Brevet FR2806315A1 — publié le 20010921

Dispositif de chronométrage à transmission radio Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif de chronométrage pour des compétitions sportives, comprenant des unités périphériques échelonnées en des points de contrôle le long du parcours, et comportant: - des moyens de détection pour élaborer des signaux de passage correspondant à des informations temporelles de contacts de départ, de passage intermédiaire, et d'arrivée, - des moyens de transmission radio pour transmettre les signaux de passage issus de l'émetteur d'une première unité périphérique, notamment de départ et / ou d'une unité intermédiaire, vers le récepteur d'une deuxième unité périphérique, notamment de l'unité d'arrivée, - et des moyens de chronométrage associés à la sortie de la deuxième unité périphérique. Etat de la technique Le document FR-A-2655454 décrit un dispositif de chronométrage à liaison mixte et radio, comprenant plusieurs barrières photoélectriques à rayons infra-rouges avec émetteur et récepteur radio. Le document EP-A-125624 se rapporte à un dispositif de chronométrage sportif, dans lequel l'actionnement d'un contact enclenche une base de temps coopérant avec un compteur qui délivre un train d'impulsions codées dans un codeur. Le code indique pour chaque impulsion l'écart de temps qui la sépare du moment o a lieu l'événement temporel. Le train d'impulsions est envoyé par radio à un récepteur via un émetteur, et est traité par un décodeur associé à une unité de calcul. Les bases de temps des systèmes connus fonctionnent avec des oscillateurs type TCXO ou des quartz standard. Ces dispositifs sont incapables de fournir une précision au 1/1000s sur une durée de 16 heures, et un horodatage basé sur un temps universel. De plus, le problème posé par les dispositifs connus de transmission radio d'événements temporels est celui de la synchronisation de l'émetteur et du récepteur pour fiabiliser au maximum le chronométrage. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de chronométrage à transmission radio permettant d'obtenir une précision optimum sans nécessiter de synchronisation d'horloges entre l'émetteur et le récepteur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que des moyens d'horloge fournissent les signaux de passage au récepteur de la deuxième unité périphérique avec un retard fixe de report, le temps de rattrapage calculé au niveau du récepteur s'effectuant en faisant la différence du retard de report avec le temps de transmission radio. Ce premier mode de fonctionnement nécessite une maîtrise parfaite du temps de transmission radio. Un oscillateur a quartz d'une précision de 20 ppm est suffisant, car la précision recherchée de 1/1000s n'est à tenir que sur le retard de report T égal à 2 secondes. Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième unité périphérique peut être équipée d'un module de temps universel GPS agencé pour que le temps de départ soit obtenu en déduisant le retard de report du temps de report du contact du départ. Ce deuxième mode de fonctionnement permet d'installer un seul module GPS sur l'équipement. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque unité périphérique comporte un module de temps universel GPS constituant une horloge cadencée pour que le temps de départ soit considéré comme un temps absolu. Dans ce troisième mode de fonctionnement, chaque module de temps universel GPS possède sa propre base de temps, et fournit des impulsions d'horloge de 10ps chaque seconde, éliminant de ce fait tout problème de synchronisation entre l'émetteur et le récepteur. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, chaque unité périphérique comporte un détecteur de passage pour le contact départ, le contact d'arrivée, et le contact intermédiaire, et un module émetteurrécepteur à antenne pour la transmission radio d'une trame numérique. Chaque unité périphérique est constituée par un microcontrôleur renfermant un module de gestion numérique associé à une mémoire EEPROM et un interface utilisateur pour les paramètres d'identification et de sélection du mode de fonctionnement avec ou sans GPS. Le module de gestion de chaque unité périphérique comporte: - une première entrée, destinée à recevoir les signaux de passage, - une deuxième entrée pour des signaux de mesure issus de divers capteurs, - une troisième entrée pour une liaison à une imprimante locale, - une sortie délivrant le signal de report du contact départ, - au moins une sortie pour les signaux de report des contacts intermédiaires, - et une sortie pour le signal de report du contact d'arrivée. Les moyens de chronométrage sont constitués par un chronomètre classique dans le premier mode de fonctionnement, ou un appareil de gestion numérique dans le deuxième et troisième modes de fonctionnement.. Les détecteurs de passage dans les unités périphériques comportent des portillons photoélectriques ou optoélectroniques pour délivrer les différents signaux de passage. