SCAO

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Un outil culinaire baptisé Système de Cuisson Assistée par Ordinateur (SCAO)



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 :

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 :
  • 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

SCC.png

Projets connexes (tutorés)

Projets connexes

Description physique

SCAO1193.JPG

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.

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.

Leurs localisation et désignation évoluent d'un prototype à l'autre :
Mesure de la température
Modélisation culinaire
Réglage du flux thermique
IHM
1
Sonde + Coffret "Marina"
Ordinateur
Coffret "Marina"
Ordinateur
2
e-poignée
Ordinateur
Coffret électronique
Ordinateur
3
e-poignée
e-rupteur
e-rupteur
e-rupteur


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.

Application logicielle

L'application logicielle est développée sous Labview.

Coffret électronique

Le coffret électronique abrite :

Prototype n°3

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

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

Ce 3ème prototype est constitué de :

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

Les deux objets connectés sont baptisés e-poignée et e-rupteur. Dans le cadre du prototype N°2, la e-poignée est déjà identifié sur le site fablabo, il convient donc de différencier les différentes versions. En fonction du mode de transmission choisie (USB, Ethernet ou 433MHZ), trois types de e-poignée sont envisagés :

Le e-rupteur est plus récent et il sera également décliné sous différente version. La première version est e-rupteur 433, elle inclus la fonction IHM.

Intégration du SCAO dans la maison

En référence au schéma ci-dessous, l'intégration dans la maison, des activités du SCAO, s'est concrétisée au fur et à mesure sous la forme d'une documentation et de trois ateliers.

Intégration des ateliers

Documentation

La documentation trouve sa place dans une très belle armoire ancienne, de style art déco. Cette armoire est aménagée par Olivier Marais pour s'adapter à de nouvelles fonctionnalités :

Armoire
  • Sa porte équipée d'un miroir est démontée et installée à un autre endroit de la maison.
  • 3 étagères en hêtre sont ajoutées à celle existante.
Porte de l'armoire
  • Les dossiers sont organisés en classeur à anneaux, dossiers cartonnés et dossiers d'archives.
Documentation SCAO

Ateliers

Atelier salon

L'atelier salon, comme son nom l'indique, occupe dans la maison l'emplacement dédié traditionnellement au salon. Pour cette raison, il est d'un design très soigné, sa vocation est le prototypage de petites pièces ainsi que le montage-câblage en électronique. Sa surface, d'environ 5 mètres carrés, est suffisante en regard des dimensions des pièces à fabriquer et des composants électroniques qui les équipent. Ses exigences, en terme de propreté, en raison de l'activité de la micro-électronique, sont sévères, sans toutefois atteindre celles d'une salle blanche mais en s'efforçant toutefois d'en faire un endroit propre et soigné.

Il est meublé d'un établi, d'une étagère de rangement, d'un tabouret et de la chaîne HI-FI qui se maintient en son emplacement antérieur.

L'établi est équipé de :

  • une perceuse à colonne
  • un poste de soudure
  • un étau.

Le croquis ci-dessous indique les emplacements de ces fonctionnalités.

Atelier salon - Vue de de dessus

Les dessins techniques ci-dessous donnent les plans permettant la fabrication de l'établi.

Atelier salon - Dessin technique - 3 vues
Atelier salon - Dessin technique 3 vues - Axes, cotations et pointillés.
Atelier salon - Dessin technique 3 vues - Axes, et pointillés, en rouge : assemblage M12 et tirfonds.
Atelier salon - Dessin technique - Détail en rouge de l'assemblage M12.

Atelier logiciel

L'atelier logiciel est installé sur un ordinateur de type PC.

Le BIOS contenu dans la mémoire EEPROM de la carte mère de l'ordinateur permet d'effectuer des opérations de base lors de la mise sous tension. En particulier, le POST qui consiste à un ensemble de tests. Lors du déroulement du BIOS, l'appui sur la touche Suppr. permet l'entrée dans le BIOS setup utility pour définir ou modifier un ensemble de paramètres de configuration.

Un noyau de système d'exploitation, ou simplement noyau, ou kernel (de l'anglais), est une des parties fondamentales du système d'exploitation. Il gère les ressources de l'ordinateur et permet aux différents composants — matériels et logiciels — de communiquer entre eux. Une distribution est un ensemble cohérent de logiciels assemblés autour de ce noyau. Le noyau est le noyau Linux, la distribution choisie est Ubuntu.

