Je vais vous présenter quelques exemples de cas d’utilisation de la carte RedPitaya dans le cadre de projet de laboratoires français. Ces exemples vous permettront de vous rendre compte des possibilités de cette carte et de manière générale du prototypage rapide. Ces quelques exemples vous feront aussi découvrir la variété des Laboratoires français.
Radio logicielle (SDR) avec RedPitaya
La carte Red Pitaya (14 bits 125 MSPS) est très largement utilisée dans la communauté radioamateur, moyennant des modifications hardware assez simples, il est possible de la transformer en radio logicielle. La société RedPitaya a mis à disposition pour cela un kit hardware et software pour la carte STEMlab 125-14. Mais beaucoup de passionnés ont créé leur propre kit.
Le laboratoire Electrolab a créé son propre kit SDR. Ils sont partis d’une carte STEMlab 125-14 qu’ils sont modifiés (Étage d’entrée, horloge, Alimentation de l’ADC). Pour le software ils ont utilisé le firmware OpenHPSDR réalisé par Pavel Denim. Ils ont ensuite intégré un front-end (interface visuelle) composé de plusieurs cartes développées par le même labo permettant de réaliser le filtrage, amplification faible bruit, commutation d’antenne
Electrolab : est un atelier collaboratif de 1500 m² implanter en région parisienne (Nanterre). Ce laboratoire est ouvert à tous pour le partage des connaissances dans le domaine des sciences et des techniques. De la machine à coudre en fonte au microscope électronique à balayage en passant par les tours et fraiseuses à commande numérique (ou pas), la découpe plasma, la fonderie aluminium et bronze, la sérigraphieuse et le perchlorure de fer (ouf !), il y a de quoi expérimenter dans bien des domaines. www.electrolab.fr
Récemment RedPitaya à sortie une nouvelle carte 122.88-16 SDR, dédié aux radioamateur (basse impédance et ACD 16bits), mais malgré ces améliorations notables, cette carte nécessite toujours quelque modifications hardware pour l’adapter à un projet SDR. Mais pour proposer quelque chose de complet (avec le front-end) il s’est associé aux groupes Charly25 et propose un produit fini pour un peu plus de 2000 €.
Echopen – l’échographie open source
EchOpen est un projet ainsi qu’une communauté ouverte et collaboratives, menés par un noyau multidisciplinaire d’experts et de professionnels de haut niveau dans le but de concevoir un écho stéthoscope (sonde à ultrasons) fonctionnel, peu coûteux (abordable) et open source connecté à un smartphone, permettant de transformer radicalement l’orientation diagnostique dans les hôpitaux.
Le projet qui à mobiliser une équipe d’expert a été accompagné et financé par la fondation Pierre Fabre. C’est la prolifération des moyens de développement rapide (les cartes open source, l’électronique bas coût, les communautés WEB), qui ont permis à cette équipe de développer un matériel médical, avec un faible investissement.
La RedPitaya n’est pas ici le centre du projet, elle est utilisée en association d’un panel d’autre carte ; des démos board (convertisseur, Arduino), et des cartes spécifiques (Alimentation, Générateur -100 V, filtres, amplificateur, traitement du signal). Mais aussi d’un transducteur permettant de générer et recevoir les signaux ultrasons accompagnés d’un moteur pas à pas pour le mouvement de scan. Le RedPitaya est utilisé pour faire la numérisation et le traitement du signal. Voici les principales étapes du procédé :
- Tout d’abord, le transducteur est mis dans la bonne position grâce à un moteur.
- Un circuit appelé pulseur est utilisé pour exciter le transducteur qui se comporte comme un haut-parleur.
- Le transducteur est mis en mode écoute (il se comporte alors comme un microphone).
- Le signal est amplifié. Cette étape est nécessaire pour numériser le signal, sinon son amplitude serait trop faible.
- Le signal est numérisé.
- Un certain traitement est effectué pour extraire les informations pertinentes que l’on veut afficher. C’est ce qu’on appelle l’extraction d’enveloppes. Un certain débruitage peut être appliqué à cette étape.
