Coût total : 13,51€
Temps de réalisation : ~ 2h00
La fabrication est simple mais elle nécessite toutefois quelques explications et détails. C’est aussi pour ne pas allonger l’article sur le Guitayourt que j’ai préféré écrire un article dédié à sa conception.
Matériel spécifique
- une imprimante 3D. En technologie c’est devenu banal et là encore un fablab à proximité vous rendra grand service. Enfin, les prix deviennent tellement intéressant qu’un achat est envisageable. Pour plus d’infos, je vous conseille les tests d’Heliox sur Youtube.
De mon côté, j’ai une MicroDelta : rapide, de fabrication française (important pour moi), un service après-vente de qualité, de forme originale et peu encombrante mais une surface d’impression réduite en comparaison avec les plateaux classiques.
Si vous souhaitez quantifier les observations par un système électronique :
- un fer à souder et le matériel associé . Les prix sont hyper abordables pour ce genre de matériel
Liste des matériaux et coût :
Tous les magasins de bricolage et les sites pour l’électronique feront l’affaire. Pour ma part, je me fournis sur Conrad, Farnell et surtout Gotronic
Il y a 3 possibilités pour le Guitayourt :
- Le montage simple avec la tige, les supports des pots de yaourt, la vis de serrage et la pièce afin de pincer le fil.
- Le montage électronique pour « visualiser » les ondes et faire des mesures.
- Le montage pour réaliser un TP avec un microcontrôleur (à la fin de cet article)
Le cout qui suit comprend les supports et l’électronique.
Le montage TP Arduino sera présenté (quand il sera opérationnel) à la fin de cette page en précisant les couts associés.
Si vous trouvez moins cher, merci de me l’indiquer soit dans les commentaires, soit en me contactant. Merci.
| Matériau | Quantité | Prix unitaire (euros) | Total (euros) |
|---|---|---|---|
| MDF 3mm pour le support | 144,0 cm2 | 10,80 € les 29768 cm2 | 0,05 |
| Tube « carré » de section 0,8 cm | 0,5 m | 2,90 € les 1m | 1,45 |
| Vis / écrou 4 mm 2 de 15 mm de long 2 de 30 mm de long | 4 | 15 pour 3,45 € | 0,92 |
| Vis / écrou 3 mm 10 mm de long | 4 | 15 pour 3,45 € | 0,92 |
| Plastique pour impression 3D | 84 g | 20,99 € pour 1000g | 1,76 |
| Ressort diamètre 5mm | 1 | 6 pour 3 euros environ | 0,50 |
| Plaque d’essai | 5,9×3,7cm | 10x20cm pour 4,60€ | 0,50 |
| DEL verte 3 mm | 1 | 10 pour 0,7 € | 0,07 |
| Del rouge haute luminosité 3mm | 1 | 0,15 | 0,15 |
| Phototransistor 3mm | 1 | 0,3 | 0,30 |
| Disque piézoélectrique | 1 | 1,10 | 1,10 |
| Interrupteur | 1 | 0,65 | 0,65 |
| Douille à cosse | 1 noire et 1 rouge | 1,60 | 3,20 |
| Résistances 100, 220 et 10k | 3 | 10 pour 0,20 € | 0,06 |
| Condensateur 100 µF | 1 | 0,15 | 0,15 |
| Contacts NDR | 10 | 25 pour 0,75 | 0,30 |
| Connecteur long | 10 | 40 pour 0,70 euros | 0,18 |
| Boitier NSR 3 avec 2 contact 1 avec 4 contact | 4 | 25 pour 0,80 € | 0,15 |
| Fils en nappes | ~1 m | 1 m pour 1,1€ | 1,10 |
Le total est de 13,51 euros.
Je n’ai pas intégré le cout des pots de yaourt, le fil, la petite bande velcro et la pile bouton CR2032 car il doit bien en avoir au labo, chez vous, …;-)
Avec de la récupération, on peut vraiment faire des économies. Il doit bien avoir des interrupteurs, des fils, des vis, des composants électroniques, … qui trainent. Seulement, il faudra, peut être, adapter les pièces et le circuit électrique.
Pour un peu plus de 10 euros, on peut analyser le fonctionnement des vibrations sonores longitudinales avec le capteur piézoélectrique (voir mon article Yaourtophone) puis présenter le principe des instruments de musique pour les vibrations transversales. Vas – y guitare !
