Joyeux Bidon Low-tech - Enceinte fabriquée avec des composants de réemploi

Gipsa-Lab/Ense3

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Joyeux_Bidon_Low-tech_-_Enceinte_fabriqu%C3%A9e_avec_des_composants_de_r%C3%A9emploi

Dernière modification le 04/09/2023

Difficulté

Easy Facile

Durée

2 day(s) jour(s)

Coût

20 EUR (€)

Description

Une enceinte à l'intérieur d'un bidon ! Pluggez votre clef USB, branchez l'enceinte et écoutez de belles mélodies.

Sommaire

electronique, Enceinte, Réutilisation, Musique, bidon, électronique, boite à histoire

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Introduction

Le Joyeux Bidon Low-tech est une enceinte qui se branche sur une alimentation USB 5V (adaptable sur secteur avec un chargeur USB), et qui lira les fichiers MP3 de votre clef USB. Elle est munie d'un écran LCD (optionnel), d'un interrupteur ON/OFF, de boutons lecture/stop et suivant, et d'une molette de volume. La base de cette enceinte est une carte micro-contrôleur programmable, une paire d'enceintes amplifiées de PC, et bien sûr, un bidon ! Il est conseillé de personnaliser votre bidon pour le rendre encore plus joli.

On pourrait dire que cette enceinte n'est pas très low-tech avec tous ces composants électroniques de partout... Que nenni ! Le projet était de réaliser un objet technologique en utilisant uniquement du matériel électronique obsolète inutilisé, issus de nos stocks de matériels au laboratoire de recherche Gipsa-lab et au fablab MASTIC. Elle est donc composée à 100% d'éléments de réemploi, et elle est facilement réparable. Un autre objectif de notre projet est que l'enceinte puisse servir de "boites à histoires audio" pour les enfants. Elle est donc très robuste et très facile à utiliser.

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Matériaux

Base:

2 Bidons 5L plastique

1 paire d'enceintes amplifiées de PC

Electronique:

• 1 Carte micro-contrôleur programmable stm32F4Discovery
• 1 Clef USB
• 1 convertisseur secteur USB 230V/5V
• 10 Fils électriques
• 2m Fils électrique 0.4mm souple
• 1 fil USB femelle / USB Mini-b (fabricable avec les deux portions)
• 1 câble USB/n'importe quoi
• Etain
• Gaine thermo rétractable
• 1 Convertisseur DC-DC 5V (optionnel)

Interface:

• 1 Ecran LCD compatible STM32 discovery (ajouter la reference)
• 1 Interrupteur à bascule
• 2 boutons poussoirs

Visserie:

• 15 vis M4 (dont 8 >1cm et 7>3cm)
• 4 Vis M2.5
• 10 Vis à bois 3mm de diamètre (>1cm)
• 48 écrous (43 M4 , 4 M2.5 et 1 adapté au potentiomètre)

Bois/métal:

• 1 Plaque en aluminium (8cm/14cm épaisseur la plus fine possible) ou 1 Plaque en bois (8cm/14cm/2cm)
• 1 cornière en aluminium (longueur 10cm, bords transversaux >2.5cm) ou 2 Tasseaux de bois (7cm/2cm/2cm)
• 3 Plaques en contreplaqué (10cm/10cm/ >0.6cm)

Outils

Façonnage bidon:

• Découpeuse LASER
• Outil rotatif (style Dremel ) (optionnel mais conseillé) avec embout papier de verre
• Perceuse à mains
• Ciseaux
• Cutter
• Papier de verre P80 et P240
• Cisaille massicot (optionnel)

Manipulation électrique:

• Pince coupante
• Multimètre
• Fer à souder
• Pompe à dessouder
• Pince à dénuder
• Décapeur thermique ou briquet

Fixations

• Perceuse à colonne (recommandée)
• 2 Serre-joints à vis
• Pistolet à colle
• Tournevis
• Clefs plates

Equipement de protection

• Lunettes (outil rotatif, perceuses)
• Gants (ciseaux, cutter, tournevis étape XX (forçage))
• Casque anti-bruit (perceuse à colonne)

Bidon_enceinte_grille_LASER.svg

Étape 1 - Trouver les composants

Les carte stm32F4Discovery, sorti en 2011 étaient plutôt populaires et font partie des plus courantes des anciennes générations de cartes micro-contrôleurs programmables. Elle se trouvent dans les fablab, les laboratoires de recherche, les collèges, lycées, centres de formations et écoles d'ingénieurs, etc... Elles sont parfois accompagnées d'écrans LCD compatibles type XXXX.

