Etude et mise en place d'un systeme temps reel de surveillance de l'état de santé et localisation des animaux

OCTOBRE 2021

ECOLE SUPERIEURE D'INFORMATIQUE SALAMA République Démocratique du Congo

Province du haut-Katanga

Lubumbashi

www.esisalama.org

ETUDE ET MISE EN PLACE D'UN SYSTEME TEMPS REEL DE
SURVEILLANCE DE L'ETAT DE SANTE ET DE LOCALISATION DES

ANIMAUX

«Cas de la Ferme Espoir-Lubumbashi »

Travail présenté et défendu en vue de l'obtention du diplôme d'Ingénieur technicien en informatique dans la filière de réseaux et télécommunications

Par ADIDAS MBARUSHIMANA Daniel

Option : Réseaux et télécommunications

ECOLE SUPERIEURE D'INFORMATIQUE SALAMA République Démocratique du Congo

Province du haut-Katanga

Lubumbashi

www.esisalama.org

ETUDE ET MISE EN PLACE D'UN SYSTEME TEMPS REEL DE
SURVEILLANCE DE L'ETAT DE SANTE ET DE LOCALISATION DES

ANIMAUX

«Cas de la Ferme Espoir-Lubumbashi »

Travail présenté et défendu en vue de l'obtention du diplôme d'Ingénieur technicien en informatique dans la filière de réseaux et télécommunications

Par ADIDAS MBARUSHIMANA Daniel

Option : Réseaux et télécommunications Directeur : Mr. Papy MUKANDA

Co-directeur : Mr. Jean-Marc TSHIVUADI

OCTOBRE 2021

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EPIGRAPHE

« Les espèces qui survivent ne sont pas les espèces les plus fortes, ni les plus intelligentes, mais celles qui s'adaptent le mieux aux changements.»

Charles DARWIN.

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IN MEMORIAM

A mes très chers parents Papa MBARUSHIMANA Alphonse Kashama et Maman KABUO Ngolo Esperance, vos yeux sont aujourd'hui incapables de lire ces quelques pages rédigées par votre garçons et vos oreilles sourdes sont incapables d'entendre mon cri de joie à la fin de mes études de cycle de graduat, alors que ce qui serait à l'honneur car je suis le fruit de votre amour infini.

Vous nous avez quittés très tôt pour le sommeil éternel au moment que vous n'avez pas encore goutté le fruit de vos efforts engagé pendant cette ligue scientifique.

Vous nous manquerez à jamais dans notre vie car vous êtes toujours gravé au fond de nos coeurs : sincère, gratitude à vous.

Que vos âmes reposent en paix.

Page | III

DEDICACE

Je dédie ce travail à ma famille, elle qui m'a doté d'une éducation digne, son amour a fait de moi ce que je suis aujourd'hui :

Particulièrement à mon très cher et aimable oncle paternel BUTSHIKE Raphael et son épouse UMUHIRE Rebecca pour le conseil et le soutien apporté durant ma vie estudiantine constituent pour moi une valeur inestimable.

A toi ma tante Goreth NSENGA et son époux Robert MANDE NSENGA ceci est ma profonde gratitude pour votre éternel amour, que ce travail soit le meilleur cadeau que je puisse vous offrir.

A tous mes frères et soeurs qui m'avez toujours soutenu et encouragé durant ces années d'études.

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REMERCIEMENT

La réalisation de ce travail n'est pas l'expression des efforts et connaissances personnels mais le fruit de l'aide de Dieu et de plusieurs personnes.

De prime abord, Je remercie le Dieu tout puissant, créateur du ciel et de la terre, maitre de temps et de circonstances pour l'intelligence et pour le souffle de vie et le courage qu'il ne cesse de renouveler en nous.

Nos remerciement s'adressent aussi aux personnes suivantes par leur dévouement et leur soutient dans la concrétisation de ce travail :

? Mr. Papy MUKANDA pour ses conseils bien éclairés, sa patience, sa discipline ainsi que pour la confiance qu il nous a accordée dès le début et tout au long de plusieurs mois de rédaction de ce travail.

? Mr. Jean-Marc TSHIVUADJI qui malgré ses charges horaires et ses multiples occupations a bien voulu rendre disponible son temps pour la codirection de notre travail.

Ces lignes sont pour nous la traduction de notre immense redevance et remerciement.

Nous remercions également l'Ecole Supérieure d'Informatique Salama pour la formation reçue et plus particulièrement le Directeur General Mr. Jacquie MPUNGU.

Nous remercions notre précieux oncle ; BUTSHIKE Raphael pour son soutien moral et ses conseils.

Nous remercions les frères, tantes, oncles et famille : ISHARA Grace, Elias NTAWURUHUNGA, RUHATO Arcel, RUHATO Paulin, Trésor MOTAPA, famille NGITA pour les encouragements.

Nous remercions enfin nos amis et collègues qui ont contribuées pour la réalisation de notre travail : Ivan KAMWIKALEBWE, MWAMBA Christian, KABWIK Pascal, KYUNGU Philippe, LUBAMBULA Bob.

Que tous ceux dont nous n'avons pas fait une mention explicite, veuillez ne pas nous tenir rigueur.

ADIDAS MBARUSHIMANA Daniel

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LISTE DES FIGURES

Figure 1. 3 Etape de l'évolution d'une maladie 11

Figure 1.4 Suivi sanitaire périodique[8] 12

Figure 1.5 Etiquette d'oreille[9] 12

Figure 1.6 Suivi de déplacement[10] 13

Figure 2.1 schéma synoptique du système 17

Figure 2.2 Diagramme de cas d'utilisation du système 18

Figure 2.3 Diagramme de séquence du système 19

Figure 2.4 Fonctionnement d'un capteur 21

Figure 2.5 Carte Arduino Uno[19] 23

Tableau 2.1 Caractéristique technique de la carte arduino 25

Figure 2.6 Raspberry pi modèle B[24] 25

Tableau 1.2 Caractéristiques technique de la carte Raspberry pi 27

Tableau 2 .3 Comparaison entre LoRa,Zigbee et WiFi 29

Figure 2.6 Architecture de la connectivité IOT avec ThingSpeak[32] 31

Figure 2.7 Capteur de température LM35[34] 31

Figure 2.8 Capteur de pulsation cardiaque KY-039[37] 33

Figure 2.9 Capteur GPS NEO-6M[38] 33

Figure 2.10 Calcul de distance GPS 34

Figure 3.1 Première étape pour l'installation de Arduino 38

Figure 3.2 Installation pilotes USB arduino 38

Figure 3.3 Interface de l'IDE Arduino 39

Figure 3.4 Configuration arduino 39

Figure 3.5 Interface de Proteus 40

Figure 3.5 Eléments du système 41

Figure 3.6 Nomination des câbles 41

Tableau 3.2 Evaluation des installations et configurations 41

Tableau 3.2 Evaluations des prix matériels 42

Figure 3.10 Tableau de bord 45

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.2 Caractéristiques technique de la carte Raspberry pi 27

Tableau 2 .3 Comparaison entre LoRa,Zigbee et WiFi 29

Tableau 3.2 Evaluation des installations et configurations 41

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LISTE DES ACRONYMES

· GPS : Global Positionnement Système

· USART : Universal Synchronous /Asynchronous Receiver /Transmitte

· NMEA : National Marine Electronics Association

· MHz : Mégahertz

· IDE Integrated Development Environment

· FPU : Floating-Point Unit

· Wi-Fi : Wireless Fidelity

· IrDA : Infrared Data Association

· IDE : Integrated Developpement Environement

· °C : degré Celsius

· BPM : Battement Par Minute

· RFID Radio Frequency IDentification

· A/N : Analogique Numérique

· CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor

· MOS : Metal-Oxide -Silicon

· UAL : Unité Arithmétique et Logique

· RAM : Randon Access Memory

· ROM : Read Only Memory

· EEPROM : Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

· V : Volt

· UVPROM : Ultra-Violet Programmable Read Only Memory

· USB : Universal Serial Bus

· SD : Secure Digital

· KB : KiloByte

· SRAM : Static Random Access Memory

· SDRAM : Synchronous Dynamic Random Access Memory

· E/S : Entre / Sortie

· PWM : Pulse Width Modulation

· API : Application Programming Interface

· PAL : Phase Alternative Line

· NTSC : National Television System Committee

· HDMI : Hight Definition Multimedia Interface

· SDHC Secure Digital High Capacity

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TABLE DE MATIERES

EPIGRAPHE I

IN MEMORIAM II

DEDICACE III

REMERCIEMENT IV

LISTE DES FIGURES V

LISTE DES TABLEAUX VI

LISTE DES ACRONYMES VII

TABLE DE MATIERES VIII

AVANT PROPOS XI

CHAPITRE 0 : INTRODUCTION GENERALE 1

0.0 Aperçu générale 1

0.1 Problématique 1

0.2 Hypothèse 2

0.3 Choix et intérêt du sujet 2

0.4 Méthodologie (méthodes et techniques) 3

0.4.1 Méthode de recherche 3

0.4.2 Technique de recherche 3

0.5 Etat de l'art 4

0.6 Délimitation du travail 4

0.7 Subdivision du travail 5

0.8 Outils logiciels et équipement utilises 5

0.8.1 Logiciels 5

0.8.2 Equipements 6
CHAPITRE 1 : ETUDE DE L'EXISTANT ET SPECIFICATION DES BESOINS 7

1.1 Introduction partielle 7

1.2 Présentation de la ferme ESPOIR 7

1.2.1 Aperçu générale et but 7

1.2.2 Situation géographique de la ferme Espoir 8

1.2.3 Climat 8

1.2.4 But principale 8

1.3 Etude de l'existant 9

1.3.1 Quelques notions sur la santé et sécurité de l'animal 9

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1.3.1.1 Santé et bien être 9

1.3.1.2 Cause principale de la maladie 9

1.3.1.3 Étape de l'infection de la maladie 11

2.5.2 Les méthodes utilisées pour minimiser l'incidence des maladies et pertes

d'animaux 11

1.4 Critique de l'existant 13

1.5 Identification des besoins 13

2.5.1 Les besoins fonctionnels 13

2.5.2 Les besoins non fonctionnels 14

1.6 Analyse des contraintes 14

1.7 Conclusion partielle 14

CHAPITRE 2 ETUDE ET CONCEPTION DU SYSTEME 16

2.1 Introduction partielle 16

2.2 Solutions par rapports aux besoins 16

2.3 Bref aperçu sur le système embarqué 16

2.4 Conception de la structure générale 17

2.4.1 Présentation des différents blocs du système 17

2.5 Modélisation du système 18

2.5.1 Diagramme de cas d'utilisation du système 18

2.5.2 Diagramme de séquence 18

2.6 Conception logique détaillé 19

2.6.1 Unité de traitement 19

2.6.2 L'alimentation 20

2.6.3 Unité de contrôle 21

2.6.3.1 Notions préliminaire 21

2.6.3.2 Nature de l'information que peut fournir un capteur 22

2.6.3.3 Caractéristique des capteurs 22

2.6.3.4 Classifications des capteurs 22

2.7 Conception physique 22

2.7.1 La carte arduino 23

2.7.2 Le Raspberry pi 25

2.7.3 Banana Pi 27

2.7.4 Technologie de transmission 28

2.7.5 Serveur d'application 29

Page | X

2.7.6 Etude et Présentations des capteurs 31

2.8 Solution retenue pour le choix du matériel et logiciel 35

2.5 Conclusion partiel 36

CHAPITRE 3 : IMPLEMENTATION ET MATERIALISATION DE LA

SOLUTION 37

3.1 Introduction partielle 37

3.2 Vérifications des prérequis 37

3.3 Procédure d'installation 37

3.3.1 Installation de l'IDE arduino 37

3.3.2 Installation automatique des bibliothèques 39

3.3.3 Installation de Proteus 40

3.3.4 Procédure de configuration 40

3.4 Mise en place du système et assemblage 41

2.5 Evaluation des durées des mises en places 41

2.6 Evaluation du cout du système 42

2.7 Test de configuration 42

2.8 Evaluation des besoins 45

2.9 Conclusion partielle 46

CONCLUSION GENERALE 47

Perspectives d'avenir 47

ANNEXES 48

REFERENCES 52

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AVANT PROPOS

L'Ecole Supérieur d'informatique Salama (E.S.I.S en sigle) organise une défense d'un projet à la fin du premier cycle du cursus académique sous l'ordre du ministère de l'enseignement supérieur et universitaire de notre pays la République Démocratique du Congo. Ce projet est un concours de différentes connaissances acquises, qui sur base d'un problème nous parvenons à donner une solution qui peut toutefois améliorer avec le temps vu l'évolution de la technologie.

