Cahier des charges "ballon d`observation"

CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL
BACCALAUREAT SCIENTIFIQUE
OPTION SCIENCES DE L’INGENIEUR
PROJET PLURITECHNIQUE
BALLON AERIEN
D’OBSERVATION
CAHIER DES CHARGES
Session 2012 / 2013
Dossier cahier des charges ballon aérien d’observation
Lycée Jacques PREVERT
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CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL
1.
PRESENTATION GENERALE DU PROJET
Contexte général du produit et énoncé du besoin
Le ballon captif moderne a été adopté par quelques photographes pour réaliser des vues aériennes.
A la fois non polluant et silencieux cela permet de réaliser des vidéos ou photos à moindre coût par
rapport aux autres techniques de vol motorisé.
La photographie aérienne par ballon captif doit être réalisée par temps calme (moins de 25 km/h de vent)
et permet le survol à basse altitude de zones urbaines. Le ballon captif permet de réaliser des prises de
vue entre 10m et 100m pour différents domaines tels que le tourisme, l'industrie, l'immobilier,
l'aménagement du territoire.
Les retombés économiques de cette activité sont pour l'instant essentiellement limitées à la publicité
immobilière, et à diverses recherches expérimentales (agronomie, géologie, archéologie, etc.).
Il est intéressant de développer ce produit pour ouvrir d’autres horizons au ballon d’observation aérienne,
davantage grand public.
Pouvoir photographier ou faire photographier son village, sa propriété à moindre cout.
Permettre la surveillance de manifestations culturelles, permettre l’observation en forêt de la canopée,
etc.
2.
L’ENONCE DU BESOIN (Utilisation de la méthode APTE)
L’objectif de l’analyse du besoin est de valider l’émergence du besoin né d’idées, de perceptions du
marché ou d’insatisfactions client, en passant par les phases d’expression et de validation.
2.1.
Expression du besoin
A qui (à quoi) le produit rend-il service ?
Utilisateur
Sur qui (sur quoi) le produit agit-il?
Produit
Niveau
d’information
BALLON AERIEN
D’OBSERVATION
Observer des images aériennes
transmises au sol sur un PC
portable et pouvoir les acquérir
avec une carte d’acquisition
Dans quel but ?
Dans quel but le produit existe-t-il ?
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2.2.
Validation du besoin
Il s’agit d’un questionnaire destiné à valider l’existence du besoin :
en exprimant le but et les raisons qui lui ont donné naissance,
en recherchant les cas d’évolution ou de disparition susceptibles de rendre le besoin obsolète.
Pourquoi ce besoin existe-t-il ? (causes, origines, …)
-
Ce besoin existe car la photographie d’images aériennes pour le grand public ou
l’observation d’images aérienne lors de manifestations sont de plus en plus fréquentes.
Pour quoi ce besoin existe-t-il ? (dans quel but, finalités, …)
-
Pour observer des images aériennes.
Parce qu’il est nécessaire de concevoir un ballon permettant d’observer des images à
moindre cout.
-
Qu’est ce qui pourrait faire évoluer ou disparaître ce besoin ?
-
Ce besoin peut disparaître si un autre principe d’observation est inventé, visualisation
satellite avec une grande précision et accessible au grand public.
(1) Une nouvelle norme anti-pollution demandant un recyclage total des produits.
es serrures à clés traditionnelles au profit …
Quelle est la probabilité de l’évolution ou de la disparition du besoin ?
(
- (1) Ceci n’est pas d’actualité mais une tendance se profile vers l’utilisation d’énergie propre.
- Ceci n’est pas d’actualité.
- Pas d’évolution a court terme.
- Pas de disparition du besoin.es à clés traditionnels.
Conclusion sur la validité du besoin ?
Le besoin est validé à moyen terme.
- Le besoin est validé à moyen terme.
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3.
EXPRESSION FONCTIONNELLE DU BESOIN
3.1.
Identification des fonctions de service
Définition de la liste exhaustive des éléments (personnes, équipements, matières, etc) et
contraintes qui constituent l’environnement du produit au cours de sa vie en situation d’agir sur lui ou de
subir ses actions.
Ballon
FC1
FC3
Utilisateur
FC2
FC4
FC5
Fin de vie
FP1
FC3
Observer des images
aériennes transmises
au sol sur un PC
portable
FC10
Normes et
réglementation
s
Energie
FC7
FC9
FC8
Maintenance
Environnement
3.2.