C'est le cas également des vis, des boutons poussoirs et de l’interrupteur qui peuvent également se récupérer sur des appareils électroniques usagés.

Les enceintes amplifiées de PC étaient très utilisées avant que tout le monde ne s'équipe de PC portable munis de leur propre enceintes intégrées. On les trouve donc un peu partout, aussi bien dans les entreprises que chez les particuliers, et donc maintenant dans les ressourceries ...

Enfin, les câbles USB devraient se trouver au fond de vos tiroirs.

Étape 2 - Téléversement de la carte

Il vous faut téléverser le code dans votre carte micro-contrôleur de la manière suivante:

Récupérer le code sur un ordinateur (Le code est disponible plus haut.)

Installer le logiciel ...(telechargeable ici)

brancher la carte en USB a votre PC (préciser quelle prise usb, il y en a 2)

televerser le programme avec le menu...

Description du code:

La carte lise le contenu de la clé USB, décode les fichiers MP3 et transmette le son vers la carte d'amplification audio. Le bouton "play/stop" lance et arrête la lecture, le bouton "next" passe au morceau suivant. L'écran affiche le nom du fichier en cours de lecture. Le volume sonore est réglé directement avec le bouton de réglage de l'enceinte amplifiée.

Remarque: On pourra par la suite adapter le code à d'autres versions de cartes micro-contrôleur programmables de type STM32 ou équivalents.

Images: interface code

Étape 3 - Démontage des enceintes amplifiées

Pour avoir tous les composants de votre enceinte, vous devez récupérer les membranes et la carte d'amplification.

• S'assurer que les haut-parleurs ne soient pas branchés à une source de tension.
• Retirer les coques à mousse, dévissez les deux coques avant et ouvrez vos haut-parleurs
• Dessouder les fils d'alimentation qui arrivent sur la carte d'amplification

Si les enceintes sont alimentées en courant continu par un bloc secteur, le câble qui alimente la carte amplification devrait être connecté directement à ce bloc secteur. Dans ce cas, vérifiez la tension de sortie de ce bloc secteur. Vous pouvez conserver ce bloc secteur pour alimenter l'ensemble de votre bidon mais il faudra veiller à ce que cette tension d'alimentation soit compatible avec votre carte micro-contrôleur. Le cas échéant, ajouter un convertisseur DC-DC pour adapter la tension d’alimentation de votre carte micro-contrôleur.

Dans le cas où l'enceinte est alimentée en 220V, elle devrait posséder un module de conversion à l'intérieur (220VAC vers 9VDC par exemple), comme illustré sur la photo. Ici on a mesuré une tension continue de sortie du convertisseur à 9VDC, mais notre carte micro-contrôleur STM32F4Discovery doit être alimentée en 5VDC. Nous avons alors vérifié que cette carte d'amplification prévue pour fonctionner à 9VDC fonctionnait toujours à 5VDC, ce qui était le cas. Ceci entraine un puissance maximum plus faible mais permet de simplifier la fabrication en éliminant la conversion d'alimentation pour la carte électronique.

Votre bidon doit s'adapter à la dimension de vos membranes et à la présence ou non d'un écran LCD. Si vous voulez des énormes enceintes, vous devrez peut être trouver un bidon plus grand...

Étape 4 - Dessin du plan de la façade

Faites vous un plan des bidons et du capot pour que les dimensions collent bien. Placez les éléments et assurez vous bien que tout rentre comme il faut avant de commencer à percer, couper etc...

Prévoyez une petite marge entre les bords du capot et les bords de l'entrée du bidon pour avoir la place de visser les deux éléments ensemble (par exemple hauteur du capot = hauteur de l'entrée du bidon + 3cm, idem pour la largeur)

Choisissez où vous allez mettre les boutons , l'interrupteur et la molette (ils peuvent aller sur le corps du bidon mais aussi sur le capot).

Si vous n'avez pas d'écran LCD, vous pouvez suivre tout de même ce tuto sans prendre en compte l'écran, et l'enceinte fonctionnera. Cependant, vous n'aurez pas de retour utilisateur sur le fonctionnement de l'enceinte.

