Rappor pfa pillulier automatique, Study Guides, Projects, Research of Electromechanical Systems

Download Rappor pfa pillulier automatique and more Study Guides, Projects, Research Electromechanical Systems in PDF only on Docsity! Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche scientifique Université Libre De Tunis Département Polytechnique Projet fin d’année Présenté Par : Grami Loua Mestiri Houssem Jmal Karim Nhouchi Mohamed Hentati Belhassan Distributeur des médicaments : PILBOX Encadré Par : Mr. Mouelhi Hamdi Mr. Toujeni Nizar Année Universitaire : 2019 - 2020 Remerciement Dans un premier temps, nous tenons à remercier nos encadrants Mr. Hamdi et Mr. Toujani Nizar pour leurs aides et leurs conseils, pour la qualité de leurs encadrements. Nous sommes Très Honoré De Vous avoir comme encadrants. Nous adressons aussi nos remerciements à notre cher professeur et notre chef de département MR. Maher Ben Hriz pour Son écoute et ses conseils. Nous tenons également à remercier tous les enseignants de l’UNIVERSITE LIBRE DE TUNIS et le cadre administratif. LISTES DES FIGURES Figure 1: Diagramme pieuvre...............................................................................................................12 Figure 2 Schéma cinématique de la liaison Pivot..................................................................................18 Figure 3 Fonctions techniques d'une liaison pivot................................................................................19 Figure 4 : Interface de logiciel Catia V5.................................................................................................21 Figure 5 Interface de logiciel SolidWorks..............................................................................................22 Figure 6 : zone 1...................................................................................................................................23 Figure 7 m zone 2.................................................................................................................................23 Figure 8 : zone 3...................................................................................................................................24 Figure 9 : zone 4...................................................................................................................................25 Figure 10 : zone 4.................................................................................................................................25 Figure 11 : Raspberry Pi........................................................................................................................26 Figure 12 : Carte Arduino Uno..............................................................................................................27 Figure 13 : Les différent composant de la carte ARDUINO...................................................................29 Figure 14: Afficheur LCD et accroires associées....................................................................................30 Figure 15 : Brochage d'un écran LCD....................................................................................................31 Figure 16 : Branchement du LCD avec la carte Arduino........................................................................32 Figure 17 : Clavier Numérique à Boutons 4x4 pour Arduino................................................................33 Figure 18 : Branchement du Clavier avec la carte Arduino...................................................................34 Figure 19 : LED de 5mm bleu................................................................................................................34 Figure 20 : Schéma de la LED................................................................................................................35 Figure 21: Branchement du LED avec la carte Arduino.........................................................................35 Figure 22: Les éléments d’un ServoMoteur..........................................................................................36 Figure 23 : Branchement du Servomoteur avec la carte Arduino.........................................................37 Figure 24 : Carte d’alimentation stabilisée...........................................................................................37 Figure 25 : Schéma électrique de l’alimentation stabilisée..................................................................38 Figure 26: logo Arduino........................................................................................................................39 Figure 27: L’interface de l'Arduino