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ESTF - BP : 2427 Route Imouzzer - Fès Maroc
Tél : 05 35 60 05 84/85/86/87 - Fax : 05 35 60 05 88 - Site web : www.est-usmba.ac.ma
Année Universitaire : 2017 - 2018
UNIVERSITÉ SIDI MOHAMED BEN ABDELLAH
ÉCOLE SUPÉRIEURE DE TECHNOLOGIE - FES
 Réalisé par :
 DOUIEB Otmane
 HMIDANI Abdelhamid
 Encadré par :
 M. BOUSSETTA
Diplôme Universitaire de Technologie
Filière : Génie Électrique
Option : Electronique et Informatique Industrielle
Nous tenons tout d’abord à remercier M. BOUSSETTA Mohammed,
professeur à l’ESTF, qui nous a encadré et aidé toute la période de ce projet
de fin d’étude. Son soutien, ses conseils et ses remarques nous ont permis
d’accomplir ce projet.
Par ailleurs nous voudrons remercier tous les professeurs de l’école
supérieure de technologie de Fès notamment les professeurs de la filière
génie électrique pour leurs efforts qu’ils ont fournis toute ces deux année
de notre formation.
Finalement, nous remercions tous les amis et les anciens étudiants à
l’EST qui nous ont aidés durant le travail sur notre projet.
Titre ...................................................................................................................... 2
REMERCIMENT..................................................................................................... 3
Sommaire............................................................................................................ 4
Table de Figure .................................................................................................. 6
Introduction ........................................................................................................ 7
Chapitre 1: Présentation .................................................................................. 8
I. Les cartes embarquées utilisées ................................................................ 9
1. Raspberry Pi3 module B ....................................................................... 9
a). Définition ............................................................................................. 9
b). Evolutions ..........................................................................................10
c). Projets réalisé par Raspberry Pi .....................................................10
d). Caractéristiques de Raspberry Pi3 Module B .............................10
e). Brochage de Raspberry Pi .............................................................11
f). GPIO de Raspberry Pi .....................................................................13
g). Installation du système Raspbian .................................................14
2. Arduino Uno ........................................................................................19
a). Définition ...........................................................................................19
b). Caractéristiques de la carte Arduino Uno .................................20
c). Brochage de l’Arduino Uno ..........................................................21
d). Mémoire ............................................................................................21
e). Les PINs de l’Arduino Uno ..............................................................22
f). Autres Broches .................................................................................22
II. Les logiciels utilisés ....................................................................................23
1. Python ..................................................................................................23
2. Arduino IDE ..........................................................................................23
Chapitre 2: Composants et technologies utilisés ......................................25
I. Les composants utilisés..............................................................................26
1. Capteur de tension F031-06..............................................................26
2. Capteur de courant ACS712............................................................26
3. Capteur de température et humidité DHT11 ................................28
4. Relai électrique 5V SRD-05VDC-SL-C...............................................29
5. Capteur de température LM335......................................................29
6. Les piles 9V ..........................................................................................30
7. Les potentiomètres ............................................................................30
8. Buzzer (bipeur) ......................................................................................31
9. Moteur RF-500TB ...................................................................................31
10. Câble Arduino (USB 2.0 câble type A/B) .......................................32
11. Câble Ethernet RJ45 .........................................................................33
II. La technologie utilisée .............................................................................33
1. Beebotte ..............................................................................................34
2. Node-RED ............................................................................................35
3. Cayenne ..............................................................................................36
4. Serveur Web ........................................................................................37
5. WebIOPI GPIO Header ......................................................................38
6. Blynk ......................................................................................................38
Chapitre 3: Projet & Simulation .....................................................................40
I. Le projet .....................................................................................................41
II. Simulation du projet .................................................................................41
1. Supervision ...........................................................................................41
a). Température et humidité d’éolienne ..........................................41
b). Courant, tension, puissance et température d’éolienne et
panneau solaire ..............................................................................44
2. Commande ........................................................................................46
a). Node-Red .........................................................................................46
b). Blynk ...................................................................................................47
3. Cas de danger ...................................................................................48
III. Les Schéma.................................................................................................50
1. Schéma complet de l’éolienne .......................................................50
2. Schéma complet de panneau solaire ...........................................51
Conclusion........................................................................................................52
Bibliographie.....................................................................................................53
Figure 1 : Présentation de la carte Raspberry Pi............. 9
Figure 2 : Installation du système Raspbian ...................13
Figure 3 : Présentation de la carte Arduino...................18
Figure 4 : Les logiciels utilisés : Python / Arduino IDE ....23
Figure 5 : Les composants utilisés.....................................26
Figure 6 : Les Technologies utilisées.................................35
Figure 7 : Présentation du projet......................................42
Figure 8 : Supervision d’éolienne et panneau
photovoltaïque par serveur web.....................................45
Figure 9 : Supervision d’éolienne et panneau
photovoltaïque par téléphone ou PC............................46
Figure 10 : Commande d’éolienne et panneau
photovoltaïque par Node-RED ........................................48
Figure 11 : Commande d’éolienne et panneau
photovoltaïque par Blynk..................................................49
Figure 12 : En cas du danger............................................50
Dans ce projet-là, nous avons réalisé une supervision et commande d’un
système énergétique à distance qui se constitue d’une éolienne et un panneau
photovoltaïque en utilisant les cartes embarqués Raspberry-Pi et Arduino.
Pour la supervision, nous avons utilisé deux applications : Blynk et Cayenne,
ainsi qu’un serveur web à l’aide de la programmation PHP et HTML, qui nous
permet de voir toutes les informations de notre système énergétique telle que le
courant, la tension, la puissance, la température et l’humidité. Et tout cela va
s’afficher dans notre téléphone et pc.
Pour la commande à distance de notre système, nous avons utilisé
l’application Blynk et le serveur web notamment Node-Red. Alors lorsque la
température d’éolienne ou du panneau photovoltaïque est élevé, on reçoit un email
et un SMS qui nous avertis pour qu’on arrête l’éolienne par un frein moteur ainsi le
système de commande nous permet aussi de stocker l’énergie dans des batteries
dans le cas d’excès de production.
I. Les cartes embarquées utilisées :
1. Raspberry Pi3 module B :
a)Définition :
Le Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocarte à processeur ARM conçu
par le créateur de jeux vidéo David Braben, dans le cadre de sa fondation
Raspberry Pi.
Cet ordinateur, qui a la taille d'une carte de crédit, est destiné à encourager
l'apprentissage de la programmation informatique ; il permet l'exécution de
plusieurs variantes du système d'exploitation libre GNU/Linux-Debian et des
logiciels compatibles. Mais également avec les OS Microsoft Windows : Windows
10 IoT Core et Android Pi.
Il est fourni nu (carte mère seule, sans boîtier, alimentation, clavier, souris ni
écran) dans l'objectif de diminuer les coûts et de permettre l'utilisation de matériel
de récupération. Néanmoins des « kits » regroupant le « tout en un » sont
disponibles sur le web à partir de quelques dizaines d'euros seulement pour ceux
qui le désirent.
Figure 1: Raspberry pi 3 Module B
b)Evolutions :
Le 16 avril 2012, les premiers acheteurs font leurs premiers commentaires. Au 22
mai 2012, 20 000 cartes ont été envoyées. En juillet 2012, 4 000 unités sont produites
chaque jour.
En septembre 2012, la Fondation Raspberry Pi annonce une deuxième révision
du modèle B44. De plus, les futures séries seront fabriquées au Royaume-Uni, dans
les usines Sony de Pencoed, au Pays de Galles. Il est estimé que 30 000 unités
seraient produites par mois, créant 30 emplois. La fondation annonce aussi
l'overclocking autorisé permettant un gain de performance jusqu'à 50 %, la
fréquence du processeur passant de 700 à 1 000 MHz.
En octobre 2012, plusieurs clients ayant commandé à l'un des constructeurs
attendent leur commande depuis plus de six mois en raison de difficultés de
production. La fondation annonce le passage au modèle B 4G ; à partir de cette
date ces modèles sont envoyés lors d'un achat. Puis en décembre, la fondation,
en collaboration avec IndieCity et Velocix, ouvre un Pi Store, une plateforme de
téléchargement pour tout l'environnement logiciel Raspberry Pi. Une application
incluse dans Raspbian permet aux utilisateurs de trouver et télécharger ce qu'ils
veulent. Les applications de développeurs peuvent être envoyées pour
modération et publication dans le Pi Store.
c)Projets réalisé par Raspberry Pi :
Un scanner 3D à taille humaine, Un verrou intelligent sous Windows IoT, Picrowave,
Pi-hole, Drone…
d)Caractéristiques de Raspberry Pi3 Module B :
Ce modèle est annoncé en 2 février 2015.
