IMA3/IMA4 2018/2020 P17

Présentation générale

Ce projet est mené en collaboration avec Marion Binninger, ergothérapeute à APF (Association Paralysés de France) Environnement et encadré par Alexandre Boé , Xavier Redon , Thomas Vantroys. Selon l'organisation mondiale de la santé (OMS) environ 1.25 millions de personnes meurent chaque année des suites d'accidents de la route . Dans le cas particulier des enfants ce problème est à prendre avec beaucoup de sérieux étant donnée la circulation de plus en plus dense dans le monde . Notre projet a pour but de mettre un accent sur les difficultés attentionnelles des enfants,qui sont un frein à leurs déplacements et à l'autonomie et de trouver une solution .

Description

Ce projet a pour but d'aider un jeune ayant d'importantes difficultés attentionnelles et des réactions impulsives à se déplacer en ville . Étant donné plusieurs cas réels, due à l'inattention des enfants en traversants la rue ,on a pensé à étudier différentes solutions à base de capteurs (luminosité, son, voire caméra) pour remonter une alarme lors de l'approche d'une rue.

Objectifs

Le principal déficit d'attention à corriger est la traversée de rues et pour cela nous avons pour objectifs de :

• choisir des capteurs appropriés à la détection de l'approche des voitures .
• définir les conditions de réaction des capteurs (intensité des sons , distance....).
• analyser la réponse des capteurs et la comparer aux consignes que nous auront définies .
• Selon le résultat de la comparaison , une alerte doit être déclenchée si nécessaire pour attirer l'attention de la personne concernée .

Analyse du projet

Analyse du premier concurrent

Notre premier concurrent serait l'accompagnant de l'enfant tel que les parents,la nounou.

Avantages :

• avoir une personne consciente comme accompagnant est certainement plus sécurisé et donne aux parents plus de garantie sur l'état de leur enfant .
• avoir une personne qui s'adapte aux différentes situations qui se présentent et trouve des solutions adéquates .
• éviter une grosse dépense pour notre produit .

Inconvénients :

• limite l’indépendance de l'enfant et donc son autonomie dans la rue .
• éviter que l'enfant soit éternellement assisté ce qui provoquerait à la longue des problèmes en confiance en soi .
• le tuteur doit être toujours disponible ce qui n'est pas toujours facile .

Analyse du second concurrent

Notre second concurrent serait Direct Line, une société d’assurance qui a collaboré avec le cabinet d’architecture Umbrellium pour créer un nouveau «Smart Crossing», baptisé Starling Crossing, conçu pour aider à maintenir la sécurité des piétons. En effet, encore sous une forme de prototype , ce nouveau <smart crossing> n'est pas encore appliqué dans notre vie quotidienne. Avantages:

• Il est apte à satisfaire tous les cas possibles sur le trafique.
• Il n'est pas restreint à un type de personnes.
• Il est disponible à tout moment, car il est appliqué sur la route.
• C'est l'Etat qui sponsorise l'application de ce produit.

Inconvénients:

• Le Coût de l'application du produit est excessivement cher.
• Il utilisent énormément de capteurs, de cameras ... , qu'une panne peut endommager le fonctionnement du système.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Je m'appelle Nino, je suis un petit garçon plein de vie, j'aime m'amuser avec mes amis. Mes parents me laisse aller à l'école tout seul, comme un grand garçon, j'aime beaucoup car je rencontre mes amis en chemin. Mais.. depuis mon accident, je ne suis plus aussi indépendant, mes parents m'ont pris une nounou qui me dépose tous les matins à l'école car depuis mon accident j'ai des troubles attentionnels, je perds très vite ma concentration et donc mes parents ont vraiment peur de me laisser traversé la route tout seul. Cependant, depuis peu ils m'ont achetés un "..." et son utilisation est tellement facile, il me permet de reprendre ma concentration surtout lorsque je traverse la route, il m'alerte losqu'une voiture se rapproche de moi. Ainsi, mes parents n'ont plus peur de me laisser partir à l'école seul comme un grand, je suis si content, mon accident m'avait enlevé mon indépendance et aujourd'hui, je me sens comme les autres enfants.

