Projet PEEP-River
Informations :
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- Contacts des étudiantes :
Sibylle PAULSEN : sibylle.paulsen@etu.sorbonne-universite.fr
Alice VACUS : alice.vacus@etu.sorbonne-universite.fr
- Cursus : L3 Sciences de la Terre/sciences de la vie ; UE_FabLab ; LU3ST062
- Encadrants :
Responsable du Projet : Pauline DELORME
Responsable de l’UE : Fabrice MINOLETTI et Pierre THERY
- Contacts des étudiantes :
Contexte :
Problématique :
Comment concevoir et prototyper un dispositif électronique autonome capable de mesurer et de transmettre en temps réel le recul d'une berge (érosion) ou l'accumulation de sédiments, afin d'étudier la dynamique d'un cours d'eau au cours du temps ?
Objectifs :
L’objectif de ce projet est de fabriquer un capteur PEEP capable de quantifier l’érosion des berges des rivières au cours du temps
Idées des différents montages à réaliser :
PR = photo résistance
Montage 1 : Gérer le moniteur - Lecture d’intensité
Matériel : Une PR + une résistance reliée à Arduino (utilisation du serial monitor)
But : Mesure d’intensité de la lumière :
Intensité d'entrée 1 = forte - Intensité d'entrée 2 = moins forte
Résultat : Selon l'intensité lumineuse 1 ou 2 il y a une mesure du voltage (V out) par Arduino différente et avec le Serial Monitor on obtient une valeur d’intensité de sortie différente.
Montage 2 : Compteur intelligent
Matériel : 2 PR (+résistances) en parallèles reliées à Arduino + une diode
But : Création d'un montage plus complexe avec plusieurs photo résistances pour mimer l'effet de l'érosion. On souhaite montrer que si la PR 2 reçoit de la lumière et pas la PR 1 la donnée n'est pas fiable
Si diode s’allume = donnée reçue
Attentes :
- Si lumière sur PR 2 = diode ne s'allume pas
- Si lumière sur PR 1 = diode s’allume
- Si lumière sur PR 2 et Photo résistance 1 = diode s’allume
Montage 3 : Mesure de référence de l’intensité ambiante
Matériel : 2 PR (+résistances) en parallèles reliées à Arduino + une diode + une PR de ref
-> Ajout de la PR de ref qui est la mesure de luminosité ambiante de référence sous l’eau.
But : Elle permet de fixer une valeur seuil qui définit la luminosité sous l’eau pour pouvoir analyser les données par la suite :
- permet de savoir si c’est la nuit ou le jour
- permet de savoir que faible luminosité est due à une mauvaise météo
Séance 1 (30 Janv) :
- Compréhension approfondie du projet avec notre responsable de projet
- Découverte de ARDUINO et premier montage.
La photorésistance (LDR) fonctionne en diminuant sa résistance électrique proportionnellement à l'intensité lumineuse qu'elle reçoit : + de lumière - de résistance = plus le courant circule // - de lumière = = de résistance = courant limité.
1er montage avec une PR LDR
Montage électronique basé sur une carte ARDUINO, intégrant une photorésistance (LDR) et une photodiode. L’objectif est que la photodiode s’allume lorsque la main est placée sur la LDR.
Lors de notre premier essai, nous avions défini un seuil de détection trop bas dans le code Arduino, ce qui faisait que la photodiode restait constamment allumée, même sans occultation.
Nous avons corrigé cela en augmentant ce seuil. Cet ajustement pose désormais une question clé pour l'optimisation de notre capteur PEEP : Quel seuil optimal définir pour les photorésistances de notre capteur afin d'assurer une bonne détection de la lumière dans l'eau ?
Quel seuil optimal définir pour les photorésistances de notre capteur afin d'assurer une bonne détection de la lumière dans l'eau ?
Séance 2 (6 Fev) :
- Séance lecteur intelligent : nous nous sommes lors de cette séance familiarisé avec le Serial Monitor.
- Expérience : lire les données de notre LDR.
Détails de l'expérience
Arduino uno : 0V => 0 CAN ; 5V => 1023 CAN Montage :
Pour avoir les valeurs lu par analogRead() il faut ouvrir le Serial Monitor
Séance 3 (13 Fev) :
Les LDRs sont branchés en analog in (A0,A1,...) : LDR donne une tension variable entre 0 et 5V. Les broches analogiques lisent ces tensions avec analogRead() et renvoient une valeur de 0 à 1023.
Les broches digitales ne lient que HIGH (1) ou LOW (0) : on branche les diodes dessus
Matériel utilisé
- Une carte Arduino.
