Du 24 au 28 août, une douzaine d’élèves (de la 6e à la 3e) ont travaillé à la conception et à la fabrication de petits robots avec l’aide d’un professeur de Technologie (M Pers), à raison de 2h30 par jour environ. Ils se sont répartis en 3 équipes. Chacune a défini ce que devrait faire son robot. M Pers a ensuite montré le matériel disponible et chaque équipe a choisi des composants : une base roulante motorisée, une carte électronique programmable, des capteurs, … Le début de l’assemblage a été assez rapide. Un premier programme de test a été fourni pour permettre les premiers tests dès le deuxième jour. La personnalisation du matériel et du programme s’est poursuivie les jours suivants avec notamment des fichiers audio différents pour chaque équipe (à partir de ressources sur Internet ou à partir d’enregistrements faits par les élèves avec un micro et le le logiciel Audacity). Les élèves ont ensuite dessiné des pièces en plastiques pour habiller leurs robots. La découpe et l’assemblage de ces pièces n’ont pas encore été terminés. Il a manqué du temps également pour terminer la personnalisation des programmes par rapport aux souhaits des élèves. Cela a donné envie aux élèves présents d’apprendre la programmation. Cela fera partie des objectifs en classe de Technologie, en 4e notamment. Quasiment tous les élèves présents, de la 6e à la 3e, ont exprimé le souhait de pouvoir apprendre la programmation. N’hésitez pas à laisser un commentaire si cela vous intéresse.

Deux des robots fabriqués utilisaient une base roulante motorisée à chenilles (Source : Collège Jean Macé)

Composants visibles ici : carte électronique Programmable, batterie, module audio et haut-parleur (Source : Collège Jean Macé)

Carte électronique programmable Arduino (Source : Collège Jean Macé)

Module audio DFPlayer qui permet de commander avec la carte Arduino la lecture de fichiers audio mp3 stockés dans une carte micro SD. Un petit haut-parleur 50 Ohm est branché directement dessus (3 W maxi)

Un robot entièrement assemblé par les élèves à partir d’une base roulante motorisée DG008 en kit (4 roues motrices). (Source Collège Jean Macé)

On voit le travail difficile de câblage réalisé sur ce robot par les élèves (Source : Collège Jean Macé)

Fichiers audio

Des fichiers audio utilisés par les élèves (et copiés sur la carte mémoire micro SD du module audio dont la  lecture est commandée par la carte électronique programmable).

– 0001 Démarrage. Fichier audio trouvé sur le site universal-soundbank.com (comme les 5 fichiers suivants)

– 0002 Accident

– 0003 Je suis désolée

– 0004 Vous commencez a me fatiguer

– 0005 Vous pouvez être fier de vous

– 0006 Vous pouvez faire beaucoup mieux que ca

– 0007 Je t’aime pas tu sens mauvais (obtenu par des élèves à partir du site voxygen.fr , avec la voix de Sidoo)

– 0008 Boissons a volonté (enregistré par des élèves avec un micro et Audacity)

– Des bruits de robots trouvés sur Internet par un élève (Source à préciser)

Le témoignage de Nathan T. qui rentre en 6e

“A l’école ouverte, la semaine du mois d’Aout, nous avons fabriqué et programmé nos propres robots avec pour professeur Mr Pers. Nous avons tout d’abord imaginé des robots pour ensuite savoir comment nous allions les faire : les dimensions, le matériel etc … puis nous avons fabriqué les supports des robots. Lorsque nous avions terminé les supports, nous sommes passés au câblage puis l’habillage.”

Programmation du robot avec un ordinateur (et câble micro USB débranché ici). Test d’un capteur optique infra rouge (de biais sur la gauche) pour détecter des obstacles (Source : Collège Jean Macé)

Mise à jour du 22 février 2016

Cet article date de juni 2015. Attention, le logiciel Ardublock est en fin de vie. Depuis maintenant deux ans environ, de nouveaux logiciels de programmation ont été développés, la plupart à partir de Blockly conçu spécialement par Google pour faciliter justement le développement de ce type de logiciels pédagogiques. On trouve aujourd’hui des logiciels capables de remplacer avantageusement Ardublock. J’ai choisi d’utiliser Blockly Arduino qui a entre autre l’avantage de pouvoir facilement s’adapter à mes besoins pédagogiques. J’ai rédigé un article qui vous expliquera plus précisément les avantages de Blockly Arduino par rapport à Ardublock, ainsi que les points à améliorer prochainement.

