Présentation du problème Les changements temporaires de température, d’humidité et autres facteurs climatiques engendrent des problèmes de régulation thermique et hygrométrique dans les serres





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date de publication12.04.2019
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Sciences de l’Ingénieur

PROJET

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CAHIER DES CHARGES


Comment réguler la température d'une serre horticole ?



Equipe N° 1 .

Nombre d’élèves : 5 .

Type de thème : Conception concernant une technologie liée à la climatique thermique .
Client : Lycée les Fontenelles .
Cahier des charges établi par : Mme Guigueno

Responsables du projet : Mme Guigueno – Mme. Lang - M. Lenoir .


Elèves :
1 :

2 :

3 :

4 :



1. Description sommaire du travail demandé




    1. Besoin du client :

Présentation du problème


Les changements temporaires de température, d’humidité et autres facteurs climatiques engendrent des problèmes de régulation thermique et hygrométrique dans les serres.

Technique actuelle : La plupart des serres dispose de volets à commande manuelle afin d’autoriser ou non le passage de l’air dans le but de refroidir ou de réchauffer l’atmosphère d’une serre. Les serres de grande taille disposent parfois d’un système de chauffage.


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    1. Travail demandé à l’équipe d’élèves :


Concevoir un mécanisme de commande électrique d’un volet de serre. Le pilotage de l’ouverture et de la fermeture du volet sera réalisé en fonction de la température dans la serre et de la vitesse du vent. Le pilotage manuel sur ordre de l’horticulteur doit être possible. Une source d'énergie autonome sera prévue.


2. PRESENTATION GENERALE DU PROJET


2.1. Origine de la demande, contexte du projet, objectifs :
On souhaite une étude de faisabilité du système suivant :

  • Conception d’un système de régulation de température capable de ventiler ou non selon les conditions climatiques une serre horticole

  • Conception d’un système de commande qui assurera la gestion du système

  • Conception d'une source d'énergie autonome


2.2. Autres personnes concernées par le déroulement et les résultats
Horticulteurs
2.3. Données d’évaluation:
Production du groupe et de chaque élève pour répondre à la problématique décrite:

  • Modélisation de la partie opérative (Maquette numérique 3D)

    • mécanisme de commande des volets

    • interface d'adaptation à la serre existante

  • Simulation Méca3D avec calculs de validation de la partie opérative

  • Description de la source d'énergie autonome

  • Description de la commande de la partie opérative (schémas) avec programmation et simulation du programme sous Flowcode, et prototype

  • Description du système d’instrumentation (mesures des différentes grandeurs physiques nécessaires à la commande du système et à la validation de l’efficacité du système) :

    • acquisition (schémas et capteurs choisis),

    • traitement (Algorithmes, programmes Flowcode et simulation)

    • description de la validation des mesures (mise en œuvre d’un protocole expérimental, simulation)

    • prototype

  • Dossier technique et diaporama individuel



3. DESCRIPTION TECHNIQUE DU PROJET



    1. . Mise en situation


Les instabilités climatiques posent souvent bien des problèmes aux horticulteurs. En effet, les changements brefs et subreptices de température, d’humidité et autres facteurs climatiques engendrent des problèmes de régulation thermique et hygrométrique dans les serres.



    1. . Principe de fonctionnement


Le système est essentiellement constitué d'un vérin électrique dimensionné et adapté pour la mise en mouvement d'un volet lourd de serre horticole. Ce vérin qui peut être redondant, doit être commandé automatiquement en fonction des conditions hygrométrique et thermiques au sein de la serre. Le pilotage doit aussi être possible en mode manuel. Dans le cadre du développement durable et d'économie d'énergie, il faut prévoir une source d'énergie autonome.
3.3 Cahier des charges fonctionnel

Expression fonctionnelle du besoin



Permettre une gestion optimale de la position du volet en fonction de critères définis par l’horticulteur

Commande du volet

A qui rend service le produit ?

Dans quel but?

La position du volet de la serre

Aux horticulteurs

Sur quoi agit le produit ?

Diagramme des Interacteurs


FC1

FC5

FC3

Environnement

Normes

Châssis de la serre

Commande du volet

FP1

volet

horticulteur

Energie

FC2

FC4

FC6
FP1 : Permettre une position optimale du volet afin de réguler la température dans une serre (assurer la ventilation)

FC1 : Etre simple d’utilisation.

FC2 : S’adapter à la source énergétique.

FC3 : Etre conforme à la législation européenne.

FC4 : S’adapter au châssis de la serre

FC5 : S’adapter à l’environnement.

FC6 : S’adapter au volet

Tableau de caractérisation des fonctions 


Fonctions

Critères

Niveaux d’acceptation

flexibilité

FP1

- température dans la serre

- Température maximale Tmax

- température minimale Tmin

- angle d’ouverture volet

- temps d’ouverture maxi

- maintien en position du volet
- fermeture automatique anti arrachement

- masse volet

- Tmin max

- réglée par l’horticulteur

- réglée par l’horticulteur

- 40° maxi

- tmaxi = 2 secondes

- maintien assuré même dans le cas où le moteur n’est pas alimenté.

- si vitesse vent >70km/h

- 40kg (voir données complémentaires)

F0

FC1

- type de commande

- par pupitre central

F0

FC2

- tension

- intensité

- alimentation électrique
- système autonome

- à définir

- à définir

- alimentation par batterie + recharge de la batterie

-30 cycles montées et descentes en cas de panne secteur

F0

FC3

- conformité aux normes CE de sécurité

- respect total

F0

FC4

- modification du châssis de la serre

- quelques perçages pour fixation autorisés

- rajout possible de plaques soudées à la serre pour supporter des éléments de votre conception

F0

FC5

- résistance à l’humidité

- température de fonctionnement

- 100% d’humidité dans l’air

- 0°C

F0

FC6

- modification du volet

- quelques perçages autorisés pour fixation

F0




Données complémentaires.





