MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
DIRECTION GÉNÉRALE DES ÉTUDES
TECHNOLOGIQUES
|
INSTITUT SUPÉRIEUR DES ÉTUDES TECHNOLOGIQUES DE
DJERBA
|
|
DÉPARTEMENT DE GÉNIE
MÉCANIQUE
Mécatronique
STAGE DE FIN D'ÉTUDES
Étude et réalisation d'une armoire
agricole automatisée à base d'une carte Arduino méga
2560
IGREEN COLLABORATION
Élaboré
par : - Ferjani Sofien
- Kchih Aissa
Encadré
par : - Mme Helal Olfa
- Mme Manaa Khawla
- M. Khaled Bachtobji
Année universitaire :
2020/2021
Référence
|
Dép.
|
GM
|
N°
|
MT-02
|
DÉDICACE
Je dédie ce projet de fin d'études.
A ma mère Samia
C'est avec ton amour, ton soutien et ta patience que j'ai
pu réaliser tes voeux. Reste toujours ma lumière et ma source de
bonheur.
Que dieu te protège et t'accorde santé et
longue vie.
A mon père Fethi
Pour ses sacrifices illimités, pour ses
encouragements incessants et pour sa bienveillance permanente. Nulle expression
ne peut exprimer les sentiments de reconnaissance que j'éprouve à
son égard.
A mon adorable soeur Tasnime et mon
adorable frère Atef Je vous souhaite une vie pleine de
réussite.
A tous mes amis et tous ceux que
j'aime...
Qu'ils trouvent dans ce travail le témoignage de mon
profond amour et l'expression de ma sincère reconnaissance.
Aissa
DÉDICACE
Je dédie ce travail comme modeste preuve de mon
affection
A mes parents Sadok et Sabeh
Pour les efforts et les sacrifices. Leurs conseils et leurs
principes de vie resteront toujours dans mon esprit.
Qu'ils trouvent ici l'expression de mes respects et ma
profonde gratitude pour tout ce qu'ils ont fait pour moi.
A mes soeurs Sarra et Sabrine
Vous m'avez soutenu et vous m'avez apporté l'immense
réconfort aux moments les plus cruciaux de ma vie.
En témoignage de ma reconnaissance
A touts mes oncles
Votre amour et vos encouragements ont été
pour moi une aide très précieuse qui me soutiendra durant mon
existence
A mes meilleurs amis et ma copine
Qui sont toujours présents aussi bien dans les
meilleurs moments que les difficiles
Sofien
Remerciements
Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute
l'équipe pédagogique de l'ISET de nous avoir accompagné
durant ce stage de fin d'étude en particulier Mme. Helal Olfa et Mme.
Manaa Khawla pour leurs supervisions et leurs conseils afin que notre mission
aboutit à son fin.
Nous remercions également notre encadrant industriel M.
Khaled Bachtobji d'avoir répondu favorablement à notre demande de
stage, en plus de son accueil et la confiance qu'il nous a accordés
dès notre arrivée dans la start-up.
Nous tenons à remercier tout particulièrement et
à témoigner toute notre reconnaissance à toute personne
qui nous a aidés à avoir une expérience enrichissante et
pleine d'intérêt durant ces trois mois et demi au sein de la
start-up IGREEN COLLABORATION.
Enfin, nous remercions mesdames et messieurs les membres de
jury pour leur extrême gentillesse dans l'évaluation de notre
travail.
Cahier de charges
Sujet :
Étude et réalisation d'une armoire agricole
automatisée à base d'une carte Arduino méga 2560.
Position du problème :
La société veut fabriquer sa propre automate
programmable industriel à base d'une carte Arduino pour
optimiser :
· Le contrôle d'éclairage artificiel pour la
bonne croissance des plantes
· L'automatisation de l'arrosage et l'irrigation
· La régulation et la supervision des
paramètres bioclimatiques tels que la température et
l'humidité...
Travail demandé :
Notre travail consiste à réaliser un outil
didactique utilisant comme partie de commande un système à l'aide
d'une carte Arduino Méga 2560. On parle alors d'automate programmable
conçu à base de la logique programmée. Ce dernier sera
capable de réaliser la plupart des applications qui lui seront
demandées par simple modification du logiciel en gardant la même
structure matérielle.
L'automate que nous réaliserons répondra
globalement aux mêmes exigences attendues d'un automate classique,
notamment la possibilité d'être programmé et
reprogrammé directement via un port parallèle d'un
micro-ordinateur.
Sommaire
Introduction
3
Chapitre 1 : Présentation de la start-up
d'accueil et description de l'existant
2
I. Présentation d'organisme
d'accueil
2
A. Les divers types d'IG et leur devenir
2
1. Orientation produit
2
2. Orientation procédé
2
B. L'unité d'étude et de
développement
3
C. Organigramme d'IGREEN COLLABORATION
3
II. Le champ d'activité des
biotechnologies
4
A. Définition d'une
société de biotechnologies
4
III. Description de l'existant
4
A. Contexte de l'existant
4
B. Problématique
6
IV. Conclusion
6
Chapitre 2 : Etude bibliographique
7
I. Introduction
7
II. Serre agricole intelligente
7
1. Description des services
proposés
8
2. Pourquoi avoir choisi
ces services
8
3. Avantage de l'automatisation de la
serre
9
4. Condition environnementale des serres
10
III. L'utilité l'automatisation
10
1. Structure d'un API
11
2. Structure interne d'un automate
programmable industriel (API)
12
3. Fonctionnement
13
IV. Les solutions utilisée pour les
serres intelligentes
14
1. L'automate IMO iSmart
14
2. L'automate iGrow 800 Greenhouse
Controller
15
V. Les composants électroniques
16
1. Introduction
16
2. Arduino
16
3. Rasberry
17
VI. Conclusion
20
Chapitre 3 : Etude fonctionnelle et
étude économique
21
I. Analyse du besoin
21
1. Énoncé du besoin :
diagramme bête à cornes
21
2. Validation du besoin
22
II. Analyse fonctionnelle de l'automate
programmable
22
1. Modélisation
22
2. Fonctions de services : diagramme
pieuvre
22
III. Etude économique
25
IV. Conclusion
27
Chapitres 4 : Conception et programmation
28
I. Choix des composants
électroniques
28
1. Choix de la carte
28
II. Schéma synoptique du
système
29
1. Principe de fonctionnement su
système
30
III. Etude et conception des
différents modules de l'automate
30
1. Le module d'alimentation
30
2. Le module CPU
31
3. Module d'entrée
32
4. Module de sortie à transistor
34
5. Module de sortie à
relais :
36
IV. Principe de fonctionnement de
l'automate
37
V. Concrétisation de notre projet
38
1. Module d'entrée
38
2. Module de sortie à transistor
39
3. Module de sortie à relais
39
VI. Tableau comparatif
40
VII. Les logiciels utilisées
41
1. Proteus 8
41
2. Arduino IDE
41
VIII. Conclusion
41
Conclusion générale
42
Perspective
43
Bibliographie
44
Annexes
45
Liste des figures
Figure 1: Organigramme de la start-up
3
Figure 2: Schéma de l'existant
5
Figure 3: La serre intelligente
8
Figure 4:Augmentation de la production de la
serre
9
Figure 5: Automate SIEMENS S5-95U
11
Figure 6: Aspect extérieur d'un automate
S7-200 CPU200
11
Figure 7: Automate Modulaire
12
Figure 8: Structure interne d'un système
automatisé
13
Figure 9: fonctionnement cyclique d'un API
14
Figure 10: Automate IMO iSmart
14
Figure 11: Automate iGrow800
15
Figure 12: Le régulateur LM7805
18
Figure 13: Transistor IRF1010N
19
Figure 14: Relais SPDT
19
Figure 15: Photocoupleur PC817
20
Figure
16: Le diagramme bête à cornes d'un automate programmable à
base d'Arduino
21
Figure
17: L'actigramme d'automate programmable à base de la carte Arduino
22
Figure
18: Le diagramme de Pieuvre d'automate programmable à base d'une carte
Arduino
23
Figure 19: Histogramme des fonctions de service
24
Figure 20: La carte Arduino Méga 2560
29
Figure 21: Schéma synoptique de
système
29
Figure 22: Schéma de conception de module
d'alimentation
31
Figure 23:Schéma PCB de module
d'alimentation
31
Figure 24: Schéma de conception du module de
l'Arduino (CPU)
32
Figure 25: Module d'entrées
33
Figure 26:Schéma PCB de module
d'entrée
34
Figure 27: Module de sortie à transistor
35
Figure 28:Schéma PCB de module de sortie
à transistor
35
Figure 29: Module sortie à relais
36
Figure 30:Schéma PCB de module de sortie
à relais
36
Figure
31: Logigramme de programmation
37
Figure 32: Photo de module d'entrée
38
Figure 33: Photo de module de sortie à
transistor
39
Figure 34: Photo du module de sortie à
rlais
40
I. Introduction
La culture sous serre connait depuis plusieurs années,
un développement important dans tous les pays concernés par la
volonté d'augmenter la qualité et la quantité des produits
agricoles, destinés à la consommation alimentaire des populations
et à leurs cadres de vie.