Classification par importance
Fonctions principales
FP1 Observer des images aériennes transmises
au sol sur un PC portable
Fonctions complémentaires et de contraintes
FC1 : Pouvoir voler
FC2 : Pouvoir supporter la nacelle technique
FC3 : Utiliser l’énergie autonome
FC4 : Commander le déplacement de la caméra
FC5 : Transmettre une image de qualité au PC
FC6 : Faciliter le montage des pièces
FC7 : Faciliter la maintenance
FC8 : Résister au milieu environnant
FC9 : Être aux normes en vigueur
FC10 : Être recyclable
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3.3.
Caractérisation des fonctions de service
Ci-dessous est présentée sous forme de tableau la caractérisation des fonctions de services : critères,
niveaux et flexibilité, restreint aux composants de limites d’acceptation et classe de flexibilité.
Fonctions de service
Critères d’appréciations
Caméra CCD de bonne
résolution délivrant une
information analogique
FP1 :
Observer des images
aériennes transmises au
sol sur un PC portable
FC1 :
Pouvoir voler
FC2 :
Pouvoir supporter la
nacelle technique
FC6 :
Faciliter le montage des
pièces
Flexibilité
Limite
Classe
d’acceptation
Caméra couleur
500 x500 pixels
Transmission hertzienne
HF avec émetteur et
récepteur
100 m
Transformation de
l’information analogique
en information numérique
Conversion
- Soulever la nacelle avec
ses composants
techniques
Maxi
F1
Poids à définir
Maxi
F0
Maxi
Maxi
F2
Durée d’un vol
1H
Maxi
Télécommande radio
4 voies
100 m
Mini 50 m
Transmission analogique
HF
Maxi
Maxi
- Standardisation des
éléments
- Faciliter de démontage
Maxi
Maxi
- Poids mini
- Fixation aisée
FC3 :
Alimentation par batterie
Utiliser l’énergie autonome
FC4:
Commander le
déplacement de la caméra
FC5 :
Transmettre une image de
qualité au PC
Niveaux
d’appréciations
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F2
F1
F2
F2
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Fonctions de service
Critères d’appréciations
Niveaux
d’appréciations
FC7 :
Faciliter la maintenance
FC8 :
Résister au milieu
environnant
FC9 :
Être aux normes en
vigueur
FC10 :
Être recyclable
Limite
d’acceptation
Maxi
- Contre les projections
d’eau
- Température
- Magnétisme
- Taux de recyclage
- Ecoconception
F1
IP 54
Maxi
F1
Voir norme IEC
- Indices de protection
- Normes électriques
Classe
IP 54
Maxi
F1
Voir norme IEC
60°/o de la masse
50 °/o mini
F1
Critères d’appréciations : caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est
remplie ou une contrainte respectée
Niveaux d’appréciations : grandeur repérée sur une échelle adoptée pour un critère
d'appréciation d'une fonction
Flexibilité : ensemble d'indications exprimées par le demandeur sur les possibilités de moduler
leniveau recherché pour un critère d'appréciation ;
Classe de flexibilité : indication littérale placée auprès d'un niveau d'un critère d'appréciation,
permettant de préciser son degré de négociabilité ou d'impérativité ;
Limites d'acceptation : niveau de critère d'appréciation au-delà duquel le besoin est jugé non
satisfait.
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4.
DESCRIPTION DU PRODUIT
 Organisation fonctionnelle du produit
FAST de description du produit à compléter
FP1 Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC portable
FT1 Acquérir
l’information image
Note : Choisir une caméra adaptée avec
une bonne résolution compatible avec le
système de transmission.