- Les lignes collectées sont envoyées au smartphone via le réseau wifi.
- La conversion de balayage est réalisée. Cette dernière étape consiste à rendre une image conique des différentes lignes enregistrées.
Pour plus de détails, vous pouvez consulter leur GITbook
Vélocimètre lidar à effet Doppler
Koheron est une société française proposant des blocs de construction (hard et soft) pour le prototypage Laser. Pour cela il utilise des cartes FPGA, dont la RedPitaya. Leur blog, propose quelque exemple de prototype laser basé sur l’utilisation d’un RedPitaya associé à une carte laser (spécifique au RedPitaya) comportant un laser DFB de 1550 nm et un photodétecteur de 60 MHz. Le courant laser peut-être modulé par les sorties analogiques du Red Pitaya. Dans la configuration proposée, la carte est commandée en TCP/IP par un programme Python.
Pour réaliser cette mesure, il est nécessaire de mesurer le décalage de fréquence de l’effet doppler. Ce décalage est mesuré grâce à une modulation pour récupérer le battement basse fréquence.
Le laser est divisé en deux faisceaux. Un faisceau (sonde) est envoyé vers la cible. Le second (oscillateur local) sert de référence de fréquence f0. Le faisceau sonde sort du collimateur, se réfléchit sur la cible et est collecté par le collimateur. Le circulateur optique redirige ensuite le signal vers une photodiode. Le signal est mélangé avec l’oscillateur local pour produire le battement. Il sufi ensuite de mesurer la fréquence du battement.
Source : https://www.koheron.com/blog/2015/11/15/doppler-lidar-velocimeter
Stabilisation d’un faisceau d’électrons dans un synchrotron
Ce projet a été réalisé à SOLEIL, dans ce Synchrotron, les électrons tournent à toute vitesse dans un anneau de 354 m de circonférence, environ 1 million de tours par secondes. Le passage multiple de ces électrons dans l’anneau créer des « instabilité », des structures spatiales rendant le faisceau non homogène. C’est instabilité limite les performances possibles de l’instrument.
Soleil est un centre français de rayonnement synchrotron, à la fois grand instrument pluridisciplinaire et laboratoire de recherche. Plus concrètement, c’est un accélérateur de particules (électrons) circulaire qui produit un rayonnement synchrotron, une lumière extrêmement brillante qui permet d’explorer la matière inerte ou vivante.
SIte web
Le pulse TeraHertz est mesuré grâce à un bolomètre qui permet de transformer le rayonnement photonique en une élévation de température qui est mesurable (le temps de réponse du bolomètre est de 1 µs). Cette mesure est envoyée sur le RedPitaya pour traitement, le signal est filtré numériquement et envoyé sur une boucle de contrôle (Pyragas feedback, time delay feedback). Le signal est ensuite amplifié et réinjecté dans l’accélérateur par l’intermédiaire d’une cavité accélératrice.
Source: Coherent Terahertz synchrotron radiation mastered by controlling the irregular dynamics of relativistic electron bunches
Comptage de poisson près d’un barrage
Nous retrouvons aussi des projets dans la préservation de la biodiversité près des centrales hydroélectriques et des barrages. Ce projet a été réalisé par deux laboratoires, le premier le CNRS de Grenoble ayant une spécialité en traitement automatique des signaux (audio/vidéo), le second est le laboratoire industriel d’EDF Chatou.
Le Red Pitaya est utilisé ici pour compter les poissons, grâce à un système acoustique actif. La carte permet de réaliser l’acquisition des signaux acoustiques avec un spectre de 500 kHz. La carte réalisée un premier trie et un prétraitement des signaux, si les signaux sont considérés corrects, ils sont envoyés à un serveur ou une analyse de la signature est réalisée. Pour multiplier les entrées de la carte, un multiplexeur a été ajouté en entrées, et ceux-ci sont par les entrées sorties de la carte Red pitaya.
Source : IoT Acoustic Antenna Development for Fish Biomass Long-Term Monitoring
