But du Projet
Le but de ce projet est de développer une lampe pour un cycliste qui s’allume suivant la luminosité et qui est autonome en production d’énergie.
Présentation du projet
Ce projet est composée de 3 parties : la détection de la luminosité, l'alimentation d'un système lumineux suivant la mesure réalisée, le système d'alimentation.
Cahier des charges
Le projet doit permettre d'allumer une lampe de vélo pour une luminosité inférieure à 400Lux, la luminosité à la tombée du jour.
Ce système doit être autonome en énergie pour pouvoir être implanté sur un vélo.
Capteurs nécessaires
La mesure de luminosité peut se faire avec une photodiode ou une photorésistance. Les deux solutions ont été réalisées et comparées afin de choisir laquelle est la plus adaptée à nos besoins.
Une photodiode délivre une intensité suivant la luminosité imposée sur son panneau. Le courant délivré est de l'ordre de quelques micros ampères. La variation de courant est donc très faible à mesurer et doit donc être amplifiée par un AOP. Un AOP nécessite une alimentation extérieure de 15V. Comme le système doit être autonome en énergie, il vaut mieux limiter la puissance consommée est donc choisir la photorésistance qui ne demande pas d'alimentation extérieure
La photorésistance est donc branchée en série avec une résistance comme ci-dessous (Figure 1)
Figure 1 : Partie du montage avec la photorésistance et l'arduino
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Une résistance, placée en série permet de mesurer la tension U1 aux bornes de la photorésistance. Cette tension sera mesurée par l'Arduino
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Système d'éclairage
La lampe utilisée dans notre projet doit permettre une faible consommation avec une haute luminosité. Une LED haute luminosité réponds donc à ces contraintes
La première solution envisagée était d'utiliser une LED jaune de 2V dans le montage ci-dessous (figure 2).
Figure 2 : Montage avec le LED et l'Arduino
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Une résistance R3 est utilisée pour limiter le courant dans la diode et obtenir une tension de 2V.
Comme la tension est de 5V aux bornes de la résistance et de la diode, il faut aux bornes de R3 une tension de 3V et une intensité de 20mA pour ne pas griller la LED.
U = Ri donc R = U/i = 5/(20x10-3) = 150Ω. Le système lumineux est encore à développer. Il va falloir tester avec une lampe de vélo traditionnelle qui est alimentée en 3V pour voir qu'elle puissance elle fournie. N'ayant pas de lampe traditionnelle, nous avons continuer les manipulations avec des DEL.
Si la diode et la résistance sont branchés directement sur la sortie de l'Arduino, la tension délivrée par la patte 9 n'est pas continue. Un transistor NPN est donc utilisé comme interrupteur commandé par la patte 9.
Figure 3 : Système lumineux avec une LED multi color
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La deuxième solution qui a été choisie contient une LED multi color pour éclairer d'une lumière différente suivant la luminosité. (Figure 3)
La plus longue patte correspond à la patte de la masse pour toutes les couleurs. La patte la plus à gauche est le "plus" de la LED rouge. Celle la plus à droite alimente la LED bleue et la dernière patte correspond à la LED verte.
Pour obtenir une puissance lumineuse de plus en plus élevée si la luminosité baisse, il a été décidé d'allumer de plus en plus de LED.
Besoins électriques
Ce système doit être autonome en énergie afin d'être implanté sur un vélo. Il est nécessaire d'alimenter l'Arduino et après, ce dernier alimente la partie avec la photo résistance et la diode par sa sortie 5V.
Pour fonctionner correctement avec une tension externe, une tension de 6V doit être appliquée sur l'entrée Vin de l'Arduino (Figure 4).
Figure 4 : système de production d'électricité
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Un générateur de tension de 6V doit donc être obtenu en utilisant la rotation d'un rotor dans un stator. Avec une vitesse de rotation de 10 tours par secondes, l'Arduino fonctionne correctement.
Pour simuler la rotation d'un vélo, un moteur à courant continu à 10 tours par secondes est utilisé pour faire tourner le rotor.
Une résistance et un condensateur sont placés après les bornes du rotor afin de créer un filtre passe bas et de limiter les bruits sur la sortie. Le système a été tester et permet d'alimenter l'Arduino et l'ensemble du système afin qu'il soit autonome en énergie.
Besoins Mécaniques
Le système a été tester sans optimiser les branchements et les rendre adaptables à un vélo. Il est nécessaire de réfléchir sur comment installer le rotor et un multiplicateur sur la roue pour récupérer l'énergie de rotation.
