Projet Pluritechnique Encadré -...

Projet

Pluritechnique

Encadré

Panneaux Occultant

Sébastien TRIPIER Quentin GUYOT Vincent ROLLOT

Lycée Saint Marc 2010 / 2011

TRIPIER Sébastien Terminale S 3 GUYOT Quentin Année 2010/2011 ROLLOT Vincent Lycée Saint Marc

Projet Pluritechnique Encadré 1 de 25

TABLE DES MATIERES

PRESENTATION DU PROJET : ........................................................................................................................ 2 I.

1. Pourquoi ce projet : ................................................................................................................................. 2

2. Projet réalisé par :.................................................................................................................................... 2

3. Etude d’un système existant .................................................................................................................... 3

ANALYSE FONCTIONNELLE DU SYSTEME ...................................................................................................... 4 II.

1. Diagramme des interactions .................................................................................................................... 4

2. Diagramme F.A.S.T. .................................................................................................................................. 5

PARTIE OPERATIVE : ..................................................................................................................................... 6 III.

1. D.A.O. : Mise en plan assemblage global .................................................................................................. 6

2. IMAGE DAO : Assemblage global .............................................................................................................. 8

3. Situation des capteurs ............................................................................................................................. 9

4. Répertoire des pièces ............................................................................................................................ 10

5. Calcul mécanique ................................................................................................................................... 12

Partie puissance......................................................................................................................................... 13 IV.

Partie commande ...................................................................................................................................... 14 V.

1. PIC ......................................................................................................................................................... 14

2. Choix des composants électroniques ..................................................................................................... 14

a. Régulateur de tension : ...................................................................................................................... 14

b. Photorésistance : ............................................................................................................................... 14

c. AOP et Pont Diviseur de Tension : ...................................................................................................... 14

3. Commande du moteur ........................................................................................................................... 16

4. Capteurs ................................................................................................................................................ 17

5. Schéma complet de l’électronique ......................................................................................................... 18

ORGANIGRAMME ...................................................................................................................................... 19 VI.

DEVENIR DU PROJET .................................................................................................................................. 24 VII.

CONCLUSION ...................................................................................................................................................... 24

Table des illustrations ......................................................................................................................................... 25

Sources ............................................................................................................................................................... 25



PRESENTATION DU PROJET : I.

1. Pourquoi ce projet :

Nous avons choisi ce projet pour plusieurs raisons. Tout d’abord, nous voulions étudier un système servant à la vie quotidienne et facilitant la vie de tous

les jours. Nous avions le choix entre plusieurs sujets comme celui-ci, ou le portail coulissant. Nous avons opté pour les panneaux occultant car ils nous apportaient de plus la possibilité d’étudier un système présent dans l’enceinte du lycée. Ensuite, les panneaux occultant nous permettaient d’avoir une simulation relativement simple à réaliser.

2. Projet réalisé par :

Ce projet a été réalisé par trois élèves de terminale S 3 :

- GUYOT Quentin

- ROLLOT Vincent

- TRIPIER Sébastien

Avec l’aide de Mr LACREUSE et Mr ROUDET professeurs de SI.



3. Etude d’un système existant

Nous avons choisi de présenter un store SOMFY car il s’agit du moyen le plus courant d’occultation de la lumière. Cependant, notre projet sera la réalisation de panneaux verticaux qui pivoteront pour occulter ou non le soleil. Ces dernières années, les demandes sur le marché des stores n’ont cessé d’augmenter du point de vue quantité et qualité, les utilisateurs souhaitant une simplicité et une facilité d’utilisation améliorée. La société SOMFY s’est donc lancée dans ses gammes de stores automatiques, Somfy matic et Somfy line, en développant ses mécanismes de commande.

Ce système de store est avant tout destiné à un usage domestique, permettant de protéger ses utilisateurs contre le soleil. De plus, il met à disposition une commande automatique en fonction du soleil à l’aide d’un seuil réglable. Ce système peut devenir, selon le souhait de l’utilisateur, manuel, à distance ou non. L’état de son automatisme est facilement contrôlable grâce à des LED. Enfin, il est pratique, puisqu’il s’adapte à son environnement et son coloris est personnalisable.

Des capteurs envoient les informations reçues à un microprocesseur à l’intérieur d’un boitier qui les analyse et permet d’ouvrir ou de fermer le store. Pour assurer ces services, deux capteurs sont utilisés pour mesurer la luminosité et le vent :

- Une cellule photoélectrique pour capter la luminosité offrant une plage de réglage du seuil d'ensoleillement de 0 à 56 Klux. Cette cellule capte un degré d’intensité : si celui-ci est supérieur à celui du seuil, le boitier ordonne la descente du store.

