Wiki de Projets IMA - Contributions de l’utilisateur [fr]

IMA5 2018/2019 P05

2018-12-20T07:15:38Z

Rtoin :

==Description==
La plate-forme de simulation SOFA (https://www.sofa-framework.org/) est un logiciel open source qui existe depuis plus de 10 ans. Il est utilisé pour la simulation médicale et la robotique. Afin de favoriser sa démocratisation, nous souhaitons que SOFA soit accessible depuis un navigateur internet. Pour cela, il faudra interfacer SOFA avec un front-end web développé précédemment.

[[Fichier:Sofa.png|center|400px]]

==Objectifs==
Interfacer un front-end html css avec un moteur de simulation écrit en C. Il s’agit de permettre à des utilisateurs d’éditer du code, de lancer des simulations, de sauvegarder des simulations et d’obtenir un retour visuel, le tout en ligne et en temps réel.

==Calendrier prévisionnel==

=Réalisation du Projet=

==Choix techniques : matériel et logiciel==

===Matériel===

* Un serveur de l’Inria permettant de faire tourner des instances de SOFA de manière distante

===Logiciel===

* Django pour la réalisation de front-end web (codage en Python et HTML)
* Bootstrap pour enrichir le design de la front-end
* webGL avec Qt pour la partie de rendu 3D des simulations (codage en Python, HTML, JavaScript coté webGl et C côté logiciel)

==Liste des tâches à effectuer==

* Mise en place d’une base de données permettant de gérer des utilisateurs et leur offrant accès à des sessions privées.
* Définition et réalisation d’un modèle de base de données pour les projets SOFA que l’on prévoit de stocker
* Définition et réalisation des pages web permettant l’édition de code et l’accueil du rendu d’exécution en temps réel
* Définition et réalisation des pages web complémentaires nécessaires au bon fonctionnement du site
* Implémentation du processus d’exécution d’un script et de récupération en temps réel du flux d’exécution de SOFA

=Travail réalisé=

==Semaine 1==

Bilan de la première réunion avec monsieur Jérémie Dequidt, membre de l’équipe DEFROST travaillant sur SOFA, afin de mieux connaître l’orientation souhaitée du projet :
SOFA est un logiciel de simulation numérique dans le médicale, la robotique solide et depuis 2015 la robotique déformable. Il connaît un attrait grandissant auprès des professionnels des domaines concernés mais peine à être accessible pour 2 raisons majeures :

* le logiciel est difficile à prendre en main sans connaissance du C++ ou de la physique utilisée pour les calculs ;
* le logiciel n’est pas encore disponible en binaires et son noyau de 500 000 lignes de code est long à compiler (4 heures en moyenne) ;
Le premier problème a été résolu en créant un binding Python permettant de générer des simulations via des scripts et par la récupération d’évènements clavier (interaction en temps réel).

Pour répondre au second problème, l’équipe souhaiterai pouvoir rendre accessible SOFA depuis un navigateur où une version embarquée de SOFA permettrait facilement à un utilisateur de réaliser quelques tests. Le but est de donner un aperçu des fonctionnalités de SOFA avant de se décider à compiler soit même une version sur son ordinateur ou bien de permettre un partage simple de projets SOFA sur un espace dédié offrant des fonctionnalités d’aperçue.

Un exemple de modèle dont on souhaite se rapprocher est le site Shadertoy (https://www.shadertoy.com/) qui lui-même utilise des scripts modifiables afin de générer des modèles géométriques 3D

[[Fichier:Shadertoy.JPG|center|1000px]]

Les technologies envisagées pour la modélisation 3D sont webGL et Qt.
SOFA pourra être appelé directement en ligne de commande, il conviendra de décider les retours à sélectionnés.
Monsieur Damien Marchal n’ayant pas été joignable cette semaine, j’ai pu fixé un rendez-vous la semaine prochaine.

==Semaine 2==

Bilan de la première réunion avec monsieur Damien Marchal, également membre de l’équipe DEFROST travaillant sur SOFA:
Nous souhaitons interfacer SOFA avec des requêtes API. L’objectif de réalisation avec webGL est encore incertain :
* on ne sait pas quelle partie de SOFA devra être conservée
* on ne sait pas si SOFA est réalistiquement compactable
* on ne sait pas quelles sont les interactions que nous pourrons offrir à l’utilisateur

Néanmoins, nous pouvons faire émerger des nécessités pour le site à créer nous permettant de construire son cahier des charges :
* L’utilisateur doit pouvoir éditer le code de sa scène (un script python par exemple) ;
* L’utilisateur doit pouvoir avoir un retour en temps réel de l’exécution de sa scène ;
* L’utilisateur doit pouvoir paramétrer son projet comme ″privé″ ou ″publique″ et avoir accès aux projets qui sont publiques ;
* L’utilisateur doit pouvoir se connecter à un compte afin de sauvegarder ses projets et y accéder ;

Compte-tenu de l’incertitude face à la réalisation d’un rendu 3D temps réel, j’ai proposé l’idée de commencer par présenter un rendu vidéo de l’exécution. Il s’avère que SOFA permet d’éditer un fichier vidéo mp4 permettant de visualiser une scène et part ailleurs des serveurs à l’INRIA sont en mesure de faire tourner des instances de SOFA ainsi accessibles à distances. Il a donc été convenu qu’une première version du site permettra dans un premier temps de faire un retour vidéo des simulations (donc temps non réel) : cela permettra d’avoir un premier livrable fonctionnel et utilisable si la version de modélisation 3D en temps réel n’aboutit pas.
Dès lors, j’ai pu schématiser la situation :

[[Fichier:CdC.png|center|700px]]

En rouge le niveau 1, en bleu le niveau 2. À noter que plusieurs serveurs sont disponibles à l’Inria mais pour le moment nous ne prévoyons d’en utiliser qu’un et donc les problèmes de redondance et de haute disponibilité ne sont pour le moment pas considérés.

==Semaine 3==
Les projets déjà développés auparavant sont disponibles sur un GitLab privé de l’Inria dont je viens de recevoir l’accès. La première étape de mon travail consiste à faire un rapport de test des projets afin d’affiner notre cahier des charges si nécessaire.

'''Projet antérieur n°1'''

[[Fichier:Accueil projet ant 1.png|center|800px]]

Ce projet présente les fonctionnalités suivantes :
* gestion fonctionnelle des comptes clients (modèle de BDD, création de compte, login/logout)
* vérification des adresses mails conformes (par comparaison à un dictionnaire)
* page de création d’un nouveau projet comportant une grille où le placement de points permet le calcul et la création d’un maillage

Ce projet ne présente pas :
* de modèle de BDD pour les projets
* de zone interactive d’édition de code

'''Projet antérieur n°2'''

[[Fichier:Accueil projet ant 2.png|center|800px]]

Ce projet présente les fonctionnalités suivantes :
* gestion en partie fonctionnelle des comptes clients (modèle de BDD, création de compte, login mais logout défectueux)
* barre de navigation
* modèle de BDD définissant la structure d’un projet SOFA
* page de création d’un nouveau projet comportant une zone interactive d’édition de code

Ce projet ne présente pas :
* de moyen de sauvegarder les projets dans la base de données
* d'élément concernant un retour d’information vidéo ou autre (les champs sont tracés mais non implémentés)

==Semaine 4==

Suite à mon rapport sur les projets déjà existants de nouveaux éléments ont été ajoutés au cahier des charges :

* un utilisateur devra pouvoir uploader un projet déjà existant sur sa machine ;
* un utilisateur devra pouvoir télécharger les projets publiques ;
* l’utilisateur doit pouvoir créer un nouveau projet à partir d’un projet déjà existant ;

J’ai décidé d’abandonner le projet antérieur n°1 pour diverses raisons :

* la saisie de scène n’est pas le modèle qui nous intéresse (saisie de points sur une grille pour créer un maillage) et s’appuie sur un travail en développement d’un chercheur de l’équipe DEFROST
* l’arborescence du projet n’est pas satisfaisante : toutes les fonctions sont séparées en petites applications (login, logout, gestion des scènes, gestion des utilisateurs, etc) ce qui serait bien pour créer un modèle très réutilisable or nous souhaitons avoir un modèle simple, pouvant être rapidement déployé et facilement maintenu.
* la base de données n’est pas structurée et ne présente aucun modèle
* l’interface graphique n’est pas satisfaisante : elle est fonctionnelle dans le peu qu’elle fait mais n’est pas agréable à utiliser
* la rédaction du code existant n’est pas satisfaisante : les noms de variables sont inconsistants, le français côtoie l’anglais avec des fautes d’orthographes, etc. De manière générale, la rédaction du code effectuée entrave une potentielle facilité de maintenance.

Cette semaine j’ai continué un travail de tri et d’adaptation du code du projet antérieur n°2

==Semaine 5==

Après de nouvelles discussions avec M. Marchal, j’ai établi qu’il valait mieux repartir de zéro plutôt que de continuer de tenter d’adapter le code du projet antérieur n°2. Cette décision survient car la rédaction de ce projet ne nous convient pas :

* le projet a été réalisé il y a 6 mois mais la version de django utilisée est antérieure à la version la plus récente disponible à ce moment, induisant l’utilisation de pas mal de fonctions obsolètes
* le modèle de base de données est à revoir
* beaucoup de fonctionnalités sont rédigées mais non utilisées ou non fonctionnelles, appelant à un tri important de code et à pas mal de refactoring

Nous avons donc décidé d’un accord commun qu’il serait plus sain de repartir d’un projet vierge. Il est cependant à noté que les pistes envisagées dans le projet antérieur n°2 sont pour la plupart satisfaisantes. Nous partirons donc sur les technologies communes suivantes :

* Django pour la gestion de la base de données (programmation en python compatible avec les bindings de SOFA)
* SQLite pour le modèle de BDD, étant donné qu’il s’agit d’un format extrêmement portable (constitué d’un seul fichier)
* Django CodeMirror pour la création de la fenêtre de saisie de code (des tests avancés seront nécessaire mais de ce qui fonctionne actuellement le module semble prometteur)
* Bootstrap pour le design du site, pour son accessibilité et sa réputation

==Semaine 6==
Afin de bien saisir toute la construction d’une application django j’ai pris le temps cette semaine de suivre la documentation officielle (https://www.djangoproject.com/start/)

Je suis désormais en mesure de :

* créer une application
* créer des vues
* créer un modèle de base de données
* naviguer dans la base de données via la console Django
* créer et manager des utilisateurs
* manager ma base de données via le serveur de développement
python manage.py runserver
puis accès à http://127.0.0.1:8000/admin/
*utiliser le système de template
* gérer les fichiers statiques de ressources

==Semaine 7==

Afin de partir sur un modèle de base de données satisfaisant, je me suis chargé de le définir et de le faire valider.
Ci-dessous se trouve un schéma UML du modèle conçu :

[[Fichier:Modele BDD UML.png|center|600px]]

Le champ ″src″ de ″Projects″ contient un url renvoyant au projet initial dans le cas où le ″project″ est une copie d’un projet disponible dans notre base de données.
Le fichier ZIP ″file_system″ regroupera les fichiers suivants :
* index.html
* index.png
* index.mp4
* main.html
* main.py (or .pyscn .psl .scn)
* data/
* scripts/

Exemple de peuplement de la base de données :

[[Fichier:Peuplement.jpg|center|1000px]]

==Semaine 8==

Afin de permettre la mise en place de toutes les fonctionnalités du site, il m’a fallut déterminer toutes les pages web indispensables au bon fonctionnement de l’application et permettant d’offrir toutes les fonctionnalités recherchées.

Les images ci-dessous permettent de donner un aperçu des templates envisagées. Elles seront passées au format numérique au besoin:

[[Fichier:Modeles pages web1.jpg|center|1000px]]

[[Fichier:Modeles pages web2.jpg|center|1000px]]

Les pages web indispensables à implémenter se résument aux pages suivantes, d’autres feront potentiellement leur apparition au besoin :
* www.sofasite.com/home: page d’accueil avec message d’accueil et aperçu des projets récents ;
* www.sofasite.com/login : page de login et de création de compte ;
* www.sofasite.com/logout : page de logout ;
* www.sofasite.com/browse : page de parcours des projets publique existants. Proposera une fonction de tri alphabétique et chronologique ;
* www.sofasite.com/search/xxxxxx : page de recherche (via recherche par mots de l’utilisateur) ;
* www.sofasite.com/new : page de création d’un nouveau projet. Permet seulement de définir le nom du projet et son statut (publique ou privé) ;
* www.sofasite.com/import : page permettant d’importer directement un projet déjà existant sur la machine de l’utilisateur ;
* www.sofasite.com/project/xxx : page d’un projet permettant de voir toutes les données de celui-ci. L’URL sera idéalement haché pour ne pas pouvoir deviner les adresses d’autres projets ;
* www.sofasite.com/project/xxx/edit :page de modification d’un projet (édition de code) et proposant un retour direct d’exécution (retour vidéo ou 3D + résumé d’exécution retourné par SOFA) ;
* www.sofasite.com/username/projects : page permettant de voir tous les projets pour un utilisateur connecté ;
* www.sofasite.com/username/profile : page permettant à un utilisateur connecté de consulter et modifier son profile ;

Exemple du modèle de la page www.sofasite.com/project/xxx/edit

[[Fichier:Edit page.png|center|300px]]

J'ai également terminé le système de login/logout cette semaine.

==Semaine 9==

Afin d’améliorer l’aspect graphique du site j’utiliserai Boostrap. En plus d’améliorer l’aspect visuel de toutes les pages, Bootstrap nous permettra de facilement mettre en place une barre de navigation utilisable sur chaque page.

