PROBLEMATIQUE Comment mesurer et afficher avec précision la dépense énergétique lors de l utilisation d un stepper? Comparer le comportement d un modèle simulé avec celui du stepper réel et analyser les écarts de mesure de l énergie dépensée. PROBLEME TECHNIQUE Calculer du nombre de marches gravies après acquisition du déplacement des pédales. Comment compter et afficher sur l écran LCD, le nombre de déplacements d une pédale à partir de l information fournie par un capteur, ainsi que le nombre de calories dépensées? Le mini-stepper affiche sur l écran LCD le nombre de déplacements d une pédale et le nombre de calories dépensées. Lors de cette activité, nous proposons de concevoir les algorigrammes (conception du modèle) du calcul du nombre de pas, et de calories réellement dépensées et de l affichage de ces valeurs. Cette conception sera validée sera par simulation avec le logiciel Flowcode. 1
I PREPARATION : Lire le powerpoint capteurils.ppt. 1- Le capteur de proximité T.O.R. utilisé pour le comptage génère une information logique qui caractérise la présence de l aimant lors de son passage à proximité. La communication s effectue sans contact entre l aimant et l élément sensible du capteur, donner la signification de T.O.R Le capteur utilisé est un interrupteur à lame souple, quelle autre désignation peut-on donner à ce capteur? Donner la représentation normalisée de ce capteur L information donnée par le capteur est du type (barrer les réponses fausses) : o o o Logique Numérique Analogique 2- Compléter l actigramme ci-dessous en utilisant les termes suivants : - Capteur I.L.S. - Passage de l aimant - Signal binaire (T.O.R.) - Acquérir une information. Matière d œuvre à l état initial Matière d œuvre à l état final Fonction du système Processeur (Nom du système modifiant la matière d œuvre) 2
3- La prise en compte de la variation de la fréquence de défilement ne se fait que 4 secondes après le changement. Expliquer le principe de calcul du Nb. de marche par minute de l ordinateur. 4- Le tableau ci-dessous indique le nombre de marches montées pour chaque calorie dépensée. Tracé la courbe montrant la relation entre les calories dépensées et le nombre de marches montées. Calories (Kcal) Nombre demarches 1 2 3 4 5 6 7 8 8 15 22 29 36 43 50 58 Nbre de marches kcal 5- Ecrire la relation algébrique correspondante 7- Supposons que votre apport énergétique journalier soit de 2168 kcal et votre dépense soit de 1987 kcal. Combien devrez-vous monter de marches pour éliminer le surplus de calories? 3
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II CONCEPTION DE L ALGORIGRAMME QUI AFFICHE LE NOMBRE DE PAS Le capteur qui détecte le mouvement (aller-retour) de la pédale, fournit au microcontrôleur, par l intermédiaire de l une de ses broches (repérée PA0), une information (un signal) de type logique (0 ou 1). Cette information est repérée ILS. A chaque passage, d une pièce liée à la pédale, devant le capteur, celui-ci transmet un niveau logique 1. Le schéma suivant décrit le processus de transmission de l information. Schéma fonctionnel Un capteur ILS (Interrupteur à Lame Souple) est utilisé pour détecter le déplacement de la pédale. La fermeture du contact de ce type d interrupteur est obtenue par la présence d un champ magnétique créé par un aimant. Q1 - Mise en œuvre du capteur ILS. On propose par une simulation à l aide du logiciel protéus de découvrir comment est créée l information de détection de passage de l aimant. Pour cela, le schéma électrique de câblage suivant est mis en œuvre. Le capteur ILS (ici représenté par un touchpad) est alimenté par un accumulateur de 1,2V. Un voltmètre est utilisé pour visualiser la tension du signal électrique obtenu au passage de l aimant (ici le doigt) Saisir ce montage et valider son fonctionnement. Que pouvez-vous en conclure sur l évolution de la tension aux bornes de R1. 5
Q2 - En tenant compte de la description ci-dessus, des informations sur les algorithmes, construire un algorigramme permettant de commander l affichage. Vous devez utiliser et ordonner les structures ci-dessous. Algorigramme MODELISATION DE LA SOLUTION On propose par une simulation informatique de mettre en œuvre la solution répondant à la problématique. L utilisation du logiciel FLOWCODE permet de construire l algorigramme de commande de l afficheur et de tester le signal envoyé par le capteur sur la broche RA0 du microcontrôleur. Dans une fenêtre (panneau) apparaitra un afficheur LCD ainsi qu un commutateur qui permettra de simuler le déplacement d une pédale. 6
Q3 Créer un nouveau fichier flowcode compteur-nombre-pas-eleve.fcf et construire l algorigramme de commande de l afficheur, puis valider par simulation en manœuvrant le commutateur qui correspond au déplacement de la pédale. Vous pouvez vous aidez de l annexe pour la procédure de mise en œuvre. Algorigramme : Faire valider votre simulation par le professeur. 7
III CONCEPTION DE L ALGORIGRAMME QUI AFFICHE LE NOMBRE DE PAS ET DE CALORIES Il a été démontré que l énergie E (J) dépensée, dépend de la distance d(m) de déplacement de la pédale et de la force F (N) exercée sur celle-ci par E=Fxd. Une simulation avec le logiciel SOLIDWORKS nous indique : F (N) =3031/temps(s) et d=30cm. temps est la durée mise pour déplacer la pédale. Q4 Exprimer l énergie E en fonction du temps. Exprimer alors cette énergie en calories. MODELISATION DE LA SOLUTION COMPLETE Un potentiomètre permet de simuler le temps de déplacement de la pédale. L afficheur 0 indique le nombre de pas et le nombre de calories. L afficheur 1 indique le temps mis pour déplacer la pédale du haut vers le bas. 8
Ecrire l algorigramme du calcul de calories et du nombre de pas 9
Q5 Créer un nouveau fichier flowcode affichage-nbr-pas-et-calories-eleves.fcf Faire valider votre simulation par le professeur. 10