Synchronisation des mesures

La synchronisation des données est un élément technique très important pour notre étude. Dans la condition ergomètre, les voies analogiques sont enregistrées à l’aide d’une tablette PC via trois cartes d’acquisition. La cinématique du kayakiste est, quant à elle, obtenue par le système d’analyse de mouvement Vicon piloté par le logiciel Nexus. Pour cela, il est donc

62 nécessaire de synchroniser tout d’abord ces trois cartes d’acquisition et ensuite les données cinématographiques obtenues par le système de capture de mouvement.

2.3.1 Synchronisation des cartes d’acquisition

La chaîne de mesure s’est construite en plusieurs étapes ; tout d’abord une identification des éléments a été faite, suivie par la mise en œuvre d’une synchronisation indispensable des dispositifs. Une fois ce travail réalisé, nous pouvons enregistrer les données, les afficher puis les traiter. Pour réaliser cette procédure, le logiciel LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) a été utilisé.

La synchronisation des horloges entre les cartes est primordiale car des petits décalages sur les fréquences d'horloge peuvent conduire à des erreurs de temps importantes, dès lors que celles-ci sont accumulées sur un grand nombre de périodes. La synchronisation des données vise à conserver la cohérence entre les différents flux d’informations issus des capteurs dans un environnement multitâche. Une variable importante avant de démarrer la synchronisation des différentes dispositifs est le cadencement et la précision de la synchronisation par rapport à la distance (les nœuds du système). Pour concevoir ce protocole, il est important de tenir compte des limites imposées par cette variable parce que quand la distance de transmission augmente, il est plus difficile de partager des signaux entre les systèmes pour les garder synchronisés. Après avoir mesuré toutes les distances entre les capteurs, les boitiers et la tablette PC, une valeur de distance maximale de 4 m a été identifiée.

Ceci est illustré par le graphique de la Figure 36 [48]. Dans notre cas la distance est inférieure à 10m. Il est donc possible de connecter physiquement les cartes d’acquisition. Sur cette base, la transmission des signaux d'horloge et de déclenchement peut se faire avec succès. Nous observons aussi qu’il est possible d’obtenir une précision d’horloge de synchronisation supérieure à 10-3 s entre les systèmes, « maitre » et « esclave ». Egalement, au fur et à mesure que la distance entre les systèmes de mesure augmente, au-delà d'un certain seuil, il n’est plus possible de connecter physiquement les lignes d'horloge et de déclenchement de chaque système. Une autre méthode valable pour transporter les signaux d'horloge et de déclenchement d'un système « maître » à un système « esclave » est la méthode appelée synchronisation référencée de façon temporelle.

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Figure 36: Graphique donnant la précision en fonction de la distance (In documentation technique de National Instruments & Co)

Deux cartes NIDAQ 6024E et une NI6009OEM sont utilisées dans ce projet. L’idée de ne pas utiliser une seule carte ou bloc modulaire pour l’acquisition des 38 voies analogiques, est motivée par le fait que les cartes d’acquisition étaient disponibles au laboratoire. Cependant, ne pas utiliser un seul bloc d’acquisition génère un travail de synchronisation des données. La carte NIDAQ 6024E connectique PCMCIA (PC-Card) avec 16 entrées analogiques (200 103 Hz, 12 bits de résolution), 8 E/S numériques et la carte NI 6009OEM, USB avec 8 entrées analogiques (14 bits, 48 103 Hz), 12 E/S numériques, nous offrent un total de 40 voies analogiques disponibles. Le diagramme de connectique est présenté à la Figure 37, ci-dessous.

Figure 37 : Diagramme de connectique des capteurs de l’ergomètre kayak

La fréquence d’échantillonnage de la carte NIDAQ 6024E permet donc de lire les données jusqu'à 200 103Hz pour une seule voie, donc les taux d’échantillonnage pour 16 Voies est de

64 12.5 103 Hz. De la même façon, pour la carte NI 6009OEM, la fréquence d’échantillonnage est de 48 103 Hz pour une seul voie ; on obtient donc, pour 8 voies un taux de 6 103 Hz. A partir de ces valeurs, il est possible conclure que pour les enregistrements un taux d’échantillonnage de 6 103 Hz ne doit pas être dépassé.

Plusieurs expériences ont été effectuées afin d’obtenir une complète synchronisation entre les capteurs. D’abord un test entre deux cartes, puis une fois cette procédure établie une troisième carte a été ajoutée. La démarche pour commencer chaque expérience a été la suivante : Une fois les branchements des triggers réalisés sur chaque carte, le code graphique pour acquérir et analyser les données est développé. Puis l'interface utilisateur (interrupteurs, graphes, tableaux, etc.) est construite, compilée en une version exécutable, pour une application autonome installée sur la tablette PC. L’expérience peut commencer.

Dans un premier temps, un déclencheur (signal de 5 V) est utilisé. Ces tests ont mis en exergue plusieurs problèmes de déclenchement du système « maître » aux systèmes « esclaves » ce qui a généré une incohérence dans le cadencement. Aussi, les données enregistrées montrent une fréquence d’échantillonnage différente pour chaque carte. Pour résoudre ce problème, une nouvelle hiérarchie des taches a été programmée. Le déclencheur a été programmé et géré par la même interface d’acquisition ; la liaison entre les horloges n’est plus faite physiquement mais par le logiciel. Un signal provenant du « maitre » est envoyé aux « esclaves », ensuite le démarrage du traitement des données est effectué une fois que les trois cartes aient reçu le signal de déclenchement. En utilisant cette démarche, le cadencement des données était assuré.

2.3.2 Synchronisation des données capteurs avec le système de capture

de mouvement

Pour la synchronisation de ces deux dispositifs, une voie analogique de l’ergomètre a été dupliquée et envoyée simultanément aux deux dispositifs d’enregistrement (Tablette PC et PC Vicon). Puis l’enregistrement est lancé sur les deux dispositifs, sans ordre de priorité. Les données sont synchronisées et interpolées afin de les ré-échantillonner à une même fréquence. Ce travail est fait en post traitement via un programme développé sous Matlab. En effet, les données sont enregistrées à une fréquence maximale de 370 Hz en pleine résolution par le système Vicon alors que la fréquence maximale des données analogiques est portée à 6 kHz

65 de part les caractéristiques de la carte d’acquisition. Les scripts développés sous Matlab permettent une communication simple entre les deux systèmes d’enregistrement.