FR3096865A1 - Système électronique à monter sur un support souple, notamment textile - Google Patents

Abstract

Système électronique à monter sur un support souple, notamment textile. Système électronique (1) à monter sur un support souple, notamment un article textile, comportant un module principal (10) à microcontrôleur (60) et au moins un module annexe (20) à relier électriquement au module principal, le module principal au moins ayant une forme de bouton, chaque module comportant : un moyen de fixation amovible (12, 13) sur le support, de préférence du type bouton-pression, ce moyen de fixation comportant une première partie (12) appartenant au module et une deuxième partie (13) à fixer au support, la première partie coopérant mécaniquement avec la deuxième pour retenir le module sur le support tout en permettant leur détachement par un mouvement prédéfini, et un circuit imprimé (11 ; 70) portant au moins un connecteur (50) multi-contact pour câble plat (30) ou circuit imprimé flexible multiconducteur, destiné à relier électriquement les deux modules (10, 20). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Système électronique à monter sur un support souple, notamment textile

La présente invention concerne les systèmes électroniques pour supports souples, notamment textiles.

Il a été proposé sous la dénomination LilyPad Arduino un système électronique pour textiles comportant une carte mère à microcontrôleur et un ensemble d’accessoires à relier électriquement à la carte mère. Cette dernière présente un contour circulaire, avec une pluralité de contacts électriques en périphérie, traversés chacun d’un trou permettant d’y coudre un fil conducteur et d’assurer la fixation, par couture également, de la carte au textile.

Les accessoires comportent chacun une carte de circuit imprimé avec des contacts similaires.

Un inconvénient de la carte mère est son caractère non amovible du textile sur lequel elle est cousue, ce qui complique voire rend impossible le nettoyage du textile. De plus, le circuit imprimé de la carte mère est rigide, ce qui peut rendre le textile inconfortable selon la zone dans laquelle la carte mère est fixée.

On connaît des circuits électroniques pour textiles prévus pour pouvoir être séparés du textile sur lequel ils sont montés.

La demande WO2018/087489 A1 décrit ainsi un circuit électronique comportant une enveloppe flexible et des connexions électriques du type bouton pression, permettant de connecter de façon amovible le circuit à des conducteurs intégrés au textile. Les connexions électriques jouent alors une double fonction, d’une part assurer le raccordement électrique, et d’autre part maintenir le circuit sur le textile.

Un tel circuit reste relativement encombrant et le nombre de connecteurs augmente avec le nombre de conducteurs dans un ratio d’un pour un, ce qui rend le circuit difficile à connecter à de nombreux conducteurs et limite la connectivité avec des accessoires intégrés au textile qui seraient fixés de manière similaire.

La demande WO2017/017260 A1 divulgue un bouton électronique pour textiles intelligents. Le maintien sur le textile est assuré par une fixation mécanique du type bouton pression avec un élément femelle et un élément mâle qui s’assemblent, l’élément femelle étant muni sur sa face tournée vers l’élément mâle de contacts électriques et des pistes étant disposées sur le textile de manière à être contactées par les contacts électriques de l’élément femelle lorsque ce dernier est assemblé à l’élément mâle. Le nombre de conducteurs reste limité, car ceux-ci doivent être disposés tout autour de l’axe d’assemblage des éléments mâle et femelle ; de plus, il est difficile d’établir une bonne qualité de contact électrique avec un tel montage, sans contrainte élastique. Enfin, un détrompage est nécessaire entre les éléments mâle et femelle, ce qui oblige à réaliser un bouton pression spécifique et ne permet pas d’utiliser des boutons pression déjà disponibles dans l’industrie textile.

La demande DE 10 2004 039 765 A1 décrit un système électronique pour équiper un textile, dans lequel les raccordements électriques entre les éléments s’effectuent comme dans la demande WO2018/087489 A1 à l’aide de boutons pression électriquement conducteurs, avec les inconvénients associés quant au nombre de connexions réalisables dans la pratique.