Ci-dessous un schéma de sa conception, montrant toutes les fonctionnalités que nous souhaitons lui intégrer :

[[Fichier:Navbar.png|center|800px]]

*Le symbole (+) représente un bouton menant à la page /new.
*Le symbole (↑) représente un bouton menant à la page /import

Ci-dessous une première étape de l’implémentation de cette barre de navigation (fichier navbar.html des templates):

[[Fichier:Navbar code.JPG|center|1000px]]

==Semaine 10==
Travail sur django CodeMirror et la création de la fenêtre de saisie de code.

=Livrables=

[[Fichier:Rapport_intermediaire_P05.pdf]]

[[Fichier:Soutenance_intermédiaire_P05.pdf]]

Fichier:Navbar code.JPG

2018-12-20T07:14:46Z

Rtoin :

Fichier:Navbar.png

2018-12-20T07:08:50Z

Rtoin :

Fichier:Edit page.png

2018-12-20T07:06:36Z

Rtoin :

Fichier:Modeles pages web2.jpg

2018-12-20T07:06:16Z

Rtoin :

Fichier:Modeles pages web1.jpg

2018-12-20T07:05:30Z

Rtoin :

Fichier:Peuplement.jpg

2018-12-20T07:03:40Z

Rtoin :

Fichier:Modele BDD UML.png

2018-12-20T07:02:31Z

Rtoin :

Fichier:Accueil projet ant 2.png

2018-12-20T07:00:22Z

Rtoin :

Fichier:Accueil projet ant 1.png

2018-12-20T07:00:07Z

Rtoin :

Fichier:CdC.png

2018-12-20T06:58:16Z

Rtoin :

Fichier:Shadertoy.JPG

2018-12-20T06:56:51Z

Rtoin :

Fichier:Sofa.png

2018-12-20T06:53:57Z

Rtoin :

Fichier:Soutenance intermédiaire P05.pdf

2018-12-19T07:24:59Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Soutenance intermédiaire P05.pdf

IMA5 2018/2019 P05

2018-12-19T06:41:22Z

Rtoin :

=Présentation générale=

==Description==

==Objectifs==

==Calendrier prévisionnel==

=Réalisation du Projet=

=Livrables=

[[Fichier:Soutenance_intermédiaire_P05.pdf]]

Fichier:Soutenance intermédiaire P05.pdf

2018-12-19T06:40:31Z

Rtoin :

Projets IMA5 2018/2019

2018-12-18T11:47:27Z

Rtoin : /* Répartition des binômes */

Merci de référencer vos pages de projets ici. Merci aussi d'uniformiser vos formats que ce soit en regardant la présentation des projets déjà créés ou en demandant une modification du format des précédents si votre façon de faire vous semble la meilleure. Dans tous les cas un minimum de communication entre les binômes est conseillée.

Toutes les sources doivent être déposées sur notre archive GIT. Le service est disponible à l'URL [https://archives.plil.fr archives.plil.fr]. Connectez-vous avec vos identifiants Polytech'Lille. Sauf indication contraire de vos encadrants, rendez le projet public et mettez le lien sur votre Wiki. Vous pouvez trouver de la documentation sur ce système d'archives sur ce [https://git-scm.com/book/fr/v1 site].

== Répartition des binômes ==

{| class="wikitable"
! Projet !! Elèves !! Encadrants école !! Rapport intermédiaire !! Rapport final !! Vidéo
|-
| P0 [[IMA5 2018/2019 P0|Modèle]]
|
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|
|
|-
| P04 [[IMA5 2018/2019 P04|Conception mécatronique d'un gant haptique pour la réalité virtuelle]]
| Thomas Hubert
| Frédéric Giraud / Betty Semail
|[[Fichier:RapportIntermédiaire 2018P04.pdf]]
|
|
|-
| P05 [[IMA5 2018/2019 P05|Simulation on the Web]]
| Rodolphe Toin
| Jérémie Dequidt
|[[Fichier:Rapport_intermediaire_P05.pdf]]
|
|
|-
| P06 [[IMA5 2018/2019 P06|Développement d'un système de gestion d'un réseau de capteurs]]
| Simon Feutrier / Antoine Duquenoy
| Thomas Vantroys / Alexandre Boé
|
|
|
|-
| P10 [[ IMA5 2018/2019 P10|Traces d’exécution de système temps réel]]
| Amine El Messaoudi
| Julien Forget
|[[Fichier:rapport1_P10.pdf]]
|
|
|-
| P13 [[ IMA5 2018/2019 P13|Réseau de capteurs pour parking intelligent]]
| Baptiste Cartier
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
|[[Fichier:RapportIntermédiaire.pdf]]
|
|
|-
| P16 [[IMA5 2018/2019 P16|Le Sportif Augmenté]]
| Matthieu Delobelle
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
|
|
|
|-
| P17 [[IMA5 2018/2019 P17|Système multisources de production d'hydrogène]]
| François-Xavier Cockenpot
| Anne-Lise Gehin
|
|[[fichier:Rapport_PFE17_Cockenpot.pdf]]
|
|-
| P21 [[IMA5 2018/2019 P21|Pilotage automatique d'un drone]]
| Claire Vandamme / Justine Senellart
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
|[[Fichier:Rapport de projet intermediaire P21 Pilotage automatique de drone.pdf]]
|
|
|-
| P22 [[IMA5 2018/2019 P22|Commande en position d'un drone]]
| Lijie YAO / Lirui ZHANG
| Komi Midzodzi PEKPE
|[[Fichier:Rapport_Intermédiaire_P22.pdf]]
|
|-
| P26 [[IMA5 2018/2019 P26|Interaction 2D en réalité virtuelle]]
| Ji YANG
| Laurent Grisoni
| [[Fichier:Ji_YANG_PRE_Intermediaire.pdf]]
|
|
|-
| P28 [[IMA5 2018/2019 P28|Clonage d'une calculatrice open-source NumWorks]]
| Alexis Dorian
| Xavier Redon / Alexandre Boé / Thomas Vantroys
| [[Fichier:Rapport PFE 28 Alexis DORIAN.pdf]]
|
|
|-
| P31 [[IMA5 2018/2019 P31|Supervision des serveurs de la plateforme informatique]]
| Taky Djeraba
| Xavier Redon / Thomas Vantroys
| [[Fichier:Rapport interm diaire PFE.pdf]]
|
|
|-
| P36 [[IMA5 2018/2019 P36|Pilotage automatique d'un drone]]
| Abass Ayoub / Alexis Viscogliosi
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
|[[Fichier:rapport_P36_Viscogliosi_Ayoub.pdf]]
|
|
|-
| P42 [[IMA5 2018/2019 P42 |Traçage d'empreintes de navigateur en utilisant des techniques avancées d'apprentissage automatique]]
| Mehanna Naif
| Walter Rudametkin / Romain Rouvoy
|
|
|
|-
| P43 [[IMA5 2018/2019 P43 |Réalisation d'un synthétiseur]]
| Untereiner Antoine
| Alexandre Boé
|
|
|
|-
| P19 [[IMA5 2018/2019 P19 |Détection de menaces IOT sur FPGA]]
| MACHEREZ Alexis
| Alexandre Boé / Thomas Vantroys
|
|
|
|-
| P24 [[IMA5 2018/2019 P24 |Filtrage de Kalman pour la détection de défaut sur un robot mobile]]
| Samy Belhouachi
| Komi Midzodzi PEKPE
|
|
|
|}

== Matériel à acquérir ==

{| class="wikitable"
! Projet !! Matériel
|-
| P28 [[IMA5 2018/2019 P28|Clonage d'une calculatrice open-source NumWorks]]
|

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Adesto-Technologies/AT25SF641-SUB-T?qs=H7WEQPD31y1rOaelqGYUaQ== AT25SF641 ](Ram)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/STMicroelectronics/STM32F412VGT6?qs=qzCNEk%252bRr%252baGf9Ry5zWpvw%3D%3D&gclid=EAIaIQobChMI8OWLjsq63QIVxIjVCh0HCADGEAAYASAAEgKz5_D_BwE STM32F412VGT6 ] (microcontroleur)

[https://www.alibaba.com/product-detail/2-4-portait-LCD-module-ET024QV01_60727925701.html?spm=a2700.details.pronpeci14.2.5d9f12f4aeUQCE ET024QV01-K] (ecran)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Newhaven-Display/NHD-24-240320CF-CTXI-F?qs=sGAEpiMZZMu%2fRY1bNe3bOwi7Ku0KTtuWVqK2peAZKeQH3KKyXLxcNw== NHD-2.4-240320CF] (autre ecran)

[https://fr.farnell.com/hirose-hrs/fh12s-40s-0-5sh-55/fiche-femelle-ffc-fpc-0-5mm-zif/dp/1324588?MER=sy-me-pd-mi-alte connecteur nappe]

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9365gqw/driver-de-led-boost-250khz-wqfn/dp/2729821 RT9365GQW ](control retro éclairage)

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9078-28gj5/regul-ldo-fixe-2-8v-0-3a-tsot/dp/2729807?krypto=MSyMhsZJSwpJzbmMaWZGoRn20imQ%2Bn8JeH7D4MHTZf%2B2dB6VsTHGLrm%2FOLrSWQ7xeojNK5JXTGImaV58n0tJ9A%3D%3D&ddkey=https%3Afr-FR%2FElement14_France%2Fsearch RT9078-28GJ5 ](régulateur de tension)

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9526age/chargeur-bat-li-ion-0-5a-wdfn/dp/2433119?krypto=HIqdjNHqabMYeF39WOpX9xKeZ2JYmYKNIiZzSQh83hC6pdrzMzXqu1zU68gCpKyvU1HQLlLe%2FHV60YNgVaXvsg%3D%3D&ddkey=https%3Afr-FR%2FElement14_France%2Fsearch RT9526AGE ](chargeur lipo)

[https://fr.farnell.com/stmicroelectronics/usblc6-2sc6/esd-protection-smd-sot-23-6/dp/1269406?st=USBLC6-2SC6 USBLC6-2SC6 ] (protection USB)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Lite-On/LTST-S310F2KT?qs=xb8aMrBSZRKYryAdlDhh3g== TST-S310F2KT] (led multi couleur)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/ECS/ECS-2520MV-250-BN-TR?qs=sGAEpiMZZMtldj7qu1ydrQG1afnrXLdGjWqvhZ7yquORJy%252b1U87asg%3d%3d Oscillateurs]

|-
| P16 [[IMA5 2018/2019 P16|Le Sportif Augmenté]]
|
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/garmin-canada-inc/ANTAP281M5IB/1094-1004-ND/2748494 Module RF Ant+]
[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L031K6T7/497-16269-ND/5805501 MCU (Cortex M0) STM32-L0 (32-LQFP)]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L152CBT6/497-11197-ND/2640843 MCU (Cortex M3) STM32-L1 (64-LQFP)]
*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/yageo/CC0603CRNPO9BN4R3/311-3858-6-ND/8025870 Capacités 4,3 pF] (pour l'oscillateur 32k768 Hz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/epson/FC-135-32.7680KA-A0/SER4077CT-ND/5604233 Oscillateur 32k768 Hz]

*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/kemet/C0603C180K5GACTU/399-7866-1-ND/3471589 Capacités 18 pF] (pour l'oscillateur 16 MHz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/abracon-llc/ABLS-16.000MHZ-B4-T/535-10226-1-ND/2184261 Oscillateur 16MHz]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/sparkfun-electronics/SEN-13944/1568-1424-ND/6193601 Capteur 9-DOF]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L031K6/497-16283-ND/5806780 Carte NUCLEO-L031]
[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L152RE/497-14363-ND/4695528 Carte NUCLEO-L152]

*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/SML-D12U1WT86/SML-D12U1WT86CT-ND/5843858 LED RED CMS]
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPJ131/RHM130DCT-ND/1762927 Resistances 130Ω (Pour LED)]

*15 [https://www.digikey.com/product-detail/en/samsung-electro-mechanics/CL10F104ZA8NNNC/1276-1011-1-ND/3889097 Capacités 100nF] (découplage/stabilité)
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPF1002/RHM10KADCT-ND/1983753 Resistances 10kΩ]
Les composants passifs permettant la mise en place de l'environnement des STM32 (resistances/capa) est deja en la possession de M. Redon (en 0603)
|-}

Fichier:Rapport intermediaire P05.pdf

2018-12-18T11:45:44Z

Rtoin :

Projets IMA5 2018/2019

2018-12-18T07:01:44Z

Rtoin : /* Répartition des binômes */

Merci de référencer vos pages de projets ici. Merci aussi d'uniformiser vos formats que ce soit en regardant la présentation des projets déjà créés ou en demandant une modification du format des précédents si votre façon de faire vous semble la meilleure. Dans tous les cas un minimum de communication entre les binômes est conseillée.

Toutes les sources doivent être déposées sur notre archive GIT. Le service est disponible à l'URL [https://archives.plil.fr archives.plil.fr]. Connectez-vous avec vos identifiants Polytech'Lille. Sauf indication contraire de vos encadrants, rendez le projet public et mettez le lien sur votre Wiki. Vous pouvez trouver de la documentation sur ce système d'archives sur ce [https://git-scm.com/book/fr/v1 site].

