Groupe A3 APaR 🌵

Informations pratiques :

Prénoms et NOMS: Alexandre TAUFFLIEB, Pola SZOPKA, Menouha Rachel LAHMI

Cursus : CMI Physique Groupe A

Timeline : S2 (2023)

Introduction au Fablab

Séance 1 : introduction au Fablab et au projet

Notre idée de projet est de créer un arroseur automatique utilisant un capteur d'humidité. Ainsi, l'objet créer pourra garder n'importe quelle plante ("classique") assez humide plus rationnellement qu'un arroseur automatique programmé exclusivement sur des horaires. Notamment, l'objet s'adapte au saison selon l'humidité de l'environnement de la plante et est donc plus adapté à la plante et à la quantité d'eau nécessaire à son évolution .Le système peut ainsi s'étendre à un ensemble de types de plantes plus large, avec un réservoir d'eau qui avertit l'utilisateur quand il est vide .

Capteurs Grooves utilisés : 

• Détecteur d'humidité dans le sol : Grove Moisture Sensor .
• Détecteur de niveau d'eau dans le réservoir : Grove Water Sensor .

Séance 2 : Capteurs, et prototypage électronique 

Capteur Arduino:

Image d'un Arduino assemblé à un Shield :

 

L'objectif est d'afficher la température et l'humidité de l'air sur l'ordinateur puis sur écran LCD grâce à une carte Arduino(+Shield) et à un capteur d'humidité et de température.

Pour commencer à utiliser un capteur d'humidité et de température (SHT31) grâce une carte Arduino, nous avons d'abord trouvé un programme et la librairie associée sur Wiki Seeed Studio et Github.

Ces derniers nous permettent d'afficher les valeurs de la température avec la commande Serial Monitor en utilisant le programme suivant:

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include "SHT31.h"
 
SHT31 sht31 = SHT31();
 
void setup() {  
  Serial.begin(9600);
  while(!Serial);
  Serial.println("begin...");  
  sht31.begin();  
}
 
void loop() {
  float temp = sht31.getTemperature();
  float hum = sht31.getHumidity();
  Serial.print("Temp = "); 
  Serial.print(temp);
  Serial.println(" C"); //The unit for  Celsius because original arduino don't support speical symbols
  Serial.print("Hum = "); 
  Serial.print(hum);
  Serial.println("%"); 
  Serial.println();
  delay(1000);
}

Dans la console de l'IDE, l'ordinateur affiche par exemple les valeurs suivantes :

Temp = 24.77 C
Hum = 31.22%

Temp = 24.79 C
Hum = 31.30%

Temp = 24.76 C
Hum = 31.20%

Temp = 24.76 C
Hum = 31.09%

Temp = 24.73 C
Hum = 31.11%

Temp = 24.71 C
Hum = 31.05%

Temp = 24.71 C
Hum = 31.09%

On connecte ensuite l'écran LCD,  à la carte Arduino.

On trouve à nouveau la librairie associée sur GitHub pour l’écran LCD. Pour afficher les valeurs sur l'écran LCD, on s'est basé un programme de code pour afficher " Card Works " sur l'écran :

#include <Wire.h>
#include "rgb_lcd.h"
 
rgb_lcd lcd;
 
const int colorR = 255;
const int colorG = 0;
const int colorB = 0;
 
void setup() 
{
    // set up the LCD's number of columns and rows:
    lcd.begin(16, 2);
 
    lcd.setRGB(colorR, colorG, colorB);
 
    // Print a message to the LCD.
    lcd.print("hello, world!");
 
    delay(1000);
}
 
void loop() 
{
    // set the cursor to column 0, line 1
    // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
    lcd.setCursor(0, 1);
    // print the number of seconds since reset:
    lcd.print(millis()/1000);
 
    delay(100);
}

On a ensuite pu écrire et utiliser le programme suivant pour la carte Arduino :

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include "SHT31.h"
#include <Wire.h>
#include "rgb_lcd.h"
 
rgb_lcd lcd;
 
const int colorR = 255;
const int colorG = 0;
const int colorB = 188;
SHT31 sht31 = SHT31();
 
void setup() {  
  Serial.begin(9600);
  while(!Serial);
  Serial.println("begin...");  
  sht31.begin();  
  // set up the LCD's number of columns and rows:
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setRGB(colorR, colorG, colorB);
  // Print a message to the LCD.
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Card works !");
  lcd.setCursor(1, 1);
  lcd.print(" (-^_^-) ");
  delay(5000);
}
 
void loop() {
  float temp = sht31.getTemperature();
  float hum = sht31.getHumidity();
  Serial.print("Temp = "); 
  Serial.print(temp);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Temp = ");
  lcd.print(temp);


