Le DebrouilloKit - Multipliez les expériences !

Le "DebrouilloKit" est composé d'un boitier de commande, d'un bloc servomoteur, et d'un bloc de leds. Sous sa forme "mallette pédagogique", leurs dimensions ont été calculées pour faciliter le transport d'un ensemble de 6 kits, comme on peut le voir dans l'animation à gauche. Le boitier de commande comporte 1 potentiomètre, deux boutons, et trois entrées/sorties numériques (via des borniers à vis), ce qui est largement suffisant pour de nombreuses applications. Les faces avant des éléments accueillent des fiches imprimées, à placer en fonction de l'application choisie.

Difficulté

Technical Technique

Durée

3 hour(s) heure(s)

Disciplines scientifiques

Arduino, Informatique, Electricité

Wemos D1 mini, découpe laser Le_DebrouilloKit_-_Multipliez_les_exp_riences___Applications.gif

Introduction

L'idée de ce DebrouilloKit a germé suite au hackathon "Rudi", organisé par Les Petits Débrouillards Grand Ouest et L'Edulab de l'Université de Rennes 2 en décembre 2021, dans le cadre d'un appel à projet eRudi porté par le Réseau Canopé. L'objet du hackathon était de développer des POCL (Petits Objets Connectés Ludiques), sur base Arduino ou Wemos D1 mini, mettant à profit des données libres ("Open Data"). L'appel à projet indiquait également que Les Petits Débrouillards devaient ensuite concevoir et développer une mallette pédagogique sur la base des ces POCL.

Nous avons alors conçu un DebrouilloKit générique, utilisable en dehors de ce besoin particulier. Il est aujourd'hui composé de trois boitiers :

• la DebrouilloBox (boitier de commande), basée sur un Wemos D1 mini, un potentiomètre et deux boutons ;
• la DebrouilloLight, composée d'une bande de 12 leds multicolores ;
• le DebrouilloServo, composé d'un mini servomoteur

A titre d'exemple, nous proposons 5 applications (les trois dernières étant issues du hackathon Rudi) :

• une application de test, permettant de s'assurer que les utilisateurs ont réalisé les bonnes connexions entre les différents éléments
• une application de ping-pong individuel
• une application météo, affichant le temps des 5 prochains jours sur Rennes
• une application exploitant les données de trafic de la Rocade de Rennes
• une application "pokou", étendue à un jeu Pierre-Feuille-Ciseaux entre deux DebrouilloKits

Le passage d'une application à une autre est simple : on positionne le potentiomètre sur un n° d'application, et on appuie simultanément sur les deux boutons pendant plus de 3 secondes.

Le coût de chaque kit (Box+Light+Servo) est inférieur à 10 €. En fonction des ateliers, on pourra proposer de réaliser un nouveau kit de bout en bout (électronique, découpage laser des boites, impression 3D des boutons, utilisation des applications existantes), ou utilisation de kits existants et réalisation de nouvelles applications. On peut également envisager la réalisation d'éléments complémentaires (à base de capteurs par exemple). A vous de jouer !

• Matériel et outils
• Fichiers

Servomoteur

Un servomoteur (couramment appelé "servo" du latin "servus" signifiant "esclave") est un moteur capable de maintenir une opposition à un effort statique et dont la position est vérifiée en continu et corrigée en fonction de la mesure.

Servomoteur

Ruban de Led - WS2812B

Ruban de LED constitué d’une succession de LED RGB adressables, c’est à dire que l’on peut définir la luminosité et la couleur de chaque LED indépendamment

Ruban de Led - WS2812B

D1 mini

C'est un cousin de l'Arduino, avec du wifi !

D1 mini

Le_DebrouilloKit_-_Multipliez_les_exp_riences___DebrouilloKit_Cmd.svg

Le_DebrouilloKit_-_Multipliez_les_exp_riences___DebrouilloKit_Leds.svg

Le_DebrouilloKit_-_Multipliez_les_exp_riences___DebrouilloKit_Servo.svg

Le_DebrouilloKit_-_Multipliez_les_exp_riences___Rudi_Fiches.pdf

Étape 1 - Boitier de commande : partie électronique

(Photos à insérer)

L'électronique du boitier de commande est basé sur un Wemos D1 Mini, auquel on ajoute deux boutons, un potentiomètre, une led multi-couleurs et quelques connecteurs. Afin de faciliter - et fiabiliser - le montage, nous avons conçu un circuit intégré (*) qui accueillera tous ces composants. (Cf. figure 1).