Questions difficiles

• quelles types de capteurs doit-on utiliser pour réaliser ce projet ? (répondu en partie préparation de projet)
• comment choisir le type d'alimentation pour maintenir le fonctionnement du dispositif toute la journée sans devoir utiliser bes batteries lourdes ?
• Comment faire pour assembler les composants dans une carte électronique assez petite pour ne pas être encombrant?

Réponses aux Questions difficiles

• Le dispositif étant destiné à un usage quotidien et pour pallier au problème d'autonomie, nous pouvons utiliser une batterie rechargeable qui tiendra en autonomie pendant toute l'utilisation par l'enfant.
• Pour réduire l'encombrement du dispositif, nous voulons dessiner un schéma PCB sur le logiciel Altium.

Bibliographie et webographie

• https://www.evolving-science.com/environment-smart-cities/smart-crossing-designed-make-pedestrians-safer-00429
• http://umbrellium.co.uk/initiatives/starling-crossing/
• https://www.carnetdumaker.net/articles/mesurer-une-distance-avec-un-capteur-ultrason-hc-sr04-et-une-carte-arduino-genuino/#principe-de-fonctionnement-du-capteur

Préparation du projet

• <<Que choisir entre LIDAR ,RADAR et ultrasons ? Quel est le plus adéquat pour notre projet ?>>
  • Que souhaite-on mesurer? la distance entre l'enfant et les voitures.
  • Quelle condition environnementale? Un environnement urbain.
  • Quelle distance entre l'émetteur et la cible? Environ plus de 50m.

• ULTRASON:

La mesure par ultrason est basé sur les ondes sonores, ils sont insensibles aux couleurs, à la brillance et à la transparence. Cependant, son utilisation est adéquat pour une surveillance de volume et pour les distances courtes moins de 8m.

• LIDAR:

La mesure par lidar est basé sur la détection et l'estimation de la distance par la lumière. il s'agit d'une technologie de mesure à distance fondée sur l'analyse des propriétés d'un faisceau de lumière renvoyé vers son émetteur. Cette    technique est parfaite lorsqu'on souhaite une indication de position précise, elle est idéale pour les petits objets et à une distance allant jusqu'à 200m. L'utilisation de la technologie LiDAR 2D ou 3D est adéquate lorsqu’une indication de  position précise ou une classification d’objet sera requise, ou bien lorsqu’une grande zone de numération sera impérative (Champs de vue horizontal jusqu’à 360°, Champs de vue vertical jusqu’à 15°). Par contre, il est vivement déconseillé d’utiliser cette méthode sur de l’eau, ou dans un environnement difficile (fortes chutes de neige, pluie, brouillard, poussière…).

• RADAR:

Le fonctionnement du RaDAR est proche de la technologie par ultrasons, il  permet de calculer la distance, le mouvement et l’angle. Le radar va devoir mesurer à plusieurs reprises. Les données vont être comparées et vérifiées, et si les résultats sont identiques alors l’objet sera reconnu. C’est ce que l’on appelle le suivi (ou tracking). La technologie RaDAR sera préconisée pour la détection d’objet volumineux car il y aura une plus grande surface de réflexion (RCS) et sera donc plus facile à détecter. L’objet à détecter sera de préférence métallique (le métal étant un réflecteur parfait pour cette technique de mesure). Le RaDAR est capable de mesurer de grands volumes jusqu’à plusieurs dizaines (voir centaines) de mètres, mêmes dans des conditions météorologiques extrêmes (pluie, neige , etc).

• <<Quels capteurs sont adéquats pour notre projet?>>:
  • HB100 microwave : détecte la distance et calcule la vitesse de tout les objets qui se trouvent dans un rayon de 16m avec un angle de 72° horizentalement.
  • Capteur infrarouge C7288 ou Amg8833: detécte la présence des personnes et/ou d'animaux à une distance maximale de 7m.
  • utilisation : le capteur amg8833 détecte la présence

• Conclusion:

D'après l'analyse de ces trois types de captations, il en découle que le radar est le plus adéquat à notre projet. En effet, nous aurons besoin d'une grande surface de réflexion, et notre cible principale sera les voitures.

