Version du 27 janvier 2020 à 14:48

Présentation générale

• Nom du projet : Réveil-matin MP3 sur Arduino
• Membres du projet : Hugo Dejaegher & Flora Dziedzic
• Superviseur du projet : M. CHEVALIER Florian
• Résumé : Réalisation d'un réveil-matin lisant une musique au format MP3 sur carte micro SD

Description

La plupart des réveils-matin bon marché dans le commerce proposent uniquement un son type buzzer à volume élevé afin de se réveiller le matin. Néanmoins, chacun sa manière de se réveiller et certaines personnes préféreraient se réveiller plus calmement à l'aide d'une musique douce de leur choix et avec un volume s'amplifiant petit à petit. De plus, dans l'obscurité il n'est pas toujours aisé d'atteindre son réveil afin de l'éteindre, et il est fréquent de le faire tomber à cause d'un faux mouvement. Il serait donc intéressant de réaliser un réveil-matin palliant à tout ces problèmes afin que chacun puisse se réveiller à son rythme.

Objectifs

L'objectif principal de ce projet est donc de réaliser un réveil-matin implémentant les fonctionnalités décrites précédemment (choix de la musique, réglage du volume, packaging résistant) en plus des fonctionnalités classiques d'un réveil matin. Nous pouvons donc lister ses principales fonctionnalités :

• Réglage de l'heure
• Réglage de l'heure du réveil
• Réglage de la luminosité
• Réglage du volume du réveil
• Intensité sonore (et lumineuse) croissante si l'utilisateur n'éteint pas le réveil (s'il ne se réveille pas)
• Choix du fichier MP3 (défilement sur l'écran puis validation) / ou son type buzzer
• Bouton Snooze (relance du réveil dans 5 ou 10 minutes) en plus du bouton pour éteindre le réveil
• Packaging adapté aux potentiels faux mouvement de l'utilisateur

Il s'agira alors, après une phase d’expérimentation sur une carte Arduino, de réaliser un PCB regroupant l'ensemble des fonctionnalités.

Préparation du projet

Cahier des charges

Le réveil-matin réalisé devra être un appareil totalement autonome :

• Il devra fonctionner sur batterie/piles et ne nécessitera pas d'avoir accès au microprocesseur pour modifier le code pour utiliser ses différentes fonctions.
• Idéalement, à l'aide d'une pile secondaire, il sera capable d'afficher la bonne heure/date même s'il est éteint pendant un moment.
• La lecture de la musique se fera simplement en insérant une carte SD avec des fichiers mp3.
• Un PCB avec un microprocesseur intégré regroupera l'ensemble des fonctionnalités décrites dans les objectifs

Choix techniques : matériel et logiciel

Liste des tâches à effectuer

Voici une liste des tâches à réaliser pour mener à bien le projet :

• Lister les composants nécessaires
• Réaliser un prototype sur breadboard avec Arduino
• Développer le code de l'ATMega328p pour le contrôle de l'ensemble des tâches du réveil
• Réaliser un PCB regroupant l'ensemble des fonctionnalité
• Encoder l'ATMega328p-AU
• Réaliser un boitier pour le réveil

Calendrier prévisionnel

Etat de l'art

Réalisation du Projet

Semaine 1

Durant cette première semaine, nous n'avons eu la confirmation de notre sujet qu'en milieu de semaine et avons pu rencontrer notre encadrant à partir du jeudi pour parler du sujet du projet. Cette semaine a donc été consacrée à des tâches comme la création du wiki ou de la documentation.

Le jeudi matin, nous avons donc ensuite discuté avec notre encadrant Mr Chevalier afin de définir les objectifs et les attentes du projets. Nous avons également pu récupérer du matériel à cette occasion (cf matériel mis à disposition), notamment du matériel pour le prototypage. En effet, le but du projet n'est pas d'utiliser la carte Arduino UNO mais d'utiliser un micro contrôleur indépendant sur un PCB que nous ferons nous même. Nous avons donc entre autres récupéré une breadboard, des câbles jumper, un arduino UNO, un module mp3 et un afficheur LCD.