1. Analyse du fonctionnement et des capteurs du robot

Observation d’un robot aspirateur Auto Cleaner, à l’arrêt et en fonctionnement, ainsi que d’un robot aspirateur partiellement démonté.

robot aspirateur autocleaner (source : Collège Jean Macé)

1.1. Fonctionnement de l’aspirateur robot

– Mode S : Le robot décrit une trajectoire en spirale à partir de l’endroit où on l’a déposé. S’il détecte un obstacle (en butant avec son bouclier) alors il s’arrête, recule un peu et repart en changeant de direction.

 – Mode M : Le robot nettoie le bord des murs ou des meubles (sur sa droite). Il évite les obstacles comme en mode S.

1.2. Composants permettant au robot d’acquérir des informations

1) Acquisition des commandes de l’utilisateur (le choix du mode de fonctionnement notamment)
3 boutons poussoirs (S, M et L) sur le robot.

 2) Acquisition de la présence d’un obstacle devant le robot
Un capteur dans le robot détecte l’enfoncement du bouclier à l’avant du robot.
3) Acquisition de la proximité d’un mur à droite du robot
Un capteur (infrarouge) sur le côté droit du robot détecte un obstacle à distance (sans contact).
Ce capteur est constitué d’un émetteur infrarouge et d’un récepteur infrarouge qui reçoit le faisceau infrarouge réfléchi par le mur (ou l’objet).

 4) Acquisition de la présence du vide devant le robot
4 capteurs infrarouges situés sous le bouclier avant, dirigés vers le sol.
Il détecte le vide (non présence du sol), sans contact du capteur avec le sol.
Chaque capteur est constitué d’un émetteur infrarouge et d’un récepteur infrarouge qui reçoit le faisceau infrarouge réfléchi par le sol (sauf s’il est au-dessus du vide).

5) Acquisition du soulèvement du robot ou d’une roue dans le vide
Un capteur au niveau de chaque roue, y compris de la petite roue non-motrice à l’arrière. Un contact (électrique) est commuté (mécaniquement) par la roue qui se soulève lorsqu’on soulève le robot.

1.3. Composants permettant au robot de transmettre des informations à l’utilisateur

1) Information sur la mise sous tension de l’aspirateur robot (avec le bouton On)
La Led verte s’allume sur le robot.
Le buzzer émet un son bref.
2) Information de la mise en charge de la batterie (en branchant le bloc secteur)
La Led verte sur le robot clignote lentement (environ une fois par seconde).
3) Information de la prise en compte par le robot de l’appui sur un bouton (S, M ou L)
La Led bleue sous le bouton enfoncé s’allume.
Le buzzer émet un son bref.

1.4. Informations transmises par le robot de manière sonore

La mise sous tension du robot.
L’activation d’un mode de fonctionnement.
L’attente lorsque le robot est sous tension mais en veille.
Le début de la charge.

1.5. Composant permettant au robot de traiter toutes les informations

C’est la carte mère (carte électronique programmable) disposée verticalement dans le robot.

1.6. Alimentation du robot aspirateur en énergie

Energie électrique fournie par la batterie interne au robot.

Elle se recharge sur le chargeur alimenté sur le secteur (réseau 230 V).

2. Schéma fonctionnel

Schéma fonctionnel simplifié de l’aspirateur robot (on ne considère pas ici les moteurs de l’aspiration et des brosses).

Schéma fonctionnel simplifié du robot aspirateur (Source : Collège Jean Macé)

3. Expérimentation avec une carte électronique programmable

L’objectif de cette expérimentation est notamment d’analyser expérimentalement les liens entre la carte électronique de traitement des informations et les fonctions suivantes :

– l’interface de dialogue (boutons et Leds) qui permet à l’utilisateur de choisir un mode de fonctionnement avec des boutons qui s’allument suivant les cas,

– les capteurs qui détectent des obstacles à éviter, – le capteur qui capte la proximité d’un mur (ou d’un meuble) à longer pour assurer le nettoyage,

– un moteur qui permet le déplacement du robot.