== Répartition des binômes ==

{| class="wikitable"
! Projet !! Elèves !! Encadrants école !! Rapport intermédiaire !! Rapport final !! Vidéo
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| P0 [[IMA5 2018/2019 P0|Modèle]]
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| P04 [[IMA5 2018/2019 P04|Conception mécatronique d'un gant haptique pour la réalité virtuelle]]
| Thomas Hubert
| Frédéric Giraud / Betty Semail
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| P05 [[IMA5 2018/2019 P05|Simulation on the Web]]
| Rodolphe Toin
| Jérémie Dequidt
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| P06 [[IMA5 2018/2019 P06|Développement d'un système de gestion d'un réseau de capteurs]]
| Simon Feutrier / Antoine Duquenoy
| Thomas Vantroys / Alexandre Boé
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| P10 [[ IMA5 2018/2019 P10|Traces d’exécution de système temps réel]]
| Amine El Messaoudi
| Julien Forget
|[[Fichier:rapport1_P10.pdf]]
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| P13 [[ IMA5 2018/2019 P13|Réseau de capteurs pour parking intelligent]]
| Baptiste Cartier
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
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| P16 [[IMA5 2018/2019 P16|Le Sportif Augmenté]]
| Matthieu Delobelle
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
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| P17 [[IMA5 2018/2019 P17|Système multisources de production d'hydrogène]]
| François-Xavier Cockenpot
| Anne-Lise Gehin
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| P21 [[IMA5 2018/2019 P21|Pilotage automatique d'un drone]]
| Claire Vandamme / Justine Senellart
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
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| P22 [[IMA5 2018/2019 P22|Commande en position d'un drone]]
| Lijie YAO / Lirui ZHANG
| Komi Midzodzi PEKPE
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| P26 [[IMA5 2018/2019 P26|Interaction 2D en réalité virtuelle]]
| Ji YANG
| Laurent Grisoni
| [[Fichier:Ji_YANG_PRE_Intermediaire.pdf]]
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| P28 [[IMA5 2018/2019 P28|Clonage d'une calculatrice open-source NumWorks]]
| Alexis Dorian
| Xavier Redon / Alexandre Boé / Thomas Vantroys
| [[Fichier:Rapport PFE 28 Alexis DORIAN.pdf]]
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| P31 [[IMA5 2018/2019 P31|Supervision des serveurs de la plateforme informatique]]
| Taky Djeraba
| Xavier Redon / Thomas Vantroys
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| P36 [[IMA5 2018/2019 P36|Pilotage automatique d'un drone]]
| Abass Ayoub / Alexis Viscogliosi
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
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|-
| P42 [[IMA5 2018/2019 P42 |Traçage d'empreintes de navigateur en utilisant des techniques avancées d'apprentissage automatique]]
| Mehanna Naif
| Walter Rudametkin / Romain Rouvoy
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| P43 [[IMA5 2018/2019 P43 |Réalisation d'un synthétiseur]]
| Untereiner Antoine
| Alexandre Boé
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| P19 [[IMA5 2018/2019 P19 |Détection de menaces IOT sur FPGA]]
| MACHEREZ Alexis
| Alexandre Boé / Thomas Vantroys
|
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|-
| P24 [[IMA5 2018/2019 P24 |Filtrage de Kalman pour la détection de défaut sur un robot mobile]]
| Samy Belhouachi
| Komi Midzodzi PEKPE
|
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|
|}

== Matériel à acquérir ==

{| class="wikitable"
! Projet !! Matériel
|-
| P28 [[IMA5 2018/2019 P28|Clonage d'une calculatrice open-source NumWorks]]
|

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Adesto-Technologies/AT25SF641-SUB-T?qs=H7WEQPD31y1rOaelqGYUaQ== AT25SF641 ](Ram)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/STMicroelectronics/STM32F412VGT6?qs=qzCNEk%252bRr%252baGf9Ry5zWpvw%3D%3D&gclid=EAIaIQobChMI8OWLjsq63QIVxIjVCh0HCADGEAAYASAAEgKz5_D_BwE STM32F412VGT6 ] (microcontroleur)

[https://www.alibaba.com/product-detail/2-4-portait-LCD-module-ET024QV01_60727925701.html?spm=a2700.details.pronpeci14.2.5d9f12f4aeUQCE ET024QV01-K] (ecran)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Newhaven-Display/NHD-24-240320CF-CTXI-F?qs=sGAEpiMZZMu%2fRY1bNe3bOwi7Ku0KTtuWVqK2peAZKeQH3KKyXLxcNw== NHD-2.4-240320CF] (autre ecran)

[https://fr.farnell.com/hirose-hrs/fh12s-40s-0-5sh-55/fiche-femelle-ffc-fpc-0-5mm-zif/dp/1324588?MER=sy-me-pd-mi-alte connecteur nappe]

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9365gqw/driver-de-led-boost-250khz-wqfn/dp/2729821 RT9365GQW ](control retro éclairage)

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9078-28gj5/regul-ldo-fixe-2-8v-0-3a-tsot/dp/2729807?krypto=MSyMhsZJSwpJzbmMaWZGoRn20imQ%2Bn8JeH7D4MHTZf%2B2dB6VsTHGLrm%2FOLrSWQ7xeojNK5JXTGImaV58n0tJ9A%3D%3D&ddkey=https%3Afr-FR%2FElement14_France%2Fsearch RT9078-28GJ5 ](régulateur de tension)

[https://fr.farnell.com/richtek/rt9526age/chargeur-bat-li-ion-0-5a-wdfn/dp/2433119?krypto=HIqdjNHqabMYeF39WOpX9xKeZ2JYmYKNIiZzSQh83hC6pdrzMzXqu1zU68gCpKyvU1HQLlLe%2FHV60YNgVaXvsg%3D%3D&ddkey=https%3Afr-FR%2FElement14_France%2Fsearch RT9526AGE ](chargeur lipo)

[https://fr.farnell.com/stmicroelectronics/usblc6-2sc6/esd-protection-smd-sot-23-6/dp/1269406?st=USBLC6-2SC6 USBLC6-2SC6 ] (protection USB)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Lite-On/LTST-S310F2KT?qs=xb8aMrBSZRKYryAdlDhh3g== TST-S310F2KT] (led multi couleur)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/ECS/ECS-2520MV-250-BN-TR?qs=sGAEpiMZZMtldj7qu1ydrQG1afnrXLdGjWqvhZ7yquORJy%252b1U87asg%3d%3d Oscillateurs]

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| P16 [[IMA5 2018/2019 P16|Le Sportif Augmenté]]
|
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/garmin-canada-inc/ANTAP281M5IB/1094-1004-ND/2748494 Module RF Ant+]
[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L031K6T7/497-16269-ND/5805501 MCU (Cortex M0) STM32-L0 (32-LQFP)]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L152CBT6/497-11197-ND/2640843 MCU (Cortex M3) STM32-L1 (64-LQFP)]
*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/yageo/CC0603CRNPO9BN4R3/311-3858-6-ND/8025870 Capacités 4,3 pF] (pour l'oscillateur 32k768 Hz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/epson/FC-135-32.7680KA-A0/SER4077CT-ND/5604233 Oscillateur 32k768 Hz]

*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/kemet/C0603C180K5GACTU/399-7866-1-ND/3471589 Capacités 18 pF] (pour l'oscillateur 16 MHz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/abracon-llc/ABLS-16.000MHZ-B4-T/535-10226-1-ND/2184261 Oscillateur 16MHz]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/sparkfun-electronics/SEN-13944/1568-1424-ND/6193601 Capteur 9-DOF]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L031K6/497-16283-ND/5806780 Carte NUCLEO-L031]
[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L152RE/497-14363-ND/4695528 Carte NUCLEO-L152]

*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/SML-D12U1WT86/SML-D12U1WT86CT-ND/5843858 LED RED CMS]
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPJ131/RHM130DCT-ND/1762927 Resistances 130Ω (Pour LED)]

*15 [https://www.digikey.com/product-detail/en/samsung-electro-mechanics/CL10F104ZA8NNNC/1276-1011-1-ND/3889097 Capacités 100nF] (découplage/stabilité)
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPF1002/RHM10KADCT-ND/1983753 Resistances 10kΩ]
Les composants passifs permettant la mise en place de l'environnement des STM32 (resistances/capa) est deja en la possession de M. Redon (en 0603)
|-}

Projets IMA5 2018/2019

2018-12-18T07:01:10Z

Rtoin : /* Répartition des binômes */

Merci de référencer vos pages de projets ici. Merci aussi d'uniformiser vos formats que ce soit en regardant la présentation des projets déjà créés ou en demandant une modification du format des précédents si votre façon de faire vous semble la meilleure. Dans tous les cas un minimum de communication entre les binômes est conseillée.

Toutes les sources doivent être déposées sur notre archive GIT. Le service est disponible à l'URL [https://archives.plil.fr archives.plil.fr]. Connectez-vous avec vos identifiants Polytech'Lille. Sauf indication contraire de vos encadrants, rendez le projet public et mettez le lien sur votre Wiki. Vous pouvez trouver de la documentation sur ce système d'archives sur ce [https://git-scm.com/book/fr/v1 site].

== Répartition des binômes ==

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! Projet !! Elèves !! Encadrants école !! Rapport intermédiaire !! Rapport final !! Vidéo
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| P04 [[IMA5 2018/2019 P04|Conception mécatronique d'un gant haptique pour la réalité virtuelle]]
| Thomas Hubert
| Frédéric Giraud / Betty Semail
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| Rodolphe Toin
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| P06 [[IMA5 2018/2019 P06|Développement d'un système de gestion d'un réseau de capteurs]]
| Simon Feutrier / Antoine Duquenoy
| Thomas Vantroys / Alexandre Boé
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| Amine El Messaoudi
| Julien Forget
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| Baptiste Cartier
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
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| Matthieu Delobelle
| Alexandre Boé / Xavier Redon / Thomas Vantroys
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| François-Xavier Cockenpot
| Anne-Lise Gehin
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| P21 [[IMA5 2018/2019 P21|Pilotage automatique d'un drone]]
| Claire Vandamme / Justine Senellart
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
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| Lijie YAO / Lirui ZHANG
| Komi Midzodzi PEKPE
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| Ji YANG
| Laurent Grisoni
| [[Fichier:Ji_YANG_PRE_Intermediaire.pdf]]
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| Xavier Redon / Alexandre Boé / Thomas Vantroys
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| Abass Ayoub / Alexis Viscogliosi
| Aziz Nakrachi / Claudine Lecocq
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| Samy Belhouachi
| Komi Midzodzi PEKPE
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== Matériel à acquérir ==

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! Projet !! Matériel
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| P28 [[IMA5 2018/2019 P28|Clonage d'une calculatrice open-source NumWorks]]
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[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Adesto-Technologies/AT25SF641-SUB-T?qs=H7WEQPD31y1rOaelqGYUaQ== AT25SF641 ](Ram)

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[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Newhaven-Display/NHD-24-240320CF-CTXI-F?qs=sGAEpiMZZMu%2fRY1bNe3bOwi7Ku0KTtuWVqK2peAZKeQH3KKyXLxcNw== NHD-2.4-240320CF] (autre ecran)

[https://fr.farnell.com/hirose-hrs/fh12s-40s-0-5sh-55/fiche-femelle-ffc-fpc-0-5mm-zif/dp/1324588?MER=sy-me-pd-mi-alte connecteur nappe]

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[https://fr.farnell.com/stmicroelectronics/usblc6-2sc6/esd-protection-smd-sot-23-6/dp/1269406?st=USBLC6-2SC6 USBLC6-2SC6 ] (protection USB)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/Lite-On/LTST-S310F2KT?qs=xb8aMrBSZRKYryAdlDhh3g== TST-S310F2KT] (led multi couleur)

[https://www.mouser.fr/ProductDetail/ECS/ECS-2520MV-250-BN-TR?qs=sGAEpiMZZMtldj7qu1ydrQG1afnrXLdGjWqvhZ7yquORJy%252b1U87asg%3d%3d Oscillateurs]

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*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/garmin-canada-inc/ANTAP281M5IB/1094-1004-ND/2748494 Module RF Ant+]
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[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L152CBT6/497-11197-ND/2640843 MCU (Cortex M3) STM32-L1 (64-LQFP)]
*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/yageo/CC0603CRNPO9BN4R3/311-3858-6-ND/8025870 Capacités 4,3 pF] (pour l'oscillateur 32k768 Hz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/epson/FC-135-32.7680KA-A0/SER4077CT-ND/5604233 Oscillateur 32k768 Hz]

*4 [https://www.digikey.com/product-detail/en/kemet/C0603C180K5GACTU/399-7866-1-ND/3471589 Capacités 18 pF] (pour l'oscillateur 16 MHz)
*2 [https://www.digikey.com/product-detail/en/abracon-llc/ABLS-16.000MHZ-B4-T/535-10226-1-ND/2184261 Oscillateur 16MHz]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/sparkfun-electronics/SEN-13944/1568-1424-ND/6193601 Capteur 9-DOF]

[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L031K6/497-16283-ND/5806780 Carte NUCLEO-L031]
[https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/NUCLEO-L152RE/497-14363-ND/4695528 Carte NUCLEO-L152]

*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/SML-D12U1WT86/SML-D12U1WT86CT-ND/5843858 LED RED CMS]
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPJ131/RHM130DCT-ND/1762927 Resistances 130Ω (Pour LED)]

*15 [https://www.digikey.com/product-detail/en/samsung-electro-mechanics/CL10F104ZA8NNNC/1276-1011-1-ND/3889097 Capacités 100nF] (découplage/stabilité)
*6 [https://www.digikey.com/product-detail/en/rohm-semiconductor/ESR03EZPF1002/RHM10KADCT-ND/1983753 Resistances 10kΩ]
Les composants passifs permettant la mise en place de l'environnement des STM32 (resistances/capa) est deja en la possession de M. Redon (en 0603)
|-}

IMA5 2018/2019 P05

2018-12-18T06:58:01Z

Rtoin : Page créée avec « =Présentation générale= ==Description== ==Objectifs== ==Calendrier prévisionnel== =Réalisation du Projet= »

=Présentation générale=

==Description==

==Objectifs==

==Calendrier prévisionnel==

=Réalisation du Projet=

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T17:28:02Z

Rtoin : /* Semaine 11 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
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| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
|
| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
|
|
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| 1
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
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|
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|
|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Premier schéma de branchement de l'INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |400px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante. Nous réaliserons une simulation de se montage afin d'estimer la réduction en décibels que pourra apporter ce filtre.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique.

