Version du 14 mai 2018 à 21:34

Présentation générale

Description

Le mot mandala vient d‘une très ancienne langue indienne.Il signifiant：

disque, cercle, sphère ;
toute figure géométrique apparentée au cercle ;
structure, forme d'organisation ;
dessin que l'on trace sur le sol ou sur un autre support à l'occasion de divers rites.

Il s'exprime dans un dessin circulaire, convergeant vers un centre porteur d'infini. Dans la tradition orientale, le cercle représente le Divin, sa manifestation, sa création. Ce symbole du cercle se retrouve dans toutes les cultures et toutes les traditions, tant occidentales qu'orientales.

Le cercle est le symbole de la vie: la naissance, la maturité, la mort et la résurrection ou la renaissance. Dans le bouddhisme, il est utilisé surtout pour la méditation. Le diagramme est dans tous les cas rempli de symboles; il peut être associé à une divinité.

Objectifs

L'objectif est de réaliser un mandala électronique.

Analyse du projet

Analyse du premier concurrent

Un premier concurrent pourrait être ce kit électronique de sapin de noël avec 16 LEDs clignotantes. Par rapport à notre mandala ce kit comporte peu de LEDs et ne réalise qu'une seule animation sans interaction avec les visiteurs.

Analyse du second concurrent

Un second concurrent plus en rapport avec l'apparence de notre mandala est un tableau lumineux pour décoration de chambre d'enfant. Il s'agit d'une peinture avec un éclairage par LEDs. Là encore moins de LEDs et d'interaction qu'avec notre mandala.

Originalité de notre mandala

L'originalité de notre mandala, par rapport aux objets décoratifs déjà existants, est qu'il comportant un grand nombre de LEDs (environ 200), qu'il intègre un micro-contrôleur permettant des animations variées (contrôle de la luminosité des LEDs) et qu'enfin le mandala est interactif grâce à un détecteur de gestes.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Notre mandala est un élément de décoration et, avec des animations adaptées, peut être un objet de relaxation.

Le visiteur est tout d'abord attiré par l'objet artistique, en effet quand il entre dans la pièce, le mandala apparaît comme une peinture sur bois. Au second regard le circuit central pique la curiosité du visiteur. En s'approchant le visiteur déclenche une animation lumineuse. Surpris, il fait un mouvement involontaire qui déclenche un autre type d'animation. Le visiteur teste alors d'autres gestes pour rentrer en interaction avec le mandala.

Le mandala réagissant aux gestes du visiteur, des gestes lents conduisent à des animations relaxantes.

Réponse à la question difficile

Durant la présentation de notre projet les deux questions suivantes nous ont été posées.

Première question

Combien de LEDs le mandala va-t-il comporter, combien de groupes de LEDs indépendants pour les animations ?

Nous avons fait une première esquisse de notre mandala :

Au vu de ce premier dessin, nous avons décidé de rajouter encore des LEDs. Nous partons sur 6 groupes de LEDs pour un total de 256 LEDs :

un premier cercle de 32 LEDs oranges ;
un deuxième cercle de 32 LEDs jaunes ;
un troisième cercle de 32 LEDs bleues ;
un quatrième cercle de 64 LEDs jaunes ;
un cinqième cercle de 64 LEDs oranges ;
enfin un dernier cercle de 32 LEDs oranges.

Seconde question

Le mandala sera alimenté de quelle façon pour quelle autonomie ?

Un rapide calcul de la consommation des LEDs toutes allumées donne un total de 20mA par 256 LEDs soit près de 4A. Même pour une autonomie de 24h, il faudrait une batterie trop importante. Les LEDs ne doivent donc être allumées que lorsqu'un visiteur est présent et les animations doivent éviter les tableaux avec toutes les LEDs allumées à pleine puissance. En partant sur l'équivalent de deux LEDs allumées à pleine puissance tout le temps et sur une consommation du circuit d'environ 40mA nous obtenons une consommation moyenne d'environ 100mA. Avec une alimentation par 8 piles rechargeables AA de 2600MAh nous avons une autonomie d'environ un jour. Il faut donc prévoir que la carte électronique puisse entrer dans un mode d'économie d'énergie ou plus simplement un interrupteur pour éviter de décharger les piles.

Extension de fonction

Utiliser avec ZX Distance et Gesture Sensor

Préparation du projet

Cahier des charges

L'objet final sera constitué des composants ci-dessous.

une peinture de type mandala sur une planche de contre-plaqué réalisée à la gouache ;
une carte électronique centrale à base de micro-contrôleur utilisant des pilotes de LEDs ;
des petites cartes dissiminés sur l'ensemble de la peinture pour porter les LEDs, les connexions avec la carte centrale se fait par des fils passant à l'arrière de la planche ;
les boitiers de piles sont aussi à fixer à l'arrière du mandala ;
pour la détection des gestes nous utiliserons une carte "ZX Distance et Gesture Sensor" de SparkFun.