C'est dans le même ordre que nous, étudiant de troisième graduat réseau et télécommunication avons choisi de défendre sur un projet qui s'intitule : « ETUDE ET MISE EN PLACE D'UN SYSTEME TEMPS REEL DE SURVEILLANCE DE L'ETAT SANITAIRE ET LOCALIASTION DES ANIMAUX ».

Le but de ce travail que nous avons choisi est de permettre aux vétérinaires et éleveurs d'animaux de savoir le plus tôt possible l'état de santé de leur animal lorsque ce dernier commence à présenter quelques anomalies liées à la santé et faire un suivi de déplacement à distance via un moniteur.

Pour ce travail de fin d'étude, nous détaillons notre solution de sa conception jusqu' à la réalisation du résultat finale.

Enfin, il est important de noter que l'aboutissement de ce projet est le fruit de multiples efforts conjugués avec notre directeur, co-directeur, nos enseignants, vétérinaire et collègues sans oublier des travaux élaborés par nos prédécesseurs. Notons que nous n'avons pas la prétention d'inventer mais juste d'appliquer nos capacités d'analyse et de synthèse par rapport à l'existant.

INTRODUCTION GENERALE Page | 1

¹ Lubumbashi : Ville, Chef-lieu de la province du Haut-Katanga en République Démocratique du Congo.

CHAPITRE 0 : INTRODUCTION GENERALE

0.0 Aperçu générale

Dans la ville de Lubumbashi¹ et comme partout dans le monde, L'animal une importance capitale surtout dans la ferme d'élevage et plus précisément dans nos maisons et nos parcelles, celui-ci joue plusieurs rôles selon l'environnement notamment : un compagnon, un confident pour les enfants, sécuriser la famille pour ne pas dire de gardiennage, ainsi que d'autres rôles que nous n'avons pas voulus cités dans ce travail. Au contraire de l'être humain, l'animal lui a ses façons de communiquer pour exprimer ce qu'il ressent.

Il est parfois difficile de communiquer avec l'animal pour savoir ce qu'il a comme pathologie pour ne pas dire maladie ou ce qu'il avait comme pathologie surtout lorsque cette dernière s'agit de la parvovirose qui est une maladie infectieuse très contagieuse causée par un virus appelé parvovirus, nous aurons à développer le signe clinique principal de cette maladie qui est souvent la fièvre dans la suite de notre travail nous allons développer cette situation.

Ainsi, le but de ce travail est de permettre aux vétérinaires et éleveurs d'animaux de savoir le plus tôt possible l'état sanitaire de leur animal lorsque ce dernier commence à présenter quelques anomalies liées à la santé et faire un suivi de déplacement. C'est ainsi que nous avons donnés pour sujet ce travail : « Etude et mise en place d'un système temps réel de surveillance de l'état de santé et de localisation des animaux. »

0.1 Problématique

Dans le cadre de l'élevage des animaux en général, on enregistre un nombre important de mortalité et perte par manque de suivi en temps réel.

Partant de nos recherches détaillées. Nous avons constaté à la ferme Espoir de Lubumbashi une perte des espèces et une mauvaise gestion de suivi sanitaire des animaux, celle-ci entraîne quelques défaillances entre autres la contamination de maladie ; la mort subite, la disparition d'espèces etc.

La maladie dont il est question a pour symptôme principale la fièvre. cette dernière induit une température supérieure à la normale ainsi qu'une augmentation de la fréquence respiratoire de l'animal.

Pendant la saison des pluies, les responsables de la ferme sont obligés de renforcer un grand nombre des personnels (des fermiers) pour essayer de pallier ces problèmes, ce qui a pour répercussion l'augmentation du coût.

INTRODUCTION GENERALE Page | 2

Afin de remédier à ce problème, nous nous sommes posé une question importante qui nous permettra de résoudre notre problème.

? Quels mécanismes ou procédés pouvons-nous mettre en place pour le suivi médical et de déplacements des animaux ?

0.2 Hypothèse

Pour éviter les défaillances citées dans notre problématique, nous allons mettre en place un système informatique composé d'un microcontrôleur, traceur GPS et des capteurs dans le but de veiller à la santé et déplacement des espèces en temps réel.

Pour la mise en place de ce système, le prélèvement de la température sera faite grâce au capteur de température corporelle ce qui permettra d'avoir la température de l'animale au moment opportun ou en temps réel.

Pour ce qui concerne la crise cardiovasculaire, un capteur de pulsation cardiaque nous permettra de mesurer en temps réel les battements du coeur de l'animal. Notons que les capteurs seront placés à des endroits stratégiques autour du corps des animaux.

Ces informations ainsi recueillies pourront être à la disposition du superviseur de la ferme via des indicateurs sur un moniteur.

0.3 Choix et intérêt du sujet

Le choix a été porté sur le présent sujet en raison des intérêts qu'il nous porte personnellement mais aussi qu'il a sur la société, voici quelques choix et intérêt :

? Choix du sujet

Dans le souci d'éloigner les dépenses, la mort, acquisition des agents pathogènes et pleins d'autres problèmes qui cadrent avec la santé de l'animal; c'est pour cela que nous avons choisi ce sujet pour lutter contre l'aggravement d'une maladie chez le chien et tous ceux dont nous avons énuméré au début dans cette partie. Voilà pourquoi notre travail apporte une solution au problème de suivi sanitaire et pertes des animaux que connaissent différentes organisations d'élevages dans notre ville de LUBUMBASHI.

? Intérêt du sujet

Ce travail n'est pas rédigé seulement dans l'optique d'obtention de notre diplôme de fin de cycle, mais pour faciliter les vétérinaires, éleveurs ou les sociétés d'élevages a connaitre la situation sanitaire de chaque animal sans pour autant demander plus de détail.

INTRODUCTION GENERALE Page | 3

0.4 Méthodologie (méthodes et techniques) 0.4.1 Méthode de recherche

· Méthode Top down : Le démarrage de tout projet est toujours conditionné par un cahier des charges qui décrit un problème auquel il faut apporter une solution. La solution n'est atteinte qu'à partir du moment où elle est définie dans ses moindres détails. Il est donc nécessaire de partir des contraintes globales du projet et d'évoluer progressivement vers le détail. La construction descendante (Top Down Design) partira de l'ensemble pour arriver aux composants.

L'approche descendante est une méthodologie qui commence au plus haut niveau d'un concept de design et se dirige vers le plus bas niveau. Elle permet de délimiter et d'élaborer rapidement le projet et de le couper en sous-parties aisément manipulables. Elle aide donc d'avoir une vue globale du projet final et de donner une estimation rapide, bien qu'approximative, de sa complexité et de son coût.

Cette méthode de conception nous a permis dans ce présent travail, d'atteindre notre but partant d'une démarche.[1], [2]

· Méthode analytique : cette méthode consiste à faire une étude sur les différentes parties d'un tout, expliquer et déterminer les relations qu'elles entretiennent. Cette méthode nous aidera aussi pour la rédaction de notre travail.

0.4.2 Technique de recherche

Nous avons utilisé quelques techniques pour effectuer notre travail, dont nous avons : la technique de documentation, la technique d'interview et la technique d'observation et enfin la technique de simulation.

· La technique de documentation : nous a permis de récolter les informations à travers des documents différents afin de déterminer les points nécessaires dont il est question dans ce travail ;

· La technique d'interview : nous a permis d'interroger plusieurs catégories de personnes plus particulièrement ceux du domaine (vétérinaire, étudiant en médecine vétérinaire de l'Université de Lubumbashi, les professeurs et les étudiants de l'école supérieurs d'informatique Salama) qui cadre avec ce travail pour avoir une vue conceptuelle ;

· La technique d'observation : nous a permis d'analyser la situation de l'animal en question ainsi que son traitement pour enfin ressortir quelques propositions d'hypothèses.

· Technique de simulation : cette technique nous aide à utiliser les logiciels de validation temporelle ainsi que de logiciels de simulation assisté par ordinateur.

INTRODUCTION GENERALE Page | 4

0.5 Etat de l'art

Nous ne pouvons pas dire que nous sommes les premiers à traiter ce genre de sujet vu que la science évolue du jour au jour. Pour arriver à élaborer ce travail nous avons parcouru les travaux de ceux qui nous ont précédés scientifiquement en lisant :

Le travail de l'Ingénieur KILEPA Arcel. « ETUDE DE LA MISE EN PLACE D'UN SYSTEME RFID POUR LA GESTION DES ANIMAUX CAS DU ZOO DE LUBUMBASHI » Année académique 2015-2016.

La différence entre son travail et le nôtre est que le travail de l'Ingénieur KILEPA Arcel parle de la géolocalisation et suivi de déplacements des animaux une fois que l'animal quitte sa zone et ce par rapport aux cellules qu'il a rayonné dans le réseau qu'on saura que l'animal est à l'extérieur à partir d'une cellule.

Pour ce qui concerne notre travail, nous parlons du suivi de l'état sanitaire de l'animal dans une ferme et nous y intégrons en améliorant une petite partie du travail l'Ingénieur KILEPA qui est la géolocalisation.

Dans ce cas notre système aura pour rôle de faciliter le contrôle de l'état de santé de l'animal et suivre le déplacement de celui-ci en temps réel, en envoyant la notification au superviseur de l'animal à partir d'un système de monitoring.

Le travail de l'Ingénieur KYUNGU NGOIE Philippe «MISE EN PLACE D'UN SYSTÈME PERMETTANT D'AMELIORER LA PRODUCTION DE POULETS DE CHAIR » « Cas d'un poulailler industriel » il parle du contrôle des éléments indispensables à la production de poulet de chair, tels que la température extérieur ou du milieu, taux d'humidité litière ainsi que l'approvisionnement en eau. Les données peuvent être récupérées à distance via un serveur mqtt (Internet des objets).

