1-Prise en main du bouclier Open-Smart Rich.

CC by julien bernard

Le bouclier OPEN SMART Rich est une carte électronique de type bouclier (shield), il s’insère sur une carte  Arduino UNO.

Le principal intérêt pédagogique et le regroupement sans câblage des nombreux composants électroniques. En contextualisant les utilisations via des scénarios pédagogiques vous pourrez exploiter ce bouclier en classe notamment dans le cours de technologie, mathématiques et sciences du numérique…

Le bouclier regroupe différents capteurs et actionneurs.

 

Liste des actionneurs:

CC by Julien Bernard

– Une led jaune.
– Une led bleue.
– Une led Verte.
– Une led Rouge.
– Un potentiomètre.
– Quatre afficheurs 7 segments.
– Un buzzer.

Liste des capteurs:

– Deux boutons poussoirs.
– Un capteur de température et d’humidité.
– Un capteur de température.
– Un capteur de lumière.
– Un récepteur infrarouge.

 

Scénarios faciles, (Utilisation des 4 LEDS)

La led rouge est connecté sur la broche 4
La led bleue est connecté sur la broche 5
La led verte est connecté sur la broche 6
La led jaune est connecté sur la broche 7

Notez au passage que la led bleue et verte sont connectés sur une broche PWM

Scénario 1:
Étude d’une alarme factice de voiture.

CC BY
Raito Akehanareru

Dans cette activité, nous allons réaliser une alarme factice de voiture, un signal lumineux rouge clignotant faussera l’appréciation d’éventuels voleurs.
Pour ce faire, nous allons utiliser la LED rouge du bouclier, elle est connecté à la broche 4.

L’organigramme de fonctionnement.

Nous allons mettre la broche 4 à l’état HAUT pendant 500ms puis mettre l’état logique de la broche 4 à l’état BAS pendant 500ms et répéter les instructions à l’infini…

CC BY Julien bernard

Le code en C++

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
const int ledrouge=4;

void setup() {

pinMode(ledrouge,OUTPUT);

}

void loop() {
 
digitalWrite(ledrouge,HIGH);
delay(500);

digitalWrite(ledrouge,LOW);
delay(500);

}
Le résultat en vidéo:
Continuité pédagogique

Une fois l’exercice maîtrisé, vous pouvez proposer aux étudiants  d’expérimenter le montage avec les 4 LEDS (La led bleue est connecté sur la broche 5,  la led verte est connecté sur la broche 6, la led jaune est connecté sur la broche 7).

La démarche pourrait être la suivante:

  1. Scénariser l’activité (feu de circulation, guirlande de fête, signaux de bateau…)
  2. Inventer l’organigramme et le faire valider par l’enseignant.
  3. Coder le programme.
  4. Tester avec la plateforme.

Un exemple de programme utilisant les 4 LEDS:


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
const int ledrouge=4;
const int ledvert=5;
const int ledbleu=6;
const int ledjaune=7;


void setup() {
pinMode(ledvert,OUTPUT);
pinMode(ledbleu,OUTPUT);
pinMode(ledjaune,OUTPUT);
pinMode(ledrouge,OUTPUT);
}

void loop() {
 
digitalWrite(ledvert,HIGH);
digitalWrite(ledbleu,HIGH);
digitalWrite(ledjaune,HIGH);
digitalWrite(ledrouge,HIGH);
delay(50);
digitalWrite(ledrouge,LOW);
delay(50);
digitalWrite(ledjaune,LOW);
delay(50);
digitalWrite(ledvert,LOW);
delay(50);
digitalWrite(ledbleu,LOW);
delay(50);

}

 

 

La chaîne d’information.

Commençons par regarder cette vidéo et interrogeons-nous sur les différents sous-ensembles de notre magnifique robot réalisé en enseignement d’exploration ICN en seconde…

Nous pouvons, assez facilement identifier les parties suivantes:

  • Le capteur à ultrasons
  • Le cerveau de notre robot ( içi un automate programmable arduino Uno)
  • Une partie qui stocke de l’énergie, des piles rechargeables
  • Deux convertisseurs d’énergie ( les moteurs)
  • Des câbles électriques qui véhiculent de l’énergie ou des informations

CC by julien bernard

Un capteur à ultrasons, jamais entendu parler…?

