Atelier de pratique scientifique      2008-2009 : Pour tout renseignement, s'adresser à M.Zimmermann

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Cette présentation date de 2001-02

Tous les mardis, de 16h à 18h , un groupe d'élèves de diverses classes de Seconde, encadrés par M.Robert Zimmermann, se réunissent en salle Info5.   En savoir plus...
	Les activités sont axées sur une carte électronique reliée au port parallèle d'un ordinateur. Chaque élève dispose de sa carte et d'un ordinateur.   Plus de photos...

 

 

Atelier scientifique et technique

La détection par ultra-sons

Un thème

L'atelier scientifique et technique de l'année scolaire 2000/2001 a permis d'aborder des techniques électroniques et informatiques dans le domaine de la mesure de grandeurs physiques. Une demande de poursuite des activités de l'atelier a été formulée par les élèves.Pour répondre à cette sollicitation, nous nous proposons de prolonger ce thème par l'étude théorique et pratique d'un système de détection d'un objet par ultra-sons.Les applications pratiques sont nombreuses. On peut citer le contrôle des déplacements d'un robot pour un aspect industriel (domaine abordé par les élèves du Lycée participant aux olympiades de Physique) ou l'imagerie par échographie dans le domaine médical.

Des personnes

Ces activités rassemblent actuellement seize élèves de diverses classes de seconde, le mardi de 16h à 18h.Elles ont lieu dans la salle informatique INFO5 du Lycée selon l' horaire prévu dans l'emploi du temps des élèves.Les séquences de deux heures par semaine se dérouleront sur l'ensemble de l'année scolaire. Mr Zimmermann, en liaison avec les enseignants de Physique, assure l'animation et la responsabilité technique avec l'aide de Mr Mangold. Notre atelier est en liaison avec Mr ROMBOURG Michel, responsable du département de mesures physiques de l'I.U.T de Schiltigheim.Le rectorat de Strasbourg participe par une aide financière à la réalisation des cartes électroniques.

Une pratique

Les activités sont axées sur une carte électronique reliée au port parallèle d'un ordinateur. Le dispositif a été imaginé par les animateurs et le prototype réalisé donne toute satisfaction (voir la description technique).Chaque élève dispose de sa carte et d'un ordinateur.Le but pour les élèves est d'être capable de faire fonctionner cette carte ce qui nécessite, une bonne compréhension des phénomènes physiques concernés, des connaissances en électronique pour mettre en œuvre les dispositifs de détection et de mesure et enfin une bonne maîtrise du langage de programmation de l'ordinateur.

- L'initiation à tous ces domaines est faite à travers divers travaux pratiques regroupés par thèmes :

- la programmation en QuickBasic (les instructions, les boucles, les sous-programmes, etc ..), l'écriture hexadécimale des nombres ,lecture et écriture sur le port parallèle.

- le générateur d'ultra-sons, la vitesse de propagation, la détection.

- des études par simulateur de circuits électroniques dont les circuits logiques, la bascule, l'astable, le monostable, le diviseur binaire,le multiplexeur.

- le principe d'une mesure par détection à ultra-sons, la programmation de la détection, le calcul de la distance, la fiabilité de la mesure.

Le partenariat avec le département de Mesures Physiques de l'I.U.T. de Schiltigheim permettra aux élèves de visiter des laboratoires spécialisés sur le thème d'étude de l'atelier et de rencontrer des étudiants travaillant dans ce domaine.

Des projets

La bonne maîtrise de ces techniques nous amènera ensuite à aborder l'utilisation des ultra-sons dans d'autres domaines. D'une part la visite des laboratoires de mesures Physiques nous présentera des applications diverses du domaine industriel et d'autre part une rencontre avec un radiologue sur le thème de l'échographie est envisagée.

La carte électronique conçue par les animateurs de l'atelier scientifique et technique permet sous le contrôle d'un ordinateur d'émettre des salves d'ultra-sons puis de détecter l'écho en présence d'un obstacle et d'en déduire la distance par rapport à l'objet.

Les applications sont nombreuses, parmi celles-ci on peut citer le guidage d'un robot par ce radar à ultra-sons, la mesure d'une distance par rapport à un corps à haute température, le positionnement d'une pièce dans une chaîne de fabrication ou plus simplement la mesure automatique de la taille d'une personne.

Le schéma théorique ci-joint permet de reconnaître les principaux dispositifs de fonctionnement.

Partie émission

-un astable est associé à un résonateur pour générer les ultra-sons.

-le déclenchement d'une salve est fait par la programmation.

-une temporisation par un monostable fixe la durée de l'émission.

Partie réception

-la réception est autorisée après l'émission par un second monostable.

-l'écho est mis en évidence par un détecteur dont le signal est amplifié et mis en formepour un traitement digital.

-la réception d'un écho agit sur une bascule pour mémoriser la détection de l'obstacle.

-l'état de la bascule est lu sur le port parallèle.

Partie mesure

-la carte dispose d'une base de temps et d'un compteur binaire huit bits.

-le déclenchement de la salve autorise le comptage des impulsions de la base de temps.

-le comptage est arrêté par la bascule de réception de l'écho.

-le résultat du comptage est lu par le port parallèle de l'ordinateur.

Un prototype de cette carte a été réalisé et fonctionne parfaitement (voir photos).Le logiciel associé est écrit par les élèves en QuickBasic