Il demeure par conséquent un besoin pour bénéficier d’un système électronique destiné à équiper un textile, qui remédie aux inconvénients ci-dessus du LilyPad Arduino et qui offre une connectivité satisfaisante avec des accessoires intégrés au textile.

L’invention vise à répondre à ce besoin et a pour objet, selon un premier de ses aspects, un système électronique à monter sur un support souple, notamment un article textile, comportant un module principal à microcontrôleur et au moins un module annexe à relier électriquement au module principal, au moins le module principal et de préférence chaque module ayant une forme de bouton, et chaque module comportant

• un moyen de fixation amovible sur le support, de préférence du type bouton-pression, ce moyen de fixation comportant une première partie appartenant au module et une deuxième partie à fixer au support, la première partie coopérant mécaniquement avec la deuxième pour retenir le module sur le support tout en permettant leur détachement par un mouvement de séparation prédéfini, notamment un mouvement inverse de celui d’assemblage, par exemple un mouvement de traction, et
• un circuit imprimé portant au moins un connecteur, de préférence multi-contact pour câble plat ou circuit imprimé flexible multiconducteur, destiné à relier électriquement les deux modules.

Grâce à l’invention, les modules électroniques peuvent être réalisés avec des dimensions suffisamment petites pour pouvoir être facilement installés sur un support souple tel qu’un textile, sans générer d’inconfort malgré leur rigidité. En particulier, chaque module présente une taille compatible avec l’installation sur un bouton-pression, ce qui permet d’utiliser comme moyen de fixation un moyen peu coûteux et largement répandu pour fixer le module sur le support souple.

En assurant la fixation au support souple par des moyens mécaniques et les connexions électriques par des moyens distincts, découplés de la fixation mécanique, il est également possible d’accroître la fiabilité du raccordement électrique.

De préférence, le module principal comporte sur une même face plusieurs connecteurs, de préférence multi-contact pour câble plat ou circuit imprimé flexible, destinés à relier des modules annexes correspondants. Par exemple, le module principal comporte deux, trois ou mieux quatre connecteurs, ce qui permet de disposer des modules annexes tout autour du module principal, par exemple. Ces connecteurs sont ouverts de préférence radialement vers l’extérieur, afin de faciliter le raccordement entre les modules.

De préférence, chaque connecteur comporte au moins une borne d’alimentation et une borne de masse. Cela facilite l’alimentation des modules annexes, qui peut alors se faire directement par le connecteur.

Le module principal rassemble de préférence tous les composants nécessaires au fonctionnement du microcontrôleur. A la différence de la carte mère du système Lilypad, il peut être sans contact ajouré pour fil conducteur à nouer à travers l’ouverture du contact. Cela permet d’avoir un module principal compact, dont la plus grande dimension reste par exemple inférieure ou égale à celle des modules annexes. La plus grande dimension du module principal est de préférence inférieure ou égale à 20mm.

Le pas desdits connecteurs est de préférence de 0,5 mm ou moins. Cela permet d’avoir des connecteurs de dimensions réduites, tout en ayant des connexions fiables. De préférence, l’on utilise des connecteurs standards de l’industrie électronique, avec des contacts ayant une contrainte élastique.

De préférence, le module principal présente un contour circulaire en vue de dessus.

Les connecteurs du module principal sont de préférence orientés radialement. Le nombre desdits connecteurs sur le module principal est avantageusement d’au moins quatre, comme mentionné ci-dessus.

L’un au moins des modules annexes peut comporter au moins deux contacts ajourés, pour fil conducteur à nouer à travers l’ouverture du contact. Cela permet d’assurer la comptabilité avec l’environnement Lilypad existant, et accroît ainsi les possibilités d’utilisation et le nombre d’applications envisageables. Les modules annexes peuvent, le cas échéant, avoir une fonction de connectique uniquement, c’est-à-dire permettre le raccordement des conducteurs d’un connecteur à des circuits annexes à l’aide de fils conducteurs. Toutefois, de préférence, le système comporte des modules annexes qui portent des composants permettant de réaliser au moins une fonction autre qu’un simple raccordement électrique, et les modules annexes comportent par exemple des capteurs ou circuits d’interface.