- Un anémomètre servant à mesurer la vitesse du vent avec une plage de réglage du seuil de vitesse de 20 à 70km/h. Il détecte la vitesse du vent en permanence. Quand la vitesse dépasse un certain seuil, le boitier commande la montée du store pour sa sécurité.

Les stores SOMFY tentent donc de satisfaire au mieux les besoins de leur clientèle en développant et en améliorant leurs services. Le système de store automatique est déjà un grand pas.



ANALYSE FONCTIONNELLE DU SYSTEME II.

1. Diagramme des interactions

Panneaux Occultant

Environement

Utilisateur

Sécurité des personnes

Sécurité du materiel

Panneaux

Affichage des données

Eco-fabrication

Esthétique

FC 4FC 3

FC 5

FC 6

FC 2

FP 1

FP 2

FC 1

Figure 1 : Diagramme des interactions

Fonction Désignation Description

FP1 Commander les panneaux Marches forcée, automatique, manuelle

FP2 Afficher des données Système lumineux (LED)

FC1 Etre simple d’utilisation Tableau de commandes simple

FC2 Avoir un arrêt d’urgence accessible, par une butée ou en contact d’un obstacle, par des

personnes extérieures

Détection du courant

FC3 Etre esthétique Etre suffisamment discret

FC4 Résister au milieu dans lequel ils se situent Résistance à la neige, pluie

FC5 Etre fabriqué de façon propre Recyclage, produit non polluant

FC6 Assurer la sécurité du système Protection contre le vent



2. Diagramme F.A.S.T.

Panneaux Occultant

FP 1 : Commander les

panneaux sur demande de l’utilisateur

Prendre en compte la

demande de l’utilisateur

Prendre en compte les éléments

extérieurs

Ouvrir et fermer les panneaux

Capter la commande

Véhiculer le signal de

commande

Recevoir et interpréter les informations

Utiliser l’énergie

électrique

Adapter l’énergie

mécanique

Convertir l’énergie

mécanique

Prendre en compte le vent

Prendre en compte la

luminosité

Interrupteur (monostable et

bistable)

Fil

Microcontrôleur

Photorésistance

Moteur pas à pas

Réducteur

Vis sans fin et engrenages

FP 2 : Afficher visuellement les données

Signaler l ‘etat de commande

LED (ON/OFF)-> Automatique

LED (OUVERTURE/FERMETURE) ->

Manuelle

Anémomètre

Figure 2 : Diagramme FAST



PARTIE OPERATIVE : III.

1. D.A.O. : Mise en plan assemblage global



2. IMAGE DAO : Assemblage global

Figure 3 : Assemblage global en transparence

Une première image DAO de l’assemblage global en transparence rend visible le système d’engrenage et donc le

fonctionnement des panneaux.

Figure 4 : Assemblage global

Une seconde image de cet assemblage donne un aperçu extérieur et réel du système.



3. Situation des capteurs

Figure 5 : Emplacement des capteurs

Figure 6 : Emplacement du capteur fin de course

Emplacement des interrupteurs Emplacement du capteur fin de course



4. Répertoire des pièces

Le bâti :

Tout d’abord la structure principale, le bâti. Cet ensemble est composé de deux sous-ensembles distincts. Celui

de gauche, représente la salle de cours pour laquelle nous devions implanter les panneaux occultant avec les engrenages, et celui de droite la partie commande, où seront présents l’interrupteur manuel, la photorésistance permettant d’évaluer le niveau de luminosité pour la fermeture ou non des panneaux, le circuit imprimé et le microcontrôleur.

Figure 7 : Bâti

Les panneaux :

Le panneau mesure 66 par 80mm. Précisons que dans la DAO, il y a trois panneaux. Dans la maquette, il n’y en aura que 2 pour ne pas avoir d’efforts trop importants à supporter par le moteur.

Sa tige de fixation de 140mm de long est fixée au panneau par serrage.

Une roue dentée de 40mm de diamètre comportant 40dents est montée sur la tige de fixation et permet l’entrainement et le pivotement du panneau.

Figure 8 : Panneaux



La petite roue :

Le sous-ensemble « roue intermédiaire » est composé d’une roue dentée de 30mm de diamètre et de 30 dents, montée sur un axe. Cette roue a pour fonction de maintenir le sens d’ouverture des différents panneaux.

Figure 9 : Petite roue

La vis sans fin :

Elle est directement fixée à la sortie de l’arbre moteur et permet l’entrainement des roues pour le pivotement des panneaux.

