Groupe B1

Lors de cette séance, nous nous sommes rendues compte que notre projet de base, qui était de faire réagir des LEDs à du son, nous paraissait au-delà de nos capacités. Nous avons donc décidé de partir sur un projet plus simple, en restant dans le thème de l'intensité sonore.

Notre projet est donc de réaliser un sonomètre portatif destiné aux étudiants qui ont tendance à passer beaucoup de temps dans les bars, boîtes de nuit, concerts, etc...

Programme : 

matériel : Nous utilisons un M5Stack Core, un module PLUS et un capteur de son.

Le module PLUS permet de connecter des capteurs qui se branchent en analogie ou en numérique. Cela correspond au port noir (GPIO ou port B).

On doit réussir à afficher les données recueillies par le capteur de son sur le M5Stack. Nous nous sommes donc servies d'un code permettant d'afficher un spectre audio trouvé sur le site Hackster.io. Il a fallu modifier la valeur de "micpin" (ligne 28) de 34 à 36 pour que les données soient lues. Le code utilisé est le suivant :

/* ESP8266/32 Audio Spectrum Analyser on an SSD1306/SH1106 Display
 * The MIT License (MIT) Copyright (c) 2017 by David Bird. 
 * The formulation and display of an AUdio Spectrum using an ESp8266 or ESP32 and SSD1306 or SH1106 OLED Display using a Fast Fourier Transform
 * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of this software and associated documentation files 
 * (the "Software"), to deal in the Software without restriction, including without limitation the rights to use, copy, modify, merge, 
 * publish, distribute, but not to use it commercially for profit making or to sub-license and/or to sell copies of the Software or to 
 * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to the following conditions:  
 * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all copies or substantial portions of the Software. 
 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES 
 * OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE 
 * LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN 
 * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. 
 * See more at http://dsbird.org.uk 
*/
// https://github.com/tobozo/ESP32-8-Octave-Audio-Spectrum-Display/tree/wrover-kit
// https://github.com/G6EJD/ESP32-8266-Audio-Spectrum-Display
// https://github.com/kosme/arduinoFFT
 
 
#include "arduinoFFT.h"          // Standard Arduino FFT library 
arduinoFFT FFT = arduinoFFT();
#include <M5Stack.h>
#define SAMPLES 512              // Must be a power of 2
#define SAMPLING_FREQUENCY 40000 
// Hz, must be 40000 or less due to ADC conversion time.
// Determines maximum frequency that can be analysed by the FFT Fmax=sampleF/2.

int micpin = 36; //change this to 36 if you are using the fc-04
 
struct eqBand {
  const char *freqname;
  uint16_t amplitude;
  int peak;
  int lastpeak;
  uint16_t lastval;
  unsigned long lastmeasured;
};
 
eqBand audiospectrum[8] = {
  //Adjust the amplitude values to fit your microphone
  { "125Hz", 500, 0, 0, 0, 0},
  { "250Hz", 200, 0, 0, 0, 0},
  { "500Hz", 200, 0, 0, 0, 0},
  { "1KHz",  200, 0, 0, 0, 0},
  { "2KHz",  200, 0, 0, 0, 0},
  { "4KHz",  100, 0, 0, 0, 0},
  { "8KHz",  100, 0, 0, 0, 0},
  { "16KHz", 50,  0, 0, 0, 0}
};
 
unsigned int sampling_period_us;
unsigned long microseconds;
double vReal[SAMPLES];
double vImag[SAMPLES];
unsigned long newTime, oldTime;
uint16_t tft_width  = 320; // ILI9341_TFTWIDTH;
uint16_t tft_height = 240; // ILI9341_TFTHEIGHT;
uint8_t bands = 8;
uint8_t bands_width = floor( tft_width / bands );
uint8_t bands_pad = bands_width - 10;
uint16_t colormap[255]; // color palette for the band meter (pre-fill in setup)
 
