BALLON AERIEN D OBSERVATION

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1 BACCALAUREAT SCIENTIFIQUE OPTION SCIENCES DE L INGENIEUR PROJET PLURITECHNIQUE BALLON AERIEN D OBSERVATION CAHIER DES CHARGES Session 2012 / 2013 Lycée Jacques PREVERT Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 1/14

2 1. PRESENTATION GENERALE DU PROJET Contexte général du produit et énoncé du besoin Le ballon captif moderne a été adopté par quelques photographes pour réaliser des vues aériennes. A la fois non polluant et silencieux cela permet de réaliser des vidéos ou photos à moindre coût par rapport aux autres techniques de vol motorisé. La photographie aérienne par ballon captif doit être réalisée par temps calme (moins de 25 km/h de vent) et permet le survol à basse altitude de zones urbaines. Le ballon captif permet de réaliser des prises de vue entre 10m et 100m pour différents domaines tels que le tourisme, l'industrie, l'immobilier, l'aménagement du territoire. Les retombés économiques de cette activité sont pour l'instant essentiellement limitées à la publicité immobilière, et à diverses recherches expérimentales (agronomie, géologie, archéologie, etc.). Il est intéressant de développer ce produit pour ouvrir d autres horizons au ballon d observation aérienne, davantage grand public. Pouvoir photographier ou faire photographier son village, sa propriété à moindre cout. Permettre la surveillance de manifestations culturelles, permettre l observation en forêt de la canopée, etc. 2. L ENONCE DU BESOIN (Utilisation de la méthode APTE) L objectif de l analyse du besoin est de valider l émergence du besoin né d idées, de perceptions du marché ou d insatisfactions client, en passant par les phases d expression et de validation Expression du besoin A qui (à quoi) le produit rend-il service? Sur qui (sur quoi) le produit agit-il? Utilisateur Produit Niveau d information BALLON AERIEN D OBSERVATION Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable et pouvoir les acquérir avec une carte d acquisition Dans quel but? Dans quel but le produit existe-t-il? Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 2/14

3 2.2. Validation du besoin Il s agit d un questionnaire destiné à valider l existence du besoin : - en exprimant le but et les raisons qui lui ont donné naissance, - en recherchant les cas d évolution ou de disparition susceptibles de rendre le besoin obsolète. Pourquoi ce besoin existe-t-il? (causes, origines, ) - Ce besoin existe car la photographie d images aériennes pour le grand public ou l observation d images aérienne lors de manifestations sont de plus en plus fréquentes. Pour quoi ce besoin existe-t-il? (dans quel but, finalités, ) - Pour observer des images aériennes. - Parce qu il est nécessaire de concevoir un ballon permettant d observer des images à moindre cout. - Qu est ce qui pourrait faire évoluer ou disparaître ce besoin? - Ce besoin peut disparaître si un autre principe d observation est inventé, visualisation satellite avec une grande précision et accessible au grand public. - (1) Une nouvelle norme anti-pollution demandant un recyclage total des produits. - es serrures à clés traditionnelles au profit Quelle est la probabilité de l évolution ou de la disparition du besoin? - (1) Ceci n est pas d actualité mais une tendance se profile vers l utilisation d énergie propre. ( - Ceci n est pas d actualité. - Pas d évolution a court terme. - Pas de disparition du besoin.es à clés traditionnels. Conclusion sur la validité du besoin? Le besoin est validé à moyen terme. - Le besoin est validé à moyen terme. Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 3/14

4 3. EXPRESSION FONCTIONNELLE DU BESOIN 3.1. Identification des fonctions de service Définition de la liste exhaustive des éléments (personnes, équipements, matières, etc) et contraintes qui constituent l environnement du produit au cours de sa vie en situation d agir sur lui ou de subir ses actions. Ballon Utilisateur Fin de vie FC1 FC10 FC3 FC5 FC2 FP1 FC4 Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable FC3 Energie Normes et réglementation s FC9 FC8 FC7 Maintenance Environnement 3.2. Classification par importance FP1 Fonctions principales Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable Fonctions complémentaires et de contraintes FC1 : Pouvoir voler FC2 : Pouvoir supporter la nacelle technique FC3 : Utiliser l énergie autonome FC4 : Commander le déplacement de la caméra FC5 : Transmettre une image de qualité au PC FC6 : Faciliter le montage des pièces FC7 : Faciliter la maintenance FC8 : Résister au milieu environnant FC9 : Être aux normes en vigueur FC10 : Être recyclable Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 4/14