  Serial.println(" C"); //The unit for  Celsius because original arduino don't support special symbols
  Serial.print("Hum = "); 
  Serial.print(hum);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Hum = ");
  lcd.print(hum);

  Serial.println("%"); 
  Serial.println();
  lcd.setCursor(12, 1);
  lcd.print("%");

  delay(1000);
}

L'affichage a bien marché grâce à ce programme. On peut lire sur l'écran la température et l'humidité de l'air .

M5Stack Core ESP32

Programme « Hello word » donnée en exemple par le constructeur :

/*
*******************************************************************************
* Copyright (c) 2021 by  M5Stack
*                 Equipped with M5Core sample source code
* Visit for more information: https://docs.m5stack.com/en/core/gray
* Describe: Hello World
* Date: 2021/7/15
*******************************************************************************
*/
#include <M5Stack.h>
/* After M5Core is started or reset
the program in the setUp () function will be run, and this part will only be run
once. */
void setup() {
    M5.begin();        // Init M5Core.
    M5.Power.begin();  // Init Power module.
    /* Power chip connected to gpio21, gpio22, I2C device
      Set battery charging voltage and current
      If used battery, please call this function in your project */
    M5.Lcd.print("Hello World");  // Print text on the screen (string)
}

/* After the program in setup() runs, it runs the program in loop()
The loop() function is an infinite loop in which the program runs repeatedly */
void loop() 
{

Le programme fonctionne « Hello World »apparaît à l’écran .

Pour afficher la température et l'humidité sur l'écran du M5Stack, nous avons dû retrouver le programme en utilisant Chat GPT (Programme original perdu et contrainte de temps). Voici le code ainsi obtenu:

#include <M5Stack.h>
#include <DHT.h>

#define DHTPIN 36      // Pin du capteur DHT
#define DHTTYPE DHT11  // Type de capteur DHT

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  M5.begin();
  dht.begin();
}

void loop() {
  float temperature = dht.readTemperature(); // Lecture de la température
  float humidity = dht.readHumidity();       // Lecture de l'humidité
  M5.Lcd.fillScreen(BLACK);                  // Effacement de l'écran
  M5.Lcd.setTextSize(3);                     // Taille du texte
  M5.Lcd.setTextColor(WHITE);                // Couleur du texte
  M5.Lcd.setCursor(10, 10);                  // Position du texte
  M5.Lcd.printf("Temp: %.1f C", temperature); // Affichage de la température
  M5.Lcd.setCursor(10, 60);                  // Position du texte
  M5.Lcd.printf("Humidite: %.1f %%", humidity); // Affichage de l'humidité
  delay(2000);                               // Attente de 2 secondes
}

Le programme original fonctionnait : on peut lire sur l’écran la température et l’humidité de l’air malheureusement les emplacements de texte n'avaient pas bien été paramètres et les mesures tendaient à se superposer.

Séance 3:Dessin 2D 3D ,Impression 3D ,Découpe Laser

Dessin 2D : Inskcape

Ce logiciel permet de dessiner en 2D afin de réaliser une découpe /gravure laser. Des formes que nous pouvons transformer et utiliser à notre guise sont déjà proposées par le logiciel. Il suffit de le paramétrer selon ce qu'on cherche à dessiner. Le rouge est destiné à la découpe et le noir à la gravure (Attention à bien suivre les conventions !). Nous avons ainsi pu dessiner une petite tête de Robot :

Modélisation 3D :

• Open SCAD

Ce logiciel peut être utilisé pour modéliser un objet en 3D .  Ce logiciel fonctionne de la manière suivante ,il suffit d’entrer un code pour une forme particulière que l’on souhaite dessiner en 3 D (cela fonctionne aussi pour les objets en 2 D )pour que le logiciel la dessine .On peut trouver ce code sur : https://openscad.org/cheatsheet/ .On peut ainsi dessiner un cube par exemple .Dans notre cas nous avions pour objectif de dessiner un cube trouée sur ses 6 faces .Pour cela il suffit d’entrer le code du cube puis de faire une différence avec 6 petits cylindre placés au centre de chacune des 6 faces . 