Étape 5 - Découpe des bidons

Il vous faut découper les deux bidons : dans l'un vous couperez la face latérale du bidon pour accéder à l'intérieur. Dans l'autre bidon, vous récupèrerez une face latérale qui servira de capot à l'enceinte (le reste du bidon n'a pas d'utilité primordiale, entrainez-vous dessus avant d'attaquer le vrai bidon notamment pour l'étape ... et ...)

Si vos bidons contiennent une face sans étiquette, faites en sorte de garder ces parties pour l'enceinte (la colle des étiquettes est pénible à retirer !)

Pour faire une découpe propre des bidons, suivez l'étape XXX"façonnage de la fente pour l'écran LCD" . Vous pouvez couper le capot très droit si vous disposez d'une cisaille massicot.

Étape 6 - Préparation des composants électriques

Maintenant passons à la partie électronique:

-Vérifiez la longueur des fils, les rallonger si besoin

-Fabriquez un fil femelle USB/USB Micro-b (si vous n'en avez pas) qui servira de connecter la clef USB à la carte micro-contrôleur

-Si besoin transformer les fils des boutons poussoirs, les 4 fils de l'écran LCD, et les fils de l'alimentation de la carte Stm pour qu'ils puissent se brancher à la carte Stm.

-Dessouder le potentiomètre et ressoudez-le avec des fils pour pouvoir le mettre où vous voulez

Étape 7 - Soudure de l'alimentation, de l'interrupteur et de la carte

Vous allez maintenant connecter votre câble d'alimentation à la carte d'amplification en y insérant un interrupteur en série. Il faudra ensuite relier l'alimentation de la carte d'alimentation à la carte micro-contrôleur (ajouter un convertisseur DC/DC si la tension d'alimentation de la carte d'amplification n'est pas compatible avec celle de la carte micro-contrôleur).

• Coupez le câble d'alimentation, conservez la partie USB mâle (gardez le plus de longueur possible pour pouvoir brancher votre enceinte loin de la source de tension)
• Trouez le derrière du bidon au centre, à hauteur de la plaque, de la taille du câble d'alimentation.
• Insérez le câble dans le trou du bidon.
• Dénudez le câble.
• Condamnez les fils inutiles (D+ et D-) avec de la gaine thermorétractable
• Soudez l'interrupteur en série avec le fil d'alimentation
• Soudez l'autre côté de l'interrupteur à l'alimentation de la carte d'amplification
• Soudez le fil Neutre de l'alimentation avec le neutre de la carte d'amplification

ICI mettre moins d'explication, juste dire relier les elements comme sur le schéma ci contre. (l'explication est au début: on veux relier alim-interrupteur-carte ampli puis micro controleur)

Désormais votre carte d'amplification est unie avec votre bidon, toutes mes félicitations (jusqu'à ce que la soudure les sépare)

• Souder un fil muni d'un "plug carte" à l'entrée de l'alimentation de la carte ?? (il sera relié à l'un des 5V de la carte micro-contrôleur)
• Souder un fil muni d'un "plug carte" au neutre de l'alimentation de la carte ?? (il sera relié à l'un des neutres de la carte micro-contrôleur)

Étape 8 - Branchements et test

Vous pouvez désormais faire tous les branchements et tester votre enceinte (sans coque) avec une clef USB qui contient des fichiers MP3.

L'enceinte a besoin de quelques secondes avant de se lancer, elle est prête lorsque l'écran affiche le titre du 1e fichier MP3

Le bidon pourrait avoir encore quelques améliorations de code: les musiques ne défilent pas toutes seules: après que l'une des musique soit finie. Pour passer de musique, faites "next" puis "play".

Montage electrique

Étape 9 - Façonnage du socle

Le système de fixation des cartes au socle consiste à venir pincer le bord des cartes avec deux rondelles que l'on vient plaquer avec deux écrous autour(figure 3). Les vis sont fixées sur une plaque qui est plaquée au fond du bidon (vous pouvez prendre une plaque de bois à la place).

Pour s'assurer que le bidon soit bien stable lorsqu'on le pose, surélevez les quatre vis aux coins du bidon: comme dans la figure 3, insérez un écrou entre la tête de vis et le plastique.

Une fois cette fixation faite, vous pouvez ajuster la hauteur de la carte et le déplacement latéral comme bon vous semble.

Les jeux de cette fixation sont très faibles: vous devez être très précis lors du perçage des trous, quelques millimètres d'écart peuvent suffire à pincer dans le vide.

