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Panneau Solaire doc élève Démarche fonctionnelle pour choisir un panneau solaire thermique
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Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Capacités
Identifier les étapes d’un programme de commande représenté sous forme graphique. Modifier la représentation du programme de commande d’un système pour répondre à un besoin particulier et valider le résultat obtenu.
Identifier une condition logique de commande.
Identifier la nature d’une information et du signal qui la porte.
Repérer le mode de transmission pour une application donnée. Associer un mode de transmission à un besoin donné.
Identifier et classer les contraintes de fonctionnement, d’utilisation, de sécurité du poste de travail. Organiser le poste de travail.
Préparer un protocole de test et/ou de contrôle en fonction des moyens disponibles. Effectuer un contrôle qualité de la réalisation pour chaque opération importante.
Réaliser tout ou partie du prototype ou de la maquette d’un objet technique.
Challenge Domotique
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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aquariophile
Chauffer et gérer la température
d'un nano-paludarium
l'eau d'un nano-paludriumSystème
régulation et de chauffage
par panneauSolaire
thermique
1) Présentation fonctionnelle globale du système de chauffage du nano-paludarium.1.1) Identification de la fonction d'usage (ou de service).
En observant la « bête à cornes » identifiez indiquez pour notre projet:
a) L'objet de l'étude :....................................................................................................................b) A qui rend service le « Système régulation et de chauffage par panneau Solaire thermique »? :........................................................................................................................... c) Sur quoi agit le « Système régulation et de chauffage par panneau Solaire thermique »? :..................................................................................................................... d) Les fonctions d'usage de l'objet de l'étude :....................................................................................................................e) La fonction d'usage de l'objet de votre étude :....................................................................................................................
La « bête à cornes » du projet
Challenge Domotique
PROBLEME DU PROJET :
Tu envisages de créer au sein d'un serre (nano-paludarium), une ambiance tropicale pour permettre à une végétation tropicale de se développer. Il s 'agit pour toi d'étudier, de concevoir, de réaliser et de transférer un programme qui permettra de piloter à distance et de réguler la température du chauffe-eau solaire du nano-paludarium (mise en route du régulateur de température). La conception et la fabrication du chauffe-eau solaire seront réalisées par les élèves de 5ème.
FC6: Convertir l’énergie du soleil en énergie thermique de façon la plus efficace possible
FC1 : Ne pas bruler ou électrocuter l'aquariophile
FC4 : plaire à l'utilisateur
FC21 : diffuser la chaleur à l eau
FC3 : Être le moins cher possible
FC5 : résister aux intempéries et aux manipulations
FC7: Réguler la température du nano-paludarium
FP1 : Chauffer l'eau nano-paludariumFP2 : Gérer le fonctionnement du nano-paludarium
Système régulation et de chauffage
par panneau
Solairethermique
aquariophile nano-paludrium
ensoleillement
Intempéries ou
environnement
esthétique
Sécurité
FC1
Aspect économique
FC21
FC3
FC4
FC5
FC6
FC7
FP1FC22
FC22 : Être stable sur le paludarium
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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1)Étude fonctionnelle globale du système de chauffage du nano-paludarium (suite)1.2) Présentation des fonctions principales et contraintes.
La « pieuvre » du projet
En observant la « pieuvre » identifiez et indiquez pour notre projet:
a) La fonction principale de l'objet de votre étude :..................................................................................................................... b) Les 2 fonctions contraintes en relation avec le milieu extérieur de votre étude :....................................................................................................................c) Les 2 milieux extérieurs en relation avec la fonction de votre étude :....................................................................................................................d) Les fonctions principales et contraintes qui sont des objets d'étude des 5èmes :....................................................................................................................
