Projet Final : Hugo / Hasir / Youssra / Ramage

Compte Rendu du Projet Final : Vase autonome “Make flowers bloom again !” 

I. Définition et Analyse du projet

Notre projet consiste à développer un vase innovant qui renouvelle automatiquement son eau. Il est équipé d'une électrovanne qui déclenche le transfert de l'eau sale vers un réservoir à intervalles réguliers. Dans ce réservoir, l'eau est filtrée grâce à des billes de filtrage, permettant ainsi de purifier l'eau avant qu'elle ne soit réintroduite dans le vase. Cette automatisation du renouvellement de l'eau vise à prolonger la vie des fleurs en maintenant un environnement propre et frais sans intervention manuelle. Ce vase autonome transforme un objet quotidien en un dispositif avancé, combinant praticité et technologie pour faciliter l'entretien des fleurs de manière efficace et esthétique.

A. Quelques définitions

• Le besoin dans ce contexte se réfère à la nécessité de prolonger la durée de vie des fleurs en maintenant leur environnement d'eau propre et frais de manière autonome. Il s'agit de répondre à la nécessité des utilisateurs de maintenir des fleurs fraîches dans un vase sans avoir à changer manuellement l'eau régulièrement.
• Les utilisateurs sont ceux qui ont un intérêt à maintenir des fleurs fraîches dans un vase, mais qui peuvent trouver contraignant le besoin de changer régulièrement l'eau du vase. Cela peut inclure les propriétaires de maisons, les entreprises florales, les bureaux, etc.
• La fonction principale du vase est d'automatiser le renouvellement de l'eau filtrée des fleurs à intervalles réguliers. Cela est rendu possible grâce à un système de réservoir et des billes de filtrage. Le vase détecte le besoin de changement d'eau, draine l'eau sale dans le réservoir à travers le filtre pour la nettoyer, puis remplit le vase avec de l'eau propre.

B. Réflexions sur la problématique et veille sur l'existant

Notre projet, intitulé "Make flowers bloom again!", vise à révolutionner l'entretien des fleurs coupées avec un vase qui renouvelle automatiquement son eau. Cette innovation cherche à répondre à un problème quotidien : la corvée et souvent l'oubli de changer l'eau des vases, ce qui peut réduire considérablement la longévité et la fraîcheur des fleurs.

Dans la phase de réflexion sur la problématique et la veille technologique de notre projet de vase autonome "Make flowers bloom again!", nous avons examiné divers systèmes d'arrosage automatique existants pour identifier les fonctionnalités qui pourraient être intégrées ou améliorées dans notre conception. Voici une synthèse des systèmes analysés :

Nom du dispositif	Description	Illustration
Systèmes d'irrigation goutte-à-goutte	Ces systèmes, qui délivrent l'eau directement au niveau des racines via de petits tuyaux, sont très efficaces pour économiser l'eau. Ils peuvent être adaptés pour des installations intérieures ou extérieures. Toutefois, leur mise en place peut être complexe et laborieuse, nécessitant souvent des installations invasives comme le perçage ou le creusage​
Systèmes de mèches	Utilisant des mèches absorbantes qui transfèrent l'eau d'un réservoir au sol à mesure que celui-ci s'assèche, ces systèmes sont simples à installer et à utiliser. Ils sont particulièrement adaptés pour arroser plusieurs plantes situées à proximité les unes des autres et pourraient être idéals pour un arrosage constant sans maintenance fréquente​
Pots auto-arrosants	Dotés d'un réservoir d'eau sous le sol, ces pots utilisent la capillarité pour monter l'eau vers les racines des plantes lorsque nécessaire. Ils sont faciles à utiliser et nécessitent peu d'entretien, bien qu'ils puissent être onéreux et demandent un remplissage régulier du réservoir, surtout pour les grandes plantes ou dans des conditions climatiques chaudes​
Matériaux d'absorption par capillarité	Certains systèmes emploient des matériaux ou tissus qui s'imprègnent d'eau d'un réservoir et l'acheminent vers le sol du pot de la plante. Faciles à installer, ils fournissent une hydratation uniforme et continue, ce qui aide à prévenir le sur ou le sous-arrosage. Cependant, ils ne conviennent pas à toutes les espèces de plantes, surtout celles qui préfèrent un sol moins humide​