Au moment de réaliser nos mesures nous nous sommes concentré sur un intervalle plus restreint de cette courbe de fonctionnement. Après tâtonnement, nous avons convenu que la plage [600;2500] Ohm pour les valeurs de Rg était satisfaisante. En augmentant Rg au delà de cette plage, le gain était trop peu modifié et en diminuant Rg en dessous de cette plage nous atteignions une zone de saturation de notre amplificateur (car le gain devenait trop important). C'est ainsi que nous avons choisi d'utiliser une résistance variable de 2,2 kOhm. La comparaison entre le gain théorique et le gain expérimental en fonction de Rg est représenté sur la courbe ci-dessous:

[[Image:INA125 Courbe Gain.png |600px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Nous retrouvons bien un gain satisfaisant par rapport aux valeurs théoriques annoncées par le constructeur. Nous avons pu constater qu'en faisant varier la résistance Rg nous jouions bien sur notre tension de sortie, jusqu'à la saturation. Avec notre alimentation single supply de 5V, nous avons ainsi observé que la tension de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|600px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:Can.jpg

2018-05-20T17:27:02Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Can.jpg

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T17:14:10Z

Rtoin : /* Semaine 2 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
|
| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
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|
|6
|4
|
|
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|
|
|
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|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
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|
| 1
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
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|
|
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|
|
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|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
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|
|
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|
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|
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|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Premier schéma de branchement de l'INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |400px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante. Nous réaliserons une simulation de se montage afin d'estimer la réduction en décibels que pourra apporter ce filtre.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique.

Au moment de réaliser nos mesures nous nous sommes concentré sur un intervalle plus restreint de cette courbe de fonctionnement. Après tâtonnement, nous avons convenu que la plage [600;2500] Ohm pour les valeurs de Rg était satisfaisante. En augmentant Rg au delà de cette plage, le gain était trop peu modifié et en diminuant Rg en dessous de cette plage nous atteignions une zone de saturation de notre amplificateur (car le gain devenait trop important). C'est ainsi que nous avons choisi d'utiliser une résistance variable de 2,2 kOhm. La comparaison entre le gain théorique et le gain expérimental en fonction de Rg est représenté sur la courbe ci-dessous:

[[Image:INA125 Courbe Gain.png |600px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Nous retrouvons bien un gain satisfaisant par rapport aux valeurs théoriques annoncées par le constructeur. Nous avons pu constater qu'en faisant varier la résistance Rg nous jouions bien sur notre tension de sortie, jusqu'à la saturation. Avec notre alimentation single supply de 5V, nous avons ainsi observé que la tension de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:INA.jpg

2018-05-20T17:13:31Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:INA.jpg

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T16:54:50Z

Rtoin : /* Semaine 4 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
|
| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
|
|
|
| 1
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
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|
|
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|
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|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
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|
|
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|
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|
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|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |400px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante. Nous réaliserons une simulation de se montage afin d'estimer la réduction en décibels que pourra apporter ce filtre.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique.

Au moment de réaliser nos mesures nous nous sommes concentré sur un intervalle plus restreint de cette courbe de fonctionnement. Après tâtonnement, nous avons convenu que la plage [600;2500] Ohm pour les valeurs de Rg était satisfaisante. En augmentant Rg au delà de cette plage, le gain était trop peu modifié et en diminuant Rg en dessous de cette plage nous atteignions une zone de saturation de notre amplificateur (car le gain devenait trop important). C'est ainsi que nous avons choisi d'utiliser une résistance variable de 2,2 kOhm. La comparaison entre le gain théorique et le gain expérimental en fonction de Rg est représenté sur la courbe ci-dessous:

[[Image:INA125 Courbe Gain.png |600px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Nous retrouvons bien un gain satisfaisant par rapport aux valeurs théoriques annoncées par le constructeur. Nous avons pu constater qu'en faisant varier la résistance Rg nous jouions bien sur notre tension de sortie, jusqu'à la saturation. Avec notre alimentation single supply de 5V, nous avons ainsi observé que la tension de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:Midi.jpg

2018-05-20T16:52:35Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Midi.jpg

Branchement Midi

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T16:36:48Z

Rtoin : /* Semaine 4 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
|
| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
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|
|
| 1
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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|
|-
| écouter le son
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|
|
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|
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|
|
|-
| Simulation piano
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|
|
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|
|
|
|
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|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante. Nous réaliserons une simulation de se montage afin d'estimer la réduction en décibels que pourra apporter ce filtre.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique.

Au moment de réaliser nos mesures nous nous sommes concentré sur un intervalle plus restreint de cette courbe de fonctionnement. Après tâtonnement, nous avons convenu que la plage [600;2500] Ohm pour les valeurs de Rg était satisfaisante. En augmentant Rg au delà de cette plage, le gain était trop peu modifié et en diminuant Rg en dessous de cette plage nous atteignions une zone de saturation de notre amplificateur (car le gain devenait trop important). C'est ainsi que nous avons choisi d'utiliser une résistance variable de 2,2 kOhm. La comparaison entre le gain théorique et le gain expérimental en fonction de Rg est représenté sur la courbe ci-dessous:

[[Image:INA125 Courbe Gain.png |600px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Nous retrouvons bien un gain satisfaisant par rapport aux valeurs théoriques annoncées par le constructeur. Nous avons pu constater qu'en faisant varier la résistance Rg nous jouions bien sur notre tension de sortie, jusqu'à la saturation. Avec notre alimentation single supply de 5V, nous avons ainsi observé que la tension de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:Alimentation Dual.jpg

2018-05-20T16:31:40Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Alimentation Dual.jpg

Fichier:Notch filter.jpg

2018-05-20T16:31:05Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Notch filter.jpg

Fichier:Inverseur.jpg

2018-05-20T16:30:50Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Inverseur.jpg

Fichier:Sommateur.jpg

2018-05-20T16:30:05Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:Sommateur.jpg

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T16:16:13Z

Rtoin : /* Semaine 9 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
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| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
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|
|
|
|
|-
| Amplification
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| 7
| 15
| 14
|
|
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| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
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| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
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|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
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| 2
| 12
|-
| Son
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|
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|2
|1
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| 2
| 5
|-
| Midi
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|-
| LED RGB
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| 1
| 2
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| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
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|-
| écouter le son
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|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique.

Au moment de réaliser nos mesures nous nous sommes concentré sur un intervalle plus restreint de cette courbe de fonctionnement. Après tâtonnement, nous avons convenu que la plage [600;2500] Ohm pour les valeurs de Rg était satisfaisante. En augmentant Rg au delà de cette plage, le gain était trop peu modifié et en diminuant Rg en dessous de cette plage nous atteignions une zone de saturation de notre amplificateur (car le gain devenait trop important). C'est ainsi que nous avons choisi d'utiliser une résistance variable de 2,2 kOhm. La comparaison entre le gain théorique et le gain expérimental en fonction de Rg est représenté sur la courbe ci-dessous:

[[Image:INA125 Courbe Gain.png |600px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Nous retrouvons bien un gain satisfaisant par rapport aux valeurs théoriques annoncées par le constructeur. Nous avons pu constater qu'en faisant varier la résistance Rg nous jouions bien sur notre tension de sortie, jusqu'à la saturation. Avec notre alimentation single supply de 5V, nous avons ainsi observé que la tension de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:INA125 Courbe Gain.png

2018-05-20T16:08:00Z

Rtoin : Comparaison expérimentale et théorique du gain de l'INA125 en fonction de la résistance Rg appliquée.

Comparaison expérimentale et théorique du gain de l'INA125 en fonction de la résistance Rg appliquée.

Fichier:MofP Gain Ex.png

2018-05-20T16:05:34Z

Rtoin : Rtoin a téléversé une nouvelle version de Fichier:MofP Gain Ex.png

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T15:53:06Z

Rtoin : /* Semaine 8 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
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| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
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| 25
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| '''Récupération du signal'''
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| Amplification
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| 7
| 15
| 14
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| 8
| 8
| 8
|
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| 60
|-
| Traitement analogique du signal
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|
|
|
| 2
|
|
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| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
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| 2
|
|
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|
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| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
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| 8
| 4
|
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| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
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|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
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| 2
| 12
|-
| Son
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|2
|1
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| 2
| 5
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| Midi
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|-
| LED RGB
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| 1
| 2
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| 3
|-
| Bluetooth
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|
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| 1
| 3
|
|
|
|
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|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
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| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
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|
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|
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|
|-
| Bluetooth
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|-
| écouter le son
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|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec données expérimentales''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

[[Image: Filtre50Hz Comparaison.png |450px | center]]
<center>''Diagramme de Bode théorique (rose) et expérimental (bleu)''</center>

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:Filtre50Hz Comparaison.png

2018-05-20T15:50:03Z

Rtoin :

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-20T15:35:11Z

Rtoin : /* Bilan : Dépôt de bilan */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
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| 5
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| Conversion analogique numérique (Arduino)
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| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
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| '''Programmation Arduino'''
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| Bluetooth
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| '''Réalisation d'un boîtier'''
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| '''Programmation de l'application Android'''
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| Bluetooth
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| écouter le son
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| Simulation piano
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| '''Wiki '''
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==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

=== Travail effectué par rapport à l’objectif ===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

=== Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

=== Commentaires post soutenance ===

Suite à notre passage à l’oral, nous souhaitons clarifier quelques points que nous pensons avoir mal exprimé au cours de notre présentation.

Nous nous sommes en effet trop concentré sur l’extraction d’un signal de la plante. Néanmoins, afin de valider tous nos montages, nous avons réalisé des tests avec un signal de fréquence 200 Hz et d’une amplitude de 10 mV. Même si d’autres valeurs ont été testées, tous nos circuits ont été validés avec le signal précédemment évoqué.

L’objectif de l’édition de notre seconde carte était de désormais s’affranchir de toutes les perturbations captées par la breadboard (celles-ci ne posaient pas de problème pour des signaux générés par GBF mais étaient gênantes pour les signaux de la plante). La carte que nous avons tirée nous semble en adéquation avec le circuit que nous souhaitions réaliser, la masse créée étant bien commune à tout le circuit, néanmoins il n’est pas fonctionnel. Après avoir vérifié tout notre montage il nous est apparu que le problème venait certainement de la masse et c’est suite à une discussion avec M. Flamen que nous nous sommes convaincu d’un problème à cet égard. Quoi qu’il en soit, le problème de masse virtuelle évoqué pendant la soutenance est une hypothèse concernant le mal fonctionnement de notre carte, nous ne sommes pas certain que le problème vienne de là.

Concernant les mesures que nous avons pu observer avec la plante, aucune ne s’est différenciée d’une mesure obtenue avec deux fils aériens non reliés à la plante. L’expérience consistant à priver la plante de lumière pendant 48h n’a abouti à aucune observation différente.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-17T17:19:11Z

Rtoin : /* Feuille d'heures */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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|
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| 25
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
| 8
| 8
| 8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 5
|
| 5
|
| 3
| 3
| 2
| 20
|-
| Conversion analogique numérique (Arduino)
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
| 1
| 6
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega (PCB entier)'''
|
|
|
|
|
| 8
| 4
|
|
|
|
|
|
| 8
| 2
| 22
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
|
|
|
| 1
| 2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
| 1
| 3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| '''Wiki '''
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==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

===Travail effectué par rapport à l’objectif===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T21:04:03Z

Rtoin : /* Conclusion */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
|
|
|
|1
|2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|-
| écouter le son
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

===Travail effectué par rapport à l’objectif===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.

Ce travail reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

Nous souhaitons conclure en partageant un document fourni par Jean Thoby, le pépiniériste que nous avons mentionné précédemment. Son travail a fini par alimenter nos doutes après plusieurs semaines de projet.

https://www.dropbox.com/s/7espytgmcg25gfp/Synth%C3%A8se%20Musique%20Botanique%202015C.pdf?dl=0

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:55:49Z

Rtoin : /* Bilan : Dépôt de bilan */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
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|
|
|
|
|1
|2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
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|
|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
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|
|
|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

===Travail effectué par rapport à l’objectif===

Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables liées aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique EDF. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps imparti, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, mais nous avons cependant beaucoup appris sur différents aspects de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===

Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile d'exploiter, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. Nous restons néanmoins sceptique quand à la faisabilité du produit sur lequel nous avons travaillé. de ce que nous avons pu observer, il nous semble presque impossible d'extraire le signal électrique spécifiquement issu de la photosynthèse d'une plante. La moindre perturbation de l'environnement adjacent semble avoir des conséquences corrigeables sur le signal mesuré.
Ce travaille reste néanmoins une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et su les résoudre même si nous n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps imparti. Nous avons pu mettre en oeuvre des connaissances acquises au sein de la formation IMA, notamment en électronique et nous avons pu les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que pour de futurs projets d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:47:06Z

Rtoin : /* Difficultés rencontrées */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
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|
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|
|
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|-
| Amplification
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| 7
| 15
| 14
|
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|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
|
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|
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|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
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|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
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|
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|
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|
|
|-
| LED RGB
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|1
|2
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|
|
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|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
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|
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|-
| écouter le son
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|
|
|-
| Simulation piano
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|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligé à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter.