C....................................................................................................40 Figure 28 : Interface de ISIS..................................................................................................................41 Figure 29 : Interface de Fritzing............................................................................................................42 5 Figure 30 : réalisation pratique.............................................................................................................44 Figure 31: conception sur SolidWorks..................................................................................................44 Figure 32 : réalisation pratique.............................................................................................................45 Figure 33: les dimensions de boitier.....................................................................................................46 Figure 34: conception...........................................................................................................................46 Figure 35 dimensions de la partie supérieur........................................................................................47 Figure 36 : les dimensions de la partie avant........................................................................................48 Figure 37 : les dimensions....................................................................................................................48 Figure 38 : dimension de la tige............................................................................................................49 Figure 39: dimension du cassier...........................................................................................................49 Figure 40 : les dimensions du servomoteur..........................................................................................49 Figure 41 : dimension de l'afficheur.....................................................................................................49 Figure 42 : Schéma de la carte d’alimentation en ARES........................................................................51 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 les définitions des fonctions.................................................................................................14 Tableau 2 : les caractéristiques du guidage en rotation.......................................................................16 Tableau 3 les caractéristiques de guidage en rotation.........................................................................17 Tableau 4 Les solutions constructives...................................................................................................17 Tableau 5 : les caractéristiques de la liaison glissière...........................................................................20 Tableau 6 : Rôle et nom de chaque broche d’un afficheur LCD............................................................32 Tableau 7: les composants utilisés de la carte d’alimentation..............................................................39  Introduction générale Le PilBox est un boitier électrique servant à stocker des quantités précises de médicaments. Ce Boitier est destiné à aider les personnes ayant des difficultés à suivre correctement leurs traitements en raison par exemple de troubles de mémoire ou de difficultés visuelles. C’est une aide précieuse à la prise des médicaments. Le produit dispose de 3 casiers et peut être réglé pour distribuer plusieurs comprimés par jour selon la nécessité. Le boitier a besoin d'être rempli seulement tous les 4 à 28 jours selon l’usage Le PilBox présente de nombreux avantages. 7  Introduction Ce chapitre a pour objectif de situer le projet dans son contexte général, à savoir la problématique qui à inspirer la création de notre produit, la description du projet et les objectifs à atteindre. 1. Problématique Un traitement n'est jamais donné à la légère, surtout à une personne âgée qui cumule souvent d'autres médicaments à prendre quotidiennement. Il faut savoir que la poly médication des personnes âgées est une réalité très répandue, et généralement légitime, avec parfois jusqu'à des dizaines de gélules et comprimés à prendre à chaque repas. Si les médicaments ne sont pas absorbés à la bonne dose et au bon moment, le traitement risque de ne pas être efficace. C'est le cas des médicaments que l'on a oublié de prendre et cela se traduit par un sous dosage. Mais inversement, le traitement peut aussi être dangereux si, par inadvertance, la dose est doublée. C'est le cas d'une personne qui a oublié qu'elle a déjà pris son comprimé. Il y a alors surdosage avec un risque majoré d'effets secondaires, lesquels