Le système peut ainsi comporter plusieurs modules annexes choisis parmi un module d’alimentation, un module à LED, un module à capteur, notamment de lumière, de température, d’humidité, à effet hall, à conductivité, à gaz, à boussole et/ou à accéléromètre, à beeper, à bouton poussoir, à écran, à clavier, à caméra, à touche sensitive, à circuit de communication sans fil, à circuit inductif, à commande de servomoteur, à commande de moteur, à convertisseur de tension, à chargeur d’accumulateur, à microphone, à connecteur USB, micro-USB, Ethernet, à lecteur de carte SD, et/ou à détecteur de mouvement.

Chaque module peut comporter une couche de liaison, notamment de résine, par laquelle le circuit imprimé de ce module est fixé sur la première partie. Le ou les connecteurs sont avantageusement reçus dans l’épaisseur de cette couche, ce qui permet de limiter l’épaisseur du module. Le ou les connecteurs sont ainsi disposés de préférence entre le circuit imprimé et la première partie du moyen de fixation.

La première partie peut présenter sur sa face opposée à la deuxième partie au moins un renfoncement pour recevoir au moins partiellement au moins un connecteur attenant. Cela permet de diminuer encore l’épaisseur.

La première partie peut comporter deux pièces assemblées entre elles, serties ou non sur le support souple, selon que l’on donne à la première partie le rôle de fixation du module sur le support souple seulement, ou celui en plus de pouvoir fixer une première portion du textile souple sur une deuxième portion du textile souple. L’une des deux pièces assemblées de cette première partie peut être pourvue d’un picot destiné à s’encliqueter dans un logement de la deuxième partie. Ces deux pièces présentent chacune de préférence un contour circulaire.

Les première et deuxième parties forment de préférence un moyen de fixation du type bouton-pression, déjà utilisé dans l’industrie textile.

Le module principal est par exemple à microcontrôleur du type Atmel AVR à architecture Harvard ou STM32 à architecture ARM, l’invention n’étant toutefois pas limité à un type de microcontrôleur particulier.

Le système peut comporter au moins un câble ou circuit imprimé souple intégré au moins partiellement au sein d’un support souple, de préférence un matériau textile. Ce câble ou circuit imprimé peut être relié à ses extrémités à un connecteur du module principal et à un connecteur d’un module annexe. Par exemple, le câble est collé à un ruban en textile, ou comporte des pistes imprimées avec une encre conductrice sur un support textile. Le câble peut encore comporter des conducteurs qui forment tout ou partie des fils du textile.

L’invention a encore pour objet un support souple, notamment textile, équipé d’un système selon l’invention, comportant le module principal et au moins le module annexe précités, fixés audit support et reliés électriquement entre eux par l’intermédiaire desdits connecteurs pour câble plat ou circuit imprimé souple.

L’invention a encore pour objet un ensemble, comportant dans un même conditionnement, les éléments d’un système selon l’invention tel que défini plus haut, dont un module principal, au moins un module annexe et au moins un câble ou circuit imprimé souple pour relier électriquement les deux modules. Ce câble peut être dissimulé par un ruban tissé ou tricoté ou tout autre article de passementerie, et/ou les conducteurs peuvent être intégrés au textile ou tricot. Un tel ensemble permet de créer un textile ayant un réseau interconnecté de modules sous forme chacun de bouton, notamment de bouton pression.

L’invention a encore pour objet un support souple, de préférence un textile, équipé d’un système selon l’invention.

L’invention a encore pour objet un ensemble d’au moins deux articles textiles équipés pour l’un d’au moins un module principal et pour l’autre d’au moins un autre module principal et/ou d’un module annexe, au moins un module de l’un des articles communiquant avec au moins un module de l’autre des articles par le biais d’au moins un câble plat ou circuit imprimé flexible multiconducteur. L’ensemble peut ainsi comporter plusieurs modules en réseau, avec par exemple un module porté par un tee-shirt ou une chemise, un autre par un foulard ou une veste. On a par exemple un module comportant une batterie dans l’une des poches.

