Niveau : 4ième Confort & Domotique : La piscine

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1 Niveau : 4ième Confort & Domotique : La piscine
Organisation de la classe ou du groupe : 4 x 5 élèves Améliorer son confort d’utilisation: - Chauffer l’eau de façon écologique en produisant une énergie renouvelable . Gérer automatiquement son éclairage. Sécuriser la piscine : - Protéger l’accès à la piscine. Dialogue entre l’utilisateur et le système - Informer le système des désirs de l’utilisateur - Informer l’utilisateur du bon fonctionnement du système.

2 De quelle façon pouvons-nous exploiter, le plus longtemps possible, l’utilisation de notre piscine en toute sécurité ? I) Comment améliorer son confort d’utilisation ? III) Comment communiquer entre l’utilisateur et le système ? Comment chauffer l’eau de façon écologique ? - Quelles informations l’utilisateur doit-il transmettre au système? Comment chauffer l’eau avec le soleil ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche le système domotique global ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction alarme ? Influence de la couleur De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction chauffage ? L’effet de serre De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction éclairage ? Effet miroir Isolation - Quelles informations le système doit-il transmettre à l’utilisateur ? Comment associer les principes physiques précédents pour chauffer de l'eau ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt du système ? Comment communiquer nos travaux et solutions retenues ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt de l’alarme ? Comment chauffer le plus d'eau possible sur une surface donnée ? (prototype)? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt du chauffage? Comment chauffer l’eau au bon moment ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt de l’éclairage ? Quelles informations le système peut-il donner à l’utilisateur sur l’environnement de la piscine ? Le schéma bloc fonctionnel Quels actionneurs choisir ? - Quelle forme donner à l’interface homme/machine ? Quels capteurs choisir ? Quelles sont les composants électroniques qui assurent le dialogue homme/machine ? Quels sont les différents connecteurs de la partie commande ? Quelle est la taille de ces composants ? Le choix des composants et leur câblage Quelles indications doit-elle posséder ? Quel scénario mettre en œuvre pour réaliser la programmation de cette fonction ? Quelle forme donner à cette interface pour quelle soit esthétique et réalisable au collège ? - Comment gérer automatiquement son éclairage ? - Comment aider l’utilisateur à se servir correctement du système domotique ? Le schéma bloc fonctionnel Quelles informations doit contenir une notice d’utilisation ? Le choix des composants et leur câblage Quel est le moyen pour renseigner les utilisateurs étrangers sur l’utilisation du système? Quel scénario mettre en œuvre pour réaliser la programmation de cette fonction ? II) Comment sécuriser la piscine ? - Comment protéger l’accès à la piscine ? Le schéma bloc fonctionnel Le choix des composants et leur câblage Quel scénario mettre en œuvre pour réaliser la programmation de cette fonction ?

3 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment chauffer l’eau avec le soleil ? Cette séance peut être proposée en parallèle du cours de technologie par le professeur de physique. Recherche de l’influence de la couleur pour chauffer de l’eau. Les élèves recherchent eux-mêmes la mise en place de l’expérience: Recherche de l’influence de la couleur pour chauffer de l’eau. Influence de la couleur

4 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment chauffer l’eau avec le soleil ? Cette séance peut être proposée en parallèle du cours de technologie par le professeur de physique. Recherche de l’influence de la couleur pour chauffer de l’eau. Les élèves recherchent eux-mêmes la mise en place de l’expérience : recherche de l’effet de serre. L’effet de serre

5 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment chauffer l’eau avec le soleil ? Cette séance peut être proposée en parallèle du cours de technologie par le professeur de physique. Recherche de l’influence de la couleur pour chauffer de l’eau. Les élèves recherchent eux-mêmes la mise en place de l’expérience : recherche de l’effet miroir. Effet miroir

6 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment associer les principes physiques précédents pour chauffer de l'eau ? (Maquette) A partir d’une boîte à chaussures, d’une bouteille d’eau et divers matériaux apportés par les élèves, ils réalisent la maquette qui permet d’associer les principes physiques vus précédemment : sac poubelle noir pour «l’effet corps noir», film plastique transparent pour «l’effet  de serre», papier d’aluminium pour «l’effet  miroir», coton pour l’isolation. A la suite des tests de tous les capteurs, on analyse celui qui est monté le plus en température.

7 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment associer les principes physiques précédents pour chauffer de l'eau ? (Maquette) Un capteur où il manque l’effet de serre. Capteur où il y a tous les principes physiques mais l’agencement de ceux-ci ne donne pas un capteur performant. Un capteur complet.

