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4ème Collège Vallis Aeria
Document support du cours de technologie(Classe de 4ème)
Les compétences suivantes sont travaillées lors de la présence des élèves dans la classe.
Concevoir, créer, réaliser
Domaine 4 du socleCT 2.1 Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantesCT 2.2 Identifier le(s) matériau(x), les flux d’énergie et d’information dans le cadre d’une production technique sur un objet et décrire les transformations qui s’opèrentCT 2.3 S’approprier un cahier des chargesCT 2.4 Associer des solutions techniques à des fonctionsCT 2.5 Imaginer des solutions en réponse au besoinCT 2.6 Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d’un objet pour valider une solutionCT 2.7 Imaginer, concevoir et programmer des applications informatiques pour des appareils nomades
S'approprier des outils et des méthodes
Domaine 2 du socleCT 3.1 Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées)CT 3.2 Traduire, à l’aide d’outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémasCT 3.3 Présenter à l’oral et à l’aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet
Pratiquer des langages
Domaine 1 du socleCT 4.1 Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objetsCT 4.2 Appliquer les principes élémentaires de l’algorithmique et du codage à la résolution d’un problème simple
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Bonjour à tous,Nous allons aborder notre centre d’intérêt principal. Vous connaissez tous, les stores qui nous permettent de nous protéger du soleil. Depuis plusieurs
années des entreprises proposent des systèmes domotisés. Nous allons étudier plus particulièrement un store banne type ''Italien''. Dans le cadre des apprentissagessur la démarche de projet nous allons considérer que nous travaillons dans une entreprise de systèmes automatisé. Notre client une entreprise de rénovation qui travail pour un grand hôtel nous demande d'automatiser des stores. En effet les parties mécaniques de tout les storessont en très bon état. Nous allons donc développer la partie automatique et télécommande ainsi que la partie domotisation.
Vous découvrez ci dessous les parties opératives des stores montées sur la façade de l’hôtel.
Nous avons décidés de modéliser la partie opérative avec une maquette avant de proposer une solution.
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1 ANALYSE FONCTIONNELLE 1.1 PRÉSENTATION D'UN SYSTÈME
Voici l'exemple d'un système vendu par une entreprise.
Une fois les consignes fixées, l'automatisme gère complètement la montée et la descente du store, sans l'intervention humaine, en gardant toujours comme priorité la vitesse du vent.
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1.2 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL DU STORE
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Expression des fonctions de service
La Fonction principal de service FP0 ''Créer de l’ombre'' engendre une relation d’interaction :
FP0 Préserver les personnes du soleil
FP1 Empêcher la détérioration du store par le vent.
FP2 Informer l’utilisateur de l’état du fonctionnement et télécommander le store.
Les fonctions complémentaires de service traduisent une relation d’adaptation :
FC0 S’adapter aux supports.
FC1 S’intégrer à l’architecture. Durer dans le temps.
FC2 Résister aux agressions de l’environnement.
FC3 S’adapter à une installation domotique.
Opérateurautomatique
Store
Support d'implantation
Critère de qualité
Vent
SoleilDomotique
Utilisateur
Milieu ambiant
FC0
FC1
FP0
FP1
FP2
FC2
FC3
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1.3 REPRÉSENTATION DE LA MAQUETTE QUE NOUS ALLONS UTILISER EN COURS
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Capteur de vitesse à effet Hall
Anémomètre
Capteur de lumière (LDR)
Motoréducteur
Transmission par courroie
Toile
Bras
Ouverture Arrêt Fermeture Mémorisation
Capteur store ouvert
Capteur store fermé
Enrouleur de toile
Connecteurs
Capteur position du bras
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1.4 FONCTIONS ET SOLUTIONS TECHNIQUES
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Fonctionattendue
Fonctionstechnique
Solutions techniques
Préserver les personnes du soleil
Protéger du soleil Toile
Empêcher la détérioration
du store par le ventAnémomètre
S'ouvrir automatiquement
Être télécommandé
LDRCapteur de lumière
Télécommande infrarouge et application smartphone
Soutenir le système Structure
Assister Motoréducteur
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2 ANALYSE STRUCTURELLE2.1 CHAÎNE D'INFORMATION ET D'ÉNERGIE
Afin de comprendre le fonctionnement voici un schéma expliquant le store.Le store fonctionne de deux manières différentes :
- premièrement de manière manuelle avec l'aide de la télécommande,- deuxièmement de manière automatique, le store s'ouvre si il y a du soleil et se referme automatiquement pour se protéger si il y a du vent.
