Option transversale Internet des objets

Présentation

L'Internet des objets (ou IoT pour Internet of Things) est un domaine transversal à de nombreux métiers. Les objets connectés peuvent effectuer des mesures, nécessaires par exemple dans une réaction chimique, donc intéresser les élèves-ingénieurs GB-IAAL ou IC2M. Ces objets peuvent être des capteurs enfouis dans les matériaux ou les structures pour suivre leur évolution au cours du temps et donc concernent les métiers des spécialités CM, GTGC et SM. Le comportement des objets connectés repose sur l'informatique, à ce titre, un module sur l'Internet des objets est légitime pour les élèves des spécialités IMA et GIS. Ces objets communiquent via des protocoles réseau informatiques ou industriels, le module est donc une spécialisation pour les élèves-ingénieurs IMA ou IESP.

Le module se veut une approche par la pratique consistant en la conception et la fabrication d'un objet de type sonde ou capteur (température, humidité, pH, pression, etc), d'un système embarqué de sauvegarde des valeurs mesurées et d'une application de contrôle et visualisation sur téléphone intelligent. La caractéristique principale de ce module est de faire réaliser le systéme complet par des élèves de niveaux très hétérogènes dans les domaines abordés (programmation, électronique, réseau, web). Par exemple le capteur peut être à base d'Arduino mini avec programmation via son célèbre environnement de développement pour débutant (GB-IAAL, CM, GTGC, SM) ou avec programmation en langage C pur (IESP, GIS, IC2M). Pour les élèves les plus pointus (IMA), le capteur peut être à base de plateforme plus exotique (e.g. un module WiFi ESP8266) nécessitant l'utilisation d'une chaîne de développement plus technique. La même approche est possible pour le système embarqué de collecte des valeurs. Un système embarqué de type pcDuino permet d'utiliser des bases de données et des outils de haut niveau vu dans tous les départements. Pour les élèves avec une expertise dans les systèmes embarqués, un système moins gourmand en ressources peut être proposé comme un Arduino Uno avec un module supplémentaire pour carte SD. Enfin pour le logiciel sur téléphone portable, les élèves des départements à faible teneur en informatique découvriront le système de développement rapide "inventor apps" du MIT tandis que les autres élèves pourront utiliser leurs compétences Java ou C.

L'aspect réalisation pratique peut être renforcé par la conception d'un circuit imprimé minimal pour solidariser les composants du capteur. Un atelier de soudage des composants peut être organisé en utilisant les compétences de la plate-forme électronique de l'école. De même une utilisation du fabricarium sera un plus pour obtenir un boitier adapté à l'objet.

Ressources pédagogiques

Transparents utilisés provenant de l'université de Dresden

Ressources matérielles

• Réseau de capteurs OpenMote [1]
• Différents types de micro-contrôleur
  • ESP8266
  • STM32F4, STM32F7
  • Arduino
  • RFduino [2]
  • Intel Edison
  • Raspberry Pi
• Téléphones Android
• Tablets Android
• Différents types de capteurs et d'actionneurs
  • Accéléromètre
  • Température, humidité
  • ...

Modalités d'évaluation

Le travail demandé pour ce module transversal se décompose selon trois axes :

• Réalisation d'un objet connecté de A à Z ;
  • Détermination des fonctionnalités
  • Choix judicieux des composants (processeur, capteurs, moyens de communication, ...)
  • Conception et développement matériel et logiciel (réalisation des PCB, du packaging, ...)
• Tenue d'une page sur le wiki (au fil de l'eau) pour permettre le suivi de projet et faire une vitrine vers l'extérieur ;
• Soutenance et démonstration de l'objet connecté. La soutenance a lieu sous la forme d'une présentation (1 planche A3), d'une démonstration de 5m et d'une discussion de 10m.
  • soutenance 2015/2016 le 21/01/2016 de 10h à 12h ;
  • soutenance 2016/2017 le 20/01/2017 de 10h à 12h.

L'évaluation du module transversal se fera de la façon suivante :

• Travail : 50 % de la note finale,
• Tenue du wiki : 20 % de la note finale,
• Présentation : 20 % de la note finale,
• Evaluation par les pairs : 10 % de la note finale

Projets

Les différents projets proposés ont pour but de réaliser un objet connecté de A à Z. Les objets seront dans la mesure du possible inter-opérables, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un "point d'accès". Différentes problématiques relatives à l'Internet des Objets sont listées ci-dessous. Chaque projet devra intégrer une réflexion sur - au minimum - deux points de cette liste ; tous les points devront être abordés au travers de l'ensemble des projets.

Problématiques (techniques) principales rencontrées dans l'Internet des Objets et les réseaux de capteurs :

• Gestion d'énergie (mode veille et réveil des objets),
• Routage orienté économie d'énergie,
• Lien entre les objets connectés et l'Internet,
• Apport de la localisation,
• Stockage des données et leur représentation,
• Sécurité,
• Mise à jour du code embarqué,
• Distribution du traitement de l'information (object, fog, cloud).

Quelques idées d'objets connectés pouvant être réalisés ; d'autres projets peuvent être proposés (cf. liste matériel disponible) :

• Timer Connecté pour gérer les temps de paroles lors des soutenances (projets, stage, ...)
• Compteur de tour de piste. Lors d'un entrainement sur une piste d'athlétisme il est parfois difficile de compter le nombre de tour de piste effectué tout en réalisant les entraînements. L'idée est donc d'avoir un artefact attaché à la main, muni de boutons poussoir et d'un afficheur. A chaque bouton poussoir est attaché une fonction logiciel (ajouter un tour, remettre à zero, ...)
• Lampe de chevet connectée
• Visualisation de la qualité de l'air avec des artefacts interactifs
• Lampes connectées permettant de réfleter l'état du public dans un amphi lors d'un cours ou d'une soutenance
• Tee shirt augmenté
• "Caillou" connecté
• Boules décoratives connectées : en fonction de la distance entre les différentes boules, leur couleur change
• Sac à dos pour cycliste avec indicateurs de direction
• Réseau de capteurs pour suivi de l'environnement des salles de projets
• Sous-bock connecté
• ...

Projets 2015-2016

Projets 2016-2017