- Deux LED (diodes lumineuses) : LED 1 et LED 2.
- Deux photorésistances (LDR) : LDR 1 et LDR 2.
- Des résistances pour les LDR et les LED (100 Ω ).
- Première expérience : Nous avons essayé de programmer le montage pour que la LED 1 s’allume quand on cache la LDR 1, et que la LED 2 s’allume uniquement quand on cache en même temps la LDR 1 et la LDR 2.
Détails de l'expérience 1
Objectif du programme au départ
Au début, nous voulions créer un comportement « combiné » avec les deux LDR :
- Quand on cache seulement la LDR 1, la LED 1 doit s’allumer.
- Quand on cache la LDR 1 ET la LDR 2 en même temps (main sur les deux), c’est la LED 2 qui doit s’allumer.
- Quand on cache seulement la LDR 2 sans cacher la LDR1, les diodes ne s'allument pas.
Autrement dit, la LED 2 devait dépendre d’une condition plus complexe, utilisant les deux capteurs ensemble (une sorte de « si LDR1 est cachée ET LDR2 est cachée alors allumer LED2 »).
Problèmes rencontrés
Nous n’avons pas réussi à faire fonctionner cette logique comme prévu.
Les difficultés venaient probablement de :
- La condition combinée avec les deux LDR en même temps.
- La structure des conditions dans le code (ordre des if, else if, etc.).
Nous n'avons pas réussis la 1ère expérience, on l'a donc simplifié
- Deuxième expérience : Nous avons simplifié le programme pour que, quand on cache la LDR 1, la LED 1 s’allume, et quand on cache la LDR 2, la LED 2 s’allume.
Détails de l'expérience 2
Modification du programme :
Vous avez choisi une logique beaucoup plus simple et directe :
- Quand on cache la LDR 1, la LED 1 s’allume.
- Quand on cache la LDR 2, la LED 2 s’allume.
Chaque photorésistance contrôle donc maintenant « sa » LED, indépendamment de l’autre capteur.
Code :
Montage :
Nous n'avons pas réussis à faire marcher notre 2ème expérience.
Séance 4 (20 Fev) :
Résistances en fonction de la couleur des diodes : Vert = 10 kΩ ; Rouge = 1kΩ ; Bleu = 220 Ω
Objectif du montage 1 : Ajouter un transistor NPN au circuit avec une seule LDR et une seule LED
Détail de l'expérience 1
Pour résoudre le problème de la séance précédente : la deuxième LED ne s'allume pas, nous avons ajouté au circuit un transistor NPN
Base (3): Borne de commande du transistor
Collectionneur (2): Terminal où le courant entre
Émetteur (1): Terminal où sort le courant
Circuit réalisé :
Lorsque la lumière éclaire la LDR, sa résistance chute, ce qui fait monter la tension au point VX selon le principe du diviseur de tension. Dès que cette tension atteint un seuil d'environ 0,6 V, il y a détection de lumière à la LDR 1 et un courant rentre dans la base du transistor NPN pour le rendre "passant". Le transistor agit alors comme un interrupteur fermé qui laisse circuler le courant du collecteur vers l'émetteur, ce qui allume la diode.
Objectif du montage 2 : Réaliser le montage de comportement « combiné » avec deux LDR, deux LED et deux transistors.
Détail de l'expérience 2
Séance 5 (27 Fev) :
Objectif du début de séance : Refaire pas à pas le montage 2 de la séance dernière pour le réussir.
Etape 1 : on a refait l'expérience 1 de la semaine dernière
Etape 2 : On duplique le circuit en ajoutant une deuxième LED et sa résistance, une deuxième LDR et sa résistance, un second transistor. Pour vérifier que tout marche bien on fait blink les deux LED.
Il faut deux transistors dans le circuit.
Détails de l'expérience 2
Code :
Montage :
Etape 3 : On code sur Arduino de façon à faire le montage de comportement « combiné » des deux LDR avec deux transistors.
Détail de l'expérience 3
Nouvel objectif : (EXP 3) Se rapprocher du but final de montage dans le tube
= enlever les LED et transistors et prendre les informations de la LDR directement.
Détail de l'expérience 4
Séance 6 (13 Mars) :
Il faut des résistances de 10Ω avec les transistors
Problématique : Le nombre de capteurs LDR dépasse le nombre d'entrées analogiques disponibles sur le microcontrôleur. Pour lire individuellement chaque capteur sans multiplier les câbles et les entrées, nous avons mis en place une stratégie de lecture alternée.
Nous avons structuré les capteurs en deux groupes distincts, sur deux bordes différentes. Chaque broche analogique de l'Arduino est reliée à deux LDR (la LDR A du groupe 1 et la LDR A du groupe 2).