peuvent être graves. Les personnes âgées autonomes refusent majoritairement l'aide de quelqu'un d'extérieur, proche ou infirmière, pour prendre leurs médicaments. Or quand la mémoire faiblit, il devient très difficile de savoir si l'on a déjà pris ses médicaments ou non. Le problème peut se répéter à chaque prise et plusieurs fois dans la journée avec au final un risque très important de surdosage ou de sous dosage. Faits sur les médicaments :  80 % des patients oublient au moins une dose  40 % des personnes âgées se voient internalisés dans des maisons ou résidences par manque d’autonomie  300 Milliards de dollars sont déboursées par notre système de santé à cause de non adhérence au traitement  Les personnes âgées ont le plus haut taux de croissance démographique, comparativement au reste des tranches d’âges  L’espérance de vie ne cesse d’augmenter pour atteindre 84 et 87 ans en 2030 pour les hommes et les femmes respectivement  30 % des réadmissions à l’hôpital sont dues à des conséquences de la non adhérence au traitement et contribuent, conjointement à l’automédication, aux erreurs de traitements. 2. Objectif Les problèmes mentionnés précédemment peuvent être résolus par un moyen qui garantit : - la surveillance ainsi que la gestion de la santé à domicile - Que les bons médicaments sont distribués au bon moment et aux bonnes personnes 3. Cahier de charge Un des intérêts de ce projet est qu’il comporte toutes les étapes d’élaboration d’un produit, allant de la création d’un cahier des charges au prototypage du système. Nous avons d’abord cherché à bien comprendre les problèmes des personnes âgées / handicapées pour y répondre au mieux. Après plusieurs analyses, nous sommes arrivés à une bonne compréhension des besoins, résumée ci-après  Le mot clef est “faciliter”. En effet, le pilulier doit rendre la prise du médicament plus simple, puisque le malade n’a plus besoin de se rappeler de les prendre, c’est le pilulier qui s’en charge. Il doit pouvoir prendre les médicaments facilement. Le pilulier ne doit pas compliquer la vie des aides-soignants, dans sa programmation comme dans son chargement hebdomadaire.  Le box présente une sécurité, il doit empêcher le malade d’avoir accès à l’intégralité des médicaments en dehors des heures prévues.  La fonction secondaire est de vérifier que les médicaments sont bien pris et d’alerter si besoin. 11 Contact extérieur Tableau de définition des fonctions Fonctions Critères d’appréciation Niveau d’exigence Flexibilités Fp1 Assurer la bonne prise de médicament -Médicament délivré en temps voulu -Accès aux pilules impossibles en dehors des heures prévues -A quelques minutes après l’heure prescrite - Verrous résistant au forçage du pilulier -F0 -F1 Fp2 Assurer l’autonomie de la prise de médicament -Facilite d’utilisation -Aucune action à réaliser pal utilisateur en dehors de la prise de médicament -Cases assez grandes, présentant une large ouverture -F0 -F0 Fc1 -Indication de -Alarmes sonores -F2 Médicament Energie électriques Ressources FP1 FC6 FC4 Alarmes FC2 PILLBOX FC1 FP2 FC3FC5 UtilisateurEsthétique Figure 1: Diagramme pieuvre Chapitre 02 : Etude et conception du distributeur de médicament  Introduction Il s’agit ici d’étudier les différents éléments qui constituent notre système et qui entrent dans la conception de celle-ci. La structure principale du distributeur de médicament est composée d’une carte de commande Arduino qui assure la programmation des codes d’activations. Dans un premier lieu, on va présenter la conception de la partie mécanique. Dans un second lieu, on va détailler l’étude de la partie électrique du système. 1. Conception de la partie mécanique  Guidage en rotation La solution constructive qui réalise une liaison pivot est appelée guidage en rotation. Le guidage en rotation est nécessaire dans de nombreux cas (moteurs, roues de véhicules, hélices d’avion ou de turbine…). Représentation normalisée en projection orthogonale Représentation spatiale Degrés de liberté Tableau 2 : les caractéristiques du guidage en rotation Le guidage en rotation en phase d’utilisation doit assurer les fonctions suivantes : - Positionner l’arbre et le logement : notions de jeu et de précision de guidage. - Permettre un mouvement relatif (rotation) : notions de rendement et de vitesse de rotation. - Transmettre les efforts : dimensionnement des pièces et durée de vie du montage. - Résister au milieu environnant : fiabilité, matériaux, étanchéité, protection, etc… - Être d’un encombrement adapté (voire minimal). - Minimiser les niveaux de bruit et de vibrations. Nom de la liaison Représentations planes Perspective Degrés de liberté Actions de liaison Liaison pivot de centre A et d'axe X Translat ion Rotati on 0 Rx 0 0 0 0 Résulta