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Capteurs Laperco

Pour le projet LaPerCo, nous allons concevoir des capteurs environnementaux. Ces capteurs produiront des données publiques accessibles sur Internet. Ce genre de materiel est ce que l'on appel l'Internet des Objets : IoT. Le but est de faire découvrir et démistifier ce genre d'objets. Nous resterons critique quand à leur utilité.

Mesurer quelles métriques ?

Métriques pertinantes pour les bacs de Laperco

  • Température de l'air
  • Température de l'eau (bac aquaponique)
  • Température du sol (à différentes profondeurs)
  • Humidité de l'air
  • Humidité du sol (à différentes profondeurs)
  • Pression atmosphérique
  • Luminosité
  • Biofeedback
  • Vitesse du vent
  • Précipitations
  • Tension des batteries / tensions d'alimentation

Métriques de pollution

Inspiration du projet opensense .

  • Particules fines
  • CO
  • O3
  • NO2
  • CO2 ?
  • ???

Conception

Il y a quelques choix à effectuer pour concevoir les capteurs. Il y a également quelques problèmes à résoudre.

  • Autonomie
  • Robustesse en exterieur (humidité, froid, chaleur)
  • Mobilier urbain (vol / dégradation) / Boitier / Confinement / Conditionnement
  • Quels capteurs ? (théoriquement le CNRS nous fournis des Capteurs, néanmoins nous avons une demande d'un projet qui est intéréssé par des capteurs d'humidité
  • Acquisition des données
  • Transmission des données (éméteur/récépteur & client/serveur)
  • Stockage des données
  • Visualisation des données

Travaux en cours

  • Test du protocol MQTT pour transmettre et recevoir des données ainsi que de l'implémentation du serveur VerneMQ
  • Test de la base de données Prométheus pour stocker des Series temporelles (time series)
  • Test de grafana pour visualiser les données temporelles
  • Etude des 2 transceiver Lora achetés : E32-868T20D cf: http://www.cdebyte.net/e45-ttl-100.html avec la datasheet et le datasheet original e45-ttl-100_datasheet_en_v1.0.pdf
  • Etude des capacités des ESP32 à notre disposition : ESP32 devkit v1
  • Etude du fonctionnement du protocole LORA : LoRa
  • Conception de la carte d'acquisition des capteurs.

MQTT

Travaux réalisés du coté de l'AMIPO .

  • Installation du serveur VerneMQ
  • Ecriture de 2 scripts de test rapide en python pour publier dans les files MQTT et poller les files. Pour le moment pas d'authentification utilisé.
  • Ecriture d'un daemon en python pour poller les files MQTT avec un exporter prometheus python intégré.

Ressources

Acquisition

Nous commencons à réaliser que pour acquerir les données de plusieurs capteurs (peut etre plus de 10), il faudrait se pencher sur la conception d'une carte d'acquisition doté d'un mutliplexeur. Julien propose de construire tous les capteurs avec la fameuse “boucle de courant de 4 à 20 mA”. cf ici. Ainsi, tous les capteurs émetteraient en sortie d'un signal analogique similaire, que la carte d'acquisition pourra mesurer un par un de manière séquentielle.

Je propose d'alimenter également les capteurs avec la carte d'acquisition, et de commander cette alimentation avec des transistors. Ainsi, pour chaque “voie” de captation, un cable ruban 4 fils équipé d'un connecteur 4 broche permettrait d'alimenter et de réaliser les mesures d'un capteur. Il sera alors possible de pré-alumer des capteurs, de réaliser plusieurs mesures de suite avant d'éteindre un capteur pour économiser de l'energie. Un allumage du capteur par heure peut largement suffir. Chaque voie devrait etre alimenter avec la meme tension d'alimentation pour des raisons de simplicité, probablement 5V. Il devrait etre facile de proposer une tension alternative de 12V à l'aide d'un cavalier. Il faudrait prévoir de pouvoir commander l'alimentation simultané de tout ou partie des capteurs, afin de pouvoir lancer un “pré-chauffage” tandis qu'une mesure sur un autre capteur est en cours.

Le multiplexage analogique pourra etre fait facilement avec un multiplexeur. Néanmoins, il existe des Convertisseurs Analogiques Numériques multi-voies déjà équipés d'un multiplexeur.