Quant à notre travail il s'agit d'un système temps réel de surveillance des éléments clés liée à la santé de l'animal tels que le rythme cardiaque et la température corporelle de ce dernier tout en le localisant avec système de géolocalisation.

Ces éléments âpres avoir été collectés à distance via un serveur ThingSpeak vont être visualisés sous forme des valeurs bien précises.

0.6 Délimitation du travail

Etant donné qu'un travail ne peut pas répondre à toutes les préoccupations de la société ou satisfaire à tous les besoins des utilisateurs. C'est ainsi qu'afin de mener à bon

escient notre étude, nous la délimiterons dans le temps et dans l'espace.

INTRODUCTION GENERALE Page | 5

? Dans l'espace: nous avons mené nos recherches sur la mise en place d'un système temps réel de suivi sanitaire de l'animale comme cas d'application nous avons pris la ferme ESPOIR de Lubumbashi ;

? Dans le temps : vu que tout projet doit avoir une limitation dans le temps, c'est pourquoi notre travail s'étendra sur la période qui va de 2020 à 2021, période où les données passent de la conception de l'étude a sa réalisation.

0.7 Subdivision du travail

En excluant l'introduction et la conclusion générale, notre travail vas comporter trois chapitres dont :

Le premier chapitre : « ETUDE DE L'EXISTANT ET SPECIFICATION DES BESOINS ». Dans ce chapitre il sera question pour nous de parler du système de suivi sanitaire de l'animal qui existe à travers le ferme d'élevage de la ville de Lubumbashi, donner leurs limites et de donnes aussi les besoins qui nous ont poussés à concevoir le futur système.

Le deuxième chapitre : «ETUDE ET CONCEPTION DU SYSTEME ». Dans ce chapitre il sera question de décrire comment le système devrait être, donner une solution aux besoins soulevés dans le premier chapitre afin de pouvoir choisir la technologie que nous allons utiliser.

Le troisième chapitre : «IMPLEMENTATION ET MATERIALISATION DE LA SOLUTION». Dans ce chapitre nous allons réaliser le système que nous avons conçu.

0.8 Outils logiciels et équipement utilises 0.8.1 Logiciels

Pour la réalisation de notre travail, différents logiciels nous ont été utiles. Le voici :

- Microsoft Visio ;

- Microsoft Word ;

- Zotero ;

- Microsoft Windows ;

- Fritzing

- Arduino IDE.

- Proteus.

- Google earth

- ThingSpeak

INTRODUCTION GENERALE Page | 6

0.8.2 Equipements

Pour la réalisation de notre système, nous allons utiliser différents équipements. Nous

citons :

- Ordinateur portable

- Téléphone portable ;

- Carte arduino ;

- Capteur de température corporelle ;

- Capteur de pouls (fréquence cardiaque) ;

- Module GPS ;

- Plaque d'essai ;

- Jumper câbles ;

ETUDE D E L'EXISTANT E T SPECIFICATION DES

BESOINS Page |7

CHAPITRE 1 : ETUDE DE L'EXISTANT ET SPECIFICATION DES

BESOINS

1.1 Introduction partielle

Comme nous avons développé les problématiques et les hypothèses, il est important pour nous d'étudier le système que nous désirons déployer.

Notre système détermine ce que l'animal présenterait comme symptômes de maladie et aidera au vétérinaire, propriétaire des fermes d'élevage de ne pas fournir beaucoup d'effort lors du traitement de la maladie aussi leurs permettre de ne pas beaucoup dépenser une somme importante pour donner chaque fois aux vétérinaires parce que la plupart de ce dernier n'accepte pas d'être permanent dans une seule ferme vu qu' il sont beaucoup sollicités a d'autre secteur et cherche toujours à augmenter leurs finances. Quant particulièrement dans l'élevage à domicile et généralement aux fermes de Lubumbashi, ce système aidera à la diminution du taux de mortalité des certains animaux et aux dépenses pour acheter certains remèdes.

Dans cette partie nous allons faire une étude de l'existant puis nous allons voir de quelle façon nous procèderons à la mise en place de notre système selon les besoins et quelques critères de choix logiciels et matériels et quelques notions sur la santé de l'animal.

1.2 Présentation de la ferme ESPOIR 1.2.1 Aperçu générale et but

La ferme EPOIR est Située à pratiquement 12 km de la ville de Lubumbashi sur la route de Kasumbalesa². Il s'agit de la ferme d'un agent de l'État congolais et qui a choisi de prêcher par l'exemple et d'appliquer sur le terrain ce principe prôné de retour à la terre.

La ferme Espoir couvre environs 700 hectares, il produit notamment du maïs et s'est

spécialisé dans l'élevage de plusieurs animaux tels que les porcs, les vaches, les

A noter que la ferme ESPOIR compte plus de 40 000 bêtes (bovins, Ovins, Equidés Porcins et Azides).

autruches, les agneaux, les poulets de chair et plein d'autre, ...[3]

² Ville congolaise située à la frontière avec la Zambie

Le but principale de la ferme espoir est d'assurer l'après- mines en investissant dans l'élevage, la culture et la terre. Ce qui permet de nourrir la population en plus de

ETUDE D E L'EXISTANT E T SPECIFICATION DES

BESOINS Page |8

1.2.2 Situation géographique de la ferme Espoir

La situation géographique de la ferme ESPOIR se présente comme suit :

- L'altitude est une élévation verticale d'un point ou un lieu par rapport au niveau de la mère, la valeur est de 1240 m.

- La latitude est la distance angulaire d'un point de la terre à l'équateur et la ferme espoir est à 11°44'09»Sud ;

- La longitude c'est la distance angulaire a un méridien d'origine vers l'ouest et est à 27°25'23»Est

Figure 1.1 Vue de dessus de la ferme Espoir (Google earth) 1.2.3 Climat

La ferme espoir est couvert par le même climat de la ville de Lubumbashi c'est à dire un climat tropical avec deux saisons qui sont :

- La saison Pluvieuse s'étend du mois de novembre au mois d'avril de l'année suivante, avec une emprise de deux mois de chaleur (septembre et octobre) ;

La saison Sèche se vit à partir du mois d'avril jusqu' au mois de septembre avec une particularité de deux mois secs qui sont juin et juillet.

1.2.4 But principale

ETUDE D E L'EXISTANT E T SPECIFICATION DES

BESOINS Page |9

Etude de l'existant

1.3

fournir des emplois et de positionner la province comme exportatrice auprès des pays voisins notamment. Le but est louable.[4]

1.3.1 Quelques notions sur la santé et sécurité de l'animal

Avant que nous ne puissions étudier les mécanismes utilisés dans la lutte contre l'aggravation des maladies et des pertes d'animaux nous allons commencer par connaître les origines, les causes ainsi que les étapes d'évolution de la maladie.

1.3.1.1 Santé et bien être

Les concepts santé et bien-être qu'il soit appliqué à l'homme ou aux animaux, sont de plus souvent associés.

Le bien-être du bête englobe pas seulement la sante et le bien-être physique de l'animal, mais aussi son bien-être psychologique et la possibilité d'exprimer les comportements importants propres à son espèce. Le bien-être peut être décrit comme satisfaisant si les animaux sont en bonne santé physique et psychologique, se sentent bien et ne souffrent pas, selon les Cinq Libertés. En voici :

- Le bête ne doit pas souffrir d'inconfort c'est à dire l'environnement où reste l'animal doit être de bonne qualité ;

- L'animal ne doit pas souffrir de la soif ou de manque de la nourriture : accès à de l'eau fraîche et à une nourriture adéquate assurant la bonne santé et la vigueur des animaux ;

- Pouvoir exprimer les comportements naturels propres a l'espèce : espace suffisant, environnement approprié aux besoins des animaux, et contact avec d'autres congénères ;

- Ne pas souffrir de douleurs, de blessures ou de maladie: prévention ou diagnostic rapide et traitement ;

- Enfin, Ne pas éprouver de peur ou de détresse: conditions d'élevage et pratiques n'induisant pas de souffrances psychologiques[5].

1.3.1.2 Cause principale de la maladie

Aucun animal n'est à l'abri de la maladie, toute fois nous ne pouvons pas combattre la maladie sans pour autant connaître les causes qui peuvent être à l'origine. Nous identifions les causes de la maladie dans la ferme :

? Hygiènes non respecté

En matière d'élevage, les éleveurs et le personnel de l'industrie consciencieux veillent véritablement à la santé, au bien-être et à la productivité des animaux. Ils savent qu'il est possible de prévenir les maladies. Ils adoptent des pratiques de gestion de la santé

ETUDE D E L'EXISTANT E T SPECIFICATION DES

BESOINS Page |10

pour prévenir l'introduction et/ou la propagation de maladies au sein de la ferme mais aussi ils sont les acteurs qui apportent les maladies chez les animaux dans l'effet d'accorder une nourriture non exigé, de ne pas veiller à la propreté de l'environnement où l'animal passe beaucoup de temps.

Figure 1.2 Animal malade et enfermé dans l'hygiène non respecté ? Mauvaises gestions des nouveaux arrivants

Les maladies contagieuses sont transmises directement d'une bête infectée à une bête non infecté. Il s'agit ici du mode de propagations de virus qui est le plus fréquent notamment appeler Parvovirus. Ce dernier a une maladie appelée Parvovirose qui peut persister dans un milieu ou dans l'environnement pendant une longue période jusqu'à 6 mois voire plus, sur le mur ou le sol même bien nettoyés. Il (parvovirus) peut être transporté sur les vêtements, les semelles de chaussures et bien d'autres supports avant d'être l'origine de contamination.

Elle est la maladie la plus fréquente chez le chien de tout âge et aussi la cause la plus fréquente de mortalité des animaux en élevage.

Figure 1.3 Distribution des aliments sans norme hygiénique respecté[6]

ETUDE D E L'EXISTANT E T SPECIFICATION DES

BESOINS Page |11

1.3.1.3 Étape de l'infection de la maladie

Pour que la maladie se manifeste sur l'animal dont il est question dans ce travail, nous avons 3 étapes différentes à savoir :

- La durée d'incubation : temps entre le contact avec le virus et l'apparition de première symptômes, cette phase est courte, allant de 3 à 5 jours ;

- La phase d'état : c'est la phase durant laquelle les symptômes sont exprimé au complet est dure environ une semaine.

- La mort ou la guérison du chien : c'est la phase finale[7].

Figure 1. 3 Etape de l'évolution d'une maladie

2.5.2 Les méthodes utilisées pour minimiser l'incidence des maladies et pertes d'animaux

Nous ne saurions débuter ce travail sans une idée claire et précise sur l'existant quel qu'il soit; c'est pourquoi nous commencerons par une étude de ces quelques mécanismes qui sont utilisés pour minimiser l'incidence des maladies et pertes d'animaux dans la ferme.

? Suivi sanitaire périodique

Dans la plupart de cas, l'éleveur joue un rôle essentiel car c'est lui qui connait le mieux ses animaux et les suit au quotidien. Lorsqu' il constate qu'un animal est malade ou qu'il a un comportement anormal, il est tenu de l'isoler dans un local, de noter ces informations dans un registre et d'en informer aussitôt son vétérinaire. Ce dernier passe régulièrement faire de traitement ou examen de l'animal tout en écoutant les indices constatés par l'éleveur.

