SII-Technologie collège

Bac à piles communicant

01 / 06 / 2021 | Denis Pichot

Dans le programme de Technologie, il nous est demandé de faire réaliser par les élèves à l’issue du cycle 4 un prototype d’objet communicant d’une manière collaborative. Le programme met aussi l’accent sur la protection de l’environnement et sur la démarche design du produit.
Le projet de bac communicant récupérateur de piles en vue de leur recyclage aborde tous ces aspects et permet aux élèves de les étudier en cours.

Le problème

Nous avons vu en cours que les piles que nous utilisons pour de nombreux appareils ne peuvent pas être simplement jetées à la poubelle en fin de vie car elles sont extrêmement polluantes et contiennent, de plus, de nombreux matériaux qui peuvent être valorisés par le recyclage.

Il est difficile à chacun de se rendre en déchetterie à chaque fois que l’on a des piles en fin de vie et leur stockage peut être dangereux (fuites de produits corrosifs...).
Nous allons étudier un système de récupération des piles usagées dans lequel chacun pourra se débarrasser des modèles les plus courants (1,5V (AA et AAA), 9V et piles « boutons »). Ce système sera installé dans un endroit accessible (hall du collège, loge du gardien, ...). Il sera réalisé essentiellement dans des matériaux recyclés ou recyclables mais qui peuvent aussi résister aux contraintes d’utilisation (chocs, corrosion par produits chimiques, ...). Pour des facilités d’utilisation ce système sera communicant, c’est-à-dire que j’aurais sur mon téléphone une application qui m’indiquera en temps réel le niveau de remplissage du bac de récupération et ainsi je ne me déplacerais pour le vider que quand ce sera utile.

L’étude et la réalisation de ce bac à piles communicant va être organisé en plusieurs étapes qui, même elles semblent très nombreuses, sont individuellement très accessibles techniquement, rapides à mettre en œuvre et permettent d’étudier les points du programme et étant un peu spectaculaires ce qui valorise le projet aux yeux des élèves.

Etape 1 : le site internet Thingspeak (https://thingspeak.com/)

ThingSpeak est une API et une application open source pour « l’Internet des objets », permettant de stocker et de collecter les données des objets connectés en passant par le protocole HTTP via Internet ou un réseau local. Cette application permet aussi la mise en forme des données récoltées. Nous allons ouvrir des comptes gratuits pour les projets en utilisant des mails temporaires pour respecter la RGPD (https://temp-mail.org/fr/). Chaque compte gratuit permet d’ouvrir quatre canaux.
Nous allons donc ouvrir un canal sur le site, le rendre public en le partageant, choisir un visuel et le paramétrer et enfin éditer une clé que nous allons reporter dans notre programme.
Vous trouverez ci-dessous la liste des tutoriels avec la description des contenus :

 

Tutoriels pour Thingspeak :
Ressource ThingSpeak 01 : Interface (4-05-resthingspeak-01-interface.pdf)
Ressource ThingSpeak 02 : Paramétrage (4-05-resthingspeak-02-parametrage.pdf)
Ressource ThingSpeak 03 : Modifier le paramétrage (4-05-resthingspeak-02a-modifier les parametrage.pdf)
Ressource ThingSpeak 04 : Partage (4-05-resthingspeak-03-partage.pdf)
Ressource ThingSpeak 05 : Visualisation (4-05-resthingspeak-04-visu.pdf)
Ressource ThingSpeak 06 : Visualisation du bac à piles (4-05-resthingspeak-05-visu bac a piles.pdf)
Ressource ThingSpeak 07 : Clés (4-05-resthingspeak-06-cles.pdf)

Etape 2  : la programmation en ligne sur Tuniot (http://easycoding.tn/tuniot/demos/code/?lang=fr)

Tuniot va nous permettre de réaliser la programmation par blocs de notre NodeMCU ESP8266, qui est le microcontrôleur équipé d’un module Wifi, directement en ligne et sans inscription.
Une fois sur le site, nous allons importer le fichier de départ du programme du bac à piles au format XML que nous allons compléter en insérant les renseignements nécessaires.