Enfin, les composants doivent être installer de telle sorte à minimiser la place utilisée. Il faudrait créer un boitier à l'intérieur duquel se trouve l'arduino et les petits composants et à l'extérieur, la lampe et la photorésistance fixées dessus. Cette partie mécanique n'a pas été réalisée car quand on a fini nos branchements et le programme de l'Arduino on avait plus le temps de réaliser tout un montage mécanique sur un vélo (le moteur générateur). Mais la raison principale pour laquelle on a pas réaliser notre montage mécanique c'est qu'après la fin de notre présentation on doit le démonter et donc ce n'est pas écologique de réaliser tout un montage en le démolissant à la fin (on serra obligé de jeter le matériels qu'on à utiliser qui ne sera plus réutilisable).
Arduino
Dans notre projet, nous utilisons :
- l'entrée analogique A0 pour lire la tension U1
- le patte 9 comme sortie contrôlant l'allumage ou non de la lampe- L'entrée Vin pour alimenter l'Arduino
- La sortie 5V pour alimenter la photorésistance et le système lumineux
Programme Arduino
int photoResistancePin =0;
int photoResistance;
int valeurLimite1 = 256;
int valeurLimite2 = 512;
int valeurLimite3 = 768;
int ledPinred = 9;
int ledPingreen = 10;
int ledPinblue = 11;
void setup() {
// vitesse de lecture des données
Serial.begin(9600);
// définition des Pin de sorties
pinMode(ledPinred,OUTPUT);
pinMode(ledPingreen,OUTPUT);
pinMode(ledPinblue,OUTPUT);
}
void loop() {
// Lecture de la valeur de la tension aux bornes de la photo résistance
photoResistance = analogRead(photoResistancePin);
// Comparaison aux valeurs de seuil (3 seuils)
// Seuil 1 (forte luminosité) : toutes les LED éteintes
if (photoResistance < valeurLimite1) {
digitalWrite(ledPinred, LOW);
digitalWrite(ledPingreen, LOW);
digitalWrite(ledPinblue, LOW);
}
// Seuil 2 (luminosité ambiante) : LED bleue allumée
else if (photoResistance < valeurLimite2) {
digitalWrite(ledPinred, LOW);
digitalWrite(ledPingreen, LOW);
digitalWrite(ledPinblue, HIGH);
}
// Seuil 3 (faible luminosité) : LED bleue et verte allumées
else if (photoResistance < valeurLimite3) {
digitalWrite(ledPinred, LOW);
digitalWrite(ledPingreen, HIGH);
digitalWrite(ledPinblue, HIGH);
}
// Seuil 4 (pas de luminosité) : LED bleue, verte et rouge allumées
else if (photoResistance > valeurLimite3) {
digitalWrite(ledPinred, HIGH);
digitalWrite(ledPingreen,HIGH);
digitalWrite(ledPinblue, HIGH);
}
}
Tests
Le système a été entièrement réalisée avec une LED rouge car nous n'avions pas de LED plus appropriée. Les tests ont été concluant et permettant d'avoir un système répondant à notre cahier des charges. Il est encore nécessaire de faire des mesures de la sensibilité de la photorésistance, quelle valeur et quelle réaction suivant la puissance lumineuse et la source appliquée sur la surface.
Forte luminosité (photorésistance exposé à un flashe de téléphone) :
La résistance de la photorésistance est moins de 25% de ça résistance maximale.Aucune LED allumée.
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Luminosité ambiante ( photorésistance à l'ombre ou dans une salle éclairée par des néons ) :
La résistance de la photorésistance est entre 25% et 50% de ça résistance maximale. LED bleu allumée.
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Faible luminosité ( photorésistance à la tombé du jour ou dans une salle sans lumière artificielle) :
La résistance de la photorésistance est entre 50% et 75% de ça résistance maximale.LED bleu et verte sont allumées.
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Pas de luminosité (photorésistance cachée) :
La résistance de la photorésistance est à plus de 75% de ça résistance maximale.LED bleu, verte et rouge sont allumées.
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Mesures
Le système a été réaliser et tester. Le système lumineux s'allume si la photorésistance est cachée et s’éteint si la photorésistante est éclairée à la lumière du jour.
Problèmes rencontrés
- Le premier problème rencontré c'est l'utilisation d'une LED haute luminosité donc au début on a réalisé un montage avec une LED rouge de faible luminosité et donc qui ne suffira pas pour éclairer la route devant le cycliste pendant la nuit. La raison pour laquelle on ne pouvait pas utiliser une LED haute luminosité c'est que une telle LED a besoin d'un courant assez fort pour son fonctionnement par contre l'Arduino ne fournit pas un tel courant. La solution était d'utiliser une LED multi color qui est assez forte sans avoir besoins d'un courant plus fort que celui fournit par l'Arduino.
- Le deuxième problème rencontré c'est de réaliser le montage mécanique qu'on a décidé de ne pas faire pour des raisons écologique.