5 3.3. Caractérisation des fonctions de service Ci-dessous est présentée sous forme de tableau la caractérisation des fonctions de services : critères, niveaux et flexibilité, restreint aux composants de limites d acceptation et classe de flexibilité. Fonctions de service Critères d appréciations Niveaux d appréciations Flexibilité Limite Classe d acceptation Caméra CCD de bonne résolution délivrant une information analogique Caméra couleur 500 x500 pixels FP1 : Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable Transmission hertzienne HF avec émetteur et récepteur 100 m Maxi F1 Transformation de l information analogique en information numérique Conversion FC1 : Pouvoir voler FC2 : Pouvoir supporter la nacelle technique - Soulever la nacelle avec ses composants techniques - Poids mini - Fixation aisée Poids à définir Maxi F0 Maxi Maxi F2 FC3 : Utiliser l énergie autonome Alimentation par batterie Durée d un vol 1H Maxi F2 FC4: Commander le déplacement de la caméra FC5 : Transmettre une image de qualité au PC Télécommande radio 4 voies Transmission analogique HF 100 m Mini 50 m F1 Maxi Maxi F2 FC6 : Faciliter le montage des pièces - Standardisation des éléments - Faciliter de démontage Maxi Maxi F2 Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 5/14

6 Fonctions de service Critères d appréciations Niveaux d appréciations Limite d acceptation Classe FC7 : Faciliter la maintenance Maxi F1 FC8 : Résister au milieu environnant - Contre les projections d eau - Température - Magnétisme IP 54 Voir norme IEC Maxi F1 FC9 : Être aux normes en vigueur - Indices de protection - Normes électriques IP 54 Voir norme IEC Maxi F1 FC10 : Être recyclable - Taux de recyclage - Ecoconception 60 /o de la masse 50 /o mini F1 Critères d appréciations : caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte respectée Niveaux d appréciations : grandeur repérée sur une échelle adoptée pour un critère d'appréciation d'une fonction Flexibilité : ensemble d'indications exprimées par le demandeur sur les possibilités de moduler leniveau recherché pour un critère d'appréciation ; Classe de flexibilité : indication littérale placée auprès d'un niveau d'un critère d'appréciation, permettant de préciser son degré de négociabilité ou d'impérativité ; Limites d'acceptation : niveau de critère d'appréciation au-delà duquel le besoin est jugé non satisfait. Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 6/14

7 4. DESCRIPTION DU PRODUIT Organisation fonctionnelle du produit FAST de description du produit à compléter FP1 Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable FT1 Acquérir l information image Note : Choisir une caméra adaptée avec une bonne résolution compatible avec le système de transmission. empreintdigitale FT2 Emettre l information image Note : Choisir une solution électronique permettant de transmettre l information à distance (Emetteur) FT3 Recevoir l information image Note : Choisir une solution électronique permettant de recevoir l information à distance (Récepteur) FT4 Alimenter en énergie la nacelle Note : Choisir une alimentation permettant l alimentation autonome de la nacelle (caméra, récepteur, moteurs) FT5 Adapter l image Note : Choisir la solution électronique pour adapter l image analogique en image numérique FT6 Visualiser l image Note : Installer et configurer un logiciel permettant d exploiter l information numérique transmise au PC par l USB FT7 Alimenter en énergie la partie transmission au sol solcommande de la tourelle Note : Choisir la batterie assurant l alimentation du récepteur image et de l émetteur tourelle FT8 Acquérir l information pour piloter la tourelle Note : Choisir une solution pour envoyer l information de pilotage aux moteurs de la nacelle FT9 Emettre l information de commande à la tourelle Note : Choisir une solution pour transmettre l information de commande des moteurs à la nacelle FT10 Recevoir l information au niveau de la tourelle Note : Choisir une solution électronique qui permet de recevoir l information transmise aux moteurs Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 7/14

8 FT11 Communiquer l information tourelle Note : Choisir une solution électronique permettant de communiquer l info aux préactionneurs FT12 Distribuer l énergie vers les actionneurs tourelle Note : Choisir une solution électronique pour alimenter en énergie les moteurs (pont en H à transistor ou relais) empreintdigitale FT13 Convertir l énergie pour assurer le mvt tourelle Note : Choisir les actionneurs pour le mouvement transversal et azimut de la caméra FT14 Transmettre l énergie pour le mvt tourelle Note : Choisir une solution cinématique permettant d entrainer la caméra dans les deux mouvements empreintdigitale Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 8/14

9 FP1 Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC FC1 Pouvoir voler Note : Choisir le gaz approprié pour que le ballon puisse soulever la nacelle en altitude FC2 Pouvoir supporter la nacelle technique Note : Choisir et dessiner une nacelle permettant de supporter le système mécatronique FC3 Utiliser l énergie autonome Note : Choisir la batterie permettant l alimentation autonome de la nacelle du ballon FC4 Commander le déplacement de la caméra Note : Choisir le mode de transmission de l information vers les actionneurs déplaçant la caméra de la nacelle FC5 Transmettre une image de qualité au PC Note : Choisir la solution technique appropriée pour transmettre l image de qualité sans interférence FC6 Faciliter le montage des pièces Note : Choisir les solutions pour le montage des composants sur la nacelle FC7 Faciliter la maintenance Note : Choisir les pièces adaptées à la maintenance (cinématique simplifiée) FC8 Résister au milieu environnant Note : Choisir des solutions technologiques permettant de tenir compte des contraintes du milieu ambiant FC9 Être aux normes en vigueur Note : Veille technologique pour s informer sur les normes et en tenir compte FC10 Etre recyclable Note : Choisir les matériaux adaptés Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 9/14