ntes Mome nts X 0 Y M Z N Tableau 3 les caractéristiques de guidage en rotation  Typologie des solutions : Il existe 4 solutions principales permettant de réaliser le guidage en rotation : - par contact direct - par interposition d'une bague de frottement - par interposition d'éléments roulants - par interposition d'un film d'huile Nous avons choisi de faire le guidage en rotation dans notre projet avec une surface plane et une forme cylindrique car c’est la solution la plus facile et plus efficace et le moins cher. 17 Tableau 4 Les solutions constructives Contact direct Bagues de frottement par paliers lisses (coussinets : Les roulements  À partir d’une liaison pivot glissant (4 degrés de liaison) : une liaison ponctuelle condamnant la rotation suffit ; on parle d'anti-rotation (généralement 2 points opposés). On pourra considérer, à un niveau plus technologique, la bilatéralité de cette liaison. Pour exemple, les tiroirs d’une commode sont guidés de façon bilatérale, alors que la voie de chemin de fer offre une liaison unilatérale dans le sens vertical. C'est la liaison assurée dans une transmission par arbre cannelé, celle modélisant le guidage d'une coulisse de trombone ou le piston d'une trompette. Contrairement au mouvement de rotation de la liaison pivot, l'amplitude de la translation possible est limitée par les dimensions des pièces. Lorsque le tiroir est complètement sorti, la liaison n'existe plus ! La modélisation mathématique ne prend pas en compte les limites du guidage. Glissière de directio n X Liaisons : Ty = 0 Tz = 0 Rx = 0 Ry = 0 Rz = 0 Tableau 5 : les caractéristiques de la liaison glissière 1.2. Etude de la partie logicielle  CATIA V5 CATIA V5 est un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D volumique et surfacique de nouvelle génération. Il fait appel à des opérations élémentaires paramétriques pour générer les différents objets géométriques. IL est organisé en modules fonctionnels nommés « Ateliers » permettant chacun de créer ou de modifier un type d’objet bien précis. Nous avons conçu notre maison didactique à l’aide de ce fameux logiciel. Figure 4 : Interface de logiciel Catia V5  Solidworks Solidworks est un modeleur 3D utilisant la conception paramétrique. Il génère 3 types de fichiers relatifs à trois concepts de base : la pièce, l'assemblage et la mise en plan. Ces fichiers sont en relation. Toute modification à quelque niveau que ce soit est répercutée vers tous les fichiers concernés. Un dossier complet contenant l'ensemble des relatifs à un même système constitue une maquette numérique. De nombreux logiciels viennent compléter l'éditeur SolidWorks. 21 Des utilitaires orientés métiers (tôlerie, bois, BTP...), mais aussi des applications de simulation mécanique ou d'image de synthèse travaillent à partir des éléments de la maquette virtuelle. Figure 5 Interface de logiciel SolidWorks Pourquoi Solidworks ? Catia et SolidWorks sont deux très bons logiciels, mais faits pour des besoins différents. Avec Catia, vous pouvez créer le design, Solidworks sera plus performant pour créer des produits, ou de la machinerie. Nous avons choisi Solidworks car il est plus convivial et plus facile d'accès. 2. Etude de la partie électrique  Présentation de la partie matérielle Nous allons va aborder dans cette partie les différents organes utilisés dans notre projet  Choix de la carte programmable Dans cette partie nous avons cités les différents types de cartes programmables et ses caractéristiques dont le but de sélectionner la plus optimale pour notre projet. 25 Figure 9 : zone 4 Figure 10 : zone 4  Carte Raspberry Le Raspberry pi est un nano ordinateur de taille d’une carte de crédit que l’on peut brancher à un écran et utilisé comme un ordinateur standard. Sa petite taille et son prix bas fait de la carte un produit idéal pour tester différentes choses et notamment la création d’un serveur web chez soi. Avant de nous lancer dans des cas d’utilisation il est important de comprendre comment fonctionne un Raspberry pi. Le Raspberry pi ne dispose pas d’un carte dur interne et on stockera les données sur une carte SD. Par défaut, le Raspberry pi, est nu, comprendre par là qu’il est vendu sans accessoires Figure 11 : Raspberry Pi Le premier problème que l’on rencontre est donc l’installation d’un système d’exploitation. Pour pouvoir l’utiliser nous devrons avoir :  Une carte micro SD compatible avec le model  Un câble d’alimentation micro USB standard  Un câble RJ45 pour se connecter au réseau  Un câble HDMI  Un clavier pour taper les commandes  Carte ARDUINO UNO Arduino est un circuit imprimé en matériel libre, sur lequel se trouve un microcontrôleur qui peut être programmé pour analyser et produire des signaux électriques, de manière à