L’objectif de ce projet est de fabriquer une boîte à énigme électronique verrouillée tant que l’énigme n’a pas été résolue. L’énigme est un mélange entre un Simon et un Mastermind. Le but est de retrouver la bonne combinaison de couleur en appuyant sur les boutons poussoirs et de l’ajuster en fonction des réponses indiquées sur un écran (comme au Mastermind : bien placé, mal placé, etc…) mais sans avoir de traces des combinaisons déjà testées.
L’équipe qui conduit se projet est composée de Amandine Solignac et de Cassandra Guillaud.
Cette page résume les étapes par lesquels nous sommes passés pour construire cette boîte à énigme et les différentes étapes de notre réflexion.
Contenus de la page
Sujet
Le dessin ci-dessous montre notre première réflexion concernant le sujet. On y voit une partie supérieure composée de la partie de jeu avec les boutons accompagnés de leurs LEDs colorées et de l’écran. Les parties hautes et basses sont liées entre elles à l’aide d’un loquet qui maintien la boîte fermée. Le système de fermeture visible sur le dessin est le premier que nous avons imaginé mais il posait problème concernant la gravité et l’alimentation en courant. Nous avons donc finalement opté pour une autre solution qui sera détaillée plus tard.
Pour la partie électronique, nous nous sommes inspirées du tutoriel suivant : Simon en l’adaptant à notre idée de boîte à énigme. Ainsi, nous avons récupéré l’idée des boutons associés à des LEDs et le système d’écran pour afficher le résultat de la séquence.
Pour la partie programmation du jeu, nous avons utilisé l’Arduino IDE et nous avons tout codé en C. Le jeu est relativement simple algorithmiquement parlant donc il n’a pas été très long à programmer.
Composants
Les composants électroniques et matériaux nécessaires, que nous avons utilisé pour ce projet sont les suivants:
| Composants | Spécification (L x l x H) | Quantité |
| Bouton poussoir coloré | 5x5x5mm 4 broches | 4 (rouge, bleu, vert et jaune) |
| LED colorée | 2.1V – 3.2V 20mA – 30mA | 4 (rouge, bleue, verte et jaune) |
| Interrupteur | 8x8x10mm 3 broches | 1 |
| Potentiomètre | 10x10x10mm 3 broches | 1 |
| Résistance | 100Ω (pour les LEDs) 220Ω (pour l’écran) | 4 1 |
| Écran | 80x36x10mm 2 ligne de 16 caractères 4mA | 1 |
| Bloc de piles | 4 piles de 1.5V | 1 |
| Carte Arduino UNO | 68x53x13mm | 1 |
| Board de prototypage | 160x100mm | 1 |
| Aimant de levage | 15x10x8mm 0.04N -> 1.3N 24V/DC 0.8W | 1 |
| Plaque de bois | Loquet et support jeu : MDF 3mm d’épaisseur Boîte : MDF 6mm d’épaisseur | 1 |
| Plaque de PMMA | Disque supérieur: 8mm de ⌀ Disque inférieur: 10mm de ⌀ 3mm d’épaisseur | 4 (rouge, bleue, verte et jaune) |
Nous avons ajouté un interrupteur pour pouvoir allumer et éteindre notre Arduino, en fonction de si on l’utilise ou non, pour éviter de vider trop rapidement la batterie des piles
Nous avons également rajouter un potentiomètre dans notre montage pour régler la luminosité de notre écran LCD, et sans lequel aucun texte ne pouvait être visible.
Circuit électronique
Nous avons tout d’abord commencé par faire notre montage sur une breadboard afin de vérifier que les composants étaient correctement reliés entre eux et également pouvoir commencer à effectuer des tests sur notre programme avec de tout souder ensemble.
Nous avons ensuite reporté notre montage sur Tinkercad pour en faire un schéma numérique qui nous éviterait de mauvaises surprises lors de la soudure.
Pour la version finale du circuit PCB qui va relier tous les composants entre eux, nous avons décidé d’utiliser une board de prototypage pour pouvoir souder nos composants entre eux sans avoir besoin de dessiner un circuit à imprimer.
Nous n’avons pas voulu souder directement notre carte Arduino au circuit pour garder la possibilité de l’enlever si cette dernière venait à ne plus fonctionner ou si à l’issue du projet quelqu’un voulait la récupérer. Nous avons donc souder à la board de prototypage une série de pins dans lesquels s’inséreront ceux de la Arduino. Nous avons cependant eu un léger problème car les pins de la Arduino n’ont pas un espacement d’une taille standard. Nous avons donc dû découper la board de prototypage pour pouvoir espacer les pins les uns des autres (c’est ce que l’on voit dans le coin supérieur droit de la figure de droite).
Fonctionnement
Système de verrouillage
Le verrouillage de la boîte se fait via un boîtier aimanté, une tige et un ressort liant la tige au boîtier. Lorsque le boîtier est alimenté en courant, la tige est aimantée à l’intérieur du boîtier et lorsqu’il n’y a plus de courant, la tige sort du boîtier grâce au ressort. Nous avons intégré ce système à notre boîte en le fixant sur la partie basse de la boîte à énigme, la partie accueillant la récompense. Lorsque nous alimentons en courant, la boîte est déverrouillée et lorsque nous n’alimentons pas en courant la boîte est verrouillée grâce à une plaque fixée au haut de la boîte, et trouée au niveau du passage de la tige pour permettre à la tige de tenir cette plaque et donc de tenir le haut de la boîte solidaire avec le bas de la boîte.
