Test Final Electronique : Système de convoyeur intelligent

Intégration des concepts électroniques pour un système de convoyeur de tri automatisé avec détection d'objets et tri par couleur.

Introduction

Ce document présente l'implémentation électronique du système de convoyeur intelligent de tri des déchets. Le système utilise une architecture modulaire avec des blocs fonctionnels distincts pour l'alimentation, la détection, le traitement et l'actuation.

Composants principaux

• Arduino Nano (ATmega328P) - Noyau du système
• ESP8266MOD-12 - Communication WiFi
• Régulateurs 7805 et 7812 - Gestion de l'alimentation
• Photorésistance + KY-008 - Détection d'objets
• Moteur pas à pas 12V + L298N - Mouvement du convoyeur
• Servomoteur - Mécanisme de tri

Fig. 1 - Vue d'ensemble du système électronique

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Architecture du système

Diagramme fonctionnel

Description fonctionnelle

Alimentation

• Conversion de la tension de la batterie vers 12V pour les moteurs et 5V pour les circuits logiques avec régulation précise

Détection d'objets

• Barrière laser KY-008 avec photorésistance pour une détection précise à ±1mm

Traitement en temps réel

• Arduino Nano avec algorithme optimisé pour une latence < 5ms

Flux de données

1. Le capteur envoie un signal analogique (0-5V)
2. L'Arduino effectue la conversion ADC et le traitement
3. Si détection positive → Commande PWM vers les actionneurs
4. Transmission JSON via WiFi vers le tableau de bord
5. Si pas de détection → Position neutre

Spécifications techniques

Spécification	Valeur
Fréquence d'échantillonnage	200Hz
Précision de détection	±1mm
Latence de traitement	<5ms
Débit WiFi	54Mbps

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Composants électroniques

Liste complète des composants

Composant	Référence	Quantité	Fonction principale	Caractéristiques clés
Arduino Nano	ATmega328P	1	Contrôleur principal	16MHz, 32KB Flash, 14 I/O, 8 analogiques
Module WiFi	ESP8266MOD-12	1	Communication sans fil	802.11 b/g/n, UART, 80mA TX
Régulateur 12V	LM7812	1	Alimentation moteurs	1A max, TO-220, 14-35V entrée
Régulateur 5V	LM7805	1	Alimentation logique	1A max, TO-220, 7-25V entrée
Photorésistance	GL5528	1	Détection de lumière	10kΩ (clair), 1MΩ (obscurité)
Module laser	KY-008	1	Détection d'objets	650nm, 5mW, 50cm portée
Moteur pas à pas	28BYJ-48	1	Mouvement convoyeur	12V, 2048 pas/tour, 3.5kg.cm
Driver moteur	L298N	1	Contrôle moteur	2A/canal, 46V max, double pont H
Servomoteur	SG90	1	Mécanisme de tri	180°, 4.8-6V, 0.1s/60°
Batterie	Li-ion 4S	1	Alimentation mobile	14.8V, 2000mAh, 4A max

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Alimentation

Circuit d'alimentation principal

Fig. 3 - Schéma du circuit d'alimentation

Ce circuit fournit les tensions nécessaires pour tous les composants:

• Batterie Lithium 4S 14.8V: Source d'énergie principale
• Régulateur 7812: Stabilise la tension à 12V pour le moteur pas à pas et l'Arduino NANO via la broche VIN
• Régulateur 7805: Fournit 5V pour les capteurs et servomoteurs
• Protections:
  • Diode de protection contre l'inversion de polarité
  • Condensateurs de stabilisation (475µF + 100nF)

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Bloc d'entrée

Schéma fonctionnel complet

Fig. 4 - Architecture complète du bloc d'entrée

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Bloc de traitement

Architecture centrale

Fig. 5 - Schéma fonctionnel du bloc de traitement

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Bloc de sortie

Schéma des actionneurs

Fig. 6 - Architecture des systèmes d'actuation

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Schéma complet

Circuit principal

Fig. 7 - Schéma complet du système (cliquer pour agrandir)

PCB final

Disposition PCB

Fig. 8 - Disposition du PCB

Vue couche supérieure

Fig. 9 - Vue couche supérieurePCB vue avant

Prototype physique

Fig. 11 - Vue d'ensemble du prototype

Fig. 12 - Détails d'interconnexion

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Implémentation logicielle

Configuration, Setup et Loop

// === Définitions des broches ===
#define START_PHOTO_PIN A1
#define STOP_PHOTO_PIN A2
#define BUTTON_PIN 12
#define LED_PIN 7
#define IN1 8
#define IN2 9
#define IN3 10
#define IN4 11