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Figure 1.4 Suivi sanitaire périodique[8]

? Etiquetages d'oreille

Les étiquettes d'oreille sont généralement utilisées pour l'identification des animaux aux seins des troupeaux. Cette méthode possède un numéro d'identification qui permet d'avoir les renseignements sanitaires des bétails, agrafés à l'oreille d'animaux. Ces étiquettes peuvent être des puces RFID ou de simples indications écrites ou gravées. Les étiquettes sont souvent en plastique ou en métal.

Figure 1.5 Etiquette d'oreille[9] - Étiquettes en plastique

La possibilité de lire les étiquettes en plastique d'une certaine distance constitue leur principal avantage. On compte plusieurs sortes d'étiquettes en plastique ou en caoutchouc sur le marché. Elles sont offertes en plusieurs couleurs, avec ou sans numéro, ce qui permet aux producteurs d'y indiquer un numéro propre à leur système de numérotation, la race de l'animal, ainsi que son géniteur et sa mère, entre autres. La taille et la forme des étiquettes varient également, et des étiquettes recto-verso sont disponibles. Les boutons servant à maintenir les étiquettes bien en place peuvent aussi être commandés déjà numérotés.

Les revendeurs d'étiquettes donnent des étiqueteurs conçus spécialement pour poser leurs étiquettes. Il est important de poser l'étiquette au bon endroit sur l'oreille pour éviter que l'animal ne la perde. Les fabricants d'étiquettes fournissent des directives sur l'étiquetage et l'emplacement idéal des étiquettes dans l'oreille propre à leur modèle d'étiquette.

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- Etiquettes en métal

Les étiquettes en métal sont des étiquettes d'oreille en acier auto-perçantes qui sont économiques et faciles à poser sur l'oreille de la bête. Elles sont offertes en diverses couleurs et se détachent rarement. Toutefois, les numéros figurant sur ces étiquettes sont petits. Comme il faut contenir les animaux pour les lire.

? Surveillance en cas de déplacement

A chaque déplacement des animaux, L'éleveur est obligé d'accompagner les animaux dans le but de les surveiller pour qu'ils ne se perdent ou n'accèdent pas à certaines zones à risque tel que les villages aux alentours de la ferme, les rivières etc.

Figure 1.6 Suivi de déplacement[10]

1.4 Critique de l'existant

Nous pouvons dire avec certitude que toutes ces méthodes utilisés pour minimiser des maladies et pertes d'animaux que nous avons mentionné ci-haut sont très pratique et efficaces pour la protection et aussi la sécurisation des animaux mais en analysants toutes ces méthodes nous remarquons que la plupart nécessite une intervention humaine et cela montre aussi qu'il est hasardeux de compter uniquement sur les réactions humaines et cela constitue un désavantage pour la sécurité et la protection des animaux dans la ferme d'élevage nous citons la fatigue humaine ou soit il peut être absent lors du suivi en présentiel.

1.5 Identification des besoins 2.5.1 Les besoins fonctionnels

Les besoins fonctionnels sont des fonctionnalités du système. Ce sont des besoins spécifiant un comportement d'entrée/sortie de notre système. Ces fonctions doivent être ordonnées, hiérarchisées et quantifiées sous la forme de valeurs de performance attendue. Ainsi pour le cas de notre système, il doit être en mesure :

? de prélever la température corporel de l'animal ; ? de récupérer le rythme cardiaque de l'animal ; ? de localiser l'animal ;

? de notifier le superviseur ;

Nous avons aussi fait un aperçu sur la santé et la perte des animaux en insistant sur les origines des maladies, les pertes et quelques moyens de préventions.

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+ d'offrir un tableau de bord (afficheur) pour visualiser les valeurs. 2.5.2 Les besoins non fonctionnels

Les besoins non fonctionnels sont des contraintes relatives à l'implémentation de notre solution. Ce qui constituent un critère de choix de notre solution optimale[11]. Notre système devra répondre aux critères suivants :

> La rapidité il s'agit ici de voir la manière dont le système va réagir suivant les contraintes temporelles que nous aurons à définir ;

> Le coût abordable : le système doit avoir un cout que les éleveurs et les vétérinaires peuvent aborder;

> La crédibilité le système doit être digne de confiance;

> La fiabilité et disponibilité; le système doit être opérationnel et fonctionner correctement dans les temps impartis pour permettre aux éleveurs et vétérinaire de faire un bon suivi ;

> Simplicité ;

> L'extensibilité : le système doit être à mesure de prendre aussi en charge des nouvelles fonctionnalités ;

> Temps réel : le système doit être mono tache lors de l'exécution. 1.6 Analyse des contraintes

Quelle que soit sa conception, un système électronique est toujours soumis à certaines contraintes. Lors de la réalisation et de l'implémentation.

- Temps de réalisation : ce projet de fin de cycle est à réaliser durant une période bien défini. En effet ce temps contient la rédaction de ce travail, l'acquisition des matériels ainsi que la réalisation.

- Utilisation du système : bien que le système vise à diminuer le taux de mortalité de l'animal dans une ferme, ce système est informatique. De ce fait pour la réalisation, il y a nécessité d'avoir des connaissances en informatique et électronique. Ce qui veut dire que dans des cas extrêmes nous serons sollicité en cas de pannes et aussi il faut apporter des explications sur les fonctionnements du système.

1.7 Conclusion partielle

Tout au long de ce chapitre, nous procède par la présentation générale de notre cas d'application qui est la ferme espoir, en donnant aussi quelques objectifs sociaux ainsi que les animaux que la ferme possède.

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Ainsi, la connaissance de toutes ses informations sur les besoins, les contraintes et les critères de choix nous permettra dans le deuxième chapitre de mettre une solution pour le suivi sanitaire et de déplacement de l'animal.

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CHAPITRE 2 ETUDE ET CONCEPTION DU SYSTEME

2.1 Introduction partielle

La conception est l'ensemble des études préliminaires des composants que doivent constituer un système ou un produit. C'est une étape essentielle lorsque nous voulons résoudre un problème. Si un système est bien conçu dans son intégralité, il n'y aura pas des défaillances qui pourront influencer son bon fonctionnement ou le perturber.[12] C'est pourquoi cette étape va nous permettre d'assurer un bon fonctionnement de notre système dans son intégralité.

Dans ce chapitre, après la spécification fonctionnelle du système, il sera question pour nous de concevoir notre système de manière à apporter une solution à notre problème en donnant le rôle et la fonction de module qui le constitue également en présentant généralement notre système en donnant quelques explications de chaque composant de celui-ci.

2.2 Solutions par rapports aux besoins

Les besoins ont déjà été annoncés dans le chapitre précèdent. Ici nous allons donner les solutions par rapport aux besoins fonctionnels. Ces solutions répondent aux problèmes rencontrées dans la problématique. Hormis nos solutions, plusieurs autres peuvent être mises en place dont nous citons une :

La mise en place des agents à chaque coin dans la ferme pour surveiller l'état sanitaire et faire un suivi de déplacement de chaque animal. L'inconvénient de cette solution se pose aux niveaux du cout à payer aux agents et aussi leurs disponibilités a temps plein qui ne sont pas garantie par l'effet de la fatigue.

Nos solutions sont telles que les capteurs détectent les températures corporelles, les fréquences cardiaque ainsi que la position géographique de l'animal ; les données recueillies seront traiter puis envoyées et être affichées au niveau du moniteur par le superviseur.

2.3 Bref aperçu sur le système embarqué

Un système embarqué est un système électronique et informatique autonome qui ne possède pas des entrées/Sorties standards comme un clavier ou un ordinateur. On le définit aussi généralement par le fait qu il n'est pas visible en tant que tel mais est intégré dans un matériel doté d'une autre fonction. Ce système est autrement dit enfoui, ce qui traduit plus fidèlement le terme anglais Embedded system[13].

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Du fait de la nécessite d'une architecture physique confinée, la machine et le logiciel sont intimement lies et ne sont pas aussi discernables que dans un environnement classique de type PC. Par ailleurs, la conception de ces systèmes est généralement fiable au cause de leur utilisation dans des domaines forts contraints mais également parce que l'accès au logiciel est souvent difficile une fois le système fabriqué[13].

Au final, il existe une petite différence entre un système embarqué et un système embarqué temps réels ; il devient temps réels lorsqu'on lui ajoute une contrainte temporelle³.

2.4 Conception de la structure générale

Figure 2.1 schéma synoptique du système 2.4.1 Présentation des différents blocs du système

a) Bloc d'alimentation

L'ensemble de dispositifs (bloc) de notre système exige une alimentation en énergie électrique pour le bon fonctionnement. Ce bloc aura pour but de fournir une tension importante au bon fonctionnement des différents blocs.

b) Bloc de contrôle

Le bloc de contrôle sera chargé d'interagir avec l'animal et l'élément principal dans ce bloc est le capteur. Pour notre cas quelques capteurs sont utiles tel que le capteur de température corporelle, le capteur de rythme cardiaque et le micro capteur pour la géolocalisation de l'animale.

c) Bloc de traitement

Ce bloc est le cerveau de notre système parce qu'il contient le microcontrôleur.

d) Bloc de transmission

Le superviseur de l'animal doit avoir les informations sanitaires ainsi que la position de leur animal ; le rôle de ce bloc sera donc d'acheminer l'information à distance.

e) Bloc d'affichage

Ce bloc affiche les valeurs ou les informations générales que les capteurs ont récoltées.

³ Lorsqu' il respecte l'exécution des taches selon le temps qui été défini

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2.5 Modélisation du système

2.5.1 Diagramme de cas d'utilisation du système

Un diagramme de cas d'utilisation est un moyen simple d'exprimer des besoins. Il montre le comportement d'un composant, une classe ou un système, tel qu'un utilisateur extérieur le voit. Il correspond à un ensemble de transactions effectuées au cours d'une interaction entre l'acteur et le système[14]. Ci-après le diagramme de cas d'utilisation :

Figure 2.2 Diagramme de cas d'utilisation du système 2.5.2 Diagramme de séquence

Les diagrammes de séquences permettent de représenter des collaborations entre objets selon un point de vue temporel, on y met l'accent sur la chronologie des envois de messages. On décrit le contexte ou l'état des objets, la représentation se concentre sur l'expression des interactions. Ci-après le diagramme de séquence de notre système :

Figure 2.3 Diagramme de séquence du système

2.6 Conception logique détaillé 2.6.1 Unité de traitement

Le cerveau du système est composé surtout d'un microcontrôleur qui est par définition un microprocesseur (simplifiée) auquel on a adjoint sur la même puce de la RAM, de la ROM, des entrées/sorties. A l'origine, les microcontrôleurs étaient utilisés pour des systèmes de contrôle des processus d'environnement. Aujourd'hui, ils sont au coeur d'une part importante d'applications embarquées.[15]

Ils sont spécialisés dans la gestion d'échange d'information avec les périphériques. Ils permettent de répondre aux exigences des applications de type contrôleur comme les contrôleurs de systèmes industriels ou de communication. Ces circuits présentent une organisation et un jeu d'instructions caractérisé par la primauté du traitement logique sur l'arithmétique.

Le microcontrôleur est composé de quatre parties :

1. Un microprocesseur qui prend en charge la partie traitement des informations et envoie des ordres. Il est lui-même composé d'une unité arithmétique et logique (UAL) et d'un bus de données. Il a pour rôle d'exécuter le programme embarqué dans le microprocesseur.

