Soutenance mémoire
Dans le domaine scientifique, vis-à-vis du progrès de la technologie électronique utilisée partout ou plus précisément dans les laboratoires, les chercheurs ont besoin d’utiliser des matériels électroniques pour faciliter les mesures des grandeurs physico-chimiques caractérisant le système ou le produit étudié comme les concentrations de ses composants, sa température, sa pression, etc. Dans le domaine d’expériences de laboratoire menées sur les cobayes, il s’avère nécessaire de disposer des appareils de mesure permettant de faciliter l’évaluation de la pression ou la douleur ressentie par ces animaux. Ainsi, au début de nos travaux, il se posait la question de définir le matériel capable de mesurer l’intensité de la douleur ou l’analgésie perçue par ces animaux lors d’une expérience. Il nous était ainsi venu l’idée de concevoir et réaliser un matériel analgésique commandé par ARDUINO, fonctionnant avec un capteur de pression et capable d’afficher les valeurs analogiques ainsi mesurées sur un écran. Le dispositif ainsi élaboré permet de contribuer à la recherche sur l’analgésie ressentie par les animaux.
De nos jours, les utilisations des appareils électroniques sont basées sur l’informatique électronique programmable avec un microcontrôleur installé dans un circuit intégré d’un PIC ou d’un ARDUINO. Ce microcontrôleur permet de programmer et de réaliser un système performant programmable, [1]. Dans notre projet, le dispositif de mesure de l’analgésie est piloté ARDUINO UNO et fonctionne avec un capteur de pression et grâce aux mécanismes du moteur pas à pas.
THEORIE SUR LES MATERIELS UTILISES
De par sa construction, le matériel analgésique conçu et réalisé est basé sur le microcontrôleur ARDUINO et sur un capteur de pression ou capteur des forces. La combinaison de ces deux matériels permet de réaliser un appareil analgésimètre pour mesurer la force ou la douleur appliquée sur la patte d’un animal. Le capteur enregistre le signal qui vient de l’extérieur et le microcontrôleur est chargé de l’analyse des données en exécutant tous les programmes nécessaires à l’évaluation de cette pression où la douleur. Par ailleurs, nous avons aussi d’autres matériels pour réaliser l’appareil comme le moteur pas à pas et l’afficheur LCD. Ces deux derniers éléments jouent les rôles de l’observateur et de l’afficheur des valeurs prises par le capteur géré par le microcontrôleur. Pour mieux comprendre le fonctionnement de notre analgésimètre, nous allons étudier chacun de ces types de matériel.
Capteur de pression et capteur de poids
Un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique (information entrante) une autre grandeur physique de nature différente (information sortante : très souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande. Le mécanisme du capteur se caractérise par le détecteur d’un signal et par le convertisseur pour élaborer les données .
Utilisation du capteur de pression
Un capteur est un dispositif capable de transformer une grandeur physique en une autre profitable ou exploitable dans un appareil électronique. Par exemple un capteur de pression permet de transformer le signal obtenu par la pression d’une force appliquée sur un objet en une grandeur physique exploitable par un ordinateur ou en une valeur numérique. Un capteur contient un transcodeur qui permet de mesurer la force exercée sur une paroi. Il y a plusieurs types des capteurs de force comme le capteur de force précis qui mesure des tensions et des forces flexibles de valeur comprise entre 0.5 à 125N, capteur de force pour mesurer la traction et la compression, [3]. Le capteur de pression peut être utilisé dans certains matériels électroniques comme les appareils barométriques et altimètres. Dans le domaine « pharmacologie », le capteur de pression est utilisé aussi dans la robotique. Dans le cas présent, ce capteur permet de capter une force appliquée sur un animal pour évaluer la pression ou la douleur correspondant au test analgésie. En général, le capteur de pression se présente sous trois types :
– Capteur de pression différentielle : permet de faire une mesure de pression par rapport à celle de l’air ambiant.
– Capteur de pression absolue : permet d’évaluer une pression en un point donné.
– Le plus utile est le capteur relatif qui mesure la pression atmosphérique dans le vide ou dans une chambre fermée à partir d’une référence. Cette mesure est donnée par une compression de cette chambre.
