CAHIER DES CHARGES : CARTE D’INTERFACE « SENTINEL-HUB »

1. Objectif de la carte

Réaliser l’interconnexion sécurisée entre le calculateur IA (NVIDIA Jetson Orin Nano), le contrôleur de mission (Clintech Pico Board / RP2350), le contrôleur de vol (F7) et les périphériques tactiques.

2. Spécifications des Entrées/Sorties (I/O)

Le professeur devra intégrer les connecteurs suivants sur le PCB :

  • Bus de Communication :

    • 1x Port UART 1 : Liaison Jetson $\leftrightarrow$ Pico Board (Protocole MAVLink/Custom).

    • 1x Port UART 2 : Liaison Pico Board $\leftrightarrow$ Flight Controller F7.

    • 1x Port I2C : Pour les capteurs environnementaux ou le Lidar.

  • Contrôle Tactique :

    • 2x Sorties PWM : Pour le servo-moteur du système de largage.

    • 1x Sortie Relais MOSFET : Pour l’activation du Laser de marquage (nécessite une ligne isolée).

  • Sécurité (Zéro-isation) :

    • Un circuit de Watchdog : Si la Jetson ne répond plus, la Pico Board doit pouvoir couper l’alimentation de données.

3. Gestion de l’Énergie (Power Management)

Le drone fonctionne en Batterie 6S (22.2V – 25.2V). La carte doit intégrer des régulateurs de tension (BEC) filtrés :

  • Ligne 5V / 5A : Pour alimenter la Jetson Orin Nano et la Pico Board.

  • Ligne 12V / 2A : Pour le système de marquage Laser et le système de largage.

  • Protection : Protection contre les inversions de polarité et filtrage LC (pour éviter que les parasites des moteurs ne fassent planter l’IA).

4. Contraintes Physiques (Dimensions)

  • Format : Carré de 30,5 x 30,5 mm (Standard « Stack » de drone) pour se visser directement au-dessus du contrôleur de vol.

  • Épaisseur du cuivre : 35µm minimum (pour gérer les pics d’intensité).

📝 Note à l’attention du Professeur CIEL :

« Cette carte sert d’interface critique. Le microcontrôleur RP2350 (Pico Board) doit être configuré comme un Trusted Execution Environment. Sa mission est de surveiller l’état de la Jetson et d’exécuter la procédure de Zéro-isation des clés de chiffrement en cas d’anomalie détectée par les capteurs inertiels ou de perte du lien C2. »

💡 Le conseil « Sting » :

Les élèves peuvent router la carte sur un logiciel comme KiCad ou Altium. Cela  permettra d’ajouter le logo de l’école et le nom « VLR-9 SENTINEL » directement sur le cuivre du circuit imprimé. C’est le genre de détail qui impressionne.

Voici la liste des composants stratégiques pour la carte d’interface SENTINEL-HUB.

📦 NOMENCLATURE DES COMPOSANTS (BOM) – VLR-9 SENTINEL

1. Cœur de Contrôle (Microcontrôleur)

  • Module : Clintech Pico Board (ou puce RP2350A seule si le professeur préfère router le microcontrôleur directement sur le PCB).

  • Rôle : Gestionnaire de mission, sécurité (Zéro-isation) et interface avec les servos/lasers.

2. Gestion de l’Énergie (Power Delivery)

Pour passer de la batterie 6S (25.2V) aux tensions de fonctionnement :

  • Régulateur 5V (IA & Pico) : Texas Instruments LM2596S-5.0 ou un module Buck Converter haute performance capable de délivrer 5A (la Jetson est gourmande en pic de calcul).

  • Régulateur 12V (Laser/Servo) : Pololu 12V, 2.4A Step-Down (très compact et fiable).

  • Filtrage : Condensateurs électrolytiques 35V / 470µF (Low ESR) pour protéger l’électronique des pics de tension des moteurs (Active Braking).

3. Commutation de Puissance (Interrupteurs Électroniques)

  • MOSFET de puissance (x2) : IRLZ44N (Logic Level).

    • Utilité : Permet à la Pico Board (sortie 3.3V) de commander le Laser (12V) et le système de largage sans risquer de griller le microcontrôleur.

  • Optocoupleurs (Optionnel mais recommandé) : PC817.

    • Utilité : Isolation galvanique totale entre la partie puissance (moteurs) et la partie calcul (Jetson) pour éviter les plantages IA dus aux parasites.