Et bien cela est normal, notre oreille n’est pas capable d’entendre les ultrasons… contrairement à nos amis les animaux, en effet les chiens ou les chauves souris les percoivent…
Le capteur à ultrasons comme son nom l’indique envoit des ultrasons dans l’espace et mesure le temps de retour des ondes lorsqu’il rebondissent contre un obstacle.

Ainsi nous pouvons facilement déterminer la distance avec un obstacle.

Retenons comme vitesse du son:  340m/s, nous pouvons trouver la distance avec la formule V=d/t, il ne faut pas oublier de diviser le temps par 2 (aller et retour).

La chaîne d’information

La chaîne d’information se compose souvent de trois parties:

  • Acquérir
  • Traîter
  • Communiquer

Acquérir: Souvent composée de capteur(s), cette partie mesure des grandeurs physiques, afin de donner des informations à la partie “traîter”, nous pouvons les comparer à nos cinq sens.

Traîter: On peut le comparer au cerveau de notre corps, c’est l’élèment central du système. Il traîte les informations grâce au programme dans sa mémoire et aux informations (acquéries des capteurs) , en conséquence il va communiquer des actions à réaliser à la partie énergie.

Communiquer: Cette partie sert à véhiculer les informations et les actions à réaliser par la partie énergie.

CC julien bernard

La chaîne d’énergie

Cette partie exécute les ordres de la partie information, nous pouvons les comparer à nos muscles.
Globalement, nous pouvons diviser la chaîne d’énergie en quatre parties:

  • Alimenter
  • Distribuer
  • Convertir
  • Transmettre

Alimenter: C’est la partie énergie, d’abord en stockage puisque cette partie est aussi un réservoir à énergie. (batteries rechargeables).

Distribuer: Des conducteurs électriques (câble en cuivre) véhiculent l’énergie vers les convertisseurs.

Convertir: Cette partie convertit une énergie en une autre, dans le cas des moteurs électriques, nous tranformons l’énergie électrique en énergie cinétique.

Transmettre: Cette partie ne fait pas que transmettre l’énergie d’un point A vers un point B du robot, elle amplifie ou diminue la vitesse et le couple (force en rotation).

Comment se déplace un robot “base tank”?

Nous définissons une base tank en robotique par la structure de sa base. On retrouve des convertisseurs d’énergie de chaque coté. Chaque côté est indépendant et il suffit d’actionner l’un ou l’autre pour faire déplacer le robot.

CC julien bernard

À quoi servent les engrenages ? (partie transmettre)

Nous avons vu que les engrenages (association de deux ou plusieurs roues dentées) servent à transmettre un mouvement et modifier une vitesse et un couple. Entrons dans les détails:

Considérons deux roues: La roue 1 en bleue et la roue deux en rouge. La roue 1 est deux fois plus petite que la 2. Nous comprenons facilement que lorsqu’une roue tourne dans un sens (sens horaire pour la bleue), l’autre tourne dans le sens inverse (sens trigonométrique).

Nous pouvons aussi nous dire que si la roue 1 fait un tour, alors la roue 2 n’aura fait qu’un demi-tour, nous avons donc réduit la vitesse.

Cependant il y a un autre effet, le couple (force en rotation) sera augmentée de façon inverse et proportionnelle… donc x2, nous avons un robot qui va donc monter plus facilement les pentes (mais plus doucement 🙂 ).

CC julien bernard

Chaîne d’énergie, chaîne d’information

Pour finir, nous allons réunir les deux chaînes…

CC julien bernard

Pour finir vous trouverez la fiche synthèse en cliquant sur le lien synthèse Chaine info nrj

Le cycle de vie en fonction des ventes

Un produit a une vie, depuis l’extraction des matières premières à sa mise sur le marché puis à la valorisation de l’objet inusité, nous pouvons à chaque étapes de la vie du produit mesurer des informations comme sont impact environnemental ou son volume de vente et tenter de les améliorer.

Comme introduction au domaine du marketing, lors d’un lancement de produit sur le marché une  courbe de vente «type» est obeservable en fonction du temps.

Nous pouvons ainsi donc découper le graphique en 4:

  1. la phase de lancement
  2. la phase de croissance
  3. la phase de maturité
  4. la phase de déclin

 

Chaque étape est plus ou moins longue en fonction du marché et du produit.