Pour faciliter le montage / démontage, j’ai opté pour quelques connectiques. Les contacts NDR permettent un dépannage rapide et facile. Pas besoin de dessouder et de tout démonter. En revanche, le temps de montage est plus long .
La fabrication
Imprimer en 3D
5 minutes
pour lancer l’impression
Pour tout imprimer, il faut compter environ 3h00 ou plus. Tout dépend de la machine utilisée, de la taille du plateau, … On a donc le temps de préparer l’électronique pendant ce temps là.
J’ai imprimé en couche de 0,3 mm pour les supports des pots de yaourt et le support des fiches bananes. Le reste en 0,2 mm pour un travail plus soigné.
Certaines pièces sont à imprimer en plusieurs exemplaires :
- 4 molettes pour les vis et les 4 morceaux pour solidariser la molette
- 3 contre-écrous simple
- 4 supports de vis pour maintenir la plaque d’essai
- 2 embouts pour la tige à section carré
Placer les embouts sur la tige
5 minutes
Après avoir coupé la tige en deux, donc à 50 cm de longueur, ébavurer les bords avec une lime puis coller les embouts. Avec de la super-glu, ça tient très bien.
Solidariser les molettes des vis
5 minutes
Limer la molette du côté de la vis pour que la collerette que l’on placera après puisse bien adhérer. Positionner la vis correctement afin que le cran s’insère. Une pince sera peut être nécessaire.
Mettre quelques petits points de colle sur la collerette, bien la positionner et la maintenir quelques secondes.
Répéter l’opération pour toutes les vis.
Bloquer les écrous
5 minutes
Placer les écrous dans leur emplacement. On ne peut pas se tromper avec les formes hexagonales.
Vérifier que les vis passent facilement par le trou des « bloque – écrou ». Sinon, il faut limer un peu. Puis, placer la vis et faire quelques tours. Déposer quelques gouttes de colle sur les supports et maintenir quelques secondes.
Répéter l’opération sur les autres pièces.
Poncer si nécessaire pour améliorer l’adhérence.
Protéger la tige en aluminium
1 minute
Le petit embout se place sur le bout de la vis. Il permet de ne pas abimer la tige avec la vis.
Il suffit de le maintenir un peu avec le doigt puis de visser. Même s’il est un peu de biais ce n’est pas grave. En vissant sur la tige il va se « caler ».
Emboiter les supports dans la tige
5 minutes
Placer les supports des pots aux bouts de la tige. Ils doivent bien coulisser. Si ce n’est pas le cas, il faut limer un peu les bords des supports.
Percer un petit trou au fond de chaque pot, bien au centre. Placer entre les pots un fil (de cuisine par exemple) qui devra mesurer 37 cm entre les nœuds.
Placer les pots sur les supports. Le fil doit être à peine tendu. La vis permet de régler la tension du fil.
Pour présenter de manière qualitative les vibrations de la corde, ce montage suffit. Une analogie avec une guitare, par exemple, est possible. Je vous renvoie vers l’article du Guitayourt pour tous les détails.
L’électronique
~90 minutes
avec le câblage.
Le schéma électrique est très simple. La mesure de la tension se fait aux bornes du phototransistor.
Découper une plaque d’essai de 5,8 cm sur 3,7 cm. Attention aux sens des bandes de cuivre.
Avec un cutter et une règle, passer plusieurs fois de chaque côté de la plaque et en appuyant assez fort. Il suffit ensuite de la plier en la maintenant fermement de chaque coté du tracé. Elle cède alors très facilement et sans bavure.
Voici l’implantation des éléments sur la plaque. Les ronds noirs correspondent au perçage et les ronds marrons aux connecteurs.
Percer la plaque aux 4 coins avec un forêt de 3,2 mm et séparer, au bon endroit (entre les deux points marrons en haut sur l’image précédente), la piste comme sur la photo. Un cutter fait l’affaire ou mieux une Dremel.
Commencer par le support de la pile afin d’être plus libre de vos mouvements. Les fils sont obtenus en dénudant des câbles.
Poursuivre les soudures par les fils, les résistances, la Del, le condensateur et finir par les connecteurs.
Une fois fini, il faut toujours passer le cutter entre les bandes cuivrées afin d’éviter les micro-contacts.