Différences par rapport au modèle initial :
 Processeur : quatre coeurs ARM A53 cadencés à 1,2 GHz et compatibles 64
bits
 Alimentation : 800 mA (4 W)
 Mémoire (SDRAM) : 1 Go
 Sorite vidéo : HDMI et Composite (via un connecteur Jack)
 Sortie audio : stéréo Jack 3,5 mm (sortie son 5.1 sur la prise HDMI) et Composite
 Carte/connectique réseau: 10/100 Ethernet, Wifi 802.11n, Bluetooth 4.1
 Port USB : 4 ports
 Périphérique bas niveau : 17 × GPIO, UART, I²C bus, SPI bus avec deux chip
selects, I²S audio, +3.3 V, +5 V78
 Taille : 85,60 mm × 53,98 mm × 17 mm
 Système sur puce : Broadcom BCM43143
 GPIO : 40 broches
e)Brochage de Raspberry Pi :
Figure 2 : Les Éléments de Raspberry Pi
Figure 2 : Les Éléments de Raspberry Pi
f) GPIO de Raspberry Pi 3 :
Figure 3 : GPIO de Raspberry pi 3
g)Installation du système Raspbian :
Il y a beaucoup de différents systèmes d’exploitation disponibles pour la
Raspberry pi. Presque tous les systèmes d’exploitation qui fonctionnent sur un
processeur ARM peuvent être installés sur Raspberry pi.
Le système d’exploitation que nous avons installé dans
notre Raspberry Pi est le Raspbian.
C’est la distribution par défaut utilisé sur les premières
versions du Raspberry pi. Debian a été le premier système
d’exploitation entièrement fonctionnel avec un bureau, un
navigateur et un ensemble d’outils de développement.
Raspbian est le système d’exploitation le plus utilisé par la
communauté. Il est basé sur la distribution Debian.
Figure 4 : Raspbian
 Pour installer le système Raspbian dans la Raspberry Pi :
D’abord il faut avoir une carte mémoire de taille 8g au minimum et le formater
par le logiciel « SD_CardFormatter »
Figure 5 : SDCard Formatter
Après il faut télécharger le fichier Raspbian depuis le lien :
https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ et écrire ce fichier sur la carte
mémoire par un logiciel tel que «Etcher »
Figure 6 : Etcher
A cette étape, il faut ajouter dans la carte mémoire un fichier ssh sans
extension comme celui suivant pour booter par la méthode ssh :
Figure 7 : Fichier SSH
Ensuite la Raspberry Pi peut être bootable maintenant, il faut savoir l’adresse ip du
raspberry par le logiciel « Advanced_IP_Scanner » ou « ipscan » et partager le wifi
avec cette adresse.
Figure 8 : les étapes de partager la connexion avec adresse IP de RPI
On peut accéder à la Raspberry par « Putty » et mettre l’adresse ip
Figure 9 : interface de PuTTY
Alors maintenant il faut entrer :
 Nom d’utilisateur : pi
 Mot de passe : raspberry
Figure 9 : la page de connexion avec RPI
Et on peut autoriser l’accès au bureau de raspberry par la commande :
sudo apt-get install tightvncserver
Et aussi :
tightvncserver
Figure 10 : démarrer avec VNCSERVER
Et voilà, on peut voir le bureau de notre Raspberry par le logiciel « VNC Viewer » en
entrant l’adresse ip suivi de :1 (dans notre cas : 192.168.137.45 :1)
Figure 11 : l’interface de VNC Viewer
Apres d’entrer le nom d’utilisateur et le mot de passe le bureau s’affiche.
Figure 12 : Bureau de RPI
2. Arduino Uno :
a)Définition :
La carte Arduino Uno est une carte à microcontrôleur basée sur l'ATmega328.
Elle dispose :
 de 14 broches numériques d'entrées/sorties (dont 6 peuvent être utilisées en
sorties PWM (largeur d'impulsion modulée)),
 de 6 entrées analogiques (qui peuvent également être utilisées en broches
entrées/sorties numériques),
 d'un quartz 16Mhz,
 d'une connexion USB,
 d'un connecteur d'alimentation jack,
 d'un connecteur ICSP (programmation "in-circuit"),
 et d'un bouton de réinitialisation (reset).
Elle contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement du microcontrôleur;
Pour pouvoir l'utiliser et se lancer, il suffit simplement de la connecter à un
ordinateur à l'aide d'un câble USB (ou de l'alimenter avec un adaptateur secteur
ou une pile, mais ceci n'est pas indispensable, l'alimentation étant fournie par le
port USB).
La carte Arduino Uno diffère de toutes les cartes précédentes car elle n'utilise par
le circuit intégré FTDI usb-vers-série. A la place, elle utilise un Atmega8U2
programmé en convertisseur USB-vers-série.
"Uno" signifie un en Italien et ce nom marque la venue prochaine de la version 1.0
du logiciel Arduino. La carte UNO est la version 1.0 du logiciel seront la référence
des versions Arduino à venir. La carte Uno est la dernière d'une série de carte USB
Arduino, et le modèle de référence des plateformes Arduino.
Figure 13 : Carte ARDUINO UNO
b)Caractéristiques de la carte Arduino Uno :
Microcontrôleur ATmega328
Tension de fonctionnement 5V
Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V
Tension d’alimentation (limites) 6-20V
Broches E/S numériques 14 (dont 6 disposent d'une sortie
PWM)
Broches d'entrées analogiques 6 (utilisables en broches E/S
numériques)
Intensité maxi disponible par broche E/S
(5V)
40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé
pour l'ensemble des broches E/S)
Intensité maxi disponible pour la sortie
3.3V
50 mA
Intensité maxi disponible pour la sortie 5V Fonction de l'alimentation utilisée -
500 mA max si port USB utilisé seul
Mémoire Programme Flash 32 KB (ATmega328) dont 0.5 KB sont
utilisés par le bootloader
Mémoire SRAM (mémoire volatile) 2 KB (ATmega328)
Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 1 KB (ATmega328)
Vitesse d'horloge 16 MHz
Figure 14 : Tableau de Caractéristique de Ardunio uno
c)Brochage de l’Arduino Uno :
Figure 15 : Brochage de l’ARDUNO UNO
d)Mémoire :
L'ATmega 328 a 32Ko de mémoire FLASH pour stocker le programme (dont
0.5Ko également utilisés par le bootloader). L'ATmega 328 a également 2ko de
mémoire SRAM (volatile) et 1Ko d'EEPROM (non volatile - mémoire qui peut être
lue à l'aide de la librairie EEPROM).
Pour info : Le bootloader est un programme préprogrammé une fois pour toute
dans l'ATméga et qui permet la communication entre l'ATmega et le logiciel
Arduino via le port USB, notamment lors de chaque programmation de la carte.
e)Les PINs de l’Arduino Uno :
Figure 16 : Circuit intégré ATMEGA168
f) Autres Broches :
Il y a deux autres broches disponibles sur la carte :
AREF : Tension de référence pour les entrées analogiques (si différent du 5V).
Utilisée avec l'instruction analogReference().
Reset : Mettre cette broche au niveau BAS entraîne la réinitialisation (= le
redémarrage) du microcontrôleur. Typiquement, cette broche est utilisée pour
ajouter un bouton de réinitialisation sur le circuit qui bloque celui présent sur la
carte.
II. Les logiciels utilisés :
1. Python :
Python est un langage de programmation objet,
multi-paradigme et multiplateformes. Il favorise la
programmation impérative structurée, fonctionnelle
et orientée objet. Il est doté d'un typage dynamique
fort, d'une gestion automatique de la mémoire par
ramasse-miettes et d'un système de gestion
d'exceptions ; il est ainsi similaire à Perl, Ruby,
Scheme, Smalltalk et Tcl.
Figure 17 : Symbole Python
Le langage Python est placé sous une licence libre proche de la licence BSD et
fonctionne sur la plupart des plates-formes informatiques, des supercalculateurs
aux ordinateurs centraux, de Windows à Unix avec notamment GNU/Linux en
passant par macOS, ou encore Android, iOS, et aussi avec Java ou encore .NET. Il
est conçu pour optimiser la productivité des programmeurs en offrant des outils de
haut niveau et une syntaxe simple à utiliser.
2. Arduino IDE :
Arduino IDE (Arduino integrated development environment) le logiciel de
Programmation des modules Arduino est une
application Java, libre et multiplateforme, servant
d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut
transférer le firmware et le programme au travers de la
liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module).
