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# Spécifications — Companion Cube Interactif
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> **Version :** 0.2.0
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> **Date :** 2026-02-08
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> **Statut :** Brouillon — en cours de validation
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## Sommaire
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- [Partie 1 — Spécifications Fonctionnelles](#partie-1--spécifications-fonctionnelles)
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- [Partie 2 — Spécifications Techniques (v1.0 — ESP32-S3)](#partie-2--spécifications-techniques-v10--esp32-s3)
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- [Partie 3 — Passerelle (Gateway/Dock)](#partie-3--passerelle-gatewaydock)
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- [Partie 4 — Feuille de Route](#partie-4--feuille-de-route)
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# Partie 1 — Spécifications Fonctionnelles
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## 1. Vision Produit
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Un cube interactif de ~12 cm inspiré du **Weighted Companion Cube** (Aperture Science), repositionné dans un contexte **opérationnel** (IT/DevOps, Défense, Coordination d'équipes).
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Le cube est un **terminal physique configurable** : chaque face est un bouton lumineux dont le rôle, les animations et les actions sont définis depuis le serveur **ops-devices**. Il communique localement (ESP-NOW / BLE) avec une **passerelle** (dock) qui assure la connectivité réseau (WiFi / 4G) vers le serveur MQTT.
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### Contraintes de Design
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* **Esthétique :** Coque grise mate, coins renforcés, centre de chaque face marqué d'un symbole configurable servant de bouton tactile. Le reste de la face est lumineux (LEDs RGB diffuses).
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* **Diffusion Lumineuse :** Aucun "point chaud" visible. La lumière doit être diffuse, organique, et sembler émaner de la face.
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* **Étanchéité Visuelle :** Aucun connecteur ni bouton visible de l'extérieur (charge par induction Qi, interaction par tactile et NFC).
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* **Taille :** ~12 cm d'arête.
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* **Environnement :** Bureau / QG intérieur (pas de contrainte IP spécifique pour la v1).
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## 2. Architecture Globale (2 Tiers)
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┌─────────────┐ ESP-NOW / BLE ┌──────────────────┐ WiFi / 4G ┌─────────────┐
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│ CUBE(s) │ ◄─────────────────────► │ PASSERELLE │ ◄───────────────► │ SERVEUR │
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│ ESP32-S3 │ Communication locale │ (Dock/Gateway) │ MQTT │ ops-devices │
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│ Simple │ │ ESP32-S3 + WiFi │ │ Mosquitto │
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└─────────────┘ │ Charge Qi TX │ └─────────────┘
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└──────────────────┘
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* **Cube** : Terminal autonome, pas de WiFi activé. Communication locale uniquement.
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* **Passerelle** : Dock physique qui charge le cube (Qi) et fait le pont entre la communication locale et le réseau (WiFi/4G → MQTT).
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* **Serveur** : ops-devices existant avec Mosquitto (MQTT), backend API, et interface web de configuration.
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## 3. Disposition des Faces
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| Face | Position | Rôle Matériel | Rôle Logiciel |
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|------|----------|---------------|---------------|
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| **1** | Dessus | NFC (PN532) + Tactile + LEDs | Configurable (NFC + action) |
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| **2** | Face avant | Tactile + LEDs | Configurable (action + statut) |
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| **3** | Face droite | Tactile + LEDs | Configurable (action + statut) |
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| **4** | Face arrière | Tactile + LEDs | Configurable (action + statut) |
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| **5** | Face gauche | Tactile + LEDs | Configurable (action + statut) |
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| **6** | Dessous | Récepteur Qi + LEDs (indicateur charge) | Statut batterie / charge |
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> **Les rôles logiciels des faces 1 à 5 sont entièrement configurables depuis le serveur.** L'utilisateur définit pour chaque face : l'action déclenchée, et l'animation associée à chaque état.
