Projet final - Aurélie, Iryna, Justine, Mayar

Compte Rendu du Projet Final :
Lampe Intelligente

I. Définition et Analyse du projet

Dans un monde de plus en plus connecté, la conception de produits destinés aux enfants évolue vers des solutions alliant technologie et design sécurisé. En parallèle, les parents cherchent des objets qui favorisent à la fois le confort et la sécurité dans les espaces de vie des plus jeunes. Le projet de création d’une lampe pour enfants avec détecteur de mouvement s'inscrit dans cette démarche.

Ce projet vise à concevoir une veilleuse en bois, de forme inspirée par la nature, qui s’intègre harmonieusement dans une chambre d’enfant. En combinant des LED pour un éclairage doux et économique, ainsi que des capteurs de luminosité et de mouvement pour une utilisation intuitive, cette lampe répond aux besoins de confort nocturne. Le support, conçu pour être emboîté sans outils, favorise aussi une approche durable et écologique, tout en simplifiant l'assemblage.

L’enjeu principal est de concevoir un objet non seulement fonctionnel mais aussi esthétique, qui encourage les bonnes pratiques énergétiques et rassure les enfants durant la nuit.

A. Matériels Utilisés

Dans cette section, on introduit les termes clés du projet afin d'assurer une compréhension commune :

Détecteur de mouvement (Adjustable PIR Mon Sensor) : Dispositif électronique capable de capter les mouvements dans un certain périmètre pour déclencher une action spécifique, ici l'allumage de la lampe.
Détecteur de luminosité (Grove Sunlight sensor) :
LED (~~Diode~~LED ~~Électroluminescente)~~strip WS2812) : Source de lumière utilisée pour sa faible consommation d’énergie et sa durabilité, idéale pour des applications en électronique légère comme les veilleuses pour enfants.
Support en bois emboîtable (peuplier 3mm) : Structure conçue pour soutenir la lampe et en former le cadre. Ce support est découpé de manière à s’assembler sans colle ni vis, facilitant le montage.

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

L’objectif est d’identifier les besoins et d’examiner les solutions existantes :

Analyse des besoins :
- Sécurité : En raison de son public cible (les enfants), la lampe doit être non seulement résistante mais aussi inoffensive en cas de manipulation ou de chute.
- Simplicité d’utilisation : Le déclenchement par mouvement facilite l’usage, notamment pour des enfants qui pourraient ne pas atteindre un interrupteur standard.
- Esthétique et thématique : Le design en forme d'arbre vise à offrir un aspect décoratif apaisant, inspiré de la nature.
- Économie d’énergie : L’utilisation de LED et le contrôle via un détecteur de mouvement permet de réduire la consommation électrique.
Veille concurrentielle et innovations :
- Lampe à capteur de mouvement : Plusieurs produits existent sur le marché, souvent orientés vers la sécurité (ex : lampes de nuit pour les couloirs ou salles de bain), mais peu sont spécifiquement conçus pour un usage enfantin et décoratif.
- Matériaux écologiques et durables : Les options de bois durable ou recyclé sont valorisées, particulièrement dans les projets de fabrication artisanale.
- Personnalisation et facilité de montage : Certains modèles en kit, à assembler soi-même, ajoutent une dimension interactive.

II. Planification et Stratégie

A. Choix techniques et Matériels

Pour un projet comme celui-ci, le matériels choisi est :

Détecteur de mouvement (Adjustable PIR Mon Sensor) : Dispositif électronique capable de capter les mouvements dans un certain périmètre pour déclencher une action spécifique, ici l'allumage de la lampe.
Détecteur de luminosité (Grove Sunlight sensor) : Ce capteur permet de mesurer l'intensité lumineuse ambiante. Dans ce projet, il est utilisé pour déterminer si l'environnement est suffisamment sombre pour activer les LEDs. Lorsque la luminosité dépasse un certain seuil, les LEDs s'éteignent automatiquement, contribuant ainsi à économiser de l'énergie et à s'assurer que la lampe ne s'allume que lorsque cela est nécessaire (par exemple, la nuit ou dans des pièces sombres).
LED (Diode Électroluminescente) : Source de lumière utilisée pour sa faible consommation d’énergie et sa durabilité, idéale pour des applications en électronique légère comme les veilleuses pour enfants.
Support en bois (peuplier 3mm) : Choix d’un bois léger, résistant et non toxique, avec des découpes précises pour un emboîtement sécurisé sans outils. Structure conçue pour soutenir la lampe et en former le cadre. Ce support est découpé de manière à s’assembler sans colle ni vis, facilitant le montage.