Voici le code utilisé ,suivi de la figure qu’il a permit de construire .

difference(){
    cube(50, center = true);
    union(){
        cylinder(60, 5, 5, center = true);
        rotate ([90,0,0]) cylinder(60, 5, 5, center = true);
        rotate ([0,90,0]) cylinder(60, 5, 5, center = true);
}
}

• FreeCAD

Voici un second logiciel de modélisation 3D .Contrairement à OpenScade , ce logiciel ne fonctionne pas avec des codes qu’il faut importer d’un site externe. Le logiciel lui-même propose des formes prédéfinies que nous pouvons utilisés à notre guise pour former l’objet que l’on souhaite .

Comme précédemment notre mission consistait à dessiner un cube trouée sur ses 6 faces.Pour cela il suffisait en premier lieu de sélectionner notre cube puis de le trouer en utilisant l’option cut (toutes les informations sont indiquées sur les images ci-dessous )

Option Cut ou Soustraction :

Pour centrer notre cylindre(qui fera office de trous ) au centre des surfaces du cube : Régler la position( ou sa taille) de celui-ci en cliquant sur le cylindre dans l'onglet applications à gauche .Les paramètres s’afficheront et il sera possible de réaliser les modifications voulues . 

Pour plus de paramètres cliquer sur l’option tâches de la fenêtre .

Voici notre objet achevée et son suivi de conception à gauche sur la fenêtre .

Projet :

Séance 4 : Conception du projet Arroseur de plante

Matériel nécessaire : 

• Détecteur d'humidité dans le sol
• Détecteur de niveau d'eau )
• Pompe à eau
• Relais
• M5 STACK 
• Carte Arduino 
  
• Ecran OLed 128 X 62

Test capteur humidité

Pour connaître les valeurs que le capteur d'humidité dans le sol enregistre selon l'arrosage d'une plante, on a créé un programme Arduino pour prendre les données.

Projet Perso : Pola

Objectif 

Modéliser en 2D et graver une plaque de contreplaqué pour obtenir un peigne à tisser.

Modélisation 2D

Fichier final : 

Gravure du bois

Bonus : au cœur de l'action .

Projet Perso Menouha Rachel

Projet 2D

Objectif 

Modéliser en 2D ,graver un logo et ajouter des designs personnels à graver puis découper grâce à la découpe laser sur une planche en bois pour une décoration de bureau .

Modélisation 2D

Logiciel utilisé :Inkscape

J'ai décidé de graver un logo d'une série télévisé que j'aime beaucoup .J'ai copié une image du logo en question .

Voici sa source : https://ih1.redbubble.net/image.1175253289.6955/bg,f8f8f8-flat,750x,075,f-pad,750x1000,f8f8f8.u1.jpg 

Pour modéliser mon image et pouvoir la graver il faut tout d'abord la copier-coller dans une page Inkscape. 

Une fois l'image copié cliquer dessus et sélectionner  "Vectoriser un objet matriciel"

Ensuite ,sur la fenêtre de gauche on a nos paramètres de vectorisation pour notre image qui s'affichent .

Pour bien vectoriser notre image ,j'ai effectué quelques modifications dans les paramètres comme indiqué dans l'image ci-dessous:

Je n'ai à présent plus qu'à appliquer la vectorisation de l'image :

Pour finaliser la vectorisation ,suivre les indications sur l'image ci-dessous:

J'ai ainsi obtenu mon image vectorisée :

En cliquant dessus et en sélectionnant l'option fonds et contours  une fenêtre pour régler les paramètres de mon image s'affiche à droite .

Pour régler l'épaisseur de mes contours :

Afin d'ajouter une touche personnelle à ma gravure j'ai décidé d' y ajouter une petite spirale .

Voici comment j'ai procédé :

J'ai décidé ensuite de graver en bas à droite de mon cadre le prénom de ma petite sœur pour lui offrir la décoration finale .

Voici comment j'ai procédé :

J'ai ainsi obtenu ma modélisation 2D.

Découpe +Gravure à la découpe laser 

J'ai tout d'abord coller mon image sur le site Trotec Ruby .

J'ai ensuite trouver du bois dans les chutes  pour découper et graver mon design: J'ai positionné mon bout de bois dans la découpe laser .

