[Bricomaker] Montre connectée en Bluetooth

Montre Connectée Bluetooth

[sommaire]

Etienne, l’un des candidats pré-sélectionnés par notre jury, se présente pour être élu Ambassadeur 2016 dans la catégorie Bricomaker.

Avant d’en savoir plus sur son projet, une montre connectée en bluetooth, nous vous invitons à découvrir son parcours.

Comment est née ta vocation pour l’électronique ?

Je suis passionné par l’électronique depuis l’âge de 12 ans, un projet de classe consistait à fabriquer une petite lampe torche, la passion est née. J’ai ensuite suivi des études dans ce domaine, BEP BAC et BTS Électronique. Cette passion dévorante est devenue mon métier. Technicien de maintenance électronique dans un premier temps, je suis actuellement technicien électronique bureau d’étude.

Qu’est-ce qui te pousse à réaliser des projets ?

J’adore la conception et la réalisation, cela permet d’apprendre en permanence. Je réalise également des projets personnels que j’ai le plaisir de partager sur mon blog. J’aide régulièrement des associations et écoles pour réaliser leurs projets.

As-tu d’autres projets en vue ?

Actuellement, je travaille sur un gros projet : un flipper. Je souhaite le réaliser entièrement (électronique, mécanique, modélisation 3D). Je souhaite partager l’avancement de ce projet avec les passionnés.


1 – Pourquoi ce projet ? Idée de départ et objectifs

Au départ, je souhaitais fabriquer une montre simple avec une matrice de LED.

J’ai eu la possibilité de pouvoir utiliser une imprimante 3D, mon idée a évolué assez rapidement.

J’avais également envie depuis quelques temps d’essayer la programmation d’applications Android.

Toutes ces idées et l’envie d’apprendre de nouvelles choses ont finit par donner ce projet de montre connectée, un nouveau défi pour l’électronicien passionné que je suis.

La MatWatch, c’est quoi ?

C’est une montre connectée à un smartphone via une liaison Bluetooth.

Lorsque l’on reçoit un SMS ou un appel, une notification est affichée sur la matrice de LED. Le vibreur se déclenche un certain nombre de fois (configurable dans l’application Android).

C’est une montre, il est aussi possible d’afficher l’heure ;)

Une batterie Lithium-Polymère permet une autonomie de plusieurs jours, elle est rechargeable via une prise micro-USB connectable sur un port USB ou un chargeur de téléphone.


2 – Quel matériel ?

Composants nécessaires :

  • 1 Matrice de LED rouge 8×8 à cathodes communes 32x32mm
  • 1 Microcontrôleur ARM STM32F401RB
  • 1 Module BLUETOOTH HC-05
  • 1 Circuit intégré LM3671MF-3ADJ
  • 1 Circuit intégré MCP73831T-2ACI
  • 1 Vibreur de téléphone mobile
  • 3 Boutons poussoirs SKHHLUA010
  • 1 Quartz d’horloger 32.768 KHz
  • 8 Résistances 39 ohm CMS 1206
  • 6 Résistances 10 KOhm CMS 1206
  • 2 Résistance 100 KOhm CMS 1206
  • 1 Résistance 2 KOhm CMS 1206
  • 1 Résistance 562 KOhm CMS 1206
  • 1 Résistance 10 ohm CMS 1206
  • 4 Condensateurs 100nF CMS 1206
  • 1 Condensateur 10nF CMS 1206
  • 2 Condensateurs 10pF CMS 1206
  • 1 Condensateur 6.8pF CMS 1206
  • 1 Condensateur 33pF CMS 1206
  • 3 Condensateurs 4.7µF/10V tantale CMS boîtier B
  • 1 Condensateur 2.2µF/16V tantale CMS boîtier A
  • 1 Condensateur 1µF/16V tantale CMS boîtier A
  • 1 Condensateur 10µF/6.3V tantale CMS boîtier A
  • 1 Inductance 2.2µH/800mA CMS ELJPA2R2MF2
  • 1 Transistor SOT23 IRLML9301
  • 1 Transistor SOT23 BC847B
  • 1 Diode SOD80 LL4148
  • 2 Barrettes sécables 20mm 4 points
  • 1 Connecteur micro-USB MOLEX 105017-0001
  • 1 Batterie Li-Polymère 3.7V-450mA/H 37 x 34 x 3,7 mm
  • 1 Fusible 250mA CMS 1206

Outillage nécessaire :

Pour la fabrication de la montre

Pour la fabrication des cartes :


3 – Explications et fabrication de la montre

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Conception électronique :

La partie électronique se décompose en cinq parties :

1 – Le chargeur de batterie :

J’ai utilisé un petit circuit CMS SOT23, le MCP73831T-2ACI.
Il est très simple d’utilisation et nécessite peu de composants externes.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Il faut bien choisir la résistance de programmation R1 qui permet de régler le courant de charge (ici 500mA/H).

2 -Le convertisseur de tension :

J’ai choisi d’utiliser le circuit LM3671MF-3ADJ car il nécessite peu de composants externes et est en boîtier SOT23.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Ce circuit existe en tension fixe avec moins de composants externes. Pour le développement,  j’ai choisi de mettre un régulateur variable.