Le choix des composants techniques est essentiel pour garantir durabilité, sécurité et facilité d’utilisation :

Alimentation : Utilisation d’une source d’énergie basse tension (pile AA ou batterie rechargeable) pour minimiser les risques électriques et permettre une autonomie durable.
Assemblage par Emboîtement : Technique de découpe laser pour un support facilement emboîtable, apportant à la fois solidité et esthétique en évitant tout besoin de vis ou de colle.

B. Gestion de projet

Pour structurer efficacement le projet, une approche basée sur la méthode Lean combinée aux outils de gestion de projet recommandés est à utiliser, voici un plan de gestion :

Définition des objectifs : Réaliser un prototype fonctionnel et esthétique qui puisse être testé dans un contexte réel.
Gestion des tâches et des ressources : Suivre les tâches, assigner des responsabilités, et établir des échéances.
Étapes principales :
- Recherche et développement : Identifier les composants techniques et concevoir les plans de découpe.
- Prototypage : Réaliser un premier prototype en utilisant une découpeuse laser et tester le fonctionnement du capteur de mouvement.
- Tests et ajustements : Test en conditions réelles, en particulier sur la sensibilité du capteur et la durabilité du support.
- Évaluation finale et feedback : Collecte des retours et amélioration du design si nécessaire.
Indicateurs de suivi : Évaluation régulière de l’avancement par rapport aux jalons, réévaluation de la répartition des tâches selon les besoins.

III. Conception et Développement

La phase de conception et de développement se concentre sur l’assemblage des composants matériels et la programmation, permettant de créer une lampe interactive et ludique pour enfants.

A. Découpe du Support en Bois

Le support de la lampe est conçu pour être découpé au laser, permettant une précision optimale dans les formes et les détails, notamment pour les emboîtements. La structure principale est découpée en deux parties plates qui s’assemblent en forme d’arbre, offrant un aspect décoratif et naturel. La découpe laser assure également la propreté des lignes et des détails, garantissant une finition esthétique et sécurisée.

prototype arbre 1.jpg Prototype 1 du support principal en bois à emboiter au niveau de la base du tronc : Cette image présente le prototype du support en bois de la lampe, découpé au laser et assemblé en forme d'arbre. Conçu pour s'emboîter sans colle ni vis, il assure une bonne stabilité tout en offrant une précision esthétique. Ce prototype évalue la solidité de l'emboîtement et la résistance du bois. Il confirme que le design est fonctionnel et décoratif, adapté à une veilleuse pour enfants. Cependant, l'arbre avec des branches semble un peu vide. Les prochaines étapes incluront l'optimisation de la forme pour améliorer la stabilité et l'intégration des composants électroniques, comme l'Arduino et les LED, tout en assurant la sécurité et l'esthétique finale de la lampe.

Prototype 2 de la lampe en bois encastrée :
Ce prototype présente une évolution significative du design initial : un arbre directement encastré dans une boîte en bois, éliminant le besoin d'une base emboîtable. Ce choix améliore non seulement la stabilité globale de la structure, mais aussi sa simplicité d'assemblage.

La boîte en bois est ornée de gravures ludiques représentant des plantes et des insectes, comme des papillons, qui ajoutent une touche éducative et esthétique, parfaite pour une veilleuse destinée aux enfants. Ces motifs gravés au laser enrichissent le design et éveillent la curiosité des plus jeunes.

En plus de l'aspect visuel, ce prototype intègre l'espace nécessaire pour loger les composants électroniques, tels qu'un Arduino et des LED. L'attention portée à la sécurité est également essentielle, garantissant une utilisation sans risque pour les enfants.

Les prochaines étapes consisteront à tester l'assemblage des composants électroniques dans cette structure optimisée, ainsi qu'à affiner les détails des gravures pour maximiser leur impact ludique et décoratif.

Prototype 3 : les faces pour cacher le fil de LED + les pinces : a ecrire

Comment sommes nous parvenues à cela ?

