Groupe B2

Pour cette première séance de l’UE LU1SXPFL, nous avons commencé par une présentation de l’origine et du fonctionnement du Fablab mais aussi de l’objectif final de ce cours. Nous devrons donc documenter notre avancée sur le projet final à rendre et présenter en fin de semestre. Les valeurs fondamentales du Fablab sont le partage, l’ouverture et l’interdisciplinarité. Nous avons visionné un cours de la fabacademy enseigné par Neil Gershenfeld, créateur du créateur du Fablab et du cours How to make (almost) anything. Nous avons également rencontré l’équipe des Fabmanagers.

Ensuite, nous avons visité le FabLab en commençant par la salle des imprimantes 3D. Nous avons pu y observer différents objets qui ont été imprimés avec ces imprimantes et tout le matériel utilisé. 

Salle d’impression 3D

Imprimante 3D

Après la salle d’impression 3D, nous avons visité la salle de découpe, dans laquelle nous avons pu découvrir des machines qui utilisaient différentes méthodes de découpe précises :  laser, jet d’eau, fil chaud, etc. 

                                                             Salle de découpe

Découpeuse à jet d'eau

Puis nous nous sommes rendus dans la salle d’électronique, où se trouvent les appareils à soudure et le matériel de protection (gants, masques, casques). 

Salle d'électronique Nous avons visité la salle de préproduction dans laquelle nous avons  découvert la fraiseuse. Puis nous avons eu accès à la salle de menuiserie dans laquelle nous avons découvert la fraiseuse à bois.

Troisièmement et dernièrement, nous avons formé nos groupes, Vincent Dupuis nous a présenté comment documenter notre Wiki et donc nous avons commencé notre documentation sur la première séance du projet FabLab. 

Lors de cette seconde séance nous avons été initié au design 2D, 3D, à l’impression 3D et à la découpe laser.

Premièrement, nous avons découvert Inkscape, un logiciel qui permet de dessiner les modèles 2D que nous voulons obtenir à la découpeuse laser. Nous avons découvert les fonctionnalités du logiciel, par exemple les différentes couleurs à utiliser en fonction de si on veut graver ou découper le matériau, et puis nous les avons explorées et testées en dessinant un modèle précis indiqué par monsieur Dupuis composé d’un rectangle et de 4 cercles situés à une distance précise des cotés du rectangle. Il a donc fallut calculer et régler les positions de chaque objet afin d’obtenir ce dessin :

Ensuite, nous avons découvert OpenSCAD, un logiciel de modélisation pour les imprimantes 3D. Nous avons aussi pris en main le logiciel en explorant un maximum de ses fonctionnalités, notamment le codage. En effet, il faut utiliser un langage de code spécifique pour exprimé ce que nous souhaitons modéliser. Comme pour Inskape, notre professeur nous à donné un modèle à reproduire afin que l’on se familiarise avec le logiciel. Nous avons pu modéliser un cube avec des des trous sur chacune de ses faces. Aussi, nous avons découvert la « CheatSheet » d’OpenScad, page web sur laquelle est regroupé toutes les lignes de code et le langage à écrire pour modéliser.

Puis, nous avons découvert FreeCAD, un logiciel qui permet d’utiliser la modélisation volumique, la modélisation fonctionnelle, et la modélisation surfacique, trois types de modélisation entièrement paramétrables. Nous avons également pris en main le logiciel et explorer en modélisant un cube, puis en dessinant des cercles sur ses faces et en les extrudant, on obtenait des cylindres à l’intérieur du cube. Il suffisait de soustraire les cylindres au cube pour avoir un cube troué similaire à celui réalisé sur OpenScad. Cependant, nous avons pu voir que ce logiciel n’était pas le meilleur pour la modélisation 3D car pas très intuitif à l’utilisation.

Enfin, en fin de séance, une Fabmanager nous a monter en détails comment faire une impression 3D en nous montrant comment utiliser les imprimantes, et aussi comment faire de la gravure et de la découpe laser. Nous avons ainsi été informés de toutes les étapes à réaliser avant de laisser une imprimante 3D ou une découpeuse laser, comme régler les paramètres de structure interne ou la présence de support pour une impression 3D et le réglage de la focale pour la découpeuse laser qui est automatique sur certaines machines. Nous nous avons également été avertis des précautions à prendre afin d’avoir une utilisation responsable des machines mises à notre disposition mais aussi pour notre sécurité.

