P26 Réseau de capteurs de pollution : Différence entre versions

Version du 15 janvier 2018 à 15:34

Etudiante : Marianne Butaye
Encadrants : Alexandre Boé, Xavier Redon & Thomas Vantroys

Présentation générale du projet

Actuellement, seuls deux capteurs de pollution sont présents sur la métropole, un à Lille et l'autre à Fives. Une carte de pollution de la zone est générée à partir de ces deux capteurs et d'un algorithme tenant en compte les déplacements des nuages. L'objectif serait de pouvoir avoir une carte de la pollution en temps réel dont les données seraient obtenues à partir d'objets connectés. Chaque personne se déplaçant avec un de ces objets contribuerait à fournir des informations pour compléter la carte de pollution.

L'objet connecté prendrait la forme d'une carte portative, qui pourrait être attachée sur un brassard ou un vélo. La carte portative enverrait des relevés par bluetooth à un téléphone Android, qui lui-même les enverrait ensuite par la 3G à une base de données. Il sera également possible d'effectuer ces transmissions par une puce LORA, au choix de l'utilisateur.

La carte électronique sera composée au minimum d'un capteur de particules, d'un micro-contrôleur, d'une puce bluetooth et d'une puce LORA. On pourrait éventuellement rajouter d'autres capteurs comme un capteur de pression atmosphérique, un accéléromètre etc.

Cahier des charges

Tâches à réaliser

Ce projet se découpe en différentes parties :

• Mini état de l'art
• Réalisation de la carte électronique
  • Programmation
  • Réalisation du montage & tests
  • Design sur ordinateur
  • Gravure & soudage
• Application Android
• Base de données

Matériel fourni

• 1 boîte en plastique pour stocker le matériel
• 1 câble USB/mini USB
• 1 carte STM32F401RE nucleo
• 1 shield Bluetooth nucleo (BLE IDB04A1)
• 1 kit d'évaluation ST microelectronics. La carte possède une puce Bluetooth et un STM32 ainsi que des capteurs divers. Une application Android est disponible sur le site de ST microelectronics.
• 1 téléphone Android LG G4C
• 2 capteurs de particules
• 1 board pour passer du câble à des PINs
• Des convertisseurs 3.3V -> 5V
• 1 SensorTile Module (STM32 + bluetooth + capteurs + antenne)
• 1 module GPS programmable DS-GPM
• des câbles MM et FF

Planning

Avancement du projet

Semaine 1 (du 08/01/2017 au 14/01/2017)

Je commence par rencontrer mes encadrants de projet afin d'établir le contexte et les objectifs de celui-ci, de récupérer le matériel et le travail déjà commencé auparavant.

La première chose à faire est de réaliser un mini état de l'art, pour mieux s'approprier le sujet.

État de l'art

Les équipements pour mesurer la pollution étant trop chers et donc réservés aux experts, les micro-capteurs de pollution ont fait leur apparition. Ceux-ci sont plus légers, portables, peu chers, faciles à utiliser et connectés. Les capteurs de particules fonctionnent par détection optique par diode laser. On aspire d'abord l'air par un ventilateur, qui circule ensuite dans une chambre de détection. La chambre permet de séparer les particules pour ne garder que les plus fines (les plus dangereuses). Le flux d'air chargé de particules traverse ensuite le signal optique émis par une diode laser dont le faisceau est diffracté par une lentille. Un photodétecteur placé face au faisceau émis recueille les baisses de luminosité liées au passage des particules. Il compte leur nombre par plages de tailles. À partir du débit de l'air, on peut remonter à une concentration en nombre puis en masse.

On repère plusieurs types de capteurs de pollution : les stations connectées et les capteurs nomades.

Dans les stations connectées, on retrouve les produits Footbot et Koto Air. La première mesure tous les niveaux de pollution, tandis que la seconde n'en mesure pas autant mais relève aussi l'humidité, la température, la luminosité et le niveau de bruit.

