Version du 20 février 2018 à 23:09

Présentation générale

Description

Notre objectif est le suivant :

L'institut CAMSP Montfort s'occupe d'enfants sourds ou malentendants. La plupart de ses enfants sont équipés de systèmes de prothèses auditives. Or, il y a reste certains enfants qui ne peuvent pas être appareillés. Ainsi, l'institut à eu l'idée d'équiper les enfants d'un objet vibratoire qui soit connecté au son que ferait le praticien : cela permettrait notamment à l'enfant de :

• prendre conscience du monde sonore, auquel ils n’ont pas accès du fait de leur handicap
• développer une fonction d’alerte
• renforcer les informations sonores apportées par leur appareillage
• compléter les informations visuelles

Or pour l'instant, il n'existe aucun dispositif de la sorte mis sur le marché (car trop peu d'enfants concernés). Nous allons donc créer ce dispositif qui sera mis en open source.

Objectifs

Notre travail consistera donc à créer un dispositif vibrant réagissant au son que produira le praticien. Ce dispositif devra :

• être facile à prendre en main ou a déplacer sur le corps de l'enfant (une balle)
• Pouvoir avoir différentes intensités de vibrations (proportionnel à l'intensité de la voix )
• Etre relié à un micro pour capter le son du praticien
• Etre équipé d'une application Android permettant de gérer :
  • une base de données assurant le suivi médical des enfants
  • régler la plage de vibration souhaitée (suivant la sensibilité de l'enfant)
  • pouvoir faire vibrer la balle manuellement

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Un prototype permettant d'affiner le cahier des charges de l'institut à déjà été conçu durant un projet IMA5. Celui ci à déjà notamment réalisé un prototype à partir d'Atmega 328p, d'un bracelet vibrant relié et un micro avec un boitier en imprimerie 3D. tous deux étaient relié par un fil. Le bracelet vibrait effectivement suivant l'intensité sonore. mais n'avait pas plusieurs niveaux de vibrations possible, La liaison entre le bracelet et le micro n'était que filaire. Une application Android gérant le suivi des patients à également été développé, mais il était impossible de gérer l'intensité de la vibration via l'application ou de déclancher une vibration par l'appui sur un bouton.

Analyse du premier concurrent

Nous n'avons actuellement aucun concurrent direct (personne tentant de réalisé une dispositif similaire au notre) Néanmoins, nous avons certains concurrents indirect tel qu'une université au Colorado à créé une oreillette équipé d'un micro qui est capable de capter les sons et le retransmet via bluetooth à un petit dispositif placé sous la langue. celui ci transforme le son initial en motif et l'envoie sous forme de signaux électrique. En revanche, il faut un certain temps d'adaptation avant que ce dispositif puisse fonctionner et il n'est pas forcement adapter pour tout le monde.

Analyse du second concurrent

Notre second concurrent est une brosse à dents électrique. Le principe de faire vibrer un objet pour signifier aux enfants qu'une personne veut leur parler a déjà été expérimenté grâce à une brosse à dents électrique positionnée sur le corps de l'enfant. Or ce procédé est très limité :

• Un seul type de vibration
• Présence obligatoire du praticien juste à coté de l'enfant pour déclencher la vibration
• Pas de convivialité apportée par la forme de l'objet

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Tim est un jeune enfant de 2 ans. Malheureusement, il a très vite été diagnostiqué mal entendant, et son état médical ne lui permet pas de porter un implant pouvant lui redonner la possibilité d'entendre quelque sons.

Dans le but d'apprendre à vivre dans le monde qui l'entoure avec son handicap, et ce dans les meilleures conditions, ses parents le conduisent régulièrement au CAMSP MONTFORT, un service social classifié Centre d'action médico-sociale précoce (CAMSP). Dans cet institut, Tim utilise à raison d'une dizaine de minutes par jour une petite balle vibrante. Cette balle a pour intérêt d'aider Tim à comprendre qu'il y a un lien entre des lèvres qui bougent, et la volonté de transmettre un message. Pour ce faire, cette balle émet une vibration proportionnelle à l'intensité de la voix du praticien. De cette manière, la balle devient une sorte de signal mobilisant l'attention de Tim.

