Club Robotique - Station de mesure (T°, H)

Description du projet

Introduction

Pour ce cycle, nous allons réalisée une station de mesure de température de l'air.


Description des compétences visées :

Compétences techniques et mécaniques :

Compétences en électronique :

Compétences en programmation :

Compétences transversales :

Description du déroulé des séances :

~6 séances :

Matériel :

Introduction à la Modélisation 3D

Création d'un boite pour la station

La station d'analyse de l'air ne possède pas de boite pour contenir ni fixer les composants électroniques, c'est pour ca que je vais vous décrire comment la réalisée. 

Objectif

L’objectif de cette séance est de réussir à bien placer les trous des vis pour y placer chaque composants et qu'ils puissent tous rentrer dans la boite.

Ressources disponibles

Vous pouvez retrouver le fichiers STL de la boite ici ou dans les fichiers en pièce jointe.

Modification du Fichier :

Avant de commencer la modification, je vous invite à consulter :

Étape 1 : Préparation de l’environnement

Une fois la classe créée sur Tinkercad , avec le fichier de référence correctement chargé, et que tous les élèves sont connectés, nous pouvons passer à la phase de modification.

Comment créer une classe sur tinkercad : 

https://innovation.iha.unistra.fr/books/2-fablab-formation-machines-logiciels/page/creation-dune-classe-tinkercad

Sur l’interface principale de Tinkercad :

      1. Création du Boîtier Principal:

    Création des trou pour les vis :

    Création du trou pour le Capteur :

    Conception du Capot :

    Ajustements Finaux :

    Validation et Export :


    Conclusion / Rangement / Démontage :

    1. Assemblage des Composants: 

               Fonctionnement du DHT22:

    Le capteur DHT22 est un dispositif utilisé pour mesurer la température et l'humidité de l'air. Il fonctionne grâce à deux composants principaux : un thermistor pour la mesure de la température et un capteur capacitif pour l'humidité.

    1. Température : Le thermistor, qui change de résistance en fonction de la température, permet de mesurer celle-ci avec une précision d'environ ±0.5°C dans une plage de -40°C à 80°C.

    2. Humidité : Le capteur capacitif d'humidité détecte les variations dans la capacité électrique causées par l'humidité dans l'air, offrant une précision d'environ ±2 à 5% pour une humidité relative comprise entre 0% et 100%.

    Le DHT22 communique les données via une seule broche numérique (data). Après une courte initialisation, il envoie les informations sous forme de bits, codées dans un protocole spécifique. L'appareil peut être interrogé à des intervalles d'environ 2 secondes, car il a une période de rafraîchissement des données assez lente.

    Ce capteur est populaire pour sa simplicité d'utilisation, notamment avec des microcontrôleurs comme Arduino ou Raspberry Pi, et est très utilisé dans des projets de domotique ou de surveillance de l'environnement.

      • Distribution des Composants : Fournir les cartes Arduino Nano, Shields, capteurs DHT22, et piles accus à chaque groupe.
      • Essai en Autonomie : Les élèves assemblent les composants selon les instructions. L'enseignant aide si nécessaire.
      • Explication de l'Assemblage : Montrer les différentes broches du capteur DHT22, comment le connecter au Shield et comment alimenter le système avec la pile accu.
        • Câblage :
        • VCC(+) sur une pin 5V.
        • DAT(out) sur le pin 2 S.
        • GND(-) sur une pin GNDimage.png
        • Et par la suite dès que vous aurez programmer la carte vous pourrez branchez une batterie pour que votre station fonctionne.

    Phase 2 - Impression 3D

    Phase 2 - Impression 3D

    Objectifs :

    Compétences techniques :

    Savoir-être et compétences transversales :

    Déroulement de la séance :

    1.Exportation de la boite :

    2.Préparation du fichier pour l'impression :

    Conclusion / Rangement :

    Dans cette phase, les participants vont apprendre à préparer leur modèle 3D pour l'impression en utilisant le logiciel Cura. Ils vont importer leur fichier STL, ajuster les paramètres d'impression, générer le code pour l'imprimante 3D et exporter le fichier prêt pour l'impression. Si des questions se posent ou si vous avez besoin de plus d'informations, n'hésitez pas à demander !

    Phase 3 - Programmation

    Phase 3 - Programmation de la station

    Objectifs

    Compétences techniques:

    Déroulement de la séance

    1. Introduction:

      • Présentation des éléments nécessaires pour la programmation.
      • Importance de la programmation dans le projet de station météo.

    2. Programmation:

      • Commençons par la programmation sur Mblock.
      • N'oubliez pas d'installer l'extension pour le capteur en cliquant sur ce boutonimage.png,puis taper dans la barre de recherche "DHT22" et ensuite juste besoin de l'ajouter.

        image.png

      •  

        Maintenant vous avez juste besoin de faire le code qui permet de mesuré la température grâce au DHT 22 et qui la renvoie sur le moniteur série.

      • image.png

      • Avant de téléverser le code n'oubliez pas de décocher ces 2 cases ci-dessous qui se situe dans le moniteur série.

