Fabrication d'un avion à effet de sol:

Ce projet de fabrication est très fortement inspiré du super travail d'un collègue (merci pour ce super travail).

Il s'agit de faire travailler les élèves en équipe sur les notions suivantes:

• Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions
• Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin
• Représentation du fonctionnement d’un objet technique
• Notion de contrainte
• Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines).
• Maquette, prototype
• Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)
• Diagramme de définition de blocs et diagramme de contexte

Télécharger les activités pédagogiques. (attention faire clic droit enregistrer le lien sous et renommer l'extension actuelle .pdf en .zip et dezipper)

Station météo Autonome

Les élèves vont développer une station météo qui sera positionnée dans l'enceinte du collège à l'extérieur.

Elle pourra intégrer plusieurs capteurs classiques, comme un anémomètre, girouette, pluviomètre.

Ce projet permet de valider plusieurs compétences.

Cette station communiquera avec un module récepteur qui sera à l'intérieur du collège et qui pourra être interrogées sur un point d'accès public d'un réseau local au collège. Pour cela il suffit que le récepteur soit connecté au dit point d'accès Wifi.

Pour échanger des données entre l'extérieur (station) et l'intérieur, il ne sera pas possible d'utiliser une transmission sans fils Wifi ou BLE.

Pour cela les élèves vont utiliser un module très simple de chez Ebyte E22 400T22D en 433MHz. Ce module est très simplement connecté à une carte à base d'ESP32 comme la DR32 ou autre qui pourra se transformer en point d'accès Wifi dans la classe.

Il faudra connecter un module Ebyte sur la station ainsi qu'un autre module Ebyte sur le récepteur dans la classe.

Contrairement aux autres modules HF 433MHz classiques, ce module est bien plus efficace en terme de portée. Il utilise un modulation avec étalement de spectre qui lui confère une fiabilité sans comparaison avec les autres modules et augment aussi a portée à puissance d'émission égale normalisée par l'ARCEP de 10mW dans la bande de fréquence 433MHz autorisée.

Ce module Ebyte utilise une prise SMA qui lui permet d'être connecté à une petite antenne qui permet d'augmenter encore la portée et qui fait plus réaliste pour nos élèves qui vont "voir" qu'il s'agit bien d'un signal à ondes radio.

Ce module peut être alimenté en 3.3V, du coup la connexion avec une carte comme la Microbit ne pose aucun souci. On peut aussi alimenter le module Ebyte avec la Lipo (3.6V-41V) directement, il faudra alors penser à utiliser un convertisseur de niveau en 3.3V pour le par détériorer le microcontrôleur qui fonctionne en 3.3V.

Ce module fonctionne sans soucis avec une carte Arduino en 5V.

Une extension pour Makecode est en cours pour permettre d'envoyer et de recevoir une donnée très simplement entre deux modules Ebyte.

D'autre part, la station météo devra être autonome en énergie. Pour cela les élèves réfléchiront au dimensionnement du panneau solaire qui sera connecté à une carte MPPT qui rechargera un accu LIPO 3.7V. Les élèves effectueront des mesures de tension et de courant pour visualiser l'énergie fournie en fonction de l'ensoleillement. Ils mesureront aussi la consommation d'énergie de la station en mode sommeil et en mode émission HF.

La carte de rechargement MPPT est très intéressante, car elle permet de charger automatiquement et correctement un accu LIPO de façon optimale. La charge s'arrête automatiquement, une Led bleue s'allume.

Les besoins en énergie sont très faible, ce qui permettra d'avoir un tout petit panneau solaire et une toute petite batterie.

Il sera possible de visualiser la tension de la batterie au niveau du microcontrôleur en insérant un simple pont diviseur de tension en prenant soin de mettre une forte impédance d'entrée.

Un simple régulateur 3.3V permettra de convertir la tension de l'accu Lipo 1S (3.6V-4.1V) en 3.3V pour alimenter par exemple une carte Microbit.

Piloter un moteur avec Microbit.

La société Waveshare propose une carte d'interface pour piloter des moteurs à courant continu avec une tension comprise entre 6V et 12V et un courant qui peut aller jusqu'à 3A. Elle permet aussi de commander jusqu'à 3 servo.

Il suffit de connecter la carte à une source d'alimentation, comme un accu Lipo 2S (7.4V) puis de connecter les moteurs compatibles avec cette tension. Il existe des petits chargeurs très petits qui se connectent sur une simple prise USB pour recharger un accu Lipo.

Il faut installer ensuite l'extension dans Makecode.

Ce qui est très bien avec cette carte, c'est que vous pouvez réellement utiliser les 3 servo et les deux moteurs, tous en même temps.

Cette carte peut par exemple piloter des petits moteurs à courant continu pour réaliser un aéroglisseur par exemple.

On pourra aussi connecter des moto-reducteurs pour piloter un robot.

Cette carte se trouve chez A4 ou Kubii par exemple.

Aéroglisseur Hover:bit

La société Makekit propose un support très intéressant autour de la réalisation d'un aéroglisseur programmable.