8 Compte-rendu d’expérience : Comment chauffer l’eau avec le soleil ?
Groupe n° Classe : Date : Noms : Décrire le problème posé et l’hypothèse émise : ________________________________________________________________________ Exposer le protocole d’expérimentation : Présenter les résultats expérimentaux : __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Graphique : Photo Tableau : Critique et conclusion : _________________________________________________________________________

9 Comment chauffer l’eau de façon écologique ?
Comment communiquer nos travaux et solutions retenues ? Les élèves réalisent sur le tableur/grapheur le compte rendu de leur test et présentent un diaporama de leur étude.

10 Éléments pour réaliser le prototype
Comment chauffer l’eau de façon écologique ? Comment chauffer le plus d'eau possible sur une surface donnée ? (prototype) Éléments pour réaliser le prototype Prototype monté Pour réaliser le prototype, les élèves ont à prendre un boîtier, 2,50 m de tuyau. Ils devront réfléchir sur le choix du reste des matériaux pour assurer le bon fonctionnement du capteur : la plaque-support, l’isolant, la vitre et réaliser l’agencement des tuyaux sans qu’ils se touchent.

11 Quels capteurs choisir ?
Barrière infrarouge Energie Capteurs Jour /nuit Energie Mesure la lumière Vers une entrée de la partie commande En présence de la nuit, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande En vente sur Energie Vers une entrée de la partie commande Emetteur infrarouge Récepteur infrarouge Si la barrière est coupée, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande En vente sur Energie Cette sonde mesure la température, le capteur transmet un signal numérique (ensemble de « 0 » et « 1 » ) proportionnel à la température . Il est branché à l’entrée numérique de la partie commande Capteurs Température Vers une entrée de la partie commande Mesure la température Capteurs de présence Energie Vers une entrée de la partie commande Emetteur infrarouge Récepteur infrarouge En présence d’un obstacle, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande En vente sur Energie Vers une entrée de la partie commande Si l’on appui sur le bouton poussoir, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande Emetteur infrarouge Bouton poussoir

12 Quels capteurs choisir ?
Capteur d’ouverture Energie aimant Vers une entrée de la partie commande Quand l’aimant est séparé de l’ILS, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande, on le place sur une ouverture, porte … En vente sur ILS Capteur fin de course En vente sur Contact Quand le contact est actionné, le capteur transmet un signal « 1 » à l’entrée numérique de la partie commande Energie Vers une entrée de la partie commande Quels actionneurs choisir ? Signal sonore Energie Vient d’une sortie de la partie commande Alarme En présence d’un « 0 », le signal sonore retenti Pompe de circulation Energie de la sortie moteur Vient d’une sortie moteur de la partie commande Fait circuler l’eau du panneau solaire Le moteur tourne dans un sens en fonction de la valeur programmé Vers la piscine Eclairage extérieur Energie Eclairage Vient d’une sortie de la partie commande En présence d’un « 0 », l’éclairage s’allume

13 Partie commande du système
Quels sont les différents connecteurs de la partie commande ? Alimentation en énergie du système 4 Entrées analogiques 0 à 5V 8 Entrées numériques « 1 » et « 0 » logique Mise en marche par l’utilisateur Alimentation en énergie des capteurs et actionneurs Câble de programmation vers le port USB de l’ordinateur 8 Sorties numériques « 1 » et « 0 » logique 2 Sorties moteurs Partie commande du système Composant où est stocké le programme du système domotique, il commande les sorties en fonction de la valeur des entrées Exemple de modèle du commerce

14 La température est-elle bonne ?
Comment chauffer l’eau au bon moment ? 1ère étape : Le schéma bloc fonctionnel 3ème étape : La programmation capteurs température de l’eau de la piscine partie commande du système pompe de circulation de l’eau chaude Energie L’avantage d’un système programmable , est qu’une fois le câblage terminé, on peut changer facilement le fonctionnement en modifiant uniquement la programmation. Comme par exemple faire tourner plus ou moins vite la pompe en fonction de différente température de l’eau de la piscine … E0 S6 2ème étape : Le choix des composants et leur câblage La température est-elle bonne ? Arrêter la pompe Alimenter la pompe Début température Fin température Oui Non Energie partie commande du système pompe de circulation de l’eau chaude Capteurs de température

15 Déclencher l’alarme pendant 10s
Utilisation du logiciel Picaxe Programming editeur 1.1. Lors du premier lancement du programme, sélectionner le mode « PICAXE-28X1 »  dans les options, puis aller sur l’onglet "Langue", sélectionner "Français", et enfin sélectionner le port série com3. Fermer la fenêtre en cliquant sur "OK ». Pour s’entraîner à la maison vous pouvez le télécharger gratuitement sur 1.2. Créer un nouveau diagramme en fonction de votre scénario en utilisant les bons numéros d’entrée et de sortie du bloc fonctionnel et enregistrer le dans votre compte. Coté « humain » Non Porte ouverte ? Oui Déclencher l’alarme pendant 10s Capteur porte = E3 Porte ouverte? => Pin3=1? Coté « machine » Energie Barrière infrarouge Partie commande du système Alarme Capteur ILS porte E2 E3 S2 Bloc fonctionnel Alarme = S2 alarme sonne => High 2 Attendre 10 s => wait 10 alarme muette => Low 2 1.4. Allumer la maquette et transférer le programme de l’ordinateur vers la mémoire du microcontrôleur 1.3. Simuler votre programme en vérifiant le déroulement de votre scénario en utilisant le bouton « Simulate » et en actionnant les boutons des entrées pour visualiser l’état des sorties. Lancer la programmation Sortie 2 actionnée Alarme sonne simulée Entrée 3 actionnée Porte ouverte simulée 1.5. Vérifier sur la maquette si votre scénario fonctionne. 1.6. Identifier sur la plaque électronique, les différents modules correspondant aux besoins de votre scénario en vérifiant le fonctionnement des voyants et en s’aidant des vues d’ensemble de la maquette et des modules câblés.

