SCAO : Différence entre versions

Version du 2 juin 2016 à 14:17

Objet

SCAO

L'objet du SCAO est l'automatisation de la surveillance de la cuisson des aliments. Le SCAO est un outil qui permet de façonner la cuisson selon les exigences du concept culinaire Quiet Cook.

Article Wikipédia

L'objet de ce "wiki" est d'expliquer et de mettre à disposition, au fur et à mesure de leurs disponibilités, tous les fichiers et informations nécessaires à la fabrication des sous-ensembles de ce système ainsi qu'à l'évolution et au maintien de l'application logicielle.

Généralités

Maîtrise de la cuisson

En référence au téléfilm Chefs, la maîtrise, de la cuisson des aliments, résulte de l'habileté à coordonner le geste, le temps et le feu.

Le geste se concrétise par un mouvement de la main du cuisinier qui à l'aide :

• d'un ustensile de cuisine, tels que par exemple, une cuillère de bois pour remuer, un fouet pour battre ou mélanger, un écumoir pour écumer, les aliments contenus dans le récipient de cuisson.
• d'un bouton règle l'intensité du feu.

Le temps est le temps de cuisson ou sa durée.

Le feu est la source de chaleur fournie par l'appareil de cuisson.

Par définition de la thermodynamique, un flux thermique s'établit entre deux corps à des températures différentes. Ce transfert d'énergie interne est réalisé du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Il correspond à un transfert thermique qui s'écoule par unité de temps entre les deux corps. Ce transfert peut se réaliser au sein d'un seul corps ou par contact entre deux corps. Dans notre cas, le mode de transfert est la conduction, elle s'établit :

• par contact entre deux corps :
  • le foyer rayonnant de l'appareil de cuisson et le fond du récipient de cuisson,
  • le récipient de cuisson et les aliments.
• ou au sein d'un seul corps, pour le récipient de cuisson entre :
  • le fond et les parois latérales,
  • les parois et le couvercle.

En résumé, le flux thermique qui s'écoule entre la périphérie de l'aliment et son cœur va provoquer, en un point donné, une élévation de la température, et donc, sa cuisson.

Un système de cuisson culinaire est constitué d'un foyer rayonnant, d'un récipient de cuisson et des aliments contenus dans le récipient.

Au sein de ce système de cuisson, les températures mesurées, en des points différents, sont différentes. Comme nous l'avons expliqué ci-dessus, ces différences de températures vont être la cause des différents flux thermiques qui s'établissent.

Pour cuire régulièrement, une température constante au cœur de l'aliment semble une solution idéale. La question est comment y parvenir ? Comment obtenir une température constante au sein d'un milieu de cuisson liquide ?

• A la température d'ébullition, la première solution, la plus connue et la plus répandue, est de mettre à profit le palier d'autorégulation occasionné au point d'ébullition. C'est le cas de l'eau à 100 °C. A cette température un changement d'état s'effectue, de l'état liquide à l'état gazeux. Il s'agit de l'ébullition qui apparaît au point d'ébullition. Ce changement d'état provoque l'évaporation. Cette évaporation va :
  • diminuer progressivement le volume du liquide,
  • être à l'origine d'une consommation d'énergie,
  • permettre la réduction culinaire.
• Dans la gamme de la cuisson en basse température (70 à 90°C) :
  • la seconde solution est de régler manuellement la source de chaleur pour obtenir la température souhaitée. Le palier d'autorégulation ayant disparu, le réglage manuel devient extrêmement délicat.
  • la troisième solution est d'automatiser le réglage.

Systèmes de cuisson culinaire

Projets connexes

Projets connexes

Description physique

Correspondant au prototype N°2 (photo), le SCAO est constitué de matériels standard du commerce et de matériels spécifiques. Les matériels standard sont une table de cuisson électrique, une casserole équipée d'un couvercle et d'un ordinateur de type PC (non représenté sur la photo). Les matériels spécifiques sont un coffret électronique et une e-poignée USB qui se substitue à celle montée sur le couvercle par le constructeur.

Description fonctionnelle

Les fonctionnalités du SCAO sont la mesure de la température sur le couvercle de la casserole, la modélisation culinaire et le réglage du flux thermique. La modélisation culinaire prend en compte les choix de l'utilisateur et la température mesurée. Elle façonne la trajectoire de température et réalise son suivi.

Ces trois fonctionnalités sont complétées d'une fonction d'Interactions Homme-Machine (IHM)

Mesure de la température

Dans le domaine de la mesure physique, la thermométrie est le domaine de la physique concernant la mesure de la température. Une illustration de la problématique liée à cette mesure est fréquemment observée dans nos villes. L'affichage de la température sur des panneaux électroniques est rarement précis ! A la vitrine des opticiens qui commercialisent des thermomètres électroniques et des stations météo, observez et comparez les valeurs des températures affichées, vous trouverez des écarts très significatifs, dans certains cas, jusqu'à plus ou moins 2 degrés Celsius. En résumé, cette mesure qui nous semble, à priori, relativement simple, a besoin d'être réalisée avec beaucoup de rigueur.

La mesure de la température fait l'objet de 3 sous fonctions, la capture, le traitement du signal et la transmission de la valeur mesurée.

• La capture selon deux méthodes distinctes, avec contact et sans contact.
  • La capture de la température avec contact à l'aide d'une sonde de température, par exemple un thermocouple placé en contact intime avec l'élément à mesurer.
  • La capture de la température sans contact à l'aide d'une sonde infra rouge, une thermopile par exemple.
• Le traitement du signal : la sonde est connectée à un dispositif électronique qui va effectuer une amplification, un filtrage et une conversion analogique / digitale.

