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Fluid'art

Objectifs

Il va s'agir de gérer la maquette "fluidart" qui permet de visualiser la production et la consommation électrique du lycée.

Les élèves devront être capables de :

  • de répondre au cahier des charges.
  • de produire un rapport par groupe : avec une partie commune en tête du rapport (explications générales, planning, …),  ensuite les parties individuelles (6 à 10 pages par élève) et enfin les annexes
  • de présenter à l'oral (individuellement) leur travail

Pièces jointes

  • TOUTES les ressources (documentations techniques, …) sont disponibles ici ou auprès du professeur

Toutes les documentations ou les informations nécessaires sont fournies. Il n'y a donc pas de recherche à faire sur internet.

Il est donc important de commencer par prendre connaissance de tous les documents fournis.

Le seul site autorisé (et utile) est le site Arduino.

    Situation par rapport au projet de terminale :

    Le mini-projet de cette année correspond globalement à la partie « conception détaillée » du projet de terminale. Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessous, le projet de terminale comporte 6 parties. La partie "avant-projet" a permis de choisir les solutions techniques (matériels, logiciels, …). Vous allez mettre en œuvre ces solutions techniques.


     
    Notation / évaluation:

    Le rapport final donnera lieu à une note ainsi que l’oral de présentation (10' en français et 2' en anglais). Cette note comptera dans votre moyenne d'ETS.



    Durée / organisation / planning:

    Le projet portera sur 8 à 10 séances soit à peu près 30 heures (sans compter le travail à la maison)

    Séance N°1 :

    • TP : La conduite de projet sous gantt  (2H) – découverte du logiciel
    • Découverte de votre projet et élaboration de votre planning sous gantt (2h)

    Autres séances (+ travail à la maison) :

    • Élaboration du projet : étude, calculs, mise en œuvre, simulation, essais et rédaction d’un dossier par groupe.

    Dernière séance :

    • oral de présentation individuel en français (10 min) puis un résumé en anglais (2 à 3 min).




    Principe (cahier des charges succinct):

    Vous allez gérer l'affichage de la consommation et de la production d'électricité du lycée. L'affichage se fera sur des rubans de leds (+ écran LCD + site internet). La production et la consommation seront simulés gràce à des potentiomètres. La mise en service se fera à l'aide d'un capteur de présence infrarouge et la gestion à l'aide d'une carte Arduino Uno.

    Votre étude portera sur :

    • les essais des matériels proposés
    • la mise en œuvre du programme Arduino.
    • La visualisation (affichage) des résultats

    Une petite vidéo de la maquette fluid'art: (lien pour télécharger la vidéo si nécessaire)

      

    La maquette:

    Maquette 1

    Maquette 2


     

     

            


    Architecture technique du mini-projet :

      

    Schéma électrique partiel:



    La répartition du travail :


    Élève N°1 : gestion de l'affichage de la consommation électrique du lycée

    Le matériel disponible :

    • la maquette (leds, potentiomètres, ...)
    • une carte Arduino Uno


    Cahier des charges du travail à faire :
    1. étudiez le schéma électrique fourni pour comprendre le câblage de la maquette. Reliez votre carte Arduino à votre partie du ruban de leds adressables.


    2. Gestion du potentiomètre "consommations"

        

    Partie 1 : analyse et explications techniques :

    Ce potentiomètre de 10kΩ (montage diviseur de tension) va permettre de simuler la consommation du lycée.


    Quand on tourne le potentiomètre, la valeur des résistances R1 et R2 varie (quand R1 augmente, R2 diminue et on a toujours R1+R2=10kΩ).