16 Comment allumer l’éclairage extérieur au bon moment ?
1ère étape : Le schéma bloc fonctionnel 3ème étape : La programmation L’avantage d’un système programmable , est une fois le câblage terminé, on peut changer facilement le fonctionnement en modifiant uniquement la programmation. Comme par exemple faire clignoter la lampe, l’éteindre automatiquement après 10 secondes, ... Energie Capteurs Jour /nuit Partie commande du système Eclairage extérieur Capteurs de présence EA0 S4 E6 Fait-il nuit ? Allumer l’éclairage extérieur Eteindre l’éclairage extérieur Début éclairage Fin éclairage Oui Non Une personne est-elle présente ? 2ème étape : Le choix des composants et leur câblage Capteurs Jour /nuit Capteurs de présence Partie commande du système Eclairage extérieur Energie

17 Comment protéger l’accès à la piscine?
1ère étape : Le schéma bloc fonctionnel 3ème étape : La programmation Energie Barrière infrarouge Partie commande du système Alarme Capteur ILS porte L’avantage d’un système programmable , est une fois le câblage terminé, on peut changer facilement le fonctionnement en modifiant uniquement la programmation. Faire sonner pendant un certain temps, par intermittence … E2 S2 E3 2ème étape : Le choix des composants et leur câblage Porte ouverte ? Déclencher l’alarme pendant 10s Début intrusion Fin intrusion Oui Non Barrière infra rouge coupée ? Barrière infrarouge Energie Alarme Partie commande du système Capteur ILS porte

18 Vue d’ensemble des modules câblés
Emetteur barrière infrarouge Eclairage extérieur Buzzer Récepteur barrière infrarouge Circuit programmable Capteurs de présence Liaison vers le PC Capteurs Jour /nuit Bouton poussoir Energie Capteurs de télécommande Interrupteur de mise en marche

19 Vue d’ensemble de la maquette
Emetteur barrière infrarouge Bouton poussoir Capteurs de présence Capteur ILS porte Moteur, pompe de circulation de l’eau Capteur de température Récepteur barrière infrarouge Capteur Jour /nuit Buzzer Eclairage extérieur

20 III) Comment communiquer entre l’utilisateur et le système ?
- Quelles informations l’utilisateur doit-il transmettre au système ? Vous avez la possibilité de câbler au système programmable plusieurs capteurs et actionneurs permettant le dialogue avec l’utilisateur. Les capteurs Bouton poussoir Récepteur de télécommande infrarouge Interrupteur La télécommande permet d’envoyer plusieurs ordres à la partie commande Les actionneurs Haut parleur piézoélectrique Afficheur LCD Diode électroluminescente

21 III) Comment communiquer entre l’utilisateur et le système ?
Vous devez réaliser un boîtier de commande qui s’intégrera agréablement dans le salon de l’utilisateur, mais avant sa réalisation vous devez vous poser certaines questions pour connaître les différents composants électroniques que vous avez besoin d’intégrer : - Quelles informations l’utilisateur doit-il transmettre au système ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche le système domotique global ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction alarme ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction chauffage ? De quelle façon l’utilisateur met-il en marche la fonction éclairage ? - Quelles informations le système doit-il transmettre à l’utilisateur ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt du système ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt de l’alarme ? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt du chauffage? De quelle façon le système informe l’utilisateur de la mise en marche /arrêt de l’éclairage ? Quelles informations le système peut-il donner à l’utilisateur sur l’environnement de la piscine ? - Quelle forme donner à l’interface homme/machine ? Quelles sont les composants électroniques qui assurent le dialogue homme/machine ? Quelle est la taille de ces composants ? Quelles indications doivent apparaître sur cette interface à coté de ces composants? Quelle forme donner à cette interface pour quelle soit esthétique et réalisable au collège ?

22 - Comment aider l’utilisateur à se servir correctement du système domotique ?
Quelles informations doit contenir une notice d’utilisation ? Quel est le moyen pour renseigner les utilisateurs étrangers sur l’utilisation du système ?