3.1. Mise en œuvre d’une carte électronique programmable de type Arduino, avec le logiciel Arduino (+ Ardublock)

Carte électronique programmable de type Arduino Leonardo (source : Collège Jean Macé)

Interface du logiciel Ardublock pour programmer la carte Arduino (Source Jean Macé)

3.2. Programme n°1 : clignotement de la LED de l’aspirateur pendant la phase de charge

Programme (écrit avec Ardublock) de clignotement d’une Led avec une carte électronique programmable Arduino (source : Collège Jean Macé)

3.3. Programme n°2 : Allumer la Led correspondant au mode de fonctionnement choisi lorsqu’on appuie sur le bouton correspondant

3.4. Programme n°3 : Commander un moteur en fonction d’un capteur qui détecte la présence d’un obstacle

1.Analyse du robot Automatique Cleaner

1.1 Le fonctionnement de l’aspirateur en mode S : celui-ci fait une rotation sur lui- même
1.2 Le fonctionnement de l’aspirateur en mode L : celui-ci contourne les obstacles

2. Solutions techniques pour acquérir des informations.

2.1 Le choix du mode de fonctionnement et que l’aspirateur contient 3 boutons de commande qui lui permettent d’acquérir les commandes de l’utilisateur donc les ordres que l’utilisateur demande au robot d’effectuer

2.2 La solution technique pour que l’aspirateur puisse détecter la présence d’un obstacle et qu’il le détecte par des capteurs afin que l’aspirateur dévie sa trajectoire

3. Solutions techniques permettant au robot de traiter des informations.

3.1 La solution technique retenue pur que l’aspirateur puisse communiquer a l’utilisateur une information sur la mise sous tension de l’aspirateur robot( avec le bouton On) est que le robot sort un bruitage et une source lumineuse qui indique que le robot pourra traiter des informations.

4. La solution technique permettant au robot de traiter des informations est le processeur.

Mise à jour du 22 février 2016

Cet article date de janvier 2015. Attention, le logiciel Ardublock est en fin de vie. Depuis maintenant deux ans environ, de nouveaux logiciels de programmation ont été développés, la plupart à partir de Blockly conçu spécialement par Google pour faciliter justement le développement de ce type de logiciels pédagogiques. On trouve aujourd’hui des logiciels capables de remplacer avantageusement Ardublock. J’ai choisi d’utiliser Blockly Arduino qui a entre autre l’avantage de pouvoir facilement s’adapter à mes besoins pédagogiques. J’ai rédigé un article qui vous expliquera plus précisément les avantages de Blockly Arduino par rapport à Ardublock, ainsi que les points à améliorer prochainement.

Arduino et Ardublock au collège

Arduino est à la fois un type de cartes électroniques programmables et un logiciel qui permet de travailler avec ces cartes. En plus d’être libre et gratuit, ce logiciel a le gros avantage d’être devenu un standard mondial. Le matériel compatible Arduino est fabriqué aujourd’hui en grande série et distribué à des prix de plus en plus bas par de nombreux fournisseurs.

Le logiciel Arduino a cependant le gros inconvénient de nécessiter une programmation en langage C. Son usage est donc hors programme, aussi bien au collège qu’au lycée. Le logiciel Ardublock est un logiciel libre et gratuit qui permet d’ajouter une interface de programmation graphique au logiciel Arduino. L’écriture des programmes se faut avec des blocs qui s’emboîtent intuitivement comme des pièces d’un puzzle. C’est très simple et ça limite fortement les sources d’erreurs. Ardublock est suffisamment simple et performant pour être utilisé aussi bien au collège qu’au lycée.

Interface graphique d’Ardublock

L’interface graphique d’Ardublock ne possède que 6 boutons (et non pas 6 menus !) situés sur un bandeau en haut de l’interface : difficile de faire plus simple !

Le bouton “Téléverser vers l’Arduino” lance la compilation et uploade le programme dans la mémoire de programme de la carte Arduino.

L’interface graphique d’Ardublock ne possède que 6 boutons (et non pas 6 menus) : difficile de faire plus simple (Source : Collège Jean Macé)

Une liste de librairies situées à gauche avec des boutons colorés permettent d’accéder à des blocs que l’on sélectionne et dépose sur l’espace de travail (cliquer / déposer) situé à droite, pour écrire le programme.

