IV.2.3. Zigbee
C'est un ensemble des protocoles à haut niveau de
communication utilisant des transmissions radio à faible consommation,
pour une transmission de données à faible débit (250
kbit/s) sur une faible étendue.
La technologie ZigBee (aussi connue sous le nom IEEE 802.15.4)
permet d'obtenir des liaisons sans fil à très bas prix et avec
une très faible consommation d'énergie, ce qui la rend
particulièrement adaptée pour être directement
intégrée dans de petits appareils électroniques (appareils
électroménagers, hifi, jouets, ...). La technologie ZigBee,
opérant sur la bande de fréquences des 2,4 GHz et sur 16 canaux,
permet d'obtenir des débits pouvant atteindre 250 Kb/s avec une
portée maximale de 100 mètres environ. (HUBSCHER, 2017)
Figure 23. Interface Zigbee
IV.2.4. Compteur Intelligent
Un compteur intelligent est un système de comptage
électronique capable non seulement de mesurer l'énergie
électrique consommée, mais également de communiquer cette
consommation ainsi que d'autres informations à votre gestionnaires de
réseau de distribution. (RESA, 2019)
Grâce à cette nouvelle fonctionnalité, de
nombreuses opérations pourront être réalisées
à distance, comme le relevé d'index, mais également le
relevé de la tension, la modification de la puissance de raccordement,
l'activation d'une fonction « prépaiement ».
En plus de mesurer l'énergie consommée, le
compteur intelligent est effectivement capable de mesurer d'autres grandeurs,
comme la tension par exemple. Cette information, de donnée capitale pour
le gestionnaire de réseau, offre une meilleure vision de l'état
du réseau et permettra donc de diminuer la fréquence des pannes,
minimiser leur ampleur et augmenter la qualité de fourniture. (RESA,
2019)
Figure 24. Compteur Intelligent
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IV.2.5. Interface Wifi
Le Wi-Fi est un ensemble de fréquences radio qui
élimine les câbles, partage une connexion Internet et permet
l'échange de données entre plusieurs postes. Il offre des
débits allant jusqu'à 54Mbps sur une distance de plusieurs
centaines de mètres. (DIOU, 2018)
Figure 25. Routeur WIFI
La norme 802.11 s'attache à définir les couches
basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes
électromagnétiques, c'est-à-dire :
? La couche physique (notée parfois
couche PHY), proposant trois types de codage de l'information.
? La couche liaison de données,
constitué de deux sous-couches : le contrôle de la liaison logique
(Logical Link Control, ou LLC) et le contrôle d'accès au
support (Media Access Control, ou MAC).
La couche physique définit la modulation des ondes
radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour
la transmission de données, tandis que la couche liaison de
données définit l'interface entre le bus de la machine et la
couche physique, notamment une méthode d'accès proche de celle
utilisée dans le standard Ethernet et les règles de communication
entre les différentes stations. Il permet d'obtenir un haut débit
(54 Mbps théoriques, 30 Mbps réels). (DIOU, 2018).
IV.2.6. Interface Bluetooth
Le Bluetooth est une technologie de réseau personnel
sans fil (noté WPAN pour Wireless Personnel Area Network),
c'est-à-dire une technologie de réseaux sans fil à faible
portée (quelques dizaines de mètres). Elle permet de relier
plusieurs appareils entre eux sans liaison filaire, en utilisant les ondes
radio comme support de transmission. La liaison radio fonctionne dans une bande
de fréquence située autour de 2,45 GHz. Cette bande de
fréquence étant libre dans la plupart des pays, ce qui permet
d'utiliser les équipements Bluetooth partout dans le monde. (STI2D,
2020)
La portée d'une liaison RF à 2,45 GHz
dépend de : la puissance d'émission ; la qualité de
l'antenne (forcément limitée par les dimensions des
systèmes hôtes) et l'environnement (obstacles,
interférences...).
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Figure 26. Interface Bluetooth
Bluetooth a pour objectif principal de remplacer les
câbles. Il est caractérisé principalement
par :
- faible coût ;
- faible puissance d'émission,
d'où une courte distance d'émission (quelques dizaines de
mètres) et une faible consommation d'énergie (donc
adapté aux produits portables);
- débits modestes (1Mbps) ;
- topologie de réseau;
- configurable dynamiquement ;
- support des transferts voix et données
;
- destiné à un usage personnel
(PAN : Personal Area Network) ;
- certification Bluetooth pour assurer la
compatibilité des produits entre eux.
IV.3. Présentation du système dans le
bâtiment
Pour notre système de gestion, dans chaque entité
du bâtiment nous aurons besoin de :
? Le PC ou le téléphone portable (Androide ou
IOS) qui servira d'interface de commande
pour visualiser le logiciel que nous allons concevoir et ainsi
commander notre système. ? Les modules Wifi et Bluetooth pour la
communication sans fils entre différents appareils ? Compteur
Intelligent enfin de mesurer l'énergie électrique
consommée et de
communiquer cette consommation ainsi que d'autres informations
au gestionnaire du
bâtiment.
? Relais, jouant presque le même rôle que
l'interrupteur mais le relais nous offre la possibilité
d'exécuter une commande à distance.
? Les charge électrique, connectées au relais,
ces sont les équipements que l'on veut qu'on gérer à
distance.
La figure 35 nous donne le schéma de la
présentation de notre système de gestion d'énergie dans le
bâtiment.