Tom est un ami de Tim. Alors que ce dernier sent très bien les vibrations en tenant la balle dans le creux de sa main, Tom a plus de mal à les percevoir. En effet, il est moins sensible que Tim, heureusement, Sophie, la praticienne s'occupant d'eux, peut modifier l'intensité des vibrations grâce à une application installée sur son smartphone Android, directement connecté à la balle. Avec cette application, elle gère également des fiches propres à chaque enfant dans lequel elle note leur évolution grâce à la balle. A la fin de la journée, grâce à la certification waterproof, Sophie peut plonger la balle sous l'eau pour la nettoyer et la reposer sur un socle qui rechargera la balle pour qu'elle puisse la réutiliser le lendemain durant toute la journée.

Réponse à la question difficile

Quelle sera le système de rechargement

Nous optons pour le moment pour un système de rechargement par induction. Ce mode de rechargement a les mêmes caractéristiques qu'un chargement classique par câble, et il en offre l’avantage de ne pas devoir placer un port USB sur la surface de la balle. Ainsi nous pourrons plus facilement assurer son étanchéité.

Quelle devra être l'autonomie de la batterie

Selon notre scénario d'usage, la balle vibrante sera utilisée toute la journée par le praticien, soit 10h sans interruption, et rechargée durant la nuit. Nous disposerons donc une batterie à l'intérieur de la balle. Celle-ci devra fournir de l'énergie à la fois à notre module de contrôle mais aussi au moteur qui actionnera un excentrique permettant à la balle de vibrer.

Préparation du projet

Cahier des charges

Choix techniques : matériel et logiciel

Liste des tâches à effectuer

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Premier prototype

Voici à quoi ressemblera notre premier prototype :

Le diamètre extérieur de la balle sera de 14cm.

Le revêtement extérieur ne sera pas celui-ci. Nous avons également commencé à modéliser l'application qui ressemblera à cela :

Prologue

Semaine 1

Durant cette semaine, nous nous sommes fait un aperçu global du circuit que nous allions utiliser. Le schéma était le suivant :

• Une batterie fournit la tension d'alimentation nécessaire.
• Cette batterie est rechargée par un bloc de charge prenant sa source sur une bobine à induction.
• La tension de la batterie diminuant lors de la décharge, sera stabilisée à 5v par un boost converter.
• Un Atmega328PB, relié à deux contrôleurs moteur, trois leds et un module bluetooth gérera les commandes.
• Le module bluetooth assurera la connectivité avec le téléphone/tablette Android.
• Les contrôleurs moteur convertissent le signal PWM provenant de l'Atmega328p en variation de tension.
• Les contrôleurs moteurs entraînent des vibreurs disposés sur la surface de la balle.

Schéma de fonctionnement

Semaine 2

Nous nous sommes penchés plus sur le cahier des charges, et avons passé la semaine à définir comment serait notre balle vibrante. Il en est ressorti que :

• La balle sera réalisée via imprimante 3D. Nous devrons ensuite recouvrir cette balle de mousse puis, d'un matériau qui soit adapté au touché de l'enfant. Nous attendons une réponse du CAMSP pour pouvoir définir la texture finale; L’avantage de créer une base en imprimante 3D est que nous pouvons créer la balle de la façon dont nous le voulons, ainsi, Nous disposerons à l'intérieur de la balle d'un support pour tenir la batterie et la carte électronique.
• Concernant la carte électronique, il a fallu déterminer quels composants nous allions placer. En effet notre carte électronique sera donc composée :
  • D'un Atmega 328p pour pouvoir stocker notre programme.
  • D'un module Bluetooth LE pour pouvoir avoir une connexion sans fil entre la balle et la tablette, et ce avec une grande efficacité énergétique. Les flux de données transmis entre le terminal Android et la balle étant faible, nous pouvons nous contenter des débits offerts par le bluetooth 4 Low Energy.
  • D'une batterie Li-on pour pouvoir alimenter l'Arduino et les vibreurs. Nous avons choisi une batterie de type Li-on car elle est a un bon rapport poids/énergie. De plus, pour des raisons de sécurité (balle manipulé par des enfants ) nous n'avons pas voulu utiliser de batterie Li-Po que nous considérions trop instables (risques d'explosion).
  • Pour recharger la batterie, nous avons décidé de mettre une bobine à induction dans la balle. l’avantage de ce mode de recharge est qu'il se fait entièrement sans fil. Cela permettra un nettoyage facile de la balle, et aucun port USB apparent. De plus, après plusieurs recherches, nous avons décidé d'utiliser une bobine à la norme QI car la porté est très grande (environ 4cm) et vu que nous allons remettre des épaisseurs de mousse sur la balle pour la protéger en cas de choc, il faut que la distance de recharge puisse être assez grande.
  • Des LEDs pour indiquer les différents états de la balle

Nous avons également modélisé le premier prototype de notre balle vibrante pour que le CAMSP nous confirme que ce que nous faisons est bien en adéquation avec leurs attentes

Semaine 3

Durant cette semaine, les derniers choix de matériel ont été faits.

