🌎Infiltromètre Beerkan Pecnot'Lab - Biofunctool - modèle Mariotte

Un infiltromètre automatique qui simplifie l’exécution de la mesure de l'infiltration selon le protocole Beerkan

Historique des versions

• V1 - Version originale conçue par Nicolas Deschamps (IRD) et Jacques Thomas (Scop SAGNE) en décembre 2023 dans le cadre du plan de relance.

• V2- octobre 2024 Jacques Thomas (Scop SAGNE) Modification du pommeau d'arrosoir et du support de la vanne. Solution pour le transport du matériel et liaison souple entre réservoir et vanne. Optimisation du boitier électronique. Corrections du tutoriel de montage.

• V3 - mai 2025 Jacques Thomas (Scop SAGNE) Abandon de la batterie interne, remplacement par une power bank 12 v externe car la vanne est exigeante en courant.

• V4 - juillet 2025 Jacques THOMAS (Scop SAGNE) Changement de modèle d'électrovanne, liaison par connecteur pneumatique et tuyau 16 mm.

ce tutoriel présente la réalisation de la version V1

Fournitures et ressources

Fournitures

• 1 Arduino nano Nano V3.0 Mini Carte USB ATmega328 exemple

• 1 Capteur piezo XGZP6897A ou Capteur piezo mpx5004dp

• 1 LCD I2C Display Module LCD HD44780 16x2 avec Interface I2C 2x16

• 1 Led

• 1 Buzzer KY-012 Active Piezo Buzzer Alarm Sensor 85 dB

• 1 vanne G3/4" DC12V électrovanne laiton "NC" entraînement direct DN20

• 1 fiche alim Embase alim CI415 (5.5/2.1)

• 1 RTC I2C DS3231

• 1 encodeur rotatif KY-040

• 1 régulateur LM7805 : 5V 1,5A

• 1 voltmètre Digital DC Voltmeter 0.28 inch Two-Wire 2.5V-30V

• 1 MicroSD reader Breakout Board for microSD Card

• 3 Li-Ion 18650 accumulateur 18650 3.7V 9900mAh (si V1 ou V2)

• 1 Module charge 3S 3S 12V 18650 10A BMS (si V1 ou V2)

• 1 Mosfet N IRF520N

• 1 Interrupteur On/Off 15x21mm (si V1 ou V2)

• 1 connecteur 2 broches aviation GX12 12mm

• 1 Condensateur radial 100µF/25V

• 1 condensateur-multicouches-330-nf

• 1 condensateur céramique 100 nF

• 1 résistance 100Ω

• 1 résistance 20kΩ

• 1 résistance 4.7kΩ

• connecteur à souder sur le PCB pour brancher la batterie (si V1 ou V2)

• 3 aimants diam. 10 mm x 3 mm

• 1 baril 10L MobilPlastic avec poignées

• 1 fût de 30 L

• 1 Joint Plat 16x24 ; 2mm

• 2 Joint Plat DN20 20x27 ; 2mm

• 18 cm tuyau souple PVC 10mm int / 14mm ext

• 50 cm tuyau souple PVC 2mm int / 4mm ext

• 7 cm tuyau souple PVC 4 int / 9mm ext

• 50 cm tuyau PVC ¾ 19/24 mm

• 2 raccords rapides ¾ femelle

• 2 raccords rapides ¾ mâle à visser

• 2 colliers serre câble 1.9 mm

• Tige fine et rigide 7-10 cm en métal

• visserie: 2 boulons M3x12 , 2 écrous M3, 6 vis M2x5

STL

Code IDE

Divers: Fil électrique 26/28AWG ; gaine thermorétractable, colle à chaud

· Imprimante 3D + filament PLA (env 60m)

· Poste à souder (Etain et Nickel pour la batterie)

· Téflon, Tournevis, clés Allen, clés plate, pinces...

Impressions en PLA à 0.2mm. Une des pièces a un diamètre de 24 cm et nécessite donc une imprimante avec un grand plateau.

Bibliothèques arduino :

adafruit/SD v.0.0.0

mathertel/OneButton v.2.0.3

mathertel/RotaryEncoder v.1.5.3

adafruit/RTClib v.2.0.3

marcoschwartz/LiquidCrystal_I2C v.1.1.4

arduinogetstarted/ezOutput v.1.2.0

akkoyun/Statistical v.2.4.1

Fig. 3 plan de câblage (corrigé)

Fig. 4: PCB V2

Montage

Démarche pas à pas avec un PCB (sinon réaliser le câblage selon la fig. 3).

Sur la partie supérieure du boitier, câbler indépendamment avec des fils d’une dizaine de cm de longueurs (20 cm c'est plus confortable), de couleurs différentes les composants suivants

• Ecran LCD

• Pololu microSD

• Encodeur rotatif

• La broche

• Le capteur piézométrique. Connecter également le tuyau PVC 2mm de 50cm et le sertir avec un collier.

• L’interrupteur

• La LED

Code couleur conseillé : VCC rouge, GND noir, SDA bleu, SCL jaune, puis des couleurs distinctes pour l’encodeur et la micro SD en fonction des fils disponibles.

Positionner ensuite les éléments de la façade coté intérieur (LCD, LED, Encodeur, micro SD Pololu, voltmètre) puis les fixer au moyen de vis M2x5 et/ou de colle à chaud (fig. 5).

