IMA4 2016/2017 P37 : Différence entre versions
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===Semaine 3=== | ===Semaine 3=== | ||
Version du 12 février 2017 à 21:24
Cahier des charges
Présentation générale du projet
L’objectif de ce projet est de fabriquer une gamelle pour animaux connectée. Pour ce faire, trois grands axes sont à dégager : une partie informatique, électronique et mécanique.
Partie mécanique
Structure du système
- Le réservoir. Deux systèmes peuvent être réalisés :
- Un système de trappes pour le distributeur : deux trappes l’une en dessous de l’autre.
- Un système de vis sans fin qui permettrait d’alimenter la gamelle.
- La gamelle. Deux méthodes sont possibles :
- Mesure du poids en prenant une balance déjà existante et en récupérant et en traitant les sorties.
- Passer par un système d’estimation de volumes. Dans la gamelle, il y aurait des capteurs permettant de connaître la quantité en volume présente dans la gamelle.
Globalement, ces systèmes sont susceptibles de changer suivant l'état de l'art qui sera réalisé par la suite.
Partie électronique
- Alimentation. Deux systèmes sont envisagés pour l’alimentation : Un système nomade avec une batterie pour permettre d’avoir une gamelle déplaçable ou un système fixe alimenté par le secteur ou en usb.
- Batterie : Nous avons besoin d’une batterie qui peut garder l’énergie suffisamment longtemps pour éviter de devoir recharger la gamelle trop souvent. Une durée de vie d’une semaine est envisagée au minimum.
- Secteur
- Interface Homme/machine
- Capteurs
- Des LEDs couplées à un phototransistor pourraient permettre de connaître la présence ou l’absence de croquettes dans la gamelle.
- Ultrason pour connaître la présence ou non de l'animal devant la gamelle
- Autres.
- Indicateurs : Des indicateurs peuvent être implantés sur le système physique : des LEDS indicatrices de l’état de batterie (si l'alimentation nomade est privilégiée) ou de l’état du réservoir (plein ou vide) sont envisagés.
- Capteurs
Partie informatique
- Unité de contrôle
- Utilisation d’un arduino avec un module wifi dans le but de réaliser une communication externe via une application mobile Androïd par exemple.
- Utilisation d’un raspberry avec création d’un serveur Apache pour permettre de communiquer avec l’utilisateur.
- Utilisation d'un module communiquant autre que les deux cités précédemment.
- En bonus :
- Création d’un système de contrôle à distance en mettant en place une caméra afin que l’utilisateur puisse avoir des images à distance, ou simplement une caméra série afin d'obtenir des images de contrôle. Ce système n’aura pas besoin d’être temps réel. Il pourra être implémenté grâce au serveur apache de la raspberry, si l’utilisation de celle-ci est retenue.
- Des actionneurs pour permettre à l’utilisateur interagir avec son chat à distance (Buzzer, laser, son, …).
Choix techniques : matériel et logiciel
Tout d'abord, nous avons réalisé l'état de l'art des gamelles connectées déjà réalisées et commercialisées. Voici le lien PDF permettant d’accéder à ce fichier.
Finalement, nos choix techniques sont les suivants :
- Matériel
- Mécanique
- Un système d’hélice contrôlée par un moteur permettant de déverser des croquettes en quantités connues. (Un schéma du système sera réalisé rapidement).
- Électronique
- Un adaptateur capable de générer une tension de 5V à partir du réseau.
- Des LEDs infrarouges couplées à des photodiodes afin de contrôler l'état de la gamelle et du réservoir.
- Un servomoteur 360° afin de faire tourner le système d'hélice et permettant ainsi de déverser une dose de croquettes dans la gamelle.
- Des LEDs permettant de visualiser l'état du système (alimentation du circuit, réservoir vide,...) et les résistances qui vont de pair.
- Un capteur Ultrason afin de pouvoir vérifier la présence ou non d'un animal devant la gamelle.
- Informatique
- Un arduino Méga car l'arduino Uno sera limité lorsque nous communiquerons entre le module wifi et l'application mobile.
- Un module Wifi ESP8266.
- Une carte shield SD afin de stocker toutes les variables de l'utilisateur et de son chat.
- Un module horloge temps réel (RTC) afin de pouvoir programmer en fonction de l'heure qu'il est si le choix de l'utilisateur porte sur le réapprovisionnement de la gamelle de cette manière là.
