EthernAude

Le projet EthernAude est un boîtier électronique à brancher sur une caméra CCD pour la connecter sur un réseau Ethernet. Ce boîtier permettra de piloter les caméras CCD à partir de n’importe quel type d’ordinateur et avec le système d’exploitation courant (Windows 2000 et XP en particulier). De plus, ce boîtier va amener une accélération de la lecture de certaines caméras CCD par rapport à l’utilisation classique via le port parallèle (pour l’Audine par exemple, le temps de lecture est divisé par quatre).

Base du projet:

Actuellement la grande majorité des caméras CCD amateurs et semi-professionnelles utilisent le port parallèle pour le transfert des données. Lors de la création de ces premières caméras, l'utilisation de ce port à semblé évident pour plusieurs raisons:

- Il est présent sur tous nos ordinateurs et ne nécessite donc pas de rajout de cartes (en particulier sur les portables, très prisés chez les amateurs).

- Il est assez facile à programmer.

- Les convertisseurs analogique-numérique n'étaient pas très rapides, et les vitesses obtenues par le port parallèle étaient bien suffisantes.

Mais tout n'est pas idéal et en plus maintenant avec l'évolution de la technologie, on peut mettre en évidence un certain nombre de problèmes:

- Les parasites sur le port parallèle, dus à la masse de l'ordinateur qui se promène entre le PC et la caméra, limitent la longueur du câble camera-ordinateur et limitent aussi les vitesses de transfert.

- Les convertisseurs analogique-numérique sont maintenant beaucoup plus rapides, et l'on gâche leur potentiel en limitant la vitesse de transfert par l'utilisation du port parallèle.

- Peu de portage vers d'autres systèmes d'exploitation que Windows (un tout petit peu de Linux), et quasi-rien vers les non-PC.

- Et enfin, un argument mais pas le moindre, à priori le nouveau système Windows XP (comme son ancêtre Windows 2000) ne permet pas de programmation directe du port parallèle. Il faut créer un driver virtuel, et là, bon courage aux programmeurs. Ainsi, il y a très fort à parier que l'Audine ne pourra pas être lue sous Windows XP avec les programmes actuels (Pisco, Iris, Prism ...etc).

Fortes de ce constat, plusieurs personnes ont réfléchi à l'avenir!!! Différentes solutions sont apparues : Ethernet, USB, FireWire ...etc. Après analyse, Cyril Cavadore et Boris Gaillard ont décidé de travailler sur une carte interface Ethernet durant l'année 2000.

Quels sont les avantages d'Ethernet? Et d'abord, qu’est-ce qu’Ethernet?

Rien à voir avec Internet, Ethernet est le nom du système de transfert de données utilisé par les réseaux d'ordinateurs. Dès que vous voyez plusieurs ordinateurs reliés ensemble dans une entreprise, vous pouvez être sur qu'il y a de l'Ethernet dans l'air.

Les données sont transférées par un petit câble blindé à 8 fils. De par sa conception, il n'y a pas de masse qui se promène, donc très peu de parasites. On atteint donc de manière courante deux types de vitesse: le 10M et le 100M. Le M signifiant millions de bit par seconde. En gros on peut dire que l'on transfere 1 million d'octets par seconde en 10M, et bien sûr, dix fois plus en 100M. Il y a même maintenant du 1000M. Dans ce qui nous intéresse, le choix s'est limité à 10M, c'est déjà bien plus rapide que le port parallèle.

Voyons les avantages:

- Comme on vient de le voir, la rapidité.

- Le câble ordinateur-caméra peut atteindre 100 mètres et même maintenant, il existe des liaisons Ethernet sans fils.

- L'adaptation à de nouveaux systèmes d'exploitation est très rapide, et bien sûr cela fonctionne parfaitement sous Windows XP et 2000. D'ailleurs, l'équipe de développement de la partie "hard", travaille principalement sous Windows 2000.

- Pas besoin de bloquer le système d'exploitation pendant la lecture de l'image, vous pouvez ainsi travailler pendant la lecture.

Choix technologiques

Premièrement, pour des raisons de taille des circuits imprimés, la technologie CMS a été largement employée. Un composant CMS est un composant qui n'a pas de pattes qui traversent le circuit imprimé, mais ses pattes sont soudées en surface (voir fig. 1), ce qui permet d'avoir des pistes bien plus petites sur le circuit imprimé.

L'ensemble EthernAude est composé de deux cartes. La première, appelée 'maître' (développée par Cyril Cavadore et Boris Gaillard), reçoit les signaux Ethernet, les décode, place les ordres sur le bus pour la carte ‘esclave’, et inversement, reçoit des données de la carte ‘esclave’ via le bus, les code et les envoie vers l'ordinateur via Ethernet. La deuxième, appelée 'esclave' (développée par Michel Meunier), reçoit les ordres de la carte maître, et gère directement la caméra CCD; inversement elle reçoit des données de la caméra CCD et les place sur le bus à destination de la carte maître.

Le choix des microcontrôleurs a été également crucial: rapidité, facilité de programmation et de débogage. Dès l'origine, la carte maître a été conçue avec un SX52 (voir fig. 1), microcontrôleur de chez Ubicom (anciennement Scenix). Ce microcontrôleur travaille avec une horloge à 50MhZ, et grâce à son système pipeline, traite 50 millions d'opérations par seconde. Initialement la carte esclave était équipée d'un PIC 16C74, mais pour des raisons de faible vitesse ('seulement' 5 millions d'opérations par seconde) et de simplification, on a remplacé le PIC initial par un SX52.

Fig. 1, SX52 et 4 résistances CMS.

