CAHIER DES CHARGES PLANNING PREVISIONNEL Sami Atallah Christophe Bartier Adrien Broucque Paul-Adrien Cordonnier Victor Michaud Jean-Baptiste Paci 2013-2014
Sommaire I/ Introduction II/ Présentation du sujet et Problématique III/ Conclusion de l Etat de l Art IV/ Présentation du projet à modéliser et des idées d approfondissement V/ Choix des composants VI/ Plannings prévisionnels VII/ Liste des composants à se procurer VIII/ Conclusion Page 2
Introduction Dans le cadre de notre Seconde Année de Cycle Préparatoire à l Ecole Centrale d Electronique de Paris, nous devons mener à bien un Projet Scientifique et Technique en Equipe (PSTE) se déroulant sur la totalité de l année scolaire. Ce projet pluridisciplinaire est l occasion pour nous d apprendre à travailler en équipe, d une part en mettant en pratique les connaissances acquises depuis le début de notre formation, mais aussi en appliquant une véritable démarche scientifique, partant de l étude d un problème pour aboutir à sa résolution la plus efficace possible. Ce projet est réalisable grâce à l implication d un groupe de 6 étudiants d une même promotion, devant fournir une moyenne théorique minimale de 100 heures de travail sur l année par personne. Pour la plupart, nous sortons de Première Année de Cycle Préparatoire à l ECE Paris, mais comptons également dans notre équipe un membre issu de CPGE, arrivé au début de cette deuxième année. Le sujet à été imaginé par un membre de notre groupe devenu de fait Chef de Projet. Le reste de l équipe s est inscrit librement en ligne via intranet, chacun choisissant à sa convenance parmi la liste des sujets proposés. Cette liberté témoigne donc des affinités et motivations que chacun ressent pour le sujet. Nous l avons entre autres sélectionné pour son côté ludique et innovant. En effet, bien qu il s agisse d un projet purement esthétique, il offre de très nombreuses possibilités de diversification lors de l étape de programmation. Avant de se lancer dans la phase de réalisation, nous avons dû consacrer notre premier semestre à la réalisation d un Etat de l Art, correspondant à la phase de conception du projet. Page 3
Présentation du sujet et problématique Initialement nommé Ensemble de LEDs réagissant à de la musique, puis adapté en Panneau de LEDs interactif, notre PSTE a pour but de réaliser un motif d égaliseur sonore à base de diodes électroluminescentes, en réponse graphique relative à la musique environnante. Ce projet s inscrit donc dans une démarche esthétique et ludique : il fait par ailleurs partie du cluster Digital Entertainment. Dès les premiers instants, de nombreuses problématiques nous sont venues à l esprit. En premier lieu, comment représenter notre motif, et sur quels supports? En effet, est-il du même ressort d afficher un motif lumineux sur un panneau ou un mur que sur une surface textile comme un T-shirt, par exemple? Rapidement, des questionnements d ordre technique se sont également imposés. Par exemple, valait-il mieux capter la musique environnante à l aide d un microphone ou était-il préférable de récupérer directement le signal via une prise jack reliée à la sortie audio des enceintes? Quant au signal audio, il était primordial de connaître les aspects de sa composition afin de pouvoir le traiter convenablement. Pour ce qui est de la représentation du motif d égaliseur, nous nous sommes demandé quel type de source lumineuse choisir. En effet, face aux exigences d ergonomie (et notamment de gain de place) que présente notre support, et aux exigences minimales d intensité du motif représenté, il nous fallait faire un choix parmi les différents modes de représentation. Fallait-il s orienter vers un matériau électroluminescent quitte à changer de bord, ou bien garder l utilisation des LEDs? Fallait-il ensuite utiliser des LEDs monochromatiques, ou bien était-il plus agréable visuellement d utiliser des LEDs RVB et de contrôler leur couleur par Pulse-Wide Modulation? Toutes ces questions nous ont aiguillés dans nos recherches et dans la rédaction éclairée de notre Etat de l Art. Page 4
