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 46
Chapitre III : La calibration du R.A.O
La différence entre les épaisseurs obtenus par R.A.O et SYSCAL R2 sont quasiment
identiques à 0,6m près. Ils montrent que notre résistivimètre est acceptable pour
mesurer la résistivité du sous-sol d’un terrain conducteur.
L’étude au laboratoire effectuée sur des résistances ohmiques nous a permis de fixer la
sensibilité et le décalage de zéro de notre résistivimètre. L’appareil peut apprécier les
valeurs de résistances avec une bonne précision, moins de 7%. Nous constatons
également son efficacité en ajustant comme un simple ohm-mètre.
Malheureusement, le sous-sol ne peut pas être comparé à ces résistances ohmiques de
laboratoire. Il est le siège de phénomènes physiques plus complexes tels la polarisation
spontanée, l’induction électromagnétique et les courants telluriques divers. Ces
phénomènes perturbent indéniablement le courant injecté et/ou la tension recueillie au
niveau des électrodes.
Si nous pouvons nous affranchir facilement des effets de la polarisation spontanée, notre
matériel/logiciel n’a pas tenu compte des effets électromagnétiques mis en évidence sur
les courbes de sondage du site d’Ambohidempona et du terrain de foot d’Ankatso. Il
faudra apporter dans la prochaine version de notre matériel et logiciel un composant
supplémentaire permettant de traiter les signaux résultant de notre mesure et d’éliminer
ceux qui ne sont pas corrélés directement au courant injecté.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 47
Conclusion
CONCLUSION
Nos objectifs sont atteints du moins dans le cadre de la compréhension du
fonctionnement du résistivimètre. L’accès aux périphériques S.I.M est possible grâce
aux différents composantes du logiciel : injection, mesure, acheminement. La fonction
principale de la composante « calcul » est de fournir les résistivités du sous-sol, de les
stocker et de les visualiser. La première version du logiciel L.A.D peut satisfaire les
principales fonctionnalités d’un résistivimètre classique. Néanmoins certaines
améliorations importantes doivent être apportées si nous voulons que notre R.A.O.
réponde aux besoins des géophysiciens et/ou prospecteurs.
Quoique la partie ohm-mètre du R.A.O. se révèle très efficace d’après l’étalonnage
synthétique des résistances de laboratoire, les sondages électriques montrent que
l’appareil n’a pas tenu compte de certains phénomènes géophysiques tels les effets
électromagnétiques. La correction de ces effets peut être faite en introduisant des filtres
passe-bas dont la fréquence de coupure reste inférieure à 0,1Hz.
La partie logicielle, elle aussi, peut être améliorée par la prise en compte des courbes de
sondage et propose le modèle de terrain y afférent.
Le résistivimètre électrique : interface logicielle 48
Références
REFERENCES
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Lausanne, Département d’électricité, Laboratoire de l’électronique générale.
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Transmission de données entre deux équipements informatiques. Mémoire de fin d’étude :
option télécommunication (ESPA)
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formations calcaires de mahaleotse (Toliara) et des formations altérées du socle cristallin à
Antanarivo ville. Rapport de stage DEA de Sciences Physiques :option Géophysique.
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moyennes profondeurs à Madagascar. Travaux réalisés de 1947 à 1995.Exemples
d’application. Thèse de Doctorat d’Etat, Université d’Antananarivo.
RAZAFIMANDIMBY E., RAMAROLAHY A. ;1995. Réalisation d’un système
d’acquisition de données: Application voltmètre et oscilloscope sur PC. Mémoire de fin
d’étude : option électronique (ESPA).