Afin de faire face à un marché de plus en plus
concurrentiel, les systèmes de production sous serre deviennent
considérablement sophistiqués. C'est grâce à la
mécanisation des outils, et l'augmentation des surfaces
irriguées, mais surtout grâce à l'intervention de
l'automatique que cet objectif a pu être réalisé.
Il est important de choisir un contrôle des
paramètres climatiques qui correspond aux besoins visés. Pour
améliorer la rentabilité, on doit faire croître les
cultures dans des environnements optimaux. Il est donc important de bien
contrôler les paramètres suivants :
· La température et l'humidité de
l'air : ce sont les variables les plus importantes à
contrôler du point de vue de la survie et de la croissance des plantes.
· L'humidité du sol est moins
cruciale pour des durées de quelques heures, mais c'est une variable
importante pour que la plante puisse se nourrir.
· L'éclairage peut
également être régulé au moyen d'un éclairage
artificiel pour accélérer le développement des plantes.
Dans ce sens, nous avons proposée un automate
programmable à base d'une carte Arduino Méga qui joue un
rôle de contrôle et réguler les paramètres
microclimatiques. Dés que certains paramètre sont en dessous ou
en dessus d'une limite fixée préalablement, une action
adéquate est générée. La description du travail
réalisé est sanctionnée par un mémoire
structuré en trois chapitres :
· Dans le premier chapitre, nous avons
présenté la start-up d'accueil et description de l'existant.
· Dans le deuxième chapitre, nous avons fait une
étude bibliographique.
· Dans le troisième chapitre, nous avons
détaillé la conception de l'automate programmable.
Chapitre 1 :
Présentation de la start-up d'accueil et description de l'existant
Dans ce chapitre, nous allons présenter en premier lieu
la société dans laquelle nous avons effectué notre sujet
de travail proposé tout en expliquant ses objectifs ainsi que les
fonctionnalités nécessaires pour le réaliser.
II. Présentation
d'organisme d'accueil
IGREEN COLLABORATION est la raison sociale d'une entreprise
dans le secteur d'activités scientifique et technique, ces
activités sont cristallisées dans la création d'une
unité de recherche et de développement en biotechnologie agricole
sous forme d'une société à responsabilité
limitée.
A. Les divers types d'IG et leur
devenir
IGREEN COLLABORATION peuvent se développer selon deux
orientation principales :
1. Orientation produit
L'entreprise se propose de commercialiser à terme un
produit qui peut être :
v Analyse d'eau
v Analyse du sol
v Etude de terrain agricole
v Produit agricole
2. Orientation
procédé
L'entreprise dispose d'une technicité qui se
caractérise par le montage d'une plateforme technologique, par exemple
:
v Installation des laboratoires des études
v Installation de terrain agricole
v Aménagement de terrain agricole
v Aménagement de jardin
B. L'unité d'étude et de
développement
Dans la structure de la société, il existe une
unité d'études et de développement chargée de
réaliser des études (étude d'un terrain agricole,
étude d'un système iso 14001, étude de conception
agricole, etc....), de trouver des moyens de développer le domaine et la
société, d'intéresser les stagiaires et de fournir les
informations correctes ainsi que l'atmosphère appropriée
Et spéciales des formations telles que :
v Rédaction des rapports
v Travaille en équipe
v Prise de parole en publique
C. Organigramme d'IGREEN COLLABORATION
UD : unité de design
UC : unité de commerce
UCOM: unité de communication
UED : unité d'étude et de
développement
UFI: unité de fabrication et
d'installation
SA : service après vente
Figure 1: Organigramme de la
start-up
III. Le champ d'activité des biotechnologies
Par définition, les biotechnologies se
réfèrent à l'ensemble des méthodes ou des
techniques qui utilisent des éléments du vivant (organismes,
cellules, éléments subcellulaires ou molécules du vivant)
pour produire des biens ou rendre des services. On peut aussi les
considérer comme une discipline qui s'intéresse aux applications
industrielles des connaissances acquises en sciences du vivant,
associées ou non à d'autres technologies.
Les applications des biotechnologies concernent surtout le
domaine de la santé humaine (nouveaux médicaments,
thérapie génique et cellulaire, vaccins, tests diagnostiques,
cellules souches, médecine régénérative, etc....).
Mais bien d'autres domaines font d'ores et déjà appel, et feront
de plus en plus souvent référence aux biotechnologies :
l'agroalimentaire humaine et animale, l'agronomie (zootechnie, productions
végétales, protection des cultures), l'agrochimie, la chimie
fine, la chimie industrielle lourde, le monde des matériaux, l'industrie
des pâtes et papier, les éco-industries, l'informatique, la
cosmétique et l'agriculture.