Ce projet est de la catégorie des capteurs nomades. On trouve dans cette catégorie le capteur français Flow de la société PlumeLabs, l'Atmo tube, Clarity, un capteur chinois et le Tzoa. Ces capteurs relèvent la plupart différentes pollutions, telles que les particules fines, le monoxyde d'azote, le monoxyde de carbone, l'ozone et les composés organiques volatiles (provenant de la pollution intérieure : moquettes, peintures, colles, plantes etc.). Certains embarquent aussi d'autres capteurs pour par exemple mesurer la température, l'humidité etc. Ces capteurs nomades ont pour principe de relever et traiter les données par le capteur, puis ensuite de les transmettre à une application mobile. Certains ont même vocation à les transmettre à une base de données selon le principe du "crowdsourcing", où les données récoltées sont partagées entre tous les utilisateurs; c'est le cas des capteurs Flow et Clarity.

Enfin, on trouve des capteurs nomades avec une forme un peu plus originale, comme c'est le cas des pulls réalisés par Nikolas Beltel, designer du groupe Aerochromics; ces pulls changent de couleur en fonction du taux de pollution pour des pollutions telles que les particules fines, le monoxyde de carbone ou encore la radioactivité.

Connexion bluetooth entre la carte STM32 et le téléphone

J'ai ensuite abordé en premier la connexion entre la carte STM32 et le téléphone, n'ayant pas encore eu une partie du matériel (le capteur de particules entre autres).

La carte STM32 est programmable grâce à un IDE disponible sur le site de MBed. Cet IDE est disponible en deux versions : en ligne ou à télécharger. J'ai décidé d'utiliser la version en ligne, celle-ci étant facile d'accès. Il suffit de créer un programme en ligne et de le compiler. Le fichier binaire ainsi créé est ensuite automatiquement téléchargé par le navigateur, et un drag&drop sur la carte STM32 (branchée par USB à l'ordinateur) permet de la reprogrammer.

La carte nécessite l'ajout d'un shield bluetooth pour la communication. On utilise ici le modèle BLE IDB04A1, un modèle aujourd'hui obsolète, ce qui a posé quelques problèmes pour la connexion à la carte. Le site de MBed a en effet beaucoup d'exemples et librairies disponibles en ligne, mais les projets BLE_HeartRate_IDB0XA1 et BLE_HeartRate_IDB04A1 ne fonctionnent pas avec ce modèle. Cette version-ci par contre fonctionne en partie. J'ai ainsi pu établir une connexion partielle, en suivant ces instructions puis celles-ci pour la partie Android.

Il s'est avéré que même l'exemple fonctionnant partiellement posait problème lors de l'initialisation du module Bluetooth. Un déboggage manuel a permis de déterminer exactement d'où venait l'erreur : le problème se produit lors de l'initialisation de la communication SPI entre les deux objets. Le problème vient en fait de l'utilisation de la LED : il n'est pas possible de l'utiliser en même temps que le shield Bluetooth. Il faut, pour résoudre ce problème, connecter deux PINs ensemble (le 11 et le 31 du côté CN10 de la carte) par un jumper.

STM32 et shield bluetooth après connexion des PINS 11 et 31

Une fois le problème résolu, on peut voir s'afficher la configuration du module au démarrage de celui-ci sur un terminal connecté en série à la carte.

Une application Android est disponible pour tester les exemples. J'ai ainsi téléchargé l'application STM BLE Profiles sur le Play store. Le dispositif est reconnu et je peux accéder aux informations programmées dans la carte et transmises par Bluetooth.

Un service de l'application Android STM BLE Profiles transmis par la carte

Bibliographie

• État de l'art :
  • Le capteur Flow
  • Fonctionnement des capteurs de pollution
  • Liste des capteurs de pollution existant
• Programmation de la carte :
  • Datasheet

Annexes