IMA5 2020/2021 P1

Présentation générale

Description

Dans le cadre des projets de fin d'étude, j'ai choisi le projet "Réseau de capteurs autonomes pour mesures aquatiques". Ce dernier à pour but de mesurer le niveau d'eau dans une zone, de mettre en forme l'information et de l'envoyer sur un serveur réseau via la technologie LoRa. A l'aide d'un serveur applicatif et d'une application, l'information sera disponible à l'utilisateur sous diverses forme (information diverses sur la balise, affichage sur une carte...).

Objectifs

Le projet va se découper en quatre partie. Premièrement il va falloir concevoir un capteur permettant de mesurer le niveau de l'eau et aussi le système permettant d'envoyer l'information via un réseau LoRaWAN. Dans un second temps, une machine virtuelle est mis à ma disposition afin de deployer le serveur réseau, il est donc nécessaire de configurer ce dernier. Dans un troisième temps sur le même principe que le serveur reseau, une machine virtuelle est mise à ma disposition afin de deployer le serveur applicatif. Enfin pour la quatrième partie, une application web devra être mise au point afin de données l'accés aux informations à l'utilisateur.

Réalisation du Projet

Projet de fin d'étude

Début projet

Les semaines 1 et 2 ont été très limité en terme de travail à cause du Covid, cependant lors de la première semaine et apres rendez vous avec Mr Boé, j'ai pu dresser le cahier des charges et concernant la seconde semaine après un second rendez vous j'ai pas récuperer le matériel LoRaWAN et des microcontroleurs Mbed pour m'aider dans la première partie du projet mais aussi rédiger le cahier des spécifications.

Mise en place du réseau

f4 11 0e 99 cc bb 9d 76 f1 8b a1 49 ff d1 ba f4

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Grâce à l'aide du binôme Loic Ringot et Théo Evrard, le serveur réseau à été configuré sur la machine virtuelle. Pour se faire dans un premier temps nous avons installé un serveur DHCP sur la machine virtuelle afin de pouvoir s'adresser aux différents équipements du réseau. Le serveur DHCP a été configuré de tel manière à attribuer des adresses allant de 192.168.42.1 à 192.168.42.9. Pour se faire, il a fallu dans un premier se connecter au serveur réseau en ssh puis de modifier configurer le serveur DHCP (/etc/dhcp/dhcpd.conf) et d'ajouter les lignes suivantes :

subnet 192.168.42.0 netmask 255.255.255.0{
range 192.168.42.1 192.168.42.9
}

La configuration du serveur réseau s'effectue en se connectant à ce dernier en ssh:

root@192.168.42.10

Il faut installer le "gateway bridge", le "network server" ainsi que "l'application server" disponible sur ChirpStack. Pour se faire nous avons suivi un tutoriel à l'adresse suivante:

https://www.youtube.com/watch?v=FnTP7t47DlI

ainsi que la documentation fournie par ChirpStack

Pour accéder au serveur réseau, nous passons par l'interface web en se connectant à l'adresse suivante (en passant par une zabeth):

172.26.189.22:8080 id: admin mdp: admin

A partir de l'interface web, nous pouvons configurer de nombreux éléments:

-Création d'un nouveau projet

-Ajouter des équipements aux réseau à l'aide des clefs

-Surveiller les informations qui circulent sur notre réseau

-...

Enfin, en nous connectant en ssh sur les deux gateways:

antenne: 192.168.42.1 mdp:pdmk-062E7A
passerelle intérieur: 192.168.42.2 mdp:pdmk-030970

Nous avons pu mettre à jour ces dernieres en suivant le wiki Kerlink La connexion au wiki Kerlink s'effectue avec:

Login : univlille
Mot de passe : IYBlN7QF06

Test du réseau

Pour tester le fonctionnement de notre Network Server nous avons utilisé un module GPS LoRa du commerce. En se connectant a notre Network Server (172.26.189.22:8000) nous avons pu créer une nouvelle application et ajouté un nouvel équipement. Se faisant notre Network Server génère deux clefs, une "application key" et une "Network Key". Ces deux clefs doivent être renseigné manuellement dans notre équipement. Pour se faire on peut le connecter à un ordinateur et y ajouter les clefs via son logiciel dédié. L'équipement possédant déjà un EUI permettant de reconnaître l'équipement, nous avons du renseigner ce dernier dans l'ajout de l'équipement sur le Network Server. Suite à ce test nous avons bien pu observer la circulation de nos trames et le bon fonctionnement de notre Network Server.

Fabrication du End-device

Pour le end-device je dispose d'une carte STM32F411RE, d'un shield SX1276MB1MAS et d'un capteur ultrason HC-SR04. Le développement du programme se fait sur STM32Cube. Un premier programme à été mis en place sans difficultés pour récupérer les valeurs du HC-SR04 en s'appuyant sur l'exemple proposé par Arduino. En revanche les problèmes sont arrivés lors du développement concernant la partie LoRaWAN. En effet STM32 propose un package LoRaWAN pour faciliter le développement d'application, le problème étant que ce package concerne seulement les cartes STM32LXXX. J'ai essayé longuement d'adapter ce package pour ma carte STM32F411RE en modifiant notamment le Makefile, les .flash mais aussi les fichiers d'inclusion sans succès malheureusement. La solution envisagée est donc un changement de carte au profit d'une STM32LXXX.

Après changé notre carte pour une STM32L152RE, nous avons repris le package proposé par STM32 et dans le fichier Commissioning.h nous avons modifié

Partie application WEB

La principale difficulté de cette partie et l'absence totale de connaissances dans le développement d'application WEB. J'ai donc dû apprendre les langage HTML / CSS / PHP (quelques notions en JS) pour réaliser cette partie. Je disposais de quelques notions en base de données et SQL suit à mon année d'IMA3.

Le but de l'application WEB est de permettre de rendre exploitable pour l'utilisateurs les informations renvoyés par les balises. Pour se faire l'application doit contenir une page de monitoring permettant de surveiller l'état de toutes les balises. De plus elle doit contenir une partie historique permettant d'accéder à l'historique d'une balise en particulier (en effectuant une recherche par id/localisation/date). Enfin elle doit aussi proposer une partie permettant d'afficher une carte avec dessus les balises et leur état.

A l'aide de Bootstrap j'ai mis en place une application WEB avec ces trois partie. Le serveur applicatif n'étant pas au point, j'ai du manuellement remplir la base de donnée pour mettre en place l'application WEB. La base contient deux tables, une première ayant pour clef primaire l'id de la balise et contenant des informations diverses sur cette dernière telles que le pays, la ville, la localisation, les coordonnée, le niveau d'eau mais surtout si cette dernière est sous l'eau ou non. La seconde table concerne l'historique des balises, elle a pour clef primaire l'indice du relevé et contient des informations comme le numéro de balise, la date du relevé etc, l'état de la balise etc..