    2.1. A l'aide d'un voltmètre, relevez les valeurs maximum et minimum de la tension V2.
    2.2. A l'aide de la loi des mailles et de la loi d'ohm, trouver l'équation de V2 en fonction des 3 éléments du montage : V(5V), R1 et R2.
    2.3. Complétez le tableau suivant :

    R1 (Ohm)

    10000

    6666

    5000

    0

    R2 (Ohm)

    0

    3334

    5000

    10000

    V (volts)

    Partie 2 : mise en œuvre avec la carte Arduino:

    2.4.  Câblez le potentiomètre sur la carte Arduino. Justifiez le type d'entrée utilisée (TOR/digital ou analogique)
    2.5.  Faites le programme pour récupérer la valeur du potentiomètre. Pour vérifier que tout fonctionne vous afficherez dans le moniteur série la valeur lue en volts.
    2.6.  A l'aide du relevé des consommations journalières fourni "consommations_generale_journaliere.pdf" (on estime que la valeur max du potentiomètre (5V) correspond à la valeur max de la consommation + 25 %), modifiez le programme pour avoir la simulation de la consommation. Pour vérifier que tout fonctionne vous afficherez dans le moniteur série la valeur en kWh et la valeur en pourcentage.



    3. Gestion du ruban de leds adressables :

       1. Essayez le programme de test proposé (programme test ruban led - Arduino.txt)
    2. Analyser, comprenez et expliquez ce programme en vous aidant de l'aide à l'utilisation de la librairie Arduino de gestion des leds adressables (Adafruit NeoPixel Library Use.pdf)
    3. Faites le programme pour afficher les consommations : vous afficherez alternativement la visualisation de la consommation (toutes les marches de leds allumées = 100 %) puis le chiffre de celle-ci (entre 0 et 99 %).



    Élève N°2: gestion de l'affichage de la production électrique (cellules photovoltaïques) du lycée

    Le matériel disponible :

    • la maquette (leds, potentiomètres, ...)
    • une carte Arduino Uno


    Cahier des charges du travail à faire :
    1. étudiez le schéma électrique fourni pour comprendre le câblage de la maquette. Reliez votre carte Arduino à votre partie du ruban de leds adressables.


    2. Gestion du potentiomètre "consommations"

        

    Partie 1 : analyse et explications techniques :

    Ce potentiomètre de 10kΩ (montage diviseur de tension) va permettre de simuler la consommation du lycée.


    Quand on tourne le potentiomètre, la valeur des résistances R1 et R2 varie (quand R1 augmente, R2 diminue et on a toujours R1+R2=10kΩ).


    2.1. A l'aide d'un voltmètre, relevez les valeurs maximum et minimum de la tension V2.
    2.2. A l'aide de la loi des mailles et de la loi d'ohm, trouver l'équation de V2 en fonction des 3 éléments du montage : V(5V), R1 et R2.
    2.3. Complétez le tableau suivant :

    R1 (Ohm)

    10000

    6666

    5000

    0

    R2 (Ohm)

    0

    3334

    5000

    10000

    V (volts)

    Partie 2 : mise en œuvre avec la carte Arduino:

    2.4.  Câblez le potentiomètre sur la carte Arduino. Justifiez le type d'entrée utilisée (TOR/digital ou analogique)
    2.5.  Faites le programme pour récupérer la valeur du potentiomètre. Pour vérifier que tout fonctionne vous afficherez dans le moniteur série la valeur lue en volts.
    2.6.  A l'aide du relevé de la production "production_toit_principal_mois.pdf" (on estime que la valeur max du potentiomètre (5V) correspond à la valeur max de la production + 15 %), modifiez le programme pour avoir la simulation de la production. Pour vérifier que tout fonctionne vous afficherez dans le moniteur série la valeur en kWh et la valeur en pourcentage.



    3. Gestion du ruban de leds adressables :

       1. Essayez le programme de test proposé (programme test ruban led - Arduino.txt)
    2. Analyser, comprenez et expliquez ce programme en vous aidant de l'aide à l'utilisation de la librairie Arduino de gestion des leds adressables (Adafruit NeoPixel Library Use.pdf)
    3. Faites le programme pour afficher la production : vous afficherez alternativement la visualisation de la production (toutes les marches de leds allumées = 100 %) puis le chiffre de celle-ci (entre 0 et 99 %).




