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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU Faculté de Génie Electrique et d’Informatique Département d’Electronique Mémoire de Master en Electronique Option : Electronique industrielle Présenté par : BEN SAIDJ Zahia Thème Gestion d’une serre agricole à base d’ARDUINO Devant le jury composé de : Mme. LAGHA. K, Présidente. Mr. ZIRMI.R, Rapporteur. Mme. SIDI SAID.A, Examinatrice. Soutenu le : 01/10/2018 Dédicace Je dédie ce modeste travail A mes chère parents, mes estimes pour eux sont immenses, je vous remercie pour tout ce que vous avez fait pour moi. Que dieu vous préserve une longue vie heureuse. A mon très cher mari et mon adorable fille Tafat A ma belle famille, A qui je souhaite une vie pleine de bonheur, de prospérité. A mes frères : Hamid, Smail et Idir qui ma beaucoup soutenue dans ce travail . A mes sœurs : Fatiha, Kahina ainsi son mari et ses filles. A Toute ma famille, Tous ceux que j’aime, qui m’aiment et me comblez de conseils A tous ceux qui, un jour, ont pensé à moi, les plus beaux mots ne sauraient exprimer ma redevance. A Mon Amie Djahida à qui je souhaite beaucoup de réussite, amour et prospérité. Remerciements Louange au bon Dieu le tout puissant et le tout miséricordieux Au terme de ce modeste travail je tiens à exprimer mes remerciements les plus chaleureux à tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin à l’élaboration de ce mémoire. Mes remerciements vont tout particulièrement à mon promoteur Mr.ZIRMI RACHID, pour sa confiance et sa foi en moi et en mes compétences, pour ses motivations qui m’ont poussé à aller aussi loin et pour avoir accepter de m’encadrer, Pour ces précieux conseils avisés, pour sa gentillesse, son soutien, et son humanisme. mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à ma recherche en acceptant d’examiner mon travail Enfin, nous tenons également à remercier toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail. Sommaire Sommaire Listes des figures et tableaux…………………………………………………………………...i Introduction ................................................................................................................................ 1 Chapitre I serres agricoles I.1. Définition de la serre agricole .............................................................................................. 3 I.1.1. Intérêt de la serre ........................................................................................................... 3 I.1.2. Types de construction ................................................................................................... 3 I.1.3. Types de la serre ........................................................................................................... 3 I.1.4.Choix d’emplacement de la serre ................................................................................... 7 I.1.5. Type de ventilation de la serre ...................................................................................... 7 I.1.5.1. Ventilation naturelle ............................................................................................... 7 I.1.5.2. Ventilation forcée ................................................................................................... 7 I.1.6. Les équipements d’une serre ......................................................................................... 8 I.1.6.1. Les actionneurs ...................................................................................................... 8 I.1.6.1.1. Générateur d’air .............................................................................................. 8 I.1.6.1.2. Extracteurs ...................................................................................................... 9 I.1.6.1.3. Double paroi gonflable ................................................................................... 9 I.1.6.1.4. Le système de réfrigération (Cooling) .......................................................... 10 I.1.6.1.5. Brasseur d’air ................................................................................................ 10 I.1.6.1.6. Le fog system ................................................................................................ 11 I.1.6.1.7. Système d’éclairage ...................................................................................... 12 a) L’éclairage LED ................................................................................................... 12 b) Éclairage par lampe de sodium haute pression (SHP) ......................................... 13 c) Eclairage par lampes fluorescentes ...................................................................... 14 I.1.7. Le Micro climat de la serre ......................................................................................... 14 I.1.7.1. Intérêts de la détermination du microclimat ........................................................ 15 I.1.7.1.1. La température .............................................................................................. 15 I.1.7.1.1.1. L’effet de serre ....................................................................................... 15 I.1.7.1.1.2. Consigne pratique de température ambiante .......................................... 16 I.1.7.1.1.3. L’humidité .............................................................................................. 16 II. Conclusion ........................................................................................................................... 16 Chapitre II Généralités sur la carte ARDUINO et capteurs I. Définition du module Arduino .............................................................................................. 17 1. Les gammes de la carte Arduino ...................................................................................... 17 2. Description ....................................................................................................................... 19 Figure. II.1. les différents types d’ESP8266 .................................................................... 20 2.1. Caractéristiques ........................................................................................................ 20 Sommaire 2.1.1. Programmation .......................................................................................................... 21 2.1.2. NodeMCU .......................................................................................................... 21 2.1.3. La mémoire ........................................................................................................ 23 3. Types du module Arduino ................................................................................................ 24 3.1. Le module Arduino Bluetooth ................................................................................... 24 3.2. Le module shield Arduino Wifi ................................................................................ 24 3.3. Le Module XBee ....................................................................................................... 24 3.4. Le module Wifi ESP8266 ......................................................................................... 25 4. Les drivers ........................................................................................................................ 25 4.1. Les leds ...................................................................................................................... 25 4.2. Les transistors ............................................................................................................ 26 4.3. Le relais ..................................................................................................................... 26 Figure. II.11. relais ........................................................................................................... 27 II. Définition du capteur ........................................................................................................... 