A. Définition d'une
société de biotechnologies
Les entreprises de biotechnologies, au sens de ce rapport, ne
concernent pas les activités traditionnelles (fabrication de pain, de
bière, de vinaigre de vin, etc....). Elles regroupent principalement
celles qui utilisent des méthodes et des techniques innovantes, issues
de recherches menées récemment en biologie, mais aussi dans
d'autres domaines comme les sciences pour l'ingénieur. Une grande
majorité utilise peu ou prou les techniques du génie
génétique, mais pas uniquement. Beaucoup d'autres vont
au-delà et font largement appel à l'informatique, à la
chimie et à l'ingénierie classique. Les développements
récents des techniques de la biologie à grande échelle
obligent en effet nombre de ces entreprises à recourir à une
informatique très poussée.
IV. Description de
l'existant
A. Contexte de l'existant
L'armoire électrique utilisée maintenant dans la
serre de la société est une maquette basée sur une carte
Arduino Méga 2560 en esclave liée avec une carte Arduino Yun
comme maitre pour l'utilisation d'Ethernet et Wifi.
v Liste des capteurs branchés sur la carte Arduino
Méga :
- Capteur PIR pour détecter s'il y a un mouvement (1).
- Capteur DHT22 pour détecter d'humidité et
température de l'air (2).
- Capteur HS pour détecter l'humidité de sol
(sécheresse) (3).
- Capteur LDR pour la luminosité (4).
v Liste des actionneurs et préactionneurs
commandé par la carte Arduino Méga :
- Un servomoteur pour l'ouverture et la fermeture de
fenêtre.
- Un ventilateur pour la ventilation forcée.
- Une lampe soit pour l'éclairage ou le chauffage.
- Une pompe immergée pour l'arrosage.
- Des diodes LED pour faire le paramétrage et
l'affichage des capteurs.
2
1
4
3
Figure 2: Schéma de
l'existant
Dans le programme on essaye le maximum de fournir
l'enchainement entre les capteurs et les actionneurs. Si le capteur DHT22
à un résultat plus ou moins de la plage de fonctionnement les
actionneurs se met en marche c'est-à-dire si on a une valeur de
température et humidité plus que la valeur programmée
(valeur élevée) le servomoteur et le ventilateur se met en marche
pour l'abaisse. Dans le cas contraire (valeur basse) la lampe et le
système d'arrosage se met en marche pour faire la régulation
nécessaire. Si le capteur LDR capte une valeur moins de ça plage
le relais se met en marche et par la suite la lampe. Le capteur HS capte s'il y
a une sécheresse de sol. Si la fonction est vraie le deuxième
relais s'actionne et la pompe immergé se met en marche pour l'arrosage.
Finalement le système d'alarme se met en marche lorsqu'on a une valeur
détectée de la part de capteur PIR.
B. Problématique
L'armoire électrique utilisé maintenant dans la
serre de la société est une maquette basée sur une carte
Arduino Méga 2560 liée avec une carte Arduino Yun pour
l'utilisation d'Ethernet et Wifi, cette maquette a fonctionné
correctement pendant une durée très courte par rapport à
sa date de réalisation, mais dans le temps courant l'armoire donne des
fausse résultats des capteurs, des surcharge de tension. Les
causes de ces faux résultats :
· L'armoire utilisée contient des problèmes
d'étanchéité (humidité, eau, ...)
· L'effet de résistance des câbles qui a
commis une perte de précision au niveau des résultats
données par les capteurs?
· Utilisation des câbles branchés
directement avec la carte Arduino Méga
· Nombre des entrées et sorties non extensibles
V. Conclusion
Tout au long de ce chapitre, nous avons présenté
la start-up IGREEN COLLABORATION. Puis, nous avons présenté
l'armoire électrique utilisée: son contexte et les
problèmes rencontrées. Le second chapitre sera consacré
pour l'étude bibliographique.
VI. Chapitre 2 :
Etude bibliographique
Dans ce chapitre, on va expliquer quelques notions sur les
serres intelligentes, une généralité sur les automates,
les solutions approuvées ainsi que les composants nécessaires
pour la réalisation de notre projet.
VII. Introduction
La commande de climat est de plus en plus nécessaire
pour la précision agricole qui produit plus et de meilleures
récoltes. Actuellement, il est devenu possible de commencer à se
développer et à appliquer des systèmes avec des
stratégies plus sophistiquées de commande grâce à
l'application de modèles et d'identifications techniques.
Dans la culture sous serres, on essaie d'accroître
certains facteurs essentiels liés au développement des plantes
afin de reproduire leur climat d'origine et ainsi pouvoir contrôler leur
production. Aussi recréer un environnement dans lequel la
température, l'humidité, la lumière et l'apport nutritif
sont contrôlés et modifiés afin d'optimiser la croissance
et le développement des plantes.
VIII. Serre agricole intelligente
Dans une serre intelligente, il existe tout un ensemble de
disciplines qui intègrent la domotique comme l'électronique, la
physique, l'informatique et les télécommunications,
l'automatisation de l'éclairage, des accès, l'installation
d'alarmes, la programmation de l'arrosage , le réglage du chauffage en
fonction de la température, tous ces systèmes font partie de la
domotique. Ils accomplissent avec l'objectif de gaspiller le moins
d'énergie possible et donnent une autonomie aux systèmes qui
résulte très confortable à l'utilisateur.
Dans le domaine de l'agriculture, la serre intelligente met au
point de nouvelles façons rentables pour produire lorsque les conditions
ne sont pas optimales. La serre intelligente est donc un élément
important qui permet de créer un écosystème
indépendant en utilisant les différentes méthodes
reliées à l'aquaponie, l'aquaculture et la polyculture, c'est une
méthode qui permet à tout le monde de se reconnecter à son
alimentation comme par exemple la conception d'une serre intelligente
aquaponique pour la culture de la luzerne c'est un moyen pour augmenter le
rendement et la qualité du produit, et réduire les coûts ce
qui pourra nous servir également pour l'alimentation des ovins en
élevage qu'on va consommer par après.[1]
Figure 3: La serre
intelligente
1. Description des services
proposés
· L'automatisation des serres en utilisant un
système informatique adapté.
· Installation, entretien et montage des serres.
2. Pourquoi avoir choisi
ces services
· Pour simplifier la vie des agriculteurs en leur
fournissant un outil simple pour garder un contrôle à tout moment
et en leur montrant qu'il est peu coûteux d'automatiser quelques
appareils.
· Pour assurer l'entretien des plantations sous serre.
· Encadrer et gérer les travailleurs.
· Réservoir d'emploi. [2]
Figure 4:Augmentation de la
production de la serre
3. Avantage de l'automatisation
de la serre
L'automatisation des serres permet d'assurer au moins les
avantages suivants :
· Protégez les plantes contre les
températures extrêmes. Le maintien d'une température
intérieure contrôlée dans un environnement de serre est
crucial pour éviter d'endommager ou tuer les plantes.
· Protégez les plantes contre les maladies. Garder
les plantes en bonne santé et prospère requiert le meilleur
environnement de croissance possible. Le système de contrôle
automatique permet de surveiller en temps réel tous les changements
environnementaux et des statuts ou défaillances d'équipement. Il
permet également de surveiller des conditions telles que les
fluctuations de l'humidité, les failles de sécurité, le
chauffage, le ventilateur, l'équipement et les pannes.
