La Powerbox

Cet article reprend une documentation d’un atelier qui à eu lieu en 2016 au sein du mutualab à Lille, où j’ai pu faire mes premières armes dans le monde des makers.

Suite à la suppression du site,  j’ai donc décidé de le republier comme tels sur mon blog perso.

 

Durant l’atelier – Make Make – « Capteurs Citoyens » au sein du BlenderLab, avec l’ANIS, dans les locaux du Mutualab, 5 jours d’immersion pour des contributeurs volontaires à réaliser un “#fork” du projet. Découverte, prise en main, partage de connaissances autour de la culture numérique, bidouillage, bricolage, codage, fabrication et test puis documentation.

  1. Vous pouvez suivre notre aventure autour de ces deux “#Pad” (en miroir) qui retrace une partie des échanges et développement de cette semaine. Hackpad : https://makemake-capteurscitoyens.hackpad.com/Make-Make-Capteurs-citoyens-91pfQzEZ3jy
  2. miroir Framapad : https://mypads.framapad.org/mypads/?/mypads/group/make-make-capteurs-citoyens-flbg7779/pad/view/make-make-capteurs-citoyens-fsbh77nc

I – Partie logiciel

Nous avons, pour le code, décidé de reprendre le code de base, mais d’en modifier les parties qui nous sont utile ou inutile. Par exemple, nous avons supprimé toute la partie radio, dont nous n’avions pas besoin, et remplacer par un afficheur LCD de 84 sur 48 sur lequel nous allons afficher plusieurs valeurs, dont la consommation instantané (en W ou kW), la consommation cumulée depuis le lancement (Wh ou kWh), le temps écoulé depuis le lancement de l’interface ainsi qu’un graphique qui représente la conso instantané.

L’interface est plutôt lisible, et, afin de rendre les premières mesures plus précises (ainsi que toutes les suivantes), il y a un chargement durant lequel l’appareil ne prend pas en compte les premières mesures, qui ne sont pas stabilisées. Au bout d’une heure le Backlight (rétro éclairage) s’éteint.

Le code fonctionne en Arduino et avec un micro-contrôleur Arduino. Il repose sur une boucle d’action : l’appareil prend une mesure qu’il enregistre dans la valeur “nrf.power”. Ensuite on passe sur l’affichage dans le sens suivant : on écrit “durée” ainsi que sa valeur (“h”, “m”, “s”). Ensuite on test si “nrf.power” est égal ou supérieur à 1000. Si c’est le cas on le divise par 1000 et, au lieu d’afficher “W”, on affiche “kW”. Ensuite on fait pareil avec la consommation cumulée, en “Wh” ou “kWh”. Puis on affiche la valeur nrf.power divisé par 2 (car notre câble passe 2 fois dans le capteur) au coordonnées demandées (Gauche et 28). Pareil avec la conso_cumulée. Enfin on affiche le fameux “mutualab.org” et après on update l’écran afin que le tout s’affiche.

Le code est disponible sur github. (https://github.com/N1s0/Mutualab-Make-Make.git sous arduino.ino ainsi que toute les librairies utilisées)

II – Partie mise en place du capteur sur une rallonge

Matériel :

  • Câble électrique composé de 3 conducteurs isolés (terre, phase, neutre)
  • Prise secteur à câbler mâle et femelle
  • Pince ampèremétrique sortie Jack

Outils :

  • Pince à dénuder (ou pince coupante)
  • Tourne vis plat
  • Pince coupante

Fonctionnement de la pince ampèremétrique :

La pince ampèremétrique mesure l’intensité d’un courant alternatif d’un conducteur électrique isolé sans contact avec celui-ci

Problématique :

Dans un câble électrique, on retrouve 3 conducteurs électriques, la terre, la phase et le neutre, or l’électricité circule à contre-courant dans la phase et le neutre. Dit autrement si l’on place la pince autour du câble, le neutre annule la phase dans la mesure. Il faut donc isoler la phase du neutre sans pour autant couper les câbles à chaque fois que nous souhaitons les mesurer.

Solution proposée :

Mettre en place une petite rallonge que l’on place entre la prise secteur, et l’appareil de l’utilisateur. Dans cette rallonge, on y trouve la pince ampèremétrique fixée autour de la phase (ou du neutre), avec en plus une boucle permettant de faire passer le même câble 2 fois dans la pince, pour augmenter par 2 l’intensité capter, afin d’améliorer la précision du capteur qui est assez faible sur les petits courants. Il ne faut pas oublier de diviser par 2 la mesure au niveau du calculateur.

Mise en place :

Couper une longueur de câble à 3 conducteurs, dénuder une partie de la première couche d’isolant au milieu, faire la boucle, insérer la pince ampèremétrique, dénuder la première couche des 2 deux extrémités, idem pour chaque conducteurs, afin de les insérer dans leurs prises secteur. Ne pas mettre les 2 prises avant d’avoir inséré le système dans le boîtier. Pour finir, brancher la prise Jack de la pince ampèremétrique sur la powerbox au sein du boîtier.

