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Projet Personnel Encadré Station Météo Vantage Pro 2 Année 2011-2012 Compositio

Projet Personnel Encadré Station Météo Vantage Pro 2 Année 2011-2012 Composition du groupe : BERNABEU Charles MARIN Anthony PEREIRA Alexandre PPE - Dossier Technique Page 1 Problématique : Comment visualiser les paramètres météo direction du vent et pluviométrie sur un écran LCD à partir des capteurs extérieurs ? Comment réduire les frottements sur l’axe de la girouette afin d’assurer une meilleure précision ? Présentation du système La station météo sert à récupérer des données de l’atmosphère ambiante et à les communiquer, via un écran LCD ou via une connexion internet. Les stations météos se sont banalisées au cours des dernières années, étant aujourd’hui utilisé autant par des particuliers que des professionnels. Elle permet de transmettre à son utilisateur des données climatiques importantes comme la température, la précipitation, la direction et la vitesse du vent, la pression atmosphérique, qui permettent un bilan affiné des prévisions météorologiques à venir, ou passées. Dans notre cas, on s’occupera seulement des informations de pluviométrie et de direction du vent. PPE - Dossier Technique Page 2 Sommaire Introduction……………………………………………………………….pag e 1 I - Analyse Fonctionnelle……….. ……………………………………….page 4 I.1 Expression fonctionnelle du besoin………………………….. …page 5 I.2) Chaine d’information…………………………………………..page 6 I.3) FAST…………………………………………………………..page 6 II - Etude Electronique…………………………………........................page 7 II.1) Développement du programme…………………………........page 8 II.2) Algorigramme simplifié…………………………………........page 8 II. 3) Les capteurs : Acquérir les informations……………………..page 9 II.4) Carte électronique…………………………………………….page 10 II.5) Réalisation du programme Flowcode ……………………......page 11 III - Etude Mécanique…………………………………………………..page 14 III.1) Solution actuelle……………………………………….…… page 15 III.2) Etude de la solution à concevoir………………………. …....page 15 III.3) Réalisation de la solution technique………………………...page 17 Conclusion……………………………………………………………….page 20 PPE - Dossier Technique Page 3 Analyse Fonctionnelle PPE - Dossier Technique Page 4 I.1 Expression fonctionnelle du besoin Voici une manière simple de lire ce diagramme, il répond à trois questions : • A qui le produit rend-il service ? Le produit rend service à l’utilisateur • Sur quoi agit le produit ? Le produit agit sur l’atmosphère PPE - Dossier Technique Page 5 Utilisateur Atmosphère Station Météo Obtenir des informations météorologiques • Dans quel but ? Dans le but de d’obtenir des informations météorologique I.2) Chaine d’information I.3) FAST Le F.A.S.T (Function Analysis System Technic) est un outil d’analyse fonctionnelle dans lequel les fonctions sont placées dans un enchaînement logique en répondant à trois questions : pourquoi ? Comment ? Avec quoi? PPE - Dossier Technique Page 6 Obtenir les informations météo Afficher les informations sur un écran LCD Interrupteur à lame souple Utiliser un microcontrôleur PIC16F877 A Lire les informations de météorologie (pluie et direction du vent) Obtenir la direction du vent sur une girouette Utiliser un capteur d’angle Mesurer la pluviométrie avec un auget Utiliser un capteur qui compte les basculements Potentiomètre Traiter les informations fournies par les capteurs Etude Electronique PPE - Dossier Technique Page 7 II.1) Développement du programme II.2) Algorigramme simplifié PPE - Dossier Technique Page 8 Initialisation Acquérir les informations des capteurs Attendre 1 seconde Convertir les informations des capteurs Transmettre ces informations à l’autre carte mère II. 3) Les capteurs : Acquérir les informations II.3.1) Principe de fonctionnement du potentiomètre Remarque : • Le potentiomètre est relié à la girouette. • Il y a un léger angle mort, nous avons choisi de le compter comme appartenant au Nord. • La tension mesurée à la sortie du capteur est proportionnelle à la direction du vent. Elle est convertie en octet (0 à 255) via la fonction ADC sous Flowcode. II.3.2) Principe de fonctionnement de l’ILS (Interrupteur à lame souple) A chaque basculement de l’auget, l’interrupteur à lame souple permet le passage du courant un court instant. Ainsi une tension est détectée un court instant tous les 0,2mm de pluie tombés. Ainsi on compte les basculements effectués dans une variable sous Flowcode. PPE - Dossier Technique Page 9 Direction du vent Tension +8V 255 0 Nord Il faut 5 basculements pour qu’un millilitre d’eau se soit écoulé. II.4) Carte électronique Cartes mères : Caractéristiques microcontrôleur : PIC 16F877A Mot : 3F3A Fréquence : 10240000 Hz Bauds : 4915 Bps PPE - Dossier Technique Page 10 On analyse les ports de réception de données via le schéma de la carte mère fourni dans la documentation. Port B bit 3 : Alimentation