Dossier

Vous êtes sur la page: Dossier

Introduction

L’idée de notre TPE est un résultat de plusieurs pensées sur des enjeux actuels, dans le secteur écologique, plus précisément, pour résoudre les enjeux de l’agriculture intensive et du transport du lieu de production au consommateur. Ce dernier dégage une très grande quantité de pollution tous les jours. Une solution pour affronter ces enjeux, serait de faire des potagers en ville: sur les toits d'immeubles ou dans les jardins. Par contre avec cette solution apparaît un autre problème, celui de devoir s’occuper tous les jours du potager. Pour cela on a rassembler une des plus anciennes pratiques de l’humanité, l’agriculture, avec les nouvelles et plus récentes technologies.

Pour résoudre ces enjeux, décrits ci-dessus, on a créé un potager automatique. Pour cela on a construit une boîte,remplie à moitiée avec de la terre, où sont plantés des laitues. Pour la partie technologie on a fait une deuxième boite bien plus petite reliée à la plus grande, oú, on a toute la partie Hardware du projet. Pour la partie informatique on a utilisé des fonctions Cloud et plusieurs langages de programmation. Comme dit précédemment on a fait cela pour permettre d’une façon pratique, efficace et écologique d’avoir plus de vert dans les grandes villes et avoir quelques laitues ou d’autres légumes frais. D’un point de vue écologique, ce système évite le transport et l’utilisation de méthodes d’agriculture polluantes.En même temps il ne perturbe pas le quotidien de l’utilisateur,du fait qu’il n’y a pas besoin de s’en occuper et peut observer à distance les résultats.

La partie structurale

Notre base est faite de bois réutilisés. Le choix de bois a été fait, en pensant plus tôt dans la disponibilité des matériaux. Comme il s’agit d’une boite, on a construit avec une hauteur de 20 cm, pour avoir une quantite considerable de terre Notre potager a une forme de boite avec une base de 1 mètre de long pour 0,80 mètres, pour permettre planter plusieurs graines de laitue. Comme la laitue est un végétal très fragile, il doit être protégé des fortes pluies. Pour éviter la destruction de la plante on a construit une base pour installer un toit avec des tubes PVC (Polychlorure de vinyle). Cette structure existe que dans la boite principale. Le choix de ce tube a été fait en relation à son prix et sa stabilité.

Hardware

Tous les capteurs sont placés dans une petite boite a côté du potager automatique, bien protéger de l’eau de pluie.

PSU

Tous les capteurs sont placés dans une petite boite a côté du potager automatique, bien protéger de l’eau de pluie. Pour que tous les capteurs fonctionne on aura besoin de l'énergie par contre la prise à des tensions et des intensités de courants non utilisable dans notre projet. Pour cela on utilise une PSU (Power supply), qui en français, source de courant. Cet appareil est utilisé normalement dans des ordinateurs, donc ont a put avoir accès a les bonnes tensions et intensités nécessaire pour le fonctionnement des capteurs et microcontrôleur.

NODE MCU ESP12

Le coeur du projet est la plaque Node MCU ESP12, qui est composé d’un contrôleur avec un ship WI-FI permettant la connection avec IBM Cloud. Cette plaque a plusieurs porte de connection appelés “pins”, ils nous permettent de connecter les modules à la plaque, il y en a deux types de pins, les analogique qui lisent et écrivent des valeurs qui sont comprises entre 0 et 1024 et les pins digitaux, qui envoient et reçoivent seulement deux donnés: 1(HIGH) et 0(LOW). Un problème avec cette plaque, c’est que différemment d’autre microcontrôleur, qui ne disposent de Wi-Fi, mais disposent un nombre plus grand nombre de connections. Donc pour avoir acceso a la wifi mais ne pas en avoir des probleme avec le manques de pins, pour ce projet on a utilisé deux de ces plaques, une qui est la version Lolin et l’autre Armica (qui on comme différence des puissances de traitement de donnés), une de ces plaques est donc pour les capteurs comme indiqué ci dessus et un autre qui recevra les données traités par le programme en IBM Cloud d'IBM qui en fonction de ces dernières fera les actions nécessaires.

Les Modules

Les modules sont les appareils qui sont connectés au microcontrôleur, ce sont donc les capteurs et ceux qui feront les actions nécessaires. Ils sont connectés au microcontrôleur à travers du pin et se communiquent avec des signaux électriques traduits en binaire par le microcontrôleur. On a séparer les modules en deux catégories a cause des deux microcontrôleurs, on a donc les capteurs et les modules d’action.