Figure 10 : Vis sans fin

Les socles :

Les tiges fixées sur chacun des engrenages sont guidées par l’intermédiaire de petits socles qui sont en appui plan avec le bâti. Ceux-ci permettent le maintien des axes et la liaison de pivot pour leur rotation.

Figure 11 : Socle

Le moteur :

Un moteur pas à pas est utilisé pour entrainer les engrenages.

Figure 12 : Moteur



5. Calcul mécanique

Le calcul effectué est un calcul géométrique afin de déterminer le nombre de pas nécessaires aux rotations à 45 et à 90 degrés.

Le mouvement pilote est le pivot entre un panneau et le bâti, la simulation se fait sur 45 positions de 0 à 90 degrés.

Voici le résultat sur le pivot entre le moteur pas à pas et la vis sans fin :

Voici la même étude mais pour un mouvement pilote de 0 à 45 degrés sur 45 positions :



La plaque moteur indique 1.29°/pas. Le nombre de pas est obtenu par les calculs suivants :

, pour la position à 90 degrés

, pour la position à 45 degrés

Pour que les panneaux en phase normale mettent 5 secondes pour passer d’une position extrême à l’autre, nous

devons effectuer 2790 pas en 5 secondes soit :

Ceci correspond à l’intervalle de temps entre chaque incrémentation du programme. Pour la mise à zéro initiale (pour éviter de détériorer le capteur) nous avons choisi de réduire cette vitesse en

passant de 1792 µs à 5000 µs soit 5 ms.

PARTIE PUISSANCE IV.

Nous avons utilisé un moteur pas à pas qui permet de connaitre la position angulaire de nos panneaux en comptant les pas.

Ce modèle était utilisé dans les anciens lecteurs de disquette. Sa référence est : STH-39D137-04

Il possède 5 fils : - Rouge : Commun - Marron : bobine 1 - Noir : bobine 2 - Orange : bobine 3 - Jaune : bobine 4 Il s’agit d’un moteur unipolaire à aimant permanent. Il est alimenté en 12 v et demande une intensité maximale de 0,5 A.

Figure 13 : Moteur pas à pas (STH-39D137-04)



PARTIE COMMANDE V.

1. PIC

Pour la partie électronique de notre PPE nous avons décidé d’utiliser les plaques E-Blocks montées avec un ECIO-40 (qui est basé sur un 18F4455), possédant 5 ports numérotés de A à E. Pour notre application nous utilisons les ports B et D. Toutes les sorties sont reliées au B et les entrées au D. Le choix de l’utilisation de ces plaques nous permet de séparer intégralement la partie programmation de la partie électronique. Ainsi nous séparons les risques d’erreurs : s’il y a erreur dans le circuit intégré, il n’y a que celui-ci à remplacer. De plus, cela nous permet de réduire par deux la taille de notre circuit imprimé.

2. Choix des composants électroniques

a. Régulateur de tension :

Nous utilisons deux régulateurs de tension : un pour la partie commande nous fournissant une tension de sortie de 5 v et un pour la partie puissance nous fournissant une tension de 12 v. Le régulateur 5 v est un lm7805 et le 12 v un lm7812. La valeur des condensateurs est standard (valeur de la documentation).

b. Photorésistance :

Notre programmation nécessite une détection de la lumière. Nous avons utilisé une photorésistance pour capter l’intensité lumineuse. Nous avons mesuré les différentes valeurs de la photorésistance (LDR) en fonction de la luminosité.

Sans lumière

Lumière ambiante

Pleine lumière

Résistance (Ω)

3 000 780 100

Nous pouvons donc en conclure que la résistance de ce composant diminue avec l’augmentation de la

luminosité.

c. AOP et Pont Diviseur de Tension :

Les caractéristiques de notre LDR ayant été déterminées, il faut créer un signal compréhensible par le microcontrôleur. Trois plages de luminosité correspondant à un degré d’ouverture des panneaux (0°, 45° et 90°) ont été retenues. Pour y parvenir, nous utilisons un montage à deux seuils de tension de référence (possédant deux ponts diviseurs), un seuil de tension variable et deux amplificateurs opérationnels (Ampli OP ou AOP) montés en comparateur de tension.

Pour rappel, en mode comparateur nous avons :

Le principe est de placer la photorésistance à la place d’une résistance dans le pont diviseur relié à la borne e+ des AOP.