FP2
Challenge DomotiqueChallenge Domotique
FC6 Convertir l’énergie du soleil en énergie thermique de la façon la plus efficace possible
FC1 Ne pas bruler ni électrocuter l'élève
FC21 Diffuser la chaleur à l eau
FC3 Être le moins cher possible
FC5 résister aux intempéries et aux manipulations
FP2 Gérer la mise en marche de la régulation de la
température du nano-paludarium
FC22 Être stable
Critères Fonction principales ou contraintes
Numéro FP/FC
a) Choix du mode marche ou arrêt avec une télécommande b) Dialogue homme/machine.
La régulation de température est mise en marche ou arrêt à une distance 3 m. Des comptes rendus de consignes données par l'opérateur s'affichent sur écran.
Niveau
a) Production d'eau chaude en sortie du panneau, b) tension (V) et c) intensité (I)
Un voyant rouge ou un message indiquent que le panneau produit de l'énergie. U<12volts I<200mA
La température de l'eau
La température de l'eau Augmente de 5°
Dimensions, position et maintien du panneau sur le paludarium et du support du système de régulation
Le panneau se positionne sur les cotés du paludarium et le sup- -port du système de régulation -est stable sur un plan.
Coût des composants et matériaux
Coût inférieur à 120 €
FC4 plaire à l'utilisateur Formes, couleurs et matières du support du système de régulation et du panneau solaire
fonction des matériaux et des moyens techniques disponibles
Rigidité, étanchéité Le panneau et la partie commande ne se détériore pas avec 80% d'humidité.
Rapport entre l'énergie Thermique en sortie et l’énergie solaire absorbée
Le rendement est supérieur à 60%.
la température moyenne de l'eau du nano-paludarium
FC7 Réguler la température du nano-paludarium
L'écart entre la température moyenne de l'eau du nano- paludarium et celle voulu est inférieure à 2°Celsius.
FP1 Chauffer le nano-paludarium a) La température de l'eau b) Système utilisant l'énergie du soleil
a) La valeur de la température de l'eau atteint 30 degrés.b) Oui
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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En observant le tableau fonctionnel ci-dessous identifiez et indiquez :
a) Les critères qui seront utilisés pour valider (ou non) la fonction principale FP2 :........................................................................................................................... c) Les critères qui seront utilisés pour valider (ou non) la fonction contrainte FC7 :..................................................................................................................... c) Le niveau du critère b) de la fonction FP2 pour qu'elle soit validée :....................................................................................................................d) Le niveau du critère de la fonction FC7 pour qu'elle soit validée :....................................................................................................................
Challenge Domotique
En Analysant le cahier des charges fonctionnel ci-dessus :a) identifiez et indiquez des fonctions techniques et des solutions techniques en complétant la représentation fonctionnelle ci-dessous :
b) A partir du document technique « les composants », évaluer le coût d'achat des composants nécessaires pour réaliser les fonctions de gestion et de régulation de la température et compléter le fichier « OpenOffice.org Calc» Coût.ods. Conclure sur le respect ou non du niveau de critère de la fonction contrainte FC3............................................................................................................................
Cahier des charges partiel
L'introduction au problème posé
Pour créer une ambiance tropicale, la température d'un nano-paludarium doit pouvoir être imposée par son utilisateur à 30°C. Cette température doit être suffisamment stable pour permettre à une flore tropicale de se développer de façon harmonieuse.
L'expression fonctionnelle du besoin
L'utilisateur, un aquariophile, doit pouvoir de Gérer fonctionnement de son nano-paludarium à distance à l'aide d'une télécommande en sélectionnant le mode marche ou arrêt.
Le système de régulation du chauffage réalisé par les 4èmes.
La mise en mode marche ou arrêt du système de régulation de température du nano-paludarium doit pouvoir être Géré à distance avec une télécommande par l'élève. La consigne marche ou arrêt doit pouvoir être envoyée à une distance d'au moins 3 m. La température moyenne de l'eau du nano-paludarium sera Régulée et l'écart entre la température moyenne de l'eau du nano-paludarium obtenue et celle voulue par par l'élève sera inférieure à 2°Celsius. Des comptes rendus des consignes données par l'opérateur ou les choix qu'il peut faire doivent s'affichent sur un écran LCD dans le but de faciliter le dialogue homme /machine. Un message et un voyant avertissent l'élève que le panneau solaire fonctionne.Le coût de la partie commande ne doit pas dépasser 120€.