  • Masse d’un volet 40kg

  • Position du centre de masse AG = 400mm. A centre de rotation du volet


G

A

400mm


3.4. Contraintes et moyens matériels à disposition


  • Contraintes techniques de réalisation

    • Utilisation d’un microcontrôleur : Famille PIC de Microchip

    • Matériels et composants présents au lycée




  • Moyens matériels

    • Postes informatiques équipés des logiciels suivants : Solidworks, méca3D, Flowcode, Proteus, Suite bureautique LibreOffice, Archiwizard, ….

    • Accès Internet

    • Appareils de mesures (multimètre, oscilloscope, GBF et picoscope)

    • Modules électroniques E-BLOCKS

    • Capteurs, moteurs




  • Documents fournis

    • maquette numérique simplifiée de la serre



3.5. Travail demandé



Une étude de faisabilité des points suivants :

  • La conception de la partie opérative du système

    • adaptation à la serre

    • vérin électrique spécifique

    • Choix des matériaux et de la référence moteur et éventuellement du réducteur

  • La conception de la partie commande du système

  • La conception de l’interface Homme/Machine

  • La conception de la partie mesures comprenant :

    • L’acquisition des grandeurs physiques nécessaire à la commande du système et à la validation de l’efficacité du système

    • La gestion et le traitement de ces grandeurs

  • La conception d’une alimentation par batterie


Cette étude aboutira à un dossier technique, contenant tous les éléments nécessaires à la réalisation de l’étude :

  • Etude de la partie opérative (vérin, moteur, réducteur,....)

  • Choix et comparaison des différentes solutions envisagées : Modélisation, calculs, simulation

  • Validation des solutions technologiques : maquette 3D, protocole expérimental, mesures, essais et mise au point

  • Validation du cahier des charges du système

  • Conclusion sur la démarche suivie et les résultats obtenus


3.6. Répartition des tâches par élève
Tâches communes :

  • Analyser le cahier des charges

  • Analyser les différentes solutions possibles

  • Etudier la technologie existante et la maquette SolidWorks fournie

  • Valider le cahier des charges du système

Elève 1:

  • Concevoir l'interface cadre de la serre et les systèmes mécaniques

  • Concevoir la maquette 3D, vérifier le dimensionnement

  • Représenter le pupitre de commande (maquette solidworks)


Elève 2:

  • Calculer et définir les caractéristiques de l’actionneur ( moteur et réducteur)

  • Concevoir sous solidworks la partie opérative

  • Effectuer l’assemblage final de la partie opérative pour simulation

  • Prévoir l’implantation du système complet


Elève 3:

  • Concevoir la partie mesures de la vitesse du vent:

    • Acquérir les grandeurs physiques nécessaires à la commande de la partie opérative

    • Gérer et traiter ces données

  • Concevoir l'interface Homme machine (matériel et logiciel)


Elève 4:

  • Concevoir la partie commande de la partie opérative

  • Concevoir la partie mesures de la température:

    • Acquérir les grandeurs physiques nécessaires à la commande de la partie opérative

    • Gérer et traiter ces données

  • Assembler logiciellement la partie commande et la partie mesures


Elève 5:

  • Choisir la batterie (technologie et dimensionnement, autonomie)

  • Concevoir un système autonome de recharge de batterie

  • Contrôler la charge correcte de la batterie

  • Prévoir une interface Homme/machine


3.7. Planning prévisionnel

Vacances

Vacances

Bac blanc

Vacances

25/11/2013

16/12/2013

17/03/2014

Date de début : 4/11/2013

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4. CARNET DE BORD


4.1. Principe

Le carnet de bord est un outil permettant d'enregistrer toutes les informations relatives au déroulement du projet: il conserve les initiatives, les modélisations, les calculs, les questions en suspens, les commandes à prévoir, les solutions intermédiaires, les essais effectués, etc.

Il constitue un support au moment de la rédaction du dossier technique et notamment lors de l'établissement du planning réel.

4.2. Contenu

Pour chaque semaine on trouvera:

Une page avec onglet qui récapitule le travail de la semaine. Elle contient:

 
a) La période de travail (dates). 

b) Le nombre d'heures consacrées au projet cette semaine. 

c) L'avancement du projet. Soit, par exemple:

    • Analyse du cahier des charges

    • Elaboration de la solution retenue

      • Recherche de solutions

      • Modélisation, calculs, Simulation

      • Choix de la solution

    • Validation de la solution

      • réalisation de la maquette, prototype, programme

      • Essais

      • Mise au point

      • Evaluation des performances

    • Validation du cahier des charges

    • Réalisation du dossier 

d) Objectifs de la semaine 

e) Moyens à mettre en œuvre. 

f) Résumé des résultats obtenus.

  • Les pages à la suite contiennent les notes prises au cours de la semaine. Elles contiennent:

 

La date de chaque séance

Progression des travaux au jour le jour (1 page minimum par date)

Les notes manuscrites (calculs, essais, solutions envisagées,...).

Les documentations techniques

Les articles d'application (s'ils ne sont pas insérés en annexe)

Les résultats de simulation

Les listings, les programmes d'essais, les algorithmes, les résultats obtenus

Les essais et les résultats obtenus

Session 2014

PPE : Comment réguler la température d’une serre horticole ?

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