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## 4. Système d'Actions Configurable
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Chaque face (1-5) est un **slot d'action** configurable avec les propriétés suivantes :
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### 4.1 Définition d'une Action
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| Propriété | Description | Exemple |
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|-----------|-------------|---------|
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| `label` | Nom affiché dans l'interface | "Redémarrer Nginx" |
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| `icon` | Symbole sur la face physique (optionnel, gravé/imprimé) | 🔄 |
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| `trigger` | Type d'interaction physique | `tap`, `long_press`, `double_tap` |
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| `mqtt_topic` | Topic MQTT publié lors du déclenchement | `ops/cube/{id}/action/face2` |
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| `mqtt_payload` | Payload JSON envoyé | `{"action": "restart", "target": "nginx"}` |
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| `confirm` | Nécessite une confirmation (double tap) | `true` / `false` |
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### 4.2 États Visuels d'une Action
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Chaque action possède des **états visuels** animés sur les LEDs de la face :
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| État | Description | Animation par défaut |
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|------|-------------|---------------------|
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| `idle` | En veille, aucune activité | Pulsation lente (couleur configurable) |
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| `listening` | En écoute / surveillance active | Respiration douce (bleu) |
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| `triggered` | Action déclenchée par l'utilisateur | Flash blanc → onde de couleur |
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| `success` | Action exécutée avec succès | Vert fixe 3s → retour idle |
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| `error` | Échec de l'action | Rouge clignotant 5s → retour idle |
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| `alert` | Alerte reçue du serveur | Animation insistante (rouge pulsé) |
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| `warning` | Avertissement reçu | Orange pulsé |
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| `info` | Information reçue | Bleu flash unique |
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### 4.3 Cas d'Usage Prioritaires
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#### IT/DevOps — Monitoring & Actions Serveurs
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* Face = un service (Nginx, Postgres, API, etc.)
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* LED verte = service UP, rouge = DOWN
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* Tap = voir le statut détaillé (clignotement code)
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* Double Tap = redémarrer le service
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* Alerte push = notification serveur DOWN
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#### Défense — C2 (Command & Control)
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* Face = un canal ou une zone d'opération
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* LED = statut de la zone (vert = RAS, orange = vigilance, rouge = alerte)
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* Tap = acquitter l'alerte
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* Long Press = envoyer un signal prédéfini (point de ralliement, repli, etc.)
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* NFC = identification opérateur / changement de profil
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#### Coordination d'Équipes
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* Face = une équipe ou un membre
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* LED = disponibilité (vert = dispo, orange = occupé, rouge = indisponible)
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* Tap = envoyer un "ping" à l'équipe
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* Double Tap = demande de contact urgent
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* Long Press = déclencher un timer partagé (briefing, pause)
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## 5. Modes de Fonctionnement
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### A. Mode Veille (Idle)
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* Pulsation lente ("respiration") sur les 6 faces, couleur selon l'état de chaque action configurée.
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* **Économie :** Luminosité réduite à 10% après 5 minutes sans interaction.
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* **Deep Sleep :** Après 30 minutes sans interaction ni message MQTT, le cube entre en deep sleep. Réveil par toucher ou message ESP-NOW.
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### B. Mode Interaction Tactile
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* **Tap :** La face réagit par un flash blanc + exécute l'action `tap` configurée.
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* **Long Press (> 2s) :** Exécute l'action `long_press` configurée.
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* **Double Tap :** Exécute l'action `double_tap` configurée (avec confirmation si activée).
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### C. Mode NFC (Face du dessus uniquement)
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* **Tag d'identification :** Change le profil utilisateur du cube (jeu d'actions différent).
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* **Tag d'action :** Déclenche une action spécifique associée au tag.
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* **Smartphone :** Le cube peut envoyer une URL (NDEF) ou recevoir des données de configuration.
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* **Cube-à-Cube :** Approcher deux cubes = transfert du profil de configuration (WiFi, serveur, actions).
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### D. Mode Alerte (Push depuis le serveur)
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* Le serveur envoie un message MQTT → la passerelle le relaie au cube en ESP-NOW/BLE.
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* La face concernée passe en animation d'alerte.
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* L'utilisateur acquitte en touchant la face → le cube envoie un ACK au serveur.