En intégrant ces observations dans notre projet, nous visons à développer un vase qui non seulement automatise le renouvellement de l'eau mais assure également que celle-ci reste propre et fraîche, prolongeant ainsi la vie des fleurs avec minimal entretien.

II. Planification et Stratégie

A. Lean Canvas

B. Nos choix techniques

L'objectif de ce projet était de concevoir un objet innovant en utilisant l'électronique combiné à l'impression 3D et/ou la découpe laser. Nous avons opté pour l'électronique et l'impression 3D. L'enjeu était ainsi de : 

• • Concevoir un circuit électronique de filtrage (avec l'électrovanne) et d'arrosage (avec la pompe à eau)
  • Concevoir un vase 3D autonome à deux compartiments (avec Tinkercard et IdeaMaker) en tenant compte à la fois de l'aspect esthétique et de la fonctionnalité technique :
    • Le premier qui contient la fleur 3D dans lequel l'eau est remplie, en agençant l'électrovanne qui fait passer l'eau dans le second compartiment à intervalles de temps réguliers.
    • Le second, qui est le réservoir et qui contient des filtres à billes, un bloc-filtre ouvert et une pompe qui permet de faire remonter l'eau filtrée dans le premier compartiment. 

C. La gestion de projet

1. Définition du Minimal Product Viable (MVP) :

Le MVP est la version la plus simplifiée de notre produit qui inclut uniquement les fonctionnalités essentielles nécessaires pour qu'il soit opérationnel et capable de satisfaire les premiers utilisateurs.

Notre MVP inclut les fonctionnalités essentielles suivantes : l'automatisation du renouvellement de l'eau en utilisant une électrovanne et une pompe, et des billes de filtrage pour maintenir l'eau propre, tout en veillant à minimiser les coûts de production. 

2. Planification détaillée :

3. Répartition des tâches :

III. Conception et Développement

L'élaboration de notre vase autonome "Make flowers bloom again!" commence par une étape cruciale : la création de croquis détaillés et la définition des dimensions du prototype : 

A. Circuit électronique

1. Le matériel utilisé :

• Arduino Uno : cœur du contrôleur, gérant la logique et les sorties vers les relais.
• Base shield : facilite la connexion des différents modules et capteurs à l'Arduino, réduisant les erreurs de câblage.
• Grove-2-Channel SPDT Relay : permet le contrôle de deux charges électriques, l'électrovanne et la pompe, offrant un moyen fiable de les activer ou désactiver.
• Electrovanne et pompe : les actuateurs dans notre système, l'un contrôlant le flux de liquides, l'autre augmentant la pression ou le volume de l'eau transportée.
• Câbles de connexion : utilisés pour connecter les éléments électroniques entre eux et assurer la transmission des signaux de commande.
• Tuyaux : assurent le transport des liquides contrôlés par l'électrovanne et propulsés par la pompe.
  

2. Le circuit :

Nous avons développé un circuit électronique contrôlé par un microcontrôleur Arduino pour gérer simultanément une électrovanne et une pompe. Pour cela, nous avons attribué à l'électrovanne la broche numérique 4 et à la pompe la broche numérique 5 de l'Arduino. Ces broches sont configurées comme des sorties dans notre fonction setup().

Au démarrage du système, nous nous assurons que l'électrovanne et la pompe sont toutes deux éteintes. Cela est crucial car nos relais sont de type actif bas, ce qui signifie que l'application d'un signal bas (LOW) active les dispositifs connectés. En conséquence, nous envoyons un signal LOW à chaque broche pour garantir que l'électrovanne et la pompe restent désactivées au démarrage.