Il est également possible de se passer de l'interface
Arduino, et de compiler et uploader les programmes
via l'interface en ligne de commande.
Figure 18 : Symbole d’Arduino IDE
Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++ 5, et lié à
la bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et
de ses entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le
développement de programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne
maîtrisant le C ou le C++.
Figure 19 : envoyer le programme vers la carte
I. Les composants utilisés:
1. Capteur de tension F031-06 :
Ce module est basé sur un résistif design diviseur principes, peut réduire la tension
de la borne d’entrée connexion cinq fois, Arduino analogique tension d’entrée
jusqu’à 5 V, puis la tension d’entrée de la
détection de tension module ne peut pas être
supérieure à 5 V × 5 = 25 V (3.3 V si utilisé
système, la tension d’entrée ne pas dépasser
3.3Vx5 = 16.5 V).
Parce que Arduino AVR puces utilisé en 10 AD, si
la simulation résolution de ce module est 0.00489
V (5 V/1023), si la tension module de détection
détecte tension d’entrée minimum est 0.00489 V
× 5 = 0.02445 V.
Figure 20 : Capteur de tension F031-06
 Paramètre :
Plage de tension d’entrée: DC0-25V
Plage de détection de tension: DC0.02445V-25V
Tension analogique résolutions: 0.00489 V
DC D’entrée: positive terminal connecté à VCC, GND pôle négatif
Interface de sortie: « + » puis 5/3.3 V, « – » puis GND, « s » puis le AD Arduino pin.
2. Capteur de courant ACS712 :
Basé sur l'ACS712 d'Allegro, ce capteur se branche en série avec la charge sur un
circuit alternatif et permet de mesurer le courant qui traverse le capteur. Le
capteur utilise le champ magnétique généré par le courant (et donc l'effet hall)
pour mesurer le courant qui le traverse. Le capteur produit en sortie une tension
continue proportionnelle au courant à raison
de 0.100V/A (100 mV par ampère). Vous
pouvez donc lire cette tension sur une entrée
analogique de votre Arduino.
Attention: Ce capteur est sensible au champ
magnétique, ce qui pourrait fausser vos
lectures. Le simple fait d'approcher un
aimant de l'ACS712 modifie la tension de
sortie du capteur.
Figure 21 : capteur de courant ACS712
Note: Il est important de faire une lecture à vide (sans courant) pour obtenir la
valeur de calibration du senseur.
 Détails technique :
• Sensibilité: 100 mV par ampère
• Tension logique: 4.5V - 5.5VV
• Consommation: 10mA
• Isolation 2.1kV
• Délai de répercussion sur la sortie: 5µS
• Erreur: 1.5% à 25°C
• Résistance interne de conduction: 1.2 mOhms
• Tension de sortie stable
• Presque pas d'hystérésis magnétique
• Poids: ~2gr
• Bruit sur l'ACS712 - environ 130mA avec la capacité de filtrage de 10nF. Le bruit
peut être significativement réduit en utilisant une capacité de 470nF.
Figure 22 : le circuit d’ACS712
3. Capteur de température et humidité DHT11:
Le DHT11 est un capteur de
Température et d'Humidité très
apprécié pour sa simplicité de mise en
œuvre et son coût peu élevé. Il ne
requiert qu'une résistance de tirage et
une alimentation 3V ou 5V pour
fonctionner. Sa programmation est
facile à l'aide des librairies Arduino,
Raspberry Pi ou esp8266 disponibles.
Figure 23 : capteur DHT11
 Caractéristiques :
• Alimentation: 3-5.5V DC
• Signal de Sortie: Signal Numérique via single-bus
• Capteur: Résistance Polymere
• Plage de Mesure: Humidité: 20-90%RH; Température: 0-50°C
• Précision: Humidité +-4%RH (Max +-5%RH); Température +-2.0°C
• Résolution: Humidité 1%RH; Température 0.1°C
• Hysteresis +-1%RH
• Stabilité +-0.5%RH/an
• Période de mesure: 2s
• Dimensions: 12x15.5x5.5mm
4. Relai électrique 5V SRD-05VDC-SL-C:
Il s'agit d'un relais électrique qui peut aller
jusqu'à 240V alternatif à 10A. Piloté par une
tension de 5V, simple d'utilisation, ce module
est assez performant et peut être largement
utilisé pour couper les tensions domestiques
dans des applications domotiques.
Figure 24 : relai électrique
 Caractéristiques :
• VCC: 5V
• GND
• TTL: pour ouvrir ou fermer le relai
• Dimensions: longueur 4.0 cm, largeur 2.7 cm et hauteur 1.8 cm
• Poids 14g
• Tension max: 240V AC et 30V DC. Courant max: 10A.
• Voltage de bobine: 5V
• Puissance: 0.36W
• Résistance de la bobine: 55 Ohm
5. Capteur de température LM335 :
LM335 est un capteur de température qui produit une
tension qui varie en fonction de la température. La
variation de la tension est très faible, c’est pourquoi on
utilise un amplificateur opérationnel.
Figure 25 : capteur de température LM335
6. Les piles 9V :
La pile 9 volts est une pile électrique de neuf
volts. Elle est régulièrement appelée pile à
transistor en raison de sa grande utilisation
dans les premiers postes à transistors. La pile
a la forme d'un prisme rectangulaire aux
arêtes arrondies avec un connecteur
possédant une borne positive et une
négative sur un de ses cotés.
Figure 28 : la Pile 9V
7. Les potentiomètres :
Un potentiomètre (appelé familièrement potard) est un type de résistance
variable à trois bornes, dont une est reliée à un curseur se déplaçant sur une piste
résistante terminée par les deux autres bornes1. Ce système permet de recueillir,
entre la borne reliée au curseur et une des deux autres bornes, une tension qui
dépend de la position du curseur et de la tension à laquelle est soumise la
résistance1.
Il existe l'équivalent sous forme de circuit intégré : le potentiomètre numérique,
dorénavant très utilisé dans l'électronique analogique à commande numérique.
Figure 29 : Potentiomètre
8. Buzzer (bipeur) :
Un bipeur est un élément électromécanique ou
piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand
on lui applique une tension : le bip. Certains nécessitent
une tension continue, d'autres nécessitent une tension
alternative. Cette page recense les types de bipeurs les
plus répandus.
Figure 30 : Buzzer
9. Moteur RF-500TB :
RF-500TB-12560 DC1.5-12V 2700RPM Vitesse à vide 32mm Diamètre DC Moteur
 Caractéristiques:
 Nom :DC Moteur
 Modèle : RF-500TB-12560
 Voltage de travail : DC1.5-12V
 Vitesse à vide : 2700RPM
 No Load Courant : 20mA
 Speed: 2180RPM
 Courant : 84mA
 Shaft Taille : 6 x 2mm/ 0.24" x 0.08"(L*D)
 Motor Taille du corps : 32 x 19mm/ 1.3" x 0.75"(D*H)
 Trou fileté Diamètre : 2mm/0.08"
 Matériel : Métal, Composants électroniques
 Couleur :Ton argent
 Poids : 46g
 Conditionnement : 1 x DC Moteur
 Description:
Peut être utilisé dans les deux sens, inverser
simplement Source d'alimentation polarité.Se
munit de œillets de soudage pour connexion
facile.
Caractéristiques 2 fileté troux de montage.
Utilisé sur les devices électriques: CD Players,
lecteur de DVD, VCRs, etc.
Basse voltage et faible courant exigences le
transmet en un moteur parfait pour experiments
solaires.
Figure 31 : Moteur RF-500TB
10. Câble Arduino (USB 2.0 câble type A/B) :
L'indispensable câble USB qui permet à la fois
d'alimenter vos projets Arduino, de programmer la
carte (via Arduino IDE) mais aussi d'utiliser le Moniteur
Série.
-Ce câble convient pour les cartes:
Arduino Uno, Arduino Mega
Figure 32 : Câble Arduino
11. Câble Ethernet RJ45 :
Le câble croisé (marqué CROSSOVER CABLE le long de sa gaine) est en
principe utilisé pour raccorder deux
concentrateurs (hub) ou commutateurs réseau
(switch), entre un des ports normaux (MDI) d'un
commutateur ou concentrateur de plus grande
capacité, et le port amont MDI-X d'un
commutateur ou concentrateur destiné à
raccorder des hôtes locaux de plus faible
capacité désirant se partager la bande passante
de l'équipement réseau amont.
