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Tout commence par un plan
Tout commence par un plan
Figure. 1. Croquis préliminaire de la mini serre automatisée.
Nous avons prévu de mettre en place une mini-serre automatisée qui optimisera la germination des semences de tomates.Le seul contrôle qu'on doit assurer, c'est la programmation rigoureuse du micro:bit selon les paramètres assurant les conditions optimales. Ainsi, une fois le programme téléchargé sur le micro:bit la gestion des différents paramètres en notre absence sera automatisée. Par conséquent, l'obstacle pour la mise en place de ce projet serait d'arrimer la programmation du micro:bit, le matériel disponible pour la construction de la serre, les conditions optimales pour la germination des semences et les contraintes imposées par les consignes. Pour assurer la réussite de notre processus, nous avons prévu des étapes préliminaires :
La serre à construire aura les dimensions suivantes : 30 cm en largeur, 30 cm en longueur et 30 cm en profondeur.
Nous aurons à programmer trois boucles, la première boucle étant celle prévue pour la régulation de l'humidité du sol, la deuxième boucle étant celle prévue pour la régulation de la température et l'humidité à l'intérieur de la serre et la troisième boucle étant celle prévue pour la régulation de l'intensité de lumière à l'intérieur de la serre.
Nous avons prévu d’imprimer deux pièces fonctionnelles à l’aide de l’imprimante 3D, cette impression sera faite à travers des DAO réalisés à l’aide du logiciel Tinkercad.
Nous avons aussi pensé à découper deux côtés avec la découpeuse au laser, afin de mettre en application ce qu'on avait appris au début du cours.
Le processus de création
Le processus de création
Conception
Conception
Toutes les pièces de notre serre ont été dessinées par ordinateur avec le logiciel Tinkercad.
Assemblage
Assemblage
L'assemblage final et l'ajustement des différentes pièces ont été complétés en classe. Nouas avons commencé par assembler les pièces imprimées à l'aide d'une imprimante 3D. Nous avons ajouté des feuilles d’acétate pour maximiser l’exposition à la lumière et nous avons également collé les panneaux en Plexiglas au toit de la serre.
Fabrication
Fabrication
L'impression, des prototypes et des pièces finales de la serre, a été réalisée à l'aide d'une imprimante 3D "Ultimaker 2+" en utilisant du plastique PLA. Les pièces qui ont servi pour construire notre serre ont été toutes dessinées avec Tinkercad et imprimées à l’aide d’une imprimante 3D. Pour atteindre le résultat final, nous avons dessiné et imprimé vingt-cinq pièces en plastique PLA.
Le matériel utilisé pour mettre en place les sous-systèmes de gestion de la serre.
Le matériel utilisé pour mettre en place les sous-systèmes de gestion de la serre.
IMG_5999.MOVLe sous-système de la régulation de l'humidité du sol : effecteur (Pompe à eau liée à un relais) et un capteur de l'humidité du sol.
Le sous-système de la régulation de la luminosité : l'effecteur (bande de Del) et le capteur de luminosité intégré dans le microbit.
Le sous-système de la régulation de température et de l'humidité de l'air : les effecteurs (le servomoteur et le ventilateur) et le capteur de température et de l'humidité DHTT11/DHTT12.
La programmation
La programmation
Afin de programmer les boucles de contrôle des sous-systèmes de gestion de notre serre, nous avons eu recours à l'usage de la plateforme gratuite "Makecode". Nous partageons avec vous le lien qui donne accès à notre code final : https://makecode.microbit.org/10591-78047-62841-99547 .
Figure.2. La programmation Makecode de la boucle qui contrôle le sous-système de la régulation de température et de l'humidité de l'air.
La figure 2 montre la boucle de programmation qui assure contrôle le sous-système de la régulation de température et de l'humidité de l'air. Cette boucle est régie par les données du capteur DHT11 (température/humidité). Dès que l'humidité à l'intérieur dépasse 70 % ou que la température est inférieure à 19OC ou supérieure à 25OC , la boucle actionnera le servomoteur ainsi que le ventilateur. Leurs actions combinées permettent un recycle de l'air à l'intérieur de la serre.
Figure.3. La programmation Makecode de la boucle qui contrôle le sous-système de régulation de la luminosité .
La figure 3 montre la boucle de programmation qui assure un prolongement de la période de lumière. Dès que le micro;bit détecte une luminosité inférieure à 125 la boucle est activée. Cette boucle comporte une minuterie. Tant que la valeur "Temps" est inférieure, l'éclairage artificiel se poursuit. La durée de cette condition est de trois mille six-cents secondes, donc une heure.