• La transmission vers l'unité centrale s'établit selon l'un des modes de communication, Ethernet, USB, WI-FI.

Modélisation culinaire

(à rédiger)

Réglage du flux thermique

(à rédiger)

Réalisation

Les réalisations, des 3 fonctions et de l'IHM, se concrétise au fil du temps sous la forme de 3 prototypes.

Prototype n°1

Le prototype n°1 constitue le SCAO de référence qui a permis l'aboutissement du dépôt de brevet auprès de l'INPI. Le document :

• est la référence unique en ce qui concerne le principe de fonctionnement et le vocabulaire culinaire spécifique
• décrit en détail les réalisations matérielle et logicielle, toutefois, ces réalisations à l'identique s'avéreraient très onéreuses.
• comporte une erreur au niveau de la revendication n°3 (emplacement de la sonde).

Prototype n°2

Les trois fonctions sont concrétisées par :

• la e-poignée pour la mesure de la température
• une application logicielle pour la modélisation culinaire
• un coffret électronique pour le réglage du flux thermique et des fonctions annexes.

e-poignée

La e-poignée réalise la mesure de la température. La méthode utilisée est la capture avec contact.

Elle se substitue à la poignée du couvercle de la casserole. Ses fonctionnalités sont, d'une part, de reconduire la fonctionnalité de manutention du couvercle, d'autre part, d'introduire une nouvelle fonctionnalité. Celle-ci consiste en la mesure de la température. En fonction du mode de transmission choisie (USB, Ethernet ou WI-FI), trois types de e-poignée sont envisagés. Ce prototype développe la e-poignée USB. Elle est composée de trois pièces principales réalisées par impression 3D au fablab de Nantes. Elle est traitée en un projet séparé accessible par le lien e-poignée USB. La e-poignée Ethernet et la e-poignée WI-FI sont développées dans le prototype N°3.

Application logicielle

L'application logicielle est développée sous Labview.

Coffret électronique

Le coffret électronique abrite :

• Un hub Hub USB 2.0 4 ports - bloc d'alimentation
• Un ensemble de module de la société canadienne Phidgets :
  • PhidgetInterfaceKit 8/8/8 Mini-Format 1010 correspondant à un microcontrôleur qui reçoit sur ses entrées les modules :
    • Dual Relay Board 3051 qui commande les deux foyers rayonnants de la table de cuisson
    • Amp Current Sensor AC/DC 1122 qui mesure le courant et en déduit le coût énergétique
    • Precision Voltage Sensor 1135 qui mesure la tension de 5V fourni par le bloc d'alimentation du hub
• Deux relais statique CELDUC en remplacement du module Dual Relay Board 3051.

Prototype n°3

En référence aux deux premiers prototypes, l'objet du N°3 est double :

• La migration entre le monde des logiciels propriétaires et celui des logiciels Open source. Concernant :
  • Les systèmes d'exploitation, de la famille Windows à celle de UNIX. De Windows XP à linux.
  • Les logiciels d'application, par l'abandon de la plate-forme labview au profit de la plate-forme Arduino 101.
  • Les langages de programmation, par l'abandon du langage graphique Labview au profit des langages C++ et du Arduino program language proche du C++.
• La miniaturisation, en utilisant :
  • des microcontrôleurs, de type Arduino nano ou 101 intégrés dans des objets connectés
  • un smartphone pour l'IHM, -> Canonical

Historique

La création de ce prototype commence au premier trimestre 2016, à l'occasion d'un stage à la cité de l'objet connecté.

l'idée

Ce projet s'inscrit dans le domaine de l'électroménager connecté, la cuisine du futur! Par rapport aux deux premiers, ce troisième prototype prolonge l'effort de miniaturisation du système culinaire. Il maintient les mêmes avantages, préservation des qualités nutritionnelles des aliments, gain de temps et économies d'énergie.

Description physique

Ce 3ème prototype est constitué de :

• Deux objets connectés pilotés par un smartphone
• matériels standards du commerce : table de cuisson électrique et casserole équipée d'un couvercle.

Les deux objets connectés sont baptisés :

• e-poignée
• e-rupteur.

La e-poignée est déjà identifié sur le site fablabo, il convient donc de différencier la présente version des autres. Le e-rupteur est plus récent et il sera également décliné sous différente version.

e-poignée

La mesure de la température, qui utilise la méthode de capture avec contact, est réalisée par la e-poignée. Elle se substitue à la poignée du couvercle de la casserole. Ses fonctionnalités sont, d'une part, de reconduire la fonctionnalité de manutention du couvercle, d'autre part, d'introduire une nouvelle fonctionnalité. Celle-ci consiste en la mesure de la température. En fonction du mode de transmission choisie (USB, Ethernet ou Ble), trois types de e-poignée sont envisagés.

e-poignée-a USB

Elle est décrite par le cahier des charges.

e-poignée Ethernet

e-poignée Ble

e-rupteur

Il est réalisé à partir de :

• 1 microcontrôleur Arduino 101
• 1 shield Arduino sur lequel est cablé un module d'alimentation 5 Volts
• 1 carte relais fixé sur le shield

IHM

La fonction de l'IHM est réalisée par une application installée sur un smartphone.

Outillages

Plate-forme Arduino 101

Elle est constituée de la carte Arduino 101 complétée du logiciel et de la documentation

Plate-forme Microchip

Elle est traitée en un projet séparé accessible par le lien PIC.

Formation

• Linux
• Comprendre les microcontrôleurs
• C++