Consommation maison
Sommaire
Étape 1 :Cahier des charges
Voici un récapitulatif de ce qui est attendu du projet.
Objectifs principaux
- Les températures et pression devront être récupérées dans plusieurs pièces. Ces mesures devront être classées et organisées dans une base de donnée ou structure.
- On compte principalement réduire la consommation due au chauffage dans une habitation ou infrastructure ;
- La consigne sera fournie aux chauffages par un calculateur central (différents types de chauffage : Eau ou radiateur électrique) ;
- Il existera différents modules :
- capteurs seuls ;
- capteurs + contrôleur d'électrovanne (chauffage à eau) -> la partie commande sera liée au projet 43 ;
- capteurs + contrôleur pour un radiateur électrique à fil pilote ;
- Ajouter un système d’arrêt d'urgence du chauffage (exemple : à l'ouverture d'une fenêtre) ;
A concevoir
- Réseau de capteurs (sans fil) (technologie à déterminer) ;
- La base de données où seront enregistrés les différentes mesures et consignes à envoyer aux modules ;
- Supervision complète sur serveur Apache (HTML, PHP) ;
- Supervision minimale : applications mobile Androïd ;
- Programmeur de mise en veille afin d'économiser la pile ou batterie qui alimentera le capteur ;
- un protocole de communication entre les capteurs et un "appareil central" (de type Raspberry Pi, Fox Board...) ;
- Création du capteur qui comprendra :
- La récupération de la température ;
- Récupération de la pression (pour détecter les chutes suite à l'ouverture d'une fenêtre) ;
- Possibilité d'ajout de "modules", qui se pluggeront sur les capteurs, correspondant au chauffage commandé par fil pilote, au chauffage commandé par électrovanne (pour les dispositifs utilisant une chaudière) ;
- Établir un système permettant la consommation réduite des capteurs (pour l'alimentation : pile, secteurs, pourquoi pas un système de récupération de l'énergie thermique), problématique de la fréquence de rechargement du dispositif d'alimentation des capteurs ;
- Mise en veille des capteurs / fréquence de consultation des données. Une mesure toutes les heures ou toutes les demi-heures ne seraient-elles pas suffisantes ?
- Une récupération sur un serveur NTP (Network Time Protocol), de l'heure pour gérer les mises en veille et les heures creuses / heures pleines ;
La problématique d'adaptabilité du dispositif de chauffage commandé doit être prise en compte : changement de milieu (maison ou bâtiment d'entreprise, le type de chauffage (eau ou électrique), la disponibilité de prises secteurs ou pas.
N.B
Ceci est une conclusion de la première réunion avec A. Boé et B. Bouhamama. Il y a de fortes probabilités pour que ce cahier des charges soit complété.
Début du projet
La prochaine étape consiste à trouver une architecture optimale du capteur et définir la structure de données. On peut alors commencer par diviser le travail, un s'occupera de la mise en place d'un réseau de capteurs et modules, le second de la base de donnée et les outils de supervisions les plus adéquates au système.
Architecture Optimale du capteur / Mise en réseau
Introduction : cahier des charges spécifiques
L'objectif final est de réaliser un réseau de capteurs/actionneurs que nous appellerons ici Modules. Ces modules devront permettre de mesurer une température, capter des chutes de pressions et actionner le radiateur. De plus, dans un soucis d'économie d'énergie, les modules devront consommer que très peu d'énergie. Enfin, les modules s'installeront dans une maison ou une infrastructure, impossible de prévoir un câblage entre les modules, il faut donc opter pour une architecture réseau Sans-fil.
Norme Wireless
Il existe principalement 2 catégories de réseaux :
- Les réseaux de type "star" (ou "en étoile"), utilisent une machine centrale sur laquelle se connectent les périphériques du réseau.
- Alors que les réseaux de type "mesh" (ou "maillés"), transmettent par le biais d'un coordinateur les données aux différents périphériques connectés. Si le 1er périphérique "comprend" que les données lui sont destinées, il les enregistre, sinon il agit comme un répéteur et transmet au 2ème périphérique et ainsi de suite jusqu'à ce que le nombre maximal de répéteurs parcourus soit atteint ou bien que les données aient trouvées leur destinataire.
Comme on souhaite économiser un maximum d'énergie, il convient d'utilisé un réseau maillé, on se sert de chaque module comme un bridge pour envoyer les données, ce qui fait économiser l'amplitude du signal (en utilisant un réseau en étoile, il faudrait un signal très amplifié pour parcourir la distance que peut parcourir un réseau maillé).
Il existe différentes normes Wireless. On retient ici le Wi-Fi classique 802.11 qui peut être utilisé en étoile (classique) ou en ad-hoc (mesh, un peu compliqué à mettre en place), et la norme Zigbee 802.15 qui ne peut être utilisé qu'en réseau maillé. Avantages et inconvénients de chacun :
| Norme | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Wi-Fi 802.11 |
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| Zigbee 802.15 |
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Conclusion : Nous utiliserons la norme Zigbee et un réseau maillé pour construire le réseau de capteurs. A noter que l'inconvénient majeur est la portée (environ 30 m).
Développement de la structure de données
Pour enregistrer les informations récupérées au niveau des modules, nous aurons besoin d'une structure de données ou BdD.
Matériel nécessaire (pour le prototypage)
- Une Fox board avec module série
- Une carte microSD
- 2 Adaptateurs USB pour Zigbee
- 2 Breadboards
- 2 Adaptateurs Bread Board pour Zigbee
- 2 Arduino Uno avec cable série.
- Quelques fils, LED, résistances.
