Ex AO [PDF]

Zitiervorschau

Université Cadi Ayyad Ecole Normale Supérieur Marrakech

Cycle Licence d’Education en Sciences Physiques Chimie TICE / CLE PC S2 Département Physique

Généralité de l’Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO)

Année Universitaire : 2019- 2020

A.KOUMINA / A.BAKAK / S.FAIK

Table des matières Introduction ...................................................................................................................................................... 1 Généralité de l’Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO) ............................................. 2 I- Histoire de l’ExAO ....................................................................................................................................... 2 II- Définition de L’ExAO ................................................................................................................................. 2 III- ExAO outil de laboratoire .......................................................................................................................... 3 IV- Généralités sur le système ExAO ............................................................................................................... 3 IV-1- Chaine d’acquisition des mesures ....................................................................................................... 3

IV-1-a- Rôle de ha ue élé e t de la hai e d’a uisitio ..................................................... 4 IV-1-b- P i ipe d’a uisitio des do

ées............................................................................... 4

V- Différentes composantes du système d’acquisition de données .................................................................. 5 V-1- Capteurs ................................................................................................................................................ 5

V-1-a- Définition ........................................................................................................................ 5 V-1-b- Ca a té isti ues d’u

apteu ........................................................................................ 5

V-2- Conditionneur ....................................................................................................................................... 5 V-3- Convertisseurs analogiques-numériques .............................................................................................. 6

V-3-a- Définition ........................................................................................................................ 6 V-3-b- Caractéristique du CAN .................................................................................................. 6 V-4- Logiciels d’ExAO ................................................................................................................................ 6

V-4-a- Définition ........................................................................................................................ 6 V-4-b- Types de logiciels............................................................................................................ 6 VI- Apports didactique de l’ExAO ................................................................................................................... 7

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Introduction L’objectif de ce chapitre c’est de connaitre l’importance de l’expérimentation assisté e par ordinateur (ExAO) dans l’apprentissage des matières scientifiques, et leurs utilités dans l’environnement d’apprentissage des travaux pratique des sciences physique.

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Généralité de l’Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO) I- Histoire de l’ExAO L’utilisation de l'ordinateur comme outil de laboratoire a été la première application de l'informatique à s'introduire dans l'enseignement sous le thème d’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO). L’ExAO a connu un grand succès en raison des apports scientifiques et pédagogiques qui lui ont été reconnus. Entre les années 70 et 80, quelques entreprises ont commencé à développer le matériel d’ExAO, et de nombreux établissements ont été dotés dès le début des années 80 de fabriquer des matériels informatiques, des interfaces d’acquisition des données accompagnées de quelques capteurs de base, et des logiciels dédiés correspondants. Pendant ce temps, le développement de travaux de recherche sur l’ExAO se poursuivaient avec une diversification croissante des capteurs permettant d’expérimentations possibles, et avec la mise au point de systèmes plus puissants et plus ergonomiques profitant de l’augmentation considérable des performances des microordinateurs. Ainsi aux premiers logiciels fonctionnant avec le système d'exploitation MSDOS (abréviation de Microsoft Disk Operating System). Ils sont ajouté des logiciels fonctionnant avec l'environnement Windows. Une salle dédiée à l'ExAO peut ainsi être installée dans un établissement scolaire à un coût relativement faible en "recyclant" des machines dont personne ne voudrait plus pour les applications bureautiques actuelles. Il n'est donc pas indispensable de posséder des machines très puissantes pour utiliser l'ordinateur comme outil de laboratoire.

II- Définition de L’ExAO L’expérience où l’ordinateur est utilisé l’ExAO ne diffère pas de celle académique sauf que le processus est plus rapide du fait que les données sont acquises automatiquement par l’intermédiaire des capteurs électroniques, traitées et présentées en temps réel sur des graphiques ou des tableaux.

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III- ExAO outil de laboratoire L’Expérimentation Assistée par Ord inateur (ExAO) a été initié en 1972. Depuis plus de 40 ans, elle a remplacé plusieurs appareils par l’introduction de l’ordinateur. Dans ces laboratoires informatisés, on utilise l’ordinateur dans ses trois modes de fonctionnement :

Les modes de fonctionnement

En mode conversationnel

En mode graphique

En mode contrôle de procédés

Pou pe ett e à l’étudia t de paramétrer ses expériences en communiquant avec l’e vi o e e t ph si ue d’app e tissage via le clavie de l’o di ateu

Pour présenter sous forme symbolique les do ées d’u e e pé ie ce su l’éc a de l’o di ateu

Pour acquérir les données et superviser le déroulement de l’e pé ie ce via u e i te face d’ac uisitio de données

Figure 1 :Modes de fonctionnement de l’ordinateur

IV- Généralités sur le système ExAO IV-1- Chaine d’acquisition des mesures Un système d’ExAO est composé d’un capteur, conditionneur, convertisseur analogique numérique et un ordinateur qui contient un logiciel de traitement comme indiqué sur la figure.