Annexe I : La table du code ASCII
ANNEXES
Annexe I : La table du code ASCII
LA TABLE DU CODE ASCII:
Valeurs en bases: Dec (décimale -base 10) et Hex (hexadécimale - base 16)
Dec Hex Char Dec Hex Char Dec Hex Char Dec Hex Char0 00 NUL (null) 32 20 Space 64 40 @ 96 60 `1 01 SOH (start of header) 33 21 ! 65 41 A 97 61 a2 02 STX (start of text) 34 22 " 66 42 B 98 62 b3 03 ETX (end of text) 35 23 # 67 43 C 99 63 c4 04 EOT (end of transmission) 36 24 $ 68 44 D 100 64 d5 05 ENQ (enquiry) 37 25 % 69 45 E 101 65 e6 06 ACK (acknowledge) 38 26 & 70 46 F 102 66 f7 07 BEL (bell) 39 27 ' 71 47 G 103 67 g8 08 BS (backspace) 40 28 ( 72 48 H 104 68 h9 09 TAB (horizontal tab) 41 29 ) 73 49 I 105 69 i
10 0A LF (line feed) 42 2A * 74 4A J 106 6A j11 0B VT (vertical tab) 43 2B + 75 4B K 107 6B k12 0C FF (form feed) 44 2C , 76 4C L 108 6C l13 0D CR (carriage return) 45 2D - 77 4D M 109 6D m14 0E SO (shift out) 46 2E . 78 4E N 110 6E n15 0F SI (shift in) 47 2F / 79 4F O 111 6F o16 10 DLE (data link escape) 48 30 0 80 50 P 112 70 p17 11 DC1 (device control 1) 49 31 1 81 51 Q 113 71 q18 12 DC2 (device control 2) 50 32 2 82 52 R 114 72 r19 13 DC3 (device control 3) 51 33 3 83 53 S 115 73 s20 14 DC4 (device control 4) 52 34 4 84 54 T 116 74 t
21 15 NAK(negative acknowledge) 53 35 5 85 55 U 117 75 u
22 16 SYN (synchronous idle) 54 36 6 86 56 V 118 76 v
23 17 ETB(end of transmission block) 55 37 7 87 57 W 119 77 w
24 18 CAN (cancel) 56 38 8 88 58 X 120 78 x25 19 EM (end of medium) 57 39 9 89 59 Y 121 79 y26 1A SUB (substitute) 58 3A : 90 5A Z 122 7A z27 1B ESC (escape) 59 3B ; 91 5B [ 123 7B 28 1C FS (file separator) 60 3C < 92 5C \ 124 7C |29 1D GS (group separator) 61 3D = 93 5D ] 125 7D 30 1E RS (record separator) 62 3E > 94 5E ^ 126 7E ~31 1F US (unit seperator) 63 3F ? 95 5F _ 127 7F DEL
Annexe II :Lissage par moindres carrés
LISSAGE PAR LA MÉTHODE DES MOINDRES CARRÉS
Représenter un ensemble de points expérimentaux par une somme de fonctions polynomiales
de telles manières que l’écart quadratique moyen entre cette somme et les différents points
soit minimum.
Soit une série de m points de coordonnées (x1,y1), (x2,y2),… (xk,yk)… (xm,ym), que l'on se
propose de représenter au mieux par une fonction polynomiale F(x) de degré n.
xa pn
ppxF ∑
==
0)(
Les n+1 coefficients ap sont obtenus en minimisant le quantité δ.
2
1 0∑ ∑
= =
−=
m
k
p
k
n
ppk xayδ
δ prend une valeur minimale si les n+1 dérivées partielles par rapport aux coefficients ap sont
nulles :
0201
=
−−=
∂∂ ∑∑
==
n
p
p
kpk
pm
kpxayxa
δ
On a déduit l’équation sous forme matricielle suivante :
⋅
=
aaaa
xxxxxxxxxxxx
yyyy
m
k
n
mmm
n
kkk
n
n
m
k .
.
..1..
..1..
..1
..1
.
.2
1
2
2
2
2
22
1
2
11
2
1
Soit,
Y = X . A
Annexe II :Lissage par moindres carrés
Comme la matrice X n’est pas forcément carrée, on multiplie les deux membres par sa
transposé pour avoir une matrice carré inversible.
XTY = XTX . A
Les m coefficients de ap seront explicités en multipliant l’inverse de XTX par XTY.
A= (XTX)-1 XTY
Dans notre cas, p est égale à 1 car la dépendance entre les points expérimentaux est linéaire.
Pour déterminer les coefficients de la droite de régression le système d’équation se réduit à :
yxxaxa k
m
kk
m
kk
m
kk ∑∑∑
====+
110
1
2
1
∑∑==
=+m
k k
m
kk yaxa m
10
11
En résolvant ce système, on obtient :
∑ ∑
∑∑∑
= =
===
−
−=
m
k
m
kkk
m
k k
m
kkk
m
kk
xx
yxyxa
m
m
1
2
1
2
1111
∑ ∑
∑ ∑∑∑
= =
= ===
−
−=
m
k
m
kkk
m
k
m
k kk
m
kk
m
k kk
xx
yxxyxa
m1
2
1
2
1 111
2
0
Annexe III:Tableau des résistances
TABLEAU RECAPITULATIF DES TROIS LECTURES DES RÉSISTANCES
Rref (Ω) Ro (Ω)
0,5 0.5 0.4 0.6
1 1.0 0.9 0.9
2,2 1.8 2.1 2.0
4,7 3.8 4.3 4.5
8,8 7.8 8.2 8.3
10 9.5 9.6 9.7
15 14.5 14.2 14.4
18,1 17.5 17.4 17.6
18,4 17.8 17.9 17.5
39 34.2 35.1 38.4
47 48 48.2 47.9
56 57.5 53.7 52.7
66 64.0 64.1 61.5
68,1 68.0 70.9 67.5
100 91 95 93
120 113 114 104
180 169 172 176
267 243 259 245
392 370 396 364
680 666 658 657
1000 981 994 990
1960 1778 1783 1778
Annexe IV:Courbes de sondage à Ambohidempona
La courbe de sondage du site d’Ambohidempona en utilisant R.A.O.