Câbler
De la nappe, détacher des couples de fils. Souder le disque piézoélectrique, les fiches bananes et l’interrupteur. L’autre extrémité sera conditionné par des contacts et boitier NSR.
Le capteur piézoélectrique est seulement utile pour le Yaourtphone ! Le montage du Guitayourt à l’avantage de pouvoir réaliser les mesures plus facilement.
Les dimensions requises pour les fils :
- 4 cm pour l’interrupteur
- 8 cm pour les fiches bananes
- 30 cm pour le disque piézoélectrique
Câbler le capteur des oscillations transversales :
Prendre une nappe de 4 fils d’environ 25 cm.
Attention au sens de branchement de la Del et du phototransistor !
Le phototransistor est placé au dessus du support pour limiter les perturbations lumineuses. Couper les fils du phototransistor à 1 cm environ en repérant bien la cathode et l’anode !
Souder un fil extérieur de la nappe au fil le plus long du phototransistor. Ajouter une gaine thermorétractable afin d’éviter tout court-circuit.
Couper 3 cm de fil pour les 2 autres câbles puis souder la Del rouge. Attention, le fil extérieur doit être relié à la cathode de la del (fil le plus court).
Placer correctement la Del rouge puis faire passer les fils dans la grille derrière le support afin de les « bloquer ».
Coller le cache noir devant le phototransistor. Il permet de limiter la « pollution » lumineuse.
Dimensionner le ressort
2 minutes
Emboiter les deux supports qui supporteront la pièce précédente.
Couper une longueur de 2,3 cm de ressort.
Positionner le ressort entre les deux pièces, faire passer la vis dans le support supérieur puis dans le ressort et enfin dans l’écrou.
On peut ajouter des rondelles pour faciliter la rotation de la molette.
Coller le support des capteurs à 3 mm du bord de l’élément précédent.
Bien poncer les surfaces qui seront collées car sinon l’adhérence ne se fait pas très bien à cause de la structure lamellaire de l’impression 3D.
Contrôler
2 minutes
Insérer la tige en aluminium dans le support. Il faudra certainement limer un peu.
Faire en sorte que le support coulisse tout juste sans trop forcer, c’est fait exprès pour que le support bouge un minimum lors des mesures.
Assembler et coller tous les éléments
3 minutes
Placer les petits supports dans les vis et solidariser la plaque d’essai.
Jauger les positions des éléments sur un support avec les connecteurs en place. Puis coller.
Pour le support, j’ai repris le même que pour le détecteur de niveau et avec un petit coup de peinture le rendu est plus « propre ».
Sinon, une simple planche fera aussi l’affaire, bien sûr.
Votre Guitayourt est prêt à l’emploi !
Pour brancher le capteur à la plaque d’essai, il faut faire attention au sens !
Les fils allant au phototransistor doivent être vers l’intérieur des connecteurs.
Dans cet exemple, le fil violet partant du phototransistor est orienté vers l’intérieur sur la plaque (à la borne négative de la pile).
J’ai mis un peu de blanc correcteur sur le support et le connecteur pour un repérage plus rapide par la suite.
Fabrication du module pour l’Arduino
Agrandissez la vidéo pour voir ce que je propose avec ce « shield » fait maison 😉
Combien ça coute ?
Concernant le matériel, j’ai choisi parmi les moins chers, il me semble. Là encore si vous trouvez moins cher, laisser un commentaire ou contactez-moi.
La carte Arduino que propose Gotronic est quasiment 2 fois moins cher que la carte « officiel ». Je l’ai testé maintes fois et je n’ai eu aucun souci. C’est donc celle-là que je propose. Le seul inconvénient : le câble fourni est un peu court. Si vous en avez qui trainent (USB A – USB B) gardez-les !
| Matériau | Quantité | Prix unitaire (euros) | Total (euros) |
|---|---|---|---|
| Une carte Arduino | 1 | 10,90 | 10,90 |
| Plaque d’essai | 4 cm x 5,3 cm | 10x20cm pour 4,60€ | 0,49 |
| Connecteur long | 10 | 40 pour 0,70 euros | 0,18 |
| LM393N ou LM358P ou LM2904 | 1 | 0,5 | 0,5 |
| Support Lyre | 1 | 0,08 | 0,08 |
| Résistances | 4 | 10 pour 0,20 € | 0,08 |
| Condensateur 100 *µF | 1 | 0,15 € | 0,15 |
| Fil | 10 cm | 0,25 € pour 1m | 0,03 |
Le cout total est de 12,41 euros.
