Projet final : Lydia, Nermine & Sarah

LEDSee U Letter 📬 - La boîte aux lettres & son système amovible de détection de courrier

I. Problématique

Certaines tâches du quotidien, comme ouvrir une boîte aux lettres pour la trouver vide, peuvent vite devenir agaçantes. Cette situation devient encore plus contraignante lorsqu’il faut chercher ses clés au fond d’un sac ou jongler avec des objets encombrants. Ces difficultés touchent particulièrement les personnes âgées ou à mobilité réduite, mais elles concernent également les parents occupés ou toute personne souhaitant gagner du temps.

Pour répondre à ce problème, nous avons conçu une boîte aux lettres accompagnée de son système amovible de détection de courrier. Dès qu’un objet est déposé, une LED s’allume et devient visible depuis l’extérieur, signalant au propriétaire la présence de courrier. Ce système est universel et s’adapte à toutes les boîtes aux lettres existantes. Il est pratique, modulable et facile à installer. En évitant de chercher ses clés inutilement, ce dispositif simplifie la vie et rend cette tâche plus confortable pour tout le monde.
 

II. Définition de la solution

Notre idée repose sur un dispositif basé sur un circuit électrique simple mais efficace. Le cœur du système est constitué de deux planches en carton rigide, à l’intérieur desquelles sont fixées des plaques de contact métalliques conductrices. Ces plaques sont reliées à une LED dans un circuit électrique, avec un mécanisme de ressort placé entre les deux planches.

Ce ressort maintient le circuit ouvert lorsque la boîte aux lettres est vide. Lorsque du courrier ou tout objet suffisamment lourd est déposé, la pression exercée rapproche les deux plaques de contact, fermant ainsi le circuit et allumant la LED.

Les 2 planches rigides et le circuit électrique constituent un plateau amovible, conçu pour être universel et s’adapter à tout type de boîte aux lettres. Cela permet une installation facile et rend le système simple à entretenir.

Le projet a été réalisé en plusieurs étapes :

1. Conception du circuit électrique
2. Fabrication du boîtier imprimé en 3D
3. Construction de la boîte aux lettres en bois

Notre objectif était de créer un dispositif adaptable, facile à monter et respectueux des contraintes de fabrication. Pour limiter le gaspillage, nous avons décidé de produire un prototype à taille réduite, tout en veillant à ce qu’il reste représentatif du modèle final.

Nous avons également exploré plusieurs solutions pour détecter la présence d’un objet dans la boîte. Les capteurs électroniques ont été envisagés, mais cela rajoutait de la complexité non nécessaire au projet. Nous avons donc choisi un système mécanique reposant sur deux plaques équipées de contacts métalliques. 
Pour la conception de la boîte aux lettres, nous avons choisi le contreplaqué peuplier 6 mm pour sa rigidité et sa facilité de manipulation, ce qui était essentiel pour les tests sur un format réduit. Par ailleurs, l'utilisation de carton rigide pour les plaques a permis une certaine légèreté du système amovible et d'assurer une mise en œuvre rapide. 

III. Matériel nécessaire

Voici la liste complète des matériaux et composants utilisés :

• Plaque de contreplaqué peuplier 6 mm : pour fabriquer les faces de la boîte aux lettres (nous en avons utilisé 3 en tout)
• Filament PLA : pour imprimer en 3D le boîtier qui protège le système.
• Carton rigide : pour fabriquer les deux planches du système amovible.
• Petits clous : pour créer un pivot axial permettant l’ouverture de la porte.
• Système de serrure avec came coudée
• Ruban adhésif : pour fixer les éléments et stabiliser le système.
• Colle à bois : pour assembler les différentes faces de la boîte.
• Plaque de montage électrique
• LED verte de 2V
• Pile de 9V
• Ressort
• Plaques de contact métalliques
• Fils de conduction
• Résistance de 350 ohms
• Fils d'étain pour la soudure

Pour calculer la résistance à ajouter en série avec une LED dans un circuit alimenté par une pile de 9V, on doit prendre en compte :

• la tension de la LED : on a utilisé une LED verte d'une tension de seuil de 2V.
• le courant de la LED :  ici 20mA (0,02A)

La résistance nécessaire pour limiter le courant peut être calculée avec la loi d'Ohm :

Soit une résistance de 350 ohms.

IV. Conception et montage du système électrique

 
1. Montage initial du circuit avec les plaques conductrices

Le montage initial du circuit a consisté en la mise en place d’un circuit simple comprenant une pile, une résistance et une LED fixé sur une plaque de montage électrique.

Schéma du circuit fermé :

Ces plaques étaient maintenues manuellement pour tester la fermeture du circuit et l'allumage de la LED. Cette étape a permis de valider le fonctionnement de base du système.