- Mécanique
En solution de secours :
- Un rapsberry
- Une balance à modifier manuellement
- Logiciel
- Solidworks afin de pouvoir concevoir les différentes parties du système mécanique.
- Les logiciels de programmation (Sublime, vim, emacs, gcc...)
- Autres
- Utilisation des machines mises à disposition des étudiants au Fablab : découpeuse laser et imprimante 3D pour la conception de prototypes.
Tableau
| Composant | Quantité requise | Disponible (M. Redon) ? | À commander | Commentaires |
|---|---|---|---|---|
| Émetteur et récepteur infrarouge/photodiode | Entre 6 et 7 au minimum | Une partie | Oui | 1 LED infrarouge et 1 photodiode ont été empruntés |
| Adaptateur PS512S | 1 | Non | Oui | Lien Gotronic : [1] |
| Shield carte SD | 1 | Oui | Non | Nous avons eu une carte shield Ethernet - SD ainsi que la carte SD. |
| Module horloge temps réel (RTC) | 1 | Non | Oui | Lien Gotronic : [2] |
| Capteur Ultrason | 1 | Oui | Non | Emprunté |
| LEDs | minimum 3 | Oui | Non | Plusieurs empruntées |
| Résistances | Une vingtaine | Oui (C205) | Non | Plusieurs empruntées |
| Arduino méga | 1 | Oui | Non | Un arduino méga et un arduino uno (pour les tests) ont été empruntés |
| ESP8266 | 1 | Oui | Non | La version 012 a été empruntée |
| Servomoteur 360 | 1 | Oui | Non | Emprunté |
| Solution de secours : Rapsberry | 1 | Oui | Non | Pas encore emprunté, solution de secours |
| Solution de secours : Balance | 1 | Non | Non | Pas encore emprunté, solution de secours |
Calendrier prévisionnel
Liste des tâches à effectuer
- Étude et réalisation d'un système à base de LEDs infrarouges et de photodiodes afin de pouvoir estimer si la gamelle est vide ou pleine. De même pour le réservoir.
- Circuit d'émission : LED Infrarouge
- Circuit de réception : Photodiode
- Étude des emplacements stratégiques dans la gamelle et le réservoir
- Réalisation d'un prototype de gamelle
- Conception 3D de l'hélice sur laquelle le servomoteur va venir se greffer
- Conception 3D de la gamelle complète
- Découpage/impression de prototypes
- Étude de l'ESP8266
- Tests d'écriture et de lecture sur la carte SD depuis l'arduino
- Étude du module d'horloge temps réel (RTC)
- Contrôle des différents capteurs en incluant le servomoteur
- Création de l'application mobile
- Mise en relation des différentes parties informatiques du système
Calendrier
Feuille d'heures
| Tâche | Prélude | Heures S1 | Heures S2 | Heures S3 | Heures S4 | Heures S5 | Heures S6 | Heures S7 | Heures S8 | Heures S9 | Heures S10 | Total | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Définition cahier des charges | 3H | |||||||||||||
| Écriture du wiki | ||||||||||||||
| Réalisation de l'état de l'art | 5H | |||||||||||||
| Échange quant aux technologies et au système mécanique à choisir | 2H30 | |||||||||||||
| Établissement de la liste et de la répartition des tâches | 2H | |||||||||||||
| Recherches quant aux échelles de dosage (Quelles quantités de nourriture consomment les chats en fonction de leur poids ?) | 1H30 | |||||||||||||
| Établissement de la liste de matériel et établissement des besoins (meilleur rapport besoin/prix étudié) | 4H00 | |||||||||||||
| Modèle 3D de l'hélisse et prototype | 3H00 | |||||||||||||
| Modèle 3D du réservoir et prototype | 1H30 | |||||||||||||
| Étude des LEDs Infrarouge et des photodiodes | 4H00 | |||||||||||||
| Tests sur le module wifi ESP8266 | ||||||||||||||
| Tests de lecture et écriture sur la carte SD | ||||||||||||||
| Étude du servomoteur et réalisation d'un programme le contrôlant en C | 4H00 | |||||||||||||
| Étude du capteur ultrason et réalisation d'un programme le contrôlant en C | 4H00 |
Avancement du Projet
Préambule
Semaine 1