1. Positionnez le jeu de borniers au verso du circuit intégré, les trous vers l'extérieur (Cf. Figure 2), et soudez-les (au recto, donc). Les modèles de borniers utilisés se clipsent les uns aux autres pour composer un bornier de la longueur voulue, ici 9 connexions.
2. Positionnez les deux boutons, et les supports du D1 mini au recto du circuit imprimé (Cf. figure 3), et soudez-les (au verso).
3. Soudez le potentiomètre (Cf. figure 4), en prévoyant 5 cm de fils souples. En regardant le potentiomètre sur le dessus (côté bouton), avec ses connexions vers soi, on doit connecter GND à la connexion de gauche , A0 à la connexion centrale, et 3,3V à la connexion de droite.
4. Soudez un élément du ruban de leds (Cf. figure 5) conformément aux indications du circuit imprimé. Prévoir là aussi 5 cm de fil souple.
5. Soudez les petits connecteurs au D1 mini, et placez le sur les supports soudés - avec l'entrée USB située côté extérieur (Cf. figure 6).

(*) Si ce circuit imprimé n'est pas disponible sur place, demandez à d'autres antennes Petits Debrouillards s'ils n'en n'ont pas en trop; et sinon, vous pouvez en recommander sur le site JLPCB.com en y téléchargeant le fichier DK_PCB.zip disponible dans la section "Fichiers" ci-dessus.

Étape 2 - Découpe et montage de base des boitiers

(Photos à changer)

Les boitiers sont réalisés en bois, par découpe laser. Chaque découpe de boitier est défini dans un fichier "svg" (*), disponible dans la section "Fichiers" ci-dessus. Il faut prendre du bois d'épaisseur 3 mm.

Lors du transfert du fichier svg vers le logiciel associé à la découpeuse laser, il faudra spécifier couleur rouge --> découpe laser, couleur noire --> gravure.

Le montage des trois boitiers se fait de la même façon, et ne nécessite pas d'instruction particulière. A cette étape ne monter ensemble que le fond et les côtés des boites. Quelques point d'attention cependant (voir également photos à gauche) :

• l'encoche (qui accueillera les borniers de connexion) dans le fond du boitier de commande doit être mise en correspondance avec le côté gravé ("USB", "- + L ...")
• les boitiers DebrouilloLight et DebrouilloServo comportent une encoche sur le côté, et un trou dans la base, qui servent à faire passer les fils. Il faut mettre le trou du côté de l'encoche.

Il est impératif de mettre de la colle entre les éléments, car on pourra avoir à forcer un peu lors de la finalisation des boitiers (en particulier le boitier de commande). On peut, soit mettre de la colle à bois avant assemblage, soit mettre de la super glu dans les angles une fois le montage réalisé : plus efficace, plus propre (moins de risque de bavures).

(*) Les boites de base ont été créés sur le site https://www.festi.info/boxes.py/?language=fr, puis adaptées à notre besoin.

Étape 3 - Finalisation du boitier de commande

A détailler + photos :

• impression 3D des boutons
• montage de l'architecture intérieure supportant le potentiomètre

Étape 4 - Finalisation de la DebrouilloLight

1/ Montage du dérouleur (photo 1 à gauche)

• Le dérouleur est constitué des deux rectangles arrondis, le plus petit étant le plus proche de la face arrière du boitier.
• Nous avons utilisé des vis de diamètre 3mm (longueur max 15mm), qui se vissent parfaitement dans la base, mais nécessitent d'agrandir délicatement les trous des deux rectangles arrondis.

2/ Soudure du ruban de leds (photo 2 à gauche)

• Le ruban de leds est de type Adafruit NeoPixel (60 leds / mètre). Couper ce ruban de façon à garder 12 leds.
• Prendre un ensemble de trois fils, idéalement rouge, noir, et autre couleur bien différenciée), d'une longueur de 40 à 60cm. souder le fil rouge sur le 5V, le fil noir sur le GND, et l'autre couleur sur le DIn.

3/ Mise en place du ruban de leds (photo 3 à gauche)

• Pour pouvoir faire tenir 12 leds dans un boitier pas trop long, les trous de la face avant ont un écartement inférieur à l'écartement réel des leds. Ceci oblige à mettre le ruban en accordéon pour insérer chaque led rectangulaire dans les trous de la face avant (côté opposé au logo des petits débrouillards).
• Au fur et à mesure de l'installation des leds, mettre un petit bout de scotch fort, puis finir en mettant du scotch tout du long.
• faire passer les fils dans le trou de la face arrière du boitier, et les enrouler autour du dérouleur en attendant une utilisation du DebrouilloLight.

Étape 5 - Finalisation du DebrouilloServo

1/ Montage du dérouleur (photo 1 à gauche)

• montage similaire à celui de la DebrouilloLight, avec les deux pièces circulaires.

2/ Montage du servomoteur (photos 2 et 3 à gauche)

• Apposer les deux pièces supportant le servomoteur l'une contre l'autre
• Insérer le servomoteur et le visser (la longueur des vis fournies avec les servo moteur devraient permettre de coller ensemble les deux pièces en bois)
• connecter ou souder 40 à 60 cm de fils (idéalement rouge, noir, et autre couleur bien différenciée), aux fils sortant du servomoteur.
• Faire passer ces fils dans le trou situé à la base du boitier, et les enrouler autour du dérouleur en attendant une utilisation du DebrouilloServo.