4. Connectique (Standard Drone & Data)

  • Connecteurs JST-SH 1.0mm (4 et 6 broches) : Pour les liaisons UART vers la Jetson et le contrôleur de vol F7.

  • Borniers à vis ou Pins 2.54mm : Pour le branchement rapide du Laser et du Servo de largage.

  • Connecteur XT30 : Pour l’entrée d’alimentation principale venant de la PDB (Power Distribution Board).

📑 CONSIGNES DE ROUTAGE (Pour les élèves CIEL)

Respecter ces trois règles d’or pour un drone militaire :

  1. Plans de Masse (Ground Planes) : Larges et pleins pour minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) qui pourraient perturber l’IA.

  2. Pistes de Puissance : Les pistes transportant le 5V pour la Jetson doivent être très larges (ou doublées sur deux couches) pour éviter toute chute de tension (Voltage Drop) lors des phases d’inférence lourde.

  3. Vernis de Protection : Une fois soudée, la carte doit être recouverte d’un Vernis de Tropicalisation (Conformal Coating) pour résister à l’humidité saline de Brest.

Le petit « plus » :

Ajouter 3 LED de diagnostic sur le bord de la carte :

  • VERTE : Système IA opérationnel (Heartbeat Jetson).

  • BLEUE : Liaison radio C2 active (Pico Board OK).

  • ROUGE : État d’alerte / Purge des données activée.

ARCHITECTURE SYSTÈME DU VLR-9 SENTINEL

Ce diagramme sépare le « Cerveau » (IA), le « Système Nerveux » (Pico Board) et les « Muscles » (Contrôleur de Vol).

1. Schéma des Liaisons de Données (Data Flow)

[ ANTENNES ELRS ] ----(Radio 868MHz)----> [ RADIOMASTER TX16S ]
       |
       v
[ RÉCEPTEUR ELRS ] --(CRSF/UART)--> [ FLIGHT CONTROLLER F7 ]
                                          |
                                          | (MAVLink / UART)
                                          v
[ NVIDIA JETSON ORIN NANO ] <--(UART/USB)--> [ CLINTECH PICO BOARD ]
      (IA & Vision)                         (Mission Control)
           |                                      |
           | (CSI/MIPI)                           |--(PWM)--> [ SERVO LARGAGE ]
           v                                      |--(GPIO)--> [ RELAIS LASER ]
[ CAMÉRA 4K / IR ]                                |--(OUT)--> [ PURGE DONNÉES ]

2. Schéma de Distribution d’Énergie (Power Flow)

[ BATTERIE Li-Ion 6S (22.2V) ]
             |
             |--------------------------------> [ ESC 4-en-1 ] --> [ 4 MOTEURS ]
             | (VCC 22.2V)
             v
[ CARTE HUB (PCB CIEL) ]
      |
      |--[ REGULATEUR 5V/5A ]----------> [ NVIDIA JETSON ] & [ PICO BOARD ]
      |
      |--[ REGULATEUR 12V/2A ]---------> [ LASER VERT ] & [ VTX VIDÉO ]
      |
      |--[ FILTRE LC ]-----------------> [ CAPTEURS / GPS ]

📝 NOTES TECHNIQUES POUR LE PROFESSEUR CIEL :

  1. Priorité de Communication : La Clintech Pico Board agit comme un « passerelle sécurisée » (Gateway). Elle reçoit les ordres de la Jetson (ex: « Cible verrouillée ») et vérifie la cohérence avec les ordres du pilote avant d’activer le Laser ou le Largage.

  2. L’Isolation « Kill-Switch » : Le circuit de Zéro-isation (Purge) doit être piloté par une broche « Hardware » de la Pico Board. En cas de chute de tension critique ou de choc détecté par l’accéléromètre, la Pico Board force l’effacement des clés de chiffrement de la Jetson via une ligne dédiée.

  3. Le Monitoring (Télémétrie) : La carte doit renvoyer la tension de la batterie et la consommation de la Jetson vers le Contrôleur de Vol pour que le pilote puisse voir ces infos sur son écran (OSD).

💡 Le Conseil « Sting » :

« Pourquoi passer par la Pico Board pour le laser ? »  :

« Pour la sécurité de couche 2. On ne veut pas que l’IA puisse activer une charge utile ou un laser sans une double vérification matérielle par un microcontrôleur temps-réel. »