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée.

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation soit correct. Nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments perturbateurs que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduit à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non nécessairement périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte.

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:42:27Z

Rtoin : /*Semaine 14*/

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
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|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
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| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
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|
|
|
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| 2
| 5
|-
| Midi
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|-
| LED RGB
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|1
|2
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|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
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|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
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|
|
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|
|
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|
|-
| écouter le son
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|
|
|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons soudé notre seconde carte qui s'emboîte tout aussi bien que la première sur l'Arduino Méga.

[[Fichier:Carte finale 2.JPG|400px|center]]

Malgré la qualité des résultats que nous obtenions sur la breadboard, la carte ne fournit pas un résultat satisfaisant. Nous avons vérifié toutes les connexions et toutes les soudures: aucun problème à signaler. Nous pensons fortement que le problème vient des masses du circuit. Nous cherchons à alimenter les composants de notre carte avec une batterie différente de celle alimentant l'Arduino (choix exprimé semaine 12). Nous sommes amenés à penser que toutes les mesures effectuées sur la breadboard ont été faussées par l'utilisation d'un GBF et d'un oscillateur, les deux appareils ramenant les masses à la terre (via leurs prises secteur). Sur notre carte, il s'avère que les masses n'apparaissent pas comme distinctes.

Sur un autre domaine, nous avons pu finaliser les fonctions sonores et lumineuses produites pas l'Arduino en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

De même, en fonction de la valeur du signal mesuré, des intensités lumineuses bleues et rouges ont été définies: plus les notes seront graves, plus les LEDs seront rouges, les notes mediums seront violettes et les notes aiguë vireront finalement au bleu.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. L'utilisation d'un potentiomètre a été prévue pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

Le code créé est disponible dans le dossier des livrables.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

Fichier:Carte finale 2.JPG

2018-05-15T20:28:10Z

Rtoin :

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:24:11Z

Rtoin : /* Semaine 13 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
|
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|
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|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
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|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
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|-
| LED RGB
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|1
|2
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|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
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|-
| écouter le son
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|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, nous avons donc travaillé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le modèle du composant INA 125 précédemment créé sous Kicad avec l'éditeur de composants et l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans la "schematic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois la schematic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, nous générons les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

Nous pouvons visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, nous avons pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape, nous avons créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser du Fabricarium.

Une fois découpée, nous avons pu l'assembler.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:18:52Z

Rtoin : /* Semaine 12 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
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| Conversion analogique numérique
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| '''Conception du shield Arduino Mega'''
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| '''Programmation Arduino'''
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| Traitement numérique du signal
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| Midi
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| LED RGB
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| Bluetooth
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| '''Réalisation d'un boîtier'''
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| '''Programmation de l'application Android'''
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| Bluetooth
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| écouter le son
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| Simulation piano
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| '''Wiki '''
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|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine, nous nous sommes rendus compte d'un problème important: nous créons une masse virtuelle depuis l'alimentation de l'Arduino et le signal de sortie total de notre montage est visualisé par rapport à cette masse. Nous ne pouvons dès lors pas ré-injecté ce signal sur une pin de l'Arduino le caractériser par rapport à sa propre masse, qui n'est pas la masse virtuelle.
Nous pensons alors devoir utiliser deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter nos composants. Ainsi nous espérons pouvoir relier la masse virtuelle à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant il restait quelques mV dans la partie négative. Afin de ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur une de ses pins, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Nous ne sommes pas satisfait de ce changement car nous savons d'avance que les AOP introduiront beaucoup de bruit dans nos mesures. Nous ne voyons cependant pas d'alternative à ce montage.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entrée, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. En sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entrée est en bleu et le signal de sortie du sommateur est en jaune. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V. Il ne reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur la mesure ci-dessus, le signal d'entré du montage inverseur est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune. Nous voyons bien que la fonction recherchée est réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit: le signal d'entrée supposé sinusoïdal est ensuite amplifié via l'INA 125, les fréquences parasites sont ensuite filtrées à l'aide de notre filtre de coupe-bande passif de 50Hz, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur suivi d'un montage inverseur afin qu'il varie entre 0V et 5V. Son traitement sera alors possible via une pin de l'Arduino.

Durant le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat ci-dessus, le signal d'entré est en bleu et la sortie du montage inverseur est en jaune.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évoluer le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, on a donc avancé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le composant créer INA 125 créée sous Kicad avec l'éditeur de composant est l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans le "schématic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois le schématic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, on génère les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

On peut visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, on a pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape on a créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser.

Une fois découpé, on l’a assemblée.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte également avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T20:06:25Z

Rtoin : /* Semaine 11 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
|
|
|
|
|
|1
|2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, nous avons du nous résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour se faire, nous avons utilisé le montage suivant utilisant un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuelle''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances, passant de 150kOhm à 10Kohm, et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma). Nous avons alors pu observer une amélioration, mais insuffisante.

Nous nous sommes donc tourné vers l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
Nous avons pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont été concluants. Le signal de sortie a une allure en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeurs seuil pour lesquelles nous saturons).

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V afin d'obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
Nous avons d'abord ajouté un offset de 2,5V grâce à un montage simple utilisant une résistance et une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. Nous avons alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage, nous observons un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

De nombreux autres montages ont été réalisés, combinant une multitudes de résistances, diodes et capacités et diverses manières de générer/ d'apporter un signal continu de 2,5V servant d'offset. Aucun ne s'est finalement avéré satisfaisant.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine nous nous somme rendus compte d'un problème important, nous créons une masse virtuel sur l'alimentation de l'Arduino et notre signal ce fait par rapport à cette masse virtuel cependant on ne peut pas ré-injecté notre signal sur une pin de l'Arduino du fait qu'il vas le caractérisé par rapport à sa masse.
Nous devons alors utilisé deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter notre composant ainsi fait on pourras relier la masse virtuel à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant, il restait quelques mV dans la partie négative pour ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur sa pin, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entré, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. en sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune le signal de sortie du sommateur. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V.Il reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur le résultat précédent, le bleu le signal d'entré du montage inverseur et en jaune la sortie du montage inverseur, on voit que la fonction est bien réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit, le signal d'entré supposé sinusoïdale est ensuite amplifié via l'INA 125, un amplificateur d'instrumentation, puis les fréquences parasites son filtré à l'aide de notre filtre de coupure passif, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur puis inverseur pour qu'il varie entre la masse et 5V pour pouvoir être envoyé sr une pin de l'Arduino.

Sur le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune la sortie du montage inverseur.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évolue le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, on a donc avancé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le composant créer INA 125 créée sous Kicad avec l'éditeur de composant est l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans le "schématic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois le schématic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, on génère les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

On peut visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, on a pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape on a créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser.

Une fois découpé, on l’a assemblée.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte également avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T19:57:00Z

Rtoin : /* Semaine 10 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
|
|
|
|
|6
|4
|
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
|
|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| LED RGB
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|
|
|
|
|1
|2
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| écouter le son
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|-
| Simulation piano
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous obtenions bien notre signal amplifié. Nous pouvons simplement modifier cette amplification en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupe-bande qui doit supprimer les signaux d'une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

Sur le résultat_1.2 ci-dessus, nous pouvons observer en bleu le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, soit 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation, nous observons le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a été atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
Nous constatons par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, nous pouvons quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté il est alors assimilable à un signal carré. Par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée et nous chercherons toujours à nous placer en dehors des conditions d'écrêtage.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, on a donc dû se résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour ce faire, nous avons utilisé le montage suivant avec un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuel''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances passantes de 150kOhm à 10Kohm et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma) nous avons observé une amélioration, mais pas suffisantes.

On s'est donc tourné par l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
On a pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont était concluant. Le signal de sortie à une forme en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeur pour laquelle on sature.)

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V pour obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
On a d'abord ajouté un offset avec un montage simple à l'aide d'une résistance et d'une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. On a alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage on observe un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine nous nous somme rendus compte d'un problème important, nous créons une masse virtuel sur l'alimentation de l'Arduino et notre signal ce fait par rapport à cette masse virtuel cependant on ne peut pas ré-injecté notre signal sur une pin de l'Arduino du fait qu'il vas le caractérisé par rapport à sa masse.
Nous devons alors utilisé deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter notre composant ainsi fait on pourras relier la masse virtuel à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant, il restait quelques mV dans la partie négative pour ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur sa pin, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entré, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. en sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune le signal de sortie du sommateur. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V.Il reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur le résultat précédent, le bleu le signal d'entré du montage inverseur et en jaune la sortie du montage inverseur, on voit que la fonction est bien réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit, le signal d'entré supposé sinusoïdale est ensuite amplifié via l'INA 125, un amplificateur d'instrumentation, puis les fréquences parasites son filtré à l'aide de notre filtre de coupure passif, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur puis inverseur pour qu'il varie entre la masse et 5V pour pouvoir être envoyé sr une pin de l'Arduino.

Sur le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune la sortie du montage inverseur.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évolue le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, on a donc avancé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le composant créer INA 125 créée sous Kicad avec l'éditeur de composant est l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans le "schématic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois le schématic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, on génère les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

On peut visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, on a pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape on a créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser.

Une fois découpé, on l’a assemblée.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte également avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T19:51:31Z

Rtoin : /* Semaine 9 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
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|
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|6
|4
|
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|
|
|
|
| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
|
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|
|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
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|
|-
| LED RGB
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|1
|2
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|
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| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
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|-
| écouter le son
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|
|
|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte ne s'avérant pas fonctionnelle, nous avons repris le montage sur prototype board. Les tests sont alors réalisés avec un signal d'entrée issu d'un GBF (Générateur Basses Fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le bon fonctionnement de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps, nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibrer facilement le pont et donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entrée en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le graphique ci-dessus, nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique. Lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs afin de ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et de pouvoir comparer facilement avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous. Nous ne sommes pas allé au delà de 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons atteint la zone de saturation de notre amplificateur. Nous avons cependant bien ici l'allure qui permet de voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance de faible valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe expérimentale du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la datasheet du composant. De plus, nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance nous jouions bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu, nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continue.
*** nous avons injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (correspondant à Rg = 10 kohm) et nous avons en sortie 510mV. Pour un gain théorique de 1000 (soit Rg = 68ohm) nous obtenons 688mV. Nous pouvont donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique (fonctionnement nonlinéaire). Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension exigé par un fonctionnement en single supply et s'assurer de travailler en régima linéaire, nous allons devoir alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) de +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la datasheet du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

On a d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous avons bien notre signal amplifié. Cette amplification, nous pouvons la modifier simplement en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupure coupe-bande qui doit supprimer les signaux avec une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

En bleu, le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, de 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation nous observons, le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a était atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
On constate par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal, de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, on peut quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté alors il est assimilable à un signal carré par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, on a donc dû se résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour ce faire, nous avons utilisé le montage suivant avec un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuel''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances passantes de 150kOhm à 10Kohm et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma) nous avons observé une amélioration, mais pas suffisantes.

On s'est donc tourné par l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
On a pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont était concluant. Le signal de sortie à une forme en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeur pour laquelle on sature.)

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V pour obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
On a d'abord ajouté un offset avec un montage simple à l'aide d'une résistance et d'une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. On a alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage on observe un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine nous nous somme rendus compte d'un problème important, nous créons une masse virtuel sur l'alimentation de l'Arduino et notre signal ce fait par rapport à cette masse virtuel cependant on ne peut pas ré-injecté notre signal sur une pin de l'Arduino du fait qu'il vas le caractérisé par rapport à sa masse.
Nous devons alors utilisé deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter notre composant ainsi fait on pourras relier la masse virtuel à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant, il restait quelques mV dans la partie négative pour ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur sa pin, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entré, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. en sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune le signal de sortie du sommateur. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V.Il reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur le résultat précédent, le bleu le signal d'entré du montage inverseur et en jaune la sortie du montage inverseur, on voit que la fonction est bien réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit, le signal d'entré supposé sinusoïdale est ensuite amplifié via l'INA 125, un amplificateur d'instrumentation, puis les fréquences parasites son filtré à l'aide de notre filtre de coupure passif, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur puis inverseur pour qu'il varie entre la masse et 5V pour pouvoir être envoyé sr une pin de l'Arduino.

Sur le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune la sortie du montage inverseur.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évolue le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, on a donc avancé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le composant créer INA 125 créée sous Kicad avec l'éditeur de composant est l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans le "schématic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois le schématic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, on génère les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

On peut visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, on a pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape on a créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser.

Une fois découpé, on l’a assemblée.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte également avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]

IMA4 2017/2018 P39

2018-05-15T19:38:03Z

Rtoin : /* Semaine 8 */

[[Image:MotP_logo.png |650px| vignette | Logo/dessin]] 

__TOC__
 

Musique des Plantes. Les Musiniéristes de Polytech !

=Présentation générale=

La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques.
Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.

Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.

==Description==

Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigu, grave ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des Leds pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore.
Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi ou en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.

==Objectifs==

L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (Leds, piano numérique).
Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante.
Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des Leds afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme.
Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.

=Analyse du projet=

Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux
marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut
de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.

==Analyse du premier concurrent==

[[Image:Devodama.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil Devodama]]

Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et
vendu 750€.

Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose
un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2
sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.

Sources :

http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen

https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/

==Analyse du second concurrent==
[[Image: MidiSprout.png || middle |vignette|upright=0.8| Appareil MidiSprout]]
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.

Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une
boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une
prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des
piles. Électrodes fournies.

Sources :

https://www.midisprout.com/

==Positionnement par rapport à l'existant==

Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini.
Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité.
Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.

==Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé==

Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse.
Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.

==Réponse aux questions==

'''Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?'''

La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.

'''La plante émet-elle un signal en absence de lumière?'''

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.

=Préparation du projet=

==Cahier des charges==

Notre projet est constitué de deux parties principales, la première étant de '''récupérer le signal''' émis par la plante et le second la '''réalisation du boîtier permettant d'exploiter ce signal '''.

Cette première partie est l'objectif principal, car la récupération de ce signal pourra s'avérer difficile à récupérer dû à la très faible puissance véhiculée et aux parasites extérieurs qui viendront perturber ce signal.

==Choix techniques : matériel et logiciel==

=== Choix matériel ===

* Plante 

(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat

* Électrodes 

(x1) Cordon Sparkfun [https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d]

(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm]

* Amplificateur d'instrumentation 

(x2) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina125p/amp-inst-precision-pdip16-125/dp/1459461]
(x1) OPA320[http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa320aidbvr/ampli-op-20mhz-10v-us-sot-23-5/dp/2542658?st=OPA320]
(x1) OPA2320 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/opa2320aidgkt/op-amp-gp-r-r-cmos-20mhz-8msop/dp/1864818?st=OPA2320]
(x1) INA132 [http://fr.farnell.com/texas-instruments/ina132ua-2k5/ampli-diff-300khz-0-1v-us-soic/dp/2782755RL?st=INA132]

* Arduino méga 

(x1) Arduino [https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/]

* Module bluetooth pour arduino 

(x1) Elecfreacks [https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc]

* Batterie 

(x1) Cordon d'alimentation [https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm]

(x1) Pile rechargeable Duracell [https://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308]

* Haut-Parleur 

(x1) Kingstate [http://fr.farnell.com/kingstate/kdmg28008/loudspeaker-micro/dp/1502732?MER=bn_level5_5NP_EngagementRecSingleItem_3]

* Boutons / Potentiomètres 

(x3) Interrupteurs TE Connectivity [http://fr.farnell.com/multicomp/1ms1t1b5m1qe/interrupteur-spdt/dp/9473378?st=commutateur%20à%20levier%20on%20on]

(x1) Potentiometre Philips [https://www.gotronic.fr/art-ajustable-vertical-2-2k-8486-11159.htm]

* Connecteur MIDI (connecteur DIN) 

(x1) RS Pro [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/]

* Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact) 

(x2) Lumberg [https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/]

* AOP 

(x1) Texas Instrument [http://fr.farnell.com/texas-instruments/lm324n/ic-op-amp-quadruple/dp/1564884?st=LM324N]

* LEDs RGB 

(x2) [https://www.gotronic.fr/art-led-rgb-5-mm-led5rvb-2103.htm]

* CAN (Convertiseur Analogique Numerique) 

(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-i-sn/hi-speed-transceiver-can-2551/dp/9758569]
(x1) [http://fr.farnell.com/microchip/mcp2551-e-sn/ic-transceiver-can-smd-8soic/dp/1467746]

=== Choix logiciel ===

Pour la conception de la carte électronique, nous utiliserons le logiciel '''Kicad'''. Pour la programmation de l'arduino, l''''IDE Arduino ''' et pour la programmation de l'application mobile, '''Android Studio '''. Tous les logiciels utilisés sont libres et disponibles pour les plateformes PC/MAC/Linux.

==Liste des tâches à effectuer==

* 1 '''Analyse du projet '''
* 2 '''Récupération du signal'''
** 2.1 Amplification
** 2.2 Traitement analogique du signal (Filtre)
** 2.2 Conversion analogique numérique.
** 2.3 Conception du shield Arduino Mega
* 4 '''Programmation Arduino'''
** 4.1 Traitement numérique du signal
** 4.2 Composition de mélodies à partir du signal
** 4.3 MIDI
** 4.4 LED RGB
** 4.5 Bluetooth
* 5 '''Réalisation d'un boitier'''
* 6 '''Programmation de l'application Android'''
**6.1 Bluetooth
**6.2 écouter le son
**6.3 Simulation piano

==Calendrier prévisionnel complété avec un planning réel==

Ci-dessous nous pouvons observer le planning prévisionnel avec la liste de toutes les tâches à effectuer. Représenter en vert le planning prévisionnel en fonction des semaines et représenter en violet le planning réel.

[[Image:MotP_Gantt.png |1200px| center]]
<center>''Diagramme de Gantt''</center>

=Réalisation du Projet=
==Feuille d'heures==

{| class="wikitable"
!Tâche !! Prélude !! Heures S1 !! Heures S2 !! Heures S3 !! Heures S4 !! Heures S5 !! Heures S6 !! Heures S7 !! Heures S8 !! Heures S9 !! Heures S10 !! Heures S11 !!Heures S12 !!Heures S13 !!Heures S14 !! Total
|-
| '''Analyse du projet'''
| 10
| 18
| 7
|
|
|
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|
|
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| 35
|-
| '''Récupération du signal'''
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Amplification
|
|
| 7
| 15
| 14
|
|
|
|
|8
|8
|8
|
|
|
| 60
|-
| Traitement analogique du signal
|
|
|
|
| 2
|
|
|
| 7
|
| 5
|
|
|
|
| 14
|-
| Conversion analogique numérique
|
|
|
|
| 2
|
|
|
|
|
|
| 6
| 8
| 6
|
| 22
|-
| '''Conception du shield Arduino Mega'''
|
|
|
|
|
| 8
| 6
| 6
| 6
|
|
|
|
| 12
| 6
| 38
|-
| '''Programmation Arduino'''
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|-
| Traitement numérique du signal
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|6
|4
|
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| 2
| 12
|-
| Son
|
|
|
|
|
|2
|1
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|
|
|
|
| 2
| 5
|-
| Midi
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|-
| LED RGB
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|1
|2
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|
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|
| 3
|-
| Bluetooth
|
|
|
|
|
|1
|3
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|-
| '''Réalisation d'un boîtier'''
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
|
|
|
| 6
|
| 10
|-
| '''Programmation de l'application Android'''
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|-
| Bluetooth
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|-
| écouter le son
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|-
| Simulation piano
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|-
| '''Wiki '''
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|2
|4
|4
|34
|-
|}

==Prologue : Il faut savoir commencer, même ce qui est de longue haleine==

Avant le début des séances de projet nous avons commencé à analyser les différents concurrents, à nous renseigner sur comment les plantes émettent un signal, de quelle intensité et sur une méthode de récupération de ce signal.

Nous sommes entrés en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique :

https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

M. Jean THOBY est un détenteur de l'appareil Devodama et effectue de nombreuses démonstrations de l'appareil à Gaujacq dans le sud-ouest de la France.

Quelques informations issues de la réponse de M. Jean THOBY à nos questions:

*L'activité de surface théorique d'un végétal observable serait de l'odre de '''0,01mV à 1mV''' contrairement à l'activité interne du bois qui peut aller jusqu'à 30 mV.

*D'un point de vue génomique, les sons émis par les végétaux au niveau des acides aminés qui se suivent au niveau du ribosome, sont de l’ordre de 10 puissances 23 hertz.

*La photosythyse n'est pas le seul facteur lié à l'activité électrique d'une plante, la '''phytoneurologie''' est l'activité électrique de surface d'un végétal ( qui peut être comparé à notre activité cérébrale) cette activité peut-être très importante même la nuit.

Il nous a également fourni un rapport qui est disponible dans la rubrique bibliographie.

==Semaine 1==

Lors de la première séance nous sommes passés par une phase d'étude et de réflexion afin de trouver une méthode de récupération du signal utile de notre plante.

Nous avons défini quelques prérequis à la récupération du signal souhaité auprès de la plante:

* Utiliser une cage de Faraday, même rudimentaire (papier aluminium), afin de limiter les perturbations du milieu.
* Utiliser un Amplificateur d'Instrumentation afin de réaliser une mesure précise et d'amplifier le signal.
* Réaliser un filtrage analogique pour supprimer les perturbations telles que le 50Hz du secteur ainsi qu'une amplification.
* Le signal résultant devra varier dans la plage [0;5]V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino.
* Ajouter un filtrage numérique afin de filtrer des composantes indésirables.
* Réaliser si besoin une autocorrélation afin de pouvoir supprimer le bruit de notre signal.

Durant cette première semaine, nous avons également réalisé des tests sur la plante pour éventuellement apercevoir un signal sans bloc électronique spécifique. Nous avons donc relié notre plante directement à un oscilloscope.

[[Image:MofP_1.jpg || middle |vignette|upright=0.5| Premier test]]

Premiers tests sur la plante:

* Dans un premier temps nous avons connecté des pinces crocodiles directement sur la plante. Nous avons pu observer une variation très importante à une fréquence de 50Hz. Nous en avons conclu que ce signal ne provenait pas de la plante, mais était simplement dû à des perturbations extérieures notamment celles du réseau EDF.

* En second lieu nous avons connecté les pinces crocodiles à une tige de graphite insérée dans la plante. Nous avons utilisé une connexion "graphite" pour nous affranchir des réactions d'oxydoréduction liées à l'eau présente dans la plante. Nous avons observé moins de parasites, la variation du signal est plus petite : 0.5mV. Nous avons donc conclu que l'utilisation de sondes avec des connexions en carbone est à privilégier.

* De plus le pot de notre plante est en métal qui a pour conséquence d'agir comme une antenne et de récupérer des signaux non souhaités. Nous devrons donc changer le pot pour un pot en plastique afin d'éviter toute conduction perturbatrice.

==Semaine 2==

Cette deuxième semaine nous nous sommes consacré à la recherche d'un Amplificateur d'Instrumentation pouvant convenir à notre projet.
Nous avons choisi le composant INA 125 de Texas Instruments.
[[Image:INA.jpg |250px| center | INA]]
<center>''Schéma INA 125''</center>
L'INA 125 est un amplificateur d'instrumentation haute précision basse consommation. Il fournit une amplification à entrée différentielle. Nous pouvons régler le gain à l'aide d'une résistance externe pour le faire varier entre 4 et 10 000. De plus nous pouvons l'alimenter avec une tension unique ou double et la tension de référence peut être sélectionnable par des broches, 2,5V , 5V ou 10V.

Ensuite, nous avons décidé d'alimenter l'INA 125 entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverrons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récupérer un signal entre 0 et 10V. Par la suite, nous utiliserions un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V afin de pouvoir l'utiliser sur les PINS analogiques de l'arduino.

* Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites.
* Recherche de littératures en C201 sur la récupération de faibles signaux.
* Étude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.

==Semaine 3==

*Durant cette troisième semaine, nous avons travaillé sur le branchement d'un connecteur Midi avec l’Arduino.
Le port Midi permet de connecter un instrument de musique afin de profiter de sa gamme.
[[Fichier:Midi.jpg || middle | 250px| center |upright=0.8| Branchement d'une prise Midi ]]
<center>''Schéma de la connexion entre un port Midi et un Arduino''</center>
Ci-dessus nous pouvons voir la connexion entre un port Midi et un Arduino. Le port midi comporte 5 broches, mais seulement 3 nous seront utiles. Une sera connectée à la masse, une au 5V et la dernière à une PIN digitale de l’Arduino.

* Nous avons également réfléchi aux différentes fonctionnalités de notre système. Nous avons décidé d'inclure trois interrupteurs permettant de modifier la mélodie(nous définirons plus tard l'influence précise de chacun des interrupteurs) et deux Leds RGB afin d’offrir une expérience visuelle.
* Recherche et commande des derniers composants nécessaire pour la réalisation de notre appareil.
* Début de la conception d'un shield Arduino Mega sur le logiciel de CAO, Kicad.

* Après une analyse plus approfondie nous avons abandonné l'idée d'utiliser un sommateur non-inverseur de tension associé à un diviseur de tension afin de récupérer un signal variable entre 0-5V sur une PIN de l’Arduino. Nous utiliserons plutôt un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) pour renvoyer le signal numérisé à l’Arduino via la broche TX/RX.

==Semaine 4==

* Recherche concernant les méthodes pour capter le signal via l'électroencéphalographie (EEG).

L'EEG capte un signal d'environs 100 uV auquel est ajouté un filtre passe-bas du 4e ordre pour acquérir les signaux dans la plage de 0,5-35Hz puis à un filtre coupe-bande de 50Hz. Les câbles ne sont pas particulièrement blindés, torsadés au mieux.

Dans notre cas, nous ne connaissons pas les fréquences des signaux à récupérer donc nous allons dans un premier temps ajouter un filtre coupe-bande de 50Hz.

Nous avons également choisi d'utiliser des électrodes en carbone collantes et des cordons qui se fixe via un bouton-pression sur ces électrodes, munies d'un connecteur jack à l'autre extrémité. Cela va nous permettre de connecter facilement la plante à notre appareil.

* Choix d'un convertisseur analogique, car celui de l’Arduino ne sera peut-être pas assez rapide.
* Demande d'une licence Altium Designer pour la conception de la carte sur ce logiciel.

Schéma du filtre analogique 50Hz :
[[Image:Notch_filter.jpg |250px| center | Schéma filtre coupe bande 50Hz]]

<center>''Schéma d'un filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir le schéma du filtre 50Hz que nous mettrons en place pour supprimer cette composante.