2. Une mémoire de données (RAM ou EEPROM) dans laquelle seront entreposées les données temporaires nécessaires aux calculs. C'est en fait la mémoire de travail qui est volatile.

3. Une mémoire programmable(ROM) qui contient les instructions du programme pilotant l'application à laquelle le microcontrôleur est dédiée. Il s'agit ici d'une mémoire non volatile puisque le programme à exécuter est a priori toujours le même. Il existe différents types de mémoires programmables et utilisables selon l'application. Notamment :

? UVPROM que l'on peut effacer plusieurs fois grâce aux ultraviolets.

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? EEPROM effaçable de façon électrique comme les mémoires flash.

4. La dernière partie correspond aux ressources auxiliaires qui sont généralement : ? Des ports d'entrées/ sorties parallèles et séries.

? Des timers⁴ pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.

? Des convertisseurs A/N pour traiter les signaux analogiques.

Les avantages des microcontrôleurs :

> Diminution de l'encombrement du matériel et du circuit imprimée ;

> Augmentation de la fiabilité du système ;

> Simplification du tracé du circuit imprimé (plus besoin de tracer de bus) ;

> Intégration en technologie MOS, CMOS ;

> Réduction des couts ;

> Environnement de programmation et de simulation évolués.

Les inconvénients des microcontrôleurs sont :

> L'Investissement dans les outils de développement ;

> Ecrire les programmes, les tester et tester leur mise en place sur le matériel qui entoure le microcontrôleur ;

> Les microcontrôleurs les plus intégrés et les moins couteux sont ceux disposant de ROM programmables par masque ;

> Incompatibilité possible des outils de développement pour des microcontrôleurs de même marque.[16]

2.6.2 L'alimentation

Dans toutes applications électroniques, l'alimentation est un sous-système incontournable. Sa fonction consiste à fournir une ou plusieurs tensions continues stabilisées.

Le courant continu qui est un courant qui circulent toujours dans le même sens (du + vers le -) sa fréquence et de 0 Hz et que son intensité est constante au cours du temps sera plus adapte pour nos montages électroniques qui demandent une quantité d'énergie électrique précise et fixe au cours du temps.

⁴ Des fonctions spécifiques comme des compteurs programmables

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Figure 2.4 Courant Continu

Contrairement au continu, le courant alternatif c'est à dire qui sort du prises est un courant qui change de sens selon une fréquence 50 Hz en République démocratique du Congo. Notons que son intensité varie au cours du temps.

Figure 2.5 Courant Alternatif

2.6.3 Unité de contrôle 2.6.3.1 Notions préliminaire

Dans de nombreux domaines (industrie, santé, recherche scientifique, services, loisirs, etc...), on a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité, etc. ...). Le capteur est donc l'élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.[17] le capteur est indispensable à la mesure de ces grandeurs physique qui détecte un évènement physique situé dans son environnement se rapportant au fonctionnement du système et traduit cet évènement en un signal exploitable par le système. Ce signal est généralement électrique sous forme d'un signal basse tension.

Figure 2.6 Fonctionnement d'un capteur

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Il existe plusieurs technologies à base de microcontrôleur entre autre: arduino, raspberry pi, banana pi etc. Notre travail se basera sur deux microcontrôleurs : arduino et Raspberry

2.6.3.2 Nature de l'information que peut fournir un capteur Suivant son type, l'information qu un capteur peut fournir est soit :

- Logique : l'information ne peut pas prendre que les valeurs 1 ou 0, on parle d'un capteur tout ou rien ;

- Analogique : l'information peut prendre toutes les valeurs possibles entre deux certaines valeur ;

- Numérique : l'information fournie par le capteur permet au système d'en déduire un nombre binaire sur n bits[16].

2.6.3.3 Caractéristique des capteurs

- L'étendue de mesure : Valeurs extrêmes pouvant être mesurée par le capteur ;

- Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal

d'entrée ;

- Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur ;

- Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie ;

- Rapidité : Temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande

passante[16], [18] ;

2.6.3.4 Classifications des capteurs La classification se fait par :

- le phénomène physique qu'il traduit (capteur de température, de pulsation, de gaz,...) ;

- le signal qu'ils fournissent (capteur analogique, capteur logique, capteurs digitaux) ;

- leur principe de traduction du phénomène physique (capteur résistif, a effet Hall,...) ;

- leur principe de fonctionnement : les capteurs fonctionnent selon deux principes de base suivant l'origine du signal électrique de sortie.

Ainsi on distingue :

? le capteur actif : celui dont la grandeur physique elle-même mesurée établit directement une relation électrique de sortie.

Par exemple : une photorésistance ;

? le capteur passif : donne une image de la grandeur physique qu'il mesure par une résistance électrique variable.

Par exemple : un thermocouple ;

2.7 Conception physique

Les systèmes à microcontrôleurs sont beaucoup plus utilisés dans le domaine électronique plus précisément dans la domotique pour le contrôle automatique d'un environnement.

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⁵ Est un environnement de programmation graphique pour rendre la programmation informatique physique avec Arduino aussi facile que de glisser-déposer. C'est un plugin qui s'ajoute à l'IDE Arduino.

pi pour étudier et faire le choix technologique tout en nous référant aux besoins non fonctionnels décrits dans le chapitre précèdent.

2.7.1 La carte arduino

Figure 2.7 Carte Arduino Uno[19]

Le système Arduino est un microcontrôleur qui nous donne la possibilité de mettre ensemble les performances de la programmation et celles de l'électronique. Plus précisément, arduino nous permet de programmer des systèmes électroniques.

L'avantage majeur de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail dans la conception d'une carte électronique[20].

Comme tout équipement électronique, arduino possède des avantages et des inconvénients ; commençons par voir les avantages de cette carte.

? Les principaux avantages de la technologie Arduino sont[20], [21] :

? Un accès libre aux schémas électroniques des cartes qui permettent à qui le souhaite (entreprises, amateurs) de fabriquer et vendre sa propre carte à condition de ne pas utiliser le nom de la marque;

? La possibilité d'ajouter des applications au logiciel ARDUINO comme le logiciel gratuit ARDUBLOCK⁵ qui permet d'associer une interface graphique de programmation très simple pour les collégiens ;

? Une compatibilité sous toutes les plateformes, à savoir : Windows, Linux et Mac OS12.

? La connectique des cartes est standardisée ce qui permet de connecter très facilement des cartes additionnelles compatibles appelées Shields Arduino c'est à-dire la technologie ARDUINO est très modulaire et laisse aux concepteurs la possibilité d'exprimer leur créativité par la mise en oeuvre rapide d'un prototype grâce à l'offre très riche des Shields proposés par les fabricants ;

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> Une communauté ultra développée ! Des milliers de forums d'entre aide, de présentations de projets, de propositions de programmes et de bibliothèques ;

> Une liberté quasi absolue. Elle constitue en elle-même deux choses :

· Le logiciel : gratuit et open source, développé en Java, dont la simplicité d'utilisation relève du savoir cliquer sur la souris ;

· Le matériel : cartes électroniques dont les schémas sont en libre circulation sur internet. > La carte Arduino nous permet aussi de réaliser plusieurs tâches comme :

· Contrôler des appareils domestiques ;

· Donner une «intelligence» à un robot ;

· Réaliser des jeux de lumières permettre à un ordinateur de communiquer avec une carte électronique et différents capteurs ;

· Télécommander un appareil mobile (modélisme).

> Arduino a une capacité «temps réel» et «analogique» ; Cette flexibilité lui permet de travailler avec à peu près tout type de capteur ou de puce ;

> Une faible consommation électrique et un fonctionnement déterministe ;

> L'Arduino est plus simple, plus difficile à «casser» ou à «endommager ;

> Vous pouvez également l'activer et le désactiver en toute sécurité à tout moment ;

> L'IDE Arduino est nettement plus facile à utiliser que Linux.

+ Inconvénients d'Arduino[20], [22]

> Une mémoire embarquée limitée qui rend les programmes complexes difficiles à réaliser ;

> Une puissance de calcul limitée (8 bits, 16MHz, pas de FPU) ;

> Elle n'a pas de système d'exploitation pour implémenter de logiciel de contrôle ;

> L'absence d'une option de connectivité intégrée ce qui limite les utilisations possibles de l'Internet des objets,

> Elle n'a pas une grande capacité mémoire ; > Elle n'a pas une grande capacité mémoire ;

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |25

? Caractéristiques techniques[23]

Tableau 2.1 Caractéristique technique de la carte arduino

Nommage Critère

Microcontrôleur ATmega328

Fréquence horloge 16MHz

Tension d'alimentation 7-12V

Tension de fonctionnement 5V

Broche E/S numériques 14(dont 6 disposent d'une sortie PWM)

Tension d'alimentation (limites) 6-20V

Broche d'entrées analogiques 6 (utilisables en bronches E/S

numériques)

Mémoire volatile SRAM 2KB

Mémoire non volatile EEPROM 1KB

Interface USB (permet d'alimenter la carte et de

transféré les programme vers la carte)

Alimentation externe Dimensions

Jack 6,86 cm * 5,3 cm

2.7.2 Le Raspberry pi

Figure 2.8 Raspberry pi modèle B[24]

Le Raspberry Pi est initialement prévu pour une utilisation dans le monde de l'éducation avec une forte composante "programmation".

Raspberry Pi a été conçu comme un micro-ordinateur portable à bas prix pour développer les talents de bricoleur. L'équipe d'Upton a commencé à travailler sur des prototypes en 2006 et le premier lot de Pi a été achevé en avril 2012.

Le Raspberry Pi est un micro-ordinateur de la taille d'une carte de crédit et est disponible sous différente versions, la dernière version en date est le Raspberry Pi 4, il offre une augmentation sans précèdent de la vitesse du processeur, des performances multimédias, de la mémoire et de la connectivité par rapport à la génération précédente du Raspberry Pi 3 model B +, tout en maintenant la compatibilité avec les versions antérieures et

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consommation électrique similaire. Comprend un processeur 4 coeurs ainsi qu'une mémoire RAM pouvant aller de 2 à 8 GB.[20] Nous pouvons y installer un vrai système d'exploitation, comme par exemple Raspbian, Ubuntu ou Windows IoT, qui nous permettent de faire tourner la plupart des applications que nous utilisons sur nos ordinateurs portables.

Le Raspberry pi possède également les avantages et les inconvénients ; commençons par les avantages de cette carte.

+ Avantage du Raspberry pi

> Le pi en lui-même possède Bluetooth, Wifi, Ethernet, 4USB 2.0. C'est-à-dire, il est assez puissant pour fonctionner comme un ordinateur personnel (mais pas assez puissant toutefois pour rivaliser sérieusement au quotidien avec les ordinateurs de bureau dont on dispose généralement aujourd'hui) ;

> Un très grand nombre d'utilisateurs développent et partager sur Raspberry pi ; > Efficace dans les applications logicielles ;

> Le Raspberry Pi est plus rapide en ce qui concerne la vitesse d'horloge ;

> L'on peut inter changer les cartes SD pour essayer des systèmes différents, ou le même mais optimisé pour différentes utilisations ;

> Effectuer des processus multitâches il peut exécuter plusieurs programmes en arrière-plan tant qu'il est actif ;

> Le coût est abordable malgré les performances.

