Bonjour à tous ! Nous sommes Noah, Esteban et Antoine, étudiants de deuxième année de classe préparatoire intégrée à Polytech Angers.

Dans le cadre de notre formation, nous avons eu l’opportunité de réaliser un projet concret de A à Z pendant plusieurs semaines. Le défi devant lequel nous sommes ? Concevoir et réaliser une horloge numérique à LED adressables. Ce projet permet de mettre en pratique les compétences acquises au cours des deux années de formation: de la CAO (Conception Assistée par Ordinateur),de l’électronique ainsi que de la programmation.

Voici un exemple d’horloge à LED vendu dans le commerce et l’horloge que nous avont finalement conceptualisée:

Le matériel

Pour mener à bien ce projet, nous avons dû lister et commander les composants nécessaires. Voici la liste du matériel requis pour cette horloge :

• Une Raspberry Pi Pico 2W
• Une matrice à LED (32×8 pixels)
• 4 boutons poussoirs (pour régler l’heure et les modes).
• Du filament 3D (beaucoup !), une imprimante 3D pour la structure.
• Breadboard, fer à souder et câbles de chargement.
• Plexiglass fumé
• Planches de bois d’épaisseur 5 mm

Étape 1 : Réflexion et Conception 3D

La conception 3D du cadre de l’horloge à l’aide du logiciel de CAO “SolidWorks” a constitué la première étape de notre projet. Le but principal était de déterminer la forme et les dimensions optimales, tout en réfléchissant à l’organisation interne de l’horloge afin que tous les composants électroniques trouvent parfaitement leur place.

Après plusieurs essais de modélisation, nous avons finalement retenu un format de 350 x 200 mm avec des bords arrondis pour un rendu plus moderne. Nous avions prévu à l’arrière du boîtier une rainure pour pouvoir y faire coulisser une plaque de bois en guise de fermeture et avoir ainsi un accès facile à l’électronique si besoin. Sur le dessus de l’horloge, nous avions également prévu un emplacement pour chacun des quatre boutons de contrôle qui nous permettent de paramétrer les différentes fonctionnalités de l’horloge.

Le problème principal était de trouver une solution pour fixer les LED et la carte électronique. Pour pallier cet inconvénient, nous avons modélisé une paroi centrale dans la boîte. Cette structure a deux rôles : elle sert à fixer les LED, et elle comporte une large encoche sur mesure pour maintenir la breadboard. Enfin, nous avons laissé un espace dans la partie basse de la paroi centrale pour laisser passer les différents fils de connexion entre les LED et la breadboard.

Un premier problème s’est alors posé lors de la conception 3D : les dimensions de notre horloge dépassaient la capacité d’impression des machines 3D. Pour résoudre ce problème, la solution la plus réaliste était de diviser le bâti en deux parties distinctes.

Pour assembler les deux parties, nous avons imaginé un système d’emboîtement sur mesure permettant d’assembler les deux moitiés parfaitement.

Étape 2 : Électronique et programmation

Assemblage et câblage :

Pour faire fonctionner notre horloge, nous avons réalisé les connexions nécessaires sur la breadboard. Nous avons dû souder de manière précise sur les quatre boutons de commande pour les connecter à la breadboard. Afin que tout fonctionne correctement et éviter des erreurs de branchement, nous avons pris connaissance de la documentation de Raspberry Pi ainsi que des datasheets des composants. Ces documents nous ont permis de concevoir le schéma de câblage pour connecter les boutons et le ruban LED au microcontrôleur.

Programmation en MicroPython :

Une fois que l’on a effectué les différents branchements, on passe à la programmation. Pour cette partie, nous avons choisi de programmer en micropython sur le logiciel Thonny.

La première étape a été de faire des recherches pour programmer la carte de sorte à ce qu’elle puisse se connecter à un réseau Wifi (grâce à un partage de connexion), le but étant de récupérer les données exactes pour l’heure et pour la météo.

Ensuite pour afficher l’heure et le texte, nous avons dû réfléchir au dessin de chaque chiffre et de chaque lettre tout en respectant la contrainte de 8 leds de hauteurs pour les différents motifs. La largeur étant aussi importante car il fallait que la totalité de l’affichage rentre sur les 32 leds de largeur. Nous avons défini des matrices binaires pour chaque caractère (minutes, secondes, lettres, logo, icône météo,…) pour que le code sache quelles LED allumer.

Enfin, il fallait combiner tout ça en créant les codes d’affichage, sur les bons boutons de la Raspberry. Voici une notice des actions qui ont été définies sur chaque bouton-poussoir :

Bouton	Action simple	Action longue / Spécificité
Bouton 1	Change la couleur de l’affichage	Affichage météo (si connecté au WiFi)
Bouton 2	Réglage manuel des heures	Sans wifi
Bouton 3	Réglage manuel des minutes	Sans wifi
Bouton 4	Animation spéciale	Fait défiler le logo et le texte “Polytech Angers”

Étape 3 : Assemblage final et finitions esthétiques

Pour le devant de l’horloge, nous avons assemblé une planche de bois et une plaque de plexiglas fumé pour avoir un design en bois à l’avant plus esthétique que du filament 3D et pour laisser passer la lumière de la matrice sans que la matrice soit trop visible. Pour assembler, nous avons utilisé de la colle à bois. Enfin, pour donner un aspect plus esthétique, nous avons réalisé une gravure directement sur le bois de la face avant à la machine laser.

À l’arrière, comme prévu lors de la conception SolidWorks, nous avons fait coulisser une planche de bois dans la rainure de l’impression 3D pour faciliter l’accès à la Raspberry et aux câbles. Nous avons aussi gravé “Polytech Angers” au dos de l’horloge.

Conclusion : Un projet formateur et gratifiant

Ce projet d’horloge à LED a été pour nous une très bonne expérience. Il nous a permis de travailler et réfléchir en autonomie sur un projet abordant différentes notions vues lors du cycle préparatoire. Nous avons réussi à transformer notre idée en un objet concret, fonctionnel et design dans le délai qui nous était donné.

Nous souhaitons remercier M. Bignon, notre tuteur de projet, ainsi que M. Rayer (FABLAB) pour son aide et ses conseils sur notre projet notamment pour les impressions 3D et les gravures.