La courbe de sondage du site d’Ambohidempona en utilisant SYSCAL R2.
Annexe V :Courbes de sondage au terrain de foot d’Ankatso
La courbe de sondage du terrain de foot d’Ankatso en utilisant R.A.O.
La courbe de sondage du terrain de foot d’Ankatso en utilisant SYSCAL R2.
PROGRAMME PERMETTANT DE FAIRE LE DÉCODAGE EN TENSION
% editeur des chaînes binaires à décoder
txt_6=uicontrol(fig,'style','edit','position',[20 160 212 20],
'Backgroundcolor','w','horizontalalignment','left','string','0 0 1 1 0 1 0 1');
% editeur des tension décodées
txt_8=uicontrol(fig,'style','text','position',[20 100 212 16],'Backgroundcolor','w');
%commande d’exécuter le décodage
uicontrol(fig,'style','push','position',[142 60 90 20],
'Backgroundcolor',c,'string','Calculer','Fontsize',12,'callback','tension');
Tension.mfunction tension
global txt_6 txt_8
v=4.926
vr=str2num(v);
a=get(txt_6,'string');
a=str2num(a);
b=find(a);
n=length(b);
for i=1:n
k=b(i);
t=vr/2^k;
z(i)=t;
end
s=sum(z);
%conversion num en krtr
p=num2str(s);
set(txt_8,'string',s)
Nom : RAKOTONDRAFARAPrénom : HobiniainaAdresse : VU 117 Miandrarivo AmbanidiaTitre du mémoire : CONCEPTION ET REALISATION D’UNE INTERFACE LOGICIELLE POUR UN RESISTIVIMETRE ELECTRIQUE
RESUME
Un Résistivimètre Assisté par Ordinateur R.A.O est un ensemble composé d’un ordinateur portable, d’une unité de mise en forme des signaux et d’un Système d’Injection et/ou Mesure appelé S.I.M. L’interfaçage entre l’ordinateur et le SIM est établi par le Logiciel d’Acquisition de Données nommé L.A.D.Le L.A.D gère la transmission de données en utilisant l’interface série et le logiciel Matlab. Le principe de mesure des résistivités consiste à envoyer dans un certain ordre des commandes correspondant à la mesure de la polarisation spontanée, à l’injection du courant et à la mesure des tensions aux bornes de deux électrodes M et N et aux bornes d’une résistance Ro servant à vérifier l’intensité de courant. Ces commandes aboutissent d’une part à la mesure de la tension aux bornes des électrodes de potentiel après compensation de la polarisation spontanée et d’autre part à l’intensité de courant qui traverse le sous-sol à partir de la tension aux bornes de Ro. Ainsi, après avoir fait la moyenne des tensions, le L.A.D calcule, affiche, stocke et visualise sous forme graphique les résistivités du sous-sol.Les vérifications effectuées ont montré que le R.A.O doit être modifié pour donner de meilleurs résultats.
Mots clés : logiciel d’acquisition, interface série, injection de courant, mesure de tension.
Encadreur: Professeur Ranaivo-Nomenjanahary Flavien Noël Responsable du laboratoire de Géomagnétisme à l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo
ABSTRACT
The “R.A.O.” (Résistivimètre Assisté par Ordinateur) or an computed terrameter is composed by a laptop, a signal transformation unit and a measurement and/or injection system named as “S.I.M.”. The interface programming between laptop and “S.I.M.” is stipulated by a software data acquisition called “L.A.D”.The “L.A.D” , developped by Matlab software, manages the data transmission on both laptop and “S.I.M.” by using a serial interface RS232. The principle of the resistivity measurement consists of sending commands corresponding to the spontaneous polarization measurement, the direct current injection and to mesure the voltage between a pair of electrodes and the resistance Ro. This voltage of Ro serves to verify the intensity of the current. These commands give on the one hand the voltage between the pair of electrodes after compensing the spontaneous polarization and in the other hand the intensity of the current flows through the soil from the voltage of the resistance Ro. Thus, after getting the average voltage the “L.A.D” calculates, displays, saves and plot the resistivity of soils.In order to improve the results the “R.A.O.” needs some modifications.
Key words: software of acquisition, serial interface, injection of current, mesure of potential difference.