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PPE 2011

INDICATEUR DE PENTE

Écrit par Administrator

Mercredi, 11 Mai 2011 07:49

PRESENTATION

Indicateur de pente pour VTT - Projet Pluritechnique Encadré - année 2010 / 2011 (RIVOT benoit, SAVART Florian, PACQUETET Thibaud)

Les lois de la physique longtemps étudiées par de grands savants tels que Galilée ou encore Newton sont depuis toujours dictées et définies par l’univers depuis sa naissance. Ces lois s’appliquant à l’espace, nous pourrions imaginer un cycliste montant ou dévalant une pente dont l’inclinaison de celle-ci l’intéresse. Cela peut être rendu possible par un capteur tel que l’inclinomètre par le biais de la gravité. C’est ainsi que nous élèves de terminale scientifique nous sommes poser la question de savoir comment connaître la valeur de la pente du terrain lors d’un parcours en VTT en fonction du temps. Au cours de ce Projet Pluri technique Encadré nous proposons une adaptation du capteur en réponse à une évolution modeste du besoin.

RECHERCHE SOL

Recherche de solutions techniques

Le but de cette recherche a été de déterminer le type d'inclinomètre à utiliser pour répondre le plus aux exigences de notre sujet. L'inclinomètre dont nous avions besoin devait correspondre à plusieurs caractéristiques. Tout d'abord, la fonction principale de celui-ci était de mesurer la valeur de la pente en fonction du temps lors d'un parcours en VTT. De ce fait, il devait être adaptable au guidon du vélo, donc relativement petit, peu encombrant. Ensuite, il devait être alimenté indépendamment d'un circuit électrique donc soit par batterie soit par pile. De plus étant voyant, il nécessite d'être esthétique. Le fait qu'il soit exposé aux milieux extérieurs exigeait du capteur qu'il résiste aux chocs et aux intempéries. Enfin, le fait que le capteur doive enregistrer les donnés en même temps qu'il les mesure semblait impossible donc nous avons décidé que cette fonction serait effectuée par une mémoire indépendante du capteur. De plus le coté pratique d'un témoin (LED) la mise en tension du système à l'utilisateur et d'un interrupteur serait ajouté au circuit sans appartenir réellement au capteur. Après des recherches sur internet et des discussions avec les professeurs nous avons analysé plusieurs systèmes pouvant mesurer l'inclinaison.

Le fil a plomb

Caractéristiques et usage:

Le fil à plomb est un outil constitué d'un fil lesté. Il permet de donner l’inclinaison en fonction de la verticale. Il est utilisé le plus souvent en maçonnerie.

Non retenu car:

Ce système est inutilisable, car la précision est faible. De plus, il faudrait constamment observer son système, ce qui est dangereux pour la sécurité de l’utilisateur. A chaque secousses, le plomb bougerait, et la mesure serait faussée. Dans notre sujet, il est demandé une précision de 0,2 degrés de plus, il faut que le capteur puisse envoyer la valeur de l'inclinaison. C'est pour cela que ce capteur ne correspond pas.

Inclinomètre à bulle:

Caractéristiques et usage:

L'inclinomètre à bulle appeler plus couramment niveau à bulle est un outil qui fonctionne comme une balance hydrostatique. A l'intérieur d'un boîtier à polystyrène indestructible une bulle d'air flotte dans un liquide spécial à haute viscosité. Une échelle de mesure permet d'afficher des valeurs de -21 jusqu'à + 21 %. Il est particulièrement utilisé dans les travaux manuels pour déterminer si un plan est parallèle à l'horizontal.

Non retenu car:

Ce capteur ne correspond pas aux exigences du sujet pour les mêmes raisons que le fil de plomb.

Inclinomètre au silicium

Caractéristiques et usage:

Ce capteur est formé d'un élément sensible et d'une électronique de conditionnement du signal. L'élément sensible est un système micro usiné sur silicium, généralement constitué d'un peigne capacitif se déformant en fonction de l'action de la gravité.