effectuer des tâches très diverses comme la domotique (le contrôle des appareils domestiques, éclairage, chauffage…), le pilotage d'un robot, etc. Figure 12 : Carte Arduino Uno Il existe plusieurs modèles de cartes Arduino mais le modèle Uno comme utiliser dans le projet est le plus répandu et nous permet déjà un large éventail de possibilités. L’Arduino Uno dispose de caractéristiques techniques suffisantes pour bien commencer dans la programmation, l’un des avantages indéniables de ce microcontrôleur est sa facilité d’utilisation qui fait qu’il est accessible à tous. 27 Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelés afficheurs LCD (Liquide Crystal Display), sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 à 5 mA), sont relativement bons marchés et s'utilisent avec beaucoup de facilité. Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et diffèrent les uns des autres, non seulement par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi par leurs caractéristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dotés d'un rétro éclairage de l'affichage Cette fonction fait appel à des LED montées derrière l'écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en intensité (de 80 à 250 mA). Figure 14: Afficheur LCD et accroires associées  Brochage d'un afficheur LCD : Le brochage d'un écran LCD est "normalisé" avec 14 broches (ou 16 si l’écran est rétroéclairé) pour les "petits formats" : Figure 15 : Brochage d'un écran LCD Broche Nom Niveau Fonction 1 GND - Masse 2 VCC - Alimentation positive (+5V). 3 Vo 0-5V Cette tension permet, en la faisant varier entre 0 et +5V, le réglage du contraste de l'afficheur. 4 RS TTL Sélection du registre (Register Select) Grâce à cette broche, l'afficheur est capable de faire la différence entre une commande et une donnée. Un niveau bas indique une commande et un niveau haut indique une donnée. 5 RW TTL Lecture ou écriture (Read/Write) L : Écriture H : Lecture 6 E TTL Entrée de validation (Enable) active sur front descendant. Le niveau haut doit être maintenue pendant au moins 450 ns à l'état haut. 7 D0 TTL Bus de données bidirectionnel 3 états (haute impédance lorsque E=0) 8 D1 TTL 9 D2 TTL 10 D3 TTL 11 D4 TTL 31 12 D5 TTL 13 D6 TTL 14 D7 TTL 15 A - Anode rétro éclairage (+5V) 16 K - Cathode rétro éclairage (masse) Tableau 6 : Rôle et nom de chaque broche d’un afficheur LCD Figure 16 : Branchement du LCD avec la carte Arduino  Clavier Le clavier est un outil indispensable au microcontrôleur afin de pouvoir saisir des données numériques (lettres, chiffres, symboles ...), grâce à ses diverses touches de fonction (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, *, #, A, B, C, D). Il s'agit donc d'un périphérique d'entrée essentiel pour le système, car c'est grâce à lui qu'il nous est possible d'envoyer des commandes. Il se compose de 16 touches réparties sur une matrice de 4 lignes. Figure 20 : Schéma de la LED La LED peut être pilotée par un port numérique en mode « sortie » : OUTPUT. Si son intensité lumineuse doit varier, il faut choisir un port numérique capable des générer des signaux PWM. Figure 21: Branchement du LED avec la carte Arduino  ServoMoteur Un servomoteur est un système permettant de mettre en rotation un objet. 35 Il est constitué des éléments suivants :  Un moteur électrique, qui fournit un mouvement d'entrée  Un réducteur, qui ralenti la vitesse de rotation et augmente la "force" du moteur (on parle du couple).  Un palonnier, sur lequel on récupère le mouvement du servomoteur  Un potentiomètre associé à de l'électronique, qui permet de déterminer l'angle parcouru par le palonnier. Figure 22: Les éléments d’un ServoMoteur Comparé à un simple moteur, le servomoteur est capable de :  Se positionner à un angle précis  Maintenir cette position, même si un effort est exercé sur le palonnier. Remarque : Les servomoteurs utilisés dans notre projet sont commandés directement en angle en degrés (0 à 180°). Figure 23 : Branchement du Servomoteur avec la carte Arduino  Carte d’alimentation stabilisée Les circuits électriques ont généralement besoin d’une tension stabilisée puisqu’il s’agit de circuits TTL ou CMOS, donc nous avons besoin de tensions de l’ordre de 5V. Une alimentation est un montage transformant la tension alternative du secteur en une tension continue basse. Pour assurer le fonctionnement de notre montage, on a besoin de tension +5V et 12V c’est pour cela qu’on réalise d’une alimentation continue qui fournit, à partir du secteur STEG, une tension continue. Figure 24 : Carte d’alimentation stabilisée Un transformateur abaisseur de tension est suivi d’un dispositif redresseur généralement double alternance. Un système de filtrage destiné à éliminer l’ondulation considérable qui présente la tension redressée pour faire une tension continue constante et un système de régulation ayant pour but de diminuer encore l’ondulation résiduelle et de maintenir constante la tension délivrée lorsque l’alimentation débite. 