La modélisation des pièces constitutives du SCAO mets en œuvre trois logiciels :

  • LibreCAD pour les plans en 2D, pour un même plan, un empilement de calques (en anglais layers) est utilisé, chaque calque ayant sa fonction propre. Les fichiers .dxf facilitent l'échange avec les deux autres logiciels.
  • Openscad pour les dessins en 3D, l'importation des fichiers .dxf est utilisé conjointement à une extrusion linéaire pour constituer des objets 3D. En d'autres termes une extrusion linéaire à partir d'un fichier dxf.
  • kicad pour les circuits imprimés, l'importation des fichiers .dxf est utilisé pour les empreintes de circuits intégrés (footprint).

Ces importations apportent souplesse et précision car elles permettent de définir une fois pour toute les valeurs attribuées aux dimensions, longueurs, largeurs, entraxes, positionnement d'un objet,...etc.

En compléments :

  • Les schémas de la documentation sont réalisées à l'aide du logiciel Inkscape
  • La retouche des photos et les animations sont réalisés à l'aide du logiciel Gimp
  • La bureautique est assurée par la suite bureautique Libre Office
The Linux Boot Process

La référence au MOOC The Linux Boot Process est nécessaire pour une bonne compréhension des détails de ce process. Les points essentiels sont :

  • BIOS
  • Boot loader
    • GRUB
    • choix de l'OS et chargement du kernel dans la RAM, décompresse, vérification, analyse, initialisation des drivers des matériels.

Le contenu du fichier Grub est :

  1. If you change this file, run 'update-grub' afterwards to update
  2. /boot/grub/grub.cfg.
  3. For full documentation of the options in this file, see:
  4. info -f grub -n 'Simple configuration'

GRUB_DEFAULT=0

  1. GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=0

GRUB_HIDDEN_TIMEOUT_QUIET=true

GRUB_TIMEOUT=10

GRUB_DISTRIBUTOR=`lsb_release -i -s 2> /dev/null || echo Debian`

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"

GRUB_CMDLINE_LINUX=""

  1. Uncomment to enable BadRAM filtering, modify to suit your needs
  2. This works with Linux (no patch required) and with any kernel that obtains
  3. the memory map information from GRUB (GNU Mach, kernel of FreeBSD ...)
  4. GRUB_BADRAM="0x01234567,0xfefefefe,0x89abcdef,0xefefefef"
  1. Uncomment to disable graphical terminal (grub-pc only)
  2. GRUB_TERMINAL=console
  1. The resolution used on graphical terminal
  2. note that you can use only modes which your graphic card supports via VBE
  3. you can see them in real GRUB with the command `vbeinfo'
  4. GRUB_GFXMODE=640x480
  1. Uncomment if you don't want GRUB to pass "root=UUID=xxx" parameter to Linux
  2. GRUB_DISABLE_LINUX_UUID=true
  1. Uncomment to disable generation of recovery mode menu entries
  2. GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"
  1. Uncomment to get a beep at grub start
  2. GRUB_INIT_TUNE="480 440 1"
Les sauvegardes et les restaurations

Les sauvegardes et les restaurations sont effectuées à l'aide du logiciel déjà dup. La sauvegarde est journalière et automatisée.

La restauration de l'intégralité des fichiers est simple mais peut par contre être longue.

La restauration d'un seul fichier est plus délicate car le fichier de sauvegarde est compressé. Par exemple :

duplicity-new-signatures.20170416T090035Z.to.20170418T091639Z.sigtar.gz

Ce fichier .gz

Avec la commande gunzip (compress or expand files) on obtient le fichier :

duplicity-new-signatures.20170416T090035Z.to.20170418T091639Z.sigtar

Avec la commande tar (stores and extracts files from a tape or disk archive), en fonction des attributs utilisés, on obtient :

  • la liste des fichiers contenus dans l'archive avec -tf
  • la restauration d'un ou plusieurs fichier avec -xf et le nom du répertoire ou du fichier après le nom de l'archive .sigtar

Attention : cette restauration se fait avec toute l'arborescence sous un répertoire nommé "signature".

Plate-forme Arduino UNO

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

Plate-forme Microchip

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

Atelier culinaire

Atelier culinaire du prototype N°2

Formation