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Phénomene physique à etudier

Conditionneur Capteur

(Amplification) (Echantionneur)

(le mesurande)

Convertisseur Analogique/Numérique

Ordinateur

(Logiciel + visulisation)

Figure 2 : Chaine d’acquisition des données IV-1-a- Rôle de chaque élément de la chaine d’acquisition Le mesurande: c’est la grandeur physique que l’on souhaite connaitre. Capteur: permet l’acquisition de l’information sous forme d’un signal électrique. Conditionneur : permet le conditionnement de signal électrique (amplifier+filtre) pour s’ajusté à l’entré du convertisseur. Convertisseur analogique-numérique: permettant la conversion des signaux analogiques à un nombre exprimé en n bites. Un ordinateur et un logiciel: permet de piloter l’interface de manière générale et permet aussi de traiter les résultats des mesures (calculer, afficher,….), il est nécessaire de choisir un logiciel adéquat pour piloter l’interface. IV-1-b- Principe d’acquisition des données Dans l’environnement de l’expérimentation assistée par ordinateur, on utilise des capteurs sensibles à différents phénomènes physiques ; ces dernières permettant la collection des mesures grâce à une interface électronique de la chaine d’acquisition des données qui fonctionne de la manière suivante : Au niveau du capteur, tout phénomène physique traduit se forme d’un signal électrique. Le signal électrique obtenus sera conditionné électriquement (amplifier, filtre) pour s’ajuster à l’entrée de convertisseur analogique numérique. Le signal conditionné sera transformé par une interface électrique à des nombres binaires à l’aider de CAN. Les nombres binaires obtenus sont transmis par logiciel d’acquisition des données pour être affiché par l’Ordinateur, ce qui permet de présenter les grenadeurs mesurée par le capteur se forme symbolique(les graphes ; les tableaux…) en temps réel dans laquelle le TP

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se déroule sur l’écran de l’Ordinateur, se qui permet à l’étudiant et les enseignants de répéter le TP et consacrer tout leur temps pour bien étudier le phénomène physique.

V- Différentes composantes du système d’acquisition de données V-1- Capteurs V-1-a- Définition Les capteurs sont les premiers éléments dans le système d’acquisition de l’information, Le capteur est l’élément qui permet de donner une image d’après le mesurande qui est la grandeur physique qu’on veut connaitre. A chaque mesurande est associé un capteur, Le mesure peut être une impédance, une charge électrique, ou un courant. V-1-b- Caractéristiques d’un capteur La courbe d’étalonnage :

 Chaque capteur possède une courbe d’étalonnage permettant de lire la valeur du signal électrique S et déduire le mesurande m.

L’étendue de mesure :

 C’est la plage des valeurs de mesurande pour lesquelles le capteur répond, aux données par le constricteur de capteur.

La sensibilité d’un capteur :

 La sensibilité d’un capteur est la variation de la sortie électrique divisée par la variation de la mesurande.

Les domaines d’utilisation d’un capteur :

 Les capteurs ont trois domaines d’utilisation: 1. Domaine nominal d’utilisation. 2. Domaine de non détérioration (dans lequel le capteur ne subit aucune modification des caractéristiques techniques). 3. Domaine de non destruction (dans lequel le capteur ne se détruit pas mais les caractéristiques techniques peuvent être changées).

V-2- Conditionneur C’est l’élément de la chaine d’acquisition qui permet le conditionnement d’un signal électrique (filtration, amplification) pour ajuster à l’entrée du convertisseur (ex entre 0 et 10V).

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V-3- Convertisseurs analogiques-numériques V-3-a- Définition Un convertisseur analogique-numérique (CAN) est un dispositif électronique qui permet de transformer une grandeur analogique en une valeur numérique exprimée en N bits.

Convertisseur A/N

Tension à convertir

Mots binaire N bits

Figure 3 : Schéma de la conversion d’une tension. L’opération de la conversion se fait en deux étapes : La quantification: basée sur le prélèvement de la tension du signal continu au cours du temps. Le codage : donne à chaque valeur son équivalent en binaire. V-3-b- Caractéristique du CAN La résolution du CAN liée aux nombre de bits n ( =

avec r sans unité.

Le temps nécessaire pour effectuer une opération de conversion. La plage de tension analogique convertible.

V-4- Logiciels d’ExAO V-4-a- Définition Le logiciel d’acquisition permet de piloter l’interface, de lire la valeur qu’elle émet, de l’enregistrer, d’effectuer des calculs précis sur ces valeurs, d’afficher les courbes, et de faire la modélisation. V-4-b- Types de logiciels On peut distinguer deux types de logiciels :

1) Les logiciels spécialistes : sont pour un type d’expérience déterminé et proposant des procédures prêt à l’emploi.

Les logiciels généralistes: permettant de piloter l'interface et de traiter les résultats quels que soient les capteurs utilisés et les manipulations réalisées.

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VI- Apports didactique de l’ExAO L’ExAO permet de passer d’un enseignement magistral à un apprentissage par compétence sans la complicité des enseignants, la plupart des recherches démontrent qu’un enseignement assisté par ordinateur exercer une influence positive sur l’apprentissage des élèves a observé des indications qu'il y a un potentiel de bénéfice considérable avec une approche utilisant l’informatique pour combler des besoins liés au développement de matériel et des méthodes pédagogiques. Un enseignement complété par l’ordinateur peut aider les élèves à développer leurs habiletés cognitives. Il permet aux enseignants de ne plus se contenter de réaliser des expériences préétablies mais de concevoir et construire eux-mêmes sans aucune connaissance en informatique et en électronique leurs propres activités de laboratoire en sciences expérimentales. Les aspects positifs soulevés par les élèves concernant les outils utilisant l’ExAO ont été la rapidité, le côté pratique, la compréhension (par la preuve faite), des sources d’erreur plus petites, attirer l’attention, le côté visuel et la dimension concrète de la démonstration et augmente chez l'élève la confiance. Utile didactique à la réalisation par l’étudiant d’expériences qui répandent à ses propres questions d’une manière très rapide. Les élèves prennent moins de temps pour mémoriser et plus de temps pour observer et pour développer des compétences techniques et analytiques.

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