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

la figure 1 illustre un ensemble comportant un module principal, plusieurs modules annexes et des câbles plats pour relier les modules,

la figure 2 représente en perspective éclatée différents composants du module principal,

la figure 3 représente en vue de dessus le circuit imprimé du module principal avec indication de la nature des contacts,

la figure 4 représente en perspective un module annexe,

la figure 5 est une vue du circuit imprimé du module principal du côté des connecteurs, et

la figure 6 représente en coupe longitudinale un connecteur isolément.

Description détaillée

On a illustré à la figure 1 un système 1 selon l’invention, comportant au moins un module principal 10 et une pluralité de modules annexes 20 pouvant être reliés au module principal 10 par des câbles plats 30, seul l’un des modules annexes 20 étant représenté relié au module principal 10 par un tel câble 30.

Le module principal 10, qui sert de carte mère, comporte, comme on peut le voir également sur la figure 2, un circuit imprimé 11 et une première partie 12, destinée à coopérer mécaniquement avec une deuxième partie 13 pour s’assembler dessus de façon amovible, à la façon d’un bouton-pression.

La première partie 12 comporte deux pièces 16 et 15 qui se montent à force l’une sur l’autre, de façon connue en soi pour les boutons-pression.

La pièce 16 comporte un flasque destiné à être assemblé par une face 16a au circuit imprimé 11 et portant sur l’autre face 16b une tige 17 servant à l’assemblage avec l’autre pièce 15.

Cette dernière comporte un flasque 18 pourvu d’un picot creux 19 dans lequel la tige 17 peut être insérée à force et sertie, ou encliquetée, de façon connue en soi.

La deuxième partie 13 comporte au moins une pièce 40 en forme de flasque, pourvue d’un logement central 41 dans lequel le picot 19 peut s’encliqueter lorsque les deux parties 12 et 13 sont assemblées.

Les deux pièces 16 et 15 peuvent être assemblées directement l’une sur l’autre, sans interposer entre les deux une épaisseur de textile. En variante, le bouton-pression 12, 13 est utilisé de façon à réaliser l’assemblage de deux portions du textile entre elles, en montant dans ce cas les deux pièces 16 et 15 de la première partie 12 sur une portion du textile. Dans ce cas, on perd le caractère détachable du module, mais cela peut être acceptable dans certaines applications.

La deuxième partie 13 peut comporter une seule pièce, qui est fixée sur le textile par exemple par couture, collage ou soudure, ou deux pièces assemblées l’une sur l’autre en pinçant le textile, par exemple serties l’une sur l’autre à travers le textile, ou encliquetées, de façon connue en soi.

Les deux parties 12 et 13 sont de préférence en matière plastique, mais en variante sont en métal ou d’autres matériaux.

Le circuit imprimé 11 du module principal 10 porte, sur sa face 11a en regard de la première partie 12, quatre connecteurs 50 disposés dans l’exemple illustré à angle droit les uns des autres, dont l’ouverture 55 est située sensiblement au droit de la périphérie du circuit 11.

La face 16a de la pièce 16 peut présenter, comme illustré, des renfoncements 14 au droit de chaque connecteur 50, dans lesquels les connecteurs 50 peuvent s’engager partiellement.

Le circuit 11 est assemblé à la pièce 16 par une couche de résine 52.

Les connecteurs 50 s’étendent au moins partiellement dans l’épaisseur de cette couche de résine 52. Cette dernière peut être une couche de résine époxy ou autre matériau polymérique.

Le circuit 11 porte sur sa face opposée à la première partie 12 un microcontrôleur 60, par exemple du type Atmel AVR tel que ATmega328P, ainsi que divers composants nécessaires à son fonctionnement, tels que des condensateurs, une LED, des résistances, un résonnateur, ainsi qu’un bouton poussoir 62 de RESET.

Les ports disponibles sur chacun des connecteurs 50 sont indiqués sur la figure 3.