Cette troisième séance a été une initiation au prototypage électronique avec l’aide d’arduino.
L’Arduino UNO est une plateforme électronique de prototypage rapide qui offre la possibilité de connecter facilement des capteurs en tant qu’entrées et des actionneurs en tant que sorties. Elle intègre divers composants électroniques, dont un élément central, un microcontrôleur capable de stocker et d’exécuter des programmes informatiques.
L’arduino permet des tests rapides de prototypes d’appareils électroniques.

La première étape est de créer un programme dans un environnement de développement (Integrated Development Environment), c’est-à-dire une application sur laquelle on code. L’ide Arduino permet de créer du code puis de compiler ce code en un fichier compréhensible par le microcontrôleur (langage binaire) en le téléversant. Le language utilisé est le C. Il existe trois parties essentielles à un programme :

• commence par include → permet d’inclure du code dans le code/réutiliser du code déjà existant, les fonctions associées au capteur sont empaquetées dans une bibliothèque et pour parler avec le capteur il faut inclure du code externe
• fonction setup → permet d’initialiser le code et il sera exécuté 1 seule fois
• fonction loop → exécute une action en boucle 

Blink.ino sur arduino est équivalent au Hello world utilisé dans les autres langages informatiques tels que Python pour démontrer leur fonctionnement de manière simple et rapide.

Après cette introduction théorique sur le fonctionnement d’Arduino, nous nous sommes mis en binômes afin de faire une première prise en mains d’un capteur. Le premier exercice consistait à brancher une LED rouge et une résistance en série et de télécharger un programme disponible dans la base de donnée de l’ide Arduino pour faire clignoter la LED (allumée 1 seconde, éteinte 1 seconde). En connectant la Breadboard, l’Arduino Uno et l’ordinateur nous avons téléversé le programme afin qu’il soit exécuté :

Le programme utilisé était un des exemples dans les programmes basiquesde l’IDE et s’appelait « Blink » :

Lors de cette quatrième séance, nous avons commencé notre projet de groupe.

L’objectif est concevoir un système usant d’au moins un détecteur/ capteur, d’effectuer une expérience physique avec et de réaliser une série de mesures.

Nous avons décidé de concevoir un détecteur d’intensité sonore. Le principe est de mesurer l’intensité et le volume sonore selon l’endroit et les matériaux présents dans ces endroits, mesurer l’atténuation de chaque matériau (verre, bois, plexiglas) et vérifier la loi physique sur le niveau d’intensité sonore : L = 10log(I/Io).

Pour nos premiers tests, nous avons eu besoin d’un capteur de son et d’une carte Arduino Uno.

Tout d’abord, nous avons tester le détecteur de son, soit le Grove - Sound Sensor :

Ainsi, nous avons dû calibrer le détecteur pour pouvoir tester ses fonctionnalités.

Nous avons utilisé un code qui permettait de prendre des mesures du niveau sonore, nous avons pris ce code sur :

https://sensorkit.arduino.cc/sensorkit/module/lessons/lesson/06-the-sound-sensor

Observation d’un graphe de valeurs (unités des axes encore pas très claires pour nous : peut-être des Volts)

Cela nous confirme que notre capteur focntionne !

La prochaine étape est de réfléchir à comment modifier le code pour avoir des résultats en dB.

Objectifs pour les prochaines séances :

Il faut prendre un certain nombre de mesures (échantillonnage) à intervalle régulier (idée du forum : arduino decibel meter)

OU 

Faire un échantillonnage nous-même : on prend une mesure en envoyant une certaine valeur en dB ensuite on observe le signal en Volts que l’on reçoit, on trace une courbe sur Regressi pour avoir la fonction correspondante et donc pouvoir par la suite passer de Volt à dB. C’est une bonne piste pour la prise de mesure.

Puis pour tester l’atténuation on prendra différents matériaux et on voit si l’atténuation est linéaire/continue/autre et fonction des dB de la source. Il est nécessaire de connaître les caractéristiques des matériaux que l’on utilise.

Pour la source sonore, on prendra un bruit blanc (par exemple) qu’on trouve sur Youtube dont on connaît le niveau sonore, on mesurera son volume sonore avec Phyphox (sur un autre téléphone) et on le laissera le son en continu lors de notre expérience afin d’avoir un résultat cohérent. Pour utiliser Phyphox on procèdera à un étalonnage grâce à un sonomètre et une source afin de connaître la valeur précise du son pour avoir une valeur de référence.

On relèvera ensuite les sons selon les matériaux en comparant avec le son initial et on calculera l’atténuation sonore.

On répète la même expérience pour tous les matériaux. 

Pour vérifier nos résultats, on regardera sur internet les atténuations des différents matériaux afin d’avoir un ordre de grandeur pour nos mesures. Aussi, il faut qu’on choisisse des matériaux avec des valeurs d’atténuation assez différentes.

