Rénovation de maquettes didactiques

Par Jean-Baptiste GARDEL, Lionel SOME et Cheng ZHEN

Contexte

Nous avons eu à rénover dans le cadre de notre projet de développement S2, trois maquettes appartenant au collège Saint-Pol Roux de Brest. Ces trois anciennes maquettes représentent une maison (la Domotique), un ascenseur et un convoyeur-trieur. Les outils de programmation de ces maquettes étant devenus obsolètes, le collège a décidé de les rénover et d’intégrer une carte Arduino afin d’enseigner la programmation à ses élèves.

                                Figure 1: La Domotique à droite et l’Ascenseur à gauche

Figure 2: La maquette Convoyeur-trieur

Matériel utilisé

En plus des maquettes nous avons utilisé le matériel suivant :

• 3 cartes Arduino ;
• 3 prises Jack ;
• 3 connecteurs femelles de type HE10 2*13 pôles.

Compétences requises

Pour mener à bien ce projet, il faut pouvoir appliquer des connaissances dans une situation nouvelle, pouvoir concevoir, réaliser une solution technique, la tester puis la valider. Il s’agit d’une rétro-ingénierie ou rétro conception et cela s’apparente à la reprise des différentes étapes d’un cycle de conception d’un produit.

Réalisation

Après quelques recherches sur internet, nous avons trouvé un document présentant la rénovation de la maquette convoyeur-trieur effectuée par un professeur de technologie, Didier Dumas (http://technojolie.fr/moodle/pluginfile.php/54/mod_page/content/7/Rehabilitation%20maquette%20Convoyeur%20Trieur.pdf)

Cela nous a permis d’entrer dans le bain assez rapidement et de comprendre la façon dont les anciens composants et nouveaux ont été mis en correspondance.

En effet, les documentations techniques des maquettes n’étaient pas toutes disponibles, ce qui rendait le travail encore plus délicat. La première étape d’une réhabilitation de matériel (reverse engineering) étant l’appropriation de ce dernier, disposer uniquement d’anciennes disquettes inutilisables et sans documentation technique comme c’était le cas pour les maquettes, ne facilitait pas le travail.

Ce document nous a donc été d’un grand apport pour débuter notre projet.

Notre rénovation s’est faite en trois étapes :

1. Le repérage des entrées/sorties 

Étape indispensable pour réaliser le branchement des cartes Arduino, nous avons pu dans un premier temps réaliser le montage de la maquette convoyeur-trieur (à l’aide du document susmentionné) afin de nous assurer que nous étions sur la bonne voie.

Pour les deux autres maquettes, nous avons décidé dans un premier temps d’utiliser un multimètre afin de retrouver le composant auquel était rattaché un fil en recherchant un court-circuit. Cette méthode n’était pas particulièrement pratique et a été vite abandonnée pour une autre qui s’est avérée plus pratique. Cette dernière a consisté à effectuer les branchements sur une carte Arduino puis à envoyer du courant sur chacune des entrées/sorties pour voir le résultat obtenu et ainsi attribuer à chaque broche l’élément de la maquette correspondant. C’est cette méthode que nous avons privilégié jusqu’à la fin du repérage de toutes les entrées/sorties.

                      Figure 3: La maquette Domotique

Figure 4: Attribution des pins de la maquette Domotique

2. Codage des scénarios 

La deuxième étape a consisté en la réalisation de scénarios permettant le pilotage des maquettes et adaptés à l’apprentissage au collège. Nous avons pour cela repris les scénarios de base décrits dans les documentations d’origine dont nous disposions et nous les avons complétés.

La première étape fût le codage en C++ des actions simples pour vérifier que les branchements étaient bons puis un enchaînement d’actions plus compliquées. L’étape suivante fût la traduction du code C++ en code par blocs (ArduBlock) plus facile à comprendre pour de jeunes programmeurs. Des codes de difficultés croissants ont ainsi été produits. Les codes fournis aux professeurs du collège Saint Pol-Roux sont divers de par les niveaux de difficultés croissants proposés.

Lesdits scénarios sont décrits dans la fiche technique de chaque maquette que nous avons réalisée.

3. Rédaction des fiches techniques

Il est essentiel de se rappeler que ces maquettes étaient destinées à être utilisées par un enseignant, il nous a donc semblé nécessaire de fournir en plus du code ArduBlock permettant de faire fonctionner les maquettes, une fiche technique et pédagogique qui comprend une description de la maquette, les branchements à réaliser sur la carte Arduino et les scénarios sous forme d’exercices pour les élèves. Selon la maquette, il peut aussi y avoir des branchements à effectuer qui différent selon le scenario choisi. Cette fiche permet donc pour chaque maquette une prise en main rapide.

En parallèle de tout cela et au fur et à mesure que nous avancions dans le projet, nous avons réalisé quelques modifications afin d’améliorer le fonctionnement des maquettes :

• Nous avons remplacé les anciens cordons d’alimentation des anciennes interfaces de programmation par des prises Jack pour l’alimentation des cartes Arduino. Cela permet à la carte Arduino de piloter plus facilement les moteurs des maquettes Ascenseur et Convoyeur-trieur et d’utiliser les maquettes sans avoir à brancher la carte Arduino à un ordinateur.
• Nous avons créer un moyen d’identifier les mallettes contenant les maquettes (autocollants).

C’est ainsi que nous sommes parvenus à la rénovation des maquettes. Le tableau ci-après résume les différences entre les maquettes avant et après réhabilitation.

                                            Figure 5: Différences avant et après rénovation des maquettes