Notre programme principal, contenu dans la boucle loop(), commence par un délai de 10 secondes avant de procéder à toute action. Nous activons ensuite l'électrovanne en envoyant un signal HIGH (qui la désactive en supposant un relais normalement fermé) et maintenons la pompe désactivée avec un signal LOW. Après un délai de 5 secondes, nous inversons les états : l'électrovanne est désactivée (signal LOW) et la pompe est activée (signal HIGH). Un autre délai de 5 secondes est observé avant de répéter le cycle.

Cette séquence est conçue pour se répéter indéfiniment, permettant une automatisation efficace de tâches telles que l'irrigation ou la gestion des flux de liquides dans un système.

3. Les détails du code : 

4. Les difficultés rencontrés : 

B. Impression 3D 

1. Les logiciels utilisés : 

• Tinkercad : logiciel de modélisation 3D basé 
• IdeaMaker : slicer qui prépare les modèles 3D en instructions d'impression
  

2. La modélisation du vase autonome 

Pour la modélisation du vase, nous avons conçu un système à deux compartiments qui facilite le renouvellement automatique de l'eau pour prolonger la vie des fleurs. Voici une description détaillée de notre démarche et des choix techniques :

• Conception des compartiments :

  • Compartiment supérieur : Ce compartiment carré est spécifiquement conçu pour accueillir la fleur et est muni d'un fond incliné avec un trou qui permet à l'eau de s'écouler vers le compartiment inférieur. Le trou est au dimension de l'électrovanne contrôlée par le microcontrôleur, qui ouvre ce passage à intervalles réguliers pour permettre le transfert de l'eau vers le filtre.

• • • Compartiment inférieur : Ce réservoir carré et incliné également, contient les billes de filtrage, disposées de manière à maximiser l'efficacité du filtre à côté d'un bloc-filtre ouvert, qui est modelé pour faciliter le passage de l'eau tout en retenant les impuretés. La conception inclut ici aussi un trou spécifique pour la pompe, qui remonte l'eau filtrée vers le compartiment supérieur.

• Paramètres d'impression 3D : Nous avons utilisé une imprimante 3D Pro 2 avec du filament PLA gris pour l'impression. Les paramètres étaient configurés comme suit :

  • Qualité : Standard.
  • Remplissage : 20%, ce qui offre une structure suffisamment solide pour accueillir l'eau sans fuite, tout en conservant une légèreté optimale.
  • Hauteur de couche : 0.3 mm, pour une impression plus rapide tout en maintenant une bonne résolution.
  • Nombre de coques : 3 pour renforcer les parois du vase et garantir une étanchéité adéquate.

3. Les difficultés rencontrées : 

• Intégration des composants électroniques : Nous avons imbriqué les composants électroniques, y compris les relais pour l'électrovanne et la pompe, directement dans la structure du vase. Ces espaces devaient être conçus pour encapsuler parfaitement les composants, pour protéger les connexions électriques de l'humidité.
• Trou de l'électrovanne : La création d'un trou aux dimensions exactes pour l'électrovanne a été difficile en raison de sa forme non circulaire et complexe. Nous avons ainsi du limer le trou pour pouvoir faire entrer l'électrovanne, puis nous avons combler les espaces avec de la pâte à fixe pour éviter que l'eau ne s'échappe par les espaces créés.
• Inclinaison dans les compartiments : Assurer une inclinaison adéquate dans les compartiments pour un bon écoulement de l'eau sans stagnation a posé des défis. En effet, il fallait calculer et reproduire les mêmes angles d'inclinaison dans les deux compartiments pour favoriser un écoulement efficace tout en maintenant la stabilité du vase pour qu'il puisse tenir debout. 
• Interruption dans l'impression 3D : Nous avons rencontré une interruption inattendue pendant l'impression, qui est peut-être dues à l'épuisement des filaments.

