Bienvenue à vous, chers lecteurs et lectrices, qui avez souhaité vous plonger dans la lecture de notre article.
Au cours de celui-ci, vous découvrirez les différentes facettes de notre projet, les étapes, les problèmes, les solutions ainsi que les réflexions qui nous ont permis de mener ce projet à terme, enfin presque… Peut-être que cet article, par un quelconque hasard, vous donnera l’envie de créer à votre tour un cube LED, et dans ce cas, nous en serions honorés.
Pour l’heure, bonne lecture.
Introduction :
Avant de commencer, la première question à se poser est peut-être : à quoi sert ce cube ? Si l’on parle du côté pratique, ce cube n’a pas réellement d’utilité, certes. En revanche, son but principal est esthétique, il doit simplement émerveiller celui qui le regarde.
Notre mission était donc – Mewen Bertin-Jamelot & Thibault Lannuzel – de réaliser un cube LED en partant de zéro. Bon, pas tout à fait de zéro puisque c’est un projet plutôt connu, qui a déjà donné lieu à de nombreuses vidéos sur YouTube, chacun l’adaptant à sa sauce en utilisant des méthodes différentes. De très petits comme de très ambitieux, il existe plein de versions de cubes LED.
C’est un projet qui mélange l’électronique et le numérique, ainsi que d’autres domaines comme la soudure ou la menuiserie… vous verrez par la suite.
Fonctionnement global
Si vous souhaitez comprendre le fonctionnement d’un cube LED en détails, cette partie peut vous intéresser, mais si ce n’est pas votre souhait, vous pouvez passer directement à la partie suivante.
Pour expliquer le fonctionnement du cube de manière succincte, on peut dire que ce sont avant tout :
- 125 LEDs RGB
- 5 transistors
- Un microcontrôleur (ESP32)
- Des registres à décalage (10)
Les 125 LED sont réparties en 25 colonnes (5 rangées de 5 colonnes, de 5 étages). Puis, cinq transistors permettent d’allumer ou éteindre un étage chacun.
On peut donc choisir d’allumer une LED individuellement, ce qui est pratique.
Si jusque là tout va bien, on peut continuer.
Le cœur de ce cube LED est moins visible que les LED mais tout aussi important, il se trouve dans la boîte, caché sous un enchevêtrement de câbles électriques : la carte électronique. Sur cette carte, deux choses essentielles : l’ESP32 et les registres à décalage.
Le principe : une donnée part de l’ESP32 et arrive sur le premier registre à décalage. Ensuite, si l’on veut allumer une colonne en particulier, il faut faire circuler la donnée sur les registres qui sont les uns à la suite des autres jusqu’à arriver à celle voulue.
Vous pouvez voir sur cette image que le fil qui allume la colonne 23 en rouge “R23”, se trouve sur le dernier registre à décalage. Il est donc nécessaire de faire circuler l’information entre les registres, jusqu’à arriver à “R23”.
Bon, j’espère que vous êtes toujours là, encore un dernier petit point technique et c’est fini.
Comme vous le voyez sur l’image juste au-dessus, il nous est impossible d’allumer une LED sans traverser les registres à décalage les uns à la suite des autres. Donc comment faire pour allumer une LED, sans voir clignoter à la suite toutes celles qui la précèdent ?
La réponse est de faire circuler la donnée à une vitesse telle, que notre cerveau n’a pas le temps d’interpréter ce qui s’est passé. La donnée circule en seulement quelques millièmes de secondes, mais elle est invisible pour l’œil humain. Le programme inscrit dans l’ESP32 finalement de créer des animations de LED, pour faire briller le cube de plein de façons différentes.
Etapes de la réalisation
Ah, vous revoilà ! Passons maintenant au processus de réalisation de ce cube.
Tout d’abord, la première étape : le boîtier extérieur.
Je ne pense pas avoir été des plus honnêtes quand je parlais de menuiserie dans l’introduction. La technique que nous avons utilisé est en fait celle de la découpe laser. Après avoir fait le schéma des pièces, grâce à un site spécialisé, nous avons opté pour la découpe laser, nous garantissant une très bonne qualité, et, nous permettant en prime, de graver proprement le logo Polytech sur le devant du boîtier.
Deuxième étape, et pas des moindres, la création de la carte électronique.
Pour ce faire, nous avons appris à utiliser les logiciels Eagle et Fusion pour réaliser le schéma – qui semble un peu barbare mais qui ne l’est pas tant que ça -.
Il nous fallut ensuite disposer les composant de manière réaliste, sur la représentation virtuelle de notre carte, puisque sur le schéma ci-dessus, beaucoup de fils ne sont pas représentés.
La carte étant conçue, le choix a été fait de la faire imprimer par une entreprise spécialisée, par soucis de qualité et de précision.
On laisse un peu de temps s’écouler, puis, on arrive à la troisième étape :
Souder les composants à la carte électronique
Pour ce faire, nous avons eu l’occasion d’apprendre une nouvelle discipline, nécessitant patience et précision : la soudure. À l’aide d’un fer à souder, d’un fil d’étain ainsi que d’une loupe, petit à petit, chaque composant à trouvé sa place sur la carte et s’est ancré pour ne plus bouger. C’est un travail de patience avant tout, qui reste néanmoins agréable à effectuer.
On garde notre casquette de soudeur professionnel pour réaliser la suite :
Souder les fils électriques au maillage de fils de fer
Cette fois ci, ce sont quatre-vingts soudures que avons dû réaliser pour relier chaque fil de cuivre à son homologue de fer.
Ce fut encore une fois un travail de patience, mais une fois le coup de main pris, le temps s’est écoulé bien plus vite
On approche de la fin, il nous reste à accrocher les nappes de fils aux connecteurs de la carte, à fixer l’alimentation, y relier les câbles du courant, à insérer les programmes dans l’ESP32, à refermer la boîte puis… à laisser la magie opérer…
Le Cube LED 2024
Merci d’avoir pris le temps de lire cet article et de découvrir notre projet plus en détails,
Mewen Bertin-Jamelot et Thibault Lannuzel