· Surveiller à distance la serre et rester au
courant des conditions climatiques dans la serre. Le système de
contrôle automatique permet une continuelle surveillance à
distance en fournissant les moyens permettant ainsi d'agir rapidement et en
temps réel. [1]
4. Condition environnementale
des serres
La progression des plantes dans les serres intelligentes
implique certaines conditions climatiques spéciales. Dans ce qui suit,
on présente d'une manière générale ces
conditions:
· Lumière : La plupart des
légumes nécessitent au moins 8 heures de lumière par jour
pour produire de manière satisfaisante. Dans des zones très
nuageuses ou durant les courtes journées d'hiver, un éclairage
supplémentaire doit être nécessaire.
· Humidité
: L'humidité de l'air et celle du sol sont deux facteurs
importants pour la croissance des plantes.
· Température : La
température du milieu intérieur et extérieur, du sol et de
l'eau doit également respecter certaines normes. Vous devez avoir une
petite idée du type de plantes qui poussent dans votre serre. On classe
traditionnellement les serres en quatre groupes en fonction de la
température à laquelle on la maintient, plus
particulièrement en hiver. Il faut bien entendu tenir compte de votre
climat. [1]
IX. L'utilité
l'automatisation
L'automatisation permet d'apporter des éléments
supplémentaires à la valeur ajoutée par le système.
Ces éléments sont exprimables en termes d'objectifs par :
· Accroître la productivité
(rentabilité, compétitivité) du système.
· Améliorer la flexibilité de
production.
· Améliorer la qualité du produit.
· Adaptation à des contextes particuliers tels que
les environnements hostiles pour l'homme (milieu toxique, dangereux..
nucléaire...), adaptation à des tâches physiques ou
intellectuelles pénibles pour l'homme (manipulation de lourdes charges,
tâches répétitives parallélisées...).
· Augmenter la sécurité, etc. [3]
Figure 5: Automate SIEMENS
S5-95U
1. Structure d'un API
Les caractéristiques principales d'un automate
programmable industriel (API) sont : coffret, rack, baie ou cartes
o Compact ou modulaire
o Tension d'alimentation
o Taille mémoire
o Sauvegarde (EPROM, EEPROM, pile, ...)
o Nombre d'entrées / sorties
o Modules complémentaires (analogique,
communication,..)
o Langage de programmation.
Figure 6: Aspect
extérieur d'un automate S7-200 CPU200
Des API en boîtier étanche sont utilisées
pour les ambiances difficiles (température, poussière, risque de
projection ...) supportant ainsi une large gamme de température,
humidité ... L'environnement industriel se présente sous trois
formes :
· environnement physique et mécanique
(poussières, température, humidité, vibrations).
· pollution chimique.
· perturbation électrique. (parasites
électromagnétiques).
Figure 7: Automate
Modulaire
2. Structure interne d'un
automate programmable industriel (API)
Les API comportent quatre principales parties :
o Une unité de traitement (un processeur CPU);
o Une mémoire ;
o Des modules d'entrées-sorties ;
o Des interfaces d'entrées-sorties ;
o Une alimentation 230 V, 50/60 Hz (AC) - 24 V (DC).
La structure interne d'un automate programmable
industriel (API) est assez voisine de celle d'un système
informatique simple, L'unité centrale est le regroupement du processeur
et de la mémoire centrale. Elle commande l'interprétation et
l'exécution des instructions programme. Les instructions sont
effectuées les unes après les autres, séquencées
par une horloge. Deux types de mémoire cohabitent :
- La mémoire Programme où est
stocké le langage de programmation. Elle est en général
figée, c'est-à-dire seulement en lecture. (ROM : mémoire
morte) - La mémoire de
données utilisable en lecture-écriture pendant le
fonctionnement c'est la RAM (mémoire vive). Elle fait partie du
système entrées-sorties. Elle fige les valeurs (0 ou 1)
présentes sur les lignes d'entrées, à chaque prise en
compte cyclique de celle-ci, elle mémorise les valeurs calculées
à placer sur les sorties.
Figure 8: Structure interne
d'un système automatisé
3. Fonctionnement
L'automate
programmable reçoit les informations
relatives à l'état du système et
puis commande les préactionneurs suivant le
programme inscrit dans sa mémoire. Généralement, les
automates programmables industriels ont un fonctionnement cyclique.
Le microprocesseur réalise toutes les
fonctions logiques ET, OU, les fonctions de temporisation, de comptage, de
calcul... Il est connecté aux autres éléments
(mémoire et interface E/S) par des
liaisons parallèles appelées
' BUS ' qui véhiculent les informations sous
forme binaire. Lorsque le fonctionnement est dit synchrone par rapport aux
entrées et aux sorties, le cycle de traitement commence par la prise en
compte des entrées qui sont figées en mémoire pour tout le
cycle.
Figure 9: fonctionnement
cyclique d'un API
X. Les solutions utilisée pour les
serres intelligentes
1. L'automate IMO
iSmart
Un exemple de programmation réalisé grâce
à un automate programmable IMO iSmart, il permet la gestion de la
température et l'arrosage d'une serre agricole. Les plantes de la serre
doivent être arrosées 3 fois dans la journée. Les pompes
sont commandées par 2 variateurs. Ces 2 pompes ne doivent pas tourner en
même temps. Si la température de la serre devient trop haute, il
faut enclencher un ventilateur. De la même façon, si la
température devient trop basse, il faut enclencher un chauffage. Ces 2
fonctions ne doivent pas être actives en même temps. Les pompes
d'arrosage ne doivent pas être activées en cas d'ouverture d'une
des portes. Si une porte est ouverte, un message doit apparaître sur
l'écran de l'iSmart. [4]
Figure 10: Automate IMO
iSmart
2. L'automate iGrow 800
Greenhouse Controller
Les producteurs peuvent surveiller et modifier chaque aspect
de l'iGrow800 de la paume de leur main, en utilisant des commandes de pointe
qui relaient les données sécurisées et cryptées de
la maison de culture vers le cloud où elles sont accessibles sur
n'importe quel appareil connecté à Internet. Le serveur
sécurisé et crypté vous permet de surveiller et de
modifier les paramètres à distance. Avec une multitude de
données à portée de main, les producteurs sont en mesure
de faire pousser des cultures plus grandes et plus dynamiques dans le cadre de
processus reproductibles.
· Contrôle avancé.
· Prix abordable.
· Entièrement programmable.
· Extension à 32 sorties.
· Utilisez votre téléphone portable pour
surveiller et modifier les paramètres.
· Ayez l'esprit tranquille grâce aux alertes de
température, d'humidité, de CO2 et plus encore. [5]
Figure 11: Automate
iGrow800
XI. Les composants
électroniques
1. Introduction
Un microcontrôleur est un composant électronique
qui rassemble tous les éléments d'un "mini-ordinateur" et qui se
présente sous la forme d'un circuit intégré. Un
microcontrôleur permet de réaliser des systèmes et montages
électroniques programmés. Cela veut dire que l'on pourra, avec le
même montage, réaliser des fonctions très
différentes qui dépendront du programme qui aura
été programmé dans le microprocesseur.
2. Arduino
Les cartes Arduino possèdent un microcontrôleur
facilement programmable ainsi que de nombreuses entrées-sorties.