Non retenu car:

Ce sont des appareils chers, et d'une précision moyenne, qui ont également de la difficulté à donner une mesure précise aux alentours de 90 degrés .

Inclinomètre asservi:

Caractéristiques et unsage:

Cet appareil est alors un système mécatronique. Il présente l'avantage de fournir une très bonne précision.

Non retenu car:

Le prix est également trop élevé. Ce capteur a l'inconvénient d'avoir également de la difficulté à donner une mesure précise aux alentours de 90 degrés.

Inclinomètre / Accéléromètre:

Caractéristiques et usage:

Ce capteur est un détecteur de mouvements. Il perçoit l'accélération (donc aussi le ralentissement) de l'objet sur lequel il est placé. Il peut de plus être utilisé en inclinomètre (capteur d'inclinaison) et en détecteur d'impacts. Pour les mouvements lents, il permet donc de connaître l'orientation par rapport à la verticale, dans deux directions. Pour les mouvements rapides, il sert à détecter le départ et le sens d'un geste puis l'arrêt de ce geste.

Retenu car:

Ce système semble être le plus abordable niveau prix. En effet, l'inclinomètre au silicium et l'inclinomètre asservi semblaient correspondre le mieux aux exigences du projet mais étaient beaucoup trop cher. De plus, ce système semble être plutôt précis et possède une plage de fonctionnement plus importante de part son réglage des gains horizontal et vertical.

CHOIX COMPO

Choix des composants

Enregistreur VL100-Ext

L’enregistreur choisit fut le μLOGVL VL100-Ext car il possède 8 entrées de tension entre 0-1V ou courant DC (20mA) avec point commun. Ensuite celui-ci est accompagné d’une grande autonomie d'enregistrement (jusqu'à 2 ans), sa taille est peut encombrante et permet d’être adapter facilement adaptable sur une selle de VTT. Notons de plus que les accordements permettent une utilisation simple et que l’utilisateur n’est pas forcement obligé de posséder des compétences particulières. Cet enregistreur permet le transfert des résultats vers le PC et le traitement des mesures en unités réelles. Le choix de cet appareil à aussi été influencé de part son côté économique à usage multiple permettant une utilisation avec un grand nombre de points sur une longue durée. Après un parcours en vélo il est possible de récupérer les données de manière à avoir l’affichage des mesures en temps réel sur l’ordinateur à travers un logiciel nommé μLOGVL. L’extension (Ext) fournit avec l’appareil permet une extension mémoire à 60.000 mesures (capacité x 4). De plus, une modification apportée permet a l'enregistreur d'avoir une plage d'enregistrement de tension de 10V.

Logiciel μLOGVL

Le logiciel μLOGVL sous Windows permet aisément de configurer l’enregistreur VL100-Ext et d'effectuer le traitement des relevés de mesure. Lors de sa configuration, il suffit d’introduire les paramètres généraux d’enregistrement tels que les commentaires, les intervalles d’enregistrement, les démarrages différés ou immédiats, ou encore les arrêts en fin de mémoire. Lors du traitement des données, les fonctions suivantes sont prévues : transfert et archivage des mesures, représentation graphique, calculs statistiques, transfert vers d'autres logiciels et affichage en temps réel des mesures à l'écran.

La led

La led verte permettra à l’utilisateur de déterminer si le système est sous tension. Elle est alimentée par du 9V délivrée par la pile, avec une résistance de 150 ohms. Nous avons tenu compte du fait que l’utilisateur devait pouvoir vérifier l’alimentation du système. La led nous a donc parue importante a implanter dans le circuit pour une praticité augmentée.

L’interrupteur à deux positions

L’interrupteur a deux position permet a l’utilisateur de couper l’alimentation du système lorsqu’il le désire. Il possède deux positions, « on » et « off », repérées. Il est positionnée dans le boitier d’alimentation et d’enregistrement pour éviter de surcharger le boitier du capteur. Nous avons pensé que cette interrupteur était pratiquement obligatoire, pour permettre a l’utilisateur de couper lorsqu’il le souhaite la prise de mesure, lors de pauses par exemple. Le réducteur Le réducteur permet de diminuer la tension de 9V volt fournie par la pile en une tension 5V, de façon a pouvoir alimenter le capteur. Ce composant était obligatoire pour pouvoir fournir une tension de 5V.