Vous pouvez faire des trous oblongs pour ajuster cette distance.

...Faites attention à ne pas toucher de composant sur les cartes avec les rondelles

Evaluez la taille du socle dont vous aurez besoin , assurez vous que le tout rentrera dans le bidon.

Attention, la prise Jack branchée sur la carte stm vous empêche de mettre quelque chose juste à côté de la carte.

Vous pouvez surélever la carte stm par rapport à la carte ??? pour rapprocher les deux carte en évitant l'encombrement de la prise jack et de la prise USB Micro-b. (Voire vous pouvez placer les cartes l'une sur l'autre)

• Réalisez trous de la plaque (ou planche) précisément

• Vérifiez que le système de fixation fonctionne bien (si pas la bonne taille, car pas assez précis, retrouez sur la même plaque)

• Trouer le dessous du bidon.

Pour des trous bien propres dans le plastique, il est important de venir plaquer sous la surface plastique une surface dure (bois) afin que les bavures en plastique partent bien et ne restent pas coller au bord des trous. Vous pouvez percer le plastique avec des mèches à métal.

Votre support est prêt.

• Faire le coince câble (figure 5): le coince câble permet de bloquer le câble d'alimentation pour empêcher d'abimer l'intérieur du bidon si un utilisateur venait à tirer ou pousser ce câble par l'extérieur. Vous pouvez simplement plaquer une languette en métal avec deux vis écrous qui la traversent et traversent le socle (pas le bidon).
• Faites les trous dans le bidon pour insérer les deux boutons, l'interrupteur et le potentiomètre.

Étape 10 - Installation du récepteur USB

Vous allez maintenant réaliser le support de fixation pour la clef USB. La clef USB s'insère par le goulot du bidon. Le support de fixation est composé d'un système de serrage avec deux équerres (ou morceaux de bois) qui viennent pincer à l'aide de boulons la prise USB femelle. Tout ce système est collé au pistolet à colle sur la paroi du bidon. Voici comment procéder:

• Mettre de la colle avec le pistolet à colle autour du récepteur USB (image 1), on viendra ensuite venir serrer les équerres sur cette colle pour ne pas abimer le composant et ne pas empêcher le clipsage/déclipsage de la clef USB . Ne mettez de la colle que sur la base du port (pas sur les pates de clipsage).

• Préparer les équerres ou le bois de la bonne taille

Vous devez être sûr que la clef USB ne dépasse pas du haut du bidon, sinon au moment de fermeture, le système va être pressé vers le bas par le bouchon et les équerres se décolleront. Vous pouvez opter pour trouver une clef USB plus petite pour faciliter ce problème.

• Faire 2 trous autour de l'endroit où sera pincé le récepteur , le plus bas possible des équerres (tout en étant sur d'avoir la longueur de main pour pouvoir introduire la clef USB). Si les équerres s'ouvrent ou se ferment trop quand vous serrez, mettez une troisième vis pour empêcher cela
• Assemblez le système pincé

La prochaine manipulation est délicate, si vous la loupez vous devrez retirer la colle et recommencer (c'est très pénible). Ce sera plus facile si vous êtes deux : l'un.e qui tient le système et l'autre le pistolet à colle. Je vous conseille d'essayer sur le bidon test une première fois (la colle n'est pas très dure à enlever du métal).

Voici la procédure:

• Placez le bidon à l'envers, bloquez le pour pas qu'il ne bouge, placez le système pincé à l'endroit désiré, marquez les 4 coins des équerres (ou bois) qui touchent le plastique.

• Placez de la colle sur les bords dessinés (plus la surface de collage sera grande mieux le système sera fixé), soyez généreux ,puis avant que la colle n'ait séché, placez le système de pincement au bon endroit, puis remettez une bonne couche de colle sur les bords (soyez généreux). Attendez que tout refroidisse bien pour tester le pluggage.

Bravo, cette étape n'était pas la plus facile...

Étape 11 - Perçage du capot

Vous allez désormais façonner le capot de votre enceinte:

Pour fixer le capot sur le bidon, des vis à bois munies d'écrous vont venir prendre pas dans le bidon (derrière le capot), et venir plaquer le capot à l'aide de l'écrou. L'écrou sert aussi à ne pas perdre le pas de vis arrivé en fin de vissage (le filetage d'une vis à bois ne remonte pas jusqu'à sa tête)

• Faites les trous de fixation du capot avec une perceuse (trous de 4mm pour juste guider la vis à bois de 3mm de diamètre).