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
FT1 Piloter
FT3Traiter
FT4 Dialoguer
...............
................
................
................télécommande
Carte Powerprog
écran LCD
FT2CapterMesurer
Capteur température
...................
...................
...................
...................
....................
....................
....................
....................
FT5 Distribuer
Micro-relais
...............
................
................
................
.........................
.........................
.........................
.........................
...........................
...........................
...........................
...........................
.....................
.....................
.....................
.....................
FT4 Avertir
écran LCDLed rouge
...................................................................
...................................................................................
..............................
..............................
..............................
..............................
(Ordres aux sorties)
(informations aux entrées)
Température paludarium//Consigne signal numérique Infra Rouge//Information température signal numérique électrique // Message et Voyant rouge allumé //Messages//compte-rendu signal électrique via une liaison série et signal tout ou rien électrique//compte-rendu signal électrique via une liaison série//Consigne élève//Signal tout ou rien électrique//Déplacement de la palette par aimantation
Module de réception pour Systèmes de Télécommande (capteur)
Module de réception
Touchetélécomma
nde
Valeurtrans-mise
1 0
2 1
3 2
4 3
5 4
6 5
7 6
8 7
9 8
0 9
boucle de retour quand la valeur dans b0 est différente de 1
Remarque: Nous utiliserons le logigramme irin dont le symbole non prédéfini est à écrire avec le logiciel Programming Editor.
irin0,b0
Initialisation de la télécommande et valeurs numériques transmises par les touches
● Insérer 2 piles AAA● Appuie sur S et B en même temps la led rouge s'allume● Appuie sur « 0 »● Appuie sur « 1 »● Appuie sur « 3 »● Appuie sur le bouton rouge
Logigramme utilisé pour traiter les consignes envoyées par la télécommande puis acquises par le micro-contrôleur.
Le module de réception réunit tous les éléments pour capter, amplifier, moduler et filtrer le signal reçu par la capteur I.R. Le signal est ensuite directement décodé par un micro-contrôleur. Les caractéristiques des modules photo-sensibles varient en fonction de la fréquence de réception 30khertz à 60khertz et de la longueur d'onde du signal IR.
Le module de réception est relié à l'entrée numérique « 0 » ou «in0 » de la carte Powerprog.
Exemple de programme avec le logigramme
Carte Powerprogl'entrée numérique « 0 »
Fiche ressource Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
Schéma de câblage du capteur de température DS1820
Il se câble sur l'entrée numérique 1 (Pin1) de l'unité de traitement
La patte 1 GND (GrouND ou terre) câblée sur 0V (0 volt)La patte 2 DQ - Data In (entrée digitale) câblée sur l'entrée 1 (Pin1)La patte 3 VDD (Power Supply Voltage) câblée sur V1+ (5 volts)
La résistance de 4,7 kΩ est liée avecV+ et data
Carte Powerprogl'entrée numérique « 1 »
boucle de retour quand la valeur est supérieure à 30°C.
La fonction readtemp 1,b1 permet de lire la valeur numérique à l'entrée 1 et de la mémoriser dans la variable b1.
Exemple de programme avec le logigramme
Logigramme utilisé pour traiter les valeurs des températures mesurées par le capteur
Fiche ressource Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
start
readtemp 1,b1
b1> 30
Y
N
high Ventil
low Ventil
Fonction de lecture de la valeur de la température mesurée par le capteur. Cette valeur est ensuite placée dans la variable b1
Remarque : le logiciel « Picaxe Programming Editor » permet d'associer une sortie à une désignation. Dans le programme ci-dessous la sortie 0 « output0 » est associée à la désignation Ventil (ventilateur).