Plusieurs cartes Arduino existent et se différencient par la puissance
du microcontrôleur ou par la taille et la consommation de la carte. Le
choix du type de carte Arduino s'effectue en fonction des besoins du projet.
L'Arduino ne nécessite pas une partie
séparée du matériel afin de programmer un nouveau code sur
la carte, vous pouvez simplement utiliser un câble USB. De plus,
l'IDE Arduino utilise une version de base de C ++, ce qui simplifie
l'apprentissage du programme. Enfin, la carte Arduino offre un facteur de
forme typique qui décompose les fonctions du microcontrôleur dans
un package plus disponible.
2.1. La fonction de la carte Arduino
La flexibilité de la carte Arduino est énorme
pour que l'on puisse faire tout ce qu'il imagine. Cette carte peut
être connectée très facilement à différents
modules tels que des capteurs d'obstacles, des détecteurs de
présence, des capteurs d'incendie, des modules GSM, des modules GPS,
etc. La fonction principale de la carte Arduino est de contrôler
l'électronique en lisant les entrées et de la changer en sorties
car cette carte fonctionne comme un outil. Cette carte est
également utilisée pour réaliser différents projets
électroniques dans le domaine de l'électronique, de
l'électrique, de la robotique, etc. [6]
2.2. Caractéristiques des différents
types de cartes Arduino
Les caractéristiques des différents types de
cartes Arduino sont répertoriées sous forme de tableau :
[6]
Tableau 1: Caractéristique des cartes
Arduino
Carte Arduino
|
Processeur
|
Mémoire
|
E / S numériques
|
E / S analogiques
|
Arduino Uno
|
16Mhz ATmega328
|
2Ko de SRAM, 32Ko de mémoire flash
|
14
|
6 entrées, 0 sortie
|
Arduino Due
|
84MHz AT91SAM3X8E
|
96Ko de SRAM, 512Ko de mémoire flash
|
54
|
12 entrées, 2 sorties
|
Arduino Méga
|
16MHz ATmega2560
|
8Ko de SRAM, 256Ko de mémoire flash
|
54
|
16 entrées, 0 sortie
|
Arduino Leonardo
|
16MHz ATmega32u4
|
2,5Ko de SRAM, 32Ko de mémoire flash
|
20
|
12 entrées, 0 sortie
|
3. Rasberry
Le Raspberry Pi est une nano-ordinateur monocarte à
processeur ARM conçu par des professeurs du département
informatique de l'université de Cambridge dans le cadre de la fondation
Raspberry Pi. Cet ordinateur, de la taille d'une carte de crédit, est
destiné à encourager l'apprentissage de la programmation
informatique ; il permet l'exécution de plusieurs variantes du
système d'exploitation libre GNU/Linux (notamment Debian) et des
logiciels compatibles. Mais il fonctionne également avec l'OS Microsoft
Windows : Windows 10 IoT Core et celui de Google, AndroidPi. [7]
Le Raspberry Pi est conçu pour encourager
l'apprentissage, l'innovation et l'expérimentation. L'ordinateur
Raspberry Pi est portable et moins cher. La plupart des cartes Raspberry
sont utilisées pour construire des projets Raspberry Pi, des
téléphones mobiles et également utilisées dans
les lampadaires solaires. Le début du 21e siècle
a vu une énorme croissance dans les technologies informatiques mobiles,
une grande partie de celle-ci étant tirée par l'industrie de la
téléphonie mobile.
3.1. Caractéristiques des différentes
cartes Rasberry
Tableau 2: Caractéristiques des cartes
Rasberry
a. Le régulateur LM7805
Ce régulateur peut offrir une régulation sur
carte, éliminant ainsi les problèmes de distribution
associés à une régulation à point unique. Il
utilise une limitation de courant interne, un arrêt thermique et une aire
de fonctionnement sécurisé, ce qui le rend pratiquement
indestructible. Avec un dissipateur thermique adapté, il peut fournir un
courant de sortie supérieur à 1A. Bien qu'il soit initialement
conçu comme un régulateur de tension fixe, ce dispositif peut
être utilisé avec des composants externes pour obtenir des
courants et des tensions ajustables. [8]
· Protection contre les surcharges thermiques
· Protection contre les courts-circuits
· Transition de sortie protection SOA (aire de
fonctionnement sécurisée)
· Tolérance de tension de sortie de 2%
· Tolérance de tension de sortie 2%
Figure 12: Le
régulateur LM7805
b. Le transistor IRF1010N
Le IRF1010NPBF utilise des techniques de traitement
avancées pour atteindre une très faible résistance-ON par
surface de silicium. Cet avantage, combiné à la vitesse de
commutation rapide et à la conception robuste du composant, permet un
fonctionnement extrêmement efficace et fiable. [9]
Figure 13: Transistor
IRF1010N
c. Relais SPDT
Le relais SPDT (Single Pole Double Throw) possède un
seul contact mais avec une borne commune, un contact normalement ouvert (quand
il n'y a pas de tension sur la bobine) et un contact normalement fermé
(quand il n'y a pas de tension sur la bobine). Quand on applique une tension
sur la bobine, on entend "clic" : la borne commune va se connecter sur le
contact normalement ouvert et le contact normalement fermé s'ouvre.
Dès qu'on coupe la tension aux bornes de la bobine, on entend "clic" et
le relais revient à son état de repos. [10]
Le relais SPDT possède 5 broches au total : 3 pour les
contacts, 2 pour la bobine.
Figure 14: Relais
SPDT
d. L'optocoupleur PC817
Un optocoupleur PC817 repose sur une LED et un phototransistor
ou une photodiode. Lorsqu'on fait passer un courant dans la LED, elle brille
(elle émet de l'infrarouge) dans un boitier bien hermétique
à la lumière. La lumière émise par la LED est
captés par le phototransistor qui devient alors passant. On peut donc
transmettre un courant électrique tout en isolant électriquement.
Dans son principe, l'optocoupleur fait les conversions successives : courant
électrique - lumière infrarouge - courant électrique.
[11]
Figure 15: Photocoupleur
PC817
XII. Conclusion
Dans ce présent chapitre, nous avons essayé de
présenter quelques notions de base sur la serre intelligente et les
solutions utilisées pour faire contrôler et automatiser la serre.
A travers l'étude menée, nous concluons qu'un automate
programmable est un constituant capable de réaliser le fonctionnement
d'un automatisme au moyen d'un programme qui est écrit et
modifié à partir d'un terminal de programmations et de
réglage.
Chapitre 3 : Etude
fonctionnelle et étude économique
Dans ce
chapitre, on va essayer de faire une étude fonctionnelle avant d'entamer
la phase de conception et étudier la validité du besoin de notre
automate programmable.
I. Analyse du besoin
1. Énoncé du besoin : diagramme
bête à cornes
La bête à cornes est un outil pour énoncer
un besoin. Dans le cadre de ce diagramme, on doit répondre aux questions
suivantes :
- A qui rend-il service ?
- Sur quoi agit-il ?
- Dans quel but ?
A qui rend-il service ?
Sur quoi agit-il ?
