1. Introduction

1.1 Contexte

Dans un monde où la technologie tient une aussi grande part que le nôtre, l’automatisation des systèmes devient de plus en plus importante. Que ces systèmes fassent ouvrir des portes ou avancer les transports publics, l’homme cherche de plus en plus à faciliter sa vie en essayant de trouver des solutions pour résoudre ses problèmes du quotidien. Dans le cadre de notre option complémentaire d’informatique, nous avons décidé de tenter de résoudre un problème qui affecte les personnes qui passent le plus clair de leur temps devant un ordinateur ou n’importe quel engin technologique disposant d’un écran.

1.2 Problème

Prenons l’exemple d’un homme travaillant sur son ordinateur, confortablement assis à son bureau qui se trouve, bien évidemment, dos à une fenêtre. Le projet sur lequel il est entrain de travailler va lui prendre beaucoup de temps et il doit impérativement rester concentré dessus. Notre problème survient lors d’une journée ensoleillée ou partiellement nuageuse. Effectivement, la luminosité extérieure interfère souvent avec les écrans de nos ordinateurs, provoquant ainsi des reflets lumineux extrêmement désagréables. Ce désagrément peut, bien entendu, être réglé si notre homme se lève et va fermer les stores lui-même, mais il n’a pas de temps à perdre car il ne veut pas perdre sa concentration. Nous pensons donc qu’il serait plus pratique que ce geste soit automatisé afin d’éviter de gâcher du temps à faire une tâche trop simple pour être accomplie manuellement.

1.3 Idée

Une des choses qui nous a fait penser à ce système, sont les stores du Rolex Learning Center de l’EPFL. Nous étions en train de finir nos travaux de maturité et étions à côté des grandes façades vitrés de l’édifice quand soudainement, les nuages se dissipèrent pour laisser passer des rayons lumineux qui nous dérangèrent lors de notre rédaction. Quelle ne fut pas notre joie quand nous nous rendîmes compte que les stores étaient en train de se baisser pour masquer ces rayons désagréables ! Après plusieurs recherches , nous nous somment rendus compte que chaque store était commandé indépendamment pour une luminosité générale optimale. Nous avons donc pensé à reproduire un système semblable qui serait, par contre, automatisé.

1.4 Existant

Actuellement, il existe de nombreux stores automatisés (comme celui-ci ou encore celui-là) pour permettre à leur utilisateur de régler le niveau de luminosité. Ces systèmes sont majoritairement réglables grâce à une télécommande fournie par le vendeur et ce n'est pas vraiment l'idée que nous avions en tête.

1.5 Solution

Pour résoudre ce problème, nous avons donc pensé à construire un système qui n'aurait pas besoin d'intervention humaine pour fonctionner. Un système qui n'utiliserait comme facteur que la luminosité extérieure, pour déterminer le niveau de luminosité intérieur idéal. Par la suite, nous nous sommes dit que, la tâche n'étant pas assez compliquée à notre goût, nous utiliserions un modèle de stores unique en son genre. Nous nous sommes donc inspirés de ce modèle de stores de HB Arts Métal Fusion (qui nous avait été proposé par notre professeur M.Iglesias) qui est un élément de façade double peaux à volets mobiles fabriqué entièrement en inox. Nous avons ensuite pensé à utilisé le bois, plutôt que l'inox qui était beaucoup moins facile à manipuler, et notre projet était ainsi lancé ...

2. Matériel et méthodes

2.1 Matériel

Pour réaliser ce projet nous avons traversé deux parties. La première partie consistait en l’assemblement manuel des différentes pièces, tandis que la seconde consistait dans le codage du système précédemment assemblé.