Nous avons choisi de faire fonctionner le circuit sous 5V et une intensité de 1mA. La tension traversant le composant varie en fonction de la luminosité. Figure 15 : Un AOP

Figure 14 : Montage des régulateurs de tension



Détermination de Ve+

Présence de faible luminosité :

Présence de forte luminosité :

Premier AOP

Une tension de référence pour l’entrée V- de l’AOP doit être déterminée pour être comparée à la tension variable et donner les seuils de tension correspondant au niveau de luminosité.

La tension de l’entrée Ve+ variant de 0.7 à 3.5v, nous avons choisi une tension de référence de 2V soit une tension de sortie du pont diviseur de 2v.

On a ; d’après la loi d’ohm on a

Donc

D’après la formule du pont de Wheatstone :

Donc

Dans notre salle de SI, les résistances disponibles sont 3.3 kΩ et 2.2 kΩ, nous choisissons donc ces valeurs.

les composants dont nous disposons ont une puissance admissible d’un

quart de watt : ils sont donc adaptés.

Deuxième AOP

Sachant que nous avons déjà un seuil de référence, il nous faut un deuxième seuil de tension plus élevé, qui nous permettra de savoir s’il y a une plus forte luminosité que celle déjà mesurée. Nous devons trouver une autre tension de référence, sachant que pour une intensité lumineuse maximale la tension variable est de 3,5v, nous cherchons donc une tension de référence à 3v.

Ainsi nous refaisons la même démarche pour calculer les valeurs des résistances du nouveau pont diviseur. On a ; d’après la loi d’ohm on a

Donc

D’après la formule du pont de Wheatstone :

Donc

Dans notre salle de SI, les résistances disponibles sont 3.3 kΩ et 2.2 kΩ, nous choisissons ces valeurs.

les composants dont nous disposons ont une puissance admissible d’un

quart de watt : ils sont donc adaptés.



Schéma :

Pour faciliter le câblage, nous avons utilisé un LM374 qui a pour particularité de posséder 4 AOP en même temps.

Nous obtenons le schéma suivant :

Figure 16 : Schéma de détection de lumière

3. Commande du moteur

La commande du moteur est assurée par un composant intégré le L293D qui est, dans notre cas, équivalent à 4 transistors. Ce composant permet une isolation des parties puissance et commande et intègre les diodes de roue libre.

Un signal logique haut sur une entrée IN entraine le passage du courant sur la sortie OUT correspondante. Les broches EN permettent d’activer ou de désactiver les commutations ; dans notre cas elles seront toujours actives.

Figure 17 : Schéma de la commande du moteur



4. Capteurs

Nous avons 5 capteurs dont un double : - Un capteur de fin de course normalement ouvert pour détecter la position fermée des panneaux. - Un interrupteur bistable pour sélectionner le mode manuel ou automatique. - Un interrupteur rotatif tri-stable pour sélectionner en mode manuel l’ouverture, la fermeture ou l’inaction. - Un interrupteur pour simuler le vent. - Un interrupteur pour simuler la nuit. Les résistances R6 à R11 sont des résistances de tirage de valeur classique 4,7 kΩ.

Figure 18 : Schéma des capteurs



5. Schéma complet de l’électronique

Bleu : Alimentation : Régulateurs, interrupteur et condensateurs Rouge : Détection de lumière : résistances, LDR et AOP Vert : Commande du moteur : circuit intégré (L293D) Orange : Capteur : monostable, bistable, tri-stable et résistances

Figure 19 : Schéma complet de l'électronique



ORGANIGRAMME VI.

Appel de la macro mise_a_zero (voir Figure 19)

Vérification du vent et de la nuit

Fermeture des panneaux en cas de nuit ou de vent

Sélection du mode automatique ou manuel (voir Figure 20 & 21)

Figure 20 : Organigramme principal



Activation moteur

Mise à zéro de la position

Désactivation du moteur

Détection du capteur fin de course

Fermeture panneaux

Figure 21 : Macro mise_a_zero



Vérification du mode automatique

Macro consigne pour déterminer la position à atteindre (voir Figure 22)

Détermination du sens du mouvement

Ouverture

Fermeture

Figure 22 : Macro automatique



Figure 23 : Macro manuelle

Détermination de la commande

Fermeture

Ouverture



Figure 24 : Macro consigne

Figure 25 : Panneau Flowcode



DEVENIR DU PROJET VII.

Pour améliorer notre projet et le compléter nous pourrions envisager tout d’abord, de proposer une représentation réelle de la condition de sécurité des panneaux contre le vent. Le vent pourrait être simulé par un ventilateur. Le système détecterait la vitesse du vent en temps réel et provoquerait la fermeture de sécurité si cette vitesse atteignait un certain seuil. Pour éviter que les panneaux ne s’ouvrent et ne se ferment constamment si la vitesse oscille autour d’un certain seuil et afin de stabiliser leur fonctionnement, nous pourrions mettre en place une marge de manœuvre entre deux seuils (à l’aide d’un montage à hystérésis).