J'ai ensuite cadrer ma modélisation sur la plaque de bois simuler sur l'ordinateur :

J' ai ensuite bien placer la sortie du  faisceau de l'appareil comme indiqué ci-dessous:

Voici la découpe Laser en action :

J'ai réussit à obtenir ma décoration !Voici ce que Ça a donné !

Projet 3D

Objectif 

Concevoir puis imprimer un mini piano en 3D .

Logiciel utilisé: Tinkercad (sur Ipad)

Le logiciel est très performant et sur iPad les réglages sont rapides, car à l'aide de l'Apple Pencil et de l'écran tactile on peut facilement manier les formes et objets à notre guise afin de concevoir ce qui nous intéresse .

Modélisation 3D

Pour commencer ma création ,j'ai utilisé deux cubes dans les formes simples proposées par l'application puis je les ai réglés afin qu'ils forment les deux blocs de base de mon piano .

Séance 5 : soudure et test de la pompe

 

Soudure de la pompe :

 

Pour réaliser la soudure ,Il faut au préalable découper un peu de l'isolant sur les câbles auxquels on voudrait connecter le relais puis lui rajouter de l'étain fondu à l'aide du fer à souder. Prendre des câbles du pont et de la même façon leur découper un peu de l'isolant, et leur rajouter de l'étain. Souder le tout à l'aide du fer à souder. Enfin ,rajouter de la gaine thermo rétractable pour isoler le tout. 

Impression 3 D du réservoir :

Pour l'impression du réservoir, il faut au préalable exporter notre fichier de FreeCad au format STL car sinon le logiciel d’impression IdeaMaker ne reconnaît pas le fichier. Nous nous sommes servi·es du wiki pour avoir une bonne connaissance du fonctionnement de l’imprimante et du logiciel associé dans la section tutoriel. On imprime le réservoir d'eau sans le couvercle : ces deux parties ont été séparées avec l'outil cut. Cependant, notre impression a raté pour des raisons inconnues.

 

Test de la pompe :

 

Pour connaître les fonctionnalités et propriétés de la pompe nous nous sommes documenter sur Seeed Studio. Afin de bien tester le fonctionnement de la pompe nous l’avons brancher à une alimentation de 3 V environ. Pour notre pompe, il faut l'activer 1 minute pour avoir 100 mL

void setup() {
  pinMode(4, OUTPUT);
}


void loop() {
  digitalWrite(4, HIGH);
  delay(10000);
  digitalWrite(4, LOW);


  delay(10000);
}

 

Projet perso Alexandre : 

 

Découpe 2D en bois

 

L'objectif est de modéliser sur FreeCAD plusieurs pièces simples qui en s'assemblant puissent servir de support pour ordinateur ou pour un livre comme un manuel. Les différentes pièces sont modélisées en 2D pour être découpées en bois. Pour pouvoir modéliser en 2D sur FreeCAD, je me suis aidé d'un tutoriel en ligne.

Pour la première étape, j'ai commencé par le plus évident en mesurant la taille de mon ordinateur en largeur et en longueur que j'ai respectivement arrondi vers le haut à 25cm et 35cm pour le support. Ainsi, il me reste de l'espace sur le support pour le lier au reste de la structure par la suite.

Ce support se glisse sur les côtés de la structure. Sur le mode Draft, on peut dessiner des formes avec des lignes qu'on peut ensuite lier par la fonction Wire (upgrade) dans le mode Part. Les côtés rehaussent l'ordinateur d'environ 6cm à un angle de 10°. Pour vérifier que le support rentre dans les côtés, on modélise un rectangle qui représente le support vu de côté (donc de dimension 1cm de hauteur et 25cm et quelques de largeur).

Dans Part, on peut ainsi créer une surface avec les Wires à laquelle on soustrait (cut) le rectangle pour créer l'espace où le support sera glissé.

Pour modéliser une structure plus solide, on peut créer des rectangles de 1cm par 1cm (Draft) et les associer au côté en les espaçant de 1cm chacun. La fonction Compound permet d'accélérer cette étape en groupant plusieurs rectangles ensemble. Le but est d'utiliser le même motif de rectangles sur ce qui servira comme base du support.

Ainsi en utilisant la fonction Cut dans Part, les trous dans la base du support seront exactement les mêmes que ceux utilisés dans les côtés de la structure. Ce modèle d'assemblage est utilisé par Maker Box pour créer des structures de boîte fonctionnelles. La base du support est longue de 35cm (comme le support) et est large de 29,5cm comme les arrêtes à dent des côtés.