BH1750

Ce capteur permet de voir quel est le niveau d’exposition des plantes au soleil. L'unité mesuré est en Lux ou Lx. Il marche grâce à un chip photosensible qui envio les donnés au Microcontrôleur, qui grâce à un script va transformer les données binaires en lux. Il utilise deux “Pins” du Microcontrôleur.

Soil Moisture

En fançais Capteur d’humidité du sol, nous permet de savoir quand est le moment d’arroser les plantes. Il marche en analysant le courant sort d’une borne négative, passe par la terre et revient dans une borne négative. Ce courant, qui est différent en fonction de l'humidité du sol est analysé par un chip qui envoi une valeur entre 0 et 1024, ou 1024 est très humide et 0 l’opposé. Il utilise un seul pin du microcontrôleur.

DHT11

Le DHT11 est un capteur de température et humidité de l’air. Il est capable de mesurer des températures de 0 à 50 degrés celsius, et un taux entre 20 et 90% de l’air. Il sert a voir si c’est nécessaire d'augmenter le nombre d’arrosage par jour en cas de grande chaleur.

Rain Sensor

Rain Sensor: capteur de pluie en français, nous permet de savoir s’il pleut ou non, avec cela on sait si on doit fermer ou ouvrir le toit du potager. Ce capteur marche d’une façon similaire a dû Soil Moisture Sensor, c’est a dire, il envoi un courant électrique dans une borne positive, qui passe par l’eau va dans une borne negative qui est donc analysé par un chip qui envoi donc des valeurs digitales 1 quand il pleut ou 0 quand il pleut pas.

4 Channel Relay Module

4 Channel Relay Module, est un module qui peut être comparé à un interrupteur, par contre celui la est automatique. Donc comme dit de même façon qu'un interrupteur, il laisse ou non passer le courant, quand le microcontrôleur envoie un signal digital 0(LOW) le relay laisse passer le courant et pour 1(HIGH) il ne laisse pas passer. Ce module nous a permis d’allumer ou éteindre la lampe UV, ou la valve solénoïde, ou une pompe d’eaux.

Soleinoide

Valve Solénoïde peut être comparé à un robinet, quand du courant passe par elle, un petit moteur est activé qui va ouvrir le petit robinet interne laissant ainsi passer de l’eau. Donc en fonction du signal envoyé au relay, il va laisser passer du courant ou non par la valve et donc arrosant ou non les plantes.

H Bridge

Pont en H, ce module va permettre de faire un moteur tourner ver un sens ou un autre ou ne pas tourner. Ce module marche avec un chip qui reçoit des signaux de deux pins du microcontrôleur dont un va donner l’ordre au chip de faire tourner le moteur dans un sens et l’autre faire le moteur tourner ver un autre sens, dans le cas ou les deux non aucun signal le moteur s'arrête. Les signaux des deux pins doivent aussi être de nature digital c’est à dire 1(HIGH) ou 0(LOW).

Software

Le software est ce qui fait tout fonctionner, car sans les programmes les plaques et modules seraient inutiles. On a utilisé plusieurs technologies et langages qui sont normalement utilisés par grandes entreprises et sont très sophistiqués: pour le microcontrôleur on a utilisé un langage nommé C qui est un des plus sophistiqués quand le domaine est des appareils de ce type, sur IBM Cloud pour le traitement de donnés on a utilisé du Node Red, pour le site web on a utilisé du HTML, CSS, et JS ainsi comme de frameworks Jquery et Bootstrap et pour l’application portable on a utilisé du C# et une technologie de Microsoft, Xamarin. Toutes ces softwares sont programmés dans ce que nous appelons des Integrated Development Environments ou IDE, il y en existe des milliers dans tout le monde, ce sont des applications qui nous permettent de tourner le code de le tester et de l'écrire, dans notre cas on a utilisé trois : Visual Studio Code, Visual Studio et Arduino IDE. Voyons maintenant les technologies et langages utilisés pour le fonctionnement du projet:

IBM IOT Cloud

IBM IOT Cloud est la technologie qui fonctionne dans les serveurs d'IBM qui nous permet de connecter des appareils, en effet c’est cela qui signifie le nom IOT, Internet Of Things en anglais et Internet des choses en français est une méthode utilisé chaque fois plus aujourd'hui, ou on peut connecter plusieurs objet à l’internet et faire de façon qu’il se communiquent entre eux. Ce service d'IBM qui utilise cette méthode, nous a permi de connecter le microcontrôleur avec Node Red e donc récupérer ou envoyer des données au microcontrôleur.