+ Inconvénients du Raspberry pi

> Raspberry ne possède pas de port analogique pour le capteur du type analogique ; > Pas de capacité temps réel ;

> Peut-être endommagée en cas de débranchement sans procédure d'arrêt correcte préalable ;

> Les systèmes d'exploitation installés doivent utiliser un serveur d'horloge pour se synchroniser ;

> Le cout est élevé par rapport aux microcontrôleurs ;

> Le Pi n'est pas aussi flexible (la lecture de capteurs analogiques nécessite une aide matérielle supplémentaire) ;

> Raspberry Pi pour la domotique, a un nombre d'entrée/sorties faible.

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? Caractéristiques techniques[25]

Tableau 1.2 Caractéristiques technique de la carte Raspberry pi

Nommage Description

Taille 85.60 mm* 53.98mm ;

Processeur 700 MHz ARM1176JZF-S

Core(ARM11) ;

Système sur puce(Soc) Broadcom BCM2835 ;

Processeur graphique Decodeur Broadcom VideoCore IV, API

logiciel video OpenGL ES 2.0,MPEG et VC-1, decodage video 1080p30 h.264/mpeg-4 AVC ;

Mémoire SDRAM 256Mo [Modèle A] ou 512 [Modèle B]

partagée avec le processeur graphique ;

Ports USB 2.0 1 [Modèle A] ou 2 [Modèle B]

Sortie vidéo RCA Composite (PAL et NTSC) HDMI

(rev 1.3 & 1.4) ;

Sortie audio 3.5 mm jack, HDMI ;

Unité de lecture-écriture de la carte mémoire

SDHC/MMC/SDIO ;

Réseau 1 port réseau Fast Ethernet (10/100

Mbits/s), sur le [Modèle B] uniquement ;

Périphériques bas niveau 8*GPIO 1, UART, bus I²C, bus SPI

Besoin alimentation En 5V via Micro USB ou GPIO1; 300

mA (1.5W); [Modèle A] ou 700 mA 3.5 W [Modèle B]

2.7.3 Banana Pi

Le banana pi est un nano ordinateur de plateforme open source, il prend en charge la fonction WI-FI dans sa version BPI-M3, le Banana Pi tourne également sous plusieurs systèmes du monde libre tel que Android, Debian, Ubuntu et Rasbian Image.

Il est dotée d'un processeur octa-core A83T ARM cortex-A7 et d'un processeur graphique Power SGX544MP1 conforme à OpenGL ES 2.0, 1.x, DX9.3 et une mémoire vive de 2Giga octet avec 733MHz ce qui est un grand atout dans le traitement multimédia son processeur d'image peut prendre en une interface un camera doter une grande résolution un peu plus de 8 méga pixels et pour lire des vidéos de capacité haute définition. Alimenter par 5V via un port micro USB, le banana pi coute environ 100 dollars[26].

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2.7.4 Technologie de transmission

Actuellement, il existe plusieurs technologie sans fils notamment Lora, Zigbee, Wifi etc. nous allons étudier les caractéristiques de ses technologies pour faire le choix.

a. LoRa

Tout d'abord LoRa signifie Long Rang qui est une technologie de communication `à longue portée et à faible consommation d''énergie qui utilise la bande de fréquence ISM⁶ L'objectif de cette technologie est de pouvoir augmenter la portée de communication en minimisant la consommation 'énergétique des systèmes communicants[27]. LoRa utilise la modulation CSS⁷ qui est basée sur l''étalement de spectre (une méthode de transmission dans laquelle un signal est transmis sur une largeur spectrale plus grande que l'ensemble des fréquences qui composent le signal original)[28]. LoRaWAN est le protocole de communication sans fil mis au point par l'association LoRa Alliance afin de répondre à différents défis posés par la communication à longue portée et à basse consommation dans les applications IoT.

b. Zigbee

Qui est une technologie sans fil basée sur des normes développée pour permettre des réseaux sans fil machine à machine et internet des objets à faible coût ainsi que a faible consommation. Il est destiné aux applications à faible débit de données et à faible consommation et est un standard ouvert. Cela permet logiquement de mélanger les implémentations de différents fabricants, mais dans la pratique, les produits Zigbee ont été étendus et personnalisés par les fournisseurs et, par conséquent, en proie à des problèmes d'interopérabilité[29].

A noter que cette technologie supporte des débits de données beaucoup plus faibles et utilise un protocole de réseau maillé pour éviter les périphériques concentrateurs et créer une architecture d'autoréparation.

c. Wifi

Le Wi-Fi est une technologie attrayante pour de nombreuses sociétés liées au monde des télécommunications et d'Internet. Les collectivités locales et surtout les particuliers profitent de la facilité d'accès à Internet haut débit liée à cette norme. Dans sa déclinaison la plus connue, 802.11 b, le Wi-Fi utilise la bande de fréquence de 2,4 GHz et atteint un débit théorique de 11 Mbits/s (contre 128, 512 Kbits/s ou 1 Mbits/s pour l'ADSL), le 802.11a culmine à 22 Mbits/s et le 802.11 g, enfin, flirte avec les 54 Mbits/s. Le Wi-Fi peut certes servir à surfer sur Internet, mais pas seulement.

Il autorise l'organisation de réseaux -pourvus ou pas d'Internet -pour échanger des fichiers, des données, et bien entendu pour jouer. Ce ne sont là que quelques exemples de ses usages possibles Les avantages des réseaux sans fil ne sont plus à démontrer surtout

⁶ (Industrial, Scientific and Médical band).

⁷ (Chirp Spread Spectrum)

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à une génération de plus en plus habituée à la mobilité. La multiplication des appareils (PDA, PC portables, terminaux et bientôt les téléphones portables) capables de communiquer entre eux en fait le support idéal des réseaux modernes[30].

Tableau 2 .3 Comparaison entre LoRa,Zigbee et WiFi

Caractéristiques LoRa Zigbee Wi-Fi

Bande de fréquence 863 à 870 MHz, 902 à 928 MHz, 779 à 787 MHz		868MHz, 915MHz, 2450MHz		2,45 GHz et 5 GHz
Distance de couverture Consommation d'énergie	2-5 Km (zones urbaines), 15 Km (zones suburbaines) Inférieur à celui de zigbee		10 à 100 mètre 250 m en extérieur et 35 m en intérieur prolonger 15 à 60 microwatts selon la puissance de la bande passante

Application Utilisé comme Utilisé comme le Utilisé comme

réseau entendue réseau personnel réseau entendue
sans fil à faible

débit

2.7.5 Serveur d'application

Il existe différents serveurs entre autre Apache, Nginx, Tomcat, Thingspeak etc.

a) Apache

Apache est un serveur web open-source et multiplateforme (c'est à dire il fonctionne à la fois sur les serveurs Unix et Windows) populaire qui est, selon les chiffres, le serveur web le plus populaire qui existe. Il est activement maintenu par l'Apache Software Foundation⁸.

Malgré que nous appelions Apache un serveur web, ce n'est pas un serveur physique mais plutôt un logiciel qui s'exécute sur un serveur. Son travail consiste à établir une connexion entre un serveur et les navigateurs des visiteurs du site web tel que, Google Chrome, Safari, etc... tout en fournissant des fichiers entre eux (structure client-serveur)[31].

Avantage et inconvénients du serveur http Apache : Parmi les avantages nous citons :

- Logiciel stable et fiable ;

- Sa mise à jours est régulier ;

- Fonctionne avec le site WordPress ; - Facile à configurer

⁸ Organisation qui développe des logiciels open source sous licence Apache

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-

...

Parmi les inconvénients nous citons :

- Problème d'efficacité sur les sites web avec un plusieurs trafic ;

- Beaucoup d'option de configuration qui peuvent aboutir à la vulnérabilité de la

sécurité ;

- Ne possède pas une plateforme IoT ;

- Ne possède pas un tableau de bord de données ;

b) ThingSpeak

ThingSpeak est une plateforme qui fournit plusieurs services destinés à la construction des applications IoT. Il offre la capacité de collecter des données en temps réel, visualiser les données collectées sous forme graphique, de créer des plugins et des applications qui collabore avec des services web, des réseaux sociaux. Thingspeak peut être intégré aux plates formes arduino, Raspberry pi.

Voici quelques fonctions de ThingSpeak :

- API disponible;

- Collecte de données en temps réel :

- Traitement des données

- Données de géolocalisation :

- Visualisations de données ;

- Messages d'état de circuit[32]

Avantages et inconvénients du serveur ThingSpeak Parmi les avantages nous décrivons :

- Possède déjà un tableau de données ;

- Possède une plateforme IoT ;

- L'utilisateur peut créer des applications d'enregistrement de données capteurs;

Parmi les inconvénients nous décrivons

- Ne possède pas un serveur Web et d'applications; - Ne possède pas un serveur Web.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |31

Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -55°C à +150°C dans sa version la plus précise et avec le montage adéquat, de quoi mesurer

Figure 2.9 Architecture de la connectivité IOT avec ThingSpeak[32] 2.7.6 Etude et Présentations des capteurs

Avant de faire des détails sur cette partie nous tenons à signaler que l'Homme et le chien sont quasi-identiques en terme en termes de physiologie cardiaque. D'ailleurs un grand nombre d'études fondamentales anatomiques et physiologiques sont effectuées sur le coeur du chien, et extrapolées directement à l'Homme[25,p.32]. Et que ces deux capteurs dont nous allons étudier sont destinés à une utilisation didactique. Il est donc possible de ne pas obtenir de bons résultats dans certaines conditions.

Dans notre travail il est question de contrôler l'état sanitaire de l'animal et suivre l'emplacement réel de celui-ci et pour que ces évènement puissent être réalisé nous utiliserons les capteurs suivants :

a) Capteur de température corporelle

Figure 2.10 Capteur de température LM35[34]

Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température. Il est beaucoup plus populaire en électronique car il est moins cher, précis, très simple à utiliser et d'une fiabilité à toute épreuve.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |32

n'importe quelle température[35]. Il génère une tension de sortie plus élevée que les thermocouples⁹ et ne peut exiger que la tension de sortie soit amplifiée.

Il a une tension de sortie est proportionnelle à la température Celsius. Le facteur d'échelle est 0.1V/°C.

Le LM35 ne nécessite pas de calibration externe ou de taille et maintient une précision de +/- 0.4 °C à température ambiante et +/- 0.8 °C sur une plage de 0 °C à + 100 °C.

Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C

Temperature (°C) * ????ut = (100°C/V)

Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 °C la tension de sortie varie linéairement avec la température[36].

Avantages du capteur LM35

Parmi les avantages de ces capteurs, nous pouvons indiquer sa consommation très faible (de l'ordre de 60 mA), d'où une puissance dissipée également très faible, et sa linéarité qui demeure excellente sur toute sa plage de sensibilité.

Caractéristiques techniques

Le capteur LM35 comporte plusieurs caractéristiques dont nous citons les plus importants :

> Alimentation : 5 VCC ;

> Plage de mesure : -55°C à +150°C ; > Précision 0,5° C (+ 25 ° C).

> Dimensions : 30 * 20 mm ;

> Exécute 4 à 30 volts ;

> Sortie : S, VCC (5v), GND (masse) ; > Auto chauffage faible, air 0.08°C ; > ...