10 AGIR CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL 5. CHAINE D INFORMATION et CHAINE D ACTION de la partie image Grandeur physique à acquérir Energie d entrée Chaîne d information ACQUERIR EMETTRE RECEVOIR Ordres de pilotage Serrure au repos Energie d entrée ALIMENTER ADAPTER Chaîne d énergie et d action VISUALISER Serrure actionnée La chaîne d information permet : - D'acquérir des informations. C est le rôle de la caméra - D émettre ces informations. C est le rôle de la carte électronique de l émetteur HF qui permet de transmettre l image provenant de la caméra - De recevoir les informations. C est le rôle du circuit électronique du récepteur HF La chaîne d action permet : - L alimentation de la caméra et de l émetteur HF. - L adaptation du signal par un digitaliseur qui convertit le signal analogique en un signal numérique. - La visualisation du signal en numérique par l écran du Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 10/14

11 AGIR CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL CHAINE D INFORMATION et CHAINE D ACTION du déplacement transversal et azimut de la caméra Grandeur physique à acquérir Energie d entrée Chaîne d information ACQUERIR EMETTRE RECEVOIR Ordres de pilotage COMMUNIQUER Serrure au repos Energie d entrée ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR Chaîne d énergie et d action TRANSMETTRE Serrure actionnée La chaîne d information permet : - D'alimenter l émetteur - D'acquérir des informations. C est le rôle des boutons qui permettent la commande transversale ou azimut du moteur - D émettre ces informations. C est le rôle de la carte électronique de l émetteur qui permet de transmettre l information au récepteur situé dans la nacelle - De recevoir les informations. C est le rôle du circuit récepteur qui va transmettre les informations aux préactionneurs. La chaîne d action permet : - L alimentation du récepteur, des préactionneurs et actionneurs. - De distribuer l énergie vers les préactionneurs (relais) - De convertir l énergie électrique en énergie mécanique (moteur à courant continu) - De transmettre l énergie donc d adapter la vitesse et le couple (réducteur) Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 11/14

12 6. DESCRIPTION DU PRODUIT ATTENDU Le dispositif doit se composer d un ballon de diamètre et de forme variable, gonflé à l hélium et équipé d une nacelle sur laquelle repose une caméra haute résolution. La caméra d observation est dirigée du sol à l aide d une télécommande radio et un écran de visualisation ( PC portable) permet à l utilisateur de visualiser les images. Le ballon est relié au sol par une corde, ce qui permet de faire évoluer le ballon (contrôle de l altitude et de la rotation. La nacelle doit être équipée d une alimentation autonome, d une caméra et d un système de transmission HF vers le sol, permettant une prévisualisation d'image en direct, sur un PC portable. La réalisation d une vidéo pendant l observation, permettra ensuite l acquisition de certaines images (photographies). Transportée gonflée à l aide d une remorque, cette unité mobile, doit être facile à déployer, extrêmement maniable, et parfaitement adaptée aux situations les plus exigeantes. Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 12/14

13 6. INDICE DE PROTECTION Indice de protection (degré de protection), c est le degré de protection qui caractérise l aptitude d un matériel à supporter les deux influence externes suivantes : pénétration de corps solides et protection des personnes pénétration de l eau L IP comporte 2 chiffres relatifs respectivement à ces deux influences externes. Il est attribué au matériel à la suite d une série d essais définis par la norme NF EN Le degré de protection IP doit toujours être lu et compris chiffre par chiffre et non globalement. Au plan français, un troisième chiffre, facultatif, peut être mentionné par le fabricant (Norme NF C ) Une lettre optionnelle peut compléter les deux chiffres de l IP. Elle indique l aptitude de l enveloppe à protéger les personnes contre l accès aux parties dangereuses. Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 13/14

14 Code IK : protection contre les chocs mécaniques (NF EN ) Lettre additionnelle, (option) protection des personnes contre les accès aux parties dangereuses. Lettre supplémentaire (option) information spécifique. 7. NORME ELECTRIQUE Les matériels ou appareils électriques doivent être conformes à la Norme internationale IEC international standard et aux normes particulières qui les concernent. Il est rappelé que les marques ou certificats de conformité constituent des présomptions de conformité à la réglementation. la Norme internationale IEC ( CEI ) international standard Commission Electrotechnique Internationale International Electrotechnical Commission Le système IEC est constitué d une norme générique et de normes filles par secteur d activité. Exemples extraits de la norme : IEC : Luminaires portatifs pour enfants IEC : Modules photovoltaïques pour application terrestre IEC : Câbles d'énergie à isolation extrudée IEC : Matériel équipement électrique IEC : Connecteurs Dossier cahier des charges ballon aérien d observation page 14/14