Tutoriels pour réaliser le programme :
Ressource TUNIOT 01 : Interface (4-05-restuniot-01-interface.pdf)
Ressource TUNIOT 02 : Le circuit du bac à piles (4-05-restuniot-02-bac a piles.pdf)
Ressource TUNIOT 03 : Importer un fichier XML (4-05-restuniot-03-import XML.pdf)

 

Fichier de travail :
Fichier de départ du programme du bac à piles (TUNIOT bac a piles debut.xml)

Pour transférer le programme sur la carte NodeMCU ESP8266, nous allons avoir besoin du logiciel Arduino avec les extensions pour l’ESP8266. Pour des raisons pratiques et éviter les installations, nous pouvons télécharger une version d’Arduino dans laquelle les extensions sont déjà présentes. A cette adresse vous pourrez télécharger ce logiciel. Il ne nécessite pas d’installation, une fois décompacté on lance Arduino.exe en cliquant dessus ou en faisant un lien.
https://duinoedu.com/arduinoaugmente-default.html

Tutoriel pour le téléversement :
Ressource Arduino : Transfert du programme dans le NodeMCU (4-05-resarduino-01-Transfert.pdf)

Documents de recherche :
Etude 4/5 : Le programme (4-05-Etude 4a-Programme.pdf)

 

Etape 3 : câblage et test du circuit

Voici le schéma de câblage du circuit du bac à piles. Il est composé principalement de trois éléments :
La carte microcontrôleur NodeMCU ESP8266 V2 (environ 7€ chez les fournisseurs habituels). Cette carte est équipée d’un module de communication Wifi, de 16 entrées/sorties numériques (toutes PWM) et d’une entrée analogique. La programmation sera faite en ligne sur le site TUNIOT et le transfert se fera avec le logiciel Arduino comme précisé au chapitre précédent.
Le capteur à ultrasons HC-SR04 (environ 1,5€ chez les fournisseurs habituels). Le câblage sera fait avec 4 câbles Dupont Femelle-Femelle.
L’alimentation est assurée par une batterie de secours rechargeable pour portable type « Powerbank » (environ 3€ dans les magasins de distribution de produits à petits prix pour la maison et la famille). Le câble USB est fourni, il sert à l’alimentation du circuit et à la recharge de la batterie.

Tutoriels pour réaliser le circuit :
Ressource NodeMCU : La carte NodeMCU ESP8266 (4-05-resnodemcu-01-cartenodemcu.pdf)
Ressource NodeMCU : Le circuit du bac à piles (4-05-resnodemcu-02-circuit.pdf)

 

Chaine Youtube pour en savoir plus sur le NodeMCU ESP8266 :
https://www.youtube.com/watch?v=8hxizG__ls4&list=PLfPtpZzK2Z_SxpxhpP6HC6pOXgxO4kDVi

Etape 4 : réalisation de l’application Androïd sur App Inventor (http://code.appinventor.mit.edu/login/ )

App Inventor va permettre de réaliser une application Andoïd au format APK téléchargeable sur les smartphones équipés de ce système.
En allant sur le site http://code.appinventor.mit.edu/login/, les élèves peuvent ouvrir un compte en ne laissant aucunes données personnelles pour respecter le RGPD en cliquant sur Continue without an account, mais ils doivent noter précieusement le code de Revisit qui leur est affecté car il n’y a pas moyen de le retrouver. Ce code de Revisit leur permettra d’accéder au compte quand ils reviendront dessus.

 

Le premier travail va consister à charger dans le logiciel en ligne un fichier un fichier de départ au format AIA (fichier de travail modifiable) pour le compléter et l’enrichir et en faire un fichier au format APK (fichier compilé) qui affichera le niveau de remplissage du bac à piles.

