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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/322828670 Initiation à la conception et réalisation d’un réseau de capteurs intelligent : Maison Intelligente Article in J3eA · January 2017 DOI: 10.1051/j3ea/20171018 CITATIONS 2 READS 5,220 6 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: scientific events View project Hybrid Renewable Energy Platform View project Mohamed Tabaa EMSI 118 PUBLICATIONS 517 CITATIONS SEE PROFILE Abbas Dandache University of Lorraine 164 PUBLICATIONS 974 CITATIONS SEE PROFILE Brahim Chouri EMSI 5 PUBLICATIONS 29 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Mohamed Tabaa on 11 June 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. Initiation à la conception et réalisation d’un réseau de capteurs intelligent : Maison Intelligente M. Tabaaa, K. Alamia, A. Dandacheb, Z. Benabboua, B. Chouria, K. Bousmara a LPRI, Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche et Innovation, EMSI, Casablanca Maroc b LGIPM, Laboratoire de Génie Industriel de Production et Maintenance, Université de Lorraine, Metz France med.tabaa@gmail.com , abbas.dandache@univ-lorraine.fr Ce papier présente un travail pédagogique sous forme d’un projet centré sur la conception et la réalisation d’un réseau de capteurs intelligent sous forme d’une maison intelligente, avec pour objectif la réalisation d’une maquette didactique. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre de la formation GSI (Génie des Systèmes Industriels) délocalisée au Maroc dans le cadre de la collaboration d’enseignement et de recherche entre l’université de Lorraine et l’EMSI, ainsi que la formation continue au sein de l’EMSI (Ecole Marocaine des sciences de l’Ingénieur) à Casablanca Maroc pour les filières Génie industriel, Automatisme Informatique Industriel et Réseau & Télécom. I. Introduction Les progrès technologiques de ces dernières années ont permis d’augmenter les possibilités de la conception des réseaux de capteurs dans plusieurs domaines à savoir : la santé, l’agriculture, maritime, domotique. Spécialement pour ce dernier, il est possible aujourd’hui de gérer la plupart des fonctions à partir d’un Smartphone, en intervenant sur toute la partie électronique d’une habitation : sécuriser la porte, ouvrir et fermer des volets à distance, contrôle d'éclairage, réglages des alarmes, vues des caméras de sécurité, contrôle du chauffage, reconnaissance vocal et autres. Par définition, une maison intelligente est un ensemble d’objets connectés entre eux et contrôlés par un système de base : microcontrôleur, FPGA ou réseau sur Puce « NoC ». Assurant diverses fonctions (éclairage, multimédia, chauffage et climatisation, volets, sécurité...). Ces nouvelles orientations permettent non seulement d’accroître les services à la personne ou le confort à domicile mais aussi de mieux gérer la consommation d’énergie et d’optimiser des ressources partagées. Ce domaine promoteur permettra aux étudiants de se familiariser avec l’ensemble des détails de la conception d’un réseau de capteurs intelligent dédié à la domotique, de gérer la partie commande, et la partie sécurité mais aussi la mise en place d’un concept de base (EMSI SMART HOUSE). L’objectif principal de ce projet reste dans un premier temps pédagogique afin d’initier les étudiants des années préparatoires et mêmes de cycle d’ingénierie à la conception, réalisation et implantation d’un réseau de capteurs intelligent capable à superviser une maison, la commande et l’affichage de l’état de son environnement en temps réel. Nous avons utilisé un concept de réalisation simple basé sur un microcontrôleur ATMEL SAM3X8E ARM Cortex-M3. Les aspects fonctionnels concernent la commande d’un réseau de capteurs fiable et en temps réel, et les aspects This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Article publié par EDP Sciences et disponible sur le site https://www.j3ea.org ou https://doi.org/10.1051/j3ea/20171018 matériels consistent en la familiarisation avec la programmation des microcontrôleurs en termes d’étude et implantation, mais aussi les outils et matériels de découpage et impression 3D disponible au niveau d’un FABLAB interne à l’EMSI Casablanca . Ce projet a permis aux étudiants d’élargir leurs compétences en conception et réalisation, leur capacité d’implantation sur des microcontrôleurs mais aussi d’approfondir leurs compétences en ce qui concerne les outils de fabrication : découpage laser & impression 3D. II. Les étapes de réalisation d’une maison intelligente Maison intelligente Grace au développement technologique dans plusieurs domaines tels que l’électronique, l’informatique, la physique, internet des objets et autres, la domotique a pris une nouvelle orientation. Ce domaine d’application a vu le jour dans les années 80 avec la vague de la miniaturisation des composants électroniques. Cette évolution des systèmes électroniques a exigé deux stratégies nécessaires à savoir : une performance élevée et une énergie basse. Aujourd’hui, ce concept de domotique a permis d’ajouter de l’intelligence à notre vie quotidienne, d’où l’orientation vers la maison intelligente. Cette dernière consiste en l’automatisation et la centralisation des différents objets de la maison afin d’assurer le contrôle, la surveillance, aide des personnes âgées et autres. Une maison intelligente consiste à placer des objets ou capteurs à l’intérieur et à l’extérieur pour constituer une base d’informations (température interne et externe, luminosité, capteur de gaz, force du vent, …), et les centralisées vers un système d’affichage et enregistrement permettant à l’utilisateur de vérifier des différentes données. L’objectif principal de ce projet est d’initier les étudiants de l’EMSI ainsi que ceux en collaboration avec l’université de Lorraine à la conception et réalisation d’un réseau de capteurs intelligent sous forme d’une maison intelligente. Fig.1 Maison intelligente : EMSI SMART HOUSE Système de commande Toute action réalisée par "EMSI SMART HOUSE" ne peut être exécutée qu’avec la permission d'un système de commande intégré dans un petit composant électronique appelé "Arduino". Nous rappelons qu'il existe plusieurs types de cartes Arduino. Les plus connues sont : la carte Uno, Due, Mega ... etc. Nous avons utilisé une carte de type "Arduino due", car elle est performante, pratique, facilement programmable et donne la possibilité de brancher plusieurs composants électroniques grâce à ses connexions multiples (pins). Fig.2 Vue sur le système de commande Une fois que tous les composants électroniques sont bien connectés à la carte Arduino, un programme informatique est téléchargé obligatoirement pour assurer la bonne communication du système. Alors pour réaliser un programme quelconque il faut d'abord télécharger l'outil de programmation en consultant le lien suivant : www.www.arduino.cc/en/Main/Software, ensuite écrire le code en langage C ou C++ de la manière suivante : //déclaration des variables void setup() //fonction d'initialisation de la carte { //contenu de l'initialisation } void loop() //fonction principale qui se répète à l'infini { //contenu de votre programme } Système de communication Le système de commande déjà présenté dans la partie précédente va nous permettre de manipuler l’ensemble des objets connectés dans notre réseau de capteurs. Nous avons choisi un nombre important de capteurs qui vont nous servir à commander efficacement notre système. Ce système de communication assure quatre fonctionnalités à savoir : - la fonction d’affichage qui donne la date, l’heure, la température indoor et Outdoor mais aussi d’autres informations, - la fonction d’ouverture et fermeture, qui permet d’ouvrir la porte d'entrée avec un code tapé sur le clavier matriciel. Une fois ouverte, la porte se referme automatiquement après cinq secondes, cette fonction pouvant également faire monter ou descendre le rideau à l'aide d'un bouton poussoir, - la fonction de la sécurité qui assure dans un premier temps l’activation et la désactivation de l’alarme à clavier matriciel. Ainsi deux scénarios ont été proposés pour lesquels l'alarme est déclenchée automatiquement : le premier c’est au moment d’une détection d’une infiltration d'un voleur, la deuxième est lors de la détection d’une fuite de gaz où les rideaux s'ouvrent automatiquement pour dégager le gaz, - la fonction d’éclairage automatique d'un endroit de la maison (salon/cuisine/chambre à coucher/ toilette + salle de bain). Pour ceux-ci nous avons prévu deux scénarios pour allumer ou éteindre les lumières à l'aide des boutons poussoirs à savoir : allumer automatiquement les lampes de l'extérieur pour éclairer la maison quand il fait sombres et inversement. Fig.3 Schéma électrique Decoupage et impression 3D Nous avons commencé par dessiner la structure principale de la maquette, c’est-à-dire les murs et le sol. Pour ce faire, nous avons utilisé le logiciel Inkscape qui permet de construire le plan d’un cube ou d’un rectangle dans le but d’être découpé dans un matériel adéquat. Ensuite il faut enregistrer le travail en format DXF pour pouvoir être lu par la découpeuse après avoir converti le fichier DXF en fichier RD grâce au logiciel RD WORKS. Ci-dessous, le plan de la maquette qui a été conçue en utilisant comme matériel un panneau contreplaqué avec une épaisseur de 3,2mm et découpé au laser. Fig.4 Plan de la maquette Fig.5 Éléments imprimés en 3D III. Implantation Ce projet s’est déroulé en trois parties, ce qui assure aux étudiants une maitrise totale de chaque étape de conception et réalisation d’un réseau de capteurs sous forme d’une maison intelligente :  la première étape consiste à comprendre les principes d’un élément capteur et d’un système réseau de capteurs ainsi que les problèmes de réalisation liés à un champ d’application domotique. Nous avons utilisé dans ce cadre un concept uploads/Ingenierie_Lourd/ initiation-a-la-conception-et-realisation-dun-res.pdf