Figure 33 : Câble Ethernet RJ45
Il peut aussi être utilisé parfois pour connecter ensemble deux appareils hôtes et
ainsi s'affranchir de l'utilisation d'un hub ou d'un switch intermédiaire dans le cadre
d'une simple liaison point à point.
II. Les technologies utilisées:
Pour un bon fonctionnement du système, nous avons utilisé des différentes
méthodes pour superviser et commander notre système qui se compose
d’éolienne et panneau photovoltaïque telles que les serveurs ainsi que les
applications. A propos des serveurs nous avons créé des serveurs à l’aide de la
programmation html et php, aussi le site Beebotte et Node-Red. Et pour les
applications il y en a plusieurs qui se connecte avec la Raspberry comme :
Cayenne, Blynk.
Et voici tous les méthodes qu’on a essayées mais on va voir dans le chapitre
suivant seulement qui nous intéressent dans notre projet.
1. Beebotte :
Ce site « Beebotte » nous permet de le connecter avec la Raspberry Pi et faire les
taches qu’on veut, mais nous avons rencontré des problèmes alors nous avons
utilisé d’autre méthodes.
Voilà l’interface de ce site et on peut réaliser des différents taches telle que :
l’affichage de la température. L’humidité ou autre chose dans des graphes, ainsi
que la possibilité d’ajouter des boutons poussoir, et plusieurs taches qu’ils peuvent
être ajouté.
Figure 36 : l’interface de Beebotte
Et voici un exemple de site Beebotte avec Raspberry qui nous permet de voir la
température et l’humidité par le capteur DHT11.
Figure 37 : Exemple sur Beebotte
2. Node-RED :
Node-RED est un outil de programmation pour le câblage de périphériques
matériels, d'API et de services en ligne de manière nouvelle et intéressante.
Il fournit un éditeur basé sur un navigateur qui facilite le câblage des flux en
utilisant la vaste gamme de nœuds de la palette qui peut être déployée en un
seul clic.
Et voici l’interface du Node-RED :
Figure 38 : l’interface Du Node-RED
3. Cayenne :
Cayenne est un site et aussi application qui nous donne des informations de la
raspberry et on peut ajouter quelques capteurs mais ils ne sont pas nombreux.
L’interface de Cayenne est comme celle-ci :
- Dans le site :
Figure 39 : l’interface de Cayenne sur site web
- Dans l’application :
Figure 40 : l’interface de Cayenne sur application
4. Serveur Web :
Nous avons essayé par la programmation en html et php pour faire des serveurs,
et on a mis un qui commande un pin de la Raspberry Pi (bouton poussoir) :
Figure 41 : Exemple de contrôle GPIO sur serveur Web
5. WebIOPI GPIO Header :
C’est un serveur qui nous permet de contrôler tous les pins de Raspberry (In/Out ,
High/Low)
Figure 42 : contrôler tous les pins sur serveur Web
6. Blynk :
Blynk est une plate-forme avec des applications iOS et Android pour contrôler
Arduino, Raspberry Pi et les goûts sur Internet.
C'est un tableau de bord numérique où vous pouvez créer une interface
graphique pour votre projet en faisant simplement glisser et déposer des widgets.
Figure 43 : application Blynk.
I. Le projet :
Notre projet est constitué de deux parties pour avoir un bon fonctionnement du
système:
 Supervision
 Commande
Pour le coté de la supervision nous avons créé des serveurs qui nous donne la
possibilité de voir l’état et les informations depuis notre système qui est une
éolienne et un panneau solaire.
Pour la commande, nous avons utilisé l’application Blynk ainsi que le serveur Node-
RED.
En cas du danger : l’haute température ou courant, nous avons programmé un
SMS pour s’envoyer et commander le système.
II. Simulation du projet :
1. Supervision :
Pour superviser l’état de notre système qui se compose d’une éolienne et un
panneau solaire, nous avons utilisé des différents capteurs tel que : capteur de
courant, tension, température et humidité.
Les informations que nous recevons à partir de notre système sont :
 Courant
 Tension
 Puissance
 Température
 Humidité
En effet, pour une bonne supervision, nous avons créé un serveur web.
a)Température et humidité d’éolienne:
Nous avons fait un serveur web à l’aide de la programmation html et php pour
superviser la température et l’humidité d’éolienne, et la page se rafraîchie
automatiquement chaque 1seconde.
Pour accéder au serveur, il faut entrer l’adresse ip de la raspberry suivi du port
choisi (Dans notre cas, nous accédons au serveur par 192.168.1.4 :54321)
Et voilà le programme que nous avons écrit pour afficher dans le serveur :
Figure 44 : Programme Python qui permet d’afficher la température sur HTML
Pour exécuter le programme, on fait entrer la commande suivante :
Figure 45 : l’exécution de Programme
Maintenant, on peut superviser la température et l’humidité dans notre serveur
Figure 46 : superviser la température et l’humidité
Nous pouvons superviser aussi la température et l’humidité de notre éolienne à
partir de la Raspberry Pi :
Figure 47 : superviser la température et l’humidité sur terminale
b)Courant, tension, puissance et température d’éolienne
et panneau solaire :
Pour la supervision du courant, tension et puissance d’éolienne et la température
du panneau photovoltaïque, nous avons fait une connexion à distance de notre
téléphone et pc avec la Raspberry Pi qui lit elle-même les valeurs depuis l’Arduino
pour que ses informations s’affichent sur notre téléphone ou pc.
Voilà le code Arduino pour lire les valeurs de courant, tension, puissance, et
température :
Figure 48 : programme arduino
Apres l’exécution du programme, On voit les valeurs comme les suivantes :
Figure 49 : superviser les valeurs des capteurs
2. Commande :
Pour commander notre système, nous avons utilisé des un serveur Node-RED ainsi
qu’une application Blynk qui nous permet de commander notre système.
a)Node-Red :
Nous avons programmé dedans ce serveur quatre boutons poussoir. Deux pour
faire passer l’énergie de l’éolienne à la batterie pour qu’elle se charge au cas du
danger tel que l’haute chaleur ou puissance. Et les deux autres pour le même
fonctionnement mais avec les panneaux solaires.
Pour exécuter le serveur Node-RED, il faut faire la commande suivante :
Figure 50 : start node red
Apres on peut accéder au site par l’adresse ip du Raspberry suivi de :1880
Figure 51 : le schéma de contrôle sur NODE RED
b)Blynk :
Avec cette application, nous avons réalisé deux boutons poussoir qui contrôle
notre éolienne et panneau pour les arrêter au cas du danger et faire passer leurs
énergies aux batteries.
Voici l’interface de cette application :
Figure 52 : contrôle GPIO sur Blynk
3. Cas de danger :
Dans le cas du danger : l’haute température ou puissance nous avons utilisé le site
twilio pour configurer un SMS programmable que nous recevons lorsque la
température dépasse 30°, à ce moment-là on peut diminuer le courant venant
par l’éolienne ou le panneau solaire ou le couper définitivement.
Voilà le site twilio que nous avons utilisé pour programmer le message.
Figure 53 : l’interface de site TWILIO
Lorsque la température dépasse 28° on reçoit un SMS comme celle-ci :
Figure 54 : le message envoyé
Aussi, nous avons programmé un email qu’on reçoit dans notre gmail.
Le programme pour envoyer le message est :
Figure 55 : Programme python pour envoyer un email
Et le message s’apparait comme le suivant :
Figure 56 : L'email envoyé
III. Les Schémas :
1) Schéma complet de l’éolienne
Figure 19 : Schéma complet de l’éolienne
2) Schéma complet de panneau solaire
Figure 19 : Schéma complet de panneau solaire
L’intérêt de notre projet est de trouver une solution pour les problèmes et les
dangers qui rencontrent les systèmes énergétiques (éoliennes ou panneaux
photovoltaïques) tel que les combustions des moteurs des éoliennes ou lors d’un
courant dangereux, tout ça affecte un danger contre le système.
Ce projet que nous avons réalisé sert à bien sécuriser notre système
énergétique par une bonne supervision de la température d’éolienne, l’énergie
qui nous donne (courant / tension / puissance), et l’humidité.
Aussi au cas où il y a un danger comme l’haute température ou courant, nous
recevons un SMS qui nous avertit pour qu’on puisse à cette étape commander à
distance notre système par diminuer le courant venu par l’éolienne ou les
panneau aussi couper le courant définitivement et faire stocker l’énergie dans des
batteries, ainsi que nous pouvons arrêter totalement l’éolienne.
