Révisions

D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 1/6 STI2D EE Eiffel Dijon

SERRURE BIOMETRIQUE

Nom :

/20

Le système pédagogique "serrures biométriques en réseau Ethernet", proposé par la société SET, concerne la technologie du contrôle d'accès sécurisé.

Ce système est constitué de deux serrures automatisées à reconnaissance d'empreintes digitales, fabriquées par la société Hentech, mises en réseau entre elles et un ordinateur de type PC par liaisons filaires Ethernet et un répéteur multi-ports de type "switch".

1 Présentation 1. Principe de fonctionnement

Les empreintes digitales autorisées doivent préalablement être mémorisées (enrôlement). En veille, la rotation de la poignée extérieure fonctionne à vide et n'entraîne pas la rentrée du pêne, donc la porte ne peut pas être ouverte. Lorsqu'un doigt est posé sur le capteur, l'empreinte est lue. Si cette empreinte correspond à une des empreintes mémorisées (authentification), un moteur électrique établit une liaison mécanique dans la chaîne cinématique entre la poignée extérieure et le pêne : la porte peut alors être ouverte.

Le module lecteur d'empreinte des serrures est de type optique. Il intègre le capteur, le processeur de traitement, la mémoire de stockage des

gabarits d'empreintes et les interfaces d'entrée-sortie pour communiquer avec la carte de gestion.

La surface du doigt correspondant à l'empreinte digitale, posée sur une des faces du prisme, est éclairée par les LED. L'image de l'empreinte est renvoyée sur le capteur optique via la lentille convergente. Cette image est numérisée par le capteur puis traitée par le processeur qui crée le gabarit des minuties. Les gabarits sont stockés dans la mémoire et, si besoin, transmis à un ordinateur central via le port de communication. De même les gabarits stockés dans l'ordinateurs peuvent être transférés dans la mémoire du lecteur afin de permettre un fonctionnement en mode secours (alimentation secteur coupée ou réseau informatique défaillant).

2. Diagramme des exigences « SysMl » de la serrure biométrique autonome

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D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 2/6 STI2D EE Eiffel Dijon

2 Fermeture d’une porte de bureau actionnée par une serrure biométrique

Problématique : La norme d’accessibilité est-elle respectée ?

Un « groom » est un système hydro-mécanique de fermeture automatique de porte pour personne à mobilité réduite (cas étudié). La personne doit appuyer sur la serrure biométrique pour déverrouiller la serrure et doit légèrement pousser la porte pour qu’elle puisse s’ouvrir. La figure 1 montre le dispositif en position fermée et semi-ouverte. Lorsqu’on ouvre la porte, la rotation du bras 2 entraîne la translation du piston qui comprime le ressort. Dès que la porte est lâchée le ressort se détend pour provoquer le mouvement inverse.

Les normes d’accessibilité : les points de vigilances

Dénivelés ou pentes : Ressauts de faible hauteur : ≤ 2 cm OU ≤ 4 cm (et chanfreiné à 1 pour 3 ou à 33 % maximum)

La largeur de portes Pour un établissement (neuf ou existant) recevant un public de moins de 100 personnes :

- Largeur de porte ≥ 0,90 m - Passage utile ≥ 0,83 m

Nécessité de prévoir un espace de manœuvre de porte De part et d’autre de chaque porte, il faut prévoir d’intégrer un espace de manœuvre de porte, lequel correspond à un rectangle de même largeur que le cheminement mais dont sa longueur va varier selon le type de porte :

- Porte à pousser : 1,70 m* - Porte à tirer : 2,20 m

Il faut veiller à positionner judicieusement cet espace de manœuvre de porte en fonction du sens d’ouverture de la porte et de l’impératif d’atteinte de la poignée

Choisir des poignées faciles à manœuvrer : Les poignées que l’on peut manœuvrer en laissant « tomber la main » sont celles qui conviennent le mieux.

Effort maximal de poussée : L’effort nécessaire pour ouvrir une porte doit être inférieure à 50 N (- de 5 kg), que la porte soit ou non équipée d’un dispositif de fermeture automatique.

Schéma cinématique de l’ouverture mécanique de la porte.

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D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 3/6 STI2D EE Eiffel Dijon

Q1 Indiquer le nom des liaisons mécaniques élémentaires (1,5 pt) Q2 Indiquer les différents degrés de libertés de ces liaisons mécaniques (0 pas de degré de liberté ou 1 degré de liberté) (1,5 pt)

N.B. : Le schéma cinématique de la figure 2 correspond à la vue de dessus de la position semi-ouverte.

Q3 Calculer le coefficient « K » de raideur du ressort de Compression (1 pt) - k est la constante de raideur en N/mm

- G est le module de cisaillement en Acier : G = 15000 N/mm2

- d est le diamètre ou épaisseur de la spire du ressort =10 mm - D le diamètre du ressort = 50 mm - n est le nombre de spire utiles = 20 spires - g accélération de la pesanteur = 9,81 m.s

-2

Calcul : ……………………………………………………………………………………

Q4 Le ressort se comprime de moitié d’une distance « x » de celle de départ « x0 ». Calculer la force de poussée en Newton de la personne pour ouvrir la porte :

Calcul de la force de poussée du ressort : ...................................................................................... (1 pt) ...................................................................................................................................................................

Le système composé du Bras « 2 », de l’avent bras « 3 » et de la poignet (repères « 4 » et « 5 »), permettent de d’appliquer un coefficient de 15 fois inférieur à la poussée du ressort pour la fermeture ou l’ouverture de la porte. ...................................................................................................................................................................