Serre agricole
Agriculteur
Automate programmable à base d'une carte Arduino
Dans quel but ?
· Le contrôle d'éclairage artificiel pour la
bonne croissance des plantes
· L'automatisation de l'arrosage et l'irrigation
· La régulation et la supervision des
paramètres bioclimatiques tels que la température et
l'humidité...
Figure 16: Le diagramme
bête à cornes d'un automate programmable à base
d'Arduino
2. Validation du besoin
Pour montrer la validation du projet et la satisfaction des
besoins présentés dans le cahier des charges de la
société, on va utiliser la méthode des
questions-réponses :
- Qui peut utiliser le projet ? Les agriculteurs.
- Sur quoi agit le projet ? La serre agricole.
- Pourquoi le produit existe-t-il ? Pour
l'automatisation de l'arrosage et l'irrigation et la régulation des
paramètres bioclimatique tels que temperature et l'humidité...
- Qu'est-ce qui pourrait faire évoluer le besoin ?
Le besoin pourrait évoluer selon la complexité des
problèmes affrontés.
- Qu'est-ce qui pourrait faire disparaître le
besoin ? Le besoin pourrait disparaître si on inventait une
automate plus performante et moins cher que la nôtre.
Le besoin est validé.
II. Analyse
fonctionnelle de l'automate programmable
1. Modélisation
La figure suivante représente une modélisation
de niveau A-0 de l'outil :
Figure 17: L'actigramme
d'automate programmable à base de la carte Arduino
Controller et superviser l'état de la serre
WE
Opérateur
Programme
Envoyer les besoins de la serre
Réagir sur les actionneurs
Automate programmable à base d'une carte Arduino
A-0
Variable bioclimatique
2. Fonctions de services : diagramme
pieuvre
Ce diagramme est la représentation graphique des
interactions de l'outil avec son environnement.
IL est composé :
- Du produit (au centre du diagramme),
- Des éléments du milieu extérieur
(E.M.E.) (à la périphérie du produit),
- Des relations d'interaction ou d'adaptation entre le produit
et les E.M.E,
- Des repères des fonctions principales (FP1, FP2, ...)
et des fonctions contraintes (FC1, F, ...).
Figure 18: Le diagramme de
Pieuvre d'automate programmable à base d'une carte Arduino
Les paramètres bioclimatiques
Société
Serre agricole
FC7 FP1
Énergie
FC6
FP2
Utilisateur
FC5
Automate programmable à base de la carte Arduino
Esthétique
FC1
Réseau
FC4
F
FC3
Prix
Environnement
Normes de
Sécurité
2.1. identification des fonctions de
service
- FP1 : Permettre à réguler et superviser les
paramètres bioclimatiques.
- FP2 : L'automatisation d'arrosage et d'irrigation.
- FC1 : Être connectée au réseau.
- F : Respecter les normes de sécurité.
- FC3 : Résister à l'environnement.
- FC4 : Avoir un prix raisonnable.
- FC5 : Être agréable à l'oeil de
l'utilisateur.
- FC6 : S'adapter à l'énergie
électrique.
- FC7 : Permet à la société de gagner du
temps et de l'argent.
2.2. Hiérarchisation des fonctions de
service
On compare dans cette partie les fonctions de services,
étudiées précédemment, entre eux. Le tri
croisé des fonctions permet de les classées par ordre
d'importance : la fonction égale prend 0, la fonction
légèrement supérieur prend 1, si la fonction est
supérieur alors prend 2, sinon, si la fonction est très
supérieure, elle prend 3.
FP1
Tableau 3: Tri croisé
FP2
|
FC1
|
F
|
FC3
|
FC4
|
FC5
|
FC6
|
FC7
|
Points
|
%
|
FP1[1]
|
FP1[1]
|
FP1[2]
|
FP1[2]
|
FP1[2]
|
FP1[3]
|
FP1[2]
|
0
|
13
|
22,41
|
FP2
|
FP2[1]
|
FP2[1]
|
FP2[2]
|
FP2[2]
|
FP2[3]
|
FP2[3]
|
0
|
12
|
20,69
|
FC1
|
FC1[2]
|
FC1[1]
|
FC1[1]
|
FC1[2]
|
FC1[1]
|
FC7[1]
|
7
|
12,07
|
F
|
F[1]
|
F[1]
|
F[3]
|
F[1]
|
FC7[1]
|
6
|
10,34
|
FC3
|
FC3[1]
|
FC3[2]
|
FC6[2]
|
FC7[2]
|
3
|
5,17
|
FC4
|
FC5[2]
|
FC4[1]
|
FC7[1]
|
1
|
1,72
|
FC5
|
FC6[3]
|
FC7[3]
|
2
|
3,45
|
FC6
|
FC7[1]
|
5
|
8,62
|
FC7
Totals
|
9
|
15,52
|
58
|
100
|
Figure 19: Histogramme des
fonctions de service
Le résultat de la hiérarchisation des fonctions
de service est synthétisé sous la forme d'un histogramme. Grâce à cet histogramme, on peut constater
que les deux fonctions FP1 et FP2 sont les plus importantes. En revanche, les
fonctions FC4 et FC5 sont les moins considérées.
III. Etude économique
Le tableau suivant détaille les couts des composants pour
notre projet :
Tableau 4: Tableau des composants
Nom et image de composant
|
Nombre
|
Prix en DT
|
Fournisseur
|
Carte Arduino méga 2560
|
1
|
49.000dt
|
Société SELI. 08 Rue Chedhly Kallela,
Etage01 Boumhel Tunisie 2097.
https://seli.tn/page1
|
Bornier à vis 2 pôles
|
16
|
8.000dt
|
|
Bornier à vis 3 pôles
|
23
|
16.000dt
|
Société SELI. 08 Rue Chedhly Kallela,
Etage01 Boumhel Tunisie 2097.
https://seli.tn/page1
|
PONT REDRESSEUR A DIODES
|
3
|
4.500dt
|
|
DIODE LED
|
30
|
15.000dt
|
|
DIODE ZENER
|
6
|
1.200dt
|
Société SELI. 08 Rue Chedhly Kallela,
Etage01 Boumhel Tunisie 2097.
https://seli.tn/page1
|
REGULATEUR DE TENSION 7805
|
13
|
10.400dt
|
Société SELI. 08 Rue Chedhly Kallela,
Etage01 Boumhel Tunisie 2097.
https://seli.tn/page1
|
REGULATEUR DE TENSION 7812
|
1
|
1.000dt
|
|
RÉGULATEUR DE TENSION 7824
|
1
|
0.800dt
|
|
PC817C
|
26
|
13.000dt
|
|
RESISTANCES 10Kohm
|
24
|
12.000dt
|
|
RESISTANCES 300ohm
|
24
|
12.000dt
|
Société SELI. 08 Rue Chedhly Kallela,
Etage01 Boumhel Tunisie 2097.
https://seli.tn/page1
|
CONDENSATEUR 1000uF
|
3
|
2.700dt
|
|
CONDENSATEUR 2200uF
|
3
|
5.400dt
|
|
CONDENSATEUR 100Uf
|
12
|
2.400dt
|
|
CONDENSATEUR 1Uf
|
12
|
1.800dt
|
2B Trading IMM ELMOEZ B4 SAHLOUL1 4054 SOUSSE
Tunisie
https://2betrading.com/
|
CONNECTEUR RJ45 FEMELLE
|
10
|
12.000DT
|
2B Trading IMM ELMOEZ B4 SAHLOUL1 4054 SOUSSE
Tunisie
https://2betrading.com/
|
TRANSISTOR
|
6
|
10.000dt
|
|
Coût totale (avec les circuits imprimé)
|
|
475.700dt
|
|
IV. Conclusion
L'analyse fonctionnelle nous permet de caractériser les
fonctions offertes par notre projet ce qui nous facilite le choix des
composantes ainsi que la conception qui nous permet de déterminer le
besoin de matière première et donner une estimation du coût
total.