[[Image:Notch_filter_2.jpg |250px| center | ]]
<center>''réponse du filtre coupe bande 50Hz''</center>

Ci-dessus nous pouvons voir que la composante 50Hz est supprimée et que les fréquences aux alentours sont légèrement atténuées.

Source : http://poujouly.net/2015/10/25/filtre-notch-50hz/

==Semaine 5==

* Cette semaine nous avons reçu quelques composants du matériel commandé. Nous avons continué la conception de la carte avec le logiciel de CAO et testé parallèlement l'utilisation du matériel reçu.

*Étude du branchement du convertisseur analogique numérique
[[Fichier:Can.jpg|300px|center]]

<center>''Schéma du branchement de notre CAN''</center>
Ci-dessus, nous pouvons voir comment nous allons connecter notre convertisseur analogique numérique à notre carte Arduino. En entrée nous injecterons notre signal analogique et en sortie nous obtiendrons un signal numérique, échantillonné que nous enverrons par liaison série (broches TX/RX) à notre carte Arduino.

* Nous avons également commencé la programmation Arduino
** Nous avons réalisé la configuration du Module Bluetooth HC-05 par commande AT. Changement du nom.
[[Image:Bluetooth_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre Module Bluetooth''</center>

** De plus nous avons programmé un script Arduino permettant de changer la couleur d'une Leds RGB. Nos Leds RGB possèdent 4 pins.
[[Image:LED_RGB_MoP.png |250px| center ]]
<center>''Schéma d'une LED RGB''</center>
Les pins 1, 3 et 4 sont connectées à des pins PWM de la carte Arduino et la Pin 2 est connecté au GND.

[[Image:LED_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre LED RGB''</center>

Programme : [[:Fichier:Prog_Leds.txt | Programme Leds]]

** Nous avons également recherché comment réaliser un traitement numérique du signal à l'aide de l'Arduino. Ensuite, nous avons réfléchi à comment transformer un signal numérique en son. Nous espérons obtenir un signal qui évoluera entre 0 et 5V, par conséquent nous allons associer différentes notes à différents palier de tension.

* Pour réaliser l'application Android, nous allons nous servir d’Android Studio, nous l'avons donc déjà installé pour nous familiariser avec le logiciel.

==Semaine 6==

* Nous avons réalisé un programme Arduino permttant de tester l'émission de différentes notes à l'aide d'un Buzzer.
[[Image:Buzzer_MoP.jpg |250px| center]]
<center>''Montage de notre HP (ici Buzzer)''</center>

Nous avons utilisé la librairie "pitches.h" pour jouer des notes.
Librairie : [[:Fichier:pitches.txt | pitches]]

Nous avons ensuite remplacé le buzzer par notre haut-parleur.

* Suite à une erreur de choix de composants, nous devons réaliser la conversion analogique numérique avec le CAN intégré à l’Arduino, car les composants commandés ne conviennent pas. Notre puissance d’échantillonnage en sera réduite mais nous devrions malgré tout pourvoir exercer des calculs suffisants sur notre signal final.
* Création d'une seconde version de carte sous Kicad, cette version utilise l'amplificateur d'instrumentation INA125 avec un filtre analogique 50Hz ainsi qu'un AOP connecté en montage suiveur pour réaliser une adaptation d'impédance.

Réalisation du schéma:
[[:Fichier:Schematic_MoP.pdf | Schematic]]

Nous devons ensuite faire l'association entre les composants et leurs empreintes.

Finalement, nous réalisons le PCB :
[[Image:PCB_MoP.png |250px| center]]
<center>''PCB de notre carte''</center>

==Semaine 7==

* La carte terminée sur le logiciel de CAO, nous avons pu imprimer cette première version.
[[Image:MotP_Gravure.jpg |250px| center]]
<center>''Carte en cours de gravure''</center>

La méthode utilisée pour réaliser la carte est la gravure mécanique, appelée aussi "routage". Elle consiste à enlever le cuivre aux endroits inutiles de la carte.

* "Soudage" ou brasure des composants
[[Image:MotP_BT.png |1000px| center]]
<center>''Carte face top et bottom avec les composants''</center>

[[Image:MotP_AS.jpg |350px| center]]
<center>''Carte assemblée avec notre Arduino Mega''</center>

Notre carte est bien aux dimensions de la carte Arduino Mega et s'emboîte bien comme un shield.

* Formation au Fabricarium de Polytech pour utiliser la découpeuse laser dans l'objectif de réaliser un boîtier en bois.

==Semaine 8==

* Simulation de notre filtre 50Hz sur LTSpice.

[[Image:MotP_schematics.png|350px| center]] 
<center>''Schéma réallisé sous LTSpice''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir notre filtre 50 Hz réalisé sur LT spice. Nous avons fixé R à 47khoms et C à 68nF. Le paramètre ".ac dec 100000 1 1000" sert à régler notre fenêtre d'analyse.

[[Image: MotP_Analyse.png |450px| center]]
<center>''Résultat de la simulation sous LTSpice''</center>

On peut observer sur l'image ci-dessus l'évolution du gain de Vs/Ve en fonction de la fréquence. On observe que notre filtre possède un très fort pouvoir de coupure, le 50Hz est atténué de -135dB. On peut également observer que notre filtre altère également les fréquences voisines. Si notre signal utile se situe entre 5 Hz et 500 Hz alors il sera atténué par ce filtre de coupure.

On a également pu caractériser notre filtre par des tests expérimentaux, on injecte un signal sinusoïdal avec une amplitude de 120mV à une fréquence que l'on fait varier et on regarde la puissance du signal de sortie.
Grâce à cette expérience, nous avons pu tracer la courbe caractéristique suivante:

[[Image: MotP_Bode_exp.png |450px | center]]
<center>''Bode avec donnée expérimentale''</center>

À l'aide du tracé de Bode ci-dessus (gain en fonction de la fréquence), nous pouvons valider le fonctionnement de notre filtre de coupure à 50Hz, même si nous voyons qu'il y a une légère atténuation sur les fréquences aux alentours.

* Test de la carte

Notre carte réalisée, nous avons pu la tester sur la plante. Nous avons connecté deux électrodes sur la plante reliées à nos entrées sur le shield que nous avons conçu puis analysé avec un oscilloscope ce que nous obtenions en sortie pour le comparer avec l'entrée.

À l'entrée, nous avons relevé : [[Média: MotP_AvCart.jpg]]

[[Image:MotP_logo.png |450px| vignette | Logo/dessin]]

** Une valeur moyenne du signal à 94,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 462 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après l'INA 125 nous avons relevé :
[[Média: MotP_AvFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 100 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 30,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Après notre filtre de coupure nous avons relevé :
[[Média: MotP_ApFi.jpg]]

** Une valeur moyenne du signal à 93,6 mV
** Des signaux au fréquences avec leur puissance :
*** 50 Hz - 4,8 mV
*** 12,4 KHz - 2,2mV
*** 24 KHz - 1 mV
*** 31,8 KHz - 1 mV
*** 44 KHz - 3 mV

Nous pouvons observer que notre amplificateur d'instrumentation permet bien d'atténuer le 50 Hz et que notre filtre diminue encore plus cette composante. Cependant, nous ne pouvons pas valider avec une certitude absolue qu’une quelconque fréquence soit issue de la plante et non due à une perturbation, car nous retrouvons sensiblement la même chose si l’on ne se connecte pas à la plante (fils aériens).

* Création d'un logo pour la réalisation d'une boîte en bois à la découpeuse laser.

L'objectif étant de réaliser un boîtier avec la découpeuse laser du Fabricarium, ce logo a été dessiné pour "décorer" notre future boîte.

==Semaine 9==

La carte n'étant pas fonctionnelle nous avons repris le montage sur prototype board mais non avec un signal issu d'une plante, mais avec un signal d'entré issue d'un GBF (générateur basses fréquences)

*Réalisation d'un montage sur une prototype board pour vérifier le fonctionnement comme on le souhaite de l'amplificateur opérationnel.
** Dans un premier temps nous réalisons un schéma assez simple avec en entrée de notre composant un pont de Wheatstone. Dans le pont de Wheatstone que nous avons réalisé, nous avons introduit une résistance variable pour pouvoir déséquilibre facilement le pont est donc avoir une différence de potentiel que nous pouvons régler.
**Nous alimentons notre composant avec une tension unique (mode single supply) de 5V et avec une résistance variable de 10kohm pour régler le gain.
En réalisant ce montage nous avons pu constater que nous avions commis une erreur en exploitant la data sheet, la pin pour mettre en veille le composant est un Sleep barre. Nous devions donc mettre 5V sur cette pin pour que le composant soit actif. De plus nous devions relier la PIN Sense (11) à la sortie (10).

** Une fois le montage réalisé, nous avons réglé à l'oscilloscope une variation de 50mV à l'entré en jouant sur la résistance variable introduite dans le pont de Wheatstone et en sortie nous avons obtenu une différence de potentiel de 500mV lorsque la résistance est égale à 10K nous avons donc un gain de 10.

[[Image:MofP_Rg.png |250px| center | INA]]
<center>''Tableau du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Ci-dessus, nous pouvons voir le tableau du gain en fonction de la résistance Rg. Nous pouvons observer que plus la résistance est grande, plus le gain est petit et plus la résistance est basse, plus le gain est élevé.

[[Image:MofP_Gain.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg''</center>

Sur le Graphique ci-dessus nous pouvons voir l'allure de la courbe du gain en fonction de la résistance théorique, lors du tracé nous n'avons pas pris en compte les quatre dernières valeurs pour ne pas observer une courbe complètement écrasée sur l'axe des abscisses et pour pouvoir comparer avec la courbe expérimentale du gain ci-dessous, on n'est pas aller plus que 680 ohms pour la valeur de résistance de gain Rg car pour une valeur de 330 ohms nous avons attend la zone de saturation. Mais nous avons ici l'allure qui permet de bien voir que le gain augmente très vite lorsqu'on choisit une résistance d'une petite valeur.

[[Image:MofP_Gain_Ex.png |500px| center | INA]]
<center>''Courbe du gain en fonction de la résistance Rg expérimentale''</center>

Lors de notre expérience, nous retrouvons donc bien le gain indiqué sur le tableau de la littérature du composant. De plus , nous avons pu voir qu'en faisant varier cette résistance cela jouait bien sur notre valeur de sortie.

Avec notre alimentation single supply de 5V nous avons observé que la valeur de sortie est écrêtée à 4,33V.

**En second lieu nous avons remplacé le pont de Wheatstone avec une alimentation continu.
*** on a injecté un signal de 105mV avec un gain théorique de 10 (10kohm) nous avons en sortie 510mV et avec un gain théorique de 1000 ( 68ohm) 688mV on peut donc en conclure que nous n'avons pas un fonctionnement qui suit la courbe théorique. Nous avons trouvé que cela est dû au fait que la valeur d'entrée du signal ne dépasse pas 1V.
***Pour s'affranchir du minimum de tension que nous devons avoir en entré pour que la courbe du gain en fonction de la résistance soit celle indiquée par la datasheet nous devons alimenter notre composant avec une tension double (dual supply) soit +/-5V.

**Nous avons donc réalisé un montage en alimentant notre composant en +/-5V.

*** Nous avons gardé notre signal d'entré de 105mV précédents et nous avons pu constater les résultats suivants :
gain théorique de 10 --> 1,22V
gain théorique de 1000 --> écrêtages à 4,25V

Avec une alimentation dual supply nous suivons bien le tableau du gain en fonction de la résistance, présent dans la littérature du composant.

==Semaine 10==

Cette semaine nous avons testé notre montage sur la prototype board avec l'INA 125 et le filtre coupe-bande de 50Hz.

On a d'abord validé le montage avec un générateur de signaux pour pouvoir faire varier la fréquence, l'amplitude ainsi que la forme du signal.

Tout d'abord, nous avons envoyé un signal sinusoïdal de fréquence 50Hz en entrée de notre amplificateur d'instrumentation. Nous avons pu voir qu’en sortie nous avons bien notre signal amplifié. Cette amplification, nous pouvons la modifier simplement en agissant sur la résistance variable de gain Rg.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.1]]

Sur le résultat_1 ci-dessus nous pouvons observer en bleu notre signal d'entrée et en jaune notre signal de sortie amplifié.

Ensuite vient le filtre de coupure coupe-bande qui doit supprimer les signaux avec une fréquence de 50 Hz.

[[:Fichier: MofP_t1.1.jpg | Résultat_1.2]]

En bleu, le signal d'entrée et en jaune le signal fortement atténué par notre filtre coupe-bande. Nous validons bien la suppression de la zone de fréquence indésirable.

Nous avons réitéré l'expérience, mais cette fois avec un signal de fréquence 2 fois plus élevé, de 100Hz.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.1]]

Sur ce premier résultat obtenu juste après l'amplificateur d'instrumentation nous observons, le signal d'entrée en bleu ainsi que le signal de sortie (jaune) qui est amplifié.

[[:Fichier: MofP_t2.1.jpg | Résultat_2.2]]

Après le filtre de coupure nous pouvons observer que le signal de sortie a était atténué, mais est toujours présent et a une amplitude plus importante que le signal d'entrée.
On constate par ailleurs qu'il y a un déphasage entre le signal d'entrée et le signal en sortie du filtre.

Avec un autre signal, de 200Hz il n'y a qu'une légère atténuation d'amplitude entre avant et après le filtre.
Après le filtre, on peut quand même observer le déphasage entre les signaux. Ce déphasage est d'environ 300 degrés.