Pour la partie d’assemblage nous avions :

• Plusieurs pièces en bois fournies par M.Iglesias ayant les mêmes mesures que celles du modèle de store construit par HB Arts Métal Fusion ( le cadre étant long de 326mm, haut de330mm et large de 35mm avec une épaisseur des pièces de 10mm) ; • Différentes petites pièces permettant d’assembler ces morceaux, comme des écrous ou des vis ; • Un kit Sparkfun nous permettant de mettre en place un circuit électronique répondant aux codes insérés dans le programme Arduino Uno. Dans le kit Sparkfun fourni par le Gymnase Provence, nous avons utilisé : • Un moteur Servo tournant avec un angle précis (chose qu’un DC moteur aurait difficilement pu accomplir) les barres soutenant les carreaux ; • Une photocell servant à capter les différentes variations de luminosité. Nous aurions pu prendre un capteur de lumière plus précis et plus , mais la photocell nous est apparue comme le bon choix parce qu’elle permettait de noter les changements basiques de luminosité qui nous étaient utiles (comme jour-nuit, partiellement jour-partiellement nuit, par exemple) ; • Une résistance de 10k Ohm empêchant tout court-circuit inopportun ; • Neuf câbles permettant de relier les différentes parties du système entre elles.

2.2 Méthodes

Pour arriver à un résultat acceptable nous sommes passés par plusieurs étapes

2.2.1. Assemblage des parties en bois

Durant cette partie, nous avons monté le cadre de notre store en clouant les différentes parties en bois ensemble. Puis, nous avons fixé les 31 carreaux servant de volets sur les baguettes en bois verticales et horizontales. Pour aider dans la représentation du système voici un schéma dessiné par nous-mêmes.

2.2.2. Assemblage du système électronique

Pour cette étape il est important de bien brancher les différentes parties pour que le système fonctionne sans problèmes. Pour simplifier l'explication des branchements voici un schéma réalisé grâce au logiciel "Fritzing"

Les étapes pour assembler ce petit circuit électronique sont les suivantes :

  • Brancher à l'aide d'un câble le photocell sensor au courant (5V) ainsi qu'au pin Analog 0 (AO);
  • Insérer une résistance de 10k Ohm entre Ground (GND) et la photocell;
  • Finalement, brancher le moteur Servo au courant (5V), à Ground (GND) et au pin 9 (9).

C'est aussi simple que ça ! Maintenant arrive la partie plus complexe...

2.2.3. Mise en place d’un code

Voici les nombreuses lignes de code avec une petite phrase d'explication pour chacune d'entre elles. Pour arriver à ce code nous nous sommes inspirés de cette vidéo et l'avons ajusté à nos besoins.

#include <Servo.h> //fait comprendre au système qu’il doit se baser sur la librairie du moteur Servo (Servo library) 

Servo servo1; //crée l’instance servo 

int photocell = 0; // connecte la photocell à analog 0 avec la résistance 10k à ground (GND) 
int servoPin = 9; //connecte la pin Servo à la pin 9 
int pos = 0; //variable nommée "pos" (pour position) pour position Servo 

void setup() 
{ 
  Serial.begin(9600); //débute la connection (serial) entre Arduino et le PC
  servo1.attach(9); //joint Servo au code
} 

void loop() 
{ 
  Serial.print("Cell = "); 
  Serial.println(analogRead(photocellPin)); //envoie la lecture analog au moniteur du PC
  
  pos = analogRead(photocellPin); //règle la variable "pos" à la pin Analog de la photocell 
  pos = constrain (pos, 220, 740); //fixe le minimum et le maximum de la photocell
  
  int servoPos = map(pos, 220, 740, 255, 0); //fixe la position minimum et maximum du Servo, change le signal analog pour un signal digital 
  int servoDegree =map(servoPos, 255, 0, 0, 179); //fixe 255-0 aux angles dans lequel le servo fonctionne (un angle se trouvant  entre 0° et 179° nous donne 180 incréments)
  servo1.write(servoDegree); //Arduino note les différents angles du Servo
  Serial.print("Servo Degree = "); //indique sur le moniteur quel est l’angle du Servo
  Serial.println(servoDegree); 
  delay(50); //attend 10 millisecondes
 }

Après ces plusieurs lignes de code, le système devrait normalement fonctionner sans problème. La photocell devrait réagir normalement aux changements lumineux (en passant une main sur le capteur par exemple), tout en faisant tourner le moteur.