Caracteristiques du capteur de jauge de contrainte
Normalement, l’évaluation de la pression utilise un capteur de pression mais dans cette étude, nous choisissons un capteur de poids avec une jauge de contrainte comme le montre la figure 4. Il s’agit d’un capteur de poids qui est une petite barre d’aluminium percée d’un double trou sur lequel est collée une jauge de contrainte d’où partent quatre fils rouge, noir, vert et blanc reliés respectivement à aux bornes E+, E-, A- et A+ d’une plaquette du module. Ce capteur comporte un pont de Wheatstone permettant de mesurer une force jusqu’à 5kg, dans une seule direction, avec une précision de 0,5g,[5], [6], [7]. Il utilise un convertisseur de 24 bits contenant un circuit intégré HX711 transformant les signaux analogiques en valeurs numériques utilisables par ARDUINO. Il fonctionne sous une alimentation de 2.5 à 5 V pour mesurer la force appliquée qui déforme la barre du capteur en petite variation. Pour mesurer le poids, les broches du convertisseur du capteur SEN0160 sont reliées aux entrées analogiques d’ARDUINO. Au départ SCK est en A3 et DOUT en A2.
ARDUINO et microcontrôleur
Un ARDUINO est un mini-ordinateur installé dans un circuit intégré et il s’agit d’une carte électronique basée autour d’un microcontrôleur. Cette carte varie suivant son modèle et son fournisseur. Le microcontrôleur est un composant électronique programmable avec un processeur, des mémoires et des périphériques. Le carte d’ARDUINO UNO possède un microcontrôleur, de référence ATMega328 ATML 8 bits de la famille AVR, [8], qui facilite la construction et le dépannage de l’analgésimètre. Suivant son modèle, ARDUINO comporte des éléments caractéristiques comme les microprocesseurs, CAN et interfaces série et parallèle pour communiquer avec l’extérieur. Le microcontrôleur est un composant à basse consommation programmable et presque intégrable dans tout appareil utilisé quotidiennement .
Différents types d’ARDUINO
Il existe différents types des cartes ARDUINO comme :
– Carte ARDUINO UNO : le type UNO a 2 types :
o Classique & CMS,
o Classique & POE.
– Carte ARDUINO Nano,
– Carte ARDUINO Méga : il y a deux types :
o Méga 2560,
o Méga ADK.
– Carte ARDUINO Duemilanove
– Carte ARDUINO Leonardo,
– Carte ARDUINO Mini,
– Carte ARDUINO Esplora,
– Carte ARDUINO DUE,
– Carte ARDUINO Yun (classique & POE).
Chaque ARDUINO est caractérisé par son type de microcontrôleur (références et mémoires), sa tension d’entrée, sa tension de fonctionnement, ses dimensions et ses périphériques (nombre d’entrées/sorties numériques ou analogiques). Presque toutes les cartes ARDUINO fonctionnent sous une tension de 5V aux broches d’Entrée/Sortie, sauf les cartes DUE et Zero PRO qui fonctionnent avec une tension 3,3V. Dans la plupart des cas, les utilisateurs choisissent ARDUINO UNO.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I. THEORIE SUR LES MATERIELS UTILISES
1.1- Capteur de pression et capteur de poids
1.1.1- Utilisation du capteur de pression
1.1.2- Caracteristiques du capteur de jauge de contrainte
1.2- ARDUINO et microcontrôleur
1.1.3- Différents types d’ARDUINO
1.1.4- Caractéristiques d’ARDUINO UNO
1.1.5- Matériel ARDUINO
1.3- Moteur pas à pas
1.4- Afficheur LCD
1.5- Analgésimètre
Chapitre II. METHODE DE REALISATION DU DISPOSITIF ANALGESIMETRE
2.1- Conception de l’analgésimètre
2.2- Description du dispositif
2.3- Simulation de l’analgésimètre
2.3.1- Logiciel ARDUINO
2.3.2- PROTEUS
2.3.3- Circuit de l’analgésimètre
2.4- Programmation
2.5- Réalisation de l’analgésimètre
2.5.1- Présentation de l’analgésimètre
2.5.2- Coût des matériels utilisés
Chapitre III. FONCTIONNEMENT DE L’APPAREIL ET ANALYSE DES RESULTATS
3.1- Fonctionnement de l’appareil
3.2- Etude de la force ou la pression appliquée sur la patte d’un animal
3.3- Analyse des données sur le capteur de l’appareil
3.4- Résultats
3.5- Interprétation des résultats
3.5- Discussion
CONCLUSION
REFERENCES
ANNEXES
