Projet Final : Hugo / Hasir / Youssra / Ramage

Compte Rendu du Projet Final : Vase autonome “Make flowers bloom again !” (filtrage et arrosage automatique)

I. Définition et Analyse du projet

Sujet : Le projet consiste à développer un vase qui renouvelle l’eau automatiquement grâce à un système de réservoir et des billes de filtrage, pour but de prolonger la vie des fleurs. En effet, il pourra changer son eau automatiquement à intervalles réguliers en vidant l’eau sale dans le réservoir à travers le filtre pour nettoyer l’eau, puis le vase se remplira à nouveau avec l’eau propre. En conclusion, ce vase autonome constitue une innovation car nous avons ajouté une technologie à un objet banal afin de le rendre plus pratique et en facilitant l’entretien des fleurs.

Insérer une photo du tout vase+fleur+circuit

Objectifs : Les principaux objectifs de ce projet consistaient à :

• Concevoir un objet innovant en utilisant l'électronique combiné à l'impression 3D et/ou la découpe laser
  • 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 :
    • 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. 

Schéma simplifié de notre vase autonome "make flowers bloom again !" : 

Insérer le schéma du vase 

• Définition du besoin, des utilisateurs, de la fonctionnalité principale et des fonctionnalités secondaires.
• Réflexions sur la problématique et veille sur l'existant pour comprendre le contexte et les solutions disponibles.

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. 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 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.

 Les fonctionnalités secondaires peuvent inclure des éléments tels que :

Réflexions sur la problématique et veille sur l'existant :

La problématique principale réside dans le besoin de concevoir un système automatisé qui assure la fraîcheur des fleurs tout en étant pratique et efficace. Cela implique de nombreux défis techniques, notamment la conception d'un circuit électronique fiable pour contrôler le renouvellement de l'eau, la sélection de matériaux sûrs pour les fleurs et l'eau, ainsi que la conception d'un vase esthétique et fonctionnel.

Une veille sur l'existant impliquerait d'étudier les solutions actuellement disponibles sur le marché pour maintenir la fraîcheur des fleurs dans les vases. Cela pourrait inclure des vases avec des filtres intégrés, des systèmes d'arrosage automatique pour les plantes d'intérieur, ou des technologies similaires utilisées dans d'autres domaines, comme l'aquaponie. Cette analyse permettrait de comprendre les forces et les faiblesses des solutions existantes et d'identifier les opportunités d'innovation pour le projet.

II. Planification et Stratégie

• Lean Canvas pour esquisser le modèle d'affaires et les aspects clés du projet.

Lean Canvas

• Choix techniques, incluant les outils et technologies à utiliser.

Choix techniques 

1. Conception du vase : Utilisation de logiciels de modélisation 3D comme Tinkercad ou IdeaMaker pour concevoir le vase, en tenant compte à la fois de l'aspect esthétique et de la fonctionnalité technique.

2. Électronique : Développement d'un circuit électronique intégrant des capteurs de niveau d'eau, une électrovanne pour le contrôle du flux d'eau, une pompe à eau et un microcontrôleur pour la gestion automatisée du renouvellement de l'eau. Des outils comme Arduino ou Raspberry Pi peuvent être utilisés pour le prototypage et le développement.

3. Fabrication : Utilisation de l'impression 3D pour produire les vases, ce qui permet une fabrication rapide et personnalisée. La découpe laser peut également être utilisée pour certains composants.

4. Filtration : Sélection des meilleurs matériaux pour les filtres à billes et le système de filtration pour assurer une purification efficace de l'eau.
   

• Gestion de projet : élaboration du Minimum Viable Product (MVP), planification détaillée et répartition des tâches.

1. Définition du MVP :
   

   • Les fonctionnalités clés  :
     • Un vase avec un système de filtration et d'arrosage automatique.
     • Capteurs de niveau d'eau pour détecter le besoin de renouvellement de l'eau.
     • Un système de contrôle électronique simple pour gérer le processus de renouvellement de l'eau.
       

    

2. Planification détaillée :

   • Étape 1 : Conception du prototype
     • Sous-tâches :
       • Conception du vase et des composants électroniques
       • Sélection des matériaux et des technologies appropriés
       • Prototypage initial pour évaluation
   • Étape 2 : Développement du MVP
     • Sous-tâches :
       • Développement du circuit électronique et de la programmation
       • Intégration du système de filtration et d'arrosage
       • Tests de fonctionnalité et de fiabilité
   • Étape 3 : Fabrication du MVP
     • Sous-tâches :
       • Production des composants du vase (impression 3D, découpe laser)
       • Assemblage du prototype final
       • Tests de fabrication et d'assemblage
   • Étape 4 : Validation du MVP
     • Sous-tâches :
       • Tests utilisateurs pour évaluer l'expérience d'utilisation
       • Collecte des retours et des commentaires
       • Itérations basées sur les retours pour améliorer le produit

3. Répartition des tâches :

   • Ramage en tant que Chef de projet : Supervise l'ensemble du processus, assure la coordination entre les membres de l'équipe et surveille les délais.
   • Hasir en tant que Ingénieur en électronique : Responsable de la conception et du développement du circuit électronique.
   • Youssra en tant que Ingénieur en conception 3D : Chargé de concevoir le vase et les composants du produit à l'aide de logiciels de modélisation 3D.
   • Hugo en tant que Responsable de la qualité : Effectue des tests de qualité tout au long du processus de développement pour s'assurer que le produit répond aux normes établies.
     

III. Conception et Développement

• Croquis et dimensions du prototype.
  
• Fichiers de conception et étapes de création des fichiers, incluant les captures d'écran du code ou des modèles 3D.

1. 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 :

Insérer la photo du circuit d'Hasir dans le groupe 

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 : 

2. 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 

Insérer les captures d'écran des 2 modélisations sur Tinkercard 

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 noir 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.
• 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.
• ... à compléter 

IV. Réalisation et Évaluation

• Photos et analyse des tests, des essais, et des erreurs rencontrées durant le développement.
• Photos des étapes de réalisation du prototype, avec détails sur les paramètres des machines utilisées.
• Photos de l'objet final et réflexions sur les pistes d'amélioration ou d'évolution du projet.

Conclusion

1. Les résultats : 

2. Les pistes d'amélioration : 

Bibliographie

Sources des tutoriels, inspirations, et ressources utilisées tout au long du projet, intégrées de manière continue dans la documentation.