empreintdigitale
FT2 Emettre
l’information image
Note : Choisir une solution électronique
permettant de transmettre l’information
à distance (Emetteur)
FT3 Recevoir
l’information image
Note : Choisir une solution électronique
permettant de recevoir l’information à
distance (Récepteur)
FT4 Alimenter en
énergie la nacelle
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
Note : Choisir une alimentation
permettant l’alimentation autonome de
la nacelle (caméra, récepteur, moteurs)
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
FT5 Adapter
l’image
Note : Choisir la solution électronique
pour adapter l’image analogique en
image numérique
Elève 1
Elève 2
Elève 3
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FT6 Visualiser
l’image
Note : Installer et configurer un logiciel
permettant d’exploiter l’information
numérique transmise au PC par l’ USB
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
FT7 Alimenter en
énergie la partie
transmission au sol
solcommande de la
tourelle
Note : Choisir la batterie assurant
l’alimentation du récepteur image et de
l’émetteur tourelle
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
FT8 Acquérir
l’information pour
piloter la tourelle
Note : Choisir une solution pour envoyer
l’information de pilotage aux moteurs de
la nacelle
Elève 1
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Elève 3
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FT9 Emettre
l’information de
commande à la
tourelle
Note : Choisir une solution pour
transmettre l’information de commande
des moteurs à la nacelle
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
FT10 Recevoir
l’information au
niveau de la tourelle
Note : Choisir une solution électronique
qui permet de recevoir l’information
transmise aux moteurs
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
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FT11
Communiquer
l’information
tourelle
Note : Choisir une solution électronique
permettant de communiquer l’info aux
préactionneurs
FT12 Distribuer
l’énergie vers les
actionneurs tourelle
Note : Choisir une solution électronique
pour alimenter en énergie les moteurs
(pont en H à transistor ou relais)
empreintdigitale
FT13 Convertir
l’énergie pour
assurer le mvt
tourelle
Note : Choisir les actionneurs pour le
mouvement transversal et azimut de la
caméra
FT14 Transmettre
l’énergie pour le
mvt tourelle
Note : Choisir une solution cinématique
permettant d’entrainer la caméra dans les
deux mouvements
empreintdigitale
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Elève 1
Elève 2
Elève 3
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Elève 1
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Elève 3
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Elève 1
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Elève 1
Elève 2
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Elève 4
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FP1 Observer des images aériennes transmises au sol sur un PC
FC1 Pouvoir voler
Note : Choisir le gaz approprié pour que
le ballon puisse soulever la nacelle en
altitude
Elève 1
Elève 2
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Elève 4
Elève 1
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Elève 3
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Elève 1
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Elève 1
Elève 2
Elève 3
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FC2 Pouvoir
supporter la nacelle
technique
Note : Choisir et dessiner une nacelle
permettant de supporter le système
mécatronique
FC3 Utiliser
l’énergie autonome
Note : Choisir la batterie permettant
l’alimentation autonome de la nacelle du
ballon
FC4 Commander
le déplacement de
la caméra
Note : Choisir le mode de transmission de
l’information vers les actionneurs
déplaçant la caméra de la nacelle
FC5 Transmettre
une image de
qualité au PC
Note : Choisir la solution technique
appropriée pour transmettre l’image de
qualité sans interférence
FC6 Faciliter le
montage des pièces
Note : Choisir les solutions pour le
montage des composants sur la nacelle
Elève 1
Elève 2
Elève 3
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FC7 Faciliter la
maintenance
Note : Choisir les pièces adaptées à la
maintenance (cinématique simplifiée)
Elève 1
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FC8 Résister au
milieu environnant
Note : Choisir des solutions
technologiques permettant de tenir
compte des contraintes du milieu ambiant
Elève 1
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FC9 Être aux
normes en vigueur
Note : Veille technologique pour
s’informer sur les normes et en tenir
compte
Elève 1
Elève 2
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FC10 Etre
recyclable
Note : Choisir les matériaux adaptés
Elève 1
Elève 2
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Elève 1
Elève 2
Elève 3 Elève 4
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CHAINE D’INFORMATION et CHAINE D’ACTION de la partie image
Chaîne d’information
Grandeur physique
à acquérir
ACQUERIR
EMETTRE
RECEVOIR
Energie
d’entrée
Serrure
au repos
Ordres de pilotage
ALIMENTER
Energie
d’entrée
ADAPTER
VISUALISER
Chaîne d’énergie et d’action
AGIR
5.
Serrure
actionnée
La chaîne d’information permet :
-
D'acquérir des informations.
C’est le rôle de la caméra
D’émettre ces informations.
C’est le rôle de la carte électronique de l’émetteur HF qui permet de transmettre l’image
provenant de la caméra
De recevoir les informations.
C’est le rôle du circuit électronique du récepteur HF
La chaîne d’action permet :
-
L’alimentation de la caméra et de l’émetteur HF.