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_TCS34725.h>

Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725();
const int bleu = 3;
const int rouge = 4;
const int jaune = 5;
const int vert = 6;

const int threshold = 450;
const int stepDelay = 5;
const unsigned long longPressTime = 2000;

bool systemActive = false;
unsigned long buttonPressTime = 0;

void setup() {
  pinMode(IN1, OUTPUT); 
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT); 
  pinMode(IN4, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  stopMotor();
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Système prêt. En attente...");

  if (tcs.begin()) {
    Serial.println("Capteur TCS34725 détecté!");
    tcs.setInterrupt(false);
  } else {
    Serial.println("Erreur capteur TCS34725");
    while (1);
  }

  pinMode(bleu, OUTPUT);
  pinMode(rouge, OUTPUT);
  pinMode(jaune, OUTPUT);
  pinMode(vert, OUTPUT);

  digitalWrite(rouge, LOW);
  digitalWrite(bleu, LOW);
  digitalWrite(jaune, LOW);
  digitalWrite(vert, LOW);
}

void loop() {
  Serial.print("Capteur début: ");
  Serial.print(analogRead(START_PHOTO_PIN));
  Serial.print(" | Capteur arrêt: ");
  Serial.println(analogRead(STOP_PHOTO_PIN));

  handleButton();

  if (!systemActive && detectStartSensor()) {
    activateSystem("Détection DÉBUT → Activation");
  }

  if (systemActive && detectStopSensor()) {
    deactivateSystem("Détection ARRÊT → Stop");
  }

  if (systemActive) {
    stepMotor();
    delay(stepDelay);

    String color = detectColorTCS34725();
    Serial.print("Couleur détectée: ");
    Serial.println(color);
  }
}

Communication série avec ESP8266 pour interface web

L'Arduino Nano transmet les données de tri à l'ESP8266 NodeMCU via liaison série.
Ces données sont ensuite affichées sur le tableau de bord web, incluant :

• Les compteurs de couleurs
• La position de tri
• L'heure du dernier tri

Exemple de code Arduino

// Déclaration des compteurs globaux pour chaque couleur
int compteurRouge = 0;
int compteurVert = 0;
int compteurJaune = 0;
int compteurBleu = 0;

/**
 * @brief Envoie les données de tri vers l'ESP8266 pour affichage sur l'interface web
 * 
 * @param couleur La couleur de l'objet détecté ("Rouge", "Vert", "Jaune", "Bleu")
 * @param position La position de tri de l'objet sur le convoyeur
 */
void envoyerDonneesWeb(String couleur, int position) {
  // Incrémentation du compteur correspondant
  if (couleur == "Rouge") {
    compteurRouge++;
  } else if (couleur == "Vert") {
    compteurVert++;
  } else if (couleur == "Jaune") {
    compteurJaune++;
  } else if (couleur == "Bleu") {
    compteurBleu++;
  }

  // Construction et envoi du JSON via le port série
  Serial.print("{\"couleur\":\"");
  Serial.print(couleur);
  Serial.print("\",\"position\":");
  Serial.print(position);
  Serial.print(",\"compteurs\":{\"Rouge\":");
  Serial.print(compteurRouge);
  Serial.print(",\"Vert\":");
  Serial.print(compteurVert);
  Serial.print(",\"Jaune\":");
  Serial.print(compteurJaune);
  Serial.print(",\"Bleu\":");
  Serial.print(compteurBleu);
  Serial.println("}}");
}

void setup() {
  // Initialisation de la communication série
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // Exemple de test : envoi d'une couleur et position toutes les 5 secondes
  envoyerDonneesWeb("Rouge", 1);
  delay(5000);
}

[📥 Télécharger le code complet (.rar)] (#lien)

Tests et validation

Plan de test :

• Test d'alimentation : Mesurer les tensions 12V, 5V et 3.3V en charge
• Test de détection : Vérifier la détection d'objets à différentes distances
• Test de couleurs : Valider l'identification des 4 couleurs
• Test moteur : Vérifier le mouvement précis du convoyeur
• Test de tri : Valider le mécanisme de tri pour chaque couleur
• Test WiFi : Vérifier la transmission de données vers l'interface web

Vidéo de démonstration

Voir la vidéo de fonctionnement complet du systèmeVideo elecTest de détection

Téléchargements

• 📥 Projet KiCad complet
• 📥 Fichiers Gerber (PCB)

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Conclusion

Résumé technique

Le système électronique répond aux exigences du projet :

• Détection fiable des objets et des couleurs
• Contrôle précis des actionneurs
• Communication stable avec l'interface web
• Autonomie suffisante (>3 heures)

Perspectives futures

Améliorations possibles :

• Ajout de batterie de secours
• Intégration de capteurs supplémentaires
• Optimisation de la consommation d'énergie
• Version complètement sans fil