Chaque connecteur 50 comporte des bornes GND et VCC permettant d’alimenter les autres modules et d’alimenter le module principal, l’un des modules annexes étant avantageusement un module d’alimentation comportant une pile ou batterie, de préférence du type pile bouton.

L’un des connecteurs 50 comporte les entrées analogiques A0 à A4, deux autres les entrées/sorties numériques D9 à D13 et D4 à D8, et le dernier les entrées/sorties numériques D0 à D3 et l’entrée analogique A5.

Les connecteurs 50 sont par exemple des connecteurs dits NON-ZIF pour câbles FFC/FPC (Flexible Flat Cable/Flexible Printed Circuit) de la société MOLEX INCORPORATED, qui pincent les conducteurs enfichés à l’intérieur. Un tel connecteur 50 est représenté en coupe sur la figure 6. Il comporte des contacts 57 à souder sur le circuit imprimé, et intérieurement une pince élastique 58 en fils conducteurs pour établir le contact avec l’extrémité du câble introduite à l’intérieur.

Des trous métallisés pour le soudage de connecteurs J5 et J6 sont disponibles sur le circuit 11, avec la nomenclature des ports indiqués sur la figure 3. Ces connecteurs peuvent être utilisés pour programmer le microcontrôleur, et notamment installer la séquence d’initialisation et le programme du microcontrôleur. Ici, le module principal 10 ne comporte qu’un seul microcontrôleur.

Les modules annexes 20 peuvent comporter chacun, comme illustré sur les figures 1 et 4 notamment, un circuit imprimé 70 portant un connecteur 50 pour câble plat, identique à ceux montés sur le circuit imprimé 11 du module principal 10. Ce circuit 70 est assemblé par une couche de résine 52 à une première partie 12 d’un moyen de fixation identique à celui du module principal. Le connecteur 50 s’étend dans l’épaisseur de cette couche de résine 52, comme on peut le voir sur la figure 1.

Le circuit imprimé 70 comporte des contacts 72 qui sont reliés à des conducteurs respectifs du connecteur 50 par des pistes de celui-ci.

Ces contacts 72 sont traversés par des trous 73 qui permettent par exemple de les raccorder à des fils conducteurs noués autour d’eux, et qui s’étendent dans le textile pour alimenter par exemple des modules LED ou d’autres modules de l’environnement Lilypad.

Les modules annexes 20 peuvent comporter un module d’alimentation électrique et des modules à contacts 72 tels que ceux illustrés, ainsi que d’autres modules, par exemple horloge, Bluetooth, Wifi, GSM, GPS, ou comportant des capteurs tels que des capteurs de température, humidité, luminosité, magnétique, d’accélération, de rayonnement UV, etc.

Les câbles plats 30 sont munis en extrémité de pistes de connecteurs mâles 31 destinées à contacter les conducteurs correspondants du connecteur 50.

Dans l’exemple illustré, les câbles 30 comportent des conducteurs multibrins à gaine plastique souple. Il est possible d’utiliser tout type de câble compatible avec une incorporation au sein d’un textile, et en particulier les câbles peuvent comporter des conducteurs s’étendant au sein d’une bande textile telle qu’une bande tissée ou tricotée ou tout autre article de passementerie.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit.

Par exemple, le moyen de fixation sur le textile peut être autre que du type bouton-pression, l’assemblage des première et deuxième parties s’effectuant par exemple par attraction magnétique.

Le nombre de conducteurs par connecteur 50 peut être autre que 7, et par exemple aller de 2 à 20.

La liaison entre deux connecteurs 50 de deux modules peut comporter des fils conducteurs isolés ou des pistes imprimées avec une encre conductrice.

L’article souple qui intègre les modules selon l’invention peut être tout type de vêtement ou d’accessoire, par exemple gant, chapeau, casquette, ou tout article d’ameublement ou de literie. Les conducteurs qui relient les connecteurs peuvent être intégrés à des rubans, galons, plats, ganses ou sangles, entre autres. Les conducteurs peuvent être des fils utilisés ou non lors du tissage ou tricotage, et/ou des impressions d’encre conductrice.