⁹ Dispositif utilisé pour la mesure de températures

b) ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |33

Capteur de pulsation cardiaque

Le détecteur cardiaque est un appareil électronique qui est utilisé pour mesurer la fréquence cardiaque, c'est-à-dire la vitesse du rythme cardiaque.

Figure 2.11 Capteur de pulsation cardiaque KY-039[37]

La fréquence cardiaque correspond au nombre de battements du coeur pendant un laps de temps donné, en générale une minute et elle varie sous l'impact de plusieurs paramètres notamment : le sexe, l'âge, on estime que chez le chien adulte ma fréquence cardiaque est comprise entre 70-180 BPM et chez le chiot entre 70-220 BPM.

Branchement de câble
Gris = GND
Blanc = +V
Noir = Signal

c) Présentation du module récepteur GPS

Figure 2.9 Capteur GPS NEO-6M[38]

Notons que GPS utilise des signaux envoyés par les satellites dans les stations spatiales et au sol de la Terre pour déterminer avec précision sa position sur la Terre.

Le module récepteur GPS NEO-6M utilise la communication USART¹⁰ pour communiquer avec le microcontrôleur ou le terminal PC. Il reçoit des informations telles que la latitude, la longitude, l'altitude, l'heure UTC, etc. des satellites sous forme de chaîne

¹⁰ Puce qui facilite la communication via le port série d un ordinateur en utilisant le protocole RS-232C

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |34

¹¹ Un format de données standard pris en charge par tous les fabricants de GPS, tout comme ASCII est la norme pour les caractères informatiques.

NMEA¹¹. Cette chaîne doit être analysée pour extraire les informations que nous souhaitons utiliser.[39]

Le récepteur GPS reçoit des signaux d'information des satellites GPS et calcule sa distance par rapport aux satellites. Cela se fait en mesurant le temps nécessaire au signal pour voyager du satellite au récepteur. Ci-dessous voici comment ça marche :

Figure 2.12 Calcul de distance GPS

Distance = speed * time

Où,

Vitesse = Vitesse du signal radio qui est approximativement égale à la vitesse de la lumière, c'est-à-dire 3*10⁸

Temps = Temps nécessaire pour qu'un signal voyage du satellite au récepteur.

En soustrayant l'heure d'envoi de l'heure de réception, nous pouvons déterminer le temps de trajet.

Pour déterminer la distance, le satellite et le récepteur GPS génèrent simultanément le même signal de pseudocode.

Le satellite transmet le pseudocode ; qui est reçu par le récepteur GPS.

Ces deux signaux sont comparés et la différence entre les signaux est le temps de trajet.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |35

Maintenant, si le récepteur connaît la distance de 3 satellites ou plus et leur emplacement (qui est envoyé par les satellites), alors il peut calculer son emplacement en utilisant la méthode de trilatération¹²[40] .

Description du brochage

GND : Terre ;

VCC : Alimentation 3,3 V - 6 V ;

TX : Transmettez des données en sérié qui donnent des informations sur l'emplacement, l'heure, etc.

RX : Recevoir des données en série. Il est requis lorsque nous voulons configurer le module GPS.

2.8 Solution retenue pour le choix du matériel et logiciel

Apès avoir fait une étude comparative sur les microcontrôleurs nous avons opté pour arduino Uno qui répond le mieux à nos attentes sur les besoins fonctionnels, il possède déjà le convertisseur analogique numérique que la raspberry ne possède pas. Alors au lieu de chercher le module ADC pour le relier a Raspberry nous jugions bon d'utiliser carrément arduino pour connecter nos capteurs analogiques et les programmer :

Arduino est beaucoup plus temps réel, sa particularité est qu'il a plus de ports d'entrée/sorties qui fonctionnent sur 5 volts qui le rend aussi souple. Son filialisation de développement IDE Arduino pour ensuite écrire un programme en C++ et nous pouvons l'envoyer sur l Arduino par un câble USB. L arduino est généralement utilisé dans les projets électroniques et de robotiques contrairement au raspberry pi qui est un miniordinateur et est beaucoup plus puissant qu'un Arduino. Puisque il nécessite un Operating system, la raspberry pi est souvent basée sur le software et il est plutôt idéal pour faire un émulateur, serveur.

Concernant le choix de la technologie sans fil nous optons pour la propagation libre dans laquelle nous retrouvons la technologie sans fils LoRa, elle offre un service bien fiable, simple et sa portée est encore plus élevée comparativement à la technologie Zigbee et Wifi cité ci haut.

Nous signalons que le choix de la technologie LoRa doit être utilisé dans la pratique au sein de la ferme espoir vu qu'elle possède une longue portée comme nous l'avions indiqué dans le tableau ci-dessous mais vu que nous ne possédons pas ce module pour notre

¹² Est une méthode mathématique permettant de déterminer la position relative d'un point en utilisant la géométrie des triangles tout comme la triangulation. Mais contrairement à cette dernière, qui utilise les angles et les distances pour positionner un point, la trilatération utilise les distances entre un minimum de deux points de référence.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |36

implémentation, nous sommes amenés à simuler avec le module Wi-Fi question de présenter la démonstration.

Pour le choix de notre serveur, nous avons choisi ThingSpeak parce qu'il est plus adapté pour le projet IoT¹³ et interagit facilement avec les capteurs arduino et autre, il possède un tableau de bord et il est facile à manipuler. Il est le mieux adapté pour notre projet.

2.5 Conclusion partiel

Dans ce chapitre nous avons présenté d'une manière accourci une vue d'ensemble du système par le schéma bloc. Et sur base de cela, nous avons pu faire le choix des composants convenables pour chaque bloc plus spécialement le choix technologique que nous avons choisi pour Arduino qui va constituer le centre de décisions que nous allons implémenter dans notre troisième chapitre.

¹³ Internet des objets

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 37

CHAPITRE 3 : IMPLEMENTATION ET MATERIALISATION DE LA

SOLUTION

3.1 Introduction partielle

Après avoir eu une idée générale sur la conception du système, nous voici dans la partie la plus importante de notre travail qui est intitulé «implémentation et matérialisation de la solution ». Dans ce chapitre nous allons expliquer les différentes étapes de la réalisation et de l'implémentation de notre système. Aussi les différentes configurations et installations seront expliquées dans le but d'amener beaucoup plus de lumière en ce qui concerne le fonctionnement du système du point de vue pratique. Nous pouvons noter que la réalisation de ce système demande certain nombre de prérequis, nous allons débuter par la vérification des prérequis enfin de bien réaliser notre système.

3.2 Vérifications des prérequis

Pour la concrétisation de notre travail, il est vraiment important de connaitre les équipements que nous aurons à utiliser, entre autre : le capteur de température LM35, le capteur de pouls ou rythme cardiaque KY-039, d'un module GPS, d'une carte arduino Uno, d'un module Wifi, de petits câbles de connexion pour relier nos capteurs a notre carte arduino, d'une plaque d essaie pour tester notre circuit électronique ainsi que de résistance électronique.

3.3 Procédure d'installation

Avant de commencer à réaliser notre système il est prioritaire d'avoir quelques logiciels qu vont nous permettre de faire la programmation et aussi le test sur les outils.

Nous commencerons par l'installation de l'IDE arduino qui est un environnement de programmation pour arduino et nous allons installer notre serveur web pour configurer notre interface. Ce sont là les différents logiciels qui seront utilisées pour la réalisation de notre système. Alors commençons par le premier logiciel.

3.3.1 Installation de l'IDE arduino

Tout d'abord avant d'installer l'IDE arduino il faut le télécharger, allez sur la page de téléchargement du site officiel de l arduino. Le site est traduit en anglais, pour retrouver la page de téléchargement, survolez l'onglet de navigation « SOFTWARE », puis vous sélectionnez « DOWNLOADS » dans le menu déroulant. Une fois sur la page de téléchargement, recherchez la rubrique « Download the Arduino IDE ».

Cliquer sur le bouton qui correspond le mieux à la version de votre système d'exploitation. Enfin valider le téléchargement en cliquant sur « JUST DOWNLOAD ».

Une fois télécharger cliquer sur le fichier pour commercer l'installation :

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 38

Figure 3.1 Première étape pour l'installation de Arduino

Suivez les instructions et assurez-vous que toutes les cases sont cochées surtout celle du pilote USB

Figure 3.2 Installation pilotes USB arduino

Une fois que l'installation prend fin, une icône apparaitra sur votre bureau dans ce cas double-cliqué dessus pour ouvrir son interface.

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 39

Figure 3.3 Interface de l'IDE Arduino

Rendez-vous dans «fichier » puis «préférence » et assurer vous que les cases compilation et télé versement sont cocher :

Figure 3.4 Configuration arduino

Ainsi, assurez-vous aussi que les pilotes qui vont permettre la prise en charge de votre carte sont correctement installer en allant dans le « gestionnaire de périphérique » pour voir si le COM et LPT apparait.

3.3.2 Installation automatique des bibliothèques

Tout d'abord, les bibliothèques qui en anglais veut dire librairies sont des dossiers qui possèdent des fonctions permettant de faciliter la programmation (des capteurs, des preactionneurs, modules des communications et d'affichages,...) et l'utilisation d'un composant. En générale elles comportent également des programmes d'exemples, afin de mieux comprendre comment les utiliser, lors de leur diffusion, dans les cas où le créateur décide de le faire.

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 40

Pour l'installation de nos bibliothèques : depuis l'IDE Arduino, nous sommes allez dans le menu croquis/Inclure une bibliothèque/ Gérer les bibliothèques...

Le Gestionnaire des bibliothèques apparait : il liste l'ensemble de bibliothèques officielles. Alors pour en installer une, il suffit de faire la recherche en utilisant le filtre puis cliquer sur Installer

3.3.3 Installation de Proteus

Proteus est un simulateur qui nous permet de tester le montage que nous aurons à faire afin de bien régler les matériels.

Alors pour l'installer il suffit d'avoir le setup, ce dernier doit être décompressé il comporte un fichier PDF qui illustre la procédure d'installation.

Figure 3.5 Interface de Proteus

3.3.4 Procédure de configuration

Pour notre serveur, avant de l'utiliser nous devons procéder par les étapes suivantes :

? La première étape consiste à crée un compte : Pour pouvoir télécharger les données sur ThingSpeak à des fins d'analyse et de traitement ;

? Etape 2 : Créer un nouveau canal, le but ici est de saisir les détails du nouveau canal créé. Par exemple, vous pouvez utiliser le nom du projet sur lequel vous travaillez comme nom du canal. Les champs reflètent les données que vous allez télécharger. Par exemple, si vous mesurez la température de la pièce, vous pouvez définir le champ 1 comme Température de l'objet. À l'issue de cette opération, cliquez sur Enregistrer le canal ;

? Etape 3 : Recherche de la clé API ;

? Etape 4 : Programme de plateforme Arduino.

