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CNED – Collège 3 e^ TeCHNologIe – Unité 1 5
UNITÉ 1
La programmation d’un automatisme
Objectifs de l’unité Pour nous faciliter la vie, nous sommes entourés d’objets qui fonctionnent de façon automatique :
- un ascenseur va nous transporter vers les étages supé- rieurs d’un immeuble et s’arrêtera automatiquement à l’étage choisi.
- certaines voitures disposent de fonctions automatiques : Les phares ou les essuie-glaces s’activent automatique- ment et certaines conduisent mêmes seules sans interven- tion du conducteur. Dans ce cours, tu vas apprendre comment ils sont program- més. Avant de commencer ton unité 1, réalise le test diagnostique sur ton espace inscrit. SÉANCE 1
Les algorithmes 6
SÉANCE 2
Les logigrammes 10
SÉANCE 3
Les tests et les boucles 16
SÉANCE 4
Les variables informatiques 22
SÉANCE 5
Je programme un jeu 28
SÉANCE 6
Les signaux dans les systèmes automatisés 34
SÉANCE 7
Je programme un système automatisé 40
SÉANCE 1
Les algorithmes Objectifs de la séance
- Savoir expliquer ce qu’est un algorithme.
- Être capable de concevoir un algorithme simple. JE SAIS DÉJÀ Au cours du cycle 4, tu as vu que :
- Un algorithme était une suite d’étapes placées dans un ordre précis.
- Si on respecte cet ordre et si on réalise correctement les étapes, on arrive au résultat attendu. JE DÉCOUVRE Activité expérimentale : Lucas souhaite réaliser un délicieux fondant au chocolat, mais il a mélangé les étapes qui vont lui permettre de le réaliser. Aide-le en numérotant les étapes de 1 à 6 pour qu’elles soient dans le bon ordre. Étape ….. Étape ….. Étape ….. Étape ….. Étape ….. Étape …..
2- Écris sous forme de phrases l’algorithme qui permet de changer la cartouche d’un stylo encre. JE RETIENS
- Un algorithme, c’est comme une recette de cuisine, c’est une suite d’instructions qui si elles sont correcte- ment exécutées et dans le bon ordre, conduisent forcément au résultat attendu. Par exemple, pour savoir comment se laver les mains, je peux écrire l’algorithme suivant :
- Mouillez-vous les mains avec de l'eau chaude
- Versez une petite quantité de savon
- Frottez vos paumes
- Frottez vos doigts
- Frottez vos ongles
- Frottez le dos de vos mains
- Rincez avec de l'eau
- Séchez-les avec une serviette propre
- Pour qu’un algorithme soit compréhensible par le plus grand nombre, il faut qu’il soit rédigé selon des règles bien définies. Ces règles sont ce qu’on appelle des langages de programmation. JE VÉRIFIE MES CONNAISSANCES Exercice 1 Coche les bonnes réponses. Vrai Faux 1- La notice de montage d’un objet, que ce soit un jeu ou un meuble est un algorithme.
2- Sans algorithmes, les objets électroniques qui nous entourent ne peuvent pas fonctionner de façon automatique.
3- Dans une voiture autonome, le pilotage automatique suit un algorithme pour que la voiture soit correctement pilotée.
4- Ce n’est pas un problème si on ne respecte pas l’ordre des étapes d’un algorithme.
5- Pour traverser correctement une route sur un passage pour piétons, je dois suivre un algorithme. ^ Exercice 2 - Écrire un algorithme Marc est au restaurant et doit choisir un dessert. Dans le menu, il a le choix entre :
- de la mousse au chocolat,
- des profiteroles (c’est un chou qui, selon les recettes, peut être rempli de glace ou de crème),
- du flan au caramel. Après réflexion, il se dit les choses suivantes : **_- Je vais choisir la mousse au chocolat.
- S’il n’y a plus de mousse au chocolat, alors je prendrai des profiteroles, mais seulement si les choux sont remplis_** **_avec de la glace.
- Sinon, je prendrai le flan au caramel._**
Réponds aux questions : 1- Trouve deux questions que Marc devra poser au serveur et auxquelles le serveur ne pourra répondre que par oui ou par non.
- Question n°1 : ...............................................................................................................................................................
- Question n°2 : ............................................................................................................................................................... 2- Selon les réponses du serveur, quelles sont les trois actions que Marc peut réaliser?
- Action n°1 : ...................................................................................................................................................................
- Action n°2 : ...................................................................................................................................................................