3. Résultats

Après plusieurs semaines de travail acharné, nous arrivons à un résultat peu convaincant. Nous ne nous sommes rendu compte qu’à la fin du travail que le Servo moteur utilisé n’était pas assez puissant pour arriver à faire tourner les baguettes soutenant les volets de notre projet. En dépit de ce problème, le reste de notre travail (comme le code ou la structure de notre store) fonctionne sans accrocs. Le système électrique Arduino marche, le code n’a aucun problème, et le tout marcherait à merveille si nous avions plusieurs moteurs ou des moteurs plus puissants comme celui-ci par exemple. Nous avons donc un prototype fini et presque fonctionnel.

4. Discussion

4.1 Résolution

La plus grande déception à la fin de notre projet est le fait que notre moteur ne soit pas assez puissant pour faire tourner les baguettes soutenant la trentaine de volets. Un moyen de résoudre ce problème serait d’attacher plusieurs moteurs au store, mais pour cela il faudrait modifier le code Arduino.

4.2 Amélioration

En dépit de ce problème, les résultats sont assez positifs. Le store lui même est encore au stade de prototype et reste assez basique. Pour l’améliorer, il serait pertinent d’utiliser des matériaux plus résistants et efficaces comme de l’acier ou de l’inox et des pièces permettant un coulissement plus fluide et efficace. Il faudrait aussi trouver un moyen de peaufiner les mouvements du moteur pour que l’on ne se retrouve pas avec un store avec des volets qui s’ouvrent et se referment sans arrêt pour chaque changement de luminosité.

4.3 Apprentissage

Ce projet nous a permis de découvrir Arduino et les différents codes et systèmes électriques possibles de manière plus pratique et précise que dans les cours de notre option complémentaire d’informatique où nous avions seulement appris les bases. Ce projet nous a donc appris de nombreuses petites formules que ne nous n’avions pas abordées lors des cours. Nous avons également appris à développer notre réflexion pratique face à un problème. Comment faire fonctionner le tout ? Quelle pièce devrait être supprimée ? etc … De plus, ce projet nous a permis de fusionner différentes connaissances et d’en développer d’autres comme les mathématiques, la physique, etc...

5. Conclusion

Le projet que nous avons accompli ne représente ici qu’un fragment de ce qui pourrait être accompli avec plus de temps et de ressources. Il ne s’agissait, dans le cadre de ce projet, que de fournir le prototype d’un système qui pourrait fonctionner sur de plus amples proportions.

Il serait possible, par exemple, de créer un système de ce type pour un bâtiment, mais il faudrait augmenter la taille et l’efficacité des photocells et des autres composant du système. On pourrait également utiliser des moteurs plus puissants ou optimiser la forme du store pour lui permettre d'être plus facilement intégrable à la façade d'un bâtiment.

L'utilité d’un tel projet est sans fin. Il pourrait être adapté à n’importe quel bâtiment disposant de fenêtres et où il est important de régler le niveau de luminosité intérieur, par exemple dans un hôpital, un bloc d’appartements, un bureau ou encore une école. En outre, nous pourrions modifier un facteur du système et créer une autre fonction pour ce dernier pour qu'il agisse dans un contexte différent. Par exemple le système pourrait être utilisé pour modifier les faces d’une grille d’aération qui s’ouvriraient ou se fermeraient selon la chaleur d’une pièce. Pour cela il faudrait utiliser un autre capteur et placer différemment les moteurs mais l'idée de base qui est de modifier les faces d'un objet en raison d'un niveau de situation (chaleur, luminosité, mouvement, etc...) reste toujours la même. Le système est donc modifiable selon les besoins et le contexte à la guise de l'imaginaire de celui qui met en place le système.