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## 6. Gestion de l'Énergie et Alertes
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* **Autonomie cible :** 12-24h en usage actif (LEDs à luminosité moyenne, communication ESP-NOW active).
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* **Charge Qi (sur la passerelle) :** Quand posé sur le dock, les faces passent en orange pulsé → vert fixe à 100%.
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* **Charge USB-C :** Accessible en ouvrant une face (maintenance uniquement).
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* **Alerte Batterie Faible :** La face du dessous clignote en rouge sous 15%. Sous 5%, toutes les faces clignotent rouge.
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* **Sécurité Thermique :** Si >45°C, le cube coupe les LEDs et émet un flash rouge toutes les 10s.
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## 7. Configuration et Administration
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### Via l'interface web ops-devices
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* Associer un cube (pairing BLE via la passerelle).
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* Configurer les actions de chaque face (drag & drop).
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* Créer des profils d'actions (IT, C2, Coordination) interchangeables via NFC.
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* Voir l'état temps réel de chaque cube (batterie, température, dernière interaction).
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* Mettre à jour le firmware (OTA via la passerelle).
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### Via la passerelle
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* Appairage automatique des cubes à proximité.
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* Relais transparent MQTT ↔ ESP-NOW.
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* File d'attente des messages si le cube est en deep sleep.
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* Logs locaux des interactions.
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# Partie 2 — Spécifications Techniques (v1.0 — ESP32-S3)
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## 1. Architecture Matérielle du Cube
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* **MCU :** ESP32-S3 (WiFi désactivé pour économie d'énergie, BLE + ESP-NOW actifs).
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* **Touch :** 6 pads capacitifs natifs (pins TOUCH de l'ESP32-S3).
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* **NFC :** 1x PN532 (face du dessus) — Communication I2C.
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* **LEDs :** 6 lignes Data indépendantes (1 par face), LEDs WS2812B.
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* **Batterie :** LiPo > 2000mAh (volume disponible dans un cube de 12cm).
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* **Charge :** Qi 5V (face du dessous) + USB-C (maintenance).
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* **Jauge batterie :** CW2015 (I2C).
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* **Thermique :** NTC 10kΩ sur batterie, reliée à l'ESP32 et au TP4056.
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* **Charge controller :** TP4056 avec protection.
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## 2. Design des Faces ("Sandwich" à 2 étages)
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### Étage A : PCB "Bouchon" (Capteur)
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* **Face du dessus :** PN532 (NFC) + pad capacitif central.
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* **Faces 2-5 :** Pad capacitif central uniquement.
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* **Fixation :** Plaque contre la membrane de 1.0mm, enfiché dans l'étage B via connecteurs 2.54mm.
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### Étage B : PCB "Anneau" (LEDs & Structure)
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* **LEDs :** 12x WS2812B disposées en cercle, orientées vers l'extérieur.
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* **Connectivité :** Reçoit le PCB Bouchon (femelle 2.54) et renvoie les signaux au PCB central (JST).
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* **Flux d'air :** Large ouverture centrale (~30mm) pour la dissipation thermique.
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## 3. Gestion de l'Énergie & Thermique
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### Alimentation & Charge
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* **Batterie :** LiPo 3.7V — capacité cible 2000-3000mAh (le volume d'un cube de 12cm le permet).
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* **Charge Qi :** Récepteur Qi 5V sur la face du dessous.
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* **Charge USB-C :** Résistances 5.1kΩ, accès maintenance.
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* **Contrôleur :** TP4056 avec protection (CHRG/STDBY).
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### Monitoring (I2C & Analogique)
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* **Jauge :** CW2015 — suivi précis de la capacité via I2C.
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* **Thermique :** NTC 10kΩ sur batterie, reliée à l'ESP32-S3 (ADC) et au TP4056 (coupure auto >45°C).