Enfin, il faut comparer nos mesures aux mesures connues et discuter de la fiabilité et de la précision de notre dispositif.

Idées de matériaux :

Verre 

BOIS

Chlorure de polyvinyle

LIÈGE

Objectifs du jour : 

• étalonner nos téléphones (Phyphox)  
• prendre une première série de mesure 
• faire une courbe sur Regressi : corrélation Volts et dB

Première étape : Étalonnage 

Nous avons étalonné Phyphox sur nos téléphones à l’aide d’un « bruit rose ». Nous avons ainsi mesuré 70 dB.

Expérience : Nous nous sommes installés dans la salle de réunion du FabLab car assez insonorisée et silencieuse. La source de son (téléphone de Clémence) était placée à 1m de nos téléphones, pour préserver l’étalonnage, nous avons enregistré le décalage (113 dB pour le téléphone utilisé lors des prises de mesures par la suite). 

Deuxième étape : Prise de mesure 

Une fois Phyphox étalonné, nous avons pris une série de valeurs à l’aide du capteur « Grove - Sound Sensor », cependant, les valeurs obtenues n’étaient malheureusement pas du tout cohérentes. En effet, en parallèle de la prise de mesure, nous avons ouvert Regressi afin de pouvoir tracer la courbe et donc pouvoir faire une corrélation entre Volts et dB. On s’attendait à ce que la corrélation soit à peu près linéaire, ou du moins cohérente, cependant ça n’a pas fonctionné.

Résultats : 

Troisième étape : changement de capteur

Nous avons ensuite changé de capteur en prenant le capteur d’intensité sonore. Par manque de temps, nous n’avons fait que très peu de mesures.

Programme utilisé pour le capteur « Grove - Loudness Sensor » :

int val ;

Configuration du vide ()

{

  Série.début(9600);

}

Boucle du vide ()

{

  analogRead(0);

  retard(10);

  val = analogRead(0);

  Série.println(val);

  retard(200);

}

Source : https://seeeddoc.github.io/Grove-Loudness_Sensor/

Mais les premières valeurs obtenues restaient quand même plus cohérentes, nous obtenons une droite linéaire.

Objectifs pour la prochaine séance : 

Pour la prochaine séance nous comptons donc faire le plus de mesures possibles avec ce capteur. L’objectif est aussi de faire varier la résistance qui est lié à la sensibilité du capteur. Ainsi on prendra les valeurs les plus cohérentes.

Il nous reste un dernier capteur à tester le grove Analog Microphone qui se rapproche plus du microphone présent sur nos téléphones. En testant ce dernier capteur nous pourrons ainsi choisir avec lequel parmi les 3 nous obtenons les valeurs les plus cohérentes, pour avoir la meilleure fonction reliant Volts et dB. 

Nous essaierons également de prendre des mesures avec différents matériaux situés entre la source et le capteur afin de pouvoir calculer un rapport qui représenterait l'atténuation du matériau et voir si on obtient des valeurs cohérentes.

Grove- Analog Microphone : 

Nous essaierons également de prendre des mesures avec différents matériaux situés entre la source et le capteur afin de pouvoir calculer un rapport qui représenterait l’atténuation du matériau et voir si on obtient des valeurs cohérentes.

Après plusieurs essais, nous nous sommes rendues compte que phyphox posait un problème et avons donc utilisé une autre application de mesure sonore : sound meter.

Nous avons testé un microphone analogique :

Avec le code suivant :

/*
Entrée analogique, sortie analogique, sortie série

Lit une broche d’entrée analogique, mappe le résultat sur une plage comprise entre 0 et 255 et utilise
le résultat pour définir la modulation de largeur d’impulsion (PWM) d’une broche de sortie.
Imprime également les résultats sur le moniteur série.
*/

Ces constantes ne changeront pas. Ils sont utilisés pour donner des noms aux broches utilisées :
const int analogInPin = A0 ; Broche d’entrée analogique à laquelle le potentiomètre est attaché const
int analogOutPin = 9 ; Broche de sortie analogique à laquelle la LED est fixée

int sensorValue = 0 ; valeur lue à partir du pot
int outputValue = 0 ; sortie de valeur vers le PWM (sortie analogique)

void setup() {
Serial.begin(9600) ; // initialise les communications série à 9600 bps
}

void loop() {
sensorValue = analogRead(analogInPin) ; // lit la valeur
de l’entrée analogique outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255) ; // la mappe à la plage de la sortie
analogique analogWrite(analogOutPin, outputValue) ; // change la valeur de la sortie analogique