Charge de la batterie

Chargeur de batterie Li-Ion

La batterie utilisée étant de type Lithium-Ion, cette dernière nécessite un chargeur affin d'assurer le cycle de charge et de décharge. La charge est assurée selon les étapes suivantes :

• Courant maximum constant et tension minimale (3.2v) au début de la charge
• Augmentation de la tension jusqu'à la tension maximale de charge (5v)
• Abaissement du courant de charge jusqu'à 0A

Le chargeur MCP73831T (U1) permet d'assurer ce cycle tout en pouvant être supervisé par des leds :

• Une led orange (D2) témoignant de la charge en cours
• Une led verte (D1) témoignant d'une charge complétée

La tension d'entrée est également découplée (C1).

Boost de la tension

Boost-Converter

Le module choisi pour maintenir la tension à 5v est le TPS61090. La tension de sortie de ce module dépend de la valeur des résistances R8, R9, R3, R7. Elles sont calculées selon les équations suivantes fournies dans la datasheet :

Équation 1:

Avec R7 = 200kΩ, Vfb = 500mV d'après la datasheet. Vo, la tension de sortie souhaitée est de 5V.

Après calcul, R3=1.8MΩ.

Équation 2:

Ici, R9 = 340kΩ, Vlb = 500mV toujours d'après la datasheet. Vbat est la tension minimale de la batterie à partie de laquelle l'indication de batterie faible se déclenche. Cette tension est selon la datasheet de la batterie de 2.75V, mais nous préférons éviter tout risque : en cas de non utilisation de la batterie pendant une longue periode, la batterie continue de se décharger à cause de courants de fuite. Si la tension de la batterie passe sous les 2.75V, elle deviendra inutilisable, c'est pourquoi nous minimalisons les risques en fixant le tension de batterie faible Vbat = 3.2V.

Après calcul, R8 = 1.8V

Enfin, la présence de leds informent des états du circuit :

• Une led bleue (D3) branchée sur la sortie 5V confirme la présence de 5V.
• Une led rouge (D4) alimentée par un transistor (Q1), commandé par la tension Lbo indique une batterie faible.

Gestion du bluetooth

Convertisseur 3.3v

Le module bluetooth choisi fonctionne en 3.3v, or la seule tension d'alimentation présente est 5V, il faut donc un convertisseur 5v vers 3.3v. Nous nous sommes orientés vers un montage avec le MIC5225-3.3 (U5). Des capacités de découplage (C7 et C8) sont également ajoutées ainsi qu'une diode Schottky afin de protéger le circuit.

Les choix étant faits, l'étape suivante était la conception du PCB ainsi que de ses composants. Initialement, pour une question pratique, les composants choisis étaient de taille 1206. Mais rapidement nous nous sommes rendus compte que les composants, de par leur nombre, prendraient trop de place sur le PCB et ne nous permettraient pas de le compacter comme souhaité. Nous nous sommes alors orienté vers des tailles 0603.

Semaine 4

Nous commençons à nous pencher sur plus en détails sur la création de l'application Pour créer l'application mobile, Nous avons décidé d'utiliser le langage Java. En effet nous devons créer une application Android et apres plusieurs recherches, il nous est apparu que le langage Java avec l'aide D'Android Studios était le plus adapté pour créer une application android. Nous aurions pu utiliser d'autres IDE (appInventor; inDesign CS6) Celles-ci sont plus facile à prendre en main mais mais nous sommes beaucoup plus restreint. Seul petit problème, nous avons pour l'instant seulement des bases assez faible en langage Java. une grande partie de la semaine à donc été consacré à l'apprentissage du langage Java.

Durant cette semaine s'est déroulée une longue session de rootage, un premier PCB a pu être proposé :

Semaine 5

Pour la partie application :

• Nous avons continué à nous former sur le langage Java. En fin de semaine, nous avons téléchargé l'application Andoid Studios et avons commencé à nous familiariser avec la programmation pour la création d'applications (notamment via le tutoriel d'Openclassroom).

Semaine 6

Documents Rendus