L’objectif de la première semaine a été tout d’abord de lister les différentes tâches à réaliser tout au long du projet. Cette liste sera bien sûr modifiable en fonctions des difficultés ou contraintes rencontrées au cours du projet. Cette liste a été rajoutée à la suite du cahier des charges. Ensuite, un état de l’art ayant été réalisé, nous avons pu clairement définir le schéma de principe de notre gamelle et le mécanisme de réapprovisionnement choisi. Faisons un point rapide sur ces choix. Un système d’ « hélice » est privilégié afin de réapprovisionner la gamelle. Il s’agit en fait d’un cylindre plat qui sera placé en sortie du réservoir. Le réservoir sera moins large en sortie vers la gamelle qu’à son sommet, en entrée des croquettes. Cela permettra aux croquettes de s’introduire facilement dans notre système d’ « hélice ». Ce cylindre serait troué de part et d’autre afin de pouvoir contenir une certaine dose de croquettes. Ainsi, nous pouvons réapprovisionner la gamelle en fonction de ce dosage. Enfin, nous nous sommes attardés sur l’organisation et la répartition de ces tâches afin de pouvoir détailler une liste de matériel. Cette dernière a été ajoutée au wiki à la suite de la liste des tâches.
Semaine 2
- Lors de cette deuxième semaine, plusieurs tâches ont été réalisées. Tout d’abord, un début de modélisation du système a été effectué sous Solidworks. Pour ce faire, nous avons dû décider de combien de grammes de croquettes à la fois nous pouvons réapprovisionner la gamelle. Ainsi, nous avons effectué des recherches quant à la consommation de nourriture journalière d’un chat. Étant donné qu’un chien consomme davantage de croquettes qu’un chat, nous nous basons sur la consommation de ce dernier, quitte à donner plusieurs doses si l’animal est un chien. Voici un tableau sur lequel nous allons nous baser :
| Poids du chat adulte | 1-3 kg | 4 kg | 5 kg | 6 kg |
|---|---|---|---|---|
| Quantités journalières (en grammes) | 15-50g | 50-65g | 65-70g | 70-90g |
| Quantités journalières (avec un bol doseur de 300 mL) | x 0.1 - 0.3 | x 0.3 - 0.4 | x 0.4 | x 0.4 - 0.6 |
Ce tableau marche pour les croquettes Ultra premium direct en particulier.
Grâce à ce tableau, nous pensons que réapprovisionner la gamelle par dose de 15g est approprié. Or,
.
Maintenant, il est nécessaire de calculer le rayon de l’hélice permettant au système de doser 15g à la fois.
Nous voulons pouvoir doser 15g : 
.
Posons n = 4 car nous souhaitons avec 2 doseurs, un de chaque côté de l’hélice : 
.
Prenons à présent h = 4 cm ; h étant la largeur de l’ouverture conduisant à la gamelle. Nous avons alors :
Voici une image de l'hélice modélisée en conséquent :
.
- D’un autre côté, des tests ont été réalisés en ce qui concerne le dispositif LED infrarouge-phototransistor.
Présentation de l'expérimentation :
Nous utilisons une led IR SFH 4554 pour l’émission et une pour la réception. Pour des raisons de simplicité de fonctionnement, l'allumage des LEDs ne sera pas piloté. Elles seront continuellement allumées (aucune information n'est à transmettre).
À la réception, nous utilisons une photodiode en pull-down avec une résistance pour contrôler l'intensité dans cette dernière. Nous relions ce montage à un arduino pour vérifier jusqu'à quelle portée nous détectons le signal de la led émettrice. Grâce à cela, nous serons à même de définir les emplacements des émetteurs/récepteurs dans la gamelle et dans le réservoir ainsi que la taille de ces derniers. Voici le schéma de principe :
.
Test rapide de la portée :
Calcul des résistances :
Réception : une résistance de 4.7 kΩ est placée.
Émission : nous alimentons la LED en 5 V. Elle possède un courant 
pour 20 mA et supporte 100 mA continue. À 100 mA, 
. Pour être certains d'avoir la meilleure portée possible, nous nous rapprochons des 100 mA. Ainsi, pour le dimensionnement de R nous obtenons :
A.N. : 
; ; 
R = 36Ω