Description de l'EthernAude:

Le système EthernAude se branche entre la caméra CCD et l'ordinateur, la liaison PC-EthernAude étant réalisée par un câble réseau classique, la liaison EthernAude-CCD réalisée avec un câble parallèle standard à 25 broches. Avec les caméras Audine, Hisis …etc, AUCUN changement n’est à apporter sur la caméra .

L'alimentation est externe, et nécessite une tension entre 7V et 12V 1A. En interne un régulateur à découpage s'occupe du reste (5V). L’alimentation peut être assurée par une petite alim universelle à 60F dans n’importe quel grand magasin ou prise sur l'alim de la CCD avec une dérivation (AlAudine III par exemple).

L'interface se présentera sous la forme d'un boîtier d'environ 150x70x50mm (dès que possible, il y aura des photos du boîtier). Sur le boîtier, il y aura plusieurs connecteurs:

- connecteur 2 broches pour l'alimentation de l'EthernAude, tension entre 7 et 12V, avec en interne une diode de protection pour éviter les inversions de polarité.

- connecteur RJ45 pour le branchement Ethernet

- connecteur DB25 pour le branchement du câble allant vers la camera (identique à celui du port parallèle).

- connecteur 6 broches pour un port I2C avec en plus 5V et tension d'entrée de l'EthernAude.

Un port I2C a été implémenté pour pouvoir gérer avec une grande simplicité une roue à filtre, la focalisation ..etc. Il suffira de respecter l'adresse I2C pour gérer comme chacun l'entend ces accessoires.

Avancement du projet:

Actuellement, seule la caméra Audine est supportée, mais des versions pour les Hisis, Kaf-Aude (Bernasconi-Maury) et Kitty sont prévues. Pour les caméras SBIG il reste un important problème, car la société SBIG refuse de transmettre le protocole bas-niveau pour lire leurs caméras.

Attention, un boîtier EthernAude ne peut contenir qu'un seul driver de caméra et le changement de driver ne pourra se faire qu'à l'aide d'un programmateur de SX52 (environ 600F), ou bien sûr, par la société qui commercialisera l'EthernAude. Donc il sera difficile de changer de type de caméra avec le même boîtier dans la même soirée d'observation!

Cas de l'Audine: les modes de lecture standard avec binning, video et drift-scan ont été implémentés. Dans le cas du drift-scan, il est à noter que le temps de décalage n'est plus géré par l'ordinateur, mais par l'EthernAude avec une précision du 10ème de milliseconde.

Dans l'état actuel du projet, nous en sommes à la réalisation d'une série limitée des prototypes définitifs, qui seront distribués au plus vite à des bêta-testeurs et à des développeurs pour tests et écritures des drivers côté ordinateur. Les deux cartes internes (maître-esclave) sont maintenant totalement opérationnelles et fonctionnent très bien (voir résultats ci-dessous). Il serait bien que ce projet soit commercialisé au cour de l’année 2002. 

Quelques résultats:

Ces tests ont été réalisés sur la caméra Audine de Michel Meunier, équipée d'un KAF 1602E.

Le temps de transfert est de 16,5s, soit le maxi que le CAN peut donner (100kPixel/s). Avec une KAF400, le temps de lecture est de 4,2s. Le bruit à la lecture d'un offset est de 6,5 ADU, soit environ 12e-, ce qui est aussi bon (voire meilleur) que la lecture par le port parallèle.

La lecture est parfaitement régulière (voir fig2):

Histogramme d'un offset, caméra refroidie. Attention ! l'échelle des ordonnées est logarithmique, donc une forme de courbe quasi-théorique.

Mode drift scan:

La gestion du temps est totalement prise en charge par l'EthernAude, et précise au dixième de milliseconde.

L'image ci-dessous est un scan de 500 pixels de large, avec une vitesse de ligne de 101,7ms, calculée de manière théorique avant le lancement du scan. On peut juste noter sur les scans, une ou deux lignes d'artefact (ici une ligne), dues à la perturbation de la lecture par le timer interne de la carte esclave. Pour garder une parfaite précision, ces artefacts ne peuvent être corrigés au niveau interne de l'EthernAude, mais peuvent parfaitement l'être par la prise d'un offset préalable (en effet les artefacts, à temps de ligne égal, sont toujours aux même endroits), ou alors par une correction de la ligne directement.

Mode vidéo:

Le mode vidéo est ici amélioré car l'interface EthernAude travaillant plus vite, les transferts intermédiaires sont meilleurs. Encore une fois, les temps de pose sont gérés par l’EthernAude. Pour information, les tests du mode vidéo ont été faits par Michel Meunier qui n'avait jamais encore fait d'images planétaires (ciel profond et comètes ;-) seulement), cela montre le formidable potentiel du mode vidéo.

Seuillage très serré d’une séquence sur Jupiter, le smearing est très faible, ceci grâce au temps de décalage vertical très court.

Vidéo de Saturne avec un temps de pose de 300ms

Après traitement, voici les résultats:

Images et traitements, Louis et Michel Meunier.

Pour tous renseignements supplémentaires: michel.meunier10@wanadoo.fr

Liste des gens ayant travaillé ou travaillant actuellement sur l’EthernAude (pardon pour les oublis):

Laurent Bernasconi, Cyril Cavadore, Raymond David, Boris Gaillard, Alain Klotz, Michel Meunier, Guillaume Spitzer.

Financement : Association Aude.

Liens :

La page sur la carte 'maître' par Cyril Cavadore et Boris Gaillard.

La page technique de Michel Meunier sur EthernAude (plutôt tournée vers les développeurs).

La page descriptive de l'EthernAude d'Alain Klotz.

Dernière mise à jour: 07/04/2002