void setup() {
  M5.begin();
  dacWrite(25, 0); // Speaker OFF
  M5.Lcd.fillScreen(TFT_BLACK);
  M5.Lcd.setTextColor(YELLOW, BLACK);
  M5.Lcd.setTextSize(1);
  M5.Lcd.setRotation(1);
  sampling_period_us = round(1000000 * (1.0 / SAMPLING_FREQUENCY));
  delay(2000);
  for(uint8_t i=0;i<tft_height;i++) {
    colormap[i] = M5.Lcd.color565(tft_height-i*.5, i*1.1, 0);
  }
  for (byte band = 0; band <= 7; band++) {
    M5.Lcd.setCursor(bands_width*band + 2, 0);
    M5.Lcd.print(audiospectrum[band].freqname);
  }
}
 
void loop() {
  for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
    newTime = micros()-oldTime;
    oldTime = newTime;
    vReal[i] = analogRead(micpin); // A conversion takes about 1uS on an ESP32
    vImag[i] = 0;
    while (micros() < (newTime + sampling_period_us)) { 
      // do nothing to wait
    }
  }
  FFT.Windowing(vReal, SAMPLES, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);
  FFT.Compute(vReal, vImag, SAMPLES, FFT_FORWARD);
  FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, SAMPLES);
 
  for (int i = 2; i < (SAMPLES/2); i++){ 
    // Don't use sample 0 and only first SAMPLES/2 are usable. 
    // Each array eleement represents a frequency and its value the amplitude.
    if (vReal[i] > 1500) { // Add a crude noise filter, 10 x amplitude or more
      byte bandNum = getBand(i);
      if(bandNum!=8) {
        displayBand(bandNum, (int)vReal[i]/audiospectrum[bandNum].amplitude);
      }
    }
  }
   
  long vnow = millis();
  for (byte band = 0; band <= 7; band++) {
    // auto decay every 50ms on low activity bands
    if(vnow - audiospectrum[band].lastmeasured > 50) {
      displayBand(band, audiospectrum[band].lastval>4 ? audiospectrum[band].lastval-4 : 0);
    }
    if (audiospectrum[band].peak > 0) {
      audiospectrum[band].peak -= 2;
      if(audiospectrum[band].peak<=0) {
        audiospectrum[band].peak = 0;
      }
    }
    // only draw if peak changed
    if(audiospectrum[band].lastpeak != audiospectrum[band].peak) {
      // delete last peak
     M5.Lcd.drawFastHLine(bands_width*band,tft_height-audiospectrum[band].lastpeak,bands_pad,BLACK);
     audiospectrum[band].lastpeak = audiospectrum[band].peak;
     M5.Lcd.drawFastHLine(bands_width*band, tft_height-audiospectrum[band].peak,
                           bands_pad, colormap[tft_height-audiospectrum[band].peak]);
    }
  } 
}
 
void displayBand(int band, int dsize){
  uint16_t hpos = bands_width*band;
  int dmax = 200;
  if(dsize>tft_height-10) {
    dsize = tft_height-10; // leave some hspace for text
  }
  if(dsize < audiospectrum[band].lastval) {
    // lower value, delete some lines
    M5.Lcd.fillRect(hpos, tft_height-audiospectrum[band].lastval,
                    bands_pad, audiospectrum[band].lastval - dsize, BLACK);
  }
  if (dsize > dmax) dsize = dmax;
  for (int s = 0; s <= dsize; s=s+4){
    M5.Lcd.drawFastHLine(hpos, tft_height-s, bands_pad, colormap[tft_height-s]);
  }
  if (dsize > audiospectrum[band].peak) {
    audiospectrum[band].peak = dsize;
  }
  audiospectrum[band].lastval = dsize;
  audiospectrum[band].lastmeasured = millis();
}
 
byte getBand(int i) {
  if (i<=2 )             return 0;  // 125Hz
  if (i >3   && i<=5 )   return 1;  // 250Hz
  if (i >5   && i<=7 )   return 2;  // 500Hz
  if (i >7   && i<=15 )  return 3;  // 1000Hz
  if (i >15  && i<=30 )  return 4;  // 2000Hz
  if (i >30  && i<=53 )  return 5;  // 4000Hz
  if (i >53  && i<=200 ) return 6;  // 8000Hz
  if (i >200           ) return 7;  // 16000Hz
  return 8;
}

L'étape suivante est de configurer plusieurs réactions du M5Stack en fonction des données sonores. Le but est d'afficher différents messages de prévention pour informer l'utilisateur de son exposition au bruit.