Le réducteur

Le réducteur permet de diminuer la tension de 9V volt fournie par la pile en une tension 5V, de façon a pouvoir alimenter le capteur. Ce composant était obligatoire pour pouvoir fournir une tension de 5V.

DOSSIER TECH

Le dossier technique

La bête à corne

La pieuvre

L'actigramme de l'inclinomètre

L'actigramme de la mémoire

L'actigramme de l'ordinateur

SIMULATION

Simulation :

Afin de vérifier si le système était opérationnel, nous avons décidé d'effectuer un parcours en VTT en posant quelques conditions initiales tout en respectant celles necessaires au bon déroulement de l'étude. Pour cela nous avons commencer par déterminer un parcours d'environ 100 mètres sur lequel nous avons choisit de parcourir deux pentes en VTT. Déterminer la valeur des pentes pourra nous aider à évaluer la précision du capteur en fonction des résultats obtenus après l’expérience comme souhaiter dans le PPE, soit une précision à ?.

Point de départ :

Niveau, angle du terrain à 0°
Mise en marche du capteur
Départ à ? (temps)
Distance à parcourir : 200 mètres
Le temps sera d'environ 1 minute.

Nature du terrain :

Une pente ascendante inclinée à ?°
Une pente descendante inclinée à ?°

Point d'arrivée :

Niveau, angle du terrain à 0°
Arrêt du capteur
Arrivée à ? (temps)
Après réalisation du parcours en VTT, nous avons récupéré les données suivantes en reliant l'enregistreur VL100-Ext à l'ordinateur :

Cela nous montre que la simulation a été une réussite, les données correspondent à celles attendues.

PROTOTYPE

Création du prototype

L'assemblage électronique:

A partir du matériel dont nous disposions, c'est-à-dire de l’enregistreur VL100 et du capteur (inclinomètre), nous avons décidé d’y ajouter une pile de 9V afin d’alimenter le capteur, un interrupteur dans le but de commander la mise en tension de celui ci et pour finir, une led verte afin d’indiquer à l'utilisateur la mise en marche du matériel.

Afin de réaliser le mécanisme, nous avons soudé les différents composants suivant ensemble: la pile 9Và l’interrupteur puis à la led comme le présente le schéma électrique ci-dessous :

Le support de la carte enregistreuse:

Pour commencer nous avons découpé des planches à la scie afin de créer une boîte. Afin d’y introduire l’enregistreur VL100 et son alimentation (pile de 9V), nous avons calculé l’espace nécessaire à ces objets ainsi que le volume de la boîte maximum de manière à ce que celle-ci ne devienne pas encombrante pour le VTT.

La boîte est dotée de deux trous afin de pouvoir accédé à l’interrupteur et de laisser dépassé le témoin (led) informant sur la mise en marche du système à l’utilisateur, un troisième permet le passage des fil jusqu’au guidon qui relies l’enregistreur VL100 au capteur. Ces trous ont étés soigneusement réalisés à la perceuse. De plus l’ouverture de la boite par un clapet permet une récupération simple de l’enregistreur après un parcours.

La fixation du support s’effectue par une vis faisant pression sur la selle (partie en fer).

Fixation du capteur sur le guidon

De même que pour la réalisation du support de l’enregistreur, une boîte fut crée pour le capteur et elle nécessite donc moins d'espace que celle du VL100 puisque sa taille est bien plus petite. Elle dispose d'une ouverture à clapet, ainsi que d'un orifice permettant au câblage de rejoindre l’enregistreur à l'arrière de la selle, à partir du guidon.

le câble électrique qui relie le capteur à l'enregistreur, est accroché au cadre du vélo par le biais de collier. L'utilisateur ne risque pas d'être gêné par les câbles.