Ensuite, la détection de lumière pourrait être améliorée. Au lieu de ne proposer que deux seuils à l’utilisateur (ouverture 45° ou 90°), on pourrait augmenter ce nombre pour suivre de plus près la variation de luminosité et l’exploiter à chaque instant.

Par ailleurs, l’amélioration de la maquette au point de vue esthétique serait à prévoir ainsi que certaines pièces permettant de réduire si possible les efforts. Nous voulions également au départ que notre maquette comporte trois panneaux. Ce nombre a été réduit à deux pour ne pas surcharger le moteur.

CONCLUSION

Le fait de travailler en équipe, d’avoir un but commun et un objectif à réaliser ensemble a été très enrichissant. L’idée du PPE est déjà très intéressante puisqu’elle nous plonge dans un univers en parallèle des cours, dans lequel nous devons nous organiser, nous rendre disponibles les week-ends ou pendant les vacances, elle nous impose aussi d’être dépendants du travail des autres et donc d’être responsables de l’avancée du travail commun. Ceci nécessite de travailler en cohésion, ce qui n’est pas toujours facile. Nous avons dû nous répartir les tâches, être coordonnés et respecter les délais pour mener à bien le projet. Cette contrainte de temps est elle aussi intéressante puisqu’elle nous a obligés à faire évoluer notre projet pour trouver des solutions plus simples et rapides à réaliser. De plus, ce type de travail permet de s’éloigner du cursus scolaire quotidien, car malgré le cahier des charges qui est à respecter, nous sommes libres de nos choix pour accomplir le projet. Cela permet d’être autonome dans sa réalisation. Enfin, le PPE permet d’acquérir une satisfaction du travail accompli puisqu’en partant d’un simple cahier des charges, nous avons dû aboutir à un dossier complet expliquant notre système ainsi qu’à une maquette qui fonctionne.



TABLE DES ILLUSTRATIONS

Figure 1 : Diagramme des interactions _______________________________________________________________________ 4 Figure 2 : Diagramme FAST ________________________________________________________________________________ 5 Figure 3 : Assemblage global en transparence _________________________________________________________________ 8 Figure 4 : Assemblage global ______________________________________________________________________________ 8 Figure 5 : Emplacement des capteurs ________________________________________________________________________ 9 Figure 6 : Emplacement du capteur fin de course _______________________________________________________________ 9 Figure 7 : Bâti _________________________________________________________________________________________ 10 Figure 8 : Panneaux_____________________________________________________________________________________ 10 Figure 9 : Petite roue ____________________________________________________________________________________ 11 Figure 10 : Vis sans fin___________________________________________________________________________________ 11 Figure 11 : Socle _______________________________________________________________________________________ 11 Figure 12 : Moteur _____________________________________________________________________________________ 11 Figure 13 : Moteur pas à pas (STH-39D137-04) _______________________________________________________________ 13 Figure 14 : Montage des régulateurs de tension ______________________________________________________________ 14 Figure 15 : Un AOP _____________________________________________________________________________________ 14 Figure 16 : Schéma de détection de lumière __________________________________________________________________ 16 Figure 17 : Schéma de la commande du moteur _______________________________________________________________ 16 Figure 18 : Schéma des capteurs ___________________________________________________________________________ 17 Figure 19 : Schéma complet de l'électronique ________________________________________________________________ 18 Figure 20 : Organigramme principal ________________________________________________________________________ 19 Figure 21 : Macro mise_a_zero ____________________________________________________________________________ 20 Figure 22 : Macro automatique ___________________________________________________________________________ 21 Figure 23 : Macro manuelle ______________________________________________________________________________ 22 Figure 24 : Macro consigne _______________________________________________________________________________ 23 Figure 25 : Panneau Flowcode ____________________________________________________________________________ 23

SOURCES

En raison du manque d’informations présentes sur internet concernant les panneaux occultant, nous n’avons pas

beaucoup de sources à citer. Cependant, dans la réalisation du dossier nous avons utilisé nos cours de SI ainsi que des documentations des différents composants électroniques ; certaines de ces documentations n’étant pas présentes au lycée, nous en avons trouvé sur le site : http://www.datasheetcatalog.net/

Pour la documentation du store Somfy, http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/ssi/systemes/somfy/somfypr.htm

http://www.datasheetcatalog.net/

http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/ssi/systemes/somfy/somfypr.htm

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