Il permet d’avoir une tension de 3V3 malgré la variation de tension sur la batterie. La tension peut monter à 4V2 lors de la charge et descendre à 3V4 lorsque la batterie est déchargée.

Il est indiqué pour l’utilisation des batteries Lithium.

3 – La matrice de LED :

C’est une matrice simple de LED rouge 8×8 avec cathodes communes.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

4 – Le module Bluetooth :

Le module choisi est un HC-05, il fonctionne en Bluetooth 2.

L’avantage est qu’il est assez facile à trouver sur Internet, mais sa consommation n’est pas optimisée.

Dans une future version, je pense utiliser un module Bluetooth 4 plus économe en courant.

Pour limiter la consommation de la montre, lorsqu’elle n’est pas connectée au smartphone, un transistor coupe l’alimentation du module au bout de 30 secondes.

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5 – Le micro-contrôleur ARM STM32F401RB

J’ai choisi ce micro-contrôleur car j’ai une carte de développement NUCLEO-F401 et j’ai commencé le programme dessus. Pour cette application, il est surdimensionné.

Dans une prochaine version, j’utiliserais un microcontrôleur plus petit.

Un quartz d’horloger est relié sur le micro-contrôleur pour le fonctionnement du RTC (horloge en temps réel).

Le module Bluetooth communique avec le micro-contrôleur via une liaison série RS232. Des trames sont envoyées et reçues en fonction des actions à effectuées.

Lorsque la montre se connecte, elle envoie une trame de paramètres (enregistrés dans la mémoire flash de l’ARM) pour pouvoir les afficher sur les réglages sur l’application.

Une trame est envoyée à la montre lorsqu’un appel ou un SMS est intercepté par le smartphone. Idem pour la mise à jour de l’heure.

Vous pourrez retrouver les détails plus approfondis sur la conception électronique (calculs et mesures) sur mon blog une fois que j’aurai avancé sur le développement de ce projet.


Fabrication des cartes électroniques

Pour fabriquer mes cartes prototypes, j’utilise une technique qui est connue pour être économe car elle ne nécessite pas d’insoleuse et de graveuse.

Elle consiste à faire un transfert d’encre du typon sur une carte d’époxy cuivré et de graver au perchlorure de fer (ou persulfate de sodium).

Je vais l’expliquer en quelques étapes :

– Etape n°1 : Impression avec une imprimante laser

Il faut imprimer les typons sur du papier de transfert en n’oubliant pas de mettre le coté du dessus (TOP) en miroir. Cela fonctionne aussi sur du papier glacé.

Je mets un deuxième contour de carte éloigné de 5.8mm (5mm plus la moitié de l’épaisseur d’une carte).

DIY - Montre Connectée Bluetooth

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Il faut ensuite faire correspondre les deux faces en utilisant une source lumineuse (sur une fenêtre par exemple) et les maintenir avec du scotch. Il faut bien faire attention à mettre les trous en face.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

– Etape n°2 : Découpage de la carte et transfert de l’encre

Découper une carte à la taille du deuxième contour puis la faire glisser entre les deux feuilles.

Il est conseillé de mettre un coup de gomme abrasive avant de mettre la carte pour enlever d’éventuelles traces.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Pour réaliser le transfert de l’encre, il faut une source de chaleur. J’utilise une plastifieuse que j’ai modifiée. J’ai changé le capteur de température pour qu’elle chauffe plus.

D’autres électroniciens font le transfert avec un fer à repasser.

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Chauffer la carte pendant environ 15 minutes, il faut voir si le papier colle bien à la carte (c’est l’encre qui s’est « accrochée » à la carte).

Ensuite passer la carte sous l’eau et décoller le papier.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Vérifiez bien que l’encre soit bien transférée.

Si des pistes sont coupées ou que le plan de masse n’est pas complet, il est possible de les corriger avec un feutre indélébile.

– Etape n°3 : Gravure de la carte

Pour graver la carte, verser du perchlorure de fer dans un bac et plonger la carte dedans.

Il est préférable de faire chauffer le perchlorure de fer à 40-45°C mais ce n’est pas obligatoire. La gravure sera plus longue s’il n’est pas chauffé.

Il faut bien vérifier de temps en temps l’évolution de la gravure.

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Une fois la carte gravée, il ne reste plus que du cuivre sous l’encre.

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Pour nettoyer l’encre restante, il faut soit utiliser de l’acétone ou gratter avec un cutter.

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Il est possible de faire un bain d’étain chimique pour faciliter le montage des composants CMS.

Percer les trous avec un forêt de 0.8mm/1mm/2mm.

– Etape n°4 : Montage des composants

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Le composant le plus délicat à souder est le microcontrôleur. C’est un boîtier LQFP64 avec un pas de 0.5mm entre les pattes.

La technique que j’utilise consiste à souder deux pattes aux extrémités du circuit pour le maintenir en place.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Ensuite je soude plusieurs pattes ensemble et je passe de la tresse à dessouder sur les groupes de pattes pour ne laisser qu’une petite quantité d’étain sur les pattes.