Si la valeur de la température placée dans la variable b1 est supérieure à 30° faire Y (Yes) sinon faire N (No)
Mise à l'état bas de la sortie « 0 » ou « ventil » c'est-à-dire arrêt ventilateur
Mise à état haut de la sortie « 0 » ou « ventil » c'est-à-dire marche ventilateur
Schéma de câblage de la DEL ou LED
Le voyant utilisé est une « DEL » qui se câble sur la sortie 3 (OUT3) amplifier de l'unité de traitement.
Une diode électroluminescente, abrégée sous les sigles DEL ou LED (de l'anglais light-emitting diode), est un composant opto-électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Une diode électroluminescente ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une diode classique, l'inverse étant le sens bloquant) et produit un rayonnement
!!! une led ou del est polarisée
Carte Powerprog
La sortie numérique amplifiée «2 » est utilisée
Logigrammes utilisés pour traiter et envoyer un ordre d'arrêt ou de marche , à la DEL.
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Séquence créative
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Challenge Domotique
330 Ohms à 5 %Orange orange marron or
3
Aller au sous programme « sub0 »
Pause de 30 ms
Amener le curseur au premier caractère de la première lignede l'écran LCD
Afficher « TEMPERATURE » sur l'écran LCD
Amener le curseur au premier caractère de la deuxième lignede l'écran LCD
Afficher « REGULATION » sur l'écran LCD
Pause de 100 ms
Pause de 100 ms
Pause de 30 ms
Début programme principal
Arrêt programme
Effacer les messagessur l'écran LCD
Pause de 30 ms
Sous programme « sub0 »
Retour au programme principal
s tart
paus e 100
s erout 7,N2400,(254,1)
pause 30
return
gosub s ub0
effacer écranprogramme princ ipal
s ub0
s erout 7,N2400,("***R E GULATION***")
serout 7,N2400,(254,192)
s erout 7,N2400,(254,128)
paus e 30
paus e 100
paus e 100
paus e 100
s erout 7,N2400,("TE MP E R ATUR E ")
paus e 30
s top
Logigrammes utilisés pour traiter et envoyer les messages de communication vers l'écran
Schéma de câblage série de l'écran LCD
Il se câble sur la sortie 7 (OUT7) sans amplification et sur l'entrée numérique 7 (Pin7) de l'unité de traitement L'entrée de l'écran LCD IN est reliée à la sortie 7 non amplifiée (0UT 7) de l'U.T. La sortie de l'écran LCD OUT est reliée à l'entrée 7 (Pin7) de l'U.T. La borne V+ de l'écran LCD est reliée borne V+ (5 volts) de l'U.T. La borne 0V de l'écran LCD est reliée tension 0V (0 volts) de l'U.T.
DOCUMENT PICAXE
Fiche ressource Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
7
Carte Powerprog La sortie numérique non amplifiée « 7 » est utilisée !!!
l'entrée numérique « 7 »
La sortie numériqueamplifiée « 7 » nonutilisée !!!
Schéma du distributeur d'énergie électrique (5V) au circulateur d'eau (220V) du panneau solaire Le distributeur utilisé est un « micro-relais » qui se câble sur la sortie 2 (OUT2) amplifiée de l'unité de traitement.
Un relais est composé principalement d'un électroaimant, qui lorsqu'il est alimenté, transmet une force mécanique à un système de commutation électrique : les contacts. Principe :Lorsque le courant continu (ordre de sortie de la carte Power-prog 5V) passe dans la bobine le circuit magnétique se comporte comme un aimant et attire la palette et la fait basculer. La palette appuie sur la lame du contact qui vient en contact avec l'autre lame et le circuit de puissance se ferme (le circulateur de l'aquarium se met en route 220V)
Contact du circuit d'alimentation électrique de la pompe de l'aquarium 220 V alternatif
Ordre de sortie de la carte Power-prog 5V continu
circulateur d'eau
Carte Powerprog
La sortie numérique amplifiée «2 » est utilisée
Logigrammes utilisés pour traiter et envoyer les ordres, marche ou arrêt, au micro-relais.
