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Tunnel

Organisation

Le mini projet "tunnel" sera réalisé par 4 élèves

Objectifs

Il va s'agir de gérer la sécurité d'un tunnel (ressemblant au tunnel de la Croix-rousse).

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.

Il y a aussi plein d'infos utiles dans la partie "fiches d'aides"

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 (si on a le temps):

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




    Cahier des charges de la gestion du véhicule (capteurs, programme, essais, …):

     

    Principe (cahier des charges succinct):

    • Vous allez gérer la sécurité d'un tunnel à l'aide de capteurs : capteur de CO2, capteur de flamme, de température. Ces capteurs vont commander les ventilateurs du tunnel. Des capteurs situés aux 2 extrémités du tunnel vont compter le nombre de véhicules et estimer leur vitesse.
    • L'état du tunnel (normal, avertissement, alarme), le nombre de véhicules et leur vitesse moyenne et les résultats des calculs issus des capteurs seront affichés sur un afficheur LCD, enregistrés dans une base de données et visibles sur un site internet.
    • L'état du tunnel sera aussi visualisé sur 2 afficheurs à leds (2*8*8 leds).



    Votre étude portera sur :

    • les essais des capteurs proposés : fonctionnement et caractéristiques : mesures, précision, ...
    • la mise en œuvre du programme arduino complet de gestion du tunnel.
    • L'implantation, le paramétrage de la base de données et l'affichage de ces données sur une page web



    Le principe technique mis en œuvre :

     

    La maquette :

    Maquette / Image N°1

    Maquette / Image N°2

    Maquette / Image N°3

    Le schéma électrique (sans la matrice de Leds):

    Le bornier:

     

     
    La répartition du travail :


    Élève N°1 : gestion des capteurs liés à la sécurité

    Le matériel disponible :

    • les capteurs :
      • de flamme (flame sensor) : DFR0076
      • de température : TMP36
      • de CO2 : SEN0159/MG811
    • la carte "pré-actionneur" pour commander les ventilateurs:
      • carte 8 relais Elecfreaks
    • 5 ventilateurs 12VCC
    • une carte Arduino Mega

    Le travail à faire :

    • étudiez le schéma électrique fourni pour comprendre le câblage de la maquette
    • test et essai des capteurs:
      • faites une série d'essais pour valider la qualité (précision, vitesse de réaction, …) des mesures
      • expliquez le principe de fonctionnement de chaque capteur
      • Pour les capteurs de température :
        • faites une série d'essais (au moins 10 mesures) en relevant la valeur du capteur et la température réelle
        • a partir des notions d'erreur absolue et d'erreur relative (document explicatif fourni) :
          • calculez l'erreur absolue pour chaque mesure.
          • calculez l'erreur relative (en pourcentage) pour chaque mesure.
          • Vous mettrez les résultats (capteur, mesure réelle, erreurs) dans un tableau.
          • conclure sur la précision du capteur
      • Faire le programme de gestion et de prise en compte des capteurs :
        • prévoir 2 seuils de détection de CO2 : 1er seuil, marche des ventilateurs pendant 30 secondes, puis arrêt, puis marche des ventilateurs, … Au 2ème seuil, marche continue des ventilateurs (choisir par défaut un sens de circulation de l'air).
        • S'il y a incendie, faire circuler l'air en fonction du capteur de température le plus chaud et mettre en route le ventilateur de la cheminée
        • si un bouchon se forme dans le tunnel (information donnée par l'élève N°2) on met en route préventivement les ventilateurs.


     

    Élève N°2 : gestion des capteurs d'entrée et de sortie du tunnel

    Le matériel disponible :

    • 4 capteurs HC-SR04 sur la maquette + 1 capteur pour les essais

    Le travail à faire :

    • étudiez le schéma électrique fourni pour comprendre le câblage de la maquette
    • test et essai des capteurs HC-SR04 :
      • faites une série d'essais (au moins 10 mesures) en relevant la valeur du capteur et la distance réelle
      • a partir des notions d'erreur absolue et d'erreur relative (document explicatif fourni) :
        • calculez l'erreur absolue pour chaque mesure.
        • calculez l'erreur relative (en pourcentage) pour chaque mesure.
        • Vous mettrez les résultats (capteur, mesure réelle, erreurs) dans un tableau.
        • conclure sur la précision du capteur
      • expliquez le principe de fonctionnement du capteur
    • mise en œuvre et essai des capteurs HC-SR04 :
      • faire le calcul du nombre de véhicules présents dans le tunnel (dans chaque sens)
      • faire l'estimation de la vitesse moyenne des véhicules (il y a 5 % de bus et camions et 95 % de voitures) afin de déterminer si un ralentissement ou un bouchon se forme.





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

     

    Le matériel disponible :

    • 1 écran LCD - DEM 16216
    • 2 matrices à Leds : ELM203A5 - 2x8x8 leds R-V

     

    Le travail à faire :

      1. étudiez le schéma électrique fourni pour comprendre le câblage de la maquette
      2. test et essai de l'écran LCD
      3. affichage sur l'écran LCD:

    • des températures
    • du CO2
    • du niveau d'alarme sur le CO2 (1er ou 2ème seuil dépassé)
    • de la détection d'un incendie

      4. sur la matrice à Leds :

    • croix rouge pour signaler un problème dans le tunnel
    • rond vert pour signaler que tout est normal
    • Cette matrice de Leds sera commandée par un HC595 car la carte Arduino ne possède pas assez de sorties. Planning de la mise en œuvre de la matrice à Leds :

              1. étude et explication du fonctionnement de la matrice (comment allumer chaque led ?)

              2. calcul des résistances de limitation de courant

              3. étude du circuit HC595

              4. mise en œuvre électrique puis réalisation du programme Arduino




    Élève N°4 : gestion de la base de données et de l'affichage web

    Le matériel disponible :

    • une carte Arduino Mega
    • un shield Ethernet

    Le travail à faire :

    • création et paramétrage de la base de données (en local, à l'aide du programme Wamp)
    • écriture des données dans la base de données (arduino en mode client + mode GET)
    • effacement, quand c'est nécessaire, des données de la base de données
    • affichage sur la page web (le site n'aura qu'une seule page) des données (capteurs, alertes/alarmes, …) autour de la photo de la maquette du tunnel


    Pré-requis : les TP sur la réalisation de site internet doivent être maîtrisés, notamment le TP2.4 qui aborde la création d'un site web évolué (organisé) ainsi que la gestion des bases de données. Si vous n'avez pas fini ou fait ces TP il faut les faire chez vous avant la séance N°2.
    Le site internet doit répondre à l'organisation suivante :

    • une entête (header)
    • un pied de page (footer)
    • l'article qui contiendra les différents éléments à afficher
    • La mise en page sera réalisée dans le fichier CSS (style.css)
    • La page s'appellera  index.html


    Cahier des charges "graphique":

    • le site sera sur fond blanc crème : FDF1B8 (code hexadécimal de la couleur)
    • l'entête et le pied de page seront séparé par une bande ou un cadre rouge (A91101)
    • L'écriture se fera en noir. Les liens en violet (660099)
    • L'entête contiendra 2 images : le dessin du tunnel de la croix rousse (gauche), le logo du lycée (droite) et le nom du projet au centre
    • Le pied de page contiendra 2 logos à droite (logiciels libres et le logo de Arduino) et à gauche les liens suivants : site du lycée, site de la section STI EE/SIN, site Arduino


     


    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 interdites 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 -