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est vue synoptique du dispositif de chronométrage à transmission radio selon l'invention; - la figure 2 montre l'architecture d'une unité périphérique du dispositif de chronométrage de la figure 1; la figure 3 représente le chronogramme du premier mode de fonctionnement basé sur le rattrapage des temps de transmission entre l'émetteur et le récepteur; - la figure 4 montre l'organigramme mis en oeuvre dans un émetteur du premier mode de fonctionnement; - les figures 5 et 6 représentent les organigrammes mis en oeuvre en parallèle dans un récepteur du premier mode de fonctionnement; - la figure 7 est le chronogramme du deuxième mode de fonctionnement à module de temps universel GPS intégré dans l'unité d'arrivée. Description d'un mode de réalisation préférentiel En référence à la figure 1, un dispositif de chronométrage 10 à transmission radio, utilisé notamment pour chronométrer avec précision des épreuves sportives, comporte une pluralité d'unités périphériques 12, 14, 16, 18 1 0 échelonnées en des points prédéterminés le long du parcours. L'unité 12 est située au départ, I'unité 14 se trouve à l'arrivée, et l'unité 16 est une unité de transmission intermédiaire. L'unité 18 constitue un relais de transmission auxiliaire capable de communiquer avec les unités en cas de secours ou de mauvaise transmission radioélectrique dans certaines zones du parcours. A chaque unité périphérique 12, 14, 16 est associé un détecteur de passage DP pilotant respectivement un contact départ C1, un contact arrivée C2, et un contact intermédiaire Cl. Les différents signaux de passage élaborés au niveau des unités 12, 16 sont transmis par radio à l'unité d'arrivée 14, dont la sortie est connectée soit à un chronomètre 20 classique par des conducteurs 22, soit à un appareil de gestion numérique 24 par une liaison série 26. En référence à la figure 2, chaque unité périphérique 12, 14, 16, 18 est constituée par un microcontrôleur 28 à huit ou seize bits, renfermant un module de gestion 30 numérique associé à une mémoire 32 EEPROM, un interface utilisateur 34 pour les paramètres d'identification et de sélection du mode de fonctionnement, et un module émetteur-récepteur 36 à transmission radio numérique. Le module de gestion 30 numérique est piloté par un oscillateur à quartz 38 du type TCXO, et peut en plus être connecté à un module de temps universel GPS qui fournit des impulsions d'horloge de 10ps chaque seconde avec une précision de 100ns sur le front montant. Une antenne 42, 44 est branchée au module émetteur-récepteur 36 et au module de temps universel 40. Une première entrée E1 du module de gestion 30 est destinée à recevoir les signaux d'informations des détecteurs de passage DP, notamment le signal du contact départ, le signal du contact d'arrivée, ou un signal d'un contact intermédiaire. Une deuxième entrée E2 peut recevoir d'autres signaux de mesure issus de divers capteurs, par exemple de vitesse, de température, etc...Une troisième entrée E3 est disponible pour une liaison à une imprimante locale. La sortie S1 du module de gestion 30 délivre un signal de report du contact départ. Les sorties S2 et S3 procurent des signaux de report des contacts intermédiaires, et la sortie S4 délivre un signal de report d'arrivée. Tous les signaux de sorties S1 à S4 sont fournis avec un retard constant, par exemple de 2 secondes. La sortie S5 est branchée à l'appareil de gestion numérique 24 par la liaison série 26. Mode de fonctionnement à report d'état sans GPS Un premier mode de fonctionnement est basé sur le rattrapage des temps de transmission entre les différentes unités périphériques, par exemple lors de l'émission du signal de contact départ de l'unité 12, et de la réception de ce signal par l'unité d'arrivée 14. Dans ce cas, le module de temps universel 40 GPS n'est pas utilisé dans les deux unités 12, 14. Le principe du rattrapage des temps de transmission est illustré sur le chronogramme de la figure 3, et les organigrammes des figures 4 à 6: Au temps de départ to intervient la fermeture du contact départ C1 qui applique une impulsion sur l'entrée E1 de l'unité de départ 12. L'horodatage de la fermeture du contact départ C1 est suivi du démarrage de l'émetteur du module radio 36 de l'unité de départ 12 avec le début de modulation de la trame numérique pendant une temporisation AT,. Au temps t: s'opère l'émission et l'horodatage de l'impulsion de synchronisation de la première trame, suivie de l'émission des données relatives à l'écart de temps AT,=tl - to. Deux tâches sont enclenchées en parallèle au niveau du récepteur du module radio 36 de l'unité d'arrivée 14. La première tâche consiste à attendre l'impulsion de synchronisation d'une trame radio en réception. A la réception au temps t2 se produit l'horodatage de l'impulsion de synchronisation, suivi au temps t3 du décodage des données relatives à l'écart de temps AT,. La différence de temps ATM entre t2 et tl correspond au temps de déphasage du modem dans le module radio 36, ATM étant une constante de l'ordre de 600ps. De même la différence de temps AT2 entre t3 et t2 est une constante. L'information de fermeture du contact départ C1 transmise par l'émetteur de l'unité 12 au récepteur de l'unité 14 est donc relative, et indique qu'à la réception de la trame au temps t3, I'impulsion de synchronisation est partie AT2 secondes plus tôt. Si T est le temps de retard fixe de report du contact de fermeture Cl, le temps de rattrapage calculé tR sera donné par la relation: tR = T - (AT1 + ATM + AT2) T étant par exemple égal à 2 secondes, AT1 + ATM + AT2 = constante de transmission radio X La deuxième tâche au niveau du récepteur consiste à attendre la fermeture du contact arrivée C2 à l'instant t4. L'application d'une impulsion sur l'entrée E1 de l'unité d'arrivée 14 fournit à la sortie S4 le signal de report d'arrivée avec une temporisation T constante. Le mode de fonctionnement à report d'état nécessite une maîtrise parfaite du temps de transmission radio. On utilisera à cet effet un modem MAXON DM70 autorisant une grande liberté sur