On a également pu constater que lorsque le signal est écrêté alors il est assimilable à un signal carré par conséquent, la forme du signal après le filtre est très déformée.

==Semaine 11==

Cette semaine, nous avons essayé d'alimenter notre amplificateur d'instrumentation avec la carte Arduino. Comme nous voulions alimenter en dual supply notre composant, on a donc dû se résoudre à l'alimenter en +/- 2.5V par la création d'une masse virtuelle entre la masse et le +5V de la carte Arduino. Pour ce faire, nous avons utilisé le montage suivant avec un AOP LM324N.

[[Fichier:Alimentation_Dual.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma permettant la création d'une masse virtuel''</center>

Tout d'abord, nous avons validé le montage sur une prototype board. Puis nous avons alimenté notre INA125 avec cette méthode. Nous avons pu observer qu'avec ce montage la sortie +/- 2.5V était trop bruité ce qui avait pour conséquence un signal de sortie de l'INA 125 inexploitable. Nous avons changé les résistances passantes de 150kOhm à 10Kohm et ajouté des capacités de découplage (en vert sur le schéma) nous avons observé une amélioration, mais pas suffisantes.

On s'est donc tourné par l'utilisation d'un autre composant, le TLC82CP.
On a pu constater que la sortie était beaucoup moins bruitée, nos tests avec l'INA125 ont était concluant. Le signal de sortie à une forme en adéquation avec l'entrée et évolue entre +/- 1.8V (valeur pour laquelle on sature.)

Il nous reste donc à donner un offset à notre signal de sortie qui ondule entre +/- 1,8V pour obtenir un signal qui varie entre la masse et le 5V de l'Arduino.
On a d'abord ajouté un offset avec un montage simple à l'aide d'une résistance et d'une diode :

[[Fichier:Redresseur_R.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur''</center>

Ce montage est concluant pour un signal continu, mais ne fonctionne pas avec un signal sinusoïdal qui varie entre +/- 2V. On a alors réalisé le montage suivant avec une diode et une capacité de 100nF.

[[Fichier:Redresseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma redresseur 2''</center>

En sortie de ce montage on observe un signal qui est redressé, mais il reste quand même quelques mV dans la partie négative et le signal évolue jusqu'à 4V.

==Semaine 12==

Lors de cette semaine nous nous somme rendus compte d'un problème important, nous créons une masse virtuel sur l'alimentation de l'Arduino et notre signal ce fait par rapport à cette masse virtuel cependant on ne peut pas ré-injecté notre signal sur une pin de l'Arduino du fait qu'il vas le caractérisé par rapport à sa masse.
Nous devons alors utilisé deux alimentations différentes, une pour alimenter l'Arduino et une autre pour alimenter notre composant ainsi fait on pourras relier la masse virtuel à la masse de l'Arduino.

La semaine dernière, nous avons réalisé un montage pour redresser notre signal à l'aide d'une diode et d'une capacité, cependant, il restait quelques mV dans la partie négative pour ne pas risquer d'abîmer l'Arduino en injectant un signal négatif sur sa pin, nous avons changé ce bloque par un montage sommateur et un montage inverseur.

[[Fichier:Sommateur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Sommateur''</center>

En entré, nous injectons notre signal et un signal continu de 2V. en sortie nous devons donc obtenir la somme de ces deux signaux.

[[:Fichier: Sommateur_R.jpg | Résultat Sommateur]]

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune le signal de sortie du sommateur. Nous observons que le signal de sortie est bien décalé de 2V.Il reste plus qu'à l'inverser.

[[Fichier:Inverseur.jpg|300px|center]]
<center>''Schéma Inverseur''</center>

Ce montage permet d'inverser notre signal, Vs= -Ve.

[[:Fichier: Inverseur_R.jpg | Résultat Inverseur]]

Sur le résultat précédent, le bleu le signal d'entré du montage inverseur et en jaune la sortie du montage inverseur, on voit que la fonction est bien réalisée.

Reprenons maintenant tout le circuit, le signal d'entré supposé sinusoïdale est ensuite amplifié via l'INA 125, un amplificateur d'instrumentation, puis les fréquences parasites son filtré à l'aide de notre filtre de coupure passif, puis notre signal est injecté dans un montage sommateur puis inverseur pour qu'il varie entre la masse et 5V pour pouvoir être envoyé sr une pin de l'Arduino.

Sur le test suivant, nous avons injecté un signal sinusoïdal de quelques mV en entrée de notre amplificateur d'instrumentation.

[[Fichier: MofP_Resultat.jpg |300px|center]]
<center>''Résultat montage global''</center>

Sur le résultat précédent, en bleu le signal d'entré et en jaune la sortie du montage inverseur.
Nous pouvons observer une amplification et un offset qui permet bien de faire évolue le signal entre 0 et 5V.

==Semaine 13==

Le montage validé, nous devons recréer une carte électronique pour pouvoir effectuer des tests sur la plante.
Cette semaine, on a donc avancé sur la conception d'une nouvelle carte électronique.
Il a fallu modifier le composant créer INA 125 créée sous Kicad avec l'éditeur de composant est l'ajouter à notre librairie. Ensuite, nous avons pu refaire tous les schémas des différents blocs dans le "schématic", document avec l'extension sch.

[[:Fichier: MotP_Schematic_2.pdf| Schematic]]

Une fois le schématic réalisé, nous devons réaliser l'association des composants avec leur empreinte physique. Ensuite, nous réalisons le routage de la carte. Pour finir, on génère les fichiers correspondant à la première face, aux contours de la carte et aux trous.

[[:Fichier: Xchenot_Premiereface.pdf | Première face]]

[[:Fichier: Xchenot_Edge_Cuts.pdf | BoardOutline]]

[[:Fichier: Xchenot_drill.txt | Drill]]

On peut visualiser ces fichiers très simplement à l'aide du site suivant :

http://www.gerber-viewer.com/

De plus, on a pris le temps de réaliser un boîtier en bois. Nous avons réalisé une première version de la boîte avec le logiciel de conception assistée par ordinateur OnShape.

[https://cad.onshape.com/documents/f5dbc0e9f170ab0b9bc36552/w/429a110010e5500d93f6b778/e/271b9138a67ec933f417a7ee Lien Onshape de notre boite ]

Une fois la boîte réalisée sur le logiciel de CAO, il a fallu exporter chaque partie de la boîte au format DXF. Ensuite, à l'aide du logiciel Inkscape on a créé un fichier au format SVG pour l'exploiter avec la découpeuse laser.

Une fois découpé, on l’a assemblée.

[[Fichier:MotP_boite.jpg|300px|center]]
<center>''boîtier''</center>

Ci-dessus le boîtier découpé et assemblé. Nous avons également gravé le logo de notre projet sur la boîte également avec la découpeuse laser.

==Semaine 14==

Nous avons pu enrichir notre prototype de la capacité de jouer une mélodie en fonction du signal mesuré.

Nous avons pour cela utilisé la bibliothèque Arduino "pitches" qui fournit une gamme de 89 notes que nous avons fait correspondre à des intervalles sur une plage théorique de [0;5]V. Chaque note occupe ainsi une plage d'environ 56,2 mV. Dès lors, il nous est possible de faire une mesure de notre signal de sortie grâce au Convertisseur Analogique Numérique de l'Arduino, d'associer la note correspondante et de renvoyer un signal sur une pin de l'Arduino afin que cette note soit jouée par le haut parleur.

L’échantillonnage du signal reste arbitraire: on peut très bien choisir d'avoir plusieurs notes par seconde ou de jouer une note plus longue à un intervalle plus important. Chaque choix reste subjectif, l'une des méthodes permet de fournir une représentation plus brute du signal de la plante tandis que l'autre présente davantage une tendance de l'activité de la plante. Un potentiomètre pourra être ajouté pour fournir à l'utilisateur un moyen de régler ce paramètre à sa préférence.

== Bilan : Dépôt de bilan ==

=== Difficultés rencontrées ===

Au cours de ce projet, différents problèmes et erreurs nous ont ralentis dans notre progression. Ci-dessous se trouvent des commentaires sur chacun des problèmes majeurs rencontrés.

*Nous avons réalisé une erreur au moment de la commande du convertisseur CAN. Cela nous a obligés à apporter des modifications à notre carte électronique et à utiliser le CAN de l’Arduino, moins performant que ce que nous aurions pu implémenter. 

*Ayant été contraint de réaliser notre première carte avant de recevoir notre amplificateur d’instrumentation (et donc avant de pouvoir le tester), il nous a fallu revoir notre montage. Outre un branchement incorrect, nous avons dû passer d’une alimentation simple de l’amplificateur d’instrumentation (réalisée avec la pin 5V de l’Arduino) à une alimentation double (en créant une masse virtuelle depuis la batterie). L’implémentation de cette double alimentation fut complexe, notamment à cause du fait que la masse du circuit devenait la masse virtuelle créée. 

*Lors de la création de l’alimentation avec tension double réalisée à partir de la tension de la batterie, nous avons d’abord utilisé un AOP issue d’un LM324N, cependant l’alimentation était bien trop bruitée pour que le fonctionnement de notre amplificateur d’instrumentation fonctionne correctement, nous avons dû utiliser un autre AOP, le TLC82CP.   

*Nous avons dû ajouter beaucoup d’éléments que nous n’avions pas prévu initialement et qui sont devenus nécessaires après le changement de mode d’alimentation. L’alimentation double et les montages sommateurs et inverseurs ont ajouté beaucoup de bruits à nos mesures, choses que nous souhaitions éviter.   

*Notre amplificateur d’instrumentation n’était pas disponible dans la bibliothèque de composants du logiciel Kicad, nous avons alors dû le créer ainsi que de l'associer à son empreinte physique.   

*Toutefois, le plus gros problème de ce projet a été le fait que nous ne savions pas concrètement ce que nous devions observer. Toute la documentation que nous avons effectuée nous a conduits à considérer que le signal à observer devait être de seulement quelques mV mais nous ne connaissons pas concrètement la manière dont ce signal doit évoluer (pour nous il s’agit d’un signal à variation lente et non périodique). Des documents fournis par Jean THOBY, le pépiniériste que nous avons contacté, nous portent à croire que même avec l’utilisation d’un produit haut de gamme comme le Devodama, les résultats sont hautement dépendants de l’environnement et des perturbations qu’il apporte. 

===Travail effectué par rapport à l’objectif===
Nous avons réalisé un dispositif permettant d’amplifier une différence de potentiel très faible, de supprimer des composantes indésirables lié aux perturbations extérieures tels que le 50Hz lié au réseau électrique. De plus, nous avons modulé ce signal pour qu’il évolue uniquement dans la plage de 0 à 5V en mettant en place différentes fonctions électroniques. Ce signal analogique est ensuite injecté sur une pin analogique de la carte Arduino qui convertit ce signal en signal analogique en signal numérique. Le signal numérique est ensuite joué en mélodie afin de créer une ambiance musicale en adéquation avec le signal d'entrée.

Cette partie a pu être validée avec un signal issu d’un générateur de fréquence, cependant nous n’avons pas pu récupérer un quelconque signal issu de notre plante en étant certains que cela provenait d’elle et pas d’une perturbation.

De plus, nous avons réalisé un boîtier en bois ainsi qu’un logo pour démarquer notre dispositif. Nous n’avons donc pas réussi, dans le temps impartie, à réaliser un boîtier fonctionnel utilisable sur une plante, on a cependant beaucoup appris sur différent aspect de la gestion de projet, de la mise en place d’un circuit électronique ainsi que dans la réalisation d’une carte.

===Conclusion ===
Ce projet étant de grande ampleur et étant basé sur des signaux de très faible intensité qu’il est difficile de capter et d’en définir la source exacte, le projet n’est pas terminé. Nous avons cependant su lui apporter de bonnes bases sur l’exploitation d’un signal de faible intensité. C’était également une réelle expérience de gestion de projet avec ses aléas. Nous avons été confronté à des problèmes et sû les résoudres même si non n’avons pas eu le temps de finir l’objectif dans le temps impartie nous avons pu mettre en oeuvre les connaissances acquis au sein de la formation IMA notamment en électronique et de les approfondir. Nous avons également appris beaucoup sur la gestion de projet, en partant d’une idée, d’une analyse pour arriver à la réalisation complète en passant par la conception des différentes partie. Ce projet fût très enrichissant pour la suite de notre cursus scolaire ainsi que nos futur projet d’entreprise.

= Bibliographie =

Ci-dessous les ressources qui nous ont permis d'avancer sur la réalisation du projet.

[[:Fichier: Rapport_Jean_Thoby.pdf | Rapport de M. Jean Thoby]]

Sonelec Musique

https://www.sonelec-musique.com/

Conversion Analogique Numérique avec le CAN de l’Arduino :

https://www.carnetdumaker.net/articles/la-conversion-analogique-numerique-avec-arduino-genuino/

EEG

https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS

LED s'illuminant avec une musique sur Arduino

https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/

Notes de musique avec une carte Arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/

https://openclassrooms.com/courses/perfectionnez-vous-dans-la-programmation-arduino/generez-des-sons

Filtre numérique avec un Arduino

http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html

Connexion MIDI avec un Arduino

http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/

HP

http://electroniqueamateur.blogspot.fr/2015/07/brancher-un-haut-parleur-larduino.html

=Documents Rendus=

Rapport du projet
[[Média:P39_Rapport_Chenot_Toin.pdf]]

Livrables comprenant les fichiers d'impression des cartes, le code de l'Arduino et les fichiers de création de la boîte
[[Média:P39_Livrables_Chenot_Toin.zip]]