37 Le développement sur Arduino est très simple : - On code l'application : Le langage Arduino est basé sur les langages C/C++, avec des fonctions et des librairies spécifiques à Arduino (gestions des E/S). - On relie la carte Arduino au PC et on transfert le programme sur la carte. Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java multiplateformes (fonctionnant sur tout système d'exploitation), servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware (et le programme) au travers de la liaison série (RS232, Bluetooth ou USB selon le module). Figure 27: L’interface de l'Arduino C L’interface visuelle du logiciel comporte les cinq éléments suivants : 1. Une barre de menu 2. Une barre actions 3. Un ou plusieurs onglets correspondant aux sketchs 4. Zone d’écriture du programme 5. zone des messages d’erreur ou succès envoyés par le programme 2.2.2. PROTEUS Pour la conception et le routage des différentes cartes électronique, on va utiliser le logiciel PROTEUS qui est bien plus qu'un logiciel de saisie de schémas. Il associe un environnement de dessins puissants permettant la possibilité de définir la plupart des aspects de notre schéma. Outre la simulation des circuits ordinaires, ce logiciel permet aussi de simuler les microcontrôleurs et les programmes que nous avons implémentés. Figure 28 : Interface de ISIS 2.2.3. Fritzing Fritzing est un logiciel libre, destiné aux non-professionnels de l'électronique. Il a notamment pour vocation de favoriser l'échange de circuits électroniques libres et d'accompagner l'apprentissage de la conception de circuits. Le logiciel conçu par cette association, également nommé Fritzing, est un logiciel d'édition de circuit imprimé. Il est disponible dans 16 langues dont le français. 41 Il est adapté au débutant ou confirmés en électronique pour faire rapidement des circuits simples, et est également un bon outil didactique pour apprendre à bidouiller en électronique par la pratique. Figure 29 : Interface de Fritzing Flèche 1 : Platine d'essai Flèche 2 : Pour sélectionnez le "composant mystère" et glisser/déposer sur la plaque Flèche 3 : Allez dans les données du composant et cherchez le nombre de broche. Sélectionnez le nombre dont vous avez besoin pour votre composant. Flèche 4 : Puis on finit par un clic "droit sur le composant -> Editer (un nouveau composant)". Figure 32 : réalisation pratique 45 1.2. Les dimensions Figure 33: les dimensions de boitier Figure 34: conception 1 1 Caster 2 Repire [Momiwe Drtsignasion Raimaiire Ob ormion= Echelle . wrt Casier 2 Pillzex« 200s 2020 PEA Université Libre de Tunis Figure 35 dimensions de la partie supérieur 47 Figure 44 : cablage du clavier Figure 45 : matériels achetés Figure 42: dimensions du clavier 2. Réalisation électrique du projet 2.1. Les composants utilisés 1 : servomoteurs 1 : afficheur 2 : carte arduino 3 : LED 4 : plaque à essai 5 : clavier 6 : les cables Figure 46: composants électriques 2.2. Carte d’alimentation Figure 42 : Schéma de la carte d’alimentation en ARES Après la réalisation des montages et la préparation des typons, on passe à imprimer la carte, au perçage et soudage des composants. Conclusion générale Nous avons exposé tout au long du présent rapport, le travail effectué dans le cadre de notre projet de fin d’année Le travail consiste à réaliser ‘ LE PILBOX ‘ le distributeur des médicaments dédié aux gens qui ont des difficultés à prendre leur médicament à temps. Nous ne sommes malheureusement pas arrivés à réaliser tout le travail pratique à cause des circonstances actuelles et au corona virus puisque nous n’avons pas pu se réunir malgré que nous ayons déjà acheté les composants avant le confinement total. Néanmoins, comme tout projet réalisé, nous étions exposés à quelque contraintes qu’il fallait surmonter tout au long de la réalisation de ce rapport : nous avons trouvé quelques problèmes à travailler surtout sur la partie électrique vu que notre formation ne nous permet pas de bien maitriser les logiciels électriques. Cependant, nous tenons, à présent, à souligner quelques extensions intéressantes de ce projet. 51 A cet égard, plusieurs perspectives peuvent être envisagées. D’une part, nous aurions souhaité ajouter une alarme sonore pour rappeler le malade à l’heure exact pour prendre ses médicaments. D’autre part, une amélioration peut se porter aux niveaux des cassiers, au fait, il y a des malades qui peuvent ne pas prendre les mêmes médicaments tous les jours, c’est pour cela qu’ils leurs faudra des cassiers supplémentaires.