L’adaptation du signal par un digitaliseur qui convertit le signal analogique en un signal
numérique.
La visualisation du signal en numérique par l’écran du
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CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL
CHAINE D’INFORMATION et CHAINE D’ACTION du déplacement transversal et azimut de la
caméra
Chaîne d’information
Grandeur physique
à acquérir
Energie
d’entrée
ACQUERIR
EMETTRE
RECEVOIR
COMMUNIQUER
Serrure
au repos
Ordres de pilotage
DISTRIBUER
Energie
d’entrée
CONVERTIR
TRANSMETTRE
AGIR
ALIMENTER
Chaîne d’énergie et d’action
Serrure
actionnée
La chaîne d’information permet :
-
D'alimenter l’émetteur
D'acquérir des informations.
C’est le rôle des boutons qui permettent la commande transversale ou azimut du moteur
D’émettre ces informations.
C’est le rôle de la carte électronique de l’émetteur qui permet de transmettre l’information au
récepteur situé dans la nacelle
De recevoir les informations.
C’est le rôle du circuit récepteur qui va transmettre les informations aux préactionneurs.
La chaîne d’action permet :
-
L’alimentation du récepteur, des préactionneurs et actionneurs.
De distribuer l’énergie vers les préactionneurs (relais)
De convertir l’énergie électrique en énergie mécanique (moteur à courant continu)
De transmettre l’énergie donc d’adapter la vitesse et le couple (réducteur)
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6.
DESCRIPTION DU PRODUIT ATTENDU
Le dispositif doit se composer d’un ballon de diamètre et de forme variable, gonflé à l’hélium et équipé
d’une nacelle sur laquelle repose une caméra haute résolution.
La caméra d’observation est dirigée du sol à l’aide d’une télécommande radio et un écran de
visualisation ( PC portable) permet à l’utilisateur de visualiser les images.
Le ballon est relié au sol par une corde, ce qui permet de faire évoluer le ballon (contrôle de l’altitude et
de la rotation.
La nacelle doit être équipée d’une alimentation autonome, d’une caméra et d’un système de transmission
HF vers le sol, permettant une prévisualisation d'image en direct, sur un PC portable.
La réalisation d’une vidéo pendant l’observation, permettra ensuite l’acquisition de certaines images
(photographies).
Transportée gonflée à l’aide d’une remorque, cette unité mobile, doit être facile à déployer, extrêmement
maniable, et parfaitement adaptée aux situations les plus exigeantes.
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6.
INDICE DE PROTECTION
Indice de protection (degré de protection), c’est le degré de protection qui caractérise l’aptitude d’un matériel à
supporter les deux influence externes suivantes :


pénétration de corps solides et protection des personnes
pénétration de l’eau
L’IP comporte 2 chiffres relatifs respectivement à ces deux influences externes. Il est attribué au matériel à la
suite d’une série d’essais définis par la norme NF EN 60.529. Le degré de protection IP doit toujours être lu et
compris chiffre par chiffre et non globalement. Au plan français, un troisième chiffre, facultatif, peut être mentionné
par le fabricant (Norme NF C 20-010.) Une lettre optionnelle peut compléter les deux chiffres de l’IP. Elle indique
l’aptitude de l’enveloppe à protéger les personnes contre l’accès aux parties dangereuses.
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CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL
Code IK : protection contre les chocs
mécaniques (NF EN 50-102)
Lettre additionnelle, (option) protection des personnes
contre les accès aux parties dangereuses.
Lettre supplémentaire (option) information spécifique.
7.
NORME ELECTRIQUE
Les matériels ou appareils électriques doivent être conformes à la Norme internationale IEC
international standard et aux normes particulières qui les concernent. Il est rappelé que les marques ou
certificats de conformité constituent des présomptions de conformité à la réglementation.
la Norme internationale IEC ( CEI ) international standard
Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
Le système IEC est constitué d’une norme générique et de normes filles par secteur d’activité.
Exemples extraits de la norme :
IEC 60598-2-10 : Luminaires portatifs pour enfants
IEC 61 215 : Modules photovoltaïques pour application terrestre
IEC 60 840 : Câbles d'énergie à isolation extrudée
IEC 60 601 : Matériel équipement électrique
IEC 60603-7-7: Connecteurs
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