Contexte du projet#
Dans le cadre du développement de la Grenouille 3.0, je cherchais une méthode simple, fiable et économique pour détecter un impact (le lancer d’un palet dans un trou).
L’objectif : construire un système de détection précis, réactif, et surtout sans faux positifs.
Après quelques explorations, le capteur piézoélectrique s’est imposé comme une piste sérieuse.
Voici le résultat de mes recherches et tests.
Comprendre le capteur piézoélectrique#
Un capteur piézo convertit une contrainte mécanique (choc, vibration, flexion) en tension électrique grâce à l’effet piézoélectrique.
En pratique :
- lorsqu’un palet frappe la surface reliée au piezo → le disque se déforme → une tension apparaît entre ses bornes,
- cette tension est brève et proportionnelle à la force de l’impact.
Caractéristiques principales#
- Tension générée : de quelques mV à plusieurs volts selon la force du choc.
- Polarité : le centre du disque = positif, le bord = négatif.
- Réponse : instantanée, mais très bruitée → nécessite filtrage.
- Aucun besoin d’alimentation (générateur passif).
Objectif du prototype#
Valider un montage avec :
- 1 capteurs piézo (un par trou du jeu),
- quelques resistances et diodes,
- 1 MCP3008 pour convertir les signaux analogiques,
- et un ESP32 pour la lecture et le traitement des valeurs.
But#
Obtenir une détection fiable, rapide et reproductible, sans fausses détections liées aux vibrations du châssis ou aux résonances mécaniques.
Principe de fonctionnement du montage#
- Le piezo génère une tension lors d’un impact.
- Cette tension est filtrée et protégée (résistances + diodes).
- Le signal est envoyé au MCP3008, un ADC 10 bits connecté en SPI.
- L’ESP32 lit les valeurs analogiques et détecte les chocs au-dessus d’un seuil défini.
PIEZO → [Protection + Filtrage] → MCP3008 → SPI → ESP32
Composants et valeurs recommandées#
Pour 1 capteur :
| Composant | Valeur | Rôle |
|---|---|---|
| Capteur piezo | Ø27 | Détection d’impact |
| Résistance (pull-down) | 1 MΩ | Décharge lente du signal |
| Résistance série | 1–4,7 kΩ | Limite le courant / protège l’entrée ADC |
| Diodes de protection | 2× 1N4148 | Clampent le signal entre 0 V et 3.3 V |
| Condensateur | 100 nF | Filtre les oscillations résiduelles |
| MCP3008 | — | Convertisseur analogique/numérique SPI |
| ESP32 | — | Microcontrôleur principal |
Comparaison avec d’autres capteurs#
| Technologie | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Piezo | Simple, rapide, pas cher, passif | Signal bruité, sensible aux vibrations globales |
| Accéléromètre (MPU6050) | Mesure vectorielle fine, filtrable | Complexité, besoin d’alim stable |
| Capteur de son | Réagit aux bruits d’impact | Moins précis spatialement |
| Micro-interrupteur | Déclenchement net | Contact mécanique, usure |
Le piezo reste le meilleur compromis pour ce type d’usage :
→ détection d’un choc ponctuel, sur une structure rigide, à faible coût.
Calibration et seuils#
Une calibration simple peut être effectuée ainsi :
- Lire les valeurs brutes en continu (via le port série).
- Noter les valeurs “au repos” → bruit moyen.
- Noter les valeurs lors d’un impact → pic maximum.
- Fixer un seuil à mi-chemin ou via un facteur multiplicatif.
Exemple :
Repos : 0–15
Impact : 250–400
→ seuil optimal ≈ 100–120
Je reviendrai là-dessus dans un prochain article, une fois les composants reçus et les premiers tests réalisés.
Points clés retenus#
- Les capteurs piezo sont parfaits pour les chocs ponctuels.
- Un filtrage matériel (résistance + diodes + condo) est indispensable.
- Le MCP3008 permet de multiplier les capteurs analogiques.
- La fixation mécanique influence plus le signal que le code lui-même.
- Un filtrage logiciel simple suffit pour fiabiliser la détection.
Prochaine étape#
→ tests et calibration
Ressources et documentation#
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