Pour la mesure de chaque voie, on pourra régler :

  • Une fréquence de mesure
  • Un temp de chauffe du capteur
  • Une courbe de transfert
  • Un étalonnage

Boucle de courant 4 à 20 mA

Une convention pour formatter les données analogiques émises par les capteurs et pouvoir traiter les données de manière standardisée. Quesako ? cf ici

Une page dédiée : La boucle de courant 4 à 20 mA

Electronique

Je propose de commencer par réaliser quelques prototypes de modules que l'on pourra tester indépendament du reste :

  • Un module d'acquisition analogique 4 voies.
  • Quelques capteurs équipé d'une interface “boucle de courant 4 à 20mA”.
  • Un module de transmission LORA.
  • Un module de réception LORA qui puisse servir de Gateway vers l'Internet.
  • Un module cerveau chargé de lancer les mésures, interpréter les données et les pousser sur l'Internet via MQTT.
  • Tous les modules numériques adressables via I2C.

La construction modulaire permet d'affiner itérativement chaque module indépendament des autres. Ces modules pourront également être réutilisables pour d'autres projets.

Liste de courses

  • Quelques ESP32 de dev. Je recommande un devkit de type lolin32 qui fit mieux sur une breadbord pour des ateliers et bricoler, et qui disposent de plus de pin. Moins de 8€ chez aliexpress avec de très faible consomation en courant en deepsleep mode et de quoi brancher une batterie rechargable. Idéale pour des projets versatiles et autonomes.
  • Voir sinon quelques ESP32 avec écran OLED et module lora intégrés : doc sur github , pour moins de 15€ qui fit bien sur une breadboard et avec de quoi branché et recharger une batterie, cf sur aliexpress
  • cf une super spreadsheet google de comparaison des ESP32 pour tous vos projets : ici .
  • Un concentrateur LoRa du genre du ic880a dispo ici
  • Des antennes à la bonne taille pour LoRa.
  • Un amperemetre à branché sur port USB pour monitorer la consommation électrique. Un outil très utile pour mesurer l'autonomie d'un device autonome, du genre ça
  • Des connecteurs de batteries de type GH pré cablé (car c'est relou à cabler).
  • Des capteurs de temperature + humidité: DHT22 ou BME280 qui mesure également la pression atmospherique.
  • Des capteurs de particule fine: SDS011

Ateliers Capteurs

Nous souhaitons réaliser des “ateliers capteurs”. Dans un premier temps, ces ateliers auront pour but de faire découvrir les capteurs, leur technologie, leur fonctionnement. Ces ateliers seront propice à l'explication de la production et de l'exploitation des données, du data mining, mais également de leur caractère public ou privées. A nous de réussir à monter un atelier pouvant sensibiliser sur ces thèmes. Dans un second temps, nous proposerons des ateliers pour concevoir et réaliser les capteurs du projet LaPerCo.

Ateliers découverte des capteurs

Je propose de réaliser un ou plusieurs ateliers dans la veine des SITA que fait la Labomedia habituellement. C'est à dire un atelier pratique dans lequel est distiller du savoir théorique.

Je propose donc que par petits groupes, les “stagiaires” co-réalisent de petits dispositifs de captation électronique. Chaque groupe assemblerait un dispositif de captation de nature et de technologie différente. Une fois tous les dispositifs opérationnels, la production des données, et leur exploitation pourront faire l'objet de corrélation en directe. (Disposer d'un sèche cheveux pour la démo ?).

On peut donc imaginer qu'un groupe réalise un dispositif de captation de la température de l'air avec un arduino. C'est un dispositif plutot avancé avec de la programmation Arduino. Pendant ce temps là, un autre groupe pourrait réaliser un dispositif de captation de la luminosité avec un CAN intégré.

Idées de capteurs

  • Un capteur de température de l'air
  • Un capteur d'humidité de l'air
  • Un capteur de luminosité
  • Un capteur de biofeedback
  • Un compte tour / anémomètre
  • Un voltmètre

Variété technologique

  • actif
  • passif
  • mesure de tension
  • mesure de courant
  • mesure de capacité
  • mesure de resistance
  • acquisition de données numérique serie.

Acquisition

  • micro-controller
  • CAN intégré
  • CAN bricolé

Transmission ou affichage

  • 1 dispositif unique pour afficher une donnée numerique ?
  • 1 dispositif unique pour transmetre les données en usb/serie ?
  • 1 dispositif unique pour transmetre les donnée via LORA ?
  • le dispositif unique peut recueillir les données de plusieurs capteurs simultanément ?

Ateliers conception des capteurs

Il nous faudrait des retours du CNRS concernant les capteurs, mais nous pouvons travailler sur toute la chaine. A la fin, les technologie de capteurs auront des impacts sur le conditionnement et l'autonomie du dispositif.

Ressources

Capteurs PH /EC

Capteurs environnementaux

Tableau de bord pour visualiser les données des capteurs

laperco_capteurs.1546955178.txt.gz · Dernière modification : 2019/01/08 13:46 de bigMax