C’est nettement moins cher qu’un oscilloscope ou du matériel d’Exao, non ? Il faut toutefois un ordinateur ou une tablette. Avec les salles informatiques, ou matériels mobiles, …, il doit bien y avoir ce qu’il faut.
Le circuit électronique du module
Le schéma du montage :
Rien d’extraordinaire. L’AOP est utilisé en comparateur.
Plus le phototransistor reçoit de la lumière plus la tension à ses bornes est basse.
Le pin 2 de l’Arduino est une entrée numérique et le pin A0 est une entrée analogique. Référence.
À l’oscilloscope, on obtient en faisant vibrer la corde :
La courbe bleue correspond à la tension obtenue aux bornes du phototransistor.
La courbe rouge, celle que l’on obtient en sortie de l’AOP.
Le phénomène étant transitoire et les harmoniques souvent présentes, j’ai opté pour la mesure de la période avec les échelons (courbe rouge) et non en affichant la courbe réelle pour les collégiens. Trop difficile à interpréter à mon goût.
En outre, il faut au moins 3,0 V pour détecter le niveau haut sur un pin de l’Arduino. Référence. Difficile d’automatiser sans AOP.
Implantation des composants :
L’AOP LM393N (ou LM358P) possède la même configuration pour les branchements.
Les bandes cuivrées sont à l’horizontale.
Sur une plaque d’essai de 4 cm sur 5,3 cm, souder les composants ainsi :
ATTENTION à bien enlever le cuivre au bon endroit sur la face cuivrée. Je conseille de le faire avant de souder les composants :
Voilà le résultat.
Comme toujours, penser à passer la pointe d’un cutter entre les pistes cuivrées pour supprimer les micro-contacts.
Pour éviter à la carte de toucher la surface de la table, un petit support à imprimer en 3D est bien utile. Vous pouvez en trouver sur thingiverse.
Parfois, il est un peu large. Je chauffe un peu les bords avec un briquet et j’aplatis les angles.
La partie informatique
Préparer le matériel avant :
Positionner le module correctement sur l’Arduino.
Bien orienter le connecteur du capteur sur le module.
Les fils du phototransistor orientés vers l’AOP. J’ai mis du correcteur pour faciliter l’opération.
Le matériel est en place !
Brancher l’Arduino à un port USB de l’ordinateur. Une Del verte doit éclairer sur la carte et la Del rouge du capteur doit fonctionner aussi.
Configurer la carte Arduino :
- Télécharger l’IDE de la carte Arduino et l’installer. (Choisir Arduino IDE et non le WEB Editor.)
- Télécharger le programme suivant que j’ai conçu, l’ouvrir en double-cliquant dessus et téléverser le programme dans l’Arduino.
Si vous n’êtes pas habitué à l’IDE de l’Arduino, voici la procédure :
- Dans OUTIL, choisir comme type de carte « Arduino/Genuino… » et le port COMX (ici c’est le port COM3, mais le chiffre peut différer)
- Cliquer sur TELEVERSER . Des messages dans la zone noir, en bas, vont s’afficher.
- Dans la zone 3, si tout se passe bien, vous devriez voir écrit : « Téléchargement terminé ».
Le plus dur est fait et n’est à faire qu’une seule fois. Le programme est maintenant présent « dans » l’Arduino. Laisser là brancher.
2 possibilités : interface web ou programme autonome
1 – Interface web :
Télécharger le logiciel qui fait l’interface entre l’Arduino et la page WEB qu’il faudra ouvrir par la suite.
Merci aux concepteurs de ce logiciel !
- Dézipper le dossier
- Exécuter le fichier p5.serialcontrol.exe
- Vérifier qu’un port COM est présent (voir photo, le chiffre peut varier) et UN SEUL ! Sinon débrancher les autres appareils.
- Vous pouvez réduire le programme et surtout ne pas le fermer.
Pour accéder au T.P. , dirigez-vous sur cette page
2 – Programme autonome :
Le programme nécessite Java.
Si vous ne l’avez pas déjà installé.
Dézipper-le et lancer l’exécutable : guitayourt.exe
(la carte Arduino doit être programmée et branchée au préalable)