Nous pouvons ajouter à notre projet une solution pour diminuer aussi l’effet
de joule au cas du danger pour rendre le système bien sécurisé.
https://www.python.org/
https://www.raspberrypi.org/
https://cayenne.mydevices.com/
http://www.circuitbasics.com/
http://pushpamtronic.com/
https://www.binarytides.com/python-socket-programming-tutorial/
https://www.twilio.com/
https://td72pro.com/
http://www.mrhobbytronics.com/
https://github.com/
http://www.kraj.in/
https://tutorials-raspberrypi.com/
http://www.instructables.com/id/DHT11-on-Raspberry-PI/
https://learn.adafruit.com/dht-humidity-sensing-on-raspberry-pi-with-
gdocs-logging/connecting-to-googles-docs-updated
https://www.hackster.io/vshymanskyy/

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Rapport PFE DOUIEB_HMIDANI

  • 1. ESTF - BP : 2427 Route Imouzzer - Fès Maroc Tél : 05 35 60 05 84/85/86/87 - Fax : 05 35 60 05 88 - Site web : www.est-usmba.ac.ma Année Universitaire : 2017 - 2018 UNIVERSITÉ SIDI MOHAMED BEN ABDELLAH ÉCOLE SUPÉRIEURE DE TECHNOLOGIE - FES  Réalisé par :  DOUIEB Otmane  HMIDANI Abdelhamid  Encadré par :  M. BOUSSETTA Diplôme Universitaire de Technologie Filière : Génie Électrique Option : Electronique et Informatique Industrielle
  • 2.
  • 3.
  • 4. Nous tenons tout d’abord à remercier M. BOUSSETTA Mohammed, professeur à l’ESTF, qui nous a encadré et aidé toute la période de ce projet de fin d’étude. Son soutien, ses conseils et ses remarques nous ont permis d’accomplir ce projet. Par ailleurs nous voudrons remercier tous les professeurs de l’école supérieure de technologie de Fès notamment les professeurs de la filière génie électrique pour leurs efforts qu’ils ont fournis toute ces deux année de notre formation. Finalement, nous remercions tous les amis et les anciens étudiants à l’EST qui nous ont aidés durant le travail sur notre projet.
  • 5. Titre ...................................................................................................................... 2 REMERCIMENT..................................................................................................... 3 Sommaire............................................................................................................ 4 Table de Figure .................................................................................................. 6 Introduction ........................................................................................................ 7 Chapitre 1: Présentation .................................................................................. 8 I. Les cartes embarquées utilisées ................................................................ 9 1. Raspberry Pi3 module B ....................................................................... 9 a). Définition ............................................................................................. 9 b). Evolutions ..........................................................................................10 c). Projets réalisé par Raspberry Pi .....................................................10 d). Caractéristiques de Raspberry Pi3 Module B .............................10 e). Brochage de Raspberry Pi .............................................................11 f). GPIO de Raspberry Pi .....................................................................13 g). Installation du système Raspbian .................................................14 2. Arduino Uno ........................................................................................19 a). Définition ...........................................................................................19 b). Caractéristiques de la carte Arduino Uno .................................20 c). Brochage de l’Arduino Uno ..........................................................21 d). Mémoire ............................................................................................21 e). Les PINs de l’Arduino Uno ..............................................................22 f). Autres Broches .................................................................................22 II. Les logiciels utilisés ....................................................................................23 1. Python ..................................................................................................23 2. Arduino IDE ..........................................................................................23 Chapitre 2: Composants et technologies utilisés ......................................25 I. Les composants utilisés..............................................................................26 1. Capteur de tension F031-06..............................................................26 2. Capteur de courant ACS712............................................................26
  • 6. 3. Capteur de température et humidité DHT11 ................................28 4. Relai électrique 5V SRD-05VDC-SL-C...............................................29 5. Capteur de température LM335......................................................29 6. Les piles 9V ..........................................................................................30 7. Les potentiomètres ............................................................................30 8. Buzzer (bipeur) ......................................................................................31 9. Moteur RF-500TB ...................................................................................31 10. Câble Arduino (USB 2.0 câble type A/B) .......................................32 11. Câble Ethernet RJ45 .........................................................................33 II. La technologie utilisée .............................................................................33 1. Beebotte ..............................................................................................34 2. Node-RED ............................................................................................35 3. Cayenne ..............................................................................................36 4. Serveur Web ........................................................................................37 5. WebIOPI GPIO Header ......................................................................38 6. Blynk ......................................................................................................38 Chapitre 3: Projet & Simulation .....................................................................40 I. Le projet .....................................................................................................41 II. Simulation du projet .................................................................................41 1. Supervision ...........................................................................................41 a). Température et humidité d’éolienne ..........................................41 b). Courant, tension, puissance et température d’éolienne et panneau solaire ..............................................................................44 2. Commande ........................................................................................46 a). Node-Red .........................................................................................46 b). Blynk ...................................................................................................47 3. Cas de danger ...................................................................................48 III. Les Schéma.................................................................................................50 1. Schéma complet de l’éolienne .......................................................50 2. Schéma complet de panneau solaire ...........................................51 Conclusion........................................................................................................52 Bibliographie.....................................................................................................53
  • 7. Figure 1 : Présentation de la carte Raspberry Pi............. 9 Figure 2 : Installation du système Raspbian ...................13 Figure 3 : Présentation de la carte Arduino...................18 Figure 4 : Les logiciels utilisés : Python / Arduino IDE ....23 Figure 5 : Les composants utilisés.....................................26 Figure 6 : Les Technologies utilisées.................................35 Figure 7 : Présentation du projet......................................42 Figure 8 : Supervision d’éolienne et panneau photovoltaïque par serveur web.....................................45 Figure 9 : Supervision d’éolienne et panneau photovoltaïque par téléphone ou PC............................46 Figure 10 : Commande d’éolienne et panneau photovoltaïque par Node-RED ........................................48 Figure 11 : Commande d’éolienne et panneau photovoltaïque par Blynk..................................................49 Figure 12 : En cas du danger............................................50
  • 8. Dans ce projet-là, nous avons réalisé une supervision et commande d’un système énergétique à distance qui se constitue d’une éolienne et un panneau photovoltaïque en utilisant les cartes embarqués Raspberry-Pi et Arduino. Pour la supervision, nous avons utilisé deux applications : Blynk et Cayenne, ainsi qu’un serveur web à l’aide de la programmation PHP et HTML, qui nous permet de voir toutes les informations de notre système énergétique telle que le courant, la tension, la puissance, la température et l’humidité. Et tout cela va s’afficher dans notre téléphone et pc. Pour la commande à distance de notre système, nous avons utilisé l’application Blynk et le serveur web notamment Node-Red. Alors lorsque la température d’éolienne ou du panneau photovoltaïque est élevé, on reçoit un email et un SMS qui nous avertis pour qu’on arrête l’éolienne par un frein moteur ainsi le système de commande nous permet aussi de stocker l’énergie dans des batteries dans le cas d’excès de production.
  • 9.