- Actions n°3 : ................................................................................................................................................................. 3- Écris un algorithme qui reprend les deux questions et les trois demandes de Marc définies précédemment, sous la forme suivante : Je pose la question n°1 : .......................................................................................................................................................................................... Si la réponse du serveur à la question est OUI, ALORS : Je réalise l’action n°1 : .......................................................................................................................................................................................... SINON : Je pose la question n°2 : .......................................................................................................................................................................................... Si la réponse du serveur à la question est OUI, ALORS : Je réalise l’action n°2 : .......................................................................................................................................................................................... SINON : Je réalise l’action n°3 : .......................................................................................................................................................................................... Des compléments sont disponibles sur ton espace inscrit.
- Complète le logigramme qui correspond à l’algorithme de l’exercice 2 de la séance 1 (celui où Marc doit choisir un dessert au restaurant) :
- Voyons maintenant si tu as bien compris les règles : Raye les propositions qui ne sont pas exactes parmi celles affichées à la page suivante :
- Maintenant, trouve un moyen de relier ensemble les deux cases présentées ci-dessous, tout en respectant les règles d’écriture des logigrammes. Si on répond oui à la question, alors on demandera d’ouvrir le parapluie.
Exercice 2 - Le sèche-mains automatique Principe de fonctionnement du Dyson Airblade :
- La détection des mains déclenche la mise en marche de la soufflerie, ce qui génère un double rideau d’air à très grande vitesse (640 km/h, donnée constructeur) à travers un filtre de niveau hospitalier qui retire plus de 99,9 % des bactéries.
- Dès que l’utilisateur retire ses mains, l’appareil s’arrête.
- Le constructeur préconise un temps de séchage de 10 secondes pour obtenir un résultat satisfaisant.
- Dans l’algorithme de fonctionnement de cet appareil, quelle sera la première question à poser? Question n°1 : Réponds aux questions sur ton cahier d’exercices.
- Selon si la réponse est oui ou non à cette question, quelles seront les deux actions à poser? Action n°1 : Réponds aux questions sur ton cahier d’exercices. Action n°2 : Réponds aux questions sur ton cahier d’exercices.
- Complète le logigramme ci-dessous avec la question et les deux actions : Exercice 3 - Traverser la rue
- Complète le logigramme suivant qui permet de traverser une rue en toute sécurité, c’est-à-dire :
- Se déplacer vers un passage piéton si on n’est pas devant.
- Regarder à gauche, puis à droite et de nouveau à gauche en s’assurant qu’il n’y a pas de voiture.
- Indique sur quelle case se retrouvera le bateau une fois que l’algorithme aura été exécuté : Avancer de 1 case RÉPÉTER 3 FOIS Avancer de 1 case Tourner d’un quart de tour à droite Avancer de 1 case Tourner d’un quart de tour à gauche Avancer de deux cases Remarques : Le bateau avance dans le sens de la marche : Le bateau tourne d’un quart de tour à droite comme ceci, en restant sur la même case : devient Le bateau tourne d’un quart de tour à gauche comme ceci, en restant sur la même case : devient Dans les deux exercices que tu viens de faire, on remarque que certaines actions sont répétées plusieurs fois. Ces actions sont placées dans ce que l’on appelle une boucle. Il est donc important de respecter l’indentation quand on réalise des boucles. Sans cela, il n’est pas possible de comprendre ce qui fait partie de la boucle et ce qui n’en fait pas partie : Avancer de 1 case RÉPÉTER 3 FOIS Avancer de 1 case Tourner d’un quart de tour à droite Avancer de 1 case Tourner d’un quart de tour à gauche Avancer de deux cases Cette action fait partie de la boucle ou pas?
- Écris à nouveau l’algorithme précédent pour que le bateau réalise exactement les mêmes actions, mais cette fois-ci sans utiliser de boucle : On comprend bien l’intérêt des boucles, dans cet exemple heureusement que la boucle ne demandait pas de répéter 1 000 fois les actions placées à l’intérieur! Prenons maintenant un autre exemple : Voici un robinet qui se déclenche automatiquement pendant 5 secondes chaque fois que l’on place ses mains dessous. Pour cela, Il est équipé : d’un détecteur à Infrarouges (IR) qui détecte la présence des mains. d’une électrovanne qui ouvre ou ferme le circuit d’eau.
- Le détecteur IR est un CAPTEUR. Dans le logigramme :
- je dois donc faire un test en posant la question suivante : ……………................................................……………………….
- je dois utiliser une case qui pose une question, en forme de ……………………………………..
- L’électrovanne est un ACTIONNEUR. Dans le logigramme :
- je dois donc réaliser les actions suivantes : ……………………………………….…….. et ……..……………………………………….