Claims (17)

1. Système électronique (1) à monter sur un support souple, notamment un article textile, comportant un module principal (10) à microcontrôleur (60) et au moins un module annexe (20) à relier électriquement au module principal, le module principal au moins ayant une forme de bouton, chaque module comportant :

   • un moyen de fixation amovible (12, 13) sur le support, de préférence du type bouton-pression, ce moyen de fixation comportant une première partie (12) appartenant au module et une deuxième partie (13) à fixer au support, la première partie coopérant mécaniquement avec la deuxième pour retenir le module sur le support tout en permettant leur détachement par un mouvement prédéfini, et
   • un circuit imprimé (11 ; 70) portant au moins un connecteur (50) multi-contact pour câble plat (30) ou circuit imprimé flexible multiconducteur, destiné à relier électriquement les deux modules (10, 20).
2. Système selon la revendication 1, la première partie (12) présentant sur sa face (16a) opposée à la deuxième partie (13) au moins un renfoncement (14) pour recevoir au moins partiellement au moins un connecteur (50) attenant.
3. Système selon l’une des revendications 1 et 2, le module principal (10) comportant sur une même face plusieurs connecteurs multi-contacts (50) pour câble plat ou circuit imprimé flexible, destinés à relier des modules annexes (20) correspondants.
4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque connecteur (50) comportant au moins une borne d’alimentation (VCC) et une borne de masse (GND).
5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, la plus grande dimension du module principal (10) étant inférieure ou égale à 20mm.
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, le pas desdits connecteurs (50) étant de 0,5 mm ou moins.
7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module principal (10) ayant un contour circulaire en vue de dessus.
8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, les connecteurs (50) du module principal étant orientés radialement.
9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, le nombre desdits connecteurs (50) sur le module principal (10) étant d’au moins quatre.
10. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’un des modules annexes (20) au moins comportant au moins deux contacts ajourés (72) pour fil conducteur à nouer à travers l’ouverture (73) du contact
11. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque module (10 ; 20) comportant une couche de résine (52) par laquelle un circuit électronique de ce module est fixé sur la première partie (12), le ou les connecteurs s’étendant de préférence au moins partiellement dans l’épaisseur de cette couche de résine.
12. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première partie (12) comportant deux pièces (15, 16) à assembler l’une sur l’autre, l’une d’elles étant pourvue d’une tige (17) et l’autre un picot creux (19) dans lequel la tige (17) est destinée à être fixée, notamment sertie, le picot creux étant agencé pour s’encliqueter dans un logement (41) de la deuxième partie (40).
13. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs modules annexes (20) choisis parmi un module d’alimentation, un module à LED, un module à capteur, notamment de lumière, de température, d’humidité, à effet hall, à conductivité, à gaz, à boussole et/ou à accéléromètre, à beeper, à bouton poussoir, à écran, à clavier, à caméra, à touche sensitive, à circuit de communication sans fil, à circuit inductif, à commande de servomoteur, à commande de moteur, à convertisseur de tension, à chargeur d’accumulateur, à microphone, à connecteur USB, micro-USB, Ethernet, et/ou à détecteur de mouvement.
14. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un câble ou circuit imprimé souple (30) intégré au moins partiellement au sein d’un matériau textile.
15. Support souple, notamment textile, équipé d’un système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le module principal (10) et au moins le module annexe (20) fixés audit support et reliés électriquement entre eux par l’intermédiaire desdits connecteurs (50) pour câble plat ou circuit imprimé souple.
16. Ensemble, comportant dans un même conditionnement, les éléments d’un système tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 14, dont un module principal (10), au moins un module annexe (20) et au moins un câble (30) ou circuit imprimé souple pour relier électriquement les deux modules (10, 20).
17. Ensemble d’au moins deux articles textiles équipés pour l’un d’au moins un module principal et pour l’autre d’au moins un autre module principal et/ou d’un module annexe d’un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, au moins un module de l’un des articles communiquant avec au moins un module de l’autre des articles par le biais d’au moins un câble plat ou circuit imprimé flexible multiconducteur.