Pour éviter que les deux capteurs n'envoient leur signal simultanément sur la même broche, l'alimentation est envoyée sélectivement. Le but étant pour cela d’utiliser les transistors en tant que interrupteur. Pour visualiser l'expérience nous avons ajouté des LEDS.
Détail de l'expérience
Séance 7 (20 Mars) :
1. Horodatage des données (RTC)
L'objectif est de passer d'une simple lecture de valeurs à un suivi environnemental exploitable. L'ajout d'une horloge RTC permet désormais d'associer chaque mesure d'érosion à une date et une heure précises.
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Contrainte technique : Le module RTC utilise le protocole de communication I2C, ce qui mobilise impérativement les broches A4 (SDA) et A5 (SCL) de l'Arduino.
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Impact sur le design : Ces broches ne sont plus disponibles pour la lecture analogique des LDR, ce qui confirme l'importance de notre stratégie de multiplexage sur les autres broches analogiques restantes.
2. Correction Transistors
Lors des tests précédents, les transistors ne jouaient pas leur rôle d'interrupteurs électroniques.
Le circuit a été revu pour s'assurer que le courant passe vraiment dans transistors. Ils servent désormais de verrous pour n'alimenter qu'une seule "borde" à la fois.
3. Nouvelle architecture des bordes
Le système est désormais segmenté en trois unités fonctionnelles :
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Borde de Référence : Regroupe les éléments centraux (Module RTC, LDR de référence pour calibrer la luminosité ambiante, transistor)
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Borde 1 & 2 : Unités de mesure déportées comprenant chacune une LDR de mesure, sa résistance et son transistor de pilotage.
Détail de l'expérience
Séance 8 (27 Mars) :
1. Test de validation du prototype existant
La séance a débuté par un test de confirmation sur le montage de la semaine précédente (RTC + 2 Bordes + Transistors).
2. Évolution du Code
3. Début de la conception mécanique : La barrette de support
Nous avons lancé la création du support physique qui sera glissé dans le tube en acrylique.
Outil : OpenSCAD (conception 3D par programmation)
Objectif : Créer une "barrette" rigide permettant de placer le montage électronique gravé afin de le faire coulisser dans le tube et le récupérer facilement.
Contraintes de design : La barrette doit épouser la forme courbe du tube (diamètre interne). Il faut prévoir des passages pour le câblage en dessous et créer des barrières opaques entre les LDR pour éviter qu’une lumière entrante ne fausse les détection de lumières des LDR qui sont encore dans le substrats.
1er prototype
Séance 8 (3 Mars) :
1er objectif de la séance : Étude de la sensibilité de la LDR selon le milieu et l'intensité
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Caractériser la sensibilité du capteur LDR
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Identifier les valeurs extrêmes
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Analyser l'impact de l'indice de turbidité de l'eau sur la transmission du flux lumineux.
Matériel
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LDR (Photorésistance) + résistance
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Carte Arduino et breadbord
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2 béchers
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Potence
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les différentes eaux
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flash lumineux
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Code simple (lecture analogique) via microcontrôleur.
Protocole
L'expérience consiste à relever l'intensité captée dans 6 milieux ou conditions différents :
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Référence Obscurité : LDR cachée (étalonnage du point 0 %).
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Air libre : Sans obstacle.
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Air libre + Bécher : Pour isoler l'impact du verre seul.
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Eau transparente : Milieu liquide limpide.
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Eau trouble niv 1 : Eau avec légère turbidité.
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Eau trouble niv 2 : Eau avec une turbidité un peu plus forte.
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Eau trouble niv 3 : Forte concentration de particules.
-> L’opacité a été réalisée avec de la terre
Standardisation des mesures :
Chaque test est effectué avec la lumière ambiante uniquement, puis avec un flash lumineux. La distance entre la source (flash) et la LDR est maintenue identique pour tous les essais.
Pour chaque condition, 10 mesures sont réalisées (intervalle de 10 secondes entre chaque relevé) afin de calculer une moyenne.
2e objectif de la séance : Réaliser un schéma plus complet et précis de la carte électronique vue de dessous et de dessus.
Séance 9 (10 Mars) :
1er objectif : Mettre en forme les résultats des expériences de la séance précédente sous forme d'histogrammes
Résultats des expériences de mesure d'intensité par la LDR
Nous avons ensuite réalisé un diagramme du % de chute d'intensité lumineuse en fonction des différents milieux.
2e objectif : Apprendre à utiliser tinkercad pour réaliser des schéma précis
Schéma tinkercad
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