Pour parvenir à obtenir nos créations en bois, nous avons utilisé différents outils tels que :

Le site Festi Info pour créer les faces du cube et le fichier vectorisé en format .svg
Le site Freepik pour trouver des illustrations de plantes, fleurs et insectes pour habiller les faces de notre boîte
Le logiciel Inkscape pour intégrer les dessins sur chaque face de la boîte et préparer le fichier servant à la découpe laser
Des plaques de peuplier (3 mm) compatibles avec la découpe laser pour la conception de chaque face de la boîte et de l'arbre
Une machine de découpe laser 2D Trotec et son logiciel pour le lancement de l'opération

Création de l'arbre :

En ce qui concerne la conception de notre arbre, nous avons commencé donc par tester plusieurs formes de ce dernier : arbre avec branches, arbre dont le houppier est en forme de nuage avec ou sans trous, ce qui fait un total de trois versions différentes. Pour cela, nous avons designé chacune d'elles sur Inkscape à l'aide de l'"outil crayon", avant de passer au découpage à la machine laser. En ce qui concerne le matériau, nous avons opté pour le peuplier 3mm, un choix qui permettra de nous positionner en tant qu'entreprise éco-responsable. Les premiers designs de nos arbres étaient accompagnés de supports afin qu'ils tiennent debout. Cependant, afin d'optimiser au mieux l'espace dans notre boîtier par la suite, nous avons décidé de nous séparer du support en intégrant une partie du tronc d'arbre dans le boîtier via une fente, sans que l'arbre ne puisse bouger (c'est ce que nous verrons dans un deuxième temps).

Certes, nos produits sont personnalisables, ce qui veut dire que nous sommes en mesure de proposer des formes et des designs variés, nous avons tout de même décidé de nous pencher sur la version de l'arbre dont le houppier est en forme de nuage sans trous pour la conception de notre prototype. Cela est principalement une question de praticité car cela nous a permis de placer nos leds de manière plus optimisée sur cette option de l'arbre.

Création de la boîte :

Ce boîtier est conçu dans un but précis : celui d'abriter tout le système électronique comme les plaques d'Arduino et les fils mais également de servir d'objet esthétique et ludique pour les enfants, toujours dans la continuité du thème initial.

Pour cela, nous nous sommes rendues sur le Festi Info où nous avons fini par trouver un boîtier simple, complètement fermé que nous avons téléchargé en format .svg pour pouvoir ensuite l'importer dans Inkscape et le décorer avec les dessins voulus. Nous avons bien veillé à ce que les images apposées sur les différentes faces soient vectorisées après leur importation sur Inkscape. Enfin, nous avons dessiné une petite fente sur le top de la boîte pour y faire passer le tronc de notre arbre et lui permettre de rester debout sans utiliser forcément un support.

Nous avons veillé à ce que le système électronique puisse être complètement abrité par la boîte. Sur cette base, nous avons établi des dimensions adaptées. En termes de brûlage, nous avons dû faire plusieurs tests avant d'aboutir à un résultat convaincant. En effet, nous avons démarré avec un brûlage de 0.15mm que nous avons fini par descendre à 0.11mm en raison de problèmes d'emboîtement des différentes faces, en particulier de la base et du top avec les autres faces (murs). Pour la première version (0.15mm), nous nous sommes rendues compte que l'espace entre les petites dents était très serré et les dents en elles-mêmes étaient assez larges, ce qui empêchait certaines faces de s'emboîter correctement entre elles. En diminuant le paramètre à 0.13mm, le processus est devenu plus facilement faisable mais le même problème persistait au niveau de la base. Nous avons modifié le brûlage en le passant à 0.11mm finalement mais seulement pour la base.

B. Électronique : Arduino et Capteur de Mouvement

Arduino : L’Arduino sert de cerveau au projet, gérant les interactions entre le capteur de mouvement et les LED. Il est programmé pour détecter les mouvements et activer l’éclairage de la lampe lorsque quelqu'un s’approche.
Capteur de Mouvement (PIR) : Un capteur infrarouge passif (PIR) est utilisé pour capter les mouvements dans un rayon proche de la lampe. Ce capteur envoie des signaux à l’Arduino lorsqu’un mouvement est détecté, déclenchant ainsi l'allumage des LED pour une durée préprogrammée.
Capteur de Luminosité (Si1151) : Un capteur de lumière (Si1151) mesure la luminosité ambiante. Si l'environnement est suffisamment éclairé, il empêche l'allumage inutile des LEDs, permettant des économies d’énergie.
LED : Les LED WS2812 sont choisies pour leur faible consommation d’énergie et leur capacité à produire des couleurs variées. L’intensité lumineuse et les effets dynamiques sont contrôlés par le programme, offrant une lumière douce et apaisante, idéale pour les chambres d’enfants.