Vous pouvez peut-être réutiliser les vis à plastique récupérées lors du démontage du haut parleur.

• Placez votre capot sur votre bidon, puis marquez sur le bidon les trous à travers les trous du capot. Pointez chaque marquage pour qu'après la vis ne glisse pas et soit pré guidée. Pour que le filetage de la vis prenne bien dans le plastique: venez tourner au tournevis en forçant l'entrée de la vis. Pour ne pas que le bidon se torde sous la pression du tournevis qui pousse, mettez deux doigts derrière le trou autour de là où rentrera la vis et contrez la force du tournevis.

• Réalisez les trous de fixation pour les membranes

Pour réaliser votre grille, vous pouvez réaliser un guide en bois qui vous servira de guider votre perceuse pour être précis (le contreplaqué 6mm fonctionne bien).

Découper à la découpeuse LASER directement le PEHD n'est pas facile, et rend le résultat moins jolie car le plastique au bord des trous aura fondu puis resolidifié, laissant apparaître une marque.

• Créer votre guide en contreplaqué à la découpeuse LASER (ou CNC) (cf document joint ).
• Placez votre capot sur une plaque de bois (au mieux du bois brut, au pire du contreplaqué minimum 6mm d'épaisseur), puis venez placer votre guide en bois par dessus votre capot. Fixez bien le tout avec des serre-joints à vis sur un support. Puis percez chaque trou à la perceuse à mains votre grille en suivant les trous du guidage.
• Percez aux endroits voulus les trous pour les deux boutons , l'interrupteur et le potentiomètre.

Étape 12 - Façonnage de la fente pour l'écran LCD

Vous voici à la dernière étape: réaliser une jolie fente pour voir l'affichage de l'écran LCD. Je vous conseille d'essayer cette étape en 1er sur le bidon test au cas où vous gâchiez tout votre beau capot d'un coup de cutter!

• D'abord, réalisez les trous pour les vis de l'écran LCD de la taille des trous déjà usinés dans le support de l'écran (soyez précis).
• Vissez l'écran avec des écrous. sur le capot. L'écran est placé, marquez précisément le cadre de l'écran.

La méthode suivante pour faire de jolis trous dans le PEHD s'applique aussi pour réaliser le trou de l'entrée du bidon et les bords du capot (étape X).

• Marquez l'endroit voulu à couper.
• Si vous possédez un coupe-papier: faites votre capot avec (ce sera plus rapide)
• Faites une coupe grossière au cutter pour dégrossir la pièce: prenez bien 1.5cm de marge (ou moins en fonction de votre habileté et du tranchant du cutter) autour de la partie mâle à découper (ou à l'intérieur de la partie femelle à découper)

Quand vous arrivez à la fin d'un trait au cutter, ralentissez pour être sûr de ne pas dépasser.

• Rapprochez vous du bord à l'aide d'un outil rotatif associé à du papier de verre à gros grain.
  

Les coins des parties femelles sont compliquées à faire avec cet outil, ne vous en occupez pas.

• Rapprochez vous encore du trait avec de bons ciseaux, façonnez les coins bien droits (si vous voulez qu'ils soient droits)
• Passez les bords au papier de verre P80 puis P240 pour finir.

Attention à ne pas rayer votre bidon à poncer avec votre papier de verre, vous devez uniquement toucher le bord du plastique pour éviter les traces autour.

N'hésitez pas à ajouter des modifications, à pimper votre enceinte à votre goût !

Étape 13 - Montage final

Votre enceinte est normalement prête à être montée:

• Montez la plaque sur le bidon, coincez le câble d'alimentation dans le coince câble
• Montez les deux cartes sur le système de fixation
• Fixez les membranes et l'écran LCD au capot
• Fixez les boutons/interrupteur/molette
• Branchez tout
• Vissez le capot sur le bidon
• Branchez votre alimentation
• Tournez le potentiomètre à fond dans le sens horaire
• Allumez l'interrupteur
• Attendez 5 secondes
• Appuyez sur le bouton Play
• Sautez de joie
• Prenez soin de votre nouveau compagnon

Notes et références

Enceinte développée par Jonathan Dumon, Germain Lemasson et François Michot.

Tutoriel réalisé par François Michot.

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