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Legende
******** : Connexion sans fil
: Connexion avec de fils électrique
Figure 27. Schéma simplifié du système
de gestion d'énergie dans le bâtiment
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IV.4. Construction du Prototype
Pour la construction du prototype, nous avons utilisé
un module Bluetooth HC-05, deux relais, un interrupteur à ampoule et un
Arduino mega2560 pour créer un interrupteur sans fil. L'objectif
était d'établir un protocole sans fil pour allumer et
éteindre les ampoules à l'aide d'une simple application sur un
smartphone. Le relais contrôle l'alimentation des ampoules, le Bluetooth
HC-05 gère la communication, et le Mega2560 lit le module Bluetooth pour
contrôler le relais. Les outils mis en oeuvre peuvent être
extrapolés à d'autres projets tels que des stores
automatisés, des ventilateurs à température
contrôlée, des capteurs de mouvement, des caméras de
sécurité, des détecteurs de fumée, etc.
Figure 28. Composants utilisés pour le
prototype
IV.4.1. Description - Relais
L'Arduino ne peut pas commander du 220volt directement, il
faut pour cela passé par un relais. Alors, le relais
est une sorte d'interrupteur télécommandé qu'on pourra
donc piloter avec l'arduino. C'est-à-dire que le relais reçoit le
signal numérique venant d'arduino pour commander son contact grâce
à la sortie numérique d'arduino ou bien du système. (Jah,
2019)
D'où, le relais qui est piloté
par 5 volts (venant d'arduino), et qui, en contact, a une puissance de 2.2KW
donc il supporte 10 Ampère et 220volt AC (courant alternatif).
Figure 29. Relais Arduino
- Communication Bluetooth
Bluetooth à haut porté établi la
communication à très faible puissance électrique entre
deux appareils.
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- Arduino
Arduino est une plate-forme de prototypage d'objets
interactifs à usage créatif constituée d'une carte
électronique et d'un environnement de programmation. En d'autres termes,
c'est une plateforme de développement électronique et
informatique embarqué.
Il est une carte basée sur un microcontrôleur.
Elle dispose dans sa version de base de 1 Ko de mémoire vive, et 8 Ko de
mémoire flash pour stocker ses programmes. Elle peut être
connectée à 13 entrées ou sorties numériques, dont
3 PWM pouvant donner 3 sorties analogiques et 6 entrées analogiques
convertissant en 10 bit. (Jah, 2019)
C'est dans ce cas que nous nous sommes
intéressés de réaliser un système d'économie
d'énergie grâce à l'arduino mega2560 qui fonctionne comme
le coeur du programme principale car il peut contrôler des
différents modules.
Figure 30. Carte Arduno connecté au module Bluetooth
et au relais Notre prototype se présente de la manière
suivante :
Figure 31. Schéma simplifié du
prototype
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IV.4.2. Conception du logiciel de gestion
d'énergie
Pour développer l'application de gestion
énergétique de nos bâtiments, nous avons utilisé la
plateforme MIT App Inventor.
MIT App Inventor est un environnement de programmation visuel
qui permet de créer des applications entièrement fonctionnelles
pour les smartphones et tablettes Android et iOS. Qui plus est, l'outil
basé sur la programmation en blocs et c'est ce qui facilite la
création des applications complexes à fort impact en moins de
temps que dans les environnements de programmation traditionnels. Le projet App
Inventor du MIT vise à démocratiser le développement de
logiciels en donnant à tous, et en particulier aux jeunes, les moyens de
passer de la consommation de technologies à la création de
technologies.
Marche à suivre
Pour commencer à réaliser l'application, cliquez
sur le menu Projets au coin supérieur gauche de l'écran et
sélectionnez l'option "Démarrer un nouveau projet", puis donnez
le nom de votre projet.
Sélectionnez le composant ListPicker dans l'interface
utilisateur. ListPicker est le bouton qui affiche la liste des
périphériques Bluetooth disponibles et gère la
sélection. Vous pouvez modifier l'affichage du texte sur le ListPicker
dans le panneau des propriétés. Vous pouvez également
changer la hauteur, la largeur, la couleur en utilisant le même
panneau.
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Ensuite, cliquez et maintenez le mot "bouton" dans la palette,
faites glisser votre souris sur le visualiseur et déposez le bouton sur
la vue horizontale et faites de même en faisant glisser un autre bouton.
Ces deux boutons se présenteront de gauche à droite. Renommez les
boutons "Bouton 1 de connexion" et "Bouton 2 de déconnexion", afin de
pouvoir les placer facilement sur le panneau du bloc. Modifiez également
le texte des boutons à partir des propriétés, qui
s'afficheront sur l'écran de l'utilisateur.
Enfin, dans la palette de connectivité,
sélectionnez Bluetooth Client et faites- le glisser vers le panneau de
visualisation. Notez que c'est le composant caché. La seule
différence entre le client Bluetooth et le serveur Bluetooth est qu'il y
a un bouton de connexion au périphérique (ListPicker).
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L'éditeur de blocs est l'endroit où vous
programmez le comportement de votre application. Il existe des blocs
intégrés qui gèrent des éléments comme les
mathématiques, la logique et le texte avec chaque composant que vous
avez ajouté.
Cliquez sur le sélecteur de liste et
sélectionnez ListPicker Before Picking et définissez les
éléments de la liste comme des périphériques
Bluetooth disponibles.
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Cette application sera ensuite installée sur notre
Smartphone et nous permettra de gérer notre système à
partir du téléphone. (Pratique sur le prototype).
IV.5. Conclusion
Pendant l'investigation sur les deux bâtiments, la gestion
d'allumage et de coupure des appareils après utilisation dans certaines
entités ne se faisaient pas de façon régulière
provoquant ainsi de consommation inutile d'énergie.
La mise en place d'un système de gestion d'énergie
permet donc de réduire le temps de consommation des appareils en
éliminant les consommations inutiles d'énergie qui se faisaient
très souvent par oublie d'éteindre un appareils dans une des
entités du bâtiment.
La conception de ce système permet donc au gestionnaire du
bâtiment de gérer toutes les entités à partir de son
Smartphone ou PC.
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