Les parties hautes et basses de la boîtes sont liées entre elles via une charnière piano. Cette charnière est placée de telle sorte à ce qu’elle soit le moins visible possible depuis l’extérieur de la boîte. Cette charnière est placée sur la face opposée à la face contenant le système de fermeture. [Photo charnières]
Énigme
Comme nous l’avons précisé plus haut, l’énigme est un mélange entre deux jeux : un Simon et un Mastermind.
Le dessus de la boîte, comportant le jeu, comportera un écran qui nous aiguillera pour trouver la bonne combinaison en affichant sur chaque position de la séquence :
- un « X » si la couleur donnée n’est pas dans la séquence,
- un « O » si la couleur donnée est dans la séquence et est bien placée,
- un « . » si la couleur donnée est dans la séquence mais n’est pas bien placée.
Pour le moment, notre combinaison est composée de 6 couleurs parmi : rouge, bleu, vert et jaune. Cependant notre programme est facilement modulable, il est donc facile de rallonger la combinaison. Il est aussi possible de rajouter des boutons d’autres couleurs mais il y aura plus de chose à changer dans le montage et le programme.
Pour obliger les joueurs à réfléchir avant de commencer à taper une combinaison, nous avons mis en place un timer, qui interrompt la séquence du joueur si ce dernier n’a pas appuyé sur un bouton depuis trop longtemps. Le but est d’ajouter une difficulté de rapidité en plus de celle liée à la mémorisation des combinaisons déjà testées.
Modélisation
Modèles 3D
Nous avons effectué toutes nos modélisations 3D sur le logiciel OnShape.
Nous avons commencé par modéliser la partie basse de la boîte avec des variables pour pouvoir ajuster sa taille à celle de la board de prototypage. En effet, jusqu’à la soudure des composants sur la board, nous ne pouvions pas prévoir la place que prendrait notre jeu et donc nous ne pouvions pas découper nos pièces.
C’est seulement après nous être fixées sur un système de verrouillage que nous avons modélisé la partie haute. C’est cette dernière qui contient le loquet permettant le verrouillage, il était donc important de réfléchir à la conception de ce système avant de découper et assembler nos pièces.
La boîte comporte sur sa partie supérieure un compartiment pour contenir le boîtier de piles, ainsi que de léger rebords sur le dessus pour venir accueillir la partie jeu. Pour ne pas abîmer la partie électronique de jeu, les rebords du couvercle remontent assez pour que la carte électronique soit totalement encastrée dans le couvercle
Nous avons réalisé toutes nos pièces à la découpeuse laser, pour plus de rapidité. En effet, nous avions besoin de rapidité pour créer la boîte car nous devions attendre la fin de la réalisation de la carte électronique contenant le jeu avant de pouvoir réaliser et assembler nos pièce. De plus nous trouvions qu’un aspect bois conviendrait mieux au style de notre boîte à énigme. Pour les matériaux, nous avons utilisé du bois MDF de 3mm pour le loquet ainsi que la planche accueillant la plaque électronique, pour le reste, nous avons utilisé du bois MDF 6mm.
Pour avoir des boutons de différentes couleurs, nous avons utilisé des plaques de PMMA opaques rouge, verte, bleue et jaune, que nous avons découpées à la laser, et ensuite collées sur les boutons poussoirs que nous avions, selon le modèle suivant, fait avec Inkscape:
Réalisation
Pour le montage de la boîte, nous avons procédé par étape:
- Nous avons tout d’abord collé les pièces de la partie haute de la boîte entre elles, sans prendre en compte le loquet,
- Puis nous avons assemblé la partie basse de la boîte sans accrocher la face contenant le système de verrouillage,
- Ensuite, nous avons lié les deux parties de la boîte grâce à une charnière piano,
- Enfin, nous avons assemblé le système de verrouillage et nous avons collé la dernière face de la boîte.
- Une fois la boîte assemblée, nous avons pu connecter le boîtier aimant à la carte électronique.
Notre boîte est à présent complètement montée et fonctionnelle. Il n’y a plu qu’à s’amuser avec !
Conclusion
Ce projet nous a permis de découvrir de nouveaux outils et de nouvelles techniques dont nous n’avions pas forcément connaissance avant. Nous avons notamment eu des formations pour nous apprendre à modéliser avec les logiciels OnShape et Inkscape ou à imprimer des objets avec la découpeuse laser ou une des imprimantes 3D du FabLab. Nous avons aussi appris à souder des composants entre eux et avant cela à construire un système électronique (avec boutons, LEDs, écrans, carte électronique, etc…) fonctionnel.
Ainsi, nous sommes très contente d’avoir menées ce projet jusqu’au bout et nous sommes fières du résultat final de notre boîte à énigme.