Nous avons alors passé le reste de cette semaine à nous documenter sur ce matériel (le module mp3 et l'afficheur) et avons écrits des codes pour commencer à les prendre en main. Par ailleurs nous avons trouvé dans le dépôt du fabricarium de Polytech un afficheur pouvant afficher 2 fois plus de caractères que celui fourni au départ (2x16 au lieu de 2x8) et avons choisi de l'utiliser afin d'avoir une interface plus agréable à regarder.

PHOTO/IMAGE

Semaine 2

Définition du matériel à commander

Après avoir étudié le matériel que nous avons deja à disposition et défini notre cahier des charges, nous avons donc pu dresser la liste du matériel à acquérir pour réaliser notre projet. Afin de dresser cette liste nous avons donc étudié les points suivants :

• Comment utiliser un ATmega328p sans carte Arduino (On gardera un ATmega328p pour la compatibilité avec le code développé lors du prototypage, mais en forma -AU pour limiter l'encombrement): Nous avons pu définir que le montage minimum nécessaire à l'utilisation de ce micro contrôleur se compose de ce dernier, d'une alimentation et d'un quartz 16Mhz relié à 2 condensateurs 22pF.
• Comment encoder un ATmega328p-AU : nous avons dans un premier temps pensé qu'un module FTDI (convertisseur USB vers port serie TTL) serait nécessaire pour réaliser cela, mais il suffit en réalité de simplement utiliser une carte Arduino sans son micro-contrôleur.
• Quel type de haut-parleur choisir et comment l'utiliser.
• Comment utiliser l'afficheur LCD et comment le connecter : Bien qu'il utilise de nombreux ports IO, l'ATmega328p en comporte normalement suffisamment pour nous permettre de tout connecter sans avoir à utiliser un module annexe tel qu'un module I2C par exemple.

De plus, afin d'avoir un calcul de l'heure précis, nous avons choisi d'utiliser un module RTC (Real Time Clock) qui est une horloge reliée à une pile, pour ne pas avoir à régler l'heure chaque fois que le réveil est éteint.

Enfin, après étude et quelques tests, nous avons réalisé que le module SD mp3 Grove fourni ne permettra pas d'utiliser une enceinte intégrée au réveil, puisqu'il ne renvoi l'audio que sur une sortie de type jack. Etant donné sa configuration, l'utilisation d'une connexion jack semble peu appropriée d'un point de vue ergonomique et de robustesse du réveil. Il faudrait donc tenter de modifier ce module (et potentiellement l'endommager) pour l'utiliser à notre convenance. Nous opterons donc pour un module SD mp3 autre, ne redirigeant pas le son sur une sortie jack.

Définition de l'interface utilisateur du réveil

Nous avons donc pensé au design ci-dessus, à savoir l'afficheur lcd accompagné d'un total de 3 boutons : 2 sur la droite de l'afficheur et un dernier sur le dessus pour la fonction snooze. Il y aura également une led jaune (dont l'intensité variera en fonction du temps que l'utilisateur met à stopper le réveil) et un encodeur rotatif sur le côté pour faire défiler les heures/minutes lors des réglages par exemple. Bien sûr, on pensera également à ajouter des trous pour laisser sortir le son et une fente pour la carte SD, mais cela reste à définir. En ce qui concerne l'utilisation du réveil, nous avons pensé à l’utilisation suivante :

• Le bouton "Snooze" qui sert à couper l'alarme temporairement.
• Le bouton "menu" permet d'accéder à un menu affichant les différents réglages possibles (régler heure, régler alarme, choisir musique, régler volume, ...).
• Le bouton stop permet d’arrêter l'alarme de manière permanente (jusqu'à la prochaine heure de réveil), et pourra aussi servir à quitter le menu.
• L'encodeur rotatif permet de naviguer dans le menu et de faire défiler les différents éléments à régler (volume, heure, minute, musique, luminosité). Il est également composé d'un bouton poussoir qui servira à la validation des choix.