Pour créer la pièce qui bloque l'ordinateur/livre sur le support, il suffit d'utiliser un rectangle (ici 20cm de longueur et 2,5cm de largeur) auquel on soustrait un motif de rectangles comme ceux utilisés précédemment.

On soustrait ensuite ce même motif de rectangle au support. En ajoutant quelques millimètre de marge, l'assemblage des deux pièces pourra être fonctionnel.

La modélisation sur FreeCAD est prête. 

 

Impression 3D

Séance 6: Changements drastique du projet

 

Réservoir en PMMA

 

Après l'échec de l'impression 3D du reservoir et en vue du temps restant pour présenter notre projet. Nous avons décidé de simplifier quelques aspects du projet. Le réservoir d'eau prévu sera destiné à une plante du Fablab. 

Le pot fait 13,5 centimètres de diamètre. Le réservoir est de 18,5 centimètres en largueur et en longueur. Pour pouvoir dès à présent le construire, nous avons pensé un réservoir carré qui sera calé sur le pot : la face haute du réservoir tient sur le pot. Le réservoir est en PMMA. Nous avons déjà découpé dans l'atelier l'extérieur de ce premier:

A la prochaine séance, nous découperons le reste de la structure de notre réservoir afin de l'adapter selon les pièces électroniques qui seront utilisés : ainsi si certaines pièces ont besoin d'être abriter de l'eau, le couvercle pourra être ajusté pour laisser passer les fils des appareils.

 

Programme de l'Arduino

 

En langage naturel, nous voulons que le code opère plusieurs opérations. Nous avons ensuite utilisé Chat GPT pour traduire le code du langage naturel en code C. Des modifications ont été effectué sur celui-ci. 

mesurer le niveau d’eau du réservoir avec le Watersensor
si le réservoir est vide : 
	faire clignoter le LCD en rouge
sinon :
	mesurer le niveau d’humidité 
	si le niveau d’humidité de la plante est en dessous de 400:
      ouvrir le relai
      attendre 30 secondes 
      fermer le relai
refaire le programme toute les 24h

const int waterSensorPin = A0;
const int relayPin = 2;
const int ledPin = 3;

void setup() {
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int waterLevel = analogRead(waterSensorPin);
  if (waterLevel < 200) {
    // Si le réservoir est vide, faire clignoter la LED rouge
    blinkRedLED();
  } else {
    // Si le réservoir n'est pas vide, mesurer le niveau d'humidité
    int humidityLevel = analogRead(A1);
    Serial.println(humidityLevel);
    if (humidityLevel < 400) {
      // Si le niveau d'humidité est faible, ouvrir le relai, attendre 30 secondes et fermer le relai
      digitalWrite(relayPin, HIGH);
      delay(60000);
      digitalWrite(relayPin, LOW);
    }
  }
  // Refaire le programme toutes les 24 heures
  delay(86400000);
}

void blinkRedLED() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(500);
}

Séance 7 : souder

Séance 8 : Coller et graver

 

Coller

 

Nous avons coller les morceaux de Plexi découpés lors des dernières séances. Dans la première photo, ceux sont les face intérieures qui ont été collées et scotcher autour d'un morceau de polystyrène découpé à cet usage. Dans la deuxième photo, ceux sont les face extérieures qui ont été de même collées et fixées. Ce travail a été fait avant la séance.

Pour le collage, nous avons utilisé comme colle du PMMA dissolu dans de l'acétone. Ainsi, lorsque l'acétone sèche, il ne reste que du PMMA entre les parois. Le temps de pose pour le collage est un peu long ( 6H ) mais le résultat est très satisfaisant. La structure est solide et après avoir coller les faces extérieures, intérieures et la base du réservoir, le test d'étanchéité a été réussi. Il y eu seulement un coin à corriger mais la colle empêche bien l'eau de passer.

 

Gravure pour la boîte de l'arduino

 

 

Séance 9 : montage du réservoir

Le Détecteur de niveau d’eau doit avoir une partie dans l’eau (capteur )et une autre à l’extérieur (relier à l’Arduino).Pour protéger la partie non étanche de tout contact avec l'eau =la coller à l’extérieur pour qu’elle ne se mouille pas .