Choix techniques : matériel et logiciel

Inkscape: pour dessiner un dessin mandala

Frizing: dessiner tous les circuits imprimés et PCBs

Ardunio: programmation informatique pour contrôler les LEDs

Liste des tâches à effectuer

Les tâches à effectuer pour ce projet sont :

faire un dessin précis du mandala avec la position des cartes électronique et celles des trous pour faire passer les câbles permettant de relier les cartes, il faut aussi ajouter les ouvertures permettant d'intégrer le détecteur de gestes ;
choisir un dispositif pour contrôleur les LEDs (registre à décalage ou pilote de LEDs) ;
concevoir le circuit à base de micro-contrôleur pour contrôler les très nombreuses LEDs ;
réaliser (souder) la carte électronique et la tester ;
concevoir les cartes électroniques porte LEDs et les réaliser ;
Programmer des animations pouvant être déclenchées par le capteur de gestes.

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Tâche	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
Dessin du mandala	4														4
Contrôle des LEDs		4													4
Réalisation du circuit principal			4	4	4										12
Réalisation des circuits porte-LEDs				4	4	4									12
Réalisation du mandala							4	4	4	4	6	4	4		30
Programmation des animations														8	8

Semaine 1

Nous avons établi une première liste de matériel nécessaire pour le mandala.

Nous avons aussi utilisé le logiciel inkscape pour dessiner les éléments artistiques du mandala. Le fichier vectoriel est disponible : Media:2018_P18_Mandala Drawing.svg, l'image ci-dessous en donne un aperçu.

Semaine 2

L'encadrant en électronique a conseillé d'utiliser des circuits pilotes de LEDs pour gérer les LEDs. Nous avons préféré utiliser des contrôleurs TLC59711 et TLC5947 car ces circuits sont bien documents sur ce document [1].

Pour savoir quel circuit et à combien d'exemplaires il faut utiliser, nous devons décider du voltage d'alimentation et en déduire le nombre de sorties dont nous avons besoin.

Nous allons utiliser 8 accumulateurs à 1,2v nous disposons donc d'une tension d'alimentation de 9,6v.

Chaque sortie des pilotes va donc pouvoir contrôler 4 LEDs à 2v et 2 LEDs à 3,3v.

Pour nos cinq cercles de LEDs cela donne donc les nombres suivant de sorties nécessaires :

un premier cercle de 32 LEDs rouges (2v), soit 8 sorties nécessaires ;
un deuxième cercle de 32 LEDs oranges (2v), soit 8 sorties nécessaires ;
un troisième cercle de 48 LEDs bleues (3v), soit 16 sorties nécessaires ;
un quatrième cercle de 64 LEDs jaunes (2v), soit 16 sorties nécessaires ;
un cinqième cercle de 64 LEDs rouges (2v), soit 16 sorties nécessaires ;
enfin un dernier cercle de 32 LEDs jaunes (2v), soit 8 sorties nécessaires.

En définitive 72 sorties sont nécessaires. En choisissant des circuits TLC5947 à 24 sorties nous couvront les besoins avec 3 circuits et en laissant une marge pour ajouter des LEDs si nécessaire.

Pour tester un circuit pilote de LEDs nous avons réalisé un montage avec une plaque d'essai, une pile de 9v et un circuit d'Adafruit à base de TLC59711 (un circuit très proche du TLC5947 mais avec seulement 12 sorties).

Nous avons connecté notre montage à un Arduino et nous avons programmé l'Arduino pour allumer les LEDs sur les différentes sorties alternativement. Le code est disponible : Media:2018-P18-TestLeds.ino.zip

Voici le montage sur plaque d'essai pour allumer 8 LEDs alternativement en utilisant 4 sorties (2 LEDs par sortie). Et ça marche.

Semaine 3

Pour réaliser la carte électronique principale nous utilisons le logiciel Fritzing.

Ce logiciel ne possède pas d'empreinte pour le TLC5947. Nous devons la créer nous même.

Nous avons étudié la façon pour créer de nouvelles empreintes.

D'abord, nous avons trouvé un composant avec une empreinte de type HTSSOP 28 broches que nous pouvons transformer en 32 broches. Nous avons utilisé inkscape pour dessiner les différentes vues et puis nous importons les dessins dans Fritzing.

Pour cette séance nous nous sommes occupés de la vue "plaque d'essai" et de la vue "schématique".

schéma de la vue "breadboard" :
schéma de la vue "schematic" :

Semaine 4

Nous avons continué à réaliser l'empreinte pour un TLC5947. Voici le dessin pour la vue PCB :

Le fichier du nouveau composant est disponible : Media:2018_P18_TLC5947_v3.zip.