Étape 6 - Réalisation des fiches applicatives

Des fiches sont associées à chaque application, et sont destinées à être positionnées sur la face de la DebrouilloBox, du DebrouilloServo et du DebrouilloLight (voir photo 1 à gauche montrant le jeu de fiches pour l'application "Trafic Rocade de Rennes", qui exploite nos trois boitiers.

En ce qui concerne les applications déjà réalisées, les fiches ont été regroupées dans le fichier DK_Fiches.xcf (réalisé avec le logiciel libre "Gimp"). Au sein de ce fichier, il y a une fiche par calque, et le format de chaque fiche se superpose avec le calque "DK_Fiches.svg", basé sur le fichier DK_Fiches.svg également fourni.

Dans le cadre d'un atelier ou d'un hackathon, les fiches peuvent être dessinées à la main ou sur n'importe quel logiciel de dessin, puis imprimées sur du papier épais. Il y a ensuite une phase délicate de découpe des trous - en particulier les petits trous carrés de la DebrouilloLight. Si on veut des fiches plus pérennes, voici comment on peut procéder :

Pour réaliser les fiches actuelles :

1. imprimer le fichier DK_Fiches.pdf au format A4
2. plastifier la feuille, puis couper les bords à environ 2mm de l'extérieur du centre des croix bleues (Cf. photo 2)
3. placer et fixer un carton bien plan, de grand format, dans la découpeuse laser (Cf. photo 3) ; lancer le logiciel de la découpeuse avec le fichier DK_Fiches.svg, et configurez ce logiciel pour graver uniquement le calque correspondant à la couleur bleue (choisir une faible puissance du laser, suffisante pour que les croix soient visibles sur le carton)
4. positionner précisément la feuille plastifiée, afin de faire correspondre les guides bleus avec ce qui a été gravé sur le carton (Cf. photo 4). Attention à mettre la feuille dans le bon sens !
5. relancer la gravure du même fichier DK_Fiches.svg, mais cette fois-ci avec l'utilisation du calque associé à la couleur rouge

Pour réaliser de nouvelles fiches :

1. Ouvrir le fichier DK_Fiches.xcf ; sauvegardez le sous un autre nom (DK_MesNouvellesFiches.xcf, par exemple)
2. Supprimer les calques inutiles (sauf les 2 calques du bas)
3. Définir de nouveaux calques, en respectant les limites de chaque fiche, définies par le calque DK_Fiches.svg
4. Exporter le résultat dans un fichier pdf (
   

Étape 7 - Connexion des éléments

Cette connexion va servir à tester les étapes suivantes. Sous forme de mallette pédagogique, les éléments ne seront pas connectés. La connexion fera partie du travail réalisé par le public.

(à détailler + photos lorsque la DebrouilloBox sera finalisée)

• Connexion des leds au bloc + / - / C1
• Connexion du servo au bloc + / - / C2

Étape 8 - Fonctionnement et téléchargement des applications

A mettre à jour

Comme indiqué en introduction, la DebrouilloBox peut héberger simultanément jusqu'à 5 applications, et on passe d'une application à une autre, en sélectionnant le n° avec le potentiomètre, et en appuyant simultanément sur les deux boutons pendant plus de trois secondes.

Les cinq applications doivent être définies chacune dans un fichier arduino (xxxx.ino). Tous les fichiers devront être situés dans le même répertoire que les deux fichiers Debrouillo_Box.ino et Debrouillo_Serveur.ino

(... j'arrête là pour ce soir ... fatigue ...)

Étape 9 - Comment développer de nouvelles applications ?

A mettre à jour

- Cf explications fournis dans le module Module_999_Exemple.ino

Étape 10 - Comment développer de nouveaux boitiers ?

A compléter

Comme on a pu le voir, il reste une entrée/sortie disponible sur le boitier de commande. Elle est utilisable pour activer un autre élément (2ème servo moteur par exemple). On pourrait également envisager des données en entrée, par exemple fournies par un capteur (température, CO2, ...).

Idéalement le nouvel élément devra être intégré dans le même type de boitier en bois que ceux qui existent (la documentation devra alors fournir les fichiers svg). Les dimensions du nouveau boitier devront si possible être compatibles avec ceux existants (Cf. animation en tout début de page), par exemple un capteur pourrait facilement être intégré dans une boite de même taille qu'un DebrouilloServo.

Il faudra également fournir au moins un exemple d'application du nouveau boitier, et les fiches cartonnées associées aux boitiers utilisés par cette nouvelle application.

Dernière modification 21/11/2022 par user:Philby.

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