Notez, qu'il peut être relié à une installation domotisé complète et être télécommandé par un simple smartphone ou bien par internet.
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- réseau 220 volt,- ressort de rappels.
Étage de puissance :
relais
Moteur électrique
Réducteur épicycloïdale
Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Toile en mouvement
Action
Toile à l'arrêt
Store en position initiale
Store en position finale
Énergie d'entrée
Chaîne d'énergie
- capteur de vent,- capteur de soleil,- télécommande-position bras.
AutomateBoitier de
commande
Acquérir Traiter Communiquer
Chaîne d'information
Informations Informations
Ordres Énergie électriqueÉnergie mécanique
Grandeurs physiques à acquérir
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2.2CORRESPONDANCE ENTRE LES FONCTIONS ET LA MAQUETTE
Dans notre exemple c'est l'interface qui se charge de traiter, de communiquer et de distribuer l'énergie.
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Alimenter Distribuer Convertir Transmettre
Toile en mouvement
Action
Toile à l'arrêt
Store en position initiale
Store en position finale
Énergie d'entrée
Chaîne d'énergie
Acquérir Traiter-communiquer
Chaîne d'information
InformationsInformations
Grandeurs physiques à acquérir
OrdresÉnergie électriqueÉnergie mécanique
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2.3SCHÉMA ÉLECTRIQUE (CIRCUIT IMPRIMÉ)
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Le circuit imprimé relie et supporte principalement les éléments suivants Capteurs : Types
- anémomètre ( capteur à effet hall) logique- contacteur fin de course ''rentré'' (micro rupteur) logique- contacteur fin de course ''sorti'' (micro rupteur) logique- position bras (potentiomètre) analogique- capteur de lumière (LDR) analogique- bouton poussoir sortir logique- bouton poussoir arrêt logique- bouton poussoir rentrer logique- bouton poussoir mémorisation logique
Actionneur- Moteur à courant continu
2.4PARTIE CAPTEURSUn capteur est un organe de prélèvement d'informations qui élabore, à partir d'une grandeur physique, un signal (généralement électrique) représentatif de
la grandeur prélevée, et utilisable à des fins de mesure.
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Éléments(capteur)
Grandeur physique :toute propriété de la science de la nature qui peut être mesurée ou calculée, et dont les différentes valeurs possibles s'expriment à l'aide d'un nombre réel accompagné d'une unité de mesure.
Signal analogique
Codage numérique
Les microcontrôleurs possèdent des convertisseurs analogique numérique (CAN) qui lui leur permettent de gérer les données analogiques.
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Les capteurs fournissent des signaux électriques : signaux analogiques, signaux logiques, signaux numériquesDéfinition
Un signal est la variation d’une grandeur électrique (le plus souvent une tension) en fonction du temps, le signal représente une information.On distingue 2 grands types de signaux, les signaux analogiques et les signaux logiques.
2.4.1Les signaux analogiquesCe sont des signaux qui varient de façon continue dans le temps selon une loi mathématique ou un phénomène physique quelconque (température,
luminosité, effort…)
2.4.2 Les signaux logiquesCe sont des signaux discontinus qui ne peuvent prendre que deux valeurs (tout ou rien) Ce sont les signaux de la logique binaire (leur représentation est
nommée chronogramme)
2.4.3 Les signaux numériquesLes signaux numériques sont également des signaux logiques mais qui représentent des valeurs numériques, Ils sont le plus souvent transmis en série entre
deux équipements.
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Signal logiqueSignal analogique
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Les capteurs de la partie opérative.Nom Représentation Schématisation électrique
Type de signal
Bouton poussoir(commande)
Micro-rupteur(fin de course du bras)
Potentiomètre(résistance variable)
LDR(Photorésistance)
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NC
NOCOM
Signal
Ω
Signal
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Capteur à effet hall
2.5PARTIE ACTIONNEUR Nom Représentation Schématisation électrique Type d'alimentation
Moto-réducteur
2.6PARTIE TRANSMISSIONNom Représentation Schématisation Type
Transmission par courroie
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M
Courroie torique
Courant continu
0
+5
-5
t
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3 PROGRAMMATION, RÉALISATION D'UN ALGORITHME3.1 PRÉSENTATION DU MATÉRIEL
Bonjour à tous. Aujourd’hui nous allons essayer de comprendre la structure d'un système automatisé basé sur une famille de PIC dénommée PICAXE®.(acronymede ''Programmable Interrupt Controller''). Ces circuits intégrés fonctionnent comme un petit ordinateur; Ils peuvent communiquer avec d'autres systèmes. ils sontdotés d'un processeur, de différentes mémoires et de convertisseurs de signaux (analogiques en numériques). Chaque PIC est caractérisé par son nombre de ''pattes''(connexions), ses capacités en mémoire, sa rapidité et ses aptitudes mathématiques.