Circuit ouvert :

Circuit fermé :

 
2. Ajout des plaques en carton rigide

Ensuite, nous avons fixé les plaques métalliques de contact sur des planches en carton rigide, reliées par une "charnière" en ruban adhésif, et nous avons connecté les plaques de contact avec le circuit. Ce montage permet de maintenir les plaques en position stable tout en facilitant leur manipulation.  Nous avons simulé différentes pressions en déposant des objets de poids variés sur la planche supérieure. Les tests ont montré que les plaques fonctionnaient bien, mais il était nécessaire d’ajouter un mécanisme pour éviter qu’elles ne restent en contact en permanence. 

Les fils électriques reliés aux plaques de contact métalliques ont été initialement fixés avec du ruban adhésif, mais que cette méthode s’est révélée insuffisante. Afin de renforcer ce lien, nous avons essayé de souder les fils aux plaques métalliques conductrices. Lors de la soudure, il était difficile de les souder car l'étain se fixait mal sur ces plaques. Il faudrait donc qu'on utilise à l'avenir un autre matériau pour les plaques conductrices afin de solidifier notre construction.

 
3. Intégration et ajustement des ressorts

Pour maintenir les plaques écartées en l’absence de courrier, nous avons expérimenté différents types de ressorts :

• Ressorts métalliques : trop rigides, ils nécessitaient une pression excessive pour activer le circuit.
• Ressorts en papier et/ou carton: fabriqués à la main à partir de bandes de papier et de carton pliées en zigzag, ces ressorts ont été testés à plusieurs emplacements pour optimiser leur efficacité. 

Nous les avons testés en termes de :

• Position (central, bilatéral ou multiple),
• Quantité (un seul ressort ou plusieurs),
• Épaisseur et longueur des bandes utilisées pour ajuster la résistance.
  

Le poids d’objets allant de quelques grammes à plusieurs centaines de grammes a été utilisé pour simuler du courrier.

Voici l'une de nos premières tentatives :

Finalement l’utilisation d’un seul ressort en papier fabriqué avec 2 bandes coupés dans la longueur d’une feuille A4 a été suffisante, placée juste à l’arrière des plaques de contact, se sont révélés efficaces pour maintenir les plaques ouvertes en l’absence de pression, tout en permettant leur rapprochement sous un poids modéré.

V. Fabrication du boîtier pour le dispositif électronique en impression 3D

Le boîtier destiné à protéger les composants électroniques a été conçu avec le logiciel Tinkercad. Ce boîtier inclut un couvercle coulissant, pensé pour offrir un accès facile aux éléments internes, tels que la pile ou les câbles, en cas de remplacement ou de maintenance.

.  

Pour l’impression 3D, nous avons configuré l'impression sur ideaMaker. Nous avons utilisé du filament PLA noir, il a été imprimé avec succès dès le premier essai. Voici les réglages de l'impression : 

Il s’est révélé parfaitement adapté pour accueillir tous les composants électronique. Nous avons intégré des orifices sur les côtés pour permettre le passage des câbles.
 

VI. Boîte aux lettres en bois

Conception et préparation des plans

Pour la boîte principale, nous avons utilisé des plaques de contreplaqué peuplier de 6 mm. Nous nous sommes inspirées de ce schéma et nous avons respecté à peu près les mêmes proportions.

Nous avons ajusté notre boite aux dimensions suivantes =

• hauteur intérieure : 147 mm
• largeur intérieure : 147 mm
• profondeur intérieure : 190 mm
• longueur des crans : 6 mm
• porte-nom : 56 x 12 mm
• ouverture : 130 x 14 mm
• porte : 140 x 140 mm

Le plan de découpe de la boîte a été généré à l’aide de l’outil en ligne https://www.makercase.com/#/basicbox 

Puis nous l'avons modifié sur Inkscape pour intégrer des éléments spécifiques :

• Une ouverture pour insérer le courrier, un emplacement gravé pour le porte-nom
• Des ajustements pour inclure une serrure avec came coudée et pour la LED, qui ont été rajoutés après découpe de la boite, pouvoir mesurer leur emplacement.

Pour la LED et la serrure : 

• 1 cercle de rayon 2,5 mm pour la LED
• 1 cercle de 1,6 mm pour la serrure

Découpe laser et ajustements

La découpe des pièces a été réalisée à l’aide d’une découpeuse laser. Lors du premier essai de découpe, les pièces ne s’emboîtaient pas correctement. Les crans et encoches, conçus pour l’assemblage des différentes faces, devaient être aussi profonds que l’épaisseur de la plaque de peuplier, soit 6 mm. Ce problème venait du fait que nous avions modifié les dimensions du plan de découpe dans le logiciel de découpe laser, qui avait modifié les proportions des plans.