la nature de la modulation en bande de base. Un oscillateur à quartz de 20 ppm est suffisant, car la précision de 1/1000s n'est à tenir que sur la durée T égale à 2 secondes. Mode de fonctionnement mixte à report d'état et GPS Dans le deuxième mode de fonctionnement, un seul module de temps universel 40 GPS est installé sur l'unité d'arrivée 14, alors que l'unité de départ 12 en est dépourvue. Sur le chronogramme de la figure 7, le module universel 40 GPS émet toutes les secondes des impulsions GPS de synchronisation avec une précision de 100ns sur les fronts montants. Le temps to de fermeture du contact départ C1 est calculé par rapport au temps to +T du signal de report de départ. Il suffit en effet de soustraire T = 2secondes à l'heure de fermeture du contact reporté pour obtenir l'heure de départ. Mode de fonctionnement GPS Dans le troisième mode de fonctionnement, un module de temps universel GPS est installé sur chaque unité d'arrivée 14 et de départ 12. Il constitue une horloge avec des impulsions de commande toutes les secondes. Cette méthode élimine tous les problèmes de synchronisation entre l'émetteur et le récepteur. L'heure de départ devient alors une heure absolue. L'oscillateur à quartz 38 cadence chaque unité 12, 14, et l'horloge principale est synchronisée chaque seconde par le module de temps universel 40 GPS. L'oscillateur à quartz 38 peut prendre le relais du module de temps universel GPS pendant 16 minutes en conservant la précision de 1/1000 en cas de perte momentanée de la liaison satellite. Le logiciel embarqué pourra assurer la gestion des trois modes de fonctionnements, la sélection étant choisie par un commutateur ou configurée par liaison série. Revendications 1. Dispositif de chronométrage pour des compétitions sportives, comprenant des unités périphériques (12, 14, 16) échelonnées en des points de contrôle 1 5 le long du parcours, et comportant: - des moyens de détection pour élaborer des signaux de passage correspondant à des informations temporelles de contacts de départ (C1), de passage intermédiaire (Cl), et d'arrivée (C2), - des moyens de transmission radio pour transmettre les signaux de passage issus de l'émetteur d'une première unité périphérique, notamment de départ (12) et I ou d'une unité intermédiaire (16), vers le récepteur d'une deuxième unité périphérique, notamment de l'unité d'arrivée (14), - et des moyens de chronométrage associés à la sortie de la deuxième unité périphérique, caractérisé en ce que des moyens d'horloge fournissent les signaux de passage au récepteur de la deuxième unité périphérique (14) avec un retard fixe de report (T), le temps de rattrapage calculé au niveau du récepteur s'effectuant en faisant la différence du retard de report (T) avec le temps de transmission radio (X). 2. Dispositif de chronométrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième unité périphérique (14) est équipée d'un module de temps universel (40) agencé pour que le temps de départ soit obtenu en déduisant le retard de report (T) du temps de report du contact du départ (C1). 1 1 3. Dispositif de chronométrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité périphérique (12, 14, 16) comporte un module de temps universel (40) constituant une horloge cadencée pour que le temps de départ soit considéré comme un temps absolu. 4. Dispositif de chronométrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le module de temps universel (40) est formé par une carte GPS à antenne (44) délivrant des impulsions de synchronisation toutes les 1 5 secondes avec une précision de 100 ns sur les fronts montants. 5. Dispositif de chronométrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité périphérique (12, 14, 16) comporte un détecteur de passage (DP) pour le contact départ (C1), le contact d'arrivée (C2), et le contact intermédiaire (Cl), et un module émetteurrécepteur (36) à antenne (42) pour la transmission radio d'une trame numérique. 6. Dispositif de chronométrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque unité périphérique (12, 14, 16) est constituée par un microcontrôleur (28) renfermant un module de gestion (30) numérique associé à une mémoire (32) EEPROM et un interface utilisateur (34) pour les paramètres d'identification et de sélection du mode de fonctionnement avec ou sans GPS. 7. Dispositif de chronométrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module de gestion (30) de chaque unité périphérique (12, 14, 16) comporte: - une première entrée (El), destinée à recevoir les signaux de passage, - une deuxième entrée (E2) pour des signaux de mesure issus de divers capteurs, - une troisième entrée (E3) pour une liaison à une imprimante locale. 8. Dispositif de chronométrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module de gestion (30) de chaque unité périphérique (12, 14, 16) est associé à: - une sortie (S1) délivrant le signal de report du contact départ ( Cl), - au moins une sortie (S2, S3) pour les signaux de report des contacts 1 5 intermédiaires (Cl), - et une sortie (S4) pour le signal de report du contact d'arrivée (C2). 9. Dispositif de chronométrage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de chronométrage sont constitués par un chronomètre (20) classique, ou un appareil de gestion numérique (24). 10. Dispositif de chronométrage selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les détecteurs de passage dans les unités périphériques (12, 14, 16) comportent des portillons photoélectriques ou optoélectroniques pour délivrer les différents signaux de passage.