Fig. 5 câblage de la façade

Fig. 6: sensor pin out

Fig. 7: connexion du tuyau (capteur NXP)

MPXV5004DP Pinouts: 4 Vout, 3 Gnd, 2 Vs (pression sortie haute côté 5 à 8)

Penser à tourner au maximum la vis de réglage du contraste sur le LCD (cube bleu).

Souder ensuite sur le PCB, aux positions inscrites, les composants suivants :

• Le module RTC

• Les transistors

• Les condensateurs

• Les résistances

• Les « sockets » pour accueillir l’Arduino nano

• L’embase d’alimentation

Puis souder les fils des composants de la façade en suivant également les inscriptions du PCB (fig. 8). Le voltmètre est à connecter à un des pin 12V et au GND. Il faudra également plier délicatement le module RTC jusqu’à un angle de 45° afin qu’il rentre correctement dans le boitier par la suite. (fig. 9)

Fig. 8: soudures du PCB

Fig. 9: plier le module RTC

Pour la partie inférieure du boitier:

Préparer la batterie 12.6V en collant trois accumulateurs Li-Ion 18650 (fig. 10) entre eux et en réalisant le circuit 3S (fig. 11).

fig. 10: batterie 3S 12.6V

Fig.11 : Circuit 3 S

Il faut mettre le module sous tension (12.0-12.6V) quelques secondes pour l’activer

Insérer l’interrupteur et la broche. Penser à mettre le joint-capuchon (fig. 14).

Souder par-dessous le PCB la batterie, l’interrupteur, la broche et le buzzer toujours en suivant les indications inscrites dessus (fig. 12).

Fig. 12 : assemblage de la partie inférieure

Fig. 13: écrou

Fig. 14: joint

• Téléverser le code dans l’Arduino.

Note : pour mettre à jour le module RTC il modifier la valeur de la variable init_RTC (ligne 34) de 0 à 1 puis téléverser le code. Ensuite la remettre a 0 puis téléverser une nouvelle fois.

• Souder les « pins » de l’Arduino et le clipper sur les « sockets » du PCB.

• Mettre sous tension et vérifier que tout fonctionne.

• Passer le tube PVC par l’orifice du boitier, et ajouter un point de colle sur le capteur pour le solidariser à une paroi.

• Fixer le PCB par deux vis M2x5 (fig. 12).’

• Insérer les écrous M3 à leur emplacement (fig. 13)

• Fermer le boitier et visser les boulons M3x10 sur les côtés.

Fig. 15: boitier terminé

Réalisation du couvercle « Mariotte »

principe du vase de Mariotte

• Percer proprement le couvercle du bidon en son centre avec une mèche de 16mm

• Insérer le passe paroi imprimé dans le trou, en ajoutant les joints plats 16/24mm (fig. 16&17)

• Serrer, avec modération, avec deux clefs plates (28mm) ou des clés à molettes.

• Chauffer et emmancher 18 cm de tuyau PVC 10/14mm (fig. 18).

• Ajouter un collier pour maintenir le tuyau (fig. 17).

• S’assurer que le joint blanc du couvercle est bien présent et en bon état.

Fig. 16: couvercle partie extérieur

Fig. 17couvercle partie intérieur

Fig. 18 tube de Mariotte

Raccord bidon-vanne-arrosoir

Ces raccords sont simplement vissés. Ajouter les joints DN20 et du ruban téflon sur le pas de vis du raccord bidon-vanne. Il est conseillé de garder ces deux éléments solidaires et de dévisser la tête d’arrosoir pour le transport si nécessaire. Il est également possible de l’orienter vers le haut pour pouvoir poser le bidon sans induire de contraintes sur les raccords.

Rallonger le câble de la vanne (40-50cm) et souder la partie femelle de la broche.

Fig 19: bidon - raccord- vanne solidaires

Fig. 20 Bidon - raccord- vanne + rallonge -arrosoir

Sonde de pression :

Il est utile d’élargir légèrement l’ouverture du tuyau 2mm pour limiter les phénomènes de capillarité (fig. 21). Emmancher un second tuyau de 5cm de long, 4mm intérieur, sur 2 à 3 cm. Chauffer si nécessaire pour faciliter l’opération. Il est également possible de rajouter un joint silicone pour parfaire l’étanchéité. Solidariser ensuite l’ensemble a une tige métallique au moyen de scotch électrique (fig. 22).

Fig. 21 : emmanchement du tuyau

Fig. 22 : finalisation de la sonde

Pour le modèle V2, penser à évaser légèrement la base du tube de 5 mm placé dans la pièce qui se plaque contre le cylindre pour limiter la formation d'un ménisque.

Trépied en bambou :

Une solution de support possible, et efficace, du bidon.

Matériel

• Trois bambous de 1m ; 3-5cm de diamètre

• De la ficelle

• Deux crochets imprimés (STL fournis)

• Une vis

Réaliser un nœud de trépied en suivant ce tutoriel vidéo. Ajouter une vis sur le bambou central pour éviter au nœud de glisser (fig.21).

Percer les deux bambous des cotés à 25cm du haut. Y passer les cordelettes, faire un nœud d’arrêt sur l’extérieur et attacher le crochet a 5cm coté intérieur (fig. 22).

Fig. 23: nœud de trépied + vis

Fig. 24: suspension du crochet

Fig. 25 dispositif déployé sur le terrain