Il sera ainsi possible de faire travailler les élèves autour de différentes compétences:

Analyse des flux d'énergie pour avancer, pour la sustentation, pour la direction et réaliser des diagrammes de bloc interne.

Analyse des matériaux à travers la propriété masse volumique ou autour de la rigidité.

Conception et CAO de pièces en 3D, comme la dérive ou le châssis ou support de télécommande.

Bien évidemment la partie programmation, avec la possibilité de commander à distance l'aéroglisseur via un réseau Wifi ou via BLE ou en mode radio.

Il sera aussi possible de mesurer l'énergie électrique, courant, tension et puissance, pour faire des calculs d'énergie et d'autonomie.

Les élèves pourront organiser des courses avec plusieurs aéroglisseurs. Chaque équipe pourra développer sa propre solution technique.

Exemples d'activités pédagogiques:

Partie conception et fabrication. Les élèves partirons de contraintes de formes et ou de dimensions pour concevoir sur papier la forme d'une pièce comme une dérive qui peut être initier dès le cycle3. La partie support de télécommande permettra de regrouper la carte Microbit et le bloc de pile. Les élèves pourront ensuite réfléchir à la gamme de fabrication, puis se lancer dans la fabrication de leur pièce.

Partie programmation. Il s'agit de créer le programme pour commander à distance à l'aide d'une autre carte Microbit émetteur la télécommande. Cette partie intègre une présentation du besoin, une analyse des différents blocs et une analyse des flux d'info et d'énergie sur l'aéroglisseur dans un premier temps. Les élèves vont analyser le micro réseau et étudier le protocole de communication avec l'aéroglisseur pour réaliser leurs algorithmes et programme leur télécommande et tester leur système.

Les élèves pourront alors travailler sur la notion de protocole en mode débranché avec un élève qui joue le rôle de l'aéroglisseur et qui recevrait les codes d'un îlot qui serait l'émetteur. La partie récepteur n'est malheureusement pas adaptable pour nos élèves. Il faut donc respecter le protocole proposé qui n'est pas compliqué fourni à partir du tableau suivant.

Ainsi la commande A0 arrête le gonflage de la jupe et la moteur de propulsion, A1 pour mettre en marche. T50 pour avancer à vitesse moyenne, R-45 pour piloter à gauche et R45 pour pivoter à droite.

les fichiers (attention de renommer l'extension pdf en zip).

Voici un exemple de pièces de l'Hoverbit redessinées sous Onshape et disponibles en Impression 3D.

Après montage, cela donne ça. 

Le modèle numérique

Le fichier Edrawing

Les fichiers STL et Solidworks fichiers 1  et fichiers 2 renommer l'extension en .zip

La carte Wonderbit actuelle n'est pas top. C'est la carte qui pilote les moteurs. En fait, c'est une carte qui est prévue pour piloter un drone et pas un aéroglisseur. Du coup la jupe se gonfle avec la puissance du moteur de propulsion, pas top. A priori une nouvelle carte de pilotage devrait voir le jour...

Sinon l'aéroglisseur marche pas mal.

Très bientôt une vidéo de présentation du produit...

La carte Multibit permet de remplacer la carte Wonderbit. Cette carte est parfaite et permet de piloter très facilement des moteurs et des servos. L'extension proposée avec makecode ouvre de larges possibilités. Il est maintenant très simple de commander en Blockly le gonflage de la jupe, la dérive. Bref un produit bien adapté par exemple à un niveau 6eme par exemple.

Voici les commandes de gonflage et arrêt de gonflage de la jupe ainsi que les commandes de direction très simples.

Le gros intérêt de cette carte est d'être alimentée par une simple batterie Lipo 1S (3.7V). Il vous faudra alors bien des moteurs alimentés en 3.7V que l'on peut trouver.

Exemple de méthode pédagogique testée en 6eme en collège:

1. Découverte de vrais aéroglisseurs, fonctions d'usage, comment un aéroglisseur fait pour glisser sur l'air? Démo de la maquette qui glisse.
2. Quelle est la pièce manquante sur la maquette (dérive). A quel bloc appartient la pièce (diagramme de définition de blocs SYSML)
3. Sur quelle pièce fixer la dérive à fabriquer? (analyse à partir du modèle Edrawing incomplet).
Analyse des contraintes de dimensions de la dérive
Dessin par les élèves de leur dérive + fabrication d'une maquette papier et test sur l'aéroglisseur. Les élèves utilisent des formes simples vues en mathématiques, polygones, cercle.
4. Comment modéliser sa pièce avec un modeleur volumique (onshape ou solidworks). Méthode de modélisation d'une pièce en 3D.
5. Etapes des la fabrication d'une pièce.
Quelles machines utiliser? Gamme de fabrication de sa pièce.
Fabrication de sa pièce.
Comment usiner une pièce avec une commande numérique de fraisage?
6. Comment programmer son aéroglisseur pour qu'il réalise des trajectoires fixées à l'avance (sans télécommandes), suite d'actions simples.

Les fichiers pédagogiques à télécharger.

Un grand merci à la société Makekit pour ce super produit.

Bons essais avec vos élèves...