Pour l'utiliser il faut renommer le fichier en .fzpz et l'importer dans la fenêtre "composants" de Fritzing.

Nous avons commencé à concevoir la carte principale avec cette nouvelle empreinte.

Voila la vue "plaque d'essai" de notre circuit principal :

Le circuit avec les composants placés mais non routé :

Semaine 5

Le schématique du circuit principal :

Et le circuit finalement routé :

Le fichier Fritzing du circuit principal est disponible : Media:2018 P18 CP.zip.

Semaine 6

Les dessins pour la découpeuse laser (Media:2018_P18_Mandala_Decoupe.svg, Media:2018_P18_Mandala_Decoupe_Anneau.svg) sont représentés ci-dessous.

Circuit porte 2 LEDs :

Circuit porte 4 LEDs :

Circuit lune porte 4 LEDs :

Les fichiers Fritzing sont disponibles : Media:2018_P18_Porte2LEDs.zip Media:2018 P18 Porte4LEDs.zip Media:2018_P18_Lune.zip

Semaine 7

La semaine dernière, nous avons terminé tous les dessins sur l'ordinateur, cette semaine nous avons imprimé notre dessins sur la blaque de bois.

Et nous avons soudé des LEDs CMS aux PCBs.

Semaine 8

Nous avons continué le travail de soudage et vérifié le bon soudage avec un multimètre.

Démonstration du bon fonctionnement du circuit principal.

Media:2018_P18_demo_TLC5947.mp4

Semaine 9

Nous avons essayé de tester le capteur ZX DISTANCE AND GESTURE SENSOR.

Dans des circonstances normales, la poignée est placée 10 à 25 cm au-dessus du capteur, et nous pouvons observer les informations de position renvoyées.

Z (hauteur au-dessus du capteur) et X (position d'un côté à l'autre).

Pour la décoration du Mandala, Nous avons passé 2 semaines pour le finir. Nous avons réalisé un Mandala qui a un style de bouddhisme. Au début, nous avons utilisé la gouache pour la peinture, mais la peinture étais déborder et la gouache peinte sur le bois n'a pas l'air bien. Pour améliorer notre Mandala, nous avons acheté des paillette et des perles pour le décorer. Le Mandala devient beau après le décoration.

Semaine 10

Nous utilisons un couteau pour gratter l'isolant sur la surface extérieure du fil.

Nous connectons les deux extrémités de la carte PCB avec les interfaces positive et négative du circuit principal.

Ensuite, nous nous sommes branchés à l'alimentation électrique et nous avons constaté que de nombreuses lumières ne s'allumaient pas.

Nous avons donc vérifié et soudé un par un les connexions de câblage défectueuses.

La charge de travail de cette tâche est très importante et nous avons passé beaucoup de temps.

Semaine 11 et 12

Il reste une petite partie du travail au cours des deux semaines précédentes, et nous allons le terminer.

Nous avons fait un support du Mandala , il est réaliser par une 3D imprimerie en utilisant le logiciel Freecad pour portet les piles et le Mandala. Nous l'avons imprimé deux fois ,pour la nouvelle version, nous avons ajouté les fentes pour le ZX gesture et des fils.

Le support du Mandala est disponible: Media:Support_mandala.zip

Semaine 13

Nous avons trouvé les disposition des LEDs pour les programmer.

Semaine 14

Nous avons terminé le travail de programmation et réalisé le changement de l'ensemble du modèle Mandala contrôlé par des capteurs détectant différents gestes.

S'il vous plaît voir les documents rendus pour le code.

Nous avons conçu trois méthodes de transformation.

Dans le premier type, les lumières sont allumées de l'intérieur vers l'extérieur;

Le deuxième type, les lumières s'allument une à une dans le sens antihoraire et l'ordre du cercle intérieur à extérieur;

Le troisième type, toutes les lumières sont allumées en même temps.

Documents Rendus

Fichier:Rapport du projet p18 Mandala.pdf

Media:led_code.zip

@@ Ligne 413 : / Ligne 413 : @@
 Nous avons conçu trois méthodes de transformation.
-Dans le premier type, les lumières sont allumées de l'intérieur vers l'extérieur.
+Dans le premier type, les lumières sont allumées de l'intérieur vers l'extérieur;
-Le deuxième type, les lumières s'allument une à une dans l'ordre du cercle intérieur à extérieur;
+Le deuxième type, les lumières s'allument une à une dans le sens antihoraire et l'ordre du cercle intérieur à extérieur;
-Le troisième type, toutes les lumières sont allumées en même temps
+Le troisième type, toutes les lumières sont allumées en même temps.
 =Documents Rendus=

IMA4 2017/2018 P18 : Différence entre versions