Code Arduino avec Explications Partie par Partie

Voici le code utilisé, avec des commentaires expliquant chaque partie de son fonctionnement :

Inclusion des bibliothèques et configuration des variables :
- Bibliothèque FastLED : Contrôle les bandes LED.
- Bibliothèques SI114X et Si115X : Gèrent le capteur de luminosité.
- PIR_MOTION_SENSOR : Définit le pin du capteur PIR (entrée numérique).
- DATA_PIN : Pin connecté à la bande LED.
- NUM_LEDS : Nombre de LEDs dans la bande.
- lightThreshold : Niveau de lumière pour considérer qu'il fait sombre.
- onlyAtNight : Active les LEDs uniquement la nuit si true.

#include <Wire.h>
#include <FastLED.h>
#include "SI114X.h"
#include "Si115X.h"

// -------------------- LED Configuration -------------------- //
#define DATA_PIN    13       // Pin connected to the LED strip
#define LED_TYPE    WS2812   // Type of LEDs used (WS2812)
#define COLOR_ORDER GRB      // Color order (Green, Red, Blue)
#define NUM_LEDS    60       // Total number of LEDs on the strip
CRGB leds[NUM_LEDS];         // Array representing the LEDs

// -------------------- LED Constants -------------------- //
#define BRIGHTNESS  96       // Brightness of the LEDs (range: 0 to 255)

// -------------------- Sensor Pins -------------------- //
#define PIR_PIN 2            // PIR sensor connected to pin 2
Si115X SI1145 = Si115X();    // Object to interact with the SunLight sensor (analog interface)

// -------------------- Initial States -------------------- //
bool ledsAreOn = false;      // State variable to track the status of the LEDs
int rainbowHue = 0;          // Hue used for the rainbow effect
float lightThreshold = 10.0; // Threshold for considering "dark" conditions
bool onlyAtNight = false;    // Activate LEDs only in the dark (set to false to activate day and night)

Initialisation dans setup() :
Cette fonction initialise le système. Elle configure les pins pour le capteur PIR, lance la communication série pour afficher les messages de diagnostic, et initialise la bande LED avec la bibliothèque FastLED. Elle vérifie aussi que le capteur de luminosité Si1151 est prêt avant de continuer. Enfin, elle s'assure que les LEDs sont éteintes au démarrage.

// --------------------------- Initialization --------------------------- //
void setup() {
  // Initialize pins and serial port
  pinsInit();
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Initializing system...");
  
  // Initialize the LED strip with the FastLED library
  FastLED.addLeds<LED_TYPE, DATA_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
  turnOffLEDs();  // Ensure LEDs are off at the start

  // Initialize the Si1151 light sensor
  while (!SI1145.Begin()) {
    Serial.println("Si1151 sensor not ready! Retrying...");
    delay(1000);  // Retry every second
  }
  Serial.println("Si1151 sensor initialized successfully!");
}

Boucle Principale loop() :
Cette fonction est exécutée en boucle. Elle détecte les mouvements grâce au capteur PIR et mesure le niveau de lumière ambiante avec le capteur Si1151. Si un mouvement est détecté et que les conditions de luminosité sont remplies (sombre ou configuré pour fonctionner jour et nuit), elle allume les LEDs avec un effet d'arc-en-ciel. Si aucun mouvement n'est détecté ou si les conditions de luminosité ne conviennent pas, elle éteint les LEDs.

// -------------------------- Main Loop -------------------------- //
void loop() {
  // Check the state of the PIR motion sensor
  bool motionDetected = isPeopleDetected();
  
  // Measure ambient light level (IR)
  float uvLevel = (float)SI1145.ReadIR();

  // Determine if the environment is dark
  bool isDark = (uvLevel < lightThreshold);

  // If motion is detected and light conditions are met
  if (motionDetected && !ledsAreOn && (isDark || !onlyAtNight)) {
    ledsAreOn = true;  // Update LED status
    Serial.println("Motion detected! Turning ON the LEDs.");
    turnOnLEDs();  // Turn on LEDs with rainbow effect
  }
  // If no motion is detected and LEDs are on
  else if (!motionDetected && ledsAreOn) {
    turnOffLEDs();  // Turn off LEDs
    ledsAreOn = false;  // Update LED status
    Serial.println("No motion detected. Turning OFF the LEDs.");
  }
  // If it is too bright and LEDs are set to work only at night
  else if (!isDark && onlyAtNight) {
    turnOffLEDs();  // Turn off LEDs
    ledsAreOn = false;  // Update LED status
  }

  delay(200);  // Small delay to avoid an overly fast loop
}

Fonctions Auxiliaires :
- Détection de Mouvement : Cette fonction vérifie l'état du capteur PIR. Elle lit la valeur du capteur et renvoie true si un mouvement est détecté, sinon false.