Tutoriels pour réaliser l’application Androïd sur App Inventor :
Ressource App Inventor : Le bac à piles (4-05-0-resappinventor-bac a piles.pdf)
L’interface d’App Inventor (4-07-Ressource 01 interface App Inventor.pdf)
Ajouter une image (4-07-resappinventor-01-ajoutimage.pdf)
Finaliser et transférer l’application (4-07-resappinventor-02-finalisation transfert.pdf)
APK et AIA (4-07-04 import export.pdf)

Fichier de travail :
Fichier de départ de l’application Androïd (Bac_piles.aia)

 

Documents de recherche :
Etude 5/5 : L’application Androïd (4-05-Etude 5a-Interface.pdf)

Etape 5 : étude et réalisation des couvercles de dessus et de dessous du bac à piles

Le travail va consister à étudier des formes possibles pour les couvercles de dessous et de dessus du bac à piles en commençant par des croquis au crayon puis en s’appuyant sur ces croquis (documents de recherche) pour modifier des fichiers de départ sur Charlygraal afin de réaliser ces couvercles dans du PVC recyclé sur Charlyrobot.
Ce travail prendra appui sur le cahier des charges des différentes pièces (voir le chapitre Projet).

Fichier de travail :
Fichier de départ du couvercle de dessus (depart dessus.grl)
Fichier de départ du couvercle de dessous (depart dessous.grl)

Documents de recherche :
Etude 1/5 : Le couvercle de dessus (4-05-Etude 1a-Dessus bac a piles.pdf)
Etude 2/5 : Le couvercle de dessous (4-05-Etude 2a-Dessous bac a piles.pdf)

 

Etape 6 : étude et réalisation du support de circuit et de capteur (https://www.tinkercad.com/)

Le travail consiste à réaliser l’étude en 3D du support qui permettra le maintien du NodeMCU et du capteur à ultrasons. Ce travail sera d’abord réalisé au crayon par un croquis puis sur un modeleur 3D en ligne. Le problème consiste à relier les deux parties rouges pour n’en faire plus qu’une seule. Lorsque le dessin est achevé on supprime les pièces qui matérialisent les contraintes (microcontrôleur, capteur, barre jaune, ...), on associe les éléments pour n’avoir plus qu’une seule pièce puis on exporte cette pièce au format STL pour pouvoir l’imprimer en 3D.

Pour pouvoir organiser le travail, il faut avoir un compte sur Tinkercad. Dans ce compte on peut créer des classes pour que les élèves n’aient pas à créer leur propre compte et laisser en ligne des données personnelles. On peut les nommer ele01, ele02, etc. leurs pseudos sont générés automatiquement et ainsi ils restent anonymes.

Lien vers le fichier de travail de départ du support :
https://www.tinkercad.com/things/2xScVhZs44m

Documents de recherche :
Etude 3/5 : Le système de maintien du circuit (4-05-Etude 3a1-Systeme de maintien du circuits.pdf)

Tutoriels pour créer un compte et se connecter sur Tinkercad :
S’inscrire pour le professeur (6-03-Ressource Tinkercad - 00a - S’inscrire.pdf)
Se connecter et gérer des classes pour le professeur (6-03-Ressource Tinkercad - 00b - Se connecter-Classe.pdf)
Se connecter pour les élèves (6-03-Ressource Tinkercad - 01a - Se connecter classe.pdf)

 

Lien vers une série de tutoriels sur Tinkercad :
http://ferry.techno.free.fr/acctuto/

Etape 7 : le décor signalétique (design)

Pour compléter notre bac à piles, nous allons réaliser un décor qui servira de signalétique suivant une démarche de design.
En s’aidant des planches tendances, nous allons chercher sur internet une image libre de droits qui puisse symboliser soit la protection de la nature, soit les déchets et qui nous servira de logo afin d’être découpée avec Charlyrobot.
La planche tendance va nous permettre de justifier la forme, la couleur, la texture et le matériau utilisé.

