1, 2, 3, codez ! - Activités cycle 4 - Projet « Domotique avec Arduino »

Ce projet s’adresse en priorité à des élèves débutants en programmation Scratch et en robotique basée sur Arduino.

Disciplines concernées et liens avec les programmes

Les programmes de technologie de 2016 se prêtent particulièrement bien à un tel projet, qui permet d’aborder des notions d’algorithmique, de programmation et de robotique, en particulier sur le cas de la domotique.

Nous ne citons, ci-dessous, que les connaissances et compétences explicitement travaillées dans ce projet, sans mentionner les compétences transversales. Dans un souci de synthèse, nous évitons les redondances et ne citons que ce qui est dans la rubrique « informatique et programmation ».

L’informatique et la programmation

Écrire, mettre au point et exécuter un programme

  •  Analyser le comportement attendu d’un système réel et décomposer le problème posé en sous-problèmes afin de structurer un programme de commande.
  •  Écrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
  •  Écrire un programme dans lequel des actions sont déclenchées par des événements extérieurs.
    •  Notions d’algorithme et de programme.
    •  Déclenchement d’une action par un événement, séquences d’instructions, boucles, instructions conditionnelles.
    •  Systèmes embarqués.
    •  Forme et transmission du signal (analogique / numérique).
    •  Capteur, actionneur, interface.
  •  Observer et décrire le comportement d’un robot ou d’un système embarqué. En décrire les éléments de sa programmation.
  •  Agencer un robot (capteurs, actionneurs) pour répondre à une activité et un programme donnés.
  •  Écrire, à partir d’un cahier des charges de fonctionnement, un programme afin de commander un système ou un système programmable de la vie courante, identifier les variables d’entrée et de sortie.

 Autres compétences :

  •  Développer les bonnes pratiques de l’usage des objets communicants
  •  Logiciels de mindmapping.


Préparation du projet

Ce projet nécessite un équipement particulier, aussi bien matériel que logiciel. Plusieurs options sont possibles. Ces options sont détaillées dans l’avant-propos de la Séance 3.

Objectifs

L’objectif du projet est de fabriquer une maquette de maison domotique : différents capteurs et actionneurs, installés dans la maquette, sont pilotés par une carte Arduino. La programmation se fait à l’aide de mBlock (une extension de Scratch permettant de piloter Arduino).

Les élèves travaillent sur la façon d’assurer la sécurité des biens et des personnes dans une maison, établissent la liste des fonctions et trouvent des solutions techniques pour chacune (détection de mouvement, d’ouverture ou de fumée, simulation de présence, bouton « appel d’urgence »…).
Ils apprennent à brancher des capteurs et actionneurs sur une carte Arduino, et à programmer l’ensemble sur mBlock. Ils apprennent à différencier un signal analogique d’un signal numérique, et à utiliser des opérateurs logiques pour effectuer des fonctions complexes. Après la réalisation de leur maquette de maison domotique, les élèves débattent des enjeux sociétaux de la domotique et, plus généralement, des objets connectés. Le projet s’achève par une restitution du travail réalisé.

Résumé des séances

Séance Titre Dominante Résumé

1 Comment sécuriser une maison ? Technologie Les élèves s’interrogent sur les différents moyens permettant de sécuriser une maison, qu’il s’agisse de la protection des biens ou des personnes (alarme, détection d’ouverture, de présence, de fumée, de chute, etc.). Ils découvrent qu’en domotique, on automatise des fonctions de l’habitat à l’aide d’un ordinateur équipé d’un programme. L’ordinateur reçoit les informations de capteurs et commande des actionneurs.

2 Solutions techniques Technologie Chaque groupe recense les fonctions (simuler une présence, signaler la présence d’une personne…), établit la ou les solutions techniques pour certaines d’entre elles… et présente ces solutions à la classe entière. Les élèves s’initient à la notion d’algorithme.
En parallèle des séances suivantes, ils peuvent commencer à fabriquer la maquette de la maison.

 

3 Introduction à Scratch et Arduino Technologie Les élèves découvrent comment commander l’allumage et l’extinction d’une DEL à l’aide de la carte Arduino. Pour cela, ils réalisent le montage électrique de la DEL, écrivent le programme à l’aide du logiciel mBlock et chargent ce programme sur la carte Arduino.

4 Etude de quelques capteurs : analogiques ou numériques ? Technologie Les élèves étudient différents capteurs à l’aide de montages très simples : modalités de branchement, d’interrogation et de contrôle, valeurs renvoyées par ces capteurs. Ils distinguent alors les signaux analogiques et numériques.
Enfin, ils apprennent à réaliser un montage plus complet permettant au microcontrôleur de piloter un actionneur à partir des informations fournies par un capteur.

5 Comportements complexes Technologie Les élèves apprennent à manipuler des opérateurs logiques, en particulier ET et OU, de façon à pouvoir programmer des comportements plus complexes, en lien avec les cahiers des charges produits en début de projet. Ils réalisent les montages et les programmes correspondant.
NB : cette séance peut être dédoublée si les élèves ont des difficultés à manipuler les opérateurs logiques (cf. activité de prolongement conseillée).

6 Fabrication de la maquette Technologie Les élèves fabriquent ou finalisent leurs maquettes incluant les éléments physiques de la maison et les solutions domotiques (carte Arduino, capteurs, actionneurs, câbles). Pour permettre à cette maquette de fonctionner indépendamment de l’ordinateur, et ainsi réaliser un vrai système embarqué, ils apprennent à utiliser le mode « autonome » d’Arduino.

7 Débat philo : les enjeux sociétaux de la domotique « Atelier philo » Les élèves participent à un « atelier philo » portant sur les enjeux actuels de la domotique, et plus généralement des objets connectés. Facilitent-ils vraiment la vie des utilisateurs ? Permettent-ils de réduire l’isolement de chacun ? Présentent-ils des risques pour la sécurité ?

8 Restitution du projet Technologie Les élèves réalisent un diaporama (ou une vidéo de type making of) destiné à présenter leur projet (aux autres professeurs, aux autres classes, aux familles…).

Scénario conceptuel

 

 

 

 

 


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Partenaires du projet

Pasc@line Educaland Editions Le Pommier