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Challenge 1 sur 5

Station Meteo Connectee

🕐 12 seances 👥 3-4 eleves 📊 Difficulte moyenne

Presentation du systeme

Le systeme est une station meteorologique capable de mesurer la vitesse du vent via un anemometre a coupelles equipe d'un capteur ILS, la temperature et l'hydrometrie via un capteur SHT31, et la pression atmospherique.

Les mesures sont acquises par une carte Arduino, puis transmises a un programme Python qui genere une page web d'affichage des donnees en temps reel.

Contexte

Les stations meteorologiques sont utilisees dans l'agriculture, l'aviation et la prevention des risques naturels. Concevoir une station a bas cout et connectee est un enjeu actuel de l'IoT.

Problematique

Comment concevoir un systeme de mesure de la vitesse du vent fiable, afficher les donnees sur une interface web, et optimiser la forme de l'helice par simulation aerodynamique ?

Chaine fonctionnelle

La chaine d'information complete du systeme :

Vent → Helice → Aimant → Capteur ILS → Arduino → Python → Page Web

Materiel necessaire

ElementQteRemarque
Carte Arduino Uno1+ cable USB
Capteur ILS1Detection magnetique
Corps d'anemometre (helice + aimant)1Fourni
Capteur SHT31 (temp./hydrometrie)1Module Grove
Souffleur de feuilles + anemometre industriel1Pour etalonnage
Oscilloscope1Mesure frequence
PC (Arduino IDE, Python, SolidWorks)1/binome
Imprimante 3D1Pour le support

Guide seance par seance

1-2

Comprendre le sujet

Decouverte du systeme et chaine de mesure · 2h
▼
Decouverte du systeme 30 min
  • Observer l'anemometre : identifier les parties fixes et mobiles
  • Identifier l'aimant sur la partie tournante
  • Comprendre le capteur ILS (ouverture/fermeture par champ magnetique)
Chaine fonctionnelle 30 min
  • Identifier la grandeur physique mesuree (vitesse du vent en m/s ou km/h)
  • Tracer la chaine d'information complete
  • Identifier la chaine d'energie : Vent → Helice → Rotation
Principe de mesure 30 min
  • Comprendre la relation : vitesse du vent → frequence de rotation → impulsions ILS/s
  • Premiere hypothese : relation lineaire entre frequence et vitesse
Decouverte des ressources 30 min
  • Explorer les programmes Arduino fournis (detect1.ino, Interrupt.ino, mesure_vitesse.ino)
  • Lire les logigrammes fournis (.drawio)
Livrable : Schema fonctionnel du systeme + hypothese de loi de mesure
3-4

Analyse du besoin

Fonctions du systeme et exigences · 2h
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Diagramme bete a cornes 20 min
  • A qui ? Utilisateur (meteorologue, agriculteur, curieux)
  • Sur quoi ? Les donnees meteorologiques
  • Pour quoi ? Informer sur les conditions meteo en temps reel
Diagramme pieuvre 30 min
  • FP : Mesurer et afficher les parametres meteo
  • FC1 : S'adapter aux conditions exterieures
  • FC2 : Etre alimente en energie
  • FC3 : Communiquer les donnees
Diagramme FAST 30 min
  • Mesurer la vitesse → Anemometre a coupelles → Capteur ILS + Arduino
  • Afficher les donnees → Page web HTML → Python + communication serie
Cahier des charges 40 min
  • Plage : 0 a 100 km/h · Precision : +/- 5 km/h
  • Frequence : toutes les 30 min · Interface : page web locale
Livrable : Diagrammes complets + cahier des charges fonctionnel
5-6

Conception

Support de l'anemometre sous SolidWorks · 2h
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Analyse du modele existant 30 min
  • Ouvrir l'assemblage SolidWorks fourni (Anemo-SW/)
  • Identifier les pieces : axe, corps, helice, capteur ILS
Conception du support 60 min
  • Maintenir la partie fixe, permettre rotation libre de l'helice
  • Integrer le logement du capteur ILS (5 mm du bas, face a l'aimant)
  • Prevoir le passage des fils, epaisseurs min 2mm pour impression 3D
Etude des formes 30 min
  • Esthetique, resistance aux intemperies, facilite de montage
Livrable : Modele 3D du support pret pour impression + mise en plan
7-8

Simulation

Aerodynamique de l'helice (FlowSimulation) · 2h
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Decouverte FlowSimulation 30 min
  • Ouvrir le projet de simulation fourni
  • Comprendre les conditions aux limites et grandeurs mesurees
Simulation aerodynamique 45 min
  • Simuler avec differentes vitesses de vent (5, 10, 20, 30 km/h)
  • Relever les forces sur les coupelles
  • Tracer Force = f(Vitesse du vent)
Etude comparative 45 min
  • Comparer avec une helice de forme differente
  • Analyser l'influence du Cx sur les performances
Livrable : Rapport de simulation avec courbes et analyse comparative
9-10

Programmation

Arduino + Python + Page Web · 2h
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Arduino — Mesure de vitesse 45 min
  • Etape 1 : Comprendre detect1.ino (detection simple)
  • Etape 2 : Comprendre les interruptions (Interrupt.ino)
  • Etape 3 : Comptage de frequence (impulsions ILS/s)
  • Etape 4 : Convertir en vitesse (loi d'etalonnage)
Communication Arduino → Python 30 min
  • Envoyer les donnees par liaison serie (Serial.println)
  • Recevoir en Python (pySerial)
Creation de la page web 45 min
  • Structure HTML (titre, tableau, zone graphique)
  • Style CSS, affichage dynamique
  • S'inspirer des exemples fournis dans Programme-page-web/
Livrable : Programme Arduino fonctionnel + page web affichant les mesures
11-12

Realisation & Tests

Assemblage, etalonnage et prototype final · 2h
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Assemblage du prototype 30 min
  • Monter l'anemometre sur le support imprime
  • Cabler capteur ILS, capteurs temp/pression
  • Verifier les connexions
Etalonnage 45 min
  • Montage : souffleur + anemometre industriel + notre anemometre
  • Relever 8-10 couples (vitesse vent / frequence rotation)
  • Determiner la loi lineaire : V = a × f + b
  • Integrer cette loi dans le programme Arduino
Test du systeme complet 30 min
  • Lancer l'acquisition, verifier l'affichage web
  • Comparer avec l'anemometre industriel
  • Calculer l'ecart relatif
Analyse des performances 15 min
  • Precision obtenue vs cahier des charges
  • Propositions d'amelioration
Livrable : Prototype fonctionnel + courbe d'etalonnage + analyse des ecarts
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