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### Estimation d'Autonomie
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| Mode | Consommation estimée | Autonomie (2500mAh) |
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|------|---------------------|---------------------|
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| Deep Sleep | ~10µA | ~28 000h (3+ ans) |
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| Veille (LEDs 10%) | ~50mA | ~50h |
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| Actif (LEDs 50% + ESP-NOW) | ~150mA | ~16h |
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| Actif max (LEDs 100% + BLE) | ~250mA | ~10h |
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## 4. Mapping des Pins (ESP32-S3)
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| Fonction | Pin GPIO | Détails |
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| :--- | :--- | :--- |
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| **LEDs Face 1 (dessus)** | GPIO 1 | Data WS2812B |
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| **LEDs Face 2 (avant)** | GPIO 2 | Data WS2812B |
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| **LEDs Face 3 (droite)** | GPIO 4 | Data WS2812B |
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| **LEDs Face 4 (arrière)** | GPIO 5 | Data WS2812B |
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| **LEDs Face 5 (gauche)** | GPIO 6 | Data WS2812B |
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| **LEDs Face 6 (dessous)** | GPIO 7 | Data WS2812B (indicateur charge) |
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| **I2C SDA** | GPIO 8 | Bus commun (PN532 + CW2015) |
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| **I2C SCL** | GPIO 9 | Bus commun |
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| **Touch Face 1** | GPIO 10 | Capacitif natif ESP32-S3 |
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| **Touch Face 2** | GPIO 11 | Capacitif natif |
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| **Touch Face 3** | GPIO 12 | Capacitif natif |
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| **Touch Face 4** | GPIO 13 | Capacitif natif |
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| **Touch Face 5** | GPIO 14 | Capacitif natif |
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| **Touch Face 6** | GPIO 21 | Capacitif natif (optionnel) |
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| **TP4056 CHRG** | GPIO 15 | État de charge |
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| **TP4056 STDBY** | GPIO 16 | Charge terminée |
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| **NTC (Temp)** | GPIO 17 (ADC) | Surveillance thermique |
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| **USB D-** | GPIO 19 | Programmation & Debug natif |
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| **USB D+** | GPIO 20 | Programmation & Debug natif |
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## 5. Structure Mécanique (OpenSCAD)
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* **Dimensions :** Cube de ~12 cm d'arête.
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* **Chambre de Diffusion :** "Ring Shroud" de 6mm entre les LEDs et la paroi extérieure.
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* **Membranes Tactiles :** Épaisseur réduite à 1.0mm au centre de chaque face.
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* **Système de Clips :** Ergots type baïonnette pour verrouiller le PCB Anneau.
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* **Circulation d'air :** Effet cheminée par les centres évidés des faces.
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* **Matériau :** Impression 3D (PLA/PETG) pour la petite série (5-10 unités).
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* **Finition :** Peinture grise mate + vernis de protection.
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## 6. Stack Logicielle (PlatformIO / Arduino Framework)
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| Composant | Librairie / Technologie | Rôle |
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|-----------|------------------------|------|
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| **Animations LEDs** | FastLED | Gestion des 6 sorties WS2812B |
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| **NFC** | Adafruit PN532 | Lecture/écriture tags NFC (I2C) |
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| **Communication locale** | ESP-NOW (natif) | Liaison cube ↔ passerelle |
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| **BLE** | NimBLE-Arduino | Configuration initiale, pairing |
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| **OTA** | Via passerelle (ESP-NOW) | Mise à jour firmware sans fil |
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| **Jauge batterie** | CW2015 driver | Monitoring SOC (I2C) |
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| **Sécurité thermique** | Custom | Priorité aux alertes NTC + SOC |
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| **Persistance config** | Preferences (NVS) | Stockage local des actions/profils |
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### Structure MQTT (Topics)
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ops/cube/{cube_id}/status → Statut général (batterie, temp, uptime)
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ops/cube/{cube_id}/face/{n}/state → État visuel de la face n
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ops/cube/{cube_id}/face/{n}/action → Action déclenchée par l'utilisateur
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ops/cube/{cube_id}/config → Configuration des actions (serveur → cube)
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ops/cube/{cube_id}/config/ack → Acquittement de configuration
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ops/cube/{cube_id}/alert → Alertes push (serveur → cube)
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ops/cube/{cube_id}/alert/ack → Acquittement d'alerte
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ops/cube/{cube_id}/ota → Commande de mise à jour OTA
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ops/cube/{cube_id}/ota/status → Statut de la mise à jour
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# Partie 3 — Passerelle (Gateway/Dock)
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## 1. Rôle
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La passerelle est le pont entre les cubes (communication locale) et le serveur (réseau IP). Elle sert également de station de charge Qi.