On peut sélectionner le bloc correspondant à la structure de contrôle souhaitée : Boucle faire …, Si … alors …, Tant que … La qualité de la traduction varie en fonction des versions. Des sous-programmes peuvent être réalisés (blocs non visibles sur cette image). (Source : Collège Jean Macé)

Interface graphique d’Ardublock, avec un programme pour faire clignoter une LED sur la broche 13. Des commentaires ont été ajoutés, ici en jaune pâle (ils peuvent être masqués éventuellement). Cliquer sur l’image pour zoomer. (Source : Collège Jean Macé)

Les blocs s’emboitent comme des pièces de puzzle de manière à empêcher la plupart des erreurs de syntaxe. Déplacer ou copier des blocs se fait très simplement. Pour supprimer des blocs, on les glisse en dehors de l’espace de travail, tout simplement.

Autre exemple de programme écrit avec Ardublock : commande de la sortie 10 (lampe par exemple) à partir d’un capteur de lumière (entrée 5 mémorisée dans la variable Lum) avec deux seuils (< 500 ou > 600) et/ou de l’entrée 12 (bouton poussoir par exemple). Cliquer sur l’image pour zoomer. (Source : collège Jean Macé)

Le matériel de base pour utiliser Arduino au collège

La carte Arduino de base disponible actuellement s’appelle l’Arduino Leonardo. Elle est amplement suffisante pour gérer la plupart des projets que nous menons au collège. Elle coûte environ 20 € TTC. Un câble micro USB standard (celui de votre smartphone par exemple) suffit pour l’alimenter, la programmer, communiquer avec le PC, …

Carte Arduino Leonardo (Source : arduino.cc)

Il existe des variantes de cette carte Arduino Leonardo. J’apprécie celle développée par DF Robot qui utilise des connecteurs de couleurs et qui a ajouté un connecteur qui permet d’ajouter notamment un module Bluetooth, tout en étant moins cher que la version de base (18 € TTC chez Gotronic le 18/1/15) :

Carte Arduino Leonardo DFRobot DFR0221 (Source : dfrobot.com)

Carte Arduino Leonardo DFRobot DFR0221.
Elle est disponible chez plusieurs fournisseurs (publicité involontaire) :
Chez Gotronic.fr (18 € TTC le 18/01/15)
Chez Zartronic (19 € TTC le 18/01/15)

Installation d’Arduino

La dernière version d’Arduino est disponible ici (version 1.0.6 aujourd’hui).
Il faut installer la version beta 1.5.8 d’Arduino pour pouvoir utiliser la carte Arduino Yun (pour un usage avancé avec connexion Wifi et services Web notamment).

Installation des drivers Arduino

Il suffit de brancher en USB une carte Arduino sur le PC qui installera les drivers (3).

“Installation” d’Ardublock

Il faut intégrer Ardublock au logiciel Arduino installé au préalable sur un PC (ou un MAC, …). La solution que j’utilise est la suivante :
Après avoir installé Arduino, créer dans le dossier Program Files (x86) / Arduino / Tools, l’arborescence “ArduBlockTool / tool” puis coller dans “tool” l’application java d’Ardublock (fichier avec l’extension .jar).

Je conseille de choisir une version béta récente d’Ardublock sur le site du projet en cours de développement :
http://sourceforge.net/projects/ardublock/files/

J’ai intégrée la version du 04/07/2014 dans le fichier ci-dessous que vous pouvez directement décompresser et coller dans le dossier “Program Files (x86) / Arduino / Tools”. Rien d’autre à faire !

ArduBlockTool.zip (à décompresser et à coller dans “Program Files (x86) / Arduino / Tools”).

Arborescence Arduino pour l’installation du plugin Ardublock (Source : Collège Jean Macé)

Mise en œuvre d’une carte Arduino avec le logiciel Arduino (+ Ardublock)

1. Connecter la carte Arduino à l’ordinateur avec un câble USB / mico USB.
2. Ouvrir le programme Arduino (raccourci sur le bureau).
3. Dans le menu “Outils” sélectionner : Type de carte / Arduino Leonardo.
4. Dans le menu “Outils”, sélectionner le Port série correspondant à la carte Arduino. C’est normalement le dernier avec la chiffre le plus élevé (il est possible de le vérifier dans le gestionnaire de périphériques).
5. Dans le menu “Outils” sélectionner Ardublock.