En effet le cycle de vie lors du lancement d’un téléphone intelligent n’est pas le même que celui d’un vélo.

Il est important pour une entreprise de savoir se situer et d’anticiper les phases de vie du produit en adoptant différentes stratégies. (Politique de prix, évolution du produit, stratégie de différenciation.

 

Si nous prenons du recul en observant la vie de l’objet dans sont intégralité, nous pouvons observé le schéma suivant.

Le schéma du cycle de vie présente de façon simplifié les étapes prises en compte lors de l’établissement des Déclarations environnementales de produits. Si 16 étapes sont définies par la norme européenne NF EN 15804, elles sont ici regroupées et réduites à sept.

 

le pdf sur le cycle de vie:

Cycle de vie.structuration et exo

 

Un incontournable : SCRATCH.

Pour débuter.

Le logiciel pour acquérir les compétences de programmation du cycle 4 est Scratch. (le lien pour le télécharger)

Scratch est un logiciel qui permet d’apprendre la programmation avec des blocs que l’on déplace à la souris. Ces instructions sont directement visibles grâce à un lutin qui devient animé.

Mblock pour la technologie.

Mblock est un fork de scratch, vous trouverez l’instalation en suivant ce lien…

Mblock ajoute une bibliothèque de fonction “automate programmable” à Scratch. Il tranforme également les blocks en C++ (édition/mode arduino).

La limite, les mauvaises habitudes chez les étudiants!

Apprendre à utiliser Mblock/Arduino est assez facile. Les pré-requis sont:

  • Comprendre la différence entre un 1 logique et un 0 logique.
  • Comprendre la différence entre une entrée et une sortie numérique.
  • Comprendre la différence entre un signal analogique et numérique.

Pour donner du sens au apprentissage, il convient de contextualiser les montages et de l’inclure dans la démarche de projet d’un projet de l’année.

Cependant, Scratch ou Mblock sont des incontournables dans le sens où ils sont préconisé pour la préparation au DNB. En ce sens il convient de commencer par un des deux logiciels et de basculer vers le C++ plus tard.

Une plateforme open source

cc nc sa baldiri

L’automate programmable arduino Uno sert à exécuter un programme téléverser dans sa mémoire, il met en relation des capteurs et des actionneurs par le biais d’un code de C++ et d’un logiciel arduino IDE.

Les entrées/sorties

un périphérique d’entrée est un élément qui envoie des informations vers l’automate programmable…donc l’arduino.

Un périphérique de sortie est un élément qui recoit une information depuis l’automate programmable.

Il faut déclarer soit en entrée ou soit en sortie la ou les broche(s) au début du programme (void setup)

par exemple:

pour déclarer la broche 1,4 et 5 en entrée et 7,8 et 3 en sortie:

pinMode(1,INPUT);
pinMode(4,INPUT);
pinMode(5,INPUT);
pinMode(7,OUTPUT);
pinMode(8,OUTPUT);
pinMode(3,OUTPUT);

Les capteurs:

Leurs rôles est de mesurer une grandeur physique (température, pression, lumière, niveau, humidité…) et de la transformer en signal lisible par une entrée analogique  (A0,A1,A2…).

Un exemple de capteur analogique, le capteur de flexion, CC By Sparkfun electronique.

Les actionneurs:

ils réalisent une action physique en fonction des ordres que lui envoit le programme. Allumer un LED, faire tourner un moteur…

Plus généralement les actionneurs recoivent un ordre leurs permettant de mettre en action (donc 1 logique) un transformateur d’énergie.

un exemple d’actionneur, un moteur Pas a Pas. Image by TIMOR CC By

0 ou 1, HIGH/LOW, TRUE/FALSE bref c’est Noir ou blanc…

Un automate de type Arduino UNO est plutot binaire, il ne peut apprécier que deux états logiques, 1 ou 0, vrai ou faux… pour lui c’est blanc ou noir, il ne connait pas le gris et encore moins le gris clair ou le gris foncé…
Le vocabulaire utilisé par la famille Arduino est HIGH pour l’état HAUT et LOW pour l’état BAS.

une commande utilisée courante:

digitalWrite(12,HIGH);

Envoyer un 1 logique (HIGH) via la broche 12 de l’arduino.

Mais comment faire avec un capteur analogique?

