Ce projet a eu lieu dans le cadre de l'UF "du capteur au banc de test" en 4ème année de Génie physique à l'insa Toulouse. Le principe est d'établir une datasheet pour un capteur graphène soit une feuille de papier ou un tracé au crayon a papier est utilisé comme résistance. Pour cela nous avons établis un banc de test avce differents composants arduino et avons utilisé le logiciel kikad pour créer un pcb pour les composants. Enfin nous avons éffectué des mesure pour déterminer la variation de la résistance en fonction du graphène et de la flexion du papier. Nous avons utilisé un écran OLED sur le pcb pour choisir entre la mesure du capteur grapehène et d'un flex sensor et avons crée une application android pour avoir les valeurs de mesures sur le téléphone à l'aide d'une communication bluetooth.
Le Capteur ressemble à ça :
- PCB shield pour arduino uno
- Code arduino
- Banc de test du capteur
- Application android qui fonctionne par bluetooth
- Datasheet
- Ecran OLED
- Flex sensor
- Encodeur Rotatoire
- Capteur Graphène
- Module Bluetooth
- LCT-1050
- MCP 41050
- Résistances : 2x100kOhm, 1x33kOhm, 1*10kOhm, 1x1kOhm
- Capacités : 2x100nF, 1x1uF
Nous avons commencé par mettre en place un shematic pour notre PCB. Pour cela, nous avons tout d'abord utilisé un template pour arduino uno et nous avons ensuite crée les empreintes et shematic pour chacun des composants sur notre plaque. Ensuite nous avons relié les entrées de chacun des composants aux entrées de l'arduino. Pour cela nous avons du faire des choix que l'on peut retrouver dans le document ci dessous :
Nous anvons ensuite procédé à l'organisation de la partie PCB. Nous avons disposé tout les elements sur la plaque et avons relié de façon à avoir un plan de masse sur la plaque et éviter d'avoir a faire des vias. Nous avons choisi d'avoir les pistes sur le dessus du PCB et d'avoir que des composants traverstants. Vous pouvez voir ci dessous le PCB à l'état fini.
Lorsque nous avions fini le PCB il fallait le réaliser. Avec l'aide de Catherine Crouzet nous avons imprimé notre plan de PCB et l'avons réalisé dans l'atelier du Batiment Génie Electrique. Nous avons ensuite percé la plaque à l'aide de forets de 1 ou 0.8 mm. Nous avons ensuite soudé les composant et ajouté des supports pour pouvoir déposer le PCB directement sur l'arduino UNO. Nous avons ensuite effectué des test de contact électrique de nos composants pour vérifier que tout était comme prévu et avons remarqué qu'il y avait une erreur.
Au niveau du premier point, deux pistes ne devant pas être relièes entraient en contact et au niveau du seconc, le plan de masse que devait être supposement relié à la masse ne l'était pas. Nous avons donc du remedier à ces problèmes avant de passer à la suite, pour cela nous avons bricolé pour éviter de devoir imprimer le PCB une seconde fois. Nous avons également corrigé cela sur le ficher Kikad qui se trouve sur le dossier en décalent simplement une réistance pour laisser l'espace nécessaire au plan de masse et au passage paralèlle des deux pistes.
Le code Arduino permet d'effectuer l'acquisition des mesures sur le capteur graphène et sur le flex sensor. Ces mesures sont a la fois affichées sur l'écran Oled et transmies au capteur bluetooth qui pourra les transmettre a un téléphone portable grace à l'application. Vous pouvez retrouver le code dans le dossier "Code Capteur Resistif ". Le code est annoté pour étre le plus lisible possible et suis les pins utilisés dans la partie KIKAD.
Pour les tests nous avons utilisé le banc de tets à disposition et avons éffectué le mesures de la facon suivante :
Il y 7 étages qui entrainent une déformation différente a chaque fois. Pour le capteur graphène nous avons mesuré pour chaque échelon la variation de resistance en tension et en déformation. Nous avons également réalisé des mesures sur le flex sensor afin de pouvoir comparer. Pour le flex sensor nous avons uniquement procédé en compression car celui-ci n'est fiable que dans un sens.
Les résusltats de nos mesures sont à retrouver dans la partie Datasheet.
Pour la conception de notre application, nous avons utilisé le site MIP App Inventor, le but étant d'avoir accès au résultats de nos mesures sur un téléphone par communication Bluetooth. Pour cela nous avons utilisé un "Listpicker" pour connecter l'appareil au téléphone. Nous avons ensuite utilisé le module bluetooth pour récuperer 2 messages de 1 octet chacun. Nous avons utilisé un clock pour calibrer l'intervale entre les mesures recues afin d'avoir le même que dans le code. Pour finir nous avons effectué du traitement de données afin d'avoir la variation de la résistance ainsi que les deux valeurs de resistance. Le code donne ceci:
Comme on peut le voir dans les blocks nous avons utilisé plusieurs variables globales notamment pour les calculs de la résistance du flex sensor. Nous avons également multiplié toutes les mesures recues par 4 car nous les avions divisées par 4 dans le code arduino pour que chaque mesure passe dans un octet.
Pour ce qui est de la face avant, nous avons choisis un interface relativement simple:
Nous avons un bouton de connexion Bluetooth qui permet de choisir l'appareil à connecter. Nous avons ensuite ajouté des boutons d'arrêt de clock pour pouvoir stopper l'arrivée des mesures si souhaité. Le reste de l'interface est uniquement de l'affichage des mesures.
Nos avons réalisé de mesures en utilisant differentes valeurs de déformation et nous avons utilisé des crayons à mine H, HB et 2B. Nous avons également réalisé de mesures sur le flex sensor en compression. On peut voir d'abord les mesures en compression :
Et ensuite les mesures en tension :
Pour toute remarque ou information complémentaire, n'hésitez pas à nous contacter :
- Clément GESSINN : [email protected]
- Théo RIETHMULLER : [email protected]