27 1. Types de capteurs ........................................................................................................ 27 1.1. Capteurs passifs ......................................................................................................... 28 1.2. Capteurs actifs ........................................................................................................... 28 2. Type de détection ............................................................................................................. 29 3. Caractéristiques d’un capteur ........................................................................................... 29 4. Nature de l’information fournie par le capteur ................................................................. 29 a) Analogique ................................................................................................................... 30 b) Logique ........................................................................................................................ 30 c) Numérique .................................................................................................................... 30 5. Capteur de température et d’humidité DHT22 ................................................................. 30 1. Description: .................................................................................................................. 30 2. Brochage : .................................................................................................................... 30 III. Conclusion .......................................................................................................................... 30 Chapitre III Réalisation et tests 1. Représentation du système ................................................................................................... 31 1.2. Etude du système ............................................................................................................... 31 1.2.1. Température ............................................................................................................... 31 1.2.2. Humidité ..................................................................................................................... 31 1.3. Dispositifs matériels et technologie .................................................................................. 31 1.3.1. ESP8266 esp 12 ...................................................................................................... 32 a) Principe de fonctionnement ...................................................................................... 33 b) La programmation d'un ESP8266 ............................................................................ 33 Sommaire c) Branchement ESP-12 ............................................................................................... 34 1.3.2. Le capteur de température et d’humidité ................................................................ 35 a) Branchement ............................................................................................................ 35 1.3.3. Le relais .................................................................................................................. 36 1.3.4. Le transistor ............................................................................................................ 36 1.4. Programmation .............................................................................................................. 37 La configuration ........................................................................................................... 38 1.4.1. Android (Virtuino) ................................................................................................. 38 1.4.2. IFTTT ..................................................................................................................... 39 1.4.3. Thingspeak ............................................................................................................. 39 1.5. Réalisation et conception .............................................................................................. 40 2. Conclusion ............................................................................................................................ 40 Conclusion générale ................................................................................................................. 41 Bibliographie ............................................................................................................................ 42 Annexe ..................................................................................................................................... 44 Liste des figures Chapitre I : Figure I.1.Une serre tunnel Figure I.2. Une serre multi-chapelle Figure I.5. Une serre jardin Figure I.6. Un chauffage d’air Figure I.7. Un Extracteur Figure I.8. Une double paroi gonflable Figure I.10. Un brasseur d’air Figure I.11. Un fog systeme Figure I.12 Eclairage LED dans une serre agricole Figure I.13. Une lampe de sodium haute pression (SHP) Figure I.14. Une lampe fluorescente Chapitre II : Figure. II.1. les différents types d’ESP8266 Figure. II.2. Microcontrôleur ESP8266 Figure. II.3. présentation des broches d’ESP8266 Figure .II.4. les boutons- poussoirs Figure .II.5. Module Bluetooth pour Arduino Figure .II.6. Module wifi pour Arduino Figure .II.7. Module XBee pour Arduino Figure .II.8. Module wifi ESP8266 Figure .II.9. LED Figure .II.11. Relais Figure .II.12. Principe général des capteurs Figure. II.13. Capteur DHT22 et son schéma de brochage. Chapitre III : Figure.III.1.Logigramme de fonctionnement de la température Figure.III.2. Logigramme d’humidité Figure .III.3. Schéma électrique d’ESP8266 Figure .III.4. Montage d’ESP8266 Figure .III.5. Capteur DHT22 Figure .III.6. Le montage du DHT22 avec Arduin Figure .III.7. Les différents modes de connexion Figure.III.8. les courbe des valeurs température et humidité Figure. III.9. les courbes de température et d’humidité Figure .III.10. Photo de la réalisation Liste des tableaux Tableau II.1. Type de matériau utilisé et caractéristique électrique des capteurs passifs Tableau II.2. Grandeurs d’entrée et de sortie et effet utilisé pour les capteurs actifs Introduction Introduction 1 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 [1]. 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 [2]. Il est donc important de bien contrôler les paramètres suivants [3] : - 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. - Le taux de CO2 doit être régulé dans des serres très hermétiques qui consomment rapidement le taux de gaz carbonique lors de la photosynthèse. - L'éclairage peut également être régulé au moyen d'un éclairage artificiel pour accélérer le développement des plantes. Il n’est pas uniquement l’'automaticien, l’électronicien est aussi très sollicité pour la gestion bioclimatique des serres à cause des nouvelles technologies qui sont développées aujourd’hui comme les cartes électroniques comme l’ ARDUINO qui sont très utilisées pour divers contrôle de plusieurs systèmes, et aussi pour la simplicité et la facilité de leur utilisation. Dans le cadre de ce travail, nous souhaitons développer une plateforme composée d’une carte de commande ARDUINO à base de microcontrôleur pour la mesure et le contrôle des paramètres bioclimatiques d’une serre. Cette plateforme permettra de contrôler uniquement deux paramètres fondamentaux: - l’humidité et la température de l’air de la serre. Ce mémoire est organisé en trois chapitres : - Le premier chapitre portera sur une étude générale de la serre, différents types de serres, équipements de la serre comme le système de ventilation et le système d’éclairage…etc. - Le deuxième chapitre portera sur le choix du microcontrôleur ESP8266 le plus adapté et le choix du capteur que nous allons utiliser pour la réalisation de notre projet. Introduction 2 - Le troisième chapitre sera consacré à l’exposition du dispositif expérimental utilisé et à la réalisation de la plateforme de contrôle du système uploads/Geographie/ bensaidjzahia-pdf.pdf