Cahier des charges du groupe

Pour répondre aux besoins de l'enfant souffrant de troubles attentionnels ,on propose:

• Pour le calcul de la vitesse des voitures, on utilisera un capteur .
• Pour alerter l'enfant du danger (voitures, vélos...) on utilisera une vibration ou une alarme .
• Pour assurer l'énergie qui sera consommée par notre produit, on utilisera une batterie qui doit être légère.
• Pour implanter l'algorithme, on utilisera un arduino.

Cahier des charges des équipes

Equipe 1

Hua Jing et Mahmoudi Sanae :

• Ecriture de code .
• Branchement de dispositif: Arduino , capteur ultason , vibreur.
• Tester des programmes .
• Améliorer le fonctionnement du programme .

Equipe 2

Raouto Emilie

• Recherche des informations sur le dispositif et répondre aux questions suivantes  :quel est le meilleur capteur à utiliser, quel types d'alimentation il faut utiliser ,
• Remplissage de WIKI .
• Préparations des questions à poser lors de la visite de l'enfant ;
• rejoindre l'équipe 1 pour améliorer le code .

Choix techniques : matériel et logiciel

Pour réaliser notre projet, on veut tester notre idée avec un capteur ultrason un vibeur et un Arduino

Equipe 1 & Equipe 2

CAPTEUR HC-SR04

Le capteur HC-SR04 est un capteur à ultrason low cost. Ce capteur fonctionne avec une tension d'alimentation de 5 volts, dispose d'un angle de mesure de 15° environ et permet de faire des mesures de distance entre 2 centimètres et 4 mètres avec une précision de 3mm (en théorie, dans la pratique ce n'est pas tout à fait exact).

Pour l'information de ce capteur on a trouvé plusieur sites comme https://randomnerdtutorials.com/complete-guide-for-ultrasonic-sensor-hc-sr04/
                                                                  https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ultrasonic-sensor-hc-sr04/

Le MONTAGE

  L'alimentation 5V de la carte Arduino va sur la broche VCC du capteur.  
  La broche GND de la carte Arduino va sur la broche GND du capteur.
  La broche D2 de la carte Arduino va sur la broche TRIGGER du capteur.
  La broche D3 de la carte Arduino va sur la broche ECHO du capteur.
  La broche D9 de la carte Arduino est connectée à un vibreur .

Liste des tâches à effectuer

Equipe 1

• 1.Connaĩtre le datasheet de capteur ultrson qu'on a choisi.
• 2.Connecter des branches de capteur ultrason, vibreur et Arduino
• 3.Tester le vibreur
• 4.Tester le capteur avec le code exemple pour mesurer le distance
• 5.Ajouter le code de calculer la vitesse selon distance
• 6.Installer le condition de activer le vibreur
• 7.Améliorer le programme pour fonctionner bien

Equipe 2

• 1.Chercher des informations des différents capteurs sur Internet
• 2.Comparer les capacités entre des capteurs
• 3.Trouver le capteur qui satisfait meilleur notre projet
• 4.Chercher des informations pour répondre les quesions difficiles
• 5.Remplir le reste de Wiki
• 6.Préparer des qustions pour enfant
• 7.Améliorer le code dont Equipe 1 a fait

Calendrier prévisionnel

Le calendrier prévisionnel peut se concrétiser sous la forme d'un diagramme de GANTT.

Réalisation du Projet

Projet S6

Eventuellement créer des sous-pages par équipe avec le compte-rendu des réunions de groupe sur cette page principale.

Semaine 4

Lecture de sujet
Poser le maximum de questions pour bien comprendre le sujet .
Débuter  le sénario d'usage.
recherche  de différentes solutions pour notre problème.

Semaine 5

Recontre avec Mme ".." pour  mieux comprendre le sujet et améliorer le sénario d'usage .
bien comprendre les attentes de l'enfant .
Familiarisation avec le type de solution qu'on peut utiliser à l'aide de cartes (photos => Sénario dusage ).

Semaine 6

Recherche de types de captation entre(LIDAR,RADAR et Ultrasons ) et caractéristiques de chacun d'eux et par conséquent nous avons choisi d'utiliser le RADAR car ses caractéristiques correspondaient à nos attentes .

Semaine 7

Débuter le code .
Branchement entre arduino, capteur et keyboard .

Semaine 8

Continuer le code et le tester .
Ajout de la vibreur dans notre Montage .