Test et modifications de quelques programmes fournis

1. Copier le répertoire contenant les programmes à tester ou à modifier, dans le répertoire de travail de votre choix.
Quelques exemples de programmes sont disponibles dans le dossier ci-dessous (à décompresser) :
Prog Ardublock 18_01_15.zip
D’autres exemples de programmes seront fournis prochainement.
2. Dans Ardublock, cliquer sur “Ouvrir” puis sélectionner le premier programme à tester, Prog 1, dans votre répertoire de travail.
3. Cliquer sur “Téléverser vers l’Arduino” pour générer le programme (compilation) et l’envoyer dans la mémoire du processeur de la carte électronique programmable.
Remarque l’avancement de la compilation et du téléversement ne sont visibles que dans la fenêtre d’Arduino qui peut être regardée à cette occasion.
L’exécution se lance ensuite automatiquement. Le PC peut éventuellement être déconnecté, à condition de conserver une alimentation (USB ou coaxiale).
4. Observer le fonctionnement obtenu et comparer avec le fonctionnement souhaité.
5. Modifier le programme de manière à obtenir le fonctionnement souhaité.
Dans le programme n°1 fournis, modifier les durées lorsque la Led est allumée ou éteinte : cliquer sur la valeur à modifier, la modifier puis taper sur Entrer. Enregistrer éventuellement (bouton Enregistrer).
6. Tester à nouveau le programme en cliquant sur “Téléverser vers l’Arduino”. Modifier à nouveau le programme si nécessaire.

Interface graphique d’Ardublock, avec le programme n°1 qui permet de faire clignoter une LED sur la broche 13. Des commentaires ont été ajoutés, ici en jaune pâle (ils peuvent être masqués éventuellement (Source : Collège Jean Macé)

Programme n°2 qui permet de piloter un servomoteur à rotation continue en fonction du niveau d’un capteur infra-rouge (représentatif d’un capteur de vide d’un aspirateur robot). (Source : Collège Jean Macé)

A suivre !

1. Problématique
– Comment améliorer le confort visuel dans l’habitat tout en limitant l’impact environnemental ?

2. Investigation
– Objectif
. Analyser expérimentalement des solutions techniques existantes permettant d’améliorer le confort visuel dans l’habitat.
. Choisir une lampe parmi plusieurs avec des technologies différentes.

– Lampes proposées
. Lampes électriques pour une alimentation sur le réseau 230 V.
. 3 technologies différentes
1) Ampoule à incandescence (standard ou à halogène)
2) Ampoule à fluorescence (fluocompacte)
3) Ampoule à LEDs (Diodes Électroluminescentes).

2.1 Schéma fonctionnel de la chaîne d’énergie de l’éclairage électrique proposé

Schéma fonctionnel d’une lampe (Source : Collège Jean Macé)

2.2 Schéma du circuit électrique

Schéma électrique d’une lampe (source : collège Jean Macé)

2.3 Critères de choix et mesures choisies

Critères de choix :
. Une lampe doit d’abord bien éclairer.
. Elle doit ensuite peu consommer d’énergie électrique pour des raisons de coût de l’énergie électrique consommée et pour des raisons d’impact environnemental.

Mesures choisies et conditions de mesure :
. Mesure de l’éclairement de la lampe (en lux) avec un luxmètre placé à 30 cm de l’ampoule (perpendiculairement à son axe).
. Mesure de la puissance électrique consommée par la lampe (en watts) avec un wattmètre.
. Mesure de la température de l’ampoule (en degrés Celsius) avec un thermomètre dont la sonde est en contact avec l’ampoule. Cette mesure permettra d’évaluer la chaleur dégagée par l’ampoule.