Il faut ensuite bien vérifier avec un multimètre s’il n’y a pas de court-circuit entre les pattes. Vous pouvez utiliser le même procédé pour le connecteur micro-USB.

Souder les autres composants.

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Coller le vibreur sur la carte.

Souder les connecteurs sécables sur une carte puis suivre les étapes d’assemblage.

Avant d’assembler les deux cartes ensembles, il faut programmer le microcontrôleur.

Rendez-vous dans la section programmation de ce tutoriel.

– Etape n°5 : Assemblage des cartes

Pour l’assemblage des cartes, j’utilise des entretoises faite avec une imprimante 3D.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

J’ai ensuite monté les cartes ensemble en mettant une VIS M2 de 25mm avec un écrou sur les 4 coins des cartes.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Une fois les cartes maintenues, il faut souder les connecteurs sécables sur la deuxième carte.

Pour le montage de la batterie, il faut la glisser entre les cartes et souder les deux fils (sur J1 du schéma) en faisant attention à la polarité.

Une fois toutes les pattes soudées, il faut enlever les vis et les écrous.

DIY - Montre Connectée Bluetooth


Fabrication du boîtier

Pour imprimer ce boîtier, j’ai utilisé une imprimante 3D « Ultimaker 2 ».

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Le boîtier est constitué de deux parties. Il faut aussi imprimer des entretoises (si elles n’ont pas été trouvées dans le commerce).

DIY - Montre Connectée Bluetooth

DIY - Montre Connectée BluetoothDIY - Montre Connectée Bluetooth

Pour l’impression du dessous, il a fallu l’ajout d’un support de structure.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Quelques étapes d’impression du dessous :

DIY - Montre Connectée Bluetooth

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Une fois que les parties du boîtier sont imprimées, il faut enlever les parties plastiques qui servent à la structure d’impression.

Il sera peut-être nécessaire de retravailler le plastique pour que le boîtier ferme correctement (avec des petits outils de ponçage montés sur la perceuse).

J’ai dû agrandir les perçages des entretoises avec un foret pour faire passer les vis.

DIY - Montre Connectée Bluetooth


Assemblage final

Le montage final consiste à assembler les cartes dans le boîtier.

Mettre les 4 vis, les écrous et les entretoises.

Mettre le bracelet.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

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Programmation du microcontrôleur

Pour programmer le microcontrôleur, j’utilise une carte NUCLEO qui contient un petit programmateur J-LINK et le logiciel « STM32 ST-LINK Utility ».

Il existe aussi des programmateurs externes (comme les PICKIT pour les PIC).

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Il y 5 fils à relier entre le programmateur et la carte microcontrôleur.

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Installez et exécutez le programme PC « STM32 ST-LINK Utility ».

La première étape consiste à vérifier que la liaison entre la carte et le programmateur est bonne.

Allez dans « Target » puis « Connect ».

Si la liaison ce fait le tableau de données s’affiche.

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Une fois la connexion établie, chargez le fichier « MatWatch_ARM.hex » puis allez dans « Target » puis « Program & Verify… »

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Cliquez sur « Start » et attendre la fin de la programmation.

Vous pouvez passer à l’étape d’assemblage des cartes si elle n’est pas encore réalisée.


Installation de l’application Android

Pour installer l’application Android, il faut copier le fichier « MatWatch.apk » sur le disque dur de votre smartphone.

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Il faut ensuite ouvrir l’explorateur de fichiers de votre smartphone puis chercher le fichier de l’application :

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Selon la configuration de votre smartphone, vous allez peut-être avoir des messages de sécurité :

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Une fois l’étape de sécurité est validée, vous pouvez procéder à l’installation :

DIY - Montre Connectée Bluetooth

Vous pouvez maintenant utiliser l’application et faire un essai de connexion avec la montre.

Pour voir le fonctionnement de la montre et de l’application vous devez visionner la vidéo de présentation de la MatWatch.


4 – Évolutions envisagées

Comme précisé dans la conception électronique, je souhaite faire une nouvelle version de cette montre.

J’aimerais améliorer l’autonomie en changeant de module Bluetooth et en gérant la mise en veille du microcontrôleur.

Il est également envisageable de miniaturiser la montre car elle est assez grosse (19mm de hauteur).

Pour cela je souhaite mettre une matrice de LED CMS et mettre tous les composants sur une seule carte.

Je souhaite également améliorer l’application Android en permettant de faire plus de réglages (renommer le nom de la montre, régler la longueur des vibrations), ajouter des notifications (Email, Facebook, etc…) et automatiser la connexion à l’application.

DIY - Montre Connectée Bluetooth


5 – Si c’était à refaire…

Ce projet m’a permis d’acquérir de nouvelles connaissances, notamment sur la programmation d’applications pour smartphones et l’impression 3D.

Je souhaite développer davantage ce projet et partager cette expérience avec d’autres électroniciens.

J’espère que ce tutoriel vous a plu et que vous suivrez l’évolution de ce projet.

Etienne


Découvrez la montre connectée en vidéo !


Le blog d’Etienne : www.blog-electronique.fr

5 Comments

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