Semaine 9

Connection de la vibration sur l'arduino (broche ~9).
Structuration du programme en sous-programmes.
Adaptation du programme pour prendre en compte la vibration ,si la vitesse est supérieure à 20cm/s.

Semaine 10

• Améliorer le code et s'assurer que ça fonctionne bien.
• corriger tous ce qui manquait sur le Wiki.

const byte TRIGGER_PIN = 2; // Broche TRIGGER 
const byte ECHO_PIN = 3; // Broche ECHO
const byte vibration = 10; //Beoche vibreur
const unsigned long MEASURE_TIMEOUT = 25000UL; // 25ms = ~8m à 340m/s   Constantes pour le timeout  
const float SOUND_SPEED = 340.0 / 1000;   //Vitesse du son dans l'air en mm/us
long distance0 = 0; 
int cpt =0;  
void setup() {
/* Initialise le port série */
Serial.begin(115200);
/* Initialise les broches */
pinMode(TRIGGER_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW); // La broche TRIGGER doit être à LOW au repos
pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
pinMode(vibration, OUTPUT);
digitalWrite(vibration,LOW);
} 
float test_dis()  //mesurer la distance et calculer la vitesse
{
/* 1. Lance une mesure de distance en envoyant une impulsion HIGH de 10µs sur la broche TRIGGER */
digitalWrite(TRIGGER_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);
/* 2. Mesure le temps entre l'envoi de l'impulsion ultrasonique et son écho (si il existe) */
long measure = pulseIn(ECHO_PIN,HIGH, MEASURE_TIMEOUT);
 delay(1000);
/* 3. Calcul la distance à partir du temps mesuré */
float distance_mm = measure / 2.0 * SOUND_SPEED;
return distance_mm;
}
void loop() {
if(cpt > 1 )  
{
  digitalWrite(vibration,HIGH);  //si il y a deux 0.5s on trouve la vitesse > 5.0 on active vibration
  cpt = 0;
  delay(1000);
}
if(cpt==0)
{
  digitalWrite(vibration,LOW);
}
float dis0=test_dis();      //mesurer la distance ancient en mm
Serial.print(F(" Distance0: "));
Serial.print(dis0/10);
delay(100);     //attendre 0.5s pour mesurer le 2ème distance
float dis1=test_dis();   //mesurer la distance nouvelle en mm
Serial.print("cm  Distance1: ");
Serial.print(dis1/10);
Serial.print("cm ");
float vitesse_cm_s=( (dis0 - dis1 ) / 10.0) * 10 ;  
if(vitesse_cm_s > 5.0)
  cpt=cpt+1;    //chaque fois la vitesse est > 5.0 cm/s cpt s'incrmente 1 
else
  cpt = 0;
Serial.print(F(" Cpt: "));
Serial.print(cpt);
Serial.print(F(" Vistesse: "));
Serial.print(vitesse_cm_s);
Serial.println(F(" cm/s"));
/* Délai d'attente pour éviter d'afficher trop de résultats à la seconde */
delay(100);// en ms
}

Semaine 11

• • Fabrication du boitier:

 Nous avons pris rendez-vous au fabricarium, on a fait une formation d'une heure pour apprendre à utiliser la découpe laser.

A l'issue de cette formation, nous avons pris des mesures adéquates pour fabriquer le boitier qui abritera les éléments de notre dispositif. De ce fait, nous avons fait en sorte que le boitier soit le plus petit possible pour permettre qu'il soit facilement transportable.

Semaine 12

Rendez-vous chez l'enfant:

 Nous sommes aller rendre visite à l'enfant, cette rencontre était bénéfique pour nous. Premièrement, nous avons pu échanger avec l'enfant et sa tutrice, après cet échange, on a pu éclaircir nos idées sur ses besoins et nous avons découvert que son bras gauche est moins actif, nous avons dû modifier la structure du produit. Ensuite, nous avons pu tester le prototype de notre produit et avoir les remarques de la tutrice. Et pour finir, grâce à sa tutrice, nous avons eu d'autres recommandations dans le but de répondre parfaitement aux besoins de l'enfant parmi lesquelles:

       -Une alerte sonore/vocale
       -Téléphone comme gps
       -Informer l'enfant qu'il peut traverser(car il reste longtemps dans la vérification)