MQTT

Entre le microcontrôleur et IBM IOT Cloud, on a un intermediare, MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), qui est un protocole de connexion utilise entre ces deux et sert plus au moin de facteur entre les deux. Différemment de son grand frère le HTTP (Hypertext Transfer Protocol) qui est utilisé pour l’envoi de grandes donnés comme de sites web, envoie des donnés plus petites qui est ce qui envoie notre microcontrôleur, e a l’avantage de pouvoir envoyer ces données même avec de connexion de très basse vitesse. Il est vraiment très utilisé grâce à ces avantages et la facilité de son usage, pour pouvoir l’utiliser sur le microcontrôleur on a dut telecharger un bibliothéque avec le code qui produit ce protocole et le passer au microcontrôleur.

PubSubClient

Le PubSubClient qui signifie Publish Subscribe To Client est une bibliothèque qui se connecte automatiquement au serveur d'IBM Cloud IOT, a partir des adresse et donnés donnés, elle utilise le protocole MQTT pour se connecter. Elle est utilisé dans le Microcontrôleur.

Node red

Node-RED est un outil de développement basé sur le flux pour la programmation visuelle développé à l'origine par IBM pour connecter ensemble des périphériques matériels, des API et des services en ligne dans le cadre de l'Internet des objets. Son Code base, c’est à dire ce qui permet qu’il fonctionne, est fait en Java Script (JS). Dans notre projet il est utilisé pour recevoir les donnés via MQTT du microcontrôleur avec les capteurs, de traiter les donnés et donné une réponse via MQTT au microcontrôleur de réaction.

C

Ce langage créé en 1972 peut être utilisé dans n’importe quel domaine de la technologie. Elle est très efficace quand le sujet est Machine Instruction, en français instructions de la machine, qui sont des types de langages dont le code est exécuté directement par la Central Processing Unit ou CPU et donne des instructions très précises, de plus ce langage est un langage de type Low-Level, c’est à dire, il consomme un très petit espace dans la mémoire de l’appareil. Cela la rend un langage très optimisé pour être utilisé dans des OS (Operating System) ou des petits appareils, comme un microcontrôleur dans notre cas. Cela ne veut pas dire que elle est seulement utilisé dans le domaine des choses petites, elle est aussi utilisé dans des Supercomputers.

C#

C#, prononcé C Sharp, est un langage de programmation a été créé par Microsoft qui utilise la .NET framework. Ce langage est basé sur le langage C++ principalement, mais aussi sur du Java et du Pascal. Différente du C, le C# done pas des instructions exactes mais oui, des variables qui peuvent amener à des exécutions qui varient en fonction du système opérationnel et aussi elle manipule beaucoup les variables en utilisant plutôt la mémoire. Au meme temp de même façon que le C, elle peut être utilisé dans n’importe quelle domaine, et comparé à d’autres langage n'a pas besoin de trop de pouvoir de traitement de donnés. Elle est beaucoup utilisé dans pour les jeux vidéos, mais dans notre cas on l’a utilisé pour faire une application mobile, en utilisant la IDE Visual Studio avec la technologie développée par Microsoft, Xamarin

HTML

Hyper text Markup Language, ou HTML, est une langage de marcation utilisé pour du Web Development. Ce langage permet de faire apparaître du contenu dans les pages Web. Ce langage est un Langage de Marcation et pas un langage de programmation car il n’utilise aucune logique de programmation mais oui des événements (texte, vidéo, audio etc) connectés par des hyper liaisons, cela s'appelle HyTime. On l’utilise pour le site du projet avec d’autres langages qui le “complètent”.

CSS

Cascading style sheets (CSS) est un mécanisme de customisation de contenu à des documents. Il est plutôt utilisé dans les documents Web, c’est à dire des sites. Aussi comme les html ce n’est pas un langage de programmation car il n'utilise aucune logique. Le CSS marche avec un link avec le html, et en utilisant des tags donnés aux éléments html on peut donner des caractéristiques à des éléments, comme sont hauteur avec “height: + valeur” ou sa largeur avec “width: +valeur”.

JS

Javascript, cette foi, un langage de programmation, car différemment de l’HTML et du CSS il utilise de la logique, par contre il est vraiment beaucoup utilisé dans le WEB, pour dynamiser les sites web, de façon à donner des actions au eléments du html, et aussi modifier le CSS de cet élément. Plusieurs technologies, APIs (Application Programming Interface), et bibliothèques ont été créés avec ce langage grâce à sa variété et flexibilité. Ces technologies et etc peuvent l’améliorer comme le Jquery, une bibliothèque, qui est aussi utilisé dans ce site.

Json

Le JSON (Javascript Object Notation) est une API utilisé beaucoup pour la communication entre plusieurs langages, c’est presque un format universel de communication, car la majorité des langages on des bibliothèques ou technologies qui permettent de comprendre ces messages. Dans notre cas il est utilisé dans la communication MQTT, en effet le JSON est créé au niveau de la collecte des donnés et est envoyé via un protocole MQTT par le PubSubClient, ce message est reçu de l’autre coté par l’IBM Cloud IOT qui l'envoi au Node Red, aussi comme dans l’envoi des donnés pour la réaction du Node Red Ver le microcontrôleur de réaction.

