2009
PPE
Projet Pluritechnique Encadré
Rendre un brossage de dent efficace
Généralités
Lieu : Lycée privé Saint Joseph à Dijon
Date : Années 2008-2009
Temps de préparation : environ 30 heures
Élèves participants :
Jeannin Bastien
Noël Thomas
Pouzols Pierre
Professeurs encadrant :
Brosse à dents | Année 2009
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Plan :
Page de garde, page 1
Généralités, page 2
Plan, page 3
Problématique, page 3
Introduction, page 4
Développement, pages 5-(X-1)
Conclusion, page X
Problématique posée :
Pour un brossage de dents efficace, la durée doit être de 2 minutes. On désire faire un arrêt du
mouvement de la tête de 1s toutes les 30s puis un arrêt définitif au bout de 2 minutes. On désire
améliorer le brossage en ajoutant une deuxième brosse.
Année 2009 | Brosse à dents
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Introduction :
La brosse à dents est un ustensile destiné, comme son nom l'indique, à brosser les dents. Elle se
présente généralement sous la forme d'une petite brosse au bout d'un manche. Sa fonction est
essentielle pour l'hygiène buccale et son usage quotidien est le moyen le plus commode qui ait été
inventé par l'homme pour débarrasser les restes alimentaires qui peuvent rester coincés entre les
dents ainsi que l'élimination de la plaque dentaire. Un usage minimum (deux fois par jour : le matin
après le petit-déjeuner et le soir avant de se coucher) ou un usage normal (trois fois par jour après
chaque repas) est un moyen efficace de lutter contre les caries dentaires et contre la mauvaise
haleine.
Elle est aujourd’hui un objet de tous les jours, elle existe depuis son invention en Chine au
XVème siècle. La brosse à dents dite électrique, elle n’a fait son apparition récemment en 1959,
avec la Broxodent créé par les américains. Dès lors sa démocratisation n’a fait que s’étendre.
Pour son importance dans la vie quotidienne nous avons décidé de choisir ce PPE qui semble
d’être d’une des plus grandes utilités.
Brosse à dents | Année 2009
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Plan de notre développement :
I. Présentation du système initial
II. Modification du système pour répondre au cahier des charges
a. Partie électrique
b. Partie mécanique
Cahier des Charges
Nous devons ajouter à la temporisation de 2 minutes préexistantes dans la brosse à dents Oral-B
de Braun une pause toutes les 30 secondes, afin de prendre compte du temps de brossage.
Il a été demandé d’ajouter un second mouvement, avec la même brosse ou une autre pour brosser
plus efficacement.
Nous avons décidé d’ajouter un afficheur de l’état de batterie, pour nous permettre de visualiser
l’autonomie restante à disposition.
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Développement
I. Présentation du système initial
Il nous a été fournit pour nous inspirer dans nos diverses démarches une brosse à dents électrique
créé par Braun sous le nom de Oral-B Vitality, elle avertie l’utilisateur d’un bip sonore après 2
minutes d’utilisation. Elle peut être utilisée pendant 20 minutes successives, ou 5 jours en veille.
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II. Modification du système pour répondre au cahier des charges
a. Partie électrique
On désire un arrêt d’une seconde toutes les 30 secondes, et un arrêt définitif au bout de
2minutes.
Justification de la chaine d’énergie et d’informations
Alimenter :
Nous avons choisit 2 piles AAA de 1,5V chacune car nous avons besoin d'une alimentation
autonome (et non branché directement sur le système EDF ). De plus, l'alimentation du moteur en
3V suffit pour l'effort qui lui est demandé.
Convertir :
Nous avons utilisé le même moteur que la brosse à dents actuelle (MABUCHI 4000tr/min) car
celui-ci répond aux exigences demandées (justification dans : choix de motorisation)
Fonctionnement sous: 5V, 4000 tr/min
Transmettre :
Nous avons gardé les 2 systèmes excentriques existants :
- Un bras de levier (réducteur)
- Un renvoi d'angle (engrenage, non réducteur)
Cet ensemble permet d'obtenir un mouvement rotatif alterné de la brosse 1 à partir du mouvement
rotatif du moteur.
