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

UE MU5CI823 - Optimisation, contrôcontrôle et digitalisation des procédéprocédés

Groupe 5

Composition du groupe :

• Steven Cossou
• StéStéphane HervéHervé
• Saineyta Joof
• Sofian Pronnier

Date de dédébut : Octobre 2025

Date de fin : 

Introduction :

Dans le cadre de l’l’UE 5CI823, nous devons réréaliser un projet expéexpérimental portant sur la conception d’d’un prototype de rérégulation ou d’d’automatisation appliquéappliqué aux procédéprocédés chimiques. Le journal de bord ci-dessous retrace l’l’ensemble des éétapes de notre travail, depuis le choix du sujet et des composants jusqu’jusqu’au dédéveloppement du prototype. Notre projet portera sur la rérégulation de la tempétempérature et du dédébit d’d’une machine àà cafécafé àà l’l’aide de capteurs et d’d’actionneurs pilotépilotés par une carte Arduino, afin d’d’assurer un fonctionnement automatiséautomatisé et stable.

Objectif:

Le systèsystème devra :

• Mesurer en temps réréel la tempétempérature de l’l’eau et le dédébit d’éd’écoulement,

• Comparer les valeurs mesurémesurées aux valeurs de consigne,

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

• Assurer la sécuritésécurité (surchauffe, manque d’d’eau, dédébit anormal).

Composants :

Capteurs : 1 sonde de tempétempérature éétanche DS18B20, 1 capteur de niveau, 1 thermistance

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

Modules complécomplémentaires : 2 MOSFET, 1 bouton poussoir, 1 éécran LCD 16x2

ÉléÉléments de câcâblage : Fils dupont, 1 breadboard

Carte de contrôcontrôle : Arduino Uno

DéDéroulement de projet :

Semaine 17 au 24 octobre :

AprèAprès discussion au sein du groupe, nous avons choisi de consacrer notre projet àà la conception et au contrôcontrôle de la tempétempérature et du dédébit d’d’une machine àà cafécafé. Ce sujet nous a semblésemblé pertinent car il combine des aspects thermiques, éélectroniques et de rérégulation, tout en permettant l’intél’intégration de capteurs, d’d’actionneurs et d’d’une commande Arduino. Il offre éégalement un cadre clair pour tester des stratéstratégies de contrôcontrôle et dédévelopper un prototype fonctionnel.

Les diffédifférents capteurs, actionneurs et autres composants éélectroniques ont étéété sélectionnésélectionnés pour le projet.

Premier Brouillon:

 

17 novembre :

Les composants nous ont étéété remis en main propre, puis nous les avons transportétransportés au Fablab oùoù ils ont étéété rangérangés dans une boîboîte àà notre nom pour êêtre conservéconservés et utiliséutilisés pendant le projet.

27 novembre:

Aujourd’Aujourd’hui, nous avons réaliséréalisé le schéschéma de branchement sur TinkerCAD, en repréreprésentant tous les capteurs, actionneurs et connexions àà l’l’Arduino, afin de prépréparer le montage physique du prototype. Nous avons éégalement réaliséréalisé une simulation du systèsystème sur Simulink afin d’éd’étudier le comportement de la cafetiècafetière et de dédéterminer le type de rérégulation le plus adaptéadapté. Cette simulation nous a permis de comparer les rérésultats d’d’un contrôcontrôle ON/OFF simple avec ceux d’d’un contrôcontrôle PID, en observant la stabilitéstabilité de la tempétempérature, la rapiditérapidité de réréponse et la préprécision du systèsystème. GrâGrâce àà ces essais virtuels, nous avons pu prendre une dédécision éclairééclairée sur la stratéstratégie de rérégulation àà mettre en œœuvre sur le prototype réréel.

L’éL’étude a étéété faite en éévaluant trois critècritères standards en automatique :

• temps de montémontée (rapiditérapidité d’d’atteinte de 60 °°C),

• dédépassement maximal (risque de surchauffe),

• erreur en rérégime permanent (préprécision du maintien de la tempétempérature).

Nous avons choisi une consigne de tempétempérature de 60 °°C, afin d’éd’éviter d’d’endommager le matématériel et de rester dans une plage sûsûre pour les composants du prototype.

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

150 / 18,3 ≈≈ 8,2 s 

Premier Schema:

AprèAprès ces éétapes de modémodélisation et simulation, nous avons :

• soudésoudé la pompe,

• soudésoudé le switch de commande,

• testétesté le bloc chauffant sous tension nominale sur une courte durédurée avec lecture capteur pour valider la montémontée thermique attendue et l’l’absence de dédéfaut éélectrique,

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

Ces tests ont confirméconfirmé que le bloc chauffant et la pompe éétaient fonctionnels, validant ainsi la base matématérielle du prototype de machine àà cafécafé.

Soudure des fils àà notre pompe :

Soudure des fils àà notre switch de commande:

Branchement des fils de connexions:

 

28 novembre:

Aujourd’Aujourd’hui, nous avons rencontrérencontré un problèproblème avec le code de la cafetiècafetière : l’él’écran affichait le message «« vévérifier alim »», et la tempétempérature mesurémesurée éétait de 127 °°C, valeur incohéincohérente. AprèAprès vévérification, nous avons constatéconstaté que la sonde pour mesurer l’la température de l’eau ne fonctionnait pas correctement. La tension mesurémesurée au niveau de la sonde éétait de 4,80 V, ce qui indique un problèproblème de dédétection. Nous avons testétesté plusieurs versions du code dans le but de rérésoudre l’l’anomalie, mais aucune n’n’a permis de rérétablir un fonctionnement correct. Le câcâblage de l’l’alimentation a étéété vérifiévérifié et ne préprésentait pas de dédéfaut apparent. Face àà cette impasse, nous avons envisagéenvisagé de remplacer la sonde, mais nous n’n’avons pas pu en trouver une disponible. Nous avons donc contactécontacté le professeur par email pour l’l’informer du problèproblème et demander son avis sur la marche àà suivre.

                                             

6 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 :