IV. Évaluation

A. Les résultats

Circuit électronique :

Le circuit conçu pour notre vase fonctionne correctement selon les paramètres établis. L'électrovanne réagit bien aux commandes du système, s'ouvrant et se fermant à des intervalles prédéfinis pour permettre le transfert d'eau. Cette partie du système répond donc aux attentes en termes de programmation et de synchronisation.

Cependant, nous avons rencontré un problème significatif avec la pompe. Malgré le bon fonctionnement du circuit, la pompe ne parvient pas à remonter l'eau au premier compartiment du vase. Cette défaillance suggère un problème potentiel de capacité ou de positionnement de la pompe qui nécessite un ajustement technique pour assurer la montée de l'eau contre la gravité.

Impression 3D et assemblage :

En ce qui concerne l'impression 3D, les deux compartiments du vase s'emboîtent correctement et tous les composants électriques sont bien intégrés, à l'exception de l'électrovanne. Pour cette dernière, il a été nécessaire d'élargir le trou prévu dans le design initial et d'ajouter du remplissage pour éviter les fuites d'eau. Ces ajustements ont été effectués pour assurer l'étanchéité et le bon fonctionnement de l'électrovanne dans le système.

B. Les pistes d'amélioration

Pour améliorer notre produit, nous pourrions : 

• Tester une pompe alternative, potentiellement plus puissante, pour vérifier si elle est capable de remonter l'eau au premier compartiment du vase.
• Examiner les possibilités de modification ou de remplacement des tuyaux pour améliorer le flux d'eau et faciliter le fonctionnement de la pompe.
• Explorer la conception d'un vase transparent pour permettre à l'utilisateur d'observer le processus de filtration de l'eau plus facilement.
  

C. Les pistes d'évolution

Sur le plan technique, il serait intéressant d'intégrer les éléments suivants :

• Des capteurs de niveau d'eau pour surveiller les niveaux dans le vase et dans le réservoir, permettant ainsi un contrôle précis du système.
• Un système d'alerte pour informer l'utilisateur en cas de problème ou de niveau d'eau bas, assurant ainsi un fonctionnement fiable et évitant les situations d'urgence.
• Une interface utilisateur conviviale permettant de régler les paramètres du système et de visualiser les données pertinentes sur l'état du vase et du système.
• Une batterie de secours pour garantir le fonctionnement continu du système en cas de panne de courant, assurant ainsi la stabilité et la fiabilité de l'ensemble.
  

Sur le plan de l'évaluation du marché et des tests utilisateurs, il serait pertinent de :

• Intégrer les retours des tests utilisateurs et des études de marché dans le processus de développement du produit afin d'optimiser sa conception, ses fonctionnalités et son positionnement sur le marché, assurant ainsi son succès commercial et sa satisfaction clientèle.

Sur le plan de la durabilité et de l'impact environnemental :

• Explorer des options pour rendre le produit plus écologique en utilisant des matériaux recyclés ou facilement recyclables dans sa fabrication.
• Considérer des solutions éco-responsables pour la gestion de l'eau, telles que la réutilisation des eaux grises ou la collecte des eaux de pluie pour alimenter le système.
• Évaluer les possibilités d'intégration de technologies d'économie d'énergie pour réduire la consommation électrique du système.

Sur le plan de l'accessibilité et de l'inclusivité :

• Assurer une documentation claire et des instructions d'utilisation simples pour garantir que le produit soit facilement compréhensible et utilisable par tous les utilisateurs, quel que soit leur niveau de compétence technique.

Bibliographie

Sources des tutoriels, inspirations, et ressources utilisées tout au long du projet : 

1. Top 4 Convenient Automatic Watering Systems for Potted Plants (notsomodern.com)
2. Pouring Sucess: The Ultimate Guide to The Best Automatic Watering System for Indoor Plants - The Plant Bible