      •  

        image.png

      • Pour la suite nous allons passer sur le logiciel "Arduino IDE" car il nous offre plus de possibilités.
      • Dans un premier temps télécharger la librairie Arduino DHT de Adafruit https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/dht-sensor-library/ 
        • bien installer la dépendance Adafruit Unified Sensor

    image.png

    #include <SoftwareSerial.h>
#include <DHT.h>
#include <EEPROM.h>

#define DHTPIN 9
#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

const int EEPROM_SIZE = 512;          // Taille de l'EEPROM en octets
const int ENTRY_SIZE = sizeof(float) * 2; // Taille d'une entrée (température + humidité)
const int NUM_ENTRIES = EEPROM_SIZE / ENTRY_SIZE; // Nombre total d'entrées possibles

int currentAddress = 0; // Adresse actuelle pour stocker
bool storageFull = false; // Indique si l'EEPROM est pleine

unsigned long previousMillis = 0; // Dernier temps de stockage
const unsigned long interval = 3600000; // Intervalle d'une heure (en millisecondes)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
  Serial.println("Démarrage du système...");
}

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();

  // Vérifie si une heure s'est écoulée
  if (!storageFull && currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;

    // Lecture des données du capteur
    float temperature = dht.readTemperature();
    float humidity = dht.readHumidity();

    if (!isnan(temperature) && !isnan(humidity)) {
      // Vérifie si suffisamment d'espace reste dans l'EEPROM
      if (currentAddress + ENTRY_SIZE <= EEPROM_SIZE) {
        // Stocker la température
        EEPROM.put(currentAddress, temperature);
        currentAddress += sizeof(float);

        // Stocker l'humidité
        EEPROM.put(currentAddress, humidity);
        currentAddress += sizeof(float);

        // Affichage des données
        Serial.print("Données stockées à l'adresse ");
        Serial.print(currentAddress - ENTRY_SIZE);
        Serial.print(": Température = ");
        Serial.print(temperature);
        Serial.print(" °C, Humidité = ");
        Serial.println(humidity);
      } else {
        storageFull = true; // Indiquer que l'EEPROM est pleine
        Serial.println("EEPROM pleine. Arrêt du stockage.");
      }
    } else {
      Serial.println("Erreur de lecture du capteur DHT22.");
    }
  }
}

                 3. Validation:

                 4. Conclusion:

    Résolution de problèmes

    image.png

    image.png

    image.png

    Phase 4 - Mesure et Analyse des Données de Température avec le Capteur DHT22

    Phase 4 - Mesure et Analyse des Données de Température avec le Capteur DHT22

    Objectifs de la séance :

    Compétences techniques :

    Savoir-être :

    Compétences transversales :

    Déroulement de la séance :

    1. Introduction

      • Présentation des objectifs de la séance.
      • Rappel du fonctionnement du capteur DHT22 et de l'Arduino Nano.
      • Explication des points de mesure : définir les différents endroits où seront placées les stations (intérieur, extérieur, pièces fermées, etc.).

    2. Installation des stations de mesure

      • Mise en place des stations avec le capteur DHT22 à différents endroits prédéfinis.
      • Vérification de la connectivité et du bon fonctionnement de chaque station.
      • Lancement de la collecte des données (durée de mesure à définir : quelques heures ou une journée complète).

    3. Collecte des données

      • Chaque participant vérifie régulièrement les stations et enregistre les données (extraction via l’Arduino).
      • Récupération des température via l'Arduino IDE, puis exportation sur Excel ou Open Office.

         

        image.png

        image.png


         

      • Pour récupérer les température facilement il y a cette formule =DROITE(GAUCHE(A1; NBCAR(A1)-23); 5).
      • Pour récupérer la valeur de l'humidité vous pouvez utiliser cette formule =DROITE(GAUCHE(A1; NBCAR(A1)-2); 5) si vous avez collez votre texte dans la case A1, ensuite si vous êtes sur Exel n'oubliez pas de les convertir en valeurs.
      • image.png
      • Attention si vous êtes sur Libre Office, il faut copier vos valeur puis les coller en "collage spécial" et ensuite sur "Texte non formaté".

        image.png


        Et ensuite appuyer sur "OK".
      • Faire de même pour les valeurs de l'humidité.

    4. Analyse des données sur Excel

      • Importation des données dans Excel ou Libre Office.
      • Structuration des informations sous forme de tableau.
      • Création des graphiques : courbes de tendance pour visualiser les écarts de température selon les points de mesure.

      • Pour créer un graphique sur Excel sélectionnez votre tableau et allez dans "Insertion" puis "Graphiques Recommandés".

      • Sur Libre Office sélectionnez vos valeurs puis allez dans "Insertion", "Diagrammes", "Ligne", et prenez le 2ème.

        image.png


      • Après avoir obtenue l'image ci-dessus, faites un clic droit sur le graphique et ensuite dans "plage de données" allez dans "séries de données".

      • image.png

      • Et vous avez juste à supprimer les données des heures.
      • Sur Excel n'oubliez pas de changer l'échelle des température en mettant la température la plus basse à 0.
      • Analyse des résultats : interpréter les différences entre les différents points de mesure.
      • Faire la même chose pour l'humidité.

    5. Conclusion et échanges

      • Chaque participant présente ses résultats sous forme de graphiques.
      • Discussion autour des facteurs qui peuvent influencer les écarts de température (environnement, exposition au soleil, ventilation, etc.).
      • Synthèse des principaux apprentissages de la séance.