Calcul de la force de poussée exercée sur la porte :.......................................................................... (1 pt)

Q5 Cette force de poussée sur la porte, répond t-elle à la norme d’accessibilité ? OUI NON, expliquer SVP ! (1 pt) ........................................................................................................................................................................................................

Les pièces en liaison encastrement sont repérées par le même numéro.

- le chambranle 0 encastré dans le mur - la porte est repéré 1 - le corps 1 fixé par vis sur la porte, - le bras est repéré 2 - l’avant bras est repéré 3 - le poignet constitué des pièces 4 et 5, - la chape fixée sur le chambranle 0 - le piston est repéré 6 - le ressort est repéré 7 - le pignon encastré sur le bras 2 en A et qui

engrène sur une crémaillère taillée sur le piston. ,

Translation Rotation Axe

x3

y3

z

Liaison ……………d’axe Dy3

Translation Rotation Axe

x3

y3

z

Liaison ……………d’axe Ex3

Translation Rotation Axe

x0

y0

z

Liaison ……………d’axe Cz

Translation Rotation Axe

x0

y0

z

Liaison ………… d’axe Oz

D

Translation Rotation Axe

x3

y3

z

Liaison ……………d’axe Bz

E x3

Translation Rotation Axe

x1

y1

z

Liaison …………d’axe Az

x0 = 200 mm

Révisions

D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 4/6 STI2D EE Eiffel Dijon

3 Commande de l’ouverture de la porte par la Serrure biométrique Q6 A partir du diagramme SysMl de définition des blocs « bdd » ci-dessus, reporter les différents éléments sur l'image de la

vue éclatée de la serrure biométrique ci-dessous. (3 pts)

Mots à replacer : Gâche électrique, électronique de gestion, détecteur de présence de doigt, Alimentation 3 piles de 1,5 V,

Capteur d’empreinte, Led « Rouge et verte » Q7 Repérer le trajet parcouru dans le diagramme d’états ci-dessous en repassant les flèches :

en vert lorsqu’un utilisateur autorisé présente son doigt (0,5 pt)

en rouge lorsqu’un utilisateur non identifié présente un doigt (0,5 pt)

………………………

………………………

………………………

…………..

………………………

………………………

………………………

…………..

………………………

………………………

………………………

…………..

………………………

………………………

………………………

…………..

………………………

………………………

………………………

…………..

………………………

………………………

………………………

…………..

Révisions

D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 5/6 STI2D EE Eiffel Dijon

Observer le diagramme SysML « sd » ci-dessous :

Q8 Pendant quelle durée la serrure reste-t-elle déverrouillée lorsqu’une personne commande l’ouverture de la porte ? (0,5 pt) ............................................................................................................................................................................................................ Q9 Comment la personne est-elle avertie si elle ne possède pas les bonnes empreintes de doigts ? (0,5 pt) ............................................................................................................................................................................................................

4 Alimentation de l’ouverture de la porte par la Serrure biométrique

Problématique : Quelle est l’autonomie énergétique de l’électronique de la serrure biométrique.

Pendant une journée, l’ouverture de la porte par empreinte digitale est actionné 30 fois (chaque mesure dure = 5 s). On considère que l’électronique de la serrure consomme une puissance de 3,3 W alimentée par 3 piles LR4 rechargeables de 1,1 V / 1000 mAh chacune. L’alimentation du moteur est fournie par une autre source. Q10 Déterminer le courant consommé par le système (0,5 pt): Ic = P/U = .....................................................................................

Q11 Calculer l’énergie consommée dans une journée en W.h (1 pt) : Wc = P temps total 30 ouvertures = ............................ ........................................................................................................................................................................................................

Q12 Calculer la capacité en A.h de la consommation journalière (1 pt): Cj = Wc/U = .....................................................................

........................................................................................................................................................................................................ Q13 Déterminer en fonction de la capacité des piles rechargeables, le nombre de jours d’utilisation pour cette consommation (1

pt) : ..........................................................................................................................................................................................

Révisions

D. Guérin crédits : C. Chaumeton SENS 6/6 STI2D EE Eiffel Dijon

N.B. : Appliquer un coefficient de 0,8, c’est dire une réserve d’énergie des piles de 20 % pour éviter la décharge profonde

Q14 Repasser en rouge sur le diagramme SysML « ibd » la chaîne d’énergie et en bleu, la chaîne d’information (0,5 pt) :

Q15 Observer le diagramme SysML « ibd » de la chaîne d’énergie de l’alimentation des 2 modes d’alimentation de la serrure :

3,6 V DC / 3,6 W

3 Piles LR03 rechargeables 1,1 V / 1000 mAh chacune

Réseau EDF 230 V / 50 Hz Alternatif

12 V DC / 5 W

Q16 Pourquoi doit-on réguler la tension des circuits électroniques ? Calculer le rendement ηélectro du circuit d’alimentation électronique : ..........................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................ Q17 Quel est l’organe qui réalise la fonction « Conversion DC/DC » ? Onduleur Redresseur Alimentation à découpage

Q18 Calculer le rendement ηmoteur du circuit d’alimentation du moteur : ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................

stockage de

l’énergie DC

Réguler :

la tension des

circuits

électroniques

Conversion

AC/DC

Conversion

DC/DC

P = 3,3 W

U = 3,3 V

I = 1 A

Vers

l’électronique

Vers le moteur

Ibd [Block] serrure biométrique [Régulation : Alimentation]

P = 2,5 W

U = 5 V

I = 0,5 A