// --------------------- Function: Motion Detection --------------------- //
boolean isPeopleDetected() {
  int sensorValue = digitalRead(PIR_MOTION_SENSOR);  // Read PIR sensor state
  return (sensorValue == HIGH);  // Return true if motion is detected
}

- Initialisation des Pins : Cette fonction configure les pins nécessaires au fonctionnement du capteur PIR. Elle les initialise en tant qu'entrées et affiche un message de confirmation dans le moniteur série.

// --------------------- Function: Pin Initialization --------------------- //
void pinsInit() {
  pinMode(PIR_MOTION_SENSOR, INPUT);  // Configure PIR sensor as input
  Serial.println("Pins initialized.");  // Confirmation message
}

- Allumer/Éteindre les LEDs : Deux fonctions : la première fonction active l'éclairage des LEDs en appliquant l'effet d'arc-en-ciel à la bande LED et la deuxième fonction éteint toutes les LEDs en les configurant sur la couleur noire (CRGB::Black).

// --------------------- Function: Turn On LEDs --------------------- //
void turnOnLEDs() {
  showRainbow();  // Display the rainbow effect
}

// --------------------- Function: Turn Off LEDs --------------------- //
void turnOffLEDs() {
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = CRGB::Black;  // Set each LED to "off"
  }
  FastLED.show();  // Apply the changes
}

- Effet Arc-en-Ciel: Cette fonction applique un effet d'arc-en-ciel sur la bande LED. Chaque LED reçoit une couleur différente calculée à partir de la teinte actuelle. L'effet est animé en modifiant légèrement la teinte après chaque affichage.

// --------------------- Function: Rainbow Effect --------------------- //
void showRainbow() {
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    // Calculate the color of each LED for the rainbow effect
    leds[i] = CHSV((rainbowHue + ((NUM_LEDS - i) * 256 / NUM_LEDS)) % 256, 255, 255);
  }
  FastLED.show();  // Apply changes to the LEDs
  rainbowHue++;  // Slightly change the hue for animation
}

Résumé du Fonctionnement

Initialisation : L’Arduino configure les capteurs et LEDs.
Détection : Les capteurs détectent le mouvement et mesurent la lumière ambiante.
Réponse : Si un mouvement est détecté dans un environnement sombre, les LEDs s'allument avec des animations dynamiques.
Économie d’énergie : Les LEDs s’éteignent automatiquement en l’absence de mouvement ou si l’environnement est suffisamment éclairé.

C. Personnalisation Ludique avec Imprimante 3D

Afin de rendre la lampe plus attrayante pour les enfants, une imprimante 3D est utilisée pour ajouter des éléments ludiques, comme des animaux ou des éléments de nature (oiseau, écureuil, champignon) à la base de la lampe. Ces éléments décoratifs en PLA ajoutent une dimension interactive et permettent une personnalisation esthétique de la lampe.

Après avoir modélisé nos animaux sur le site Tinkercad, nous nous sommes aidées du logiciel Prusa Slicer directement téléchargeable sur Internet et des imprimantes Prusa disponibles au Fab Lab. Après avoir donc téléchargé le logiciel, nous avons pu y importer les animaux un par un avant d'ajuster leurs tailles et leurs placements grâce aux commandes disponibles sur le côté gauche de l'écran (déplacer, redimensionner, rotation). Pour lancer l'impression, nous avons dû régler quelques paramètres tels que les réglages d'impression qui consistent à définir la vitesse d'impression (celle que nous avons choisie étant la plus rapide), le filament (PLA pour notre part), choisir l'imprimante, l'application du support et le pourcentage de remplissage.

Afin de pouvoir enlever facilement les supports sur nos animaux, nous avons opté pour des supports organiques. Pour cela, nous nous sommes rendues dans l'onglet "Réglages d'Impression", puis dans "Supports", avant de cocher la case "Générer des supports" et choisir le style "organique" pour nos supports.

Et voici le résultat lorsque nous sommes revenues sur la page principale ("Plateau") et avons cliqué sur "Découper maintenant" :

Par la suite, nous avons sélectionné "Exporter le G-code" avant d'enregistrer le rendu et de le transmettre sur la clé USB destinée aux imprimantes 3D Prusa. La dernière étape consiste à insérer la clé USB dans l'imprimante et de lancer le processus.

Pour finir, nous avons disposé nos animaux autour de la lampe.

Voici le rendu en photo :

PROTOTYPE FINAL