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PICAXE®
08m2
14m2
18m2
20m2
28x2
40x2 Sort
ies
num
ériq
ues
Entrées analogiques
Contacteur (interrupteur mécanique)
Capteur de température numérique
Bouton poussoir (interrupteur)
Potentiomètre (résistance variable en fonction de la position de l'axe) LDR
(résistance variable en fonction de la lumière)
Servomoteur (modélisme, moteur asservi en position)
Moteur à courant continu
DEL (diode électroluminescente)
Buzzer
Capteurs Actionneurs
Entrées nu mériques
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Lorsque le microcontrôleur est programmé via la liaison avec l'ordinateur, il devient autonome et exécute la tâche correspondant au programme. Il existeplusieurs méthodes pour donner des ordres au PIC. Dans tous les cas il est programmé en langage machine, c'est un langage binaire complètementincompréhensible pour nous. Nous sommes donc obligé d'utiliser des logiciels afin d'aider et simplifier la programmation. Les PIC de la famille PICAXE peuventse programmer en langage BASIC et en langage organigramme. Les Organigrammes sont de petits dessins qui représentent des fonctions. Ils sont reliés entre euxpar des liaisons qui créent une chronologie et une direction. Le but est d'expliquer le fonctionnement de manière logique.
Algorigramme Synoptique Schéma électrique
Le programme demande au PIC d'aller lire l'état dubouton. Si le bouton n'est pas actionné c'est ''non''. Leprogramme suit les flèches et revient au début et relitl'état du bouton.Si le bouton est actionné le programme indique auPIC qu'il faut alimenter la sortie N° 0 et donc faireallumer la Led. Notez bien que ce cycle est réaliséplusieurs milliers de fois par seconde.
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Commande de la led par sa mise au plus (+)à la sortie N°3
Si appui sur le bouton alimentation en + de l'entrée N°6
GND
01234567
vcc
01234567
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3.2CRÉATION DE L'ALGORIGRAMME (FORME ORGANIGRAMME)
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Cette fenêtre permet d'associer la lecture de l'entrée n°0 à un bouton.Lorsque l'entrée sélectionné est verte cela signifie que l'appui du bouton passe l'entrée à l'état haut (1).Lorsque l'entrée sélectionné est rouge cela signifie que l'appui du bouton passe l'entrée à l'état bas (0). l 'entrée est donc par défaut à l'état haut (1)dans ce cas.Le commentaire permet de se retrouver sur l'organigramme.
Cette fenêtre permet d'associer une action à une sortie. Le programme active (High) la sortie n°1, ce qui va avoir pour effet de faire allumer la LED.Là aussi le commentaire permet de se retrouver sur l'organigramme lors de la simulation.
Cette action indique au programme d'attendre 1 seconde avant de passer à l'étape suivante. Le processeur est trop rapide. Vous n'auriez pas le temps de retirer le doigt du bouton.
Cette fenêtre permet d'associer la lecture de l'entrée n°0 à un bouton.Nous avons appelé ce bouton ''bouton off'' afin de mieux comprendre.Son rôle est aussi d'aller lire l'état de l'entrée n°0 comme le premier.
Cette fenêtre permet d'associer une action à une sortie. Ici le programme désactive (Law) la sortie n°1, ce qui va avoir pour effet de faire s'éteindre la LED.Là aussi le commentaire permet de se retrouver sur l'organigramme lors de la simulation.
Ceci est une ''boucle'' de test. Nous demandons à l'automate d'aller lire l'état de l'entrée n°0. Si personne appui sur le bouton l'automate test à nouveau l'entrée et ainsi de suite à la vitesse du processeur. Lorsque le bouton est appuyé la condition est vrai, le programme va passer à l'étape suivante.
Ce programme fait tout simplement s'allumer une LED branché à la sortie n°3 lorsque l'on appui sur un bouton relié à l'entrée n°6 de l'automate. Un appui sur un bouton relié à l'entrée n°5 de l'automate permet de l'éteindre.
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3.2.1 Correspondance entre la partie opérative et le microcontrôleur
Afin de commencer il faut faire une table de correspondance entre les entrées-sorties et les broches du microcontrôleur.
