Version du 23 novembre 2016 à 18:40

Tuteurs : Thomas Vantroys et Alexandre Boé
Projet de fin d'étude réalisé par Alexandre Cuadros et Valentin Taffin

Objectif du projet

Lors des marathons ou des courses natures (trails), les supporters aimeraient connaître la position de leur coureur favori. Pour cela, deux solutions existent : l'utilisation de programmes directement sur téléphone ou l'utilisation de matériel spécifique. Le projet consiste à concevoir deux trackers, un pour téléphone et un autonome.

Concernant le tracker du téléphone, nous pouvons utiliser le capteur GPS interne de l'appareil en ajoutant une carte d'extension afin d'y ajouter les capteurs souhaités :

• Bouton poussoir
• Accéléromètre

Pour la version autonome, il faudra envisager les deux solutions que sont un module 2G et un module LORA tout en portant une attention toute particulière sur la consommation énergétique et sur les poids des dispositifs.

Présentation des technologies utilisées pour le projet

le module LORA :

L'Alliance LoRa est un réseau étendu de faible puissance (LPWAN) exploitable avec une batterie sans fil adapté pour le réseau régional, national mais aussi mondial.

Le Réseau LoRa se base sur le protocole LoRaWAN (Long Range Wide-area ou réseau étendu de longue portée) qui est peu énergivore.

LoRaWan vise les exigences clés de l'internet des objets(IOT) tels que les services de communication bi-directionnelle, la mobilité et de localisation sécurisée.

L'architecture du réseau LoRaWan est utilisée sous forme de réseau hiérarchique où chaque passerelle peut transmettre les messages entre les appareils terminaux et un serveur de réseau central en arrière-plan.

Les passerelles sont connectées au serveur de réseau via une IP standard tandis que les appareils terminaux utilisent la communication sans fil à une ou plusieurs passerelles.

La communication entre les appareils terminaux et les passerelles est répartie sur les différents canaux de fréquence et des débits de données (en France 863 à 870MHz MHz, au US 902 à 928 MHz et Chine 779 à 787 MHz ).

Grâce à la technologie à étalement de spectre, les communications avec les différents débits de données ne se gênent pas et créent un ensemble de canaux «virtuels» de plus en plus performant.

Le réseau LoRa a un débit compris entre 0,3 à 50 kbps. Le débit (et la puissance d’émission) s’adapte automatiquement selon les besoins des objets, afin de limiter la bande passante et donc la consommation d’énergie. La portée du réseau est satisfaisant puisqu'elle est d’environ 20km en zone rurale et à 2km en zone urbaine.

Pour maximiser la durée de vie de la batterie des appareils terminaux et de la capacité globale du réseau, le serveur de réseau lorawan gère le débit de données et de sortie RF pour chaque dispositif individuellement au moyen d'un système de débit de données adaptatif (ADR).

le module 2G :

Le module 2G ou GSM (Global System for Mobile Communications) est une norme numérique de seconde génération pour la téléphonie mobile s'appuyant sur les transmissions numériques permettant une sécurisation des données. Le module 2g est un réseau longue portée (de quelques kilomètres en ville à 30 km en zone rurale) et consommateurs d’énergie. Cette technologie était principalement utilisé pour passer des appels téléphoniques. Néanmoins, L'utilisation de ce module est intéressant puisqu'elle apporte une meilleure qualité ainsi qu’une plus grande capacité à moindre coût pour l’utilisateur.

liens :

adafruit

gps https://www.adafruit.com/products/1059

lora:

https://www.adafruit.com/products/3179

https://www.adafruit.com/product/3178

Présentation du "Tracker du téléphone"

L'Arduino et l'Android sont deux technologies très puissantes et ouvertes. Il peut être très intéressant de les connecter afin de concevoir le tracker du téléphone. Pour cela, nous pouvons concevoir le montage des capteurs sur la carte électronique. Ensuite, nous pouvons programmer le microcontrôleur pour que les capteurs puissent envoyer un signal au téléphone. Le résultat pourra être récupérer à distance à l'aide un site web en utilisant le GPS interne du téléphone.

Présentation du "Tracker autonome"

La partie tracker autonome consiste à réaliser un tracker gps de type "www.capturs.com" et d'une application web (voir mobile) afin de visualiser en direct le suivie d'un coureur ou tout simplement accéder à l'historique de la course (temps, altitude ...). Dans un premier temps il nous faut concevoir et commander la liste du matériel dont nous avons besoin :

• batterie
• module radio LoRa
• module GPS
• microcontrôleur

De plus le coureur a la possibilité d'envoyer des messages "pré-enregistrer" pendant sa course avec comme pour la partie précédente un bouton poussoir ( ou interface graphique ). Il nous faut :

• un moyen d'envoyer l'information que le coureur a appuyé sur le bouton poussoir au microcontroleur (au moyen d'un fil ou d'un module Wifi/Bluetooth)
• bouton poussoir ou autre...

La course est un sport extérieur ce qui signifie que nous devons étudier et vérifier que le matériel utilisé est capable de résister à la température (>-0°), humidité et choc.

La solution présenté au dessus marche mais ne correspond pas à nos attente, du fait est que le module arduino mega + lora prend trop de place sur le coureur et consomme beaucoup trop. Donc, Afin d'économiser de la place il nous faut créer un dispositif petit et portable. Pour cela nous allons concevoir notre propre carte PCB qui sera composé de notre module LoRa, GPS et d'un microcontrôleur Atmega328.

calcul de la durée de vie de la batterie : http://gadgetmakersblog.com/power-consumption-arduinos-atmega328-microcontroller/
Build on AVRGCC : https://www.avrprogrammers.com/howto/atmega328-power

Partie Application

L'application se décompose en plusieurs parties :

• Le côté hardware : notre smartphone ou notre carte arduino LoRa, ils transmettrons leurs positions à intervalle régulier.
• Le côté serveur : reçoit, traite et stock les paquets envoyés par la partie hardware, puis les stocks à l'intérieur de notre base de donnée.
• Le site web : permet d'accéder aux différents profils des utilisateurs ,afin qu'ils puissent visualiser leur parcours, connaître leurs temps...

Voici un schéma pour résumé notre architecture :

Liste du matériel

Partie AUTONOME :

Partie MOBILE :

Suivi de l'avancement