L'autorégulation
L'autorégulation
Tout au long du processus de création, nous avons dû tester nos boucles de programmations. Parallèlement, nous avons également dû ajuster ou modifier certaines composantes de la serre.
Test
Test
Test des différentes boucles de programmation. Des ajustements ont dû être apportés au niveau des boucles de programmation et des ports utilisés.
Modification sur le terrain
Modification sur le terrain
Certaines pièces ont nécessité des modifications "maison" sur le terrain. Certaines autres pièces ont dû être carrément réimprimées pour pouvoir s'assembler avec les autres.
Un aperçu sur notre serre finale
Notre mini serre automatisée
Notre mini serre automatisée
Figure.4. Schéma de principe du sous-système de régulation de la température et de l'humidité.
Les liaisons et les transitions en lien avec le servomoteur (section A ):
La rotation de l'hélice du servomoteur va déclencher une série de mouvements qui engendreront l'ouverture du toit pour laisser échapper l'air piégé dans la serre. En premier lieu, le servomoteur va permettre la conversion d'une force électrique en une force mécanique rotative qui va être perceptible à travers la rotation de l'hélice. En deuxième lieu, les tiges noires qui sont accrochées à l'hélice vont faire une rotation induite par la force mécanique exercée par l'hélice, ce qui va provoquer à son tour une translation guidée par les petites tiges rouges collées aux panneaux mobiles jaunes. En troisième lieu, une fois, les tiges noires effectuent la translation déjà décrite, ils vont provoquer une force mécanique qui va permettre la rotation des panneaux mobiles du toit de la serre, ces panneaux sont accrochés au toit à l'aide d'une liaison partielle qui laisse un degré de liberté. La liaison qui existe entre le toit et les panneaux mobiles peut être considérée comme étant une articulation, car elle permet la rotation partielle des panneaux et empêche ainsi leurs translations.
Les liaisons et les transitions en lien avec le ventilateur (section B):
Le ventilateur composé principalement d’un moteur et d’une hélice va permettre la conversion d'une force électrique en une force mécanique rotative qui va être perceptible, comme pour le servomoteur, à travers la rotation de l'hélice. Cette rotation va engendrer les dégagements de l’air piégé dans la serre.
Description de la serre automatisée finale
Description de la serre automatisée finale
Figure.5. Schéma de construction de notre mini serre automatisée
Les dimensions de notre serre sont de 19,5 cm de largeur, 19 cm de hauteur et 28 cm de profondeur. Toutes les pièces structurelles ont été imprimées en plastique PLA. Sur le schéma de construction nous avons ajouté les symboles des liaisons existantes, ainsi que les matériaux de construction (voir la figure 5). Pour les parois extérieures, nous avons utilisé des acétates transparents. L'extrémité de la serre qui supporte les différentes composantes d'automatisation a également été créée avec l'impression 3D. Chaque composante possédant son emplacement pour y être fixée. Des ouvertures permettent également de placer un certain capteur à l'intérieur de la serre tout en laissant le micro:bit à l'extérieur. Trois ouvertures permettent respectivement les branchements de la bande de DEL, du capteur DHT11 (température/humidité) et du capteur d'humidité du sol. Une quatrième ouverture permet de fixer le servomoteur qui assurera l'ouverture des volets et de sortir le connecteur de la serre pour le brancher au micro:bit. Une sixième ouverture a été intégrée au mur ainsi qu'une plateforme intérieure pour accueillir le ventilateur. Finalement, une ouverture circulaire permet de faire passer le tube d'arrosage. Bien que les dimensions autorisées étaient de 30 cm X 30 cm X 30 cm, nous avons construit une serre plus petite, car le plateau de l'imprimante est limité aux dimensions de 20 cm X 20 cm. Nous avons donc conçu des pièces à l'intérieur de ces mesures.
Bibliographie (Liens vers les photos intégrées sur la page web)
Image en tête de page : https://recitas.ca/wp-content/uploads/2019/05/Robotique_1000x400.png.
Image du sous-titre "tout commence par un plan" : https://www.bluentcad.com/images/Architectural-CAD-Drafting-1200x800.jpg.
Image du sous-titre "programmation" : https://store-images.s-microsoft.com/image/apps.14665.14214668852112265.f521d3ac-f40d-42ee-a061-ac4379aa2942.eebd5454-0363-4cbd-96ac-e518431b5e3a?mode=scale&q=90&h=300&w=300.
Image du sous-titre "autorégulation" : http://rire.ctreq.qc.ca/wp-content/uploads/2019/07/question-2004314_1280.jpg.
Image du sous-titre "description de la serre" : https://www.botanix.com/gpc/_media/Image/2020227145816/tomate-cerise-solanum-lycopersicum-rapunzel_660x0.jpg.
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