Prenons un exemple de capteur de temperature, nous ne pouvons nous contenter de dire: il fait chaud ou il fait froid…
Les capteurs analogiques renvoient une infinité de valeurs…

Ces valeurs seront donc lues par les entrées analogiques (A0,A1,A2…) et interprétées par le programme…

Une commande utile :

analogRead(0);

Lire la valeur de la broche analogique 0.

Adapter sa pédagogie avec un Arduino

Les plateformes Arduino sont Open-Source (plus d’infos…) en ce sens ils sont parfaitement adapté aux valeurs et aux compétences des référenciels ou des domaines du socle 3C.

Actuellement un arduino Uno est peu onéreux, une trentaine de $CAD s’ajoute les composants électroniques. Le kit de l’inventeur est une bonne base de départ:

 

Les composant permettent de créer beaucoup de montage avec une progression pédagogique diversifiée et adaptable aux spécificités des étudiants et enseignants.

Différents montages qu’il faut contextualiser.

Les montages ne nourrissent pas nécessairement l’imaginaire des étudiants.
Une des problématiques sera de donner du sens et de l’ampleur aux projets au sein d’une démarche d’investigation, de résolution de probleme et de projet.

L’utilisation du kit Arduino de l’inventeur en complément avec une imprimante 3D est un couple vraiment pertinent.

Dans la partie design innovation et créativité et ‘a l’image des anciens programmes de technologie: la production d’un service

 

Des exemples de projet au cour du cycle 4

  1. Inventer un robot autonome avancant seulement linéairement, cycle 4, cinqui’eme
  2. Inventer un robot autonome pouvant tourner et éviter des obstacles avec un capteur ultrason cycle 4, quatrieme
  3. Inventer un robot pilotable via un smartphone, cycle 4, troisieme.

Faire clignoter un led. (notion de boucle, états logiques…)
Déclencher l’allumage d’une LED avec un BP poussoir. (notion d’évenement, entrée-sortie)
Utiliser un capteur analogique pour piloter un actionneur

image: Andrew McGill CC

Utiliser un logiciel de modélisation 3D

Vous allez devoir utiliser un modélisateur 3d pour votre projet, il en existe beaucoup, je vous en propose deux:

Le logiciel Sketchup:

Facile d’utilisation, efficace et doter d’un superbe potentiel évolutif… je vous conseille d’utiliser la version Make

https://www.sketchup.com/fr/download

Un tutoriel pour vous aider:

 

Mon tutoriel en pdf…

tuto sketchup

le logiciel libre Blender:

Puissant, complet, multi-OS dont Linux avec des possibilités infinies… et libre!  ma préconisation.
Vous pourrez aussi faire de l’animation 3D avec Blender.

https://www.blender.org/download/

la chaîne Blender france …

 

 

Mes documents

Modeleur 3D synthèse + fiche élève

document réponse 5ème

tuto sketchup

 

Conduire un projet!

S’organiser dans le temps

Travailler en projet c’est organiser son le temps, ses moyens, les délais…
Votre premier travail et de trouver toutes les étapes importantes du projet.

Ces limites vont vous permettre de savoir si vous ne prenez pas de retard. Ensuite nous allons définir la durée prévisionnelle de chaque tâche.

Organiser les ressources humaines.

Une fois les étapes validées, nous allons attribuer les tâches aux moyens “humains” dont l’équipe dispose.
C’est une étape importante car il faut évaluer la quantité de travail et faire correspondre les membres de votre équipe.

La méthode Gant.

Traditionnellement les projets sont gérées avec la méthode « classique » :

  1. Analyse du besoin
  2. Définition du produit par une analyse détaillée (cdcf)
  3. Conception détaillée, développement
  4. Essais, Tests
  5. Livraison.