Tutoriels d’aide sur le design :
Le Design (4-05-Ressource Design 1.pdf)
La méthode d’étude Design (4-05-Ressource Design 2.pdf)
Exemple de solution : le décor du bac à piles (4-05-Ressource Design 3 - Exemple decor bac a piles.pdf)

Les planches tendances :
Planche tendance nature (4-05-Planche tendance nature.pdf)
Planche tendance nature à modifier sur Open Office (4-05-Planche tendance nature.odg)
Planche tendance déchets (4-05-Planche tendance dechets.pdf)
Planche tendance déchets à modifier sur Open Office (4-05-Planche tendance dechets.odg)

Documents de recherche :
Etude Design 1/1 : le décor du bac à piles (4-05-Etude Designa-Decor Design.pdf)

 

Lien vers des vidéos sur l’étude et la réalisation en démarche design :
SNCF : La poubelle robot BARYL - Le besoin : https://www.youtube.com/watch?v=L3PiSTD8-Bk
SNCF : La poubelle robot BARYL - Etude et réalisation : https://www.youtube.com/watch?v=GAy2p28sQOQ

Etape 8 : montage du bac à piles

Les différentes parties peuvent être assemblées très simplement. Les seuls éléments qui nécessitent une grande précision dans leur montage sont les charnières et le loquet sur le couvercle du bas. Pour les placer et les visser, vous trouverez le modèle d’un masque à imprimer en 3D dans le dossier fabrication. Il va aussi falloir faire une gorge dans le haut du tube pour laisser passer le câble d’alimentation. Le couvercle du haut s’installe sans difficultés. Il faut prévoir des trous Ø 2mm pour faciliter la fixation du support de batterie. On tracera l’emplacement des trous en plaquant le support de batterie sur le tube puis en repérant les perçages avec un crayon.
Pour voir le projet monté et fini on peut utiliser la maquette numérique (Bac a piles communicant design_64.exe)

 

Tutoriels d’aide pour le montage des éléments du couvercle de dessous :
Utilisation du masque (4-05-resfab-01-masque.pdf)

Etape 9 : restitution orale du travail sur le projet

A l’issue de la réalisation du bac à piles, les élèves feront une présentation de leur travail à l’oral et par équipe. Pour soutenir cet oral ils utiliseront un diaporama réalisé à partir du modèle Open Office fournit ce qui leur permettra de se concentrer sur le contenu.
Ils pourront s’aider des images contenues dans le dossier Images.

 

Modèle Open Office de présentation du projet de bac à piles :
Modèle de présentation à compléter (modele presentation bap.odp)

Le projet :

Comme tout projet, le nôtre commencera par l’étude du Cahier Des Charges Fonctionnel de notre produit et par l’élaboration d’un planning prévisionnel. Nous planifierons aussi les rôles de chacun au sein du groupe.

Le cahier des charges du bac à piles :
Cahier Des Charges Fonctionnel du bac à piles à compléter (4-05-CDCFa Bac a piles compl.pdf)
Cahier Des Charges Fonctionnel du bac à piles corrigé (4-05-CDCFa Bac a piles compl cor.pdf)

Les cahiers des charges des différentes parties :
Cahier des charges du couvercle du dessus (4-05-CDCFa Couvercle dessus.pdf)
Cahier des charges du couvercle du dessous (4-05-CDCFa Couvercle dessous.pdf)
Cahier des charges du corps du bac à piles (4-05-CDCFa Corps du bac.pdf)
Cahier des charges du système de maintien du circuit (4-05-CDCFa Circuit elec.pdf)
Cahier des charges du programme (4-05-CDCFa Programme.pdf)
Cahier des charges de l’application Androïd (4-05-CDCFa Application android.pdf)
Cahier des charges du décor du bac à piles (Design) (4-05-CDCFa Decor Design.pdf)

Les documents du projet :
Le planning prévisionnel (4-05-Planning prev bac a piles 2020.pdf)
Le planning des rôles de chacun (4-05-Planning roles bac a piles 2020.pdf)

 

Lien vers le padlet de ressources sur le projet :
https://padlet.com/denis_pichot/rxkjc1jn40v3