Serial.println(outputValue) ; imprimer les résultats sur le moniteur série

attendre 2 millisecondes avant la boucle suivante pour que le convertisseur // analogique-numérique
se stabilise après la dernière lecture :
delay(2) ;
}

Trouvé sur ce site : https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Analog-Microphone/

Pour cette 7ème séance, nous avons commencé par essayer de modifier le code de notre capteur afin d’obtenir les valeurs directement en décibels à partir du rapport que nous avions trouvé la semaine précédente. Cependant, nous nous sommes rendus compte que cette conversion n’était pas forcément utile car notre expérience consiste à calculer un rapport entre le niveau d’intensité sonore de la source et celui perçu par le capteur après les matériaux. Ainsi, nous allons garder le code fourni par le constructeur du capteur.

Ensuite, nous avons voulu commencer à tester l’atténuation de certains matériaux et définissant des conditions expérimentales spécifiques qui nous permettraient d’avoir une meilleure précision et de pouvoir comparer les résultats entre eux. Nous avons donc scotché le capteur à plat sur une table, puis nous avons tracé deux traits à 20 et 40 centimètres du capteur. Au niveau du premier trait nous avons placé le matériau et sur le deuxième, la source (téléphone). Le bruit utilisé était une vidéo Youtube avec un bruit de 1 kHz à volume constant. Nous mesurions d’abord le niveau d’intensité sonore perçu par le capteur sans le matériau au milieu, puis en ajoutant le matériau afin de mesurer la différence. Cependant, nous avons rencontré des difficultés car les valeurs mesurées ne changeaient pas de manière significative et que les variations étaient plutôt aléatoires. Nous en sommes arrivés à trois conclusions :

• la source n’est pas assez puissante et une grande partie du son est perdue dans l’environnement le capteur ne peut donc mesurer les différences de manière exacte
• le capteur est directionnel en le mettant à plat, la meilleure manière de mesurer les variations de pressions est de mettre la source au dessus
• pour comparer les niveaux d’intensité sonores, nous ne devons pas prendre les valeurs affichées, mais comparer les amplitudes

Pour palier aux deux premiers problèmes, nous avons créé un dispositif inspiré d’un appareil utilisé en TP que nous avons trouvé sur le site de Jeulin (https://jeulin.com/jeulin_fr/302328.html) :

L’objectif est donc d’utiliser un tube qui forcerait la propagation du son dans une direction et nous permettrait ainsi moins de pertes dans l’environnement mais aussi de l’orienter pour qu’il soit perçu correctement par le capteur. Nous avons trouvé un tube en carton don’t nous avons bouché une extrémité avec un cercle de polystyrène d’environ 3 centimètres d’épaisseur et nous avons percé un trou pour faire passer le capteur. De cette manière, le bout du tube est isolé et permet une meilleure mesure, de plus, le capteur est orienté vers l’autre extrémité du tube.

Une autre amélioration que nous avons apportée au dispositif est que nous avons changé de source. Auparavant, nous utilisions notre téléphone qui n’est pas très puissant et le bruit venait de Youtube, nous ne pouvions pas vraiment être certains que le volume était parfaitement constant ni même que la fréquence était exacte. Notre professeur nous a fourni un haut parleur circulaire qui a un diamètre proche de celui du tube. Il nous a montré comment souder des fils au haut parleur afin de le connecter à un générateur de basses fréquences qui nous permettrait à la fois de choisir l’amplitude et la fréquence de l’onde.

Pendant le temps qui nous restait, nous avons effectué des mesures sans matériau à différentes fréquences et en ne prenant en compte que l’amplitude de l’onde donnée par la fonction Serial Plotter d’Arduino.

Pour la prochaine séance, nous devrons trouver un moyen d’insérer des matériaux entre la source et le capteur. Pour l’instant nous avons deux options : soit nous allons faire une fente dans le tube pour glisser les matériaux dedans, cependant le matériau ne pourra boucher la totalité du diamètre du tube et nous devrions donc mettre un morceau de polystyrène dans la partie non couverte mais cela risque de perturber la mesure ; sinon nous pourrions utiliser un autre tube (ou couper celui que nous avons en deux) de cette manière toute la surface du tube serait remplie, mais il faudrait tenir les tubes et le matériau ou trouver un moyen de les faire tenir.

Enfin, nous allons essayer de trouver des matériaux d’épaisseurs proches afin que les mesures puissent être comparables entre elles.

Objectif de la séance : construire le vrai support qui nous permettra de tester les différents matériaux pour mesurer leur atténuation avec le capteur. 