Origines du diagramme de Gantt

Le premier diagramme de Gantt fut élaboré dans les années 1890 par l’ingénieur polonais Karol Adamiecki dans le cadre de ses recherches en techniques de gestion et de planification. Mais c’est la version de ce diagramme réalisée quinze ans plus tard par l’américain Henry Gantt, ingénieur et consultant en management, qui fut définitivement adoptée dans les pays occidentaux sous le nom de son inventeur.
http://www.gantt.com/fr/

Une autre méthode consiste à représenter visuellement l’état d’avancement des tâches, c’est la méthode Gantt
Chaque tâche est matérialisée par une barre horizontale, dont la position et la longueur représentent la date de début, la durée et la date de fin. Ce diagramme permet donc de visualiser d’un seul coup d’œil :

 

 

  • Les différentes tâches à envisager
  • La date de début et la date de fin de chaque tâche
  • La durée escomptée de chaque tâche
  • Le chevauchement éventuel des tâches, et la durée de ce chevauchement
  • La date de début et la date de fin du projet dans son ensemble
  • mets en avant les éventuels retards.

Pour se connecter sur Kanboard:

Pour organiser notre projet nous allons utiliser une application web qui se sert de la méthode Gantt.

https://technologie-numerique.com/kanboard

  1. cliquer sur le lien
  2. Utiliser son adresse mail comme login
  3. entrer son mot de passe (demander au professeur)

Pour aller plus loin…

Et les pdf…

fiche synthèse GANTT

Le cahier des charges fonctionnel

Un contrat entre le client et l’entreprise.

Le cahier des charges fonctionnel est un contrat entre le client et l’entreprise. Il exprime un besoin illustré par trois outils de plus en plus précis.

Du besoin aux niveaux: trois outils indispensables.

Le besoin.

Tout commence avec un besoin exprimé. Le futur client va exprimé son besoin en fonction de la vision qu’il a et de ses compétences sur le sujet.
À cette étape il est important d’être attentif car une grande partie du cdcf est présente dans sa demande.

Les besoins de l’Homme peuvent être illustré sous forme pyramidale, je vous invite à regarder cette vidéo en complément de mes explications en classe:

source, draw my economy youtube

L’analyse du besoin, la bête à cornes.

Dans cette partie, nous allons analyser et interpréter le besoin du client.
Nous utilisons un outil d’analyse du besoin, la «bête à cornes»

Quatre zones sont à renseigner:

«À qui rend-il service?»

Il sagit ici des utilisateurs de notre objet ou service, pour être plus précis: on peut indiquer la cible (ex les jeunes de 12-17ans)

«Sur quoi agit-il?»

Cette zone représente les élèments matériels ou immatériels utilisés par notre objet technique ou service, par exemple un style agit sur une feuille…

«L’objet technique ou le service»

Renseigner le nom de l’objet T ou du service.

«Dans quel but existe t-il?»

À quoi ça sert, vous devez exprimer très clairement le but de l’objet dans son contexte, par exemple un crayon sert à laisser une trace…

par exemple, pour un stylo…

L’analyse fonctionnel, le diagramme pieuvre.

Une fois le besoin exprimé, nous allons nous intéressé à l’objet au travers de son extérieur et plus précisement des contraintes à tenir compte dans la conception de l’objet. L’idée sera de classer par ordre d’importance les fonctions de contraintes FC. (par exemple la contrainte esthétique, ergonomique…).

On ajoute la ou les fonctions principales FP que l’on classe également par ordre d’importance.

 

Pour le casque audio:

FP1: Diffuser un son.
FC1: Ne pas blesser l’utilisateur.
FC2: Plaire aux utilisateurs ciblés.
FC3: Être concurrentiel.
FC4: Être alimenté et ne pas consommer trop d’énergie.
FC5: S’adapter aux différentes morphologie.
FC6: Respecter les normes.

 

L’analyse fonctionnel doit nous aiguiller vers le tableau de caractérisation.

Le tableau de caractérisation.

Nous allons indiquer  indique dans le tableau de caractérisation les performances à atteindre pour valider les solutions de chaque fonction.
Il faut préciser pour chaque fonction :
– les critères à apprécier (caractéristiques mesurables et quantifiables)
– le niveau à atteindre (objectifs chiffrés ou références à atteindre)
Prenons l’exemple de la fonction de contrainte 2 du casque audio:

 

FC2: Plaire aux utilisateurs ciblés.

 

Fonction:                                                              Critères                                                  Niveaux:
FC2
: Plaire aux utilisateurs ciblés.                   Couleurs, formes.                                 Rouge et bleu, les formes arrondies.

 

Les critères et les niveaux seront en fonction des utilisateurs.

 

Les fichiers à télécharger:

consignes cdcf îlot
fiche synthese CDCF

consignes cdcf sphero