N.B. : Ici nous mesurons juste l’intensité pour avoir une puissance car nous estimons que la tension du secteur est constante (230 V).

III – Partie découpage et assemblage

Tout est donc prêt, l’Arduino est fonctionnel. La dernière étape consistait à fabriquer et assembler la boite qui contient le tout. Tout d’abord nous avons cherché un modèle de boite qui convenait au dispositif. Pour cela nous nous rendons sur Thingiverse à la recherche d’une “parametric box” adéquate. Notre intérêt se porte très vite sur un modèle de boite flexible. Malheureusement, après mesure et estimation de la taille que la boite nécessitera, nous décidons d’abandonner ce modèle. Il est alors question de mesurer les différents dispositifs: l’écran, la boite qui contient les piles, le capteurs etc… Nous estimons donc qu’il est nécessaire d’avoir une boite de 150 millimètres de longueur, 80 de largeur et 67 de hauteur. La boite recouvrira alors l’ensemble du dispositif aussi bien Arduino que capteur, seul les deux fils nécessaires pour connecter le capteur aux autres objets ressortent de la boite. Nous décidons donc d’utiliser une boite en bois qui correspond davantage aux dimensions de notre objet.

Une fois le modèle transposé sur le logiciel de dessin vectoriel Inkscape, il ne nous reste plus qu’à dessiner chaque pièce pour la découpe, adapter les dimensions, dessiner les formes qui constitueront les trous pour le bouton d’alimentation, les deux fils connecteurs et l’écran. Il est nécessaire de mesurer les dimensions et la position de chaque composant de manière à bien les placer sur le logiciel pour la future découpe.

Une fois toutes les pièces aux bonnes dimensions sur Inkscape, les formes des trous et le titre de notre capteur “PowerBox” ajouté il est alors temps de se rendre au fablab de la maison folie de Moulins à Lille pour graver puis découper l’objet au laser. Trente minutes sont passées et ce qui était une planche de bois parfaitement normale est désormais découpée, nous disposons donc chacun des 6 pièces nécessaires pour assembler la boite. La découpe s’est effectuée de manière à pouvoir imbriquer chaque pièce l’une dans l’autre. Chaque pièce sera maintenue par de la colle ajouté au pistolet à colle. Deux difficultés nous ralentissent:

  • D’une part, il faut un accès aux piles sous la boîte. Nous prenons donc la décision de couper en deux avec un cutter la face du bas de la boite de manière à pouvoir disposer d’un accès aux piles en retirant la face découpée une fois la boite assemblée.
  • D’autre part, il faut être méthodique pour passer les deux fils du capteurs vers l’extérieur de la boite. Il était nécessaire de retirer la pince du capteur pour passer le coté gauche de la boite d’un coté du capteur de courant puis placer le coté droit de l’autre coté.

Il fût nécessaire d’effectuer plusieurs essais avant d’obtenir une méthode idéale car coller les différentes parties de la boite tout en y intégrant les différents composants demande de la méthode. Il apparaît très vite important de visser l’écran en premier lieu, puis de joindre à la face haute de la boite les deux cotés gauche et droit de la boite avec les deux fils connecteurs insérés, puis de finir par le bas de la boite. La colle est déposée aux extrémités des différentes pièces, à l’endroit où les pièces s’imbriquent. Le travail est complexe car la boite demeure peu stable après utilisation de la colle. L’assemblage nous permet également de constater une petite erreur commise lors de la création du modèle dans le logiciel, la gravure concernant le bouton d’alimentation “on/off” n’est pas inscrite du bon coté de la pièce, rien de très important donc puisque le bouton reste tout de même accessible. Notre boite et notre objet est désormais terminé!

Bilan des expériences

Jessy Hurbain : Cette formation m’a permis d’apprendre, d’échanger avec d’autres personnes avec des idées et des compétences différentes afin de se rallier autour d’un projet commun qui est la PowerBox un fork du CitizenWatt.

Paul: Actuellement en service civique pour une mission de sensibilisation des jeunes aux nouvelles technologies et curieux sur tous ce qui touche au numérique, je me suis donc lancé dans cette semaine de fabrication d’un capteur numérique. Ayant un parcours en science sociale, donc aucune expérience pratique du numérique, j’ai pu me familiariser avec le bidouillage numérique grâce à cette initiative. Cette semaine fût également l’occasion d’échanger et de se questionner sur les pratiques et les cultures numériques, ce qui fût très enrichissant.

Une très bonne expérience donc, qui m’a également permis de rencontrer et d’échanger avec les intervenants et autres participants tout en découvrant, outre le monde du numérique, le lieu du mutualab et les dynamiques collectives dont il peut être le théâtre.

N’hésitez pas à tester et échanger avec moi sur ce projet dans les commentaires.

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