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MSOMoteur Store Ouverture B0
0
1
2
3
4
5
6
I2c7
7A
6
5
4
3A
2A
1A
0Entrées Sorties
''EASY''TECHNOOPEN.ORG
Picaxe/Grove Modules
~
~
~
~
Port C Port B
On
+ - 5V Max
Picaxe M2
10KΩ
10KΩ
open source hardware
uart
R R
R
Jack3,5
Anémomètre B2count B.2, 1000, varV
Acquittement Mémoire B4
Entrée télécommande B3irin [20], b.3, varT
Entrée ''série matériel''Appli Bluetooth B6
MSFMoteur Store Fermeture B1
BSBouton Sortir C7
BABouton Arrêt C6
BRBouton Rentrer C5
BMBouton Mémoire C4
CLCapteur de Lumière C3
CPBCapteur Position du Bras C2
CSOCapteur Store Ouvert C1
CSFCapteur Store Fermé C0
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3.2.2 Première fonction : sortir et rentrer avec fins de courses et arrêt
Ces deux fonctions (implémentations) sont séquentielles (l'une après l'autre), il n'est donc pas possible de continuer par exemple à descendre lorsque l'on c'estarrêter au milieu du cycle. Il faut donc modifier l'algorithme et réaliser une fonction OU. Ou descendre ou rentrer.
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Premier algorigrammesans la fonction d’arrêt
Deuxième algorigrammeavec la fonction d’arrêt
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Fonction non séquentielle.
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Ou le bouton sortir ou le bouton rentrer
Ou le bouton arrêter ou le capteur fin de course CSO
Ou le bouton arrêter ou le capteur fin de course CSF
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3.2.3 Deuxième fonction : ouverture grâce à la luminosité
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Si l'entrée analogique adc_C.3 est supérieur ou égal à 130 il
faut ouvrir le store
Notez que le réglage de la valeur d'ouverture est indiqué dans le
programme grâce à un étalonnage qui est fait lorsque la
maquette est connecté à l'ordinateur. Ceci est appelé
échantillonnage
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3.2.4 Troisième fonction : ouverture grâce au vent
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Si la variable V (vent) est supérieur ou égal à 2 il faut
fermer le store
Compte le nombre d'impulsion sur la broche B.2 pendant 1000 millisecondes
et le stock dans la variable Vcount B.2, 1000, varV
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3.2.5 Quatrième fonction : télécommande infrarougeSur les microcontrôleurs Picaxe il est possible d'utiliser les télécommandes avec le protocole Sony. Il faut aussi un récepteur infrarouge TSOP 4838
L'appui sur les touches est lu par le microcontrôleur comme dans le tableau ci-dessous.
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Nous allons donc utiliser le 16 pour ouvrir le store, le 17 pour rentrer le store et 21 pour arrêter le store.
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Récupère l'entée du récepteur infrarouge B.3 et la stock dans la variable T
Si la variable T est = à 17 rentrer le
store
Si la variable T est = à 16
Sortir le store
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3.2.6Cinquième fonction : mémorisation
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Part
ie 1
Fonction rentrer
Fonction sortir
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Boucle infinie
Part
ie 2
Stock la valeur analogique de la position dans la
variable D.Appui long : mémorisation
Si l'appui sur le bouton mémoire est court
Compare la position réel à la position mémorisé
Mise en route du moteur dans le sens de l'ouverture jusqu'à la position enregistré
Mise en route du moteur dans le sens de la fermeture jusqu'à la position enregistré
Activation du témoin d'acquittement
Initialisation de la variable L hors du champ pour la télécommande
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3.3 CRÉATION DE L'ALGORIGRAMME (FORME BLOCS)Lancez Picaxe éditor
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1
2
3
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3.3.1 Première fonction : sortir et rentrer avec fins de courses
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Si l'entrée bouton sortir est appuyé , activer la sortie moteur MSO et désactiver MSF (évite le blocage de la commande moteur)
Si l'entrée bouton rentrer est appuyé , activer la sortie moteur MSF et désactiver MSO (évite le blocage de la commande moteur)
Si l'entrée Capteur Store Ouvert est appuyé , désactiver
la sortie moteur MSO
Si l'entrée Capteur Store Fermé est appuyé , désactiver
la sortie moteur MSF
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3.3.2Première fonction : sortir et rentrer avec fins de courses et arrêt
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Si l'entrée Bouton Arrêt est appuyé , désactiver la sortie moteur
MSO,désactiver la sortie moteur MSF
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3.3.3 Deuxième fonction : ouverture à la lumière
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Lancez l'utilitaire pour les entrées analogiques, choisissez la bonne
entrée et étalonnez votre capteur.