s tart
high 2
low 2
paus e 3000
s top
Mise à l'état bas de la sortie « 2 » c'est-à-dire ordre envoyé au micro-relais qui n'est plus alimenté en électricité 5V DC
Mise à état haut de la sortie « 2 » c'est-à-dire ordre envoyé au micro-relais qui est alimenté en électricité 5V DC
Pause de 3000 ms
Début programme principal
Arrêt programme
Fiche ressource Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
En Analysant le cahier des charges fonctionnel ci-dessus et le bloc fonctionnel commander :a) Écrire le scénario détaillé et chronologique en trois étapes de ce que vous souhaitez voir s'afficher à l'écran quand l'élève commande ou dialogue avec le système.
1.................................................................................................... ....................................................................................................2....................................................................................................
....................................................................................................3....................................................................................................
....................................................................................................
b) Traduire et compléter le logigramme simplifié ci-dessous à partir du scénario que vous venez d'écrire.
Fonction principale « Gérer à distance » décomposée en fonctions techniques piloter, traiter,dialoguer et regroupées dans le bloc fonctionnel commander.
La mise en mode marche ou arrêt du système de régulation de température du nano-paludarium doit pouvoir être Géré à distance avec une télécommande par l'élève. La consigne marche ou arrêt doit pouvoir être envoyée à une distance d'au moins 3 m. Des comptes rendus des consignes données par l'opérateur ou les choix qu'il peut faire doivent s'affichent sur un écran LCD
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
FT1 Piloter
télécommande
...................
...................
...................
...................
FT3Traiter
Carte Powerprog
FT4 Dialoguer
écran LCD
...................
...................
...................
................... ............................................................................
...................
...................
...................
...................
En Analysant le cahier des charges fonctionnel ci-dessus et le bloc fonctionnel sécurité :a) Écrire le scénario détaillé et chronologique en trois étapes de ce que vous souhaitez voir se dérouler quand le panneau solaire fonctionne.
1.................................................................................................... ....................................................................................................2....................................................................................................
....................................................................................................3....................................................................................................
....................................................................................................
b) Traduire et compléter le logigramme simplifié ci-dessous à partir du scénario que vous venez d'écrire.
Fonction contrainte « Ne pas bruler ni électrocuter l'élève » décomposée en fonctions techniques piloter, traiter et Avertir regroupées dans le bloc fonctionnel sécurité.
Le système de régulation du chauffage réalisé par les 4èmes.
Un message et un voyant avertissent l'élève que le panneau solaire fonctionne.
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
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Challenge Domotique
FT1 Piloter
télécommande
FT3Traiter
Carte Powerprog
FT4
Avertir
écran LCDLed rouge
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
En Analysant le cahier des charges fonctionnel ci-dessus et le bloc fonctionnel régulation :a) Écrire le scénario détaillé et chronologique en trois étapes de ce que vous souhaitez voir se dérouler pour réguler le température du panneau solaire.
1.................................................................................................... ....................................................................................................2....................................................................................................
....................................................................................................3....................................................................................................
....................................................................................................
b) Traduire et compléter le logigramme simplifié ci-dessous à partir du scénario que vous venez d'écrire.
Fonction principale « Réguler la température du nano-paludarium » décomposée en fonctions techniques piloter, traiter, distribuer regroupées dans le bloc fonctionnel régulation.
La température moyenne de l'eau du nano-paludarium sera Régulée et l'écart entre la température moyenne de l'eau du nano-paludarium obtenue et celle voulu par par l'élève sera inférieure à 2°Celsius.
Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créative
13/14
Challenge Domotique
FT3Traiter
Carte Powerprog
FT2CapterMesurer
Capteur température
FT5 Distribuer
Micro-relais
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
...................
14/14 Fiche travail Chauffe-eau Paludarium
Séquence créativeChallenge Domotique
Programme orienté objet
À partir des documents ressources et des logigrammes réalisés pour chaque bloc fonctionnels écrire sous forme de logigrammes le programme de traitement qui sera utilisé pour pour la partie commande du système automatisé.