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

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3.4 Mise en place du système et assemblage

Figure 3.5 Eléments du système

Figure 3.6 Nomination des câbles

2.5 Evaluation des durées des mises en places

Tableau 3.2 Evaluation des installations et configurations

Taches Description Durée en Durée en

minutes heures

A Installation de l'IDE arduino B Ajout des bibliothèques C Installation de proteus D Configuration de l'IDE C Configuration de proteus

10 0.16 5 0.8 15 0.25 5 0.08 10 0.16

E Sketch arduino 90 1.5

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 42

F G	Montage proteus Téléversement du sketch	30 5	0.5 0.08
Taches	Description	Durée minutes	en Durée en heures
H	Simulation sous proteus	30	0.5
I	Montage et connexion des matériels	150	2.5
J	Création de compte	45	0.75
	Thinkspeak
K	Test	2000	33
L	Montage du système	3500	58
Total		5395	89.9

L'évaluation de la durée de mise en place de notre projet est estime à pratiquement 4 jours maximum à condition que tous les matériels soient à notre bonne disposition.

2.6 Evaluation du cout du système Tableau 3.2 Evaluations des prix matériels

Matériels	Prix unitaire	Nombre	Prix Total
	(USD)		(USD)
Arduino Uno	20	1	20
KY-039	8	1	8
LM35	8	1	8
Module GPS	20	1	20
ES8266 Module	15	1	15
Jumpers	5	2	10
Résistance	0.25	2	0.50
BreadBoard	1	1	1
Total	----	----	82.5 USD

2.7 Test de configuration

Dans cette partie nous allons montrer quelques parties de notre système pour enfin les regrouper pour le teste.

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

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Voici quelques étapes :

Figure 3.7 ·Partie de détection de la température

Figure 3.8 Partie de détection du rythme cardiaque

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

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Figure 3.9 Partie détecteur de localisation

Figure 3.9 Assemblage des trois capteurs

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 45

Figure 3.10 Tableau de bord

2.8 Evaluation des besoins

Apres implémentations de la solution, nous procèderons à la vérification de besoins qui régissent notre projet.

Besoin fonctionnels

+ Le système prélever la température corporel de l'animal ; + Le système de récupérer le rythme cardiaque de l'animal ; + Le système est parvenu à localiser l'animal ;

+ Le système offre un tableau de bord (afficheur) pour visualiser les valeurs.

Sur ceux nous pouvons estimer que les besoins fonctionnels ont été résolus en grande partie.

Les besoins non fonctionnel

En plus de besoins fonctionnels, notre système respecte les critères suivants :

+ Le cout du système est très abordable moins de 150 USD pour l'acquisition de tous les modules du système ;

+ Le système est rapidité il réagit suivant les contraintes temporelles;

+ La crédibilité du système est digne de confiance;

+ Le système est fiabilité et disponibilité : le système est opérationnel et fonctionne correctement dans les temps impartis pour permettre aux éleveurs et vétérinaire de faire un bon suivi ;

+ Le système est Simple;

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

SOLUTION Page | 46

? Le système est à mesure de prendre aussi en charge des nouvelles fonctionnalités ; ? Le système est mono tache lors de l'exécution.

2.9 Conclusion partielle

Au cours de ce chapitre, nous avons décrit les différentes étapes important de l'implémentation de notre système y compris également la présentation de l'environnement logiciel pour la réalisation du système. Comme nous l'avions bien indiqué, notre système offrira la possibilité au fermier, vétérinaire ainsi que le propriétaire de l'animal de surveiller l'état de santé à distance ce dernier mais aussi de suivre le déplacement ou savoir exactement où se trouve l'espèce via l'ordinateur.

CONCLUSION GENERALE Page | 47

ANNEXES Page | 48

CONCLUSION GENERALE

Ce travail est intitule «Etude et mise en place d'un système de surveillance de l'état de santé et localisation des animaux » est une étude de conception d'un système embarqué pouvant permettre le bon contrôle sanitaire et de déplacement des animaux en veillant sur les éléments indispensable tel que la température corporel, le rythme cardiaque ainsi que la localisation.

Nous pouvons noter que plusieurs solutions peuvent entrer en jeux dans le but de diminuer les contaminations des maladies, aggravations des maladies, les taux de mortalités ainsi que la perte des animaux dans une ferme d'élevage. Pour ce qui concerne notre cas, nous avons proposé une solution informatique permettant à l'éleveur d'avoir accès à toutes les informations qui concerne l'état de santé de l'animal via un ordinateur. Il est important de noter que le système doit au moins répondre à certain nombre des critères tels que la simplicité d'utilisation, la rapidité mais aussi le cout d'implémentation qui est moindre.

Ce travail a été généralement la pratique des notions théoriques apprises notamment la programmation et les systèmes embarqués. Ce projet nous a permis d'approfondir les notions du système embarqué mais aussi une initiation sur l'internet des objets.

Vous l'aurez bien constaté que ce travail offre plusieurs ouvertures dans le domaine de l'informatique, tout en espérant que ce travail servira de guide a tous ceux qui voudrons bien travailler dans le domaine du système embarqué voir même internet des objets.

Ainsi tous suggestions et remarques dans le but d'améliorer ce système pourront être les bienvenues et nous sommes persuadés que les critiques nous ferons évoluer d'une bonne manière.

Perspectives d'avenir

Notre travail n'étant pas bon ni parfait, nous prenons le temps de le critiqué, de présenter ses limites et d'en proposer les améliorations futurs.

? Par manque des ressources nous sommes obligé de faire des simulations avec des capteurs non appropries et technologies sans fil non appropries

? La prochaine étape c'est à dire le système à venir doit aboutir à un système qui signale le fermier au cas où l'animal quitte sa zone bien précise ;

? Le système à venir doit être capable de bien analyser la température et le rythme cardiaque mêmes l'animale est en mouvement c'est à dire en course ou lorsque l'animale est en état de stresse.

ANNEXES

Extraits de codes

#include "ThingSpeak.h" #include <ESP8266WiFi.h> Const int LM35 = A0;

// Entrez vos détails Wi-Fi //
char ssid[ ] = "ANIMAL" ; //SSID

char ssid [ ] = "ANIMALS" ; // Mot de passe

// //

Client Wifi ;

non signé long myChannelNumber = 000000 ; // Channel ID ici

Const int FieldNumber = 1 ;

const char * myWriteAPIKey = "ZZZZZZZZZZZZZZ" ; // Votre clé API d'écriture

ici

void setup ()

{

Serial.begin( 115200 );

WiFi.mode(WIFI_STA);

ThingSpeak.begin(client);

}

void loop ()

{

if (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

Serial.print( "Tentative de connexion au SSID : " );

Serial.println(ssid);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

WiFi.begin(ssid, pass);

ANNEXES Page | 49

Serial.print( "." );

retard( 5000 );

}

Serial.println( "\nConnecté." );

}

entier ADC ;

température flottante ;

CAN = lecture analogique (LM35); /* Lecture de la température */

temp = (ADC * 3 ); /* Convertir la valeur adc en tension équivalente */

temp = (temp / 10 ); /* LM35 donne une sortie de 10mv/°C */

Serial.print( "Temperature = " );

Serial.print(temp);

Serial.println( " *C" );

retard (1000 );

ThingSpeak.writeField(myChannelNumber, FieldNumber, temp, myWriteAPIKey);

retard ( 1000 );

}

#include <SoftwareSerial.h>

#define DEBUG true

SoftwareSerial esp8266(9,10);

#include <LiquidCrystal.h>

#include <stdlib.h>

#define SSID "Your Wifi Name" // "SSID-WiFiname"

#define PASS "Your Wifi Password" // "password"
#define IP "184.106.153.149"// thingspeak.com ip

String msg = "GET /update?key=9YS21NU0HY5YS1IKU"; //change it with your api key like "GET /update?key=Your Api Key"

void updatebeat(){

ANNEXES Page | 50

String cmd = "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"";

cmd += IP;

cmd += "\",80";

Serial.println(cmd);

esp8266.println(cmd);

delay(2000);

if(esp8266.find("Error")){

return;

}

cmd = msg ;

cmd += "&field1=";

cmd += BPM;

#include <TinyGPS++.h>

#include <SoftwareSerial.h>

#include "ThingSpeak.h"

#include <ESP8266WiFi.h>

static const int RXPin = 4, TXPin = 5;

statique const uint32_t GPSBaud = 9600 ;

flottant latitude , longitude;

Chaîne lat_str , lng_str;

const char* ssid = "Animal";

const char* mot de passe = "244466666" ;

myChannelNumber long non signé = 991048 ;

const char * myWriteAPIKey = "RX9R15V8GH3941CK";

// L'objet

TinyGPS ++ TinyGPSPlus gps;

Client WiFi ;

// La connexion série au périphérique GPS

ANNEXES Page | 51

SoftwareSerial ss(RXPin, TXPin);

Serial.begin(115200);

ss.begin(GPSbaud);

Serial.print("Connexion à ");

Serial.println(ssid);

WiFi.begin(ssid, mot de passe);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

Serial.println("");

Serial.println("WiFi connecté");

Serial.println("Adresse IP : ");

Serial.println(WiFi.localIP());

Serial.print("Masque de réseau : ");

Serial.println(WiFi.subnetMask());

Serial.print("Passerelle : ");

Serial.println(WiFi.gatewayIP());

ThingSpeak.begin(client);

}

Veuillez noter que les différents parties du code illustrées sont les plus important.

REFERENCES P a g e | 52

REFERENCES

[1] wikipedia, « Approches ascendante et descendante », Wikipédia. août 06, 2020. Consulté le: juill. 15, 2021. [En ligne]. Disponible sur: https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Approches_ascendante_et_descendante& oldid=173602591

[2] Kumwimba Daudet Kalenga, « Memoire Online - Analyse et optimisation de la fiabilité d'un réseau par la technologie PPPOE du routeur OS Mikrotik - Kumwimba Daudet Kalenga », Memoire Online. https://www.memoireonline.com/03/12/5503/m_Analyse-et-optimisation-de-la-fiabilite-dun-reseau-par-la-technologie-PPPOE-du-routeur-OS-Mikro2.html (consulté le juin 14, 2021).

[3] « Ferme Espoir - Tourisme Katanga ». https://www.katanga-tourisme.org/ferme-espoir/ (consulté le juill. 17, 2021).

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[6] Vert-Togo, « Avec le PPAAO-TOGO, les mortalités dans les élevages des petits ruminants réduites », VERT TOGO | Au coeur de l'information, déc. 24, 2019. https://vert-togo.com/avec-le-ppaao-togo-les-mortalites-dans-les-elevages-des-petits-ruminants-reduites/ (consulté le sept. 27, 2021).

[7] Aurélie et Anne-Sophie BARRIER, « ÉVALUATION ET CONSEILS D'OPTIMISATION DU BIEN-ÊTRE EN ÉLEVAGE CANIN », ÉCOLE NATIONALE VÉTÉRINAIRE D'ALFORT.

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[9] « Livestock Pedigree & Tracking », Avante International Technology, Inc. https://www.avantetech.com/products/locating/livestock/ (consulté le oct. 06, 2021).

[10] « Cameroun: la Banque mondiale débloque 60 milliards Fcfa pour l'élevage », La Tribune. https://afrique.latribune.fr/afrique-centrale/cameroun/2018-02-09/cameroun-la-banque-mondiale-debloque-60-milliards-fcfa-pour-l-elevage-767824.html (consulté le sept. 27, 2021).

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[12] MUKENDI KATOLU Alain, « Etude et mise en place d'un systeme de securite residentielle contre les bandits a bas de l'alarme gsm en Rdc », ESIS, 2019.

[13] Mr. Djaouti aghilas & Mr. Mechaour hamid, « Conception et réalisation d'une centrale domotique », Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou.

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