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## 2. Matériel
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* **MCU :** ESP32-S3 (WiFi activé) ou ESP32-C6 (WiFi + Thread).
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* **Communication locale :** ESP-NOW (cube ↔ passerelle).
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* **Communication réseau :** WiFi → MQTT vers le serveur ops-devices.
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* **Charge :** Émetteur Qi 5V intégré dans le dock.
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* **Connectivité optionnelle :** Module 4G (SIM7600) pour les déploiements sans WiFi.
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* **Alimentation :** USB-C 5V (branchée en permanence).
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## 3. Fonctionnalités Logicielles
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* **Relais MQTT ↔ ESP-NOW :** Traduction transparente des messages.
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* **File d'attente :** Stockage des messages si un cube est en deep sleep, livraison au réveil.
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* **Multi-cube :** Gestion de 1 à N cubes simultanément.
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* **OTA Proxy :** Télécharge le firmware depuis le serveur, le transmet au cube en ESP-NOW.
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* **Watchdog :** Détection de perte de connexion (cube ou serveur) avec alertes.
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* **Logs :** Historique local des interactions (SPIFFS/LittleFS).
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# Partie 4 — Feuille de Route
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## v1.0 — MVP (ESP32-S3)
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* Cube fonctionnel avec 6 faces LED + tactile + 1 NFC.
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* Passerelle ESP-NOW → WiFi → MQTT.
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* Configuration des actions via l'interface web ops-devices.
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* Charge Qi + USB-C.
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* Firmware OTA via passerelle.
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* **Cible :** 5-10 unités, budget 50-100€/cube (hors passerelle).
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## v1.1 — Améliorations
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* Synthèse vocale (petit haut-parleur, annonce des actions/alertes).
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* Synchronisation multi-cubes (actions coordonnées via ESP-NOW).
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* Profils NFC (changement de jeu d'actions par tag).
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## v2.0 — Version Souveraine (STM32WB)
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* Remplacement ESP32-S3 par STM32WB (STMicroelectronics, français).
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* Communication Thread/Matter native.
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* Touch via contrôleur externe (AT42QT1070).
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* OTA via BLE (STM32 OTA DFU).
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* Certification et durcissement pour usage Défense.
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* Aucune technologie non-européenne dans la chaîne.
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## BOM Estimatif (v1.0 — par cube)
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| Composant | Référence | Qté | Prix unitaire | Total |
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|-----------|-----------|-----|---------------|-------|
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| ESP32-S3-WROOM-1 | Espressif | 1 | ~4€ | 4€ |
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| WS2812B (LEDs) | — | 72 (12/face) | ~0.05€ | 4€ |
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| PN532 (NFC) | NXP | 1 | ~3€ | 3€ |
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| TP4056 (Charge) | — | 1 | ~0.50€ | 1€ |
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| CW2015 (Jauge) | CellWise | 1 | ~1€ | 1€ |
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| NTC 10kΩ | — | 1 | ~0.10€ | 0€ |
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| Batterie LiPo 2500mAh | — | 1 | ~8€ | 8€ |
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| Récepteur Qi | — | 1 | ~3€ | 3€ |
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| PCBs (6 anneaux + 6 bouchons + central) | JLCPCB | 13 | ~1€ | 13€ |
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| Connecteurs JST + 2.54mm | — | lot | ~3€ | 3€ |
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| Boîtier impression 3D | PLA/PETG | 1 | ~5€ | 5€ |
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| USB-C + passifs | — | lot | ~2€ | 2€ |
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| **TOTAL** | | | | **~47€** |
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> Budget restant (~3-53€) disponible pour la finition, les imprévus, et l'outillage. |