Serre autonome connectée
Dossier technique
Jean-Paul Bricard Collège Pierre Brossolette
10600 La Chapelle saint Luc
Christophe Culhat Collège Albert Camus
10600 La Chapelle Saint Luc
Année scolaire 2019-2020
1
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Conception d'une serre autonome connectée, Lab Reports of Industrial design
Ce document présente la conception d'une serre autonome connectée (SAC) permettant à l'utilisateur d'étudier la croissance des plantes. La SAC gère de manière automatique les paramètres physiques nécessaires au développement de la plante (luminosité, humidité de la terre et de l'air, température) et informe l'utilisateur sur place ou à distance de l'état de ces paramètres. Le document décrit les différentes fonctions techniques à mettre en œuvre, les solutions techniques associées ainsi que le modèle de cahier des charges à travers des représentations graphiques de type 'pieuvre' et SysML. Il aborde également les aspects de connectivité à distance de la serre via une carte Wio Link et Node-RED. Enfin, une liste détaillée des fournitures nécessaires à la réalisation de la SAC est fournie.
Typology: Lab Reports
2021/2022
1 / 59
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Serre autonome connectée Dossier technique Jean-Paul Bricard Collège Pierre Brossolette 10600 La Chapelle saint Luc Christophe Culhat Collège Albert Camus 10600 La Chapelle Saint Luc Année scolaire 2019-
Le dossier suivant propose une innovation technologique autour de la création d'un système de serre autonome connectée. Les points traités sont les suivants :
- Quels besoins ont été identifiés?
- Avec quelles solutions technologiques est-il possible de répondre à ces besoins?
- Comment mettre en œuvre ces solutions techniques (faisabilité, fabrication)? Dans le respect d'apporter des solutions à l'ensemble des professeurs de technologie, nous avons choisi ce format de présentation : Sommaire Page 2 Description du besoin Page 3 Étude du besoin Page 5 Cahier des charges de la serre autonome connectée Page 8 Solutions techniques à mettre en œuvre
- Réalisation de la serre Page 1 2
- Contrôler la luminosité et afficher sa valeur Page 15
- Contrôler l'humidité dans la terre et afficher sa valeur Page 20
- Contrôler l'humidité dans l'air et afficher sa valeur Page 2 9
- Contrôler la température dans l'air et afficher sa valeur Page 38
- Permettre l'accès à l'intérieur de la serre Page 49
- Réalisation du tableau de bord Page 53
- Connecter la serre Page 54 Liste des fournitures Page 57
De la même façon, mais cette fois lors de la présence de l'utilisateur les mêmes paramètres physiques doivent être visibles facilement par celui-ci. A partir de ces besoins, plusieurs questions apparaissent.
**- Comment avoir un système permettant d’accueillir et de déplacer un ou plusieurs végétaux de taille moyenne?
- Comment avoir un système permettant de gérer de façon autonome tous les paramètres physiques nécessaires au développement d'une plante?
- Comment informer directement l'utilisateur de l’état des paramètres physiques?
- Comment informer à distance l'utilisateur de l’état de ces mêmes paramètres?**
Étude du besoin Avant de se lancer dans la conception, il convient de bien identifier et formaliser les objectifs du projet. Cette phase est essentielle, car elle fixe la direction du travail qui va être entrepris. Pour faciliter cette tâche, il existe un outil pratique afin d'expliciter les besoins plus aisément : la bête à cornes. Ce diagramme simple d'utilisation sert de guide pour mener une analyse fonctionnelle du besoin. A qui l'objet technique rend-il service? Sur qui ou quoi agit-il? Dans quel but? SERRE AUTONOME CONNECTEE (SAC) À un utilisateur souhaitant étudier la culture des plantes Sur l’utilisateur et les paramètres physiques de culture de la plante Permettre à l’utilisateur de gérer les paramètres de croissance de la plante à distance ou à proximité.
de personnes se tournent vers davantage de «nature» ou d'une ambiance plus naturelle.
- «Une plante ne nécessitant aucun entretien et par conséquent plus besoin d'eau, plus besoin de respecter une certaine température». Ce risque semble très limité. Effectivement, il existe des végétaux ne nécessitant que très peu d'eau ou pouvant vivre avec peu de lumière mais dans un souci de diversité, les amateurs souhaitent avoir des végétaux de différentes sortes et tous ne peuvent pas se développer avec des contraintes extérieures extrêmes.