Chapitres 4 : Conception et
programmation
Dans ce chapitre, nous consacrons ce chapitre à la
conception et la phase simulation de notre automate programmable.
I. Choix des composants
électroniques
1. Choix de la carte
Carte de développement
|
Caractéristiques
|
Raspberry Pi 3 Model B+
|
-Processeur intégré Quad-Core ARM Cortex-A53
1.2GHz
-HDMI, 4x USB, RJ45, jack 3.5 mm,
-Wifi b/g/n et Bluetooth 4.1
-Le Raspberry Pi 3 est un micro-PC.
-Prix : environ 200dt
|
Arduino Mega
|
-Microprocesseur: ATmega2560 16MHz
-Mémoire flash : 256kB
-Mémoire EEPROM : 4kB
-54 broches d'E/S dont 15 PWM
-16 entrées analogiques
- Prix : environ 145dt
|
Afin d'avoir un système autonome et précis, il
nous faut une carte de développement. Plusieurs choix sont disponibles
sur le marché. On va les comparer afin de faire le bon choix. On va se
limiter dans notre comparaison à 2 cartes, celles que nous
maîtrisons.
Le choix de la carte Arduino à utiliser dans ce projet
est fait selon une comparaison au niveau des prix, nombre E/S, fréquence
d'horloge et la mémoire.
La carte Arduino Méga comporte le plus grand nombre de
broches et une large mémoire vive.
Le projet consiste plus de 32 broches d'E/S extensible, une
grande mémoire Flash car ils possèdent plusieurs actionneurs et
préactionneurs, aussi la carte doit avoir un processeur qui supporte une
des grandes tâches.
Pour cela la carte Arduino Méga 2560 est la plus
concernée par ce projet au niveau du budget, E/S et surtout la
mémoire vive.
Figure 20: La carte Arduino
Méga 2560
II. Schéma
synoptique du système
Pour concevoir cet automate, nous proposons d'abord d'exposer
le schéma synoptique général du système, ensuite
nous détaillerons les différents blocs constituant le dispositif.
Le système proposé est construit autour d'une
carte Arduino Méga. Il est constitué de plusieurs modules
d'entrées sorties avec une alimentation générale du
dispositif. Maintenant nous nous consacrons à la conception et la phase
simulation de notre automate programmable.
Figure 21: Schéma
synoptique de système
1. Principe de fonctionnement
su système
Le système que nous proposons est un automate
programmable dont son principe de fonctionnement repose sur la CPU
conçue à base de la carte Arduino Méga.
L'automate reçoit des données par ses
entrées (analogiques/numériques), à travers les modules
d'entrées élaborés, celles-ci sont ensuite traitées
par un programme défini installé à l'aide d'un PC. Le
résultat obtenu après traitement sera délivré par
ses sorties à travers les différents modules de sortie
conçus.
III. Etude et conception des différents modules de
l'automate
Après les généralités sur les API
et l'étude de la carte Arduino Méga, dans les derniers chapitres,
nous consacrons à déterminer les différents modules
à concevoir. Ces derniers sont les suivants :
· Module Alimentation.
· Module CPU. (il comporte les entrées
analogiques directement)
· Module d'entrée numérique.
· Module de sortie à transistor.
· Module de sortie à relais.
1. Le module d'alimentation
Cette alimentation doit permettre de fournir l'énergie
nécessaire au bon fonctionnement de la CPU, ainsi qu'aux autres modules
constituant le dispositif. L'alimentation fournira trois tensions continues de
24V, 12V et 5V cela à partir du transformateur 220V.
Figure 22: Schéma de
conception de module d'alimentation
Figure 23:Schéma PCB de module
d'alimentation
2. Le module CPU
Le module CPU va contenir la carte Arduino qui est l'organe
essentiel de notre API, et lui permettra de communiquer avec les autres modules
par le biais de connexion filaire (câble RJ45). Il servira aussi
l'interface d'entrées/sorties pour les entrées analogiques et les
sorties PWM. Ceci est illustré par la figure ci-dessous :
Figure 24: Schéma de
conception du module de l'Arduino (CPU)
3. Module
d'entrée
Il sera composé de 12 entrées, ce module servira
à convertir les tensions fournies par les capteurs présents sur
la machine (tel que les boutons poussoirs et les capteurs de fin de course)
vers la tension supportée par la CPU, donc convertir du 24V en 5V. Pour
cela, nous avons utilisé un régulateur LM7805 et un photocoupleur
PC817 qui permettra d'assurer l'isolation galvanique, entre la puissance et la
commande.
Figure 25: Module
d'entrées
Figure 26:Schéma PCB
de module d'entrée
4. Module de sortie à
transistor
Le module de sortie est en réalité un
amplificateur qui permet de délivrer (24V ,8A) à partir du (5V,
20mA) généré par les sorties de l'Arduino. Et ce, en
utilisant un transistor de puissance de référence « IRF1010N
». Tout le circuit est protégé par un photocoupleur de
même référence que le module d'entrée. Ce module
sera composé de 6 sorties.
Figure 27: Module de sortie
à transistor
Figure 28:Schéma PCB
de module de sortie à transistor
5. Module de sortie à
relais :
Ce dernier module comporte 6 relais (SPDT).
Ces organes électromécaniques permettent de
dissocier la partie puissance de la partie commande. Elle permet l'ouverture
et la fermeture d'un circuit électrique par un second
circuit complètement isolé. Ces commandes s'effectuent en
recevant des impulsions provenant de la carte Arduino en
passant par le circuit d'isolation galvanique PC817.
Figure 29: Module sortie
à relais
Figure 30:Schéma PCB
de module de sortie à relais
IV. Principe
de fonctionnement de l'automate
On va définir les étapes à suivre pour
atteindre à la fin l'automatisation.
Lampe =1
Lum <40%
LED =1
Mvt >1
Ventilateur =0
Pompe =0
Fin
Servo =0
Début
Lire les valeurs données par les capteurs
Lampe =0
Afficher les résultats
Temp >24°
LED =0
Ventilateur =1
Servo =180°
Hum >55%
Figure 31: Algoigramme de
programmation
Pompe =1
Hum sol >15%
V. Concrétisation de notre
projet
Une fois les plaques sont prêtes, on passe à la
partie d'implantation et le soudage des composants.
1. Module
d'entrée
Le module d'entrée est constitué des composants
suivants :
· Régulateurs LM7805.