Conclusion de l Etat de l Art Après avoir effectué l ensemble de nos recherches d Etat de l Art, nous avons pu remarquer qu un nombre considérable de solutions similaires à notre projet existaient déjà. Il n était alors plus très intéressant ni valorisant pour un futur ingénieur ECE d être capable de reproduire à l identique, ou de façon similaire, un projet déjà réalisé par d autres. En effet le PSTE s inscrit dans une démarche scientifique d'innovation et de création. Il nous a donc fallu nous concentrer sur de nouvelles pistes de recherche nous permettant de rendre notre projet original, innovant, nous permettant de nous distinguer du marché actuel tout en restant dans la même thématique. Partant du constat qu il existait, certes, des panneaux lumineux répondant à la musique environnante, mais qu aucun d entre eux n était interactif, c est-à-dire capable d interagir avec un autre produit identique, c est naturellement que nous nous sommes orientés vers cette interaction supplémentaire, offrant de très intéressantes perspectives d interaction sociale, facteur-clé du Digital Entertainment. Nous avons donc complété notre Etat de l Art à l aide de recherches sur les technologies d émission / réception nécessaires à la mise en relation de 2 panneaux. L Etat de l Art à présent fini, il nous restera à mettre en place le dispositif expérimental afin de produire un premier prototype, fonctionnant seul, puis un deuxième, et enfin de mettre en œuvre leur coopération. L ensemble des composants que nous avons sélectionnés sont évoqués dans notre Etat de l Art, et référencé via leurs sites marchands. Il nous sera alors très facile de passer les commandes. Page 5
Présentation du projet à modéliser et des idées d approfondissement En somme, nous partons sur un prototype constitué de deux panneaux de LEDs réagissant à la musique environnante sous forme de motifs à déterminer. Les deux panneaux doivent être capables d interagir s ils se situent dans un même périmètre. Faute de temps (une année scolaire), nous avons décidé de monter dans un premier temps des panneaux rigides qui pourront toutefois, lorsque terminés, faire l objet d une adaptation pour les associer à un tissu textile, et reproduire ainsi la tendance du marché actuel. Nous avons également pensé, si le temps nous le permet à la fin du projet, de créer un troisième module, spécialement dédié à l émission. Cela permettrait par exemple à une boîte de nuit d émettre un signal affichant un motif sur les T-shirts présents dans le périmètre, par exemple conso gratuite ou happy hours. Mais cette idée reste pour le moment au statut d option finale. Page 6
Traitement du signal audio La première idée qui nous est venue à l esprit est qu il semblait nécessaire de décomposer le signal audio en séries de Fourrier afin d avoir différentes bandes de fréquence. Cette solution est tout à fait faisable à notre niveau. La décomposition nous permettra de faire réagir les LED de notre choix en fonction des fréquences captées. A l aide d un microcontrôleur MSGEQ7 couplé à un circuit intégré Arduino (que l on sait manipuler et se procurer facilement à l école), il est possible de décomposer le signal audio en sept bandes de fréquence (63Hz, 160Hz, 400Hz, 1kHz, 2,5kHz, 6,25kHz et 16kHz) assez facilement. On pourra ensuite exploiter ces différentes fréquences à l aide des LED sur notre panneau. De plus, ce microcontrôleur est peu chère, il est trouvable pour quelques euros sur internet et rentre ainsi aisément dans notre budget. Page 7
Capture audio La capture du son requiert le choix d un type de microphone. Là encore, nous avons été confrontés à plusieurs possibilités : un microphone électrodynamique, électrostatique, ou à électret. Le micro électrodynamique a été vite écarté pour plusieurs raisons. Premièrement, il n est pas miniaturisable et donc impossible à utiliser pour notre projet. Deuxièmement, son prix est plus élevé que les autres, ce qui aurait été embêtant étant que notre budget n est pas illimité. Par ailleurs, nous avons également écarté le micro à électrostatiques. Bien que capable d enregistrer le son avec une grande fidélité, il requiert une alimentation externe continue de 48V. L un de nos buts étant de pouvoir transporter le panneau assez facilement, cette contrainte est un véritable obstacle pour notre projet. De plus, la performance pure du micro n est pas ce qui nous intéresse le plus. En effet, nous n avons pas besoin d une capture audio digne d un studio, et le côté pratique et peu chère reste notre objectif principal. Dans cette optique, nous avons donc opté pour la troisième possibilité, c'est-àdire le micro à électret. Très compact, il ne requiert que la charge d une pile pour pouvoir fonctionner, ce qui le rend très pratique et adapté à notre projet. Malheureusement, la durée de vie de ce type de micro est moins élevée que ses concurrents, mais cela devrait suffire à court terme pour notre projet. Enfin, il est peu onéreux. Page 8