  • 10. I. Les cartes embarquées utilisées : 1. Raspberry Pi3 module B : a)Définition : Le Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocarte à processeur ARM conçu par le créateur de jeux vidéo David Braben, dans le cadre de sa fondation Raspberry Pi. Cet ordinateur, qui a la taille d'une carte de crédit, est destiné à encourager l'apprentissage de la programmation informatique ; il permet l'exécution de plusieurs variantes du système d'exploitation libre GNU/Linux-Debian et des logiciels compatibles. Mais également avec les OS Microsoft Windows : Windows 10 IoT Core et Android Pi. Il est fourni nu (carte mère seule, sans boîtier, alimentation, clavier, souris ni écran) dans l'objectif de diminuer les coûts et de permettre l'utilisation de matériel de récupération. Néanmoins des « kits » regroupant le « tout en un » sont disponibles sur le web à partir de quelques dizaines d'euros seulement pour ceux qui le désirent. Figure 1: Raspberry pi 3 Module B
  • 11. b)Evolutions : Le 16 avril 2012, les premiers acheteurs font leurs premiers commentaires. Au 22 mai 2012, 20 000 cartes ont été envoyées. En juillet 2012, 4 000 unités sont produites chaque jour. En septembre 2012, la Fondation Raspberry Pi annonce une deuxième révision du modèle B44. De plus, les futures séries seront fabriquées au Royaume-Uni, dans les usines Sony de Pencoed, au Pays de Galles. Il est estimé que 30 000 unités seraient produites par mois, créant 30 emplois. La fondation annonce aussi l'overclocking autorisé permettant un gain de performance jusqu'à 50 %, la fréquence du processeur passant de 700 à 1 000 MHz. En octobre 2012, plusieurs clients ayant commandé à l'un des constructeurs attendent leur commande depuis plus de six mois en raison de difficultés de production. La fondation annonce le passage au modèle B 4G ; à partir de cette date ces modèles sont envoyés lors d'un achat. Puis en décembre, la fondation, en collaboration avec IndieCity et Velocix, ouvre un Pi Store, une plateforme de téléchargement pour tout l'environnement logiciel Raspberry Pi. Une application incluse dans Raspbian permet aux utilisateurs de trouver et télécharger ce qu'ils veulent. Les applications de développeurs peuvent être envoyées pour modération et publication dans le Pi Store. c)Projets réalisé par Raspberry Pi : Un scanner 3D à taille humaine, Un verrou intelligent sous Windows IoT, Picrowave, Pi-hole, Drone… d)Caractéristiques de Raspberry Pi3 Module B : Ce modèle est annoncé en 2 février 2015. Différences par rapport au modèle initial :  Processeur : quatre coeurs ARM A53 cadencés à 1,2 GHz et compatibles 64 bits  Alimentation : 800 mA (4 W)  Mémoire (SDRAM) : 1 Go
  • 12.  Sorite vidéo : HDMI et Composite (via un connecteur Jack)  Sortie audio : stéréo Jack 3,5 mm (sortie son 5.1 sur la prise HDMI) et Composite  Carte/connectique réseau: 10/100 Ethernet, Wifi 802.11n, Bluetooth 4.1  Port USB : 4 ports  Périphérique bas niveau : 17 × GPIO, UART, I²C bus, SPI bus avec deux chip selects, I²S audio, +3.3 V, +5 V78  Taille : 85,60 mm × 53,98 mm × 17 mm  Système sur puce : Broadcom BCM43143  GPIO : 40 broches e)Brochage de Raspberry Pi : Figure 2 : Les Éléments de Raspberry Pi
  • 13. Figure 2 : Les Éléments de Raspberry Pi
  • 14. f) GPIO de Raspberry Pi 3 : Figure 3 : GPIO de Raspberry pi 3
  • 15. g)Installation du système Raspbian : Il y a beaucoup de différents systèmes d’exploitation disponibles pour la Raspberry pi. Presque tous les systèmes d’exploitation qui fonctionnent sur un processeur ARM peuvent être installés sur Raspberry pi. Le système d’exploitation que nous avons installé dans notre Raspberry Pi est le Raspbian. C’est la distribution par défaut utilisé sur les premières versions du Raspberry pi. Debian a été le premier système d’exploitation entièrement fonctionnel avec un bureau, un navigateur et un ensemble d’outils de développement. Raspbian est le système d’exploitation le plus utilisé par la communauté. Il est basé sur la distribution Debian. Figure 4 : Raspbian  Pour installer le système Raspbian dans la Raspberry Pi : D’abord il faut avoir une carte mémoire de taille 8g au minimum et le formater par le logiciel « SD_CardFormatter » Figure 5 : SDCard Formatter
  • 16. Après il faut télécharger le fichier Raspbian depuis le lien : https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ et écrire ce fichier sur la carte mémoire par un logiciel tel que «Etcher » Figure 6 : Etcher A cette étape, il faut ajouter dans la carte mémoire un fichier ssh sans extension comme celui suivant pour booter par la méthode ssh : Figure 7 : Fichier SSH
  • 17. Ensuite la Raspberry Pi peut être bootable maintenant, il faut savoir l’adresse ip du raspberry par le logiciel « Advanced_IP_Scanner » ou « ipscan » et partager le wifi avec cette adresse. Figure 8 : les étapes de partager la connexion avec adresse IP de RPI On peut accéder à la Raspberry par « Putty » et mettre l’adresse ip Figure 9 : interface de PuTTY
  • 18. Alors maintenant il faut entrer :  Nom d’utilisateur : pi  Mot de passe : raspberry Figure 9 : la page de connexion avec RPI Et on peut autoriser l’accès au bureau de raspberry par la commande : sudo apt-get install tightvncserver Et aussi : tightvncserver Figure 10 : démarrer avec VNCSERVER
  • 19. Et voilà, on peut voir le bureau de notre Raspberry par le logiciel « VNC Viewer » en entrant l’adresse ip suivi de :1 (dans notre cas : 192.168.137.45 :1) Figure 11 : l’interface de VNC Viewer Apres d’entrer le nom d’utilisateur et le mot de passe le bureau s’affiche. Figure 12 : Bureau de RPI
  • 20. 2. Arduino Uno : a)Définition : La carte Arduino Uno est une carte à microcontrôleur basée sur l'ATmega328. Elle dispose :  de 14 broches numériques d'entrées/sorties (dont 6 peuvent être utilisées en sorties PWM (largeur d'impulsion modulée)),  de 6 entrées analogiques (qui peuvent également être utilisées en broches entrées/sorties numériques),  d'un quartz 16Mhz,  d'une connexion USB,  d'un connecteur d'alimentation jack,  d'un connecteur ICSP (programmation "in-circuit"),  et d'un bouton de réinitialisation (reset). Elle contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement du microcontrôleur; Pour pouvoir l'utiliser et se lancer, il suffit simplement de la connecter à un ordinateur à l'aide d'un câble USB (ou de l'alimenter avec un adaptateur secteur ou une pile, mais ceci n'est pas indispensable, l'alimentation étant fournie par le port USB). La carte Arduino Uno diffère de toutes les cartes précédentes car elle n'utilise par le circuit intégré FTDI usb-vers-série. A la place, elle utilise un Atmega8U2 programmé en convertisseur USB-vers-série. "Uno" signifie un en Italien et ce nom marque la venue prochaine de la version 1.0 du logiciel Arduino. La carte UNO est la version 1.0 du logiciel seront la référence des versions Arduino à venir. La carte Uno est la dernière d'une série de carte USB Arduino, et le modèle de référence des plateformes Arduino.
  • 21. Figure 13 : Carte ARDUINO UNO b)Caractéristiques de la carte Arduino Uno : Microcontrôleur ATmega328 Tension de fonctionnement 5V Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V Tension d’alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 14 (dont 6 disposent d'une sortie PWM) Broches d'entrées analogiques 6 (utilisables en broches E/S numériques) Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé pour l'ensemble des broches E/S) Intensité maxi disponible pour la sortie 3.3V 50 mA Intensité maxi disponible pour la sortie 5V Fonction de l'alimentation utilisée - 500 mA max si port USB utilisé seul Mémoire Programme Flash 32 KB (ATmega328) dont 0.5 KB sont utilisés par le bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) 2 KB (ATmega328) Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 1 KB (ATmega328) Vitesse d'horloge 16 MHz Figure 14 : Tableau de Caractéristique de Ardunio uno
  • 22. c)Brochage de l’Arduino Uno : Figure 15 : Brochage de l’ARDUNO UNO d)Mémoire : L'ATmega 328 a 32Ko de mémoire FLASH pour stocker le programme (dont 0.5Ko également utilisés par le bootloader). L'ATmega 328 a également 2ko de mémoire SRAM (volatile) et 1Ko d'EEPROM (non volatile - mémoire qui peut être lue à l'aide de la librairie EEPROM). Pour info : Le bootloader est un programme préprogrammé une fois pour toute dans l'ATméga et qui permet la communication entre l'ATmega et le logiciel Arduino via le port USB, notamment lors de chaque programmation de la carte.
  • 23. e)Les PINs de l’Arduino Uno : Figure 16 : Circuit intégré ATMEGA168 f) Autres Broches : Il y a deux autres broches disponibles sur la carte : AREF : Tension de référence pour les entrées analogiques (si différent du 5V). Utilisée avec l'instruction analogReference(). Reset : Mettre cette broche au niveau BAS entraîne la réinitialisation (= le redémarrage) du microcontrôleur. Typiquement, cette broche est utilisée pour ajouter un bouton de réinitialisation sur le circuit qui bloque celui présent sur la carte.