    Élève N°3 : gestion de l'affichage des résultats

    Le matériel disponible :

    • une carte Arduino Uno
    • un capteur de détection de présence (infrarouge)
    • un shield Ethernet

      

    Cahier des charges du travail à faire :
    1. Faites les tests et essais du capteur de détection de présence :

    • faites une série d'essais pour vérifier si les caractéristiques du capteurs correspondent à ce qui est attendu (voir le Datasheet)
    • analysez et commentez les mesures et résultats (faites un schéma si possible de la zone réelle de détection)

    2. Faites le programme Arduino pour lancer la mise en service du système : quand une personne est détectée par le capteur, le système se met en service. La maquette fonctionne durant au moins 5 minutes après le passage d'une personne.

    3. Faites des tests et essais de l'écran LCD

    4. Affichez sur l'écran LCD les consommations et la production du lycée (chiffre + pourcentage)

    5. Gestion de la page web (le site n'aura qu'une seule page): il faut afficher la consommation et la production du lycée (chiffre + pourcentage). La carte Arduino sera utilisée en mode "serveur".



     

    Pour vous aider, voici une proposition d'organisation du travail en différentes étapes:

    Quelques remarques préliminaires:

    • la rédaction du rapport se fait au fur et à mesure de l'avancement du mini-projet ( il se fait en parallèle donc et essentiellement à la maison). Une fois qu'une question a été résolue, qu'un élément technique a été essayé et approuvé, il faut l'intégrer au rapport.
    • les professeurs vérifieront l'avancée du projet et la rédaction du rapport au fur et à mesure.
    • la présentation d'un programme informatique (par exemple sur Arduino) sera présenté sous forme d'algorigramme dans le rapport et à l'oral seul de courts extraits "pertinents" peuvent apparaître dans le rapport. Le programme réel sera mis dans les annexes du rapport.
    • les ressources (documentations techniques, …) sont disponibles en haut de la page ou auprès du professeur
    • pour tout problème concernant la programmation Arduino ou le contenu d'une bibliothèque Arduino le seul site de référence fiable est le site Arduino : https://www.arduino.cc/ (par exemple : menu "Learning" puis "Reference" pour les instructions Arduino)




    Étape N°1: planning sous gantt        - travail individuel -

    • Faites le TP : "La conduite de projet sous gantt"  (durée : 2H) – découverte du logiciel



    Étape N°2: planning du projet       - travail collectif -

    • Lisez bien votre projet et rédiger votre planning de projet sous gantt.




    Étape N°3: choix des variables communes (et de leur type)       - travail collectif -

    Choisissez ensemble le nom et le type des variables que vous allez utiliser et partager avec les autres. Par exemple la variable issue de la mesure de courant va être mise à jour par l'élève chargé de gérer le capteur, mais cette variable va aussi être utilisée par celui qui s'occupe de l'affichage. Vous allez donc définir toutes les variables communes (celles issues de mesures ou celles issues du programme Arduino pour signaler un test, quelle ampoule est en test , …)

    Pensez à vous concerter pour l'attribution des entrées/sorties de la carte Arduino. Cela peut se faire au fur et à mesure de l'avancement de votre travail personnel (partie suivante).



    Étape N°4 : travail personnel

    • Chacun fait son travail personnel.
    Les fonctions delay et delayMicroseconds sont à éviter afin de ne pas bloquer le programme à un endroit.



    Étape N°5 : mise en commun       - travail collectif -

    • Maintenant on regroupe les différents programmes Arduino sur un seul programme et on essaie pour voir si tout fonctionne.



    Étape N°6 : rapport et oral      - travail collectif et individuel -

    • Finalisation du rapport et préparation de l'oral (diaporama).



    Étape finale : oral     - travail individuel -