Esthétique

Shirel sest chargée de concevoir et dessiner le packaging de notre projet. Elle a mesuré toutes les longueurs sur un M5stack de référence et les a reportées. On a donc choisi de créer un boîtier imprimé grâce a une imprimante 3D. 

On ferait une sorte d'ouverture permettant de laisser visible l'écran du M5 afin d'afficher les messages d'alerte. 

Lily a commencé à modéliser sur FreeCAD la boîte qui servira à contenir le M5stack et le capteur.

L'objectif de cette séance est de finaliser le programme qui inclut des conditions par rapport à l'intensité sonore recueillie par le capteur. 

Le spectre audio réalisé à la séance précédente nous a permis de comprendre le fonctionnement du capteur avec le M5Stack, mais ce spectre permet de visualiser la fréquence, or nous sommes intéressées par l'intensité sonore.

Le code suivant permet d'afficher le message "attention" lorsque la valeur récoltée par le capteur est supérieure à 1000. Cette valeur est choisie arbitrairement pour l'instant.
Ce programme suivant est construit à partir du code de test du capteur de son, ainsi que de quelques recherches qui nous ont permis d'inclure une condition "if". La valeur de la condition choisie est ici totalement arbitraire vu qu'on cherche uniquement à ce que le programme marche.

#include <M5Stack.h>
const int sensor = 36;

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    M5.begin();
    M5.Power.begin(); 
}

void loop()
{

    long sum = 0;
    for(int i=0; i<32; i++)
    {
        sum += analogRead(sensor); // permet de lire la valeur relevée par capteur
        sum >>= 2; // divise les valeurs par un certain facteur pour ne pas avoir de trop grandes valeurs      
    }
    Serial.println(sum); // écrit la valeur dans le plotter
          
    if (sum > 1000)
    {
        M5.Lcd.clear();
        M5.Lcd.print("attention");
    }

    delay(10);

}

Le but de notre objet est d'afficher différents messages de prévention en fonction de l'intensité sonore. Il faut donc imposer plusieurs conditions.
Les niveaux d'intensité sonore sont indiqués en décibels et correspondent à des temps d'exposition hebdomadaires. Dans une boîte de nuit, l'intensité sonore varie entre 85 et 115 dB. Voici les messages affichés par le M5Stack en fonction de l'intensité sonore :

• 96 dB : 5h d'exposition : "Tu peux encore chiller pendant 5h"

• 103 dB : 1h : "Plus qu'une heure avant l'extinction des feux"

• 105 dB : 10 min : "Le temps d'une petite clope et au revoir"

• 115 dB : 5 min : "Prends tes affaires et sors ;)"

Pour imposer différentes conditions au M5Stack, il suffit de reprendre le programme ci-dessus et d'y ajouter de nouveaux opérateurs "if".

#include <M5Stack.h>
#include "Free_Fonts.h" 
const int sensor = 36;

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    M5.begin();
    M5.Power.begin();
}

void loop()
{
    while(1)
    {
        long sum = 0;
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            sum += analogRead(sensor); // permet de lire la valeur relevée par le capteur
            sum >>= 2; // divise la valeur par un certain facteur pour ne pas avoir des valeurs trop grandes
        }
       Serial.println(sum); // écrit la valeur dans le plotter

        if (sum < 100) //en dessous de 100dB
       {
           M5.Lcd.clear();
           M5.Lcd.print("Tu peux encore chiller pendant 5h");
           delay(3000);
       }

        if (sum >= 100 && sum < 500) //entre 100 et 105
       {
           M5.Lcd.clear();
           M5.Lcd.print("Plus qu'une heure avant l'extinction des feux");
           delay(3000);
       }

        if (sum >= 500 && sum < 1000) //entre 105 et 115
       {
           M5.Lcd.clear();
           M5.Lcd.print("Le temps d'une petite clope");
           delay(3000);
       }

          
       if (sum >= 1000) //au dessus de 115
       {
           M5.Lcd.clear();
           M5.Lcd.print("Prends tes affaires et sors ;)");
           delay(3000);
       }

       delay(10);
    }
    
}

Il faut maintenant s'occuper de la mise en forme du message affiché. Nous avons décidé de changer la couleur de l'écran en fonction de la dangerosité du niveau sonore.