  • 24. II. Les logiciels utilisés : 1. Python : Python est un langage de programmation objet, multi-paradigme et multiplateformes. Il favorise la programmation impérative structurée, fonctionnelle et orientée objet. Il est doté d'un typage dynamique fort, d'une gestion automatique de la mémoire par ramasse-miettes et d'un système de gestion d'exceptions ; il est ainsi similaire à Perl, Ruby, Scheme, Smalltalk et Tcl. Figure 17 : Symbole Python Le langage Python est placé sous une licence libre proche de la licence BSD et fonctionne sur la plupart des plates-formes informatiques, des supercalculateurs aux ordinateurs centraux, de Windows à Unix avec notamment GNU/Linux en passant par macOS, ou encore Android, iOS, et aussi avec Java ou encore .NET. Il est conçu pour optimiser la productivité des programmeurs en offrant des outils de haut niveau et une syntaxe simple à utiliser. 2. Arduino IDE : Arduino IDE (Arduino integrated development environment) le logiciel de Programmation des modules Arduino est une application Java, libre et multiplateforme, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler et uploader les programmes via l'interface en ligne de commande. Figure 18 : Symbole d’Arduino IDE
  • 25. Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++ 5, et lié à la bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le développement de programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maîtrisant le C ou le C++. Figure 19 : envoyer le programme vers la carte
  • 26.
  • 27. I. Les composants utilisés: 1. Capteur de tension F031-06 : Ce module est basé sur un résistif design diviseur principes, peut réduire la tension de la borne d’entrée connexion cinq fois, Arduino analogique tension d’entrée jusqu’à 5 V, puis la tension d’entrée de la détection de tension module ne peut pas être supérieure à 5 V × 5 = 25 V (3.3 V si utilisé système, la tension d’entrée ne pas dépasser 3.3Vx5 = 16.5 V). Parce que Arduino AVR puces utilisé en 10 AD, si la simulation résolution de ce module est 0.00489 V (5 V/1023), si la tension module de détection détecte tension d’entrée minimum est 0.00489 V × 5 = 0.02445 V. Figure 20 : Capteur de tension F031-06  Paramètre : Plage de tension d’entrée: DC0-25V Plage de détection de tension: DC0.02445V-25V Tension analogique résolutions: 0.00489 V DC D’entrée: positive terminal connecté à VCC, GND pôle négatif Interface de sortie: « + » puis 5/3.3 V, « – » puis GND, « s » puis le AD Arduino pin. 2. Capteur de courant ACS712 : Basé sur l'ACS712 d'Allegro, ce capteur se branche en série avec la charge sur un circuit alternatif et permet de mesurer le courant qui traverse le capteur. Le capteur utilise le champ magnétique généré par le courant (et donc l'effet hall) pour mesurer le courant qui le traverse. Le capteur produit en sortie une tension
  • 28. continue proportionnelle au courant à raison de 0.100V/A (100 mV par ampère). Vous pouvez donc lire cette tension sur une entrée analogique de votre Arduino. Attention: Ce capteur est sensible au champ magnétique, ce qui pourrait fausser vos lectures. Le simple fait d'approcher un aimant de l'ACS712 modifie la tension de sortie du capteur. Figure 21 : capteur de courant ACS712 Note: Il est important de faire une lecture à vide (sans courant) pour obtenir la valeur de calibration du senseur.  Détails technique : • Sensibilité: 100 mV par ampère • Tension logique: 4.5V - 5.5VV • Consommation: 10mA • Isolation 2.1kV • Délai de répercussion sur la sortie: 5µS • Erreur: 1.5% à 25°C • Résistance interne de conduction: 1.2 mOhms • Tension de sortie stable • Presque pas d'hystérésis magnétique • Poids: ~2gr • Bruit sur l'ACS712 - environ 130mA avec la capacité de filtrage de 10nF. Le bruit peut être significativement réduit en utilisant une capacité de 470nF.
  • 29. Figure 22 : le circuit d’ACS712 3. Capteur de température et humidité DHT11: Le DHT11 est un capteur de Température et d'Humidité très apprécié pour sa simplicité de mise en œuvre et son coût peu élevé. Il ne requiert qu'une résistance de tirage et une alimentation 3V ou 5V pour fonctionner. Sa programmation est facile à l'aide des librairies Arduino, Raspberry Pi ou esp8266 disponibles. Figure 23 : capteur DHT11  Caractéristiques : • Alimentation: 3-5.5V DC • Signal de Sortie: Signal Numérique via single-bus • Capteur: Résistance Polymere • Plage de Mesure: Humidité: 20-90%RH; Température: 0-50°C • Précision: Humidité +-4%RH (Max +-5%RH); Température +-2.0°C • Résolution: Humidité 1%RH; Température 0.1°C • Hysteresis +-1%RH • Stabilité +-0.5%RH/an • Période de mesure: 2s • Dimensions: 12x15.5x5.5mm
  • 30. 4. Relai électrique 5V SRD-05VDC-SL-C: Il s'agit d'un relais électrique qui peut aller jusqu'à 240V alternatif à 10A. Piloté par une tension de 5V, simple d'utilisation, ce module est assez performant et peut être largement utilisé pour couper les tensions domestiques dans des applications domotiques. Figure 24 : relai électrique  Caractéristiques : • VCC: 5V • GND • TTL: pour ouvrir ou fermer le relai • Dimensions: longueur 4.0 cm, largeur 2.7 cm et hauteur 1.8 cm • Poids 14g • Tension max: 240V AC et 30V DC. Courant max: 10A. • Voltage de bobine: 5V • Puissance: 0.36W • Résistance de la bobine: 55 Ohm 5. Capteur de température LM335 : LM335 est un capteur de température qui produit une tension qui varie en fonction de la température. La variation de la tension est très faible, c’est pourquoi on utilise un amplificateur opérationnel. Figure 25 : capteur de température LM335
  • 31. 6. Les piles 9V : La pile 9 volts est une pile électrique de neuf volts. Elle est régulièrement appelée pile à transistor en raison de sa grande utilisation dans les premiers postes à transistors. La pile a la forme d'un prisme rectangulaire aux arêtes arrondies avec un connecteur possédant une borne positive et une négative sur un de ses cotés. Figure 28 : la Pile 9V 7. Les potentiomètres : Un potentiomètre (appelé familièrement potard) est un type de résistance variable à trois bornes, dont une est reliée à un curseur se déplaçant sur une piste résistante terminée par les deux autres bornes1. Ce système permet de recueillir, entre la borne reliée au curseur et une des deux autres bornes, une tension qui dépend de la position du curseur et de la tension à laquelle est soumise la résistance1. Il existe l'équivalent sous forme de circuit intégré : le potentiomètre numérique, dorénavant très utilisé dans l'électronique analogique à commande numérique. Figure 29 : Potentiomètre
  • 32. 8. Buzzer (bipeur) : Un bipeur est un élément électromécanique ou piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand on lui applique une tension : le bip. Certains nécessitent une tension continue, d'autres nécessitent une tension alternative. Cette page recense les types de bipeurs les plus répandus. Figure 30 : Buzzer 9. Moteur RF-500TB : RF-500TB-12560 DC1.5-12V 2700RPM Vitesse à vide 32mm Diamètre DC Moteur  Caractéristiques:  Nom :DC Moteur  Modèle : RF-500TB-12560  Voltage de travail : DC1.5-12V  Vitesse à vide : 2700RPM  No Load Courant : 20mA  Speed: 2180RPM  Courant : 84mA  Shaft Taille : 6 x 2mm/ 0.24" x 0.08"(L*D)  Motor Taille du corps : 32 x 19mm/ 1.3" x 0.75"(D*H)  Trou fileté Diamètre : 2mm/0.08"  Matériel : Métal, Composants électroniques  Couleur :Ton argent  Poids : 46g  Conditionnement : 1 x DC Moteur
  • 33.  Description: Peut être utilisé dans les deux sens, inverser simplement Source d'alimentation polarité.Se munit de œillets de soudage pour connexion facile. Caractéristiques 2 fileté troux de montage. Utilisé sur les devices électriques: CD Players, lecteur de DVD, VCRs, etc. Basse voltage et faible courant exigences le transmet en un moteur parfait pour experiments solaires. Figure 31 : Moteur RF-500TB 10. Câble Arduino (USB 2.0 câble type A/B) : L'indispensable câble USB qui permet à la fois d'alimenter vos projets Arduino, de programmer la carte (via Arduino IDE) mais aussi d'utiliser le Moniteur Série. -Ce câble convient pour les cartes: Arduino Uno, Arduino Mega Figure 32 : Câble Arduino
  • 34. 11. Câble Ethernet RJ45 : Le câble croisé (marqué CROSSOVER CABLE le long de sa gaine) est en principe utilisé pour raccorder deux concentrateurs (hub) ou commutateurs réseau (switch), entre un des ports normaux (MDI) d'un commutateur ou concentrateur de plus grande capacité, et le port amont MDI-X d'un commutateur ou concentrateur destiné à raccorder des hôtes locaux de plus faible capacité désirant se partager la bande passante de l'équipement réseau amont. Figure 33 : Câble Ethernet RJ45 Il peut aussi être utilisé parfois pour connecter ensemble deux appareils hôtes et ainsi s'affranchir de l'utilisation d'un hub ou d'un switch intermédiaire dans le cadre d'une simple liaison point à point. II. Les technologies utilisées: Pour un bon fonctionnement du système, nous avons utilisé des différentes méthodes pour superviser et commander notre système qui se compose d’éolienne et panneau photovoltaïque telles que les serveurs ainsi que les applications. A propos des serveurs nous avons créé des serveurs à l’aide de la programmation html et php, aussi le site Beebotte et Node-Red. Et pour les applications il y en a plusieurs qui se connecte avec la Raspberry comme : Cayenne, Blynk. Et voici tous les méthodes qu’on a essayées mais on va voir dans le chapitre suivant seulement qui nous intéressent dans notre projet.