· Photocoupleurs PC817.
· Condensateur 100uf, 1uf.
· Résistances 10K?, 300?.
· Diode LED bleu.
· Prises RJ45.
· Borniers à vis.
Figure 32: Photo de module
d'entrée
2. Module de sortie à
transistor
Les composants constituant ce module sont les
suivants :
· Transistor de puissance IRF1010N.
· Photocoupleurs PC817.
· Résistances 10K?, 300?.
· Diode LED.
· Prises RJ45.
· Borniers à vis.
Figure 33: Photo de module
de sortie à transistor
3. Module de sortie à
relais
Les composants constituants la carte relais sont les
suivants :
· Relais de type SPDT.
· Photocoupleurs PC817.
· Des diodes zeners.
· Résistances 10K?, 300?.
· Diode LED.
· Borniers à vis.
Figure 34: Photo du module
de sortie à rlais
VI. Tableau
comparatif
Dans le tableau suivant, on fait une comparaison entre notre
automate qu'on a réalisé et l'API S7-300 de siemens :
Tableau 5: Tableau comparatif
|
Siemens S7-300
|
Notre API
|
Fréquence d'horloge
|
1 MHz
|
16 MHz
|
RAM
|
Optionnelle (de 8Kbit à 2 Mo)
Non extensible
|
8 Kbit extensible
|
Mémoire
|
Carte mémoire
|
256 Kbit extensible
|
EEPROM
|
20 Ko
|
4 Kbit extensible
|
Tension de fonctionnement de la CPU
|
20.4v à 28.8v DC
|
7v à 12v DC
|
Logiciel de Programmation
|
Step 7
|
-Arduino IDE
-plusieurs autres logiciels
|
Nombre d'entrées
|
Dépend du module
|
-16 entrées analogiques
-12 entrées numériques
Extensible
|
Nombre de sorties
|
Dépend du module
|
-6 sorties relais
-6 sorties transistor
|
Signal d'entrée
|
Une seule tension qui dépend du type de module.
|
-De 5v à 24v DC
|
Signal de sortie
|
Une seule tension qui dépend du type de module.
|
-De 0v à 120v DC
-De 0v à 220v AC
|
VII. Les logiciels utilisées
1. Proteus 8
Proteus est un outil qui permet de dessiner des schémas
électroniques, de les simuler et de réaliser le circuit
imprimé correspondant. Ce logiciel comprend deux principaux modules ISIS
et ARES.
1.1. ISIS
Connu comme éditeur de schémas
électriques, ISIS de Proteus 8 simule ces derniers, pour déceler
les erreurs des différentes étapes de conception. Les circuits
électriques conçus grâce à ce logiciel peuvent
être utilisés dans des documentations car ce dernier permet
d'enregistrer les circuits sur différents formats graphiques.
1.2. ARES
Le module ARES est un outil d'édition et de routage qui
permet de réaliser le PCB de la carte à partir d'un circuit
réalisé sur ISIS.
2. Arduino IDE
L'IDE d'Arduino est un environnement de développement
intégré, Arduino IDE contient un éditeur de texte pour
écrire du code, une zone de message, une console de texte, une barre
d'outils avec des boutons pour les fonctions communes et une série de
menus. Il se connecte les cartes Arduino pour télécharger
des programmes et communiquer avec eux.
VIII. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons présenté les
détailles d'implémentation de notre système. Nous avons
commencé par donner une vision globale du système afin que le
lecteur puisse en créer une première image sur notre
système. Ensuite La partie physique de perception et actionnement de
notre système s'est présenté également en
détaille et avec son schéma de raccordement incluant tous les
composants. Et finalement nous avons cité les outils, environnement et
langages de programmation.
IX. Conclusion
générale
Durant la période de stage SFE, nous avons
rencontré plusieurs problèmes au niveau de la conception de notre
projet, mais grâce à ce que nous avons appris durant nos
études et grâce à l'assistance de nos encadrants, nous
avons réussi à surmonter ces difficultés.
Ce projet illustre plusieurs recherches et études. On a
essayé de travailler d'une façon méthodologique. Une
grande partie a été dédiée pour le brainstorming.
Puis, Pour garantir le bon fonctionnement de l'idée, il faut passer par
des méthodes logiques de modélisation ; c'est la première
étape vers la concrétisation de l'idée. En deuxième
lieu, On a fait un choix de matériels, basé sur la comparaison
des différents objets disponibles sur le marché. Ensuite, on est
passé à la conception, à l'aide du logiciel « Proteus
8 », on a donné un aspect général sur le prototype
envisagé. Maintenant, c'est la partie software qui prend lieu, la
programmation en utilisant « Arduino IDE » pour le traitement des
différents modules et fonctions et le test. Ce projet nous permet de
toucher différents domaines ; l'embarqué et la programmation, le
traitement des signaux, l'électronique, et la conception. Ces domaines
font partie de notre formation et forment une collecte de tout ce qu'on a vu,
tout au long des cinq semestres à l'ISET Djerba.
Enfin, notre projet reste au stade du prototype, mais lors de
son utilisation dans l'industrie il peut prendre d'autres formes, tout en
respectant le principe qui est fondamentale. Aussi, non seulement dans
l'industrie.
Perspective
Comme tous projets électroniques notre API à
base de la carte Arduino peut être développée et nous
savons que de nos jours l'électronique se développe très
rapidement. Parmi les points qu'on peut les améliorer est de changer un
CPU plus puissant, des boitiers étanche comportant les modules
d'entrées et de sorties pour le bon fonctionnement et l'utilisation dans
d'autre domaines, la création une base de données pour conserver
les meilleurs résultats de tous les paramètres climatiques et les
comparer pour une meilleure production et les connecté avec une
plateforme sur internet ou application mobile qui nous permet de consulter
notre base de données à tout moment et d'une façon plus
rapide.
X. Bibliographie
https://maferme.ma/serre-intelligente-maroc/
[1]
https://maferme.ma/ferme-intelligente-et-agritourisme/operations/serre-agricole-intelligente/
[2]
https://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-automates-programmables-industriels-API.htm
[3]
http://automation.canalblog.com/archives/2008/02/07/7861388.html
[4]
https://link4controls.com/outdoor-greenhouse/
[5]
https://www.elprocus.com/different-types-of-arduino-boards/
[6]
https://sti2d.ecolelamache.org/iii_raspberry_pi.html
[7]
https://fr.farnell.com/stmicroelectronics/l7805cv/regulateur-5-0v-7805-to-220-3/dp/9756078
[8]
https://fr.farnell.com/infineon/irf1010npbf/transistor-mosfet-canal-n-to-220/dp/8647976
[9]
https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/le-relais-principe-de-fonctionnement
[10]
https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/l-optocoupleur-principe-de-fonctionnement
[11]
XI. Annexes
XII. Annexes 1:
Fiche technique du capteur d'humidité et température DHT22
XIII. Annexes 2: Fiche technique du capteur humidité
de sol
XIV. Annexes 3:
Fiche technique du capteur de luminosité LDR
XV. Annexes 4: Fiche technique du
capteur de mouvement PIR
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