Plannings Prévisionnels Notre projet se découpe en deux grandes parties, une par semestre. La première fut une véritable étude conceptuelle du projet, avec l analyse des recherches menées et la définition précise de notre projet. Cette partie à été traitée selon le planning effectif suivant : La deuxième grande partie du projet est consacrée à la réalisation matérielle du projet. Après l étude approfondie menée au premier semestre, nous pouvons conjecturer le développement du projet dans le temps comme figure ci-dessous. S agissant d un planning prévisionnel, les dates sont données à titre indicatif et pourront être soumises à des modifications. Page 9
Liste des composants à se procurer Pour la réalisation de nos prototypes, après analyse conceptuelle, nous avons pu établir la liste du matériel dont nous avons besoin : _ 2 cartes-mères Arduino (probablement fournies par l école) qui seront les cerveaux de nos panneaux interactifs. _ Soit un lot de 1000 LEDs monochromatiques ( ~20$ ) soit des barres de LEDs (si moins cher) soit des LEDs RVB + potentiomètres (plus tard). On devrait en théorie avoir 2 panneaux de 24x12 LEDs. _ 2 microphones à électret MAX4466 (6.95$ chacun) pour capter le signal audio _ 2 MSGEQ7 (4.95$ chacun) nous permettant de traiter le signal audio et de le décomposer en bandes de fréquences _ 2 piles d alimentation 9V (potentiellement fournies par l école) pour pouvoir alimenter les Arduino _ 2 TLC5940 pour augmenter les capacités de LED driving (7.50$ chacun) _ 2 RF Link Transmitter - 434MHz (3.50$) permettant d émettre le signal d un Arduino _ 2 RF Link Receiver - 434MHz (3.50$) permettant de recevoir le signal de l Arduino _ 1 bobine de fil nous permettant de relier l ensemble de nos composants, probablement fournie par l école Ces prévisions porteraient le coût total du projet à 72$ environ, ce qui reste très proche de notre budget initial de 50. On pourra facilement compléter de notre poche pour acheter les composants éventuellement manquants, voire s en faire prêter (ou donner) quelques-uns par l école. Une éventuelle révision à la hausse pourra être effectuée au fur et à mesure, sous réserve d éventuels bugs, imprévus, ou cassures de matériel. Page 10
Conclusion Après l étude conceptuelle qu a représenté ce premier semestre, nous allons à présent entrer dans la phase expérimentale de montage de notre projet. Cette dernière étape constituera l aboutissement final de notre projet, et nous espérons pouvoir relever au mieux les défis que nous nous sommes fixés dans ce Cahier des Charges. Les principales contraintes que nous auront à contourner au second semestre seront d ordre : - Financier (budget maximal de 50 par groupe), mais les composants dont nous avons besoin sont pour la plupart peu chers. Cependant, la présence de 2 panneaux risque de nous faire dépasser les coûts, auquel cas nous investirons nousmêmes les quelques euros manquants. - Temporel : nous disposons de peu de temps pour réaliser notre projet. Ayant déjà choisi nos composants et les aspects de nos prototypes, nous devrions rapidement pouvoir passer aux montages dès réception des composants et ainsi obéir à notre planning prévisionnel. - Matériel : la phase de montage ne nous dispense pas d études complémentaires au long du second semestre; en effet, il nous faudra nous adapter aux éventuels échecs et bugs lors de la mise en œuvre du projet, et envisager des solutions de secours. De même, il nous sera probablement intéressant si nous avançons vite de considérer une multitude d options supplémentaires. Très optimistes et montrant une grand motivation quant à la réalisation de ce projet, nous sommes dès à présent prêts à passer commande pour les composants, et espérons que votre lecture de notre Cahier des Charges aura été agréable. PSTE GROUPE 202 ATALLAH BARTIER BROUCQUE CORDONNIER MICHAUD PACI Page 11