Coefficient de brûlage : 0,1 mm

Pour résoudre ce problème, nous avons généré un nouveau plan de découpe sur makercase.com avec les dimensions finales de notre boite aux lettres, puis procédé aux mêmes étapes. 
Après ces corrections, une seconde découpe a été réalisée. Les pièces issues de ce second essai se sont parfaitement emboîtées.

Nous avons ajouté une bordure autour de l’ouverture de la porte pour maintenir la serrure avec came coudée en position fermée.

Nous avons réalisé des gravures décoratives sur les faces droites et gauches de la boite aux lettres. Ces motifs floraux ont été créés sur Inkscape via une image importée, puis gravés avec la découpeuse laser.

 

Porte et serrure

Pour la porte, nous avons opté pour un système de pivot axial, plus simple que des charnières classiques, car il ne nécessite pas de vis sur les faces de la boite donc plus discret. Ce système a été réalisé en perçant des trous en haut et en bas de la porte, dans lesquels de petits clous ont été insérés pour créer un axe de rotation.

Concernant la serrure, un trou a été découpé dans la face avant pour poser la serrure. Lors du premier essai, le diamètre du trou avait été fixé à 16 mm, mais cette dimension s’est avérée insuffisante pour insérer correctement la serrure. Nous avons ajusté le plan et élargi le trou à 18 mm lors d’un second essai, ce qui a résolu le problème.

Pour éviter que la porte ne s’enfonce à l’intérieur de la boîte une fois fermée, un morceau de contreplaqué supplémentaire a dû être ajouté derrière la porte. Ce renfort a permis d’assurer une fermeture stable. 

Assemblage de la boîte

Les différentes faces de la boîte ont été assemblées à l’aide de colle à bois. Or elle ne suffisait pas à garantir un assemblage stable. Nous avons donc ajouté du ruban adhésif sur les bords pour renforcer la structure pendant le séchage. Nous avons d’abord assemblé cinq faces, laissant une face latérale ouverte pour permettre l’installation des composants électriques. Puis nous avons fixé la dernière face.

VII. Montage et tests

Montage

Nous avons installé le boîtier imprimé en 3D contenant les composants électriques dans la boite aux lettres. avec du ruban adhésif double-face, pour une fixation solide tout en permettant un éventuel démontage pour maintenance. Les cables ont été fixés le long des parois à l’aide de ruban adhésif, afin d’éviter qu’ils ne gênent ou ne s’abîment.
Nous avons positionné le système amovible de sorte à ce que les plaques de contact soient placées au fond de la boîte pour réduire le risque d’endommagement par l’utilisateur lorsqu’il ouvre la boîte pour récupérer le courrier. Leur placement a été ajusté pour garantir une sensibilité optimale et une bonne répartition du poids. Nous avons fixé la LED dans le trou percé dans le haut de la boîte et renforcé avec du ruban adhésif, pour qu’elle soit bien visible depuis l’extérieur.

Nous avons fixé la LED dans le trou percé dans le haut de la boîte etb renforcé avec du ruban adhésif, pour qu’elle soit bien visible depuis l’extérieur.

 
Tests

Nous avons simulé les conditions réelles d’utilisation en testant le système avec des objets de différents poids, tels que des lettres légères, des enveloppes épaisses, et des colis de petite taille pour garantir que la sensibilité du système répondait à toutes les situations courantes de réception de courrier.

Ces tests visaient à vérifier :

1. La sensibilité des plaques de contact : lorsqu’un objet était déposé, les plaques entraient en contact et fermaient le circuit, allumant la LED. La sensibilité a été ajustée pour éviter les faux positifs (plaques en contact sans courrier).
2. La fiabilité du ressort en papier : nous avons testé la capacité des ressorts à revenir à leur position initiale après le retrait des objets, garantissant ainsi que le circuit restait ouvert en l’absence de poids.
3. La visibilité de la LED : nous avons vérifié que la LED était bien visible à travers le trou prévu à cet effet, même dans des conditions de faible luminosité.

Les résultats ont montré que le système fonctionnait de manière fiable et répétée. La LED s’allumait dès qu’un courrier était déposé dans la boîte et s’éteignait une fois l’objet retiré.

 

VIII. Améliorations proposées

Pour perfectionner ce système et le rendre encore plus pratique et efficace, nous proposons plusieurs évolutions :

1. Ajouter un microcontrôleur pour limiter l’allumage de la LED aux moments où quelqu’un est proche de la boîte.
2. Intégrer un module Bluetooth pour notifier directement le propriétaire sur son smartphone.
3. Revoir l’orientation du boîtier 3D pour rendre son accès plus pratique.

Ce projet démontre la possibilité de créer une boîte aux lettres intelligente et adaptable tout en restant simple et économique.