Nous avons décidé de réaliser d’abord un prototype qui nous servirai de test pour voir ce qu’on pourrait améliorer sur le vrai support ( forme, distance ...)

Pour pouvoir insérer les matériaux, nous avons décidé de faire une fente dans un des tubes que nous avions à disposition. Le problème est qu’il fallait remplir la partie restante lorsqu’on insérait le matériaux car il était à bord plat et le tube circulaire. Nous avons donc découpé dans du carton une forme qui comblerait ce trou : mettre photo.

Nous avons ensuite collé la forme à l’extrémité d’un des tubes avec un pistolet à colle pour que ce soit plus solide. Puis nous avons comblé les petits trous qu’ils restaient avec la colle pour être sur qu’aucuns sons ne passent.

Pour la fente, nous avons opté pour le système suivant : 

• un morceau de carton bouchera le bas du cylindre 

• on découpera le cylindre jusqu’au morceaux de carton afin qu’on est pas besoin de boucher les côtés du cylindre étant donné que notre morceau de matériau aura une forme rectangulaire

• ainsi, on aura juste à faire glisser le matériau jusqu’à la fente pour prendre nos mesures

Nous avons ensuite découper notre fente à l’aide d’une scie.

Une fois notre prototype prêt, nous avons testé des matériaux trouvés au fablab en prenant une longueur du tube deux fois plus grande que sur le prototype final. Nous avons relevé les valeurs suivantes :

Les valeurs obtenues nous semblent cohérentes donc nous avons décidé de passer au vrai prototype. Cependant, il faut noter que nous avons pris des références trouvées sur internet qui dépendent de beaucoup de facteurs. Avec le temps qu’il rester, nous avons réussi à découper la forme finale qui sera à coller et à couper la fente dans notre tube.

Pour la prochaine et dernière séance, il nous restera donc à tester notre prototype final.

Nous avons consacré cette dernière séance au test de notre capteur avec 8 matériaux d'absorbance variable. Nous avons réalisé ces tests à 1kHz car il s'agit de la valeur de référence pour les mesures en acoustique et qu'il fallait que l'on choisisse une fréquence pour fixer les conditions expérimentales et pouvoir comparer les résultats à la fin. 

En début de séance, nous avons finalisé notre prototype. Il ne restait plus qu'à redécouper légèrement la fente à la scie après avoir coller le morceau de carton qui sert pour combler le vide lorsque l'on insert une plaque de matériau. 

Ensuite, nous nous sommes mis au mesures. 

Nous avions une multitude de matériaux à notre disposition, d'épaisseurs différentes grâce à notre camarades Clémence. 

Nous avons tout d'abord commencé par les matériaux de "petites" épaisseurs, qui rentrent dans notre fente. 

Pour faire tous nos test nous avons appliqué une fréquence 1kH à l'aide du générateur basse fréquence et nous avons fais de notre mieux pour reproduire, pour chaque mesure, exactement les mêmes conditions d'expériences afin d'avoir les résultats les plus précis possibles.

Par la suite, lorsque nous avons effectué nos tests pour des matériaux plus épais, nous avons élargie la fente afin que ceux-ci puisse rentrer au fur et à mesure.

Voici quelques images de nos prises de mesure : 

Ainsi, pour chacun des matériaux, nous relevions l'épaisseur et l'amplitude. 

1) Pour les petites épaisseures : 

2) Pour les grosses épaisseurs : 

Pour chaque matériau, nous avons des séries de 3 mesures afin d'observer une possible récurrence des mêmes résultats.

On peut voir que pour la plupart des matériaux, les résultats sont très rapprochés et que pour d'autres les résultats varient légèrement. 

A présent, nous devons calculer les atténuations de chacun des matériaux afin de déterminer si cela correspond bien au registres des atténuations que nous possèdons. En effet, avec les matériaux, Clémence a pu obtenir une sorte de registre dans lequel l'atténuation de chaque matériau est répertoriée.

Ainsi, les mesures semblent plutôt cohérentes car pour les matériaux les plus denses et épais et donc les plus absorbants, le coefficient est faible et inversement pour les moins épais et moins denses.

On peut dire que notre disposition fonctionne plutôt bien. Bien sûr il n'est parfais car pas très précis, aussi lors des prises de mesures il faut tenir le haut-parleur à chaque fois ce qui n'est pas très pratique et la fente n'est pas modifiable. En effet, on a du épaissir la fente pour les matériaux plus épais donc il n'est plus possible de refaire des  mesures avec les matériaux les moins épais.