Projet : Régulation de la température et du débit d'une cafetière

UE MU5CI823 - Optimisation, contrôle et digitalisation des procédés

Groupe 5

Composition du groupe :

• Steven Cossou
• Stéphane Hervé
• Saineyta Joof
• Sofian Pronnier

Date de début : Octobre 2025

Date de fin : 

Introduction :

Dans le cadre de l’UE 5CI823, nous devons réaliser un projet expérimental portant sur la conception d’un prototype de régulation ou d’automatisation appliqué aux procédés chimiques. Le journal de bord ci-dessous retrace l’ensemble des étapes de notre travail, depuis le choix du sujet et des composants jusqu’au développement du prototype. Notre projet portera sur la régulation de la température et du débit d’une machine à café à l’aide de capteurs et d’actionneurs pilotés par une carte Arduino, afin d’assurer un fonctionnement automatisé et stable.

Objectif:

Le système devra :

• Mesurer en temps réel la température de l’eau et le débit d’écoulement,

• Comparer les valeurs mesurées aux valeurs de consigne,

• Ajuster automatiquement la puissance de chauffe et le débit afin d’assurer une extraction stable et contrôlée,

• Assurer la sécurité (surchauffe, manque d’eau, débit anormal).

Composants :

Capteurs : 1 sonde de température étanche DS18B20, 1 capteur de niveau, 1 thermistance

Actionneurs : 1 Pompe 12V, 1 résistance chauffante 12V

Modules complémentaires : 2 MOSFET, 1 bouton poussoir, 1 écran LCD 16x2

Éléments de câblage : Fils dupont, 1 breadboard

Carte de contrôle : Arduino Uno

Déroulement de projet :

Semaine 17 au 24 octobre :

Après discussion au sein du groupe, nous avons choisi de consacrer notre projet à la conception et au contrôle de la température et du débit d’une machine à café. Ce sujet nous a semblé pertinent car il combine des aspects thermiques, électroniques et de régulation, tout en permettant l’intégration de capteurs, d’actionneurs et d’une commande Arduino. Il offre également un cadre clair pour tester des stratégies de contrôle et développer un prototype fonctionnel.

Les différents capteurs, actionneurs et autres composants électroniques ont été sélectionnés pour le projet.

Premier Brouillon:

17 novembre :

Les composants nous ont été remis en main propre, puis nous les avons transportés au Fablab où ils ont été rangés dans une boîte à notre nom pour être conservés et utilisés pendant le projet.

27 novembre:

Aujourd’hui, nous avons réalisé le schéma de branchement sur TinkerCAD, en représentant tous les capteurs, actionneurs et connexions à l’Arduino, afin de préparer le montage physique du prototype. Nous avons également réalisé une simulation du système sur Simulink afin d’étudier le comportement de la cafetière et de déterminer le type de régulation le plus adapté. Cette simulation nous a permis de comparer les résultats d’un contrôle ON/OFF simple avec ceux d’un contrôle PID, en observant la stabilité de la température, la rapidité de réponse et la précision du système. Grâce à ces essais virtuels, nous avons pu prendre une décision éclairée sur la stratégie de régulation à mettre en œuvre sur le prototype réel.

L’étude a été faite en évaluant trois critères standards en automatique :

• temps de montée (rapidité d’atteinte de 60 °C),

• dépassement maximal (risque de surchauffe),

• erreur en régime permanent (précision du maintien de la température).

Nous avons choisi une consigne de température de 60 °C, afin d’éviter d’endommager le matériel et de rester dans une plage sûre pour les composants du prototype.

Notre pompe a un débit de 1,1 L/min soit 18,3 mL/s. Notre gobelet a un volume d’environ 150 mL. 

150 / 18,3 ≈ 8,2 s 

Premier Schema:

Après ces étapes de modélisation et simulation, nous avons :

• soudé la pompe,

• soudé le switch de commande,

• testé le bloc chauffant sous tension nominale sur une courte durée avec lecture capteur pour valider la montée thermique attendue et l’absence de défaut électrique,

• puis testé la pompe via activation Arduino + switch pour confirmer son déclenchement stable et son fonctionnement hydraulique.

Ces tests ont confirmé que le bloc chauffant et la pompe étaient fonctionnels, validant ainsi la base matérielle du prototype de machine à café.

Soudure des fils à notre pompe :

Soudure des fils à notre switch de commande:

Branchement des fils de connexions:

28 novembre:

Aujourd’hui, nous avons rencontré un problème avec le code de la cafetière : l’écran affichait le message « vérifier alim », et la température mesurée était de 127 °C, valeur incohérente. Après vérification, nous avons constaté que la sonde pour mesurer la température de l’eau ne fonctionnait pas correctement. La tension mesurée au niveau de la sonde était de 4,80 V, ce qui indique un problème de détection. Nous avons testé plusieurs versions du code dans le but de résoudre l’anomalie, mais aucune n’a permis de rétablir un fonctionnement correct. Le câblage de l’alimentation a été vérifié et ne présentait pas de défaut apparent. Face à cette impasse, nous avons envisagé de remplacer la sonde, mais nous n’avons pas pu en trouver une disponible. Nous avons donc contacté le professeur par email pour l’informer du problème et demander son avis sur la marche à suivre.

                                             

5 décembre:

Après remplacement de la sonde obsolète par une nouvelle, la température était détectée correctement. Nous avons également commencé le montage en ajoutant une boîte de conserve en tant que réservoir. Nous avons testé un nouveau code permettant une régulation de température avec des constantes théoriques, avec une consigne à 50°C pour la température de l'eau. Lorsque la température est stable, le pompage est autorisé, la pompe s'actionne lorsque le capteur de distance détecte un verre à 2 cm. La température du bloc est également affiché par sécurité car la température de celui-ci est plus élevé que l'eau car la conduction n'est pas optimale. Malheureusement, nous avons rencontré un problème au niveau du bloc chauffant. Le chauffage ne dépassait pas 40°C au bout de quelques essais (probablement du à une surutilisation).

Schéma du montage électronique :