Recherches : Comment coder un ATmega328p-AU

Puisque l'ATmega328p-AU est un composant au forma CMS pour gagner de l'espace, on ne peut pas le coder simplement en le fixant sur une carte arduino, avant de le fixer sur une socket intégrée à notre PCB par exemple. De plus, lorsqu'on achète un micro processeur séparément, celui-ci est alors "vierge" et il n'est pas en mesure de comprendre le code issu de l'IDE arduino. Il faut donc au préalable "burn" un bootloader (sorte de BIOS pour microP) sur le micro processeur pour rendre celui-ci capable d'utiliser le code développé sous l'IDE arduino. Ensuite, une fois cette étape réalisée, il faut ensuite utiliser un module FTDI (ou carte arduino comme dit précédemment) pour charger le code sur le micro-contrôleur.

En résumé, il suffit d'utiliser une carte Arduino à 2 reprises suivant un schéma différent pour encoder l'ATmega328p-AU (voir ci dessous). La première consiste à utiliser l'arduino pour burn le bootloader, et la seconde consiste à retirer l'ATmega328p-PU de la carte arduino et, avec le branchement adéquat, encoder l'ATmega328p-AU de notre PCB en faisant comme si il s'agissait de l'ATmega328p-PU de l'arduino.

• Montages pour coder l'ATmega328p-AU
• 

  Arduino utilisé pour "Burn" le bootloader

• 

  Arduino utilisé comme module FTDI

Conception du PCB

Afin de créer et d'organiser notre réveil à notre convenance, nous nous sommes attelés à créer un circuit imprimé reprenant les différents composants qu'il nous faut contrôler avec le microcontroleur. Quelque soit l'application voulue, l'Atmega328p-au a besoin d'un montage de base composé de quartz et de résistances. Pour le reste des composants, l'essentiel sera implanté par des headers, des ports permettant de brancher des câbles La lecture des fichiers sonores se fait via le module MP3, directement relié via les broches de transmission et de réception Rx et Tx au microcontrôleur et aux haut-parleurs.

Semaine 3

Réalisation d'un prototype

En attendant de recevoir le matériel, nous avons réalisé un prototype à l'aide de l'arduino et de la breadboard. Nous avons pu trouver un module RTC (DS3231) ainsi que des boutons et un encodeur rotatif dans un kit d’électronique nous appartenant afin de réaliser les tests et comprendre comment utiliser de tels composants. En particulier l'encodeur rotatif pour le réglage du volume ou de l'heure, qui nécessite une certaine compréhension de son fonctionnement.

• Principe de fonctionnement encodeur rotatif
• 

Nous avons donc défini sur quel port de l'ATmega328p brancher chacun des composants. Notamment, en raison du nombre limité de ports IO, nous avons choisi de connecter les 3 boutons du réveil sur les ports analogiques de l'ATmega328p afin de libérer des ports digitaux pour les autres composants.

Code de l'ATmega328p

Ce prototype nous a également permis de réaliser une bonne partie du code réveil. En effet seul le code pour le module SD mp3 et l'enceinte n'a pas pu être écrit vu que nous ne possédons pas ces composants. Mais nous savons d'ors et déjà que ce module sera utilisé avec la liaison série de l'ATmega328p et nous pouvons donc réaliser un code similaire envoyant des messages sur le port série au lieu d'envoyer les commandes du modules mp3 par exemple. Nous avons donc implémenté les différentes fonctions :

• void printTime() Pour afficher l'heure lorsque la valeur de minute lu sur le module RTC change.
• void alarm() Pour définir la routine d'alarme.
• void setHour() Pour régler l'heure.
• void setAlarm() Pour Régler l'heure de l'alarme.
• void setDate() Pour régler la date.
• void setLuminosity() Pour régler la luminosité de l'afficheur LCD.
• void menu() Pour afficher le menu permettant l'accès aux différents réglages.

Nous avons choisi d'utiliser le bouton snooze pour changer la luminosité facilement (seulement si le réveil de sonne pas), afin d'éviter d'avoir à accéder au menu pour effectuer ce réglage.

• Exemple réglage de l'heure et de la luminosité
• 

Documents Rendus