2.4 Schéma électrique avec les appareils de mesures utilisés

Schéma électrique avec les appareils de mesure (source : Collège Jean Macé)

2.5 Tableau comparatif à partir des mesures effectuée, et observations

Tableau simplifié pour calculs avec tableur et pour obtenir des graphiques

Mesures de l’éclairement de chacune de nos 4 lampes (Source : collège Jean Macé)

Mesures de la puissance electrique consommée par chacune de nos 4 lampes (Source : collège Jean Macé)

Mesures de la température de l’ampoule de nos 4 lampes (Source : collège Jean Macé)

Efficacité énergétique en lux / w des lampes testées (source : collège Jean Macé)

Observations
Les lampes à incandescence chauffent beaucoup. La température de l’ampoule monte très haut pendant plus de 10 minutes. Elle a été mesurée après quelques minutes, avant d’avoir atteint sa valeur maximale.
La lampe fluocompacte a un éclairement qui augmente de manière importante pendant les premières minutes, le temps que l’ampoule chauffe : 13 à 30 lux à froid, 150 à 220 lux après qq min, 250 à 370 lux à chaud.
La lampe à Leds éclaire de manière directive. Elle éclaire plus dans son axe. Elle ne chauffe pratiquement pas.

2.6 Avantages, inconvénients, choix d’une lampe

Parmi les lampes proposées, c’est la lampe à incandescence standard et la lampe fluocompacte qui éclairent le plus, à condition d’attendre quelques minutes pour la lampe fluocompacte : environ 300 lux à 30 cm. La lampe fluocompacte a l’avantage de consommer 5 à 6 fois moins que la lampe à incandescence standard : 4,7 W contre 26 W.
La lampe à Leds consomme encore nettement moins : 1,6 W contre 4,7 W mais elle éclaire moins.
L’efficacité énergétique en lux / W semble être très proche dans notre cas entre la lampe fluocompacte et la lampe à Leds. Ce sont les lampes les plus économes en énergie.
Une lampe à Leds plus puissante que celle testée serait intéressante.
Après une recherche sur Internet on constate que les lampes à Leds sont nettement plus chères qu’une lampe fluocompacte de même puissance lumineuse, notamment si on recherche une lampe puissante et peu directive. Mais la durée de vie d’une lampe à Leds étant nettement plus longue, on peut espérer amortir cet investissement en faisant des économies d’électricité (à vérifier par le calcul dans un cas concret).
Parmi les quatre lampes testées, la lampe fluocompacte éclaire bien, de manière peu directive, en chauffant peu, donc avec une bonne efficacité énergétique. Elle a l’avantage d’être moins chère à l’achat qu’une lampe à Leds. Elle a l’inconvénient de n’éclairer correctement qu’après quelques minutes. Il existe des modèles de lampes fluocompacte qui nécessitent moins de temps pour obtenir un éclairement proche de son éclairement maximum.

Objectif

Nous allons réaliser une maquette de arroseur automatique nous permettant d’analyse de manière expérimentale certaines des solutions techniques utilisées dans cet objet technique.

Objet technique réel retenu par l’équipe

Nous avons choisi comme support  un arroseur automatique .

Programmateur l’heure de l’arrosage ,tuyaux.

Principe de fonctionnement

Initialement le système est à l’arrêt .
Lorsque l’utilisateur appuie sur le bouton marche
Lorsque le capteur dechaleur détecte une ausse de température alors sa arrose.

Maquette à réaliser

Notre équipe a choisi de réaliser une maquette nous permettant d’analyser les fonctions techniques suivantes :

Un arrosage automatique.

Moins d eau a gaspiller.

Matériel nécessaire pour réaliser notre maquette

Un capteur permettant d’acquérir l’information …
Une carte électronique programmable permettant de gérer le fonctionnement de manière automatique.

Matériaux :
Tuyaux ,arroseur.

LE STORE MOTORISÉ

OBJECTIF : Le store motorisé permet de faire monter et descendre le store à l’aide d’une télécommande sans fil.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :  
L’utilisateur appuie sur la télécommande sans fil. Lorsque le capteur détecte les ondes de la télécommande, les stores montent ou descendent.

MATÉRIAUX UTILISÉS : Il faut des stores, une télécommande sans fil, une carte électronique programmable permettant de gérer le fonctionnement de manière automatique.

CARACTÉRISTIQUES DE NOTRE MAQUETTE :
Le store motorisé mesure 95 cm.
Le motorisé descend en 17 secondes.

Donc la vitesse du store motorisé est de 0,05 m seconde.

MAQUETTE A REALISER :

Notre équipe a choisi de réaliser une maquette nous permettant d’analyser les fonctions techniques suivantes :

Transmettre une télécommande sans fil à un capteur qui est dans le store motorisé.