- je dois utiliser des cases en forme de ……………………………………..
- Pour la temporisation de 5 s, on utilise une case Action « Attendre 5 s » en forme de …………………………….……..
JE VÉRIFIE MES CONNAISSANCES Exercice 1 Coche les bonnes réponses. Vrai Faux 1- Dans un algorithme, on utilise les boucles pour répéter plusieurs fois certaines actions. ^ 2- Un logigramme peut ne pas avoir de case ‘Fin’ s’il tourne en boucle. (^) 3- Il n’est pas obligatoire de respecter l’indentation à l’intérieur d’une boucle. (^) 4- Pour réaliser une boucle, je peux utiliser la commande ‘Répéter’. (^) 5- Dans un logigramme, il n’est pas possible de faire des boucles. (^) Exercice 2 – Le portique de sécurité Un système de sécurité d'aéroport est constitué d'un portique qui contrôle si les passagers s'apprêtant à embarquer portent des objets métalliques. À chaque fois que le portique détecte du métal, une alarme retentit pendant 5 secondes. Dès que le système est sous tension, il fonctionne sans interruption. Écris le logigramme complet du fonctionnement du portique en utilisant les événements et les actions ci-dessous :
Exercice 3 – Le robot perdu Aide ce robot idiot à sortir du labyrinthe en rédigeant le logigramme adéquat. Tu as le droit d'utiliser les événements et actions indiqués ci-dessous : Important :
- Ton logigramme doit fonctionner quelle que soit la position de départ du robot (position A ou position B).
- Quand on donne l'ordre au robot d'avancer tout droit, il avance jusqu'à percuter un mur en face de lui, puis s’arrête.
- Sans tourner, le robot sait détecter un mur devant, à droite ou à gauche.
- Quand il tourne, il le fait sur lui-même sans avancer. Trace le logigramme sur ton cahier d’exercices.
Au fur et à mesure que le joueur a progressé dans le jeu, les valeurs de ‘Nombre de pièces’ et de ‘Score’ ont évolué. Dans ce jeu, ‘Nombre de pièces’ et ‘Score’ sont appelés des variables informatiques. On peut représenter ces variables informatiques avec des boîtes que l’on va repérer par des étiquettes : Au début du jeu, on a placé la valeur 0 à l’intérieur de chaque boîte. Sur la copie d’écran de la page précédente, le joueur a progressé dans le jeu. Le contenu des deux boîtes a donc évolué, et on y a rangé :
- la valeur 47 dans la boîte ‘Nombre de pièces’
- la valeur 32253 dans la boîte ‘Score’ On constate que le nom de chaque boîte n’a pas changé. Dans ces boîtes, c’est-à-dire dans les variables, on peut stocker différents types d’informations :
- Des nombres. Par exemple : 83
- Des lettres. Par exemple : S
- Des chaînes de caractères. Par exemple : maison
- Des expressions booléennes. Par exemple : Vrai ou Faux / Oui ou Non
- Des listes. Par exemple : table, chaise, tabouret, armoire Dans la mémoire de tous les ordinateurs, les informations sont stockées sous forme de 0 et de 1. C’est ce que l’on appelle le binaire. Toutes les informations que nous stockons doivent donc être converties en binaire pour qu’elles puissent être ins- crites dans la mémoire. Ainsi, le nombre 83 se code 1010011 en binaire. En utilisant le tableau ci-dessous, indique comment est codée la lettre S en binaire : ………………………... En comparant la conversion en binaire du nombre 83 et celle de la lettre ‘S’, que constate-t-on? ……………………..………………………..………………………..…………… ……………………..………………………..………………………..…………… On peut donc en déduire que dans la mémoire d’un ordinateur, le nombre 83 et la lettre S sont codés de façon …………………………….
L’ordinateur ne pouvant deviner seul si 1010011 correspond au nombre 83 ou à la lettre S, il va falloir lui donner quelques indications. Avant d’utiliser une boîte, c’est-à-dire une variable, il va donc être nécessaire d’indiquer à l’ordinateur quel type d’information on va y mettre (par exemple, un nombre ou une lettre). Cette opération s’appelle la déclaration des variables : Dans cette variable, je vais stocker des nombres Prenons un exemple en langage Scratch : En affectant la valeur 0 à la variable au début de mon programme, j’indique clairement à l’ordinateur que celle-ci va contenir des nombres. Le même programme en langage Python : Dans ces deux programmes, on retrouve aussi une boucle infinie qui est matérialisée comme ceci : En Scratch : En Python : while True :