du potentiomètre Port A bit 1 : Réception de la tension du potentiomètre relié à la girouette (direction du vent). Port B bit 0 : Relié à l’ILS, on reçoit un front montant sur chaque basculement de l’auget et on lance une interruption de programme II.5) Réalisation du programme flowcode PPE - Dossier Technique Page 11 Montage nécessaire à l’injection du fichier Flowcode PPE - Dossier Technique Page 12 PPE - Dossier Technique Page 13 Etude Mécanique III.1) Solution actuelle Le guidage en rotation actuel est effectué par un contact direct entre les pièces. Nous utilisons deux coussinets de petites tailles afin d’éviter le rotulage et aussi de diminuer au maximum la surface de contact entre l’axe et les coussinets et ainsi diminuer les frottements et donc une perte de rendement. PPE - Dossier Technique Page 14 III.2) Etude de la solution à concevoir Voici un tableau récapitulatif des avantages/inconvénients de chaque solution : Notre solution doit : • Réduire les frottements • Résister aux conditions météorologiques particulières, sable, vent important, étanchéité • Supporter des vitesses modérées • Etre peu encombrante et résister à des charges légères • Nécessiter un bon guidage PPE - Dossier Technique Page 15 Vitesse de rotation maxi Encombrement Rendement Prix Contact direct + + + + + + + + Paliers lisse + + + + + + + + Roulements à bille + + + + + + + + On a donc opté pour un montage de coussinets polymères ainsi qu’un axe en acier inoxydable pour des raisons d’étanchéité et d’encombrement. De bons roulements à bille présentent sûrement des coefficients de frottements très faibles, cependant pour les rendre étanches et donc résistant aux conditions climatiques extérieures, les joints nécessaires augmentent énormément ces couples de frottement. Ainsi pour les besoin de notre système, 2 coussinets accompagnés d’un épaulement pour faciliter le montage conviennent parfaitement. Afin de protéger les coussinets des éléments extérieurs (poussière, sable, pluie) nous avons opté pour un chapeau « anti poussière et précipitations ». Les avantages des coussinets sont donc notables car ils ont une bonne tolérance aux défauts géométriques, à la saleté, aux conditions climatique, ont des couples relativement faible, et ne nécessite aucune lubrification. On peut donc garantir un fonctionnement efficace sur plusieurs années. PPE - Dossier Technique Page 16 III.3) Réalisation de la solution technique Après avoir étudié les offres des constructeurs nous avons pu choisir un coussinet répondant a toutes ces caractéristiques. Nous modifions la girouette en y créant un trou pour y insérer l’axe, nous montons les coussinets serrés sur l’alésage et créons des épaulements afin d’éviter la fuite ou bien le rotulage des coussinets Coussinet retenu : CSB-EPB3 (CSB Bearings) Spécificités : • Fonctionnement à sec • Sans entretien • Faible coefficient de frottement • Grande capacité de charges • Excellente résistance à la corrosion et aux poussières • Très grande résistance aux chocs et aux vibrations • Adapté aux charges d’angle • Faible usure PPE - Dossier Technique Page 17 • Faible poids Dimensions du coussinet : On utilise Solidworks pour modéliser la pièce. Ainsi nous créons deux coussinets, de dimensions adaptées et nous modifions l’arbre en y ajoutant un épaulement et une extrusion du diamètre des coussinets. Les dimensions du roulement sont choisies afin de supporter des charges importantes dans les conditions les plus extrêmes. Le facteur pV nous a permit d’établir des vitesses maximales de vent dépassant les 120km/h, qui est largement suffisante sur une grande partie du globe. PPE - Dossier Technique Page 18 PPE - Dossier Technique Page 19 Conclusion A l'issue des PPE, le groupe a répondu aux problématiques proposées et ainsi nous avons répondu aux attentes. Ces solutions sont viables et répondant aux problématiques. Le microcontrôleur est correctement programmé et l’affichage sur l’écran LCD est fonctionnel. Les coussinets répondent aux contraintes et effectuent leurs rôles convenablement. Le choix du guidage en rotation a été effectué pour une meilleure durée de vie et un prix réduit de la station météo. Les informations visibles sur l’écran LCD répondent entièrement à la problématique. L'objectif que nous nous étions fixés a été atteint : être capable de mettre en place et de comprendre le fonctionnement d’une station météo, ainsi que d'analyser ces différents constituants mécaniques et électroniques. Sources Cours sur les coussinets http://barreau.matthieu.free.fr/cours/Liaison- pivot/pages/palier-1.html Fabricant de coussinets http://shop.hpceurope.com/fr/ Cours d’électronique http://sitelec.org/flash/ils.htm Wikipédia (Normes des diagrammes, FAST..) http://www.wikipedia.fr/ CSB Bearings : http://www.csb-bearings.fr PPE - Dossier Technique Page 20 uploads/s1/ dossier-technique 7 .pdf