- «Un coût trop élevé de cet objet technique» L'aspect financier peut effectivement être un frein à l'achat de cet objet technique. Toutefois, il existe déjà dans le commerce des produits de ce type et le coût maximale relevé est proche de 500€. Un prix de revient de cet objet technique avoisinant la moitié de ce prix maximum semble être un bon compromis. De plus, il n'est pas rare de voir des prix de végétaux pouvant atteindre plusieurs dizaines d'euros. Une solution technique permettant de s'affranchir de nombreuses contraintes et avoisinant le prix de 400€ semble être un bon compromis. Des enquêtes plus précises permettraient d'aboutir à une conclusion très proche de nos suppositions. Le risque de disparition du besoin est par conséquent écarté. En conclusion,nous pouvons donc affirmer que le besoin est validé.
Modèle de cahier des charges à travers une représentation graphique de type «pieuvre» SERRE AUTONOME CONNECTEE (SAC) Utilisateur Paramètres physiques environnementaux de la plante Plantes Energie Localisation Réalisation FP FC FC FC FP Les paramètres physiques environnementaux de la plante sont :
_- la luminosité
- l'humidité dans la terre
- l'humidité dans l'air
- la température_ FP
Modèle de cahier des charges utilisant une représentation SYSML Diagramme des exigences : Ce diagramme fonctionnel décrit ce que le système devra être capable de faire. Diagramme de contexte : Ce diagramme décrit le contexte dans lequel le système va évoluer
Diagramme des cas d'utilisation: Ce diagramme quelles sont les différentes phases d'exploitation possible du système. Diagramme des exigences : Ce diagramme fonctionnel décrit quels sont les besoins auxquels le système peut répondre
Face arrière :
- PVC expansé de 6mm d'épaisseur
- Couleur au choix
- Largeur50cmxhauteur45cm Face avant:
- Plexiglas coulé incolore de 3mm d'épaisseur
- Largeur50cmxhauteur30cm Flanc gauche et droit : -Plexiglas coulé incolore de 3 mm d'épaisseur -20cmx45cmx50cmx30cm
Dans un souci d'esthétisme, l'assemblage des éléments constituant la serre se fait avec des rivets blancs et une pince à riveter. Cet assemblage nécessite également des morceaux de cornières d'habillage en PVC. Détails de l'assemblage : Rivet en face visible : Positionner la cornière en PVC dans l'angle, puis percer avec un foret de 5mm. Indroduire le rivet, puis avec la pince à rivet, assurer la fixation. Rivet en face cachée : Mettre une rondelle métallique de diamètre 5 mm afin de ne pas détériorer la cornière en PVC
Ce cercle chromatique peut être résumé sous la forme du tableau suivant : Après plusieurs essais, les valeurs 100R, 100G, 100B ont été choisies car elles se rapprochent le plus d'un éclairage naturel. Ainsi, en utilisant une programmation par blocs avec le logiciel Mblock (V.3.4.11), il est possible de définir l'allumage et l'extinction des 3 LEDS RGB. Les diodes RGB se branchent les unes derrière les autres. Attention, il y a 2 branchements sur chaque LED:
- 1 entrée IN qui vient de la LED précédente,
- 1 sortie OUT qui va vers la LED suivante. L'entrée IN de la 1ère^ LED est branchée sur la carte Arduino Une temporisation de 10 secondes a été ajoutée à la séquence afin d'assurer une durée d'allumage minimum.
Fonctionnement de la régulation de la lumière et de l'affichage de la valeur Acquérir Traiter Communiquer Capteur de lumière (^) Carte Arduino Uno Afficheur Quantité de lumière présente dans la serre Signal électrique portant l'information d'allumer ou d'éteindre les LED RGB Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Energie électrique 230V~/5V= Bouton Carte Arduino Uno et fils 3 LED RGB 3 LED RGB
La consigne a été fixée à 500 lumen, ce qui correspond à la quantité de lumière naturelle minimum pour les végétaux. Le programme dans Mblock est donc le suivant :
Fonction technique : Contrôler l'humidité dans la terre et afficher sa valeur Solutions techniques choisies : Il est nécessaire de se procurer une pompe à eau avec un réservoir d'eau et tous les accessoires de branchement hydraulique. Alimentation électrique Pompe à eau Réservoir d'eau Connecteurs hydrauliques