  • 35. 1. Beebotte : Ce site « Beebotte » nous permet de le connecter avec la Raspberry Pi et faire les taches qu’on veut, mais nous avons rencontré des problèmes alors nous avons utilisé d’autre méthodes. Voilà l’interface de ce site et on peut réaliser des différents taches telle que : l’affichage de la température. L’humidité ou autre chose dans des graphes, ainsi que la possibilité d’ajouter des boutons poussoir, et plusieurs taches qu’ils peuvent être ajouté. Figure 36 : l’interface de Beebotte Et voici un exemple de site Beebotte avec Raspberry qui nous permet de voir la température et l’humidité par le capteur DHT11.
  • 36. Figure 37 : Exemple sur Beebotte 2. Node-RED : Node-RED est un outil de programmation pour le câblage de périphériques matériels, d'API et de services en ligne de manière nouvelle et intéressante. Il fournit un éditeur basé sur un navigateur qui facilite le câblage des flux en utilisant la vaste gamme de nœuds de la palette qui peut être déployée en un seul clic. Et voici l’interface du Node-RED :
  • 37. Figure 38 : l’interface Du Node-RED 3. Cayenne : Cayenne est un site et aussi application qui nous donne des informations de la raspberry et on peut ajouter quelques capteurs mais ils ne sont pas nombreux. L’interface de Cayenne est comme celle-ci : - Dans le site : Figure 39 : l’interface de Cayenne sur site web
  • 38. - Dans l’application : Figure 40 : l’interface de Cayenne sur application 4. Serveur Web : Nous avons essayé par la programmation en html et php pour faire des serveurs, et on a mis un qui commande un pin de la Raspberry Pi (bouton poussoir) : Figure 41 : Exemple de contrôle GPIO sur serveur Web
  • 39. 5. WebIOPI GPIO Header : C’est un serveur qui nous permet de contrôler tous les pins de Raspberry (In/Out , High/Low) Figure 42 : contrôler tous les pins sur serveur Web 6. Blynk : Blynk est une plate-forme avec des applications iOS et Android pour contrôler Arduino, Raspberry Pi et les goûts sur Internet. C'est un tableau de bord numérique où vous pouvez créer une interface graphique pour votre projet en faisant simplement glisser et déposer des widgets.
  • 40. Figure 43 : application Blynk.
  • 41.
  • 42. I. Le projet : Notre projet est constitué de deux parties pour avoir un bon fonctionnement du système:  Supervision  Commande Pour le coté de la supervision nous avons créé des serveurs qui nous donne la possibilité de voir l’état et les informations depuis notre système qui est une éolienne et un panneau solaire. Pour la commande, nous avons utilisé l’application Blynk ainsi que le serveur Node- RED. En cas du danger : l’haute température ou courant, nous avons programmé un SMS pour s’envoyer et commander le système. II. Simulation du projet : 1. Supervision : Pour superviser l’état de notre système qui se compose d’une éolienne et un panneau solaire, nous avons utilisé des différents capteurs tel que : capteur de courant, tension, température et humidité. Les informations que nous recevons à partir de notre système sont :  Courant  Tension  Puissance  Température  Humidité En effet, pour une bonne supervision, nous avons créé un serveur web. a)Température et humidité d’éolienne: Nous avons fait un serveur web à l’aide de la programmation html et php pour superviser la température et l’humidité d’éolienne, et la page se rafraîchie automatiquement chaque 1seconde.
  • 43. Pour accéder au serveur, il faut entrer l’adresse ip de la raspberry suivi du port choisi (Dans notre cas, nous accédons au serveur par 192.168.1.4 :54321) Et voilà le programme que nous avons écrit pour afficher dans le serveur : Figure 44 : Programme Python qui permet d’afficher la température sur HTML
  • 44. Pour exécuter le programme, on fait entrer la commande suivante : Figure 45 : l’exécution de Programme Maintenant, on peut superviser la température et l’humidité dans notre serveur Figure 46 : superviser la température et l’humidité
  • 45. Nous pouvons superviser aussi la température et l’humidité de notre éolienne à partir de la Raspberry Pi : Figure 47 : superviser la température et l’humidité sur terminale b)Courant, tension, puissance et température d’éolienne et panneau solaire : Pour la supervision du courant, tension et puissance d’éolienne et la température du panneau photovoltaïque, nous avons fait une connexion à distance de notre téléphone et pc avec la Raspberry Pi qui lit elle-même les valeurs depuis l’Arduino pour que ses informations s’affichent sur notre téléphone ou pc. Voilà le code Arduino pour lire les valeurs de courant, tension, puissance, et température :
  • 46. Figure 48 : programme arduino Apres l’exécution du programme, On voit les valeurs comme les suivantes : Figure 49 : superviser les valeurs des capteurs
  • 47. 2. Commande : Pour commander notre système, nous avons utilisé des un serveur Node-RED ainsi qu’une application Blynk qui nous permet de commander notre système. a)Node-Red : Nous avons programmé dedans ce serveur quatre boutons poussoir. Deux pour faire passer l’énergie de l’éolienne à la batterie pour qu’elle se charge au cas du danger tel que l’haute chaleur ou puissance. Et les deux autres pour le même fonctionnement mais avec les panneaux solaires. Pour exécuter le serveur Node-RED, il faut faire la commande suivante : Figure 50 : start node red
  • 48. Apres on peut accéder au site par l’adresse ip du Raspberry suivi de :1880 Figure 51 : le schéma de contrôle sur NODE RED b)Blynk : Avec cette application, nous avons réalisé deux boutons poussoir qui contrôle notre éolienne et panneau pour les arrêter au cas du danger et faire passer leurs énergies aux batteries. Voici l’interface de cette application : Figure 52 : contrôle GPIO sur Blynk
  • 49. 3. Cas de danger : Dans le cas du danger : l’haute température ou puissance nous avons utilisé le site twilio pour configurer un SMS programmable que nous recevons lorsque la température dépasse 30°, à ce moment-là on peut diminuer le courant venant par l’éolienne ou le panneau solaire ou le couper définitivement. Voilà le site twilio que nous avons utilisé pour programmer le message. Figure 53 : l’interface de site TWILIO Lorsque la température dépasse 28° on reçoit un SMS comme celle-ci : Figure 54 : le message envoyé
  • 50. Aussi, nous avons programmé un email qu’on reçoit dans notre gmail. Le programme pour envoyer le message est : Figure 55 : Programme python pour envoyer un email Et le message s’apparait comme le suivant : Figure 56 : L'email envoyé
  • 51. III. Les Schémas : 1) Schéma complet de l’éolienne Figure 19 : Schéma complet de l’éolienne
  • 52. 2) Schéma complet de panneau solaire Figure 19 : Schéma complet de panneau solaire
  • 53. L’intérêt de notre projet est de trouver une solution pour les problèmes et les dangers qui rencontrent les systèmes énergétiques (éoliennes ou panneaux photovoltaïques) tel que les combustions des moteurs des éoliennes ou lors d’un courant dangereux, tout ça affecte un danger contre le système. Ce projet que nous avons réalisé sert à bien sécuriser notre système énergétique par une bonne supervision de la température d’éolienne, l’énergie qui nous donne (courant / tension / puissance), et l’humidité. Aussi au cas où il y a un danger comme l’haute température ou courant, nous recevons un SMS qui nous avertit pour qu’on puisse à cette étape commander à distance notre système par diminuer le courant venu par l’éolienne ou les panneau aussi couper le courant définitivement et faire stocker l’énergie dans des batteries, ainsi que nous pouvons arrêter totalement l’éolienne. Nous pouvons ajouter à notre projet une solution pour diminuer aussi l’effet de joule au cas du danger pour rendre le système bien sécurisé.