Solution retenue : utilisation d’un microcontrôleur PIC que l’on programmera à l’aide du logiciel
Flowcode. Nous aurons aussi besoin de 3 Leds , d’un quartz et d’un interrupteur. Chacun de ces
composant remplit une des fonctions de la chaine d’information (acquérir, traiter, communiquer).
Justification de l’utilisation de ces composants :
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Microcontrôleur :
Nous avons retenu cette solution car elle est peu chère, en effet un
microcontrôleur coûte environ 5 euros et est simple d’utilisation car le logiciel
Flowcode que nous utilisons nous permet de programmer ce composant puis il nous
faut l’intégré dans le circuit électrique de la brosse à dent. Le microcontrôleur que
l’on utilisera est un 16F88, nous aurions pu utiliser d’autres types de
microcontrôleur comme le 16F84 le 16F88 possède plus de périphériques intégré
et une mémoire programme plus grande, il est donc plus efficace mais de même prix.
Chiffres concernant sa consommation et sa mémoire :
Consommation : moins de 2mA sous 5Volts à 4MHz.
Mémoire : 368 octets de RAM,256 octets d’ EEPROM data. PIC16F88
Led:
Pour être informer de l’état de la batterie 3 Leds seront utilisées. Elles seront
reliées au microcontrôleur sur les ports RB1,RB2 et RB3. Elles seront de
diamètre 8mm et nous en utiliserons 3 de couleurs différentes.
I. Déterminer les paramètres électriques principaux à prendre en compte pour la solution
retenue
Pour réaliser le brossage nous utilisons un moteur, nous n’en avons pas racheté par soucis
économique puisqu’on en avait déjà un en démontant une brosse à dent électrique supplémentaire
qui nous a été fourni.
Le rajout d’un mouvement supplémentaire sur la broche n’a pas été un argument pour prendre un
moteur plus puissant sachant que la surface de contact entre la brosse et la dent reste inchangée.
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J’ai décidé ensuite de prendre pour équivalent un moteur de Conrad qui présente les mêmes
traits, le Mabuchi 12v.
Ce moteur propose malgré sa petite taille un couple pour une vitesse suffisante.
Le circuit électronique en lui-même consomme très peu, il n’est composé que de quelques
résistances, d’un condensateur, d’un quartz, etc … Nous avons décidé d’utiliser un pic, le
microcontrôleur 16f88 pour la facilité de son mise en application et les diverses possibilités qu’il
nous offre. Un pic avec moins de fonctions, pour une industrialisation du produit serait à prévoir
pour éviter un surcout de production sachant qu’il est à environ 8 € pièce, le 16f628a à 4 € rempli
toutes les conditions nécessaires pour la programmation.
Par contre j’ai décidé d’y ajouter 3 leds pour voir l’état de la batterie, au début je voulais mettre un
écran à 7 barres, mais il s’est avéré qu’il consomme beaucoup trop pour l’utilisation que nous en
faisons.
Composants Débit Crédit
Circuit 0,20
3 Leds 0,06
Moteur Mabuchi 0,30
2 Batterie 1,2V 2,20
Total 0,56 2,20
Autonomie théorique 3,93
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Pour alimenter la brosse à dent, on a gardé le même principe, deux piles aaa, plus grossiraient la
taille de la pile, moins ne fournirait plus assez d’autonomie.
Nous avons donc utilisé deux piles Nimh, deux accumulateurs non sensibles à l’effet mémoire, très
pratique car nous avons tendance à remettre la brosse à dent à recharger automatiquement. Ces
deux batteries fournissent 2200 mAh, pouvant donc fournir une autonomie d’utilisation suffisante.
II. Choix de la motorisation
Comme explicité plus haut, nous avons repris un moteur identique car les efforts de frottements
sont presque restés inchangés.
Nous avons donc opté pour le moteur Mabuchi de chez Conrad, proposé à 2,5 € ayant les
mêmes caractéristiques techniques que celui récupéré sur la brosse à dent.
Soit environ 4600 tr/min à vide et 1400 tr/min en charge, ces mesures sont assez approximatives
sachant qu’avec le tachymètre utilisé les mesures se sont révélées assez ardues.
Il y a ensuite sur l’arbre de sortie moteur, un réducteur du bras de levier dont le facteur est inconnu.
Le moteur Mabuchi de chez Conrad correspondait à nos demandes puisqu’il peut aller jusqu’à
5900 tr/min à vide, et a un rendement maxi de 47%
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