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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

Technologie 2018-2019 1


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.



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.



1.2 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL DU STORE


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


1.3 REPRÉSENTATION DE LA MAQUETTE QUE NOUS ALLONS UTILISER EN COURS


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


1.4 FONCTIONS ET SOLUTIONS TECHNIQUES


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


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.


- 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


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.


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


2.3SCHÉMA ÉLECTRIQUE (CIRCUIT IMPRIMÉ)



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.


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.


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.


Signal logiqueSignal analogique


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)


NC

NOCOM

Signal

Ω

Signal


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


M

Courroie torique

Courant continu

0

+5

-5

t


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.


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


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.


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


3.2CRÉATION DE L'ALGORIGRAMME (FORME ORGANIGRAMME)


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.


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.


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


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.


Premier algorigrammesans la fonction d’arrêt

Deuxième algorigrammeavec la fonction d’arrêt


Fonction non séquentielle.


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


3.2.3 Deuxième fonction : ouverture grâce à la luminosité


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


3.2.4 Troisième fonction : ouverture grâce au vent


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


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.



Nous allons donc utiliser le 16 pour ouvrir le store, le 17 pour rentrer le store et 21 pour arrêter le store.


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


3.2.6Cinquième fonction : mémorisation


Part

ie 1

Fonction rentrer

Fonction sortir



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


3.3 CRÉATION DE L'ALGORIGRAMME (FORME BLOCS)Lancez Picaxe éditor


1

2

3


3.3.1 Première fonction : sortir et rentrer avec fins de courses


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


3.3.2Première fonction : sortir et rentrer avec fins de courses et arrêt


Si l'entrée Bouton Arrêt est appuyé , désactiver la sortie moteur

MSO,désactiver la sortie moteur MSF


3.3.3 Deuxième fonction : ouverture à la lumière


Lancez l'utilitaire pour les entrées analogiques, choisissez la bonne

entrée et étalonnez votre capteur.

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