Dispositifs "on the edge"

GPS de randonnée

Ce projet est un GPS utilisant un Arduino Uno, un écran LCD I2C, un module GPS NEOM6 et des boutons poussoirs pour l'interaction utilisateur. Il illustre mes compétences en systèmes embarqués, CAO, impression 3D et conception de PCB.

Le dispositif est basé sur les éléments suivants :

• Microcontrôleur ATmega328P

• Écran LCD I2C 2 lignes 16 caractères : Pour l'affichage des informations.

• Module GPS NEOM6 : Un module GPS fonctionnant sur le port série avec une antenne céramique pour récupérer l'heure, la date et les coordonnées GPS.

• Trois boutons poussoirs : Pour l'interaction utilisateur.

• Moteur pas à pas NEMA17

• PCB dédié : Créé et fabriqué pour l'occasion afin de garantir une bonne durabilité du dispositif et une résistance accrue

Le dispositif est équipé de deux modes de fonctionnement :

Mode Lecture : Affiche en temps réel l'azimut, la distance et le temps de parcours jusqu'à une coordonnée mémorisée. Chaque seconde, le microcontrôleur met à jour l'affichage sur l'écran LCD.

Mode Sauvegarde : Permet de sauvegarder la position actuelle dans une des huit mémoires disponibles. L'heure de sauvegarde est également enregistrée.

Les mémoires sont stockées dans l'EEPROM du microcontrôleur, assurant une conservation des données même après mise hors tension. Trois boutons permettent de naviguer entre les différents menus et de saisir les informations nécessaires.

Utilisation

Ce projet est particulièrement utile dans un contexte de développement de solutions de communication sans fil et d'antennes. Il peut être utilisé pour mesurer une distance de propagation ou pour orienter une antenne. Il offre également une expérience d'utilisation différente de celle des smartphones ou des GPS de randonnée modernes, favorisant une déconnexion complète et une immersion dans la nature tout en bénéficiant de la sécurité et de la maîtrise de l'information. En outre, le très faible coût de fabrication (moins d'une quinzaine d'euros) permet de se libérer du souci de préserver le matériel de la perte, du vol ou de la dégradation.

Mise en Contexte

Ce projet peut être comparé à des dispositifs GPS de randonnée ou des appareils de navigation utilisés dans des environnements extérieurs. Contrairement aux smartphones modernes ou aux GPS de randonnée, ce dispositif se distingue par son autonomie, sa simplicité et sa philosophie d'utilisation axée sur la déconnexion et la sécurité des données. De plus, il s'inscrit dans la tendance des solutions "on the edge", où les données sont traitées localement sans dépendance à des réseaux externes.

L'absence de carte et les informations minimalistes disponibles forcent l'utilisateur à compléter son orientation par l'usage d'une carte, offrant une nouvelle dimension pour la randonnée.

En cherchant en ligne, des dispositifs similaires existent, mais souvent intégrés dans des solutions plus complexes et connectées. Ce projet met en avant une approche minimaliste et contrôlée, idéale pour des applications spécifiques nécessitant robustesse, grande autonomie, faible coût de revient, fiabilité et confidentialité.

Mots clefs

Systèmes embarqués, Arduino, Impression 3D, Boîtier impression 3D, CAO, PCB dédié, GPS NEOM6, PCB, Gravure anglaise, NEOM6, I2C, Port série

Présentation du Dispositif

Ce petit projet de quelques heure porte sur la réalisation d'un GPS portable permettant d'afficher l'azimut et la distance entre la position actuelle relevée par le module GPS et une des huit coordonnées préalablement enregistrées en mémoire. En plus de cette fonctionnalité principale, le dispositif affiche la date, l'heure et les coordonnées GPS actuelles.

Ce projet complet, intégrant la CAO, la fabrication du boîtier à l'impression 3D et la programmation du dispositif, a une réelle valeur d'usage malgré sa simplicité. Il permet de fournir l'azimut et la distance entre plusieurs coordonnées en mémoire ainsi que le temps de parcours pour rallier la cible. Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière autonome, sans communication avec l'extérieur, garantissant la sécurité et la confidentialité des données.

Horloge de travail

Ce projet présente une horloge dotée d'une fonctionnalité permettant de comptabiliser le temps global passé sur un projet ainsi que le temps écoulé depuis le dernier déclenchement. L'horloge affiche le temps total cumulé et met à jour le temps partiel à chaque déclenchement. Le microcontrôleur met régulièrement à jour l'EEPROM avec les valeurs du temps cumulé, assurant ainsi la récupération des données en cas d'interruption de l'alimentation.

Le dispositif est basé sur les éléments suivants :

• Microcontrôleur ATmega328P

• Écran LCD I2C 4 lignes 20 caractères : Pour l'affichage des informations.

• DS3231 : Un module RTC (Real-Time Clock) précis pour la gestion du temps.

• Interrupteur : Pour l'interaction utilisateur.

Fonctionnalités

Mise à Jour de l'Affichage :

Le microcontrôleur actualise en temps réel l'affichage sur l'écran I2C en récupérant les informations temporelles depuis le DS3231 et en calculant le temps total ainsi que le temps partiel depuis le dernier déclenchement. Ces données sont régulièrement sauvegardées en EEPROM en cas d'interruption d'alimentation.

Gestion des Interactions :

Une interruption est associée à une broche pour permettre les interactions avec l'utilisateur. Une pression de plus de 5 secondes sur l'interrupteur remet le temps total à zéro, tandis qu'une pression brève permet de démarrer ou d'arrêter le chronométrage en fonction de l'état actuel du dispositif. Une gestion des rebonds est implémentée pour éviter les faux positifs lors de l'utilisation de l'interrupteur.

Améliorations Possibles

Le DS3231, muni d'un TCXO, offre une dérive temporelle extrêmement faible (quelques secondes par an), rendant le réglage manuel du temps peu utile. Toutefois, intégrer un tel réglage pourrait s'avérer bénéfique.

Human Activity Recognition : Une amélioration potentielle consisterait à utiliser un système de détection (type IR ou radar de présence) associé à du deep learning, par exemple un réseau de neurones convolutifs 1D, pour analyser les séquences temporelles fournies par le suivi des capteurs de présence au cours du temps. Cela permettrait d'automatiser la comptabilisation du temps passé derrière le bureau et d'identifier comment ce temps est utilisé.

Mots clefs

systèmes embarqués, Arduino Nano, écran LCD I2C, DS3231, interrupteur, interruption, HAR, Human Activity Recognition, gestion du temps, RTC, mémoire EEPROM, gestion des rebonds, CAO, impression 3D, interaction utilisateur, chronométrage, dérive temporelle, TCXO, réseau de neurones convolutifs, détection de présence, DS3231

Objectif du Projet

Ce projet complet intègre la conception assistée par ordinateur (CAO), la fabrication du boîtier par impression 3D, la conception d'un PCB dédié, la réalisation du PCB par gravure anglaise, ainsi que la fabrication et la programmation du dispositif. Malgré sa simplicité, ce projet offre une véritable valeur d'usage en permettant de comptabiliser facilement le temps passé sur différents projets.