Bootstrap

Le Bootstrap est une framework utilisé dans le développement web, elle est utilisé pour dynamiser, dans le sens de possibilité les sites web de “rentrer” dans n'importe quel taille d'écran ou de type de dispositif. Il fait cela en modifiant automatiquement le CSS en fonction de que a configuré le développeur.

Curiosités sur le software

Après avoir vu tout cela, peut être quelques doutes on apparut avec quel mots techniques utilisés, ils sont expliqués ci dessous:

Framework

Une framework est une abstraction qui sélectionne des grand composants d’un langage ou système et les raccourci, ce qui en fait qu’il soit plus simple. Si le framework est bien fait, il peut même accélérer le langage sur lequel il est basé, c’est le cas du Jquery, une framework qui base sur des grandes lignes de Javascript devient quelque chose bien plus courte.

API

Une API est un assemblage de méthodes très précis permettant de connecter plusieurs blocs technologiques. Comme le JSON par exemple qui permet de connecter plusieurs langages de programmation et de les faire se communiquer l'une avec l’autre, dans notre cas le microcontrôleur ESP12 qui envoie des messages JSON via le protocole MQTT vers l’IBM Cloud IOT qui peut donc comprendre le message.

Bibliotéque

Les bibliothèques peuvent se ressembler avec les framework, mais ce n’est pas la même chose, la bibliothèque est aussi un code écrit à partir d’un autre mais dans ce cas il a une utilisation extrêmement spécifique dont on a pas besoin de la modifier, on l'appelle normalement par des tags, et donc automatiquement la bibliothèque fera ce qui est nécessaire, c’est le cas de la bibliothèque PubSubCleint dont on l'appelle dans le code du microcontrôleur et après elle envoie toute seule les donnés à l’adresse donné.

Biologie

Notre TPE nous demande un grand investissement dans les secteur de la physique et de l’informatique. Mais il faut pas oublier le secteur biologique. En tous cas, notre objectif principal est de faciliter la croissance du végétal choisi, dans ce cas, la laitue. La laitue est une plante herbacée largement cultivée pour ses feuilles tendres consommées comme légume, généralement cru en salade. Le choix de cultiver cette plante n’a pas été aléatoire. Il est venu en pensant au temps de récolte après le semis, qui est de 55 jours. Mais ce n’est pas seulement le temps qui nous a orienté, mais aussi le défi que nous nous sommes donné pour la programmation et l’organisation des données, car la laitue est un légume très fragil,elle ne doit pas être trop exposée au soleil. Les graines doivent avoir aussi beaucoup d’espace entre elles (au moins 25 cm). En compensation, elle n’a besoin que de 1 cm de profondeur de terre.

La laitue est une plante herbacée largement cultivée pour ses feuilles tendres consommées comme légume, généralement cru en salade. Le choix de cultiver cette plante n’a pas été aléatoire. Il est venu en pensant au temps de récolte après le semis, qui est de 55 jours. Mais ce n’est pas seulement le temps qui nous a orienté, mais aussi le défi que nous nous sommes donné pour la programmation et l’organisation des données, car la laitue est un légume très fragil,elle ne doit pas être trop exposée au soleil. Les graines doivent avoir aussi beaucoup d’espace entre elles (au moins 25 cm). En compensation, elle n’a besoin que de 1 cm de profondeur de terre.

Le climat à São Paulo nous a favorisé lors du projet, car la laitue aime les températures de 10 à 24º C, ce qui nous a confortés dans le choix de l’époque au semis. La terre aussi est un facteur relativement facile car nous avons besoin d’un PH entre 6 et 7, qui est plutôt neutre, donc facilement trouvable. La laitue aime un sol très humide, c’est donc un défi de faire plusieurs irrigations dans la journée.

Grâce au système de collecte de données, vous pouvez voir les données de AutoPotager en direct. Cliquez sur le bouton ci-dessous:

Conclusion

Après plusieurs heures de travail et de patience, car l’agriculture est un procès délicat, nous avons finalement obtenu plusieurs resultats qui permettent de répondre à la problématique : comment faire un potager automatique et quels sont les avantages ?

Pendant tous ces mois, en travaillant presque toutes les semaines dans ce projet, nous avons appris plusieures choses qui nous permettent de bien répondre à cette question, formulée par nous-même au debut de l’année. Pour nous, en tous cas, notre potager a été automatisé par la notion de micro-contrôleur qui a