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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/288327838 Conception et réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » Thesis · July 2015 DOI: 10.13140/RG.2.1.4484.3608 CITATIONS 0 READS 3,703 1 author: Hamid Hamouchi Ecole Normale Supérieure de l'Enseignement Technique 1 PUBLICATION 0 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Hamid Hamouchi on 27 December 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. Avenue de l'Armée Royale, Madinat Al Irfane 10100 B.P. 6207 Rabat-Instituts Rabat Maroc Tél. : (+212) 5 37 56 40 62 - Fax : (+212) 5 37 56 40 76 – Site : http://enset.um5s.ac.ma Université Mohammed V École Normale Supérieure d’Enseignement Technique - Rabat Département Génie électrique Pour l’obtention du diplôme de Master en Génie électrique Réalisé par : HAMID HAMOUCHI Encadré par : Mr. ATMAN JBARI Sous le thème Conception et réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » Soutenue le 06 juillet 2015, devant le jury composé de :  Mr. Abdelilah JILBAB, professeur à l’ENSET de Rabat, (président)  Mr. Atman JBARI, professeur à l’ENSET de Rabat, Conception & réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » PFE 2015 2 ENSET Rabat TABLE DES MATIERES Liste des figures ................................................................................................................................................................................................ 5 Liste des tableaux ............................................................................................................................................................................................. 6 Liste des Annexes ............................................................................................................................................................................................. 6 Introduction générale ..................................................................................................................................................... 7 Chapitre 1 : C’est quoi la domotique ? ........................................................................................................................... 9 I. Définitions ............................................................................................................................................................... 9 II. Domaines de la domotique ................................................................................................................................... 10 1. Protection des personnes et des biens ............................................................................................................ 10 2. Confort de la vie quotidienne ............................................................................................................................ 11 3. Les économies d’énergie .................................................................................................................................... 11 III. La maison communicante................................................................................................................................. 12 1. Domotique sans fil ............................................................................................................................................. 12 2. Domotique à courant porteur CPL .................................................................................................................... 13 3. Domotique câblée .............................................................................................................................................. 14 Chapitre 2 : Description du projet................................................................................................................................ 16 I. Contexte du Projet ................................................................................................................................................. 17 II. Planification du Projet .......................................................................................................................................... 17 III. Présentation du cahier des charges ................................................................................................................. 17 IV. Développement du système domotique ......................................................................................................... 18 1. Enjeux ................................................................................................................................................................. 18 2. Présentation des fonctions de domotique proposées ...................................................................................... 19 Chapitre 3 : Étude de la partie matérielle et logicielle du projet ............................................................................... 21 I. Étude de la partie matérielle ................................................................................................................................ 21 1. Choix de la carte programmable ....................................................................................................................... 22 a. Carte RASPBERRY_PI ..................................................................................................................................... 22 i. Spécifications techniques .............................................................................................................................. 22 ii. Système d'exploitation ................................................................................................................................... 23 iii. Boîtier ......................................................................................................................................................... 23 b. Carte FPGA ...................................................................................................................................................... 24 c. Carte ARDUINO .............................................................................................................................................. 27 Conception & réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » PFE 2015 3 ENSET Rabat 2. Arduino Méga 2560 ........................................................................................................................................... 28 a. Caractéristiques ............................................................................................................................................. 29 b. Alimentation ................................................................................................................................................... 29 c. Mémoire ......................................................................................................................................................... 30 d. Entrées et sorties numériques ...................................................................................................................... 30 e. Broches analogiques ...................................................................................................................................... 32 f. Autres broches ............................................................................................................................................... 32 g. Communications ............................................................................................................................................ 32 3. Pourquoi Arduino ? ............................................................................................................................................ 33 II. Choix des organes du système domotique.......................................................................................................... 35 1. Module Ethernet ENC26J80 ............................................................................................................................... 35 a. Communication Ethernet avec la puce ENC28J60 ........................................................................................ 35 b. Présentation de l'interface matérielle de l’ENC28J60 .................................................................................. 36 i. Principales entrées et sorties ........................................................................................................................ 36 ii. Principaux blocs fonctionnels intégrés à l’ENC28J60 ................................................................................... 37 iii. Interconnexion physique avec l'extérieur ................................................................................................ 38 iv. Interfaçage d'un ENC28J60 alimenté en 3,3V avec un μC fonctionnant sous 5V ........................................ 39 c. Module Ethernet ENC28J60 ........................................................................................................................... 40 2. Module de Relais à 8 canaux .............................................................................................................................. 41 3. Module Afficheur LCD ........................................................................................................................................ 42 a. Le connecteur de l’afficheur LCD ................................................................................................................... 42 b. La communication avec le LCD ...................................................................................................................... 43 c. La connexion avec la carte Arduino Méga 2560 ........................................................................................... 44 d. Le réglage du contraste .................................................................................................................................. 44 e. Le pilotage via le bus I2C ............................................................................................................................... 44 f. Afficheur LCD 20x4 ........................................................................................................................................ 45 4. Servomoteurs ..................................................................................................................................................... 45 a. Fonctionnement ............................................................................................................................................. 46 b. Connecteur du servomoteur .......................................................................................................................... 47 c. Types des servomoteurs ................................................................................................................................ 47 5. Clavier matriciel ................................................................................................................................................. 49 a. Principe du clavier matriciel.......................................................................................................................... 49 b. Détection des touches .................................................................................................................................... 49 c. Bronchement avec Arduino Méga 2560........................................................................................................ 49 6. Point d’accès (Passerelle) .................................................................................................................................. 50 Conception & réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » PFE 2015 4 ENSET Rabat 7. Capteur d’humidité et température DHT11 ..................................................................................................... 50 a. Brochage du capteur DHT11 ......................................................................................................................... 51 b. Caractéristiques ............................................................................................................................................. 51 8. Capteur de gaz/fumée (MQ-2) .......................................................................................................................... 51 9. Ventilateur .......................................................................................................................................................... 52 III. Étude de la partie logicielle .............................................................................................................................. 53 1. Plateforme de programmation Arduino ........................................................................................................... 53 i. Présentation ................................................................................................................................................... 53 ii. Structure d’un programme en Arduino ........................................................................................................ 55 2. Proteus ISIS ........................................................................................................................................................ 55 3. Catia V5 ............................................................................................................................................................... 56 Chapitre 4 : Étude des protocoles de communication sans fil ................................................................................... 57 I. Principe de la communication sans fil ................................................................................................................. 58 II. Étude des différents protocoles de communication .......................................................................................... 58 1. Zigbee ................................................................................................................................................................. 58 2. Bluetooth ............................................................................................................................................................ 59 3. Wifi ...................................................................................................................................................................... 59 4. Tableau récapitulatif .......................................................................................................................................... 60 Chapitre 5 : Phase de la réalisation du système domotique ...................................................................................... 61 I. Réalisation de la maison intelligente ................................................................................................................... 62 II. Développement de l’application de commande ................................................................................................. 62 1. Fonction d’accès sécurisé à l’habitat ................................................................................................................. 63 2. Fonction d’ouverture du garage ........................................................................................................................ 63 3. Fonction d’éclairage ........................................................................................................................................... 63 4. Fonction de l’acquisition de la température ..................................................................................................... 64 5. Fonction de ventilation ...................................................................................................................................... 64 6. Fonction de détection de gaz/fumée ................................................................................................................. 64 Annexes .......................................................................................................................................................................... 66 Conclusion générale ...................................................................................................................................................... 65 Conception & réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » PFE 2015 5 ENSET Rabat LISTE DES FIGURES Figure 1 : Schéma globale du système domotique à concevoir ................................................................................. 18 Figure 2 : Raspberry_Pi ................................................................................................................................................. 22 Figure 3 : Interface graphique du Raspbian ................................................................................................................ 23 Figure 4 : exemple de boitier de Raspberry_PI ........................................................................................................... 24 Figure 5 : Description de l’architecture générique d’un FPGA .................................................................................. 24 Figure 6 : Structure d’une cellule logique .................................................................................................................... 25 Figure 7 : Processus de programmation d’une carte FPGA ........................................................................................ 26 Figure 8 : Exemples des cartes Arduino ...................................................................................................................... 28 Figure 9 : Arduino Méga 2560 ...................................................................................................................................... 29 Figure 10 : Circuit intégré ENC28J60 ........................................................................................................................... 35 Figure 11 : Présentation de l'interface matérielle de l’ENC28J60 ............................................................................. 35 Figure 12 : Brochage de l’ENC28J60 ............................................................................................................................ 36 Figure 13 : Principales connexions électriques du circuit ENC28j60 ....................................................................... 36 Figure 14 : Blocs fonctionnels de l’ENC28j60 ............................................................................................................. 37 Figure 15 : Interconnexion physique avec l’ENC28J60 .............................................................................................. 38 Figure 16 : Transformateur réseau et sa structure interne ....................................................................................... 39 Figure 17 : L’embase RJ45 ............................................................................................................................................ 39 Figure 18 : Sortie 3.3V pour Arduino Méga 2560 ....................................................................................................... 40 Figure 19 : Module Ethernet ENC28J60 ....................................................................................................................... 40 Figure 20 : Bronchement avec la carte Arduino Méga 2560 ...................................................................................... 40 Figure 21 : Module de relais à 8 canaux ...................................................................................................................... 41 Figure 22 : Principe de fonctionnement du relais ...................................................................................................... 41 Figure 23 : Afficheurs LCD (16x2) et (20x4) ............................................................................................................... 42 Figure 24 : Connecteur de l’afficheur LCD ................................................................................................................... 42 Figure 25 : Montage du Module I2C avec l’afficheur LCD........................................................................................... 44 Figure 26 : Afficheur LCD 20x4 + Module I2C ............................................................................................................. 45 Figure 27 : Principe d’un signal de commande par PWM .......................................................................................... 46 Figure 28 : Exemples des signaux PWM ...................................................................................................................... 46 Figure 29 : Câble de commande pour servomoteur ................................................................................................... 47 Figure 30 : Servomoteurs utilisés ................................................................................................................................ 48 Figure 31 : Clavier matriciel (4*4) et son schéma de principe .................................................................................. 49 Figure 32 : Bronchement du clavier avec l’Arduino Méga 2560 ............................................................................... 49 Figure 33 : Réseau Ethernet ......................................................................................................................................... 50 Figure 34 : Point d’accès ............................................................................................................................................... 50 Figure 35 : Capteur de température et d'humidité DHT11 ........................................................................................ 51 Figure 36 : Capteur de gaz/fumée MQ-2 ..................................................................................................................... 51 Figure 37 : Bronchement du MQ-2 avec Arduino ....................................................................................................... 51 Figure 38 : Ventilateur 5V d’un PC ............................................................................................................................... 52 Figure 39 : Interface de la plateforme Arduino ........................................................................................................... 54 Figure 40 : Barre de boutons Arduino ......................................................................................................................... 54 Figure 41 : HyperTerminal de l’Arduino (Moniteur Série) ........................................................................................ 54 Figure 42 : Structure d’un programme en Arduino .................................................................................................... 55 Figure 43 : Dessin d’ensemble de la maison intelligente ........................................................................................... 62 Conception & réalisation d’une centrale embarquée de la domotique « Smart Home » PFE 2015 6 ENSET Rabat LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Présentation des caractéristiques de la carte Arduino Méga 2560 ....................................................... 29 Tableau 2 : Présentation des broches d’alimentation de la carte Arduino Méga 2560 ........................................... 30 Tableau 3 : Différentes broches entrées/sorties numériques ................................................................................... 32 Tableau 4 : Nomenclature du connecteur de l’afficheur LCD .................................................................................... 43 Tableau 5 : Comparaison entre les différents protocoles .......................................................................................... 60 LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Brochage de la carte Arduino Méga 2560 ................................................................................................. 66 Annexe 2 : Organigramme de la fonction d'accès sécurisé à l'habitat ...................................................................... 68 Annexe 3 : Photos de la phase de réalisation de maison intelligente ........................................................................ 67 Annexe 4 : Organigramme de la fonction « setup », « HomePage » de l’éclairage à distance .................................. 69 Annexe 5 : Organigramme de la fonction « Loop » de l’éclairage à distance ............................................................ 70 Annexe 6 : Organigramme de la fonction d’ouverture à distance des volets ........................................................... 71 Annexe 7 : Organigramme de la fonction d’acquisition de température .................................................................. 72 Annexe 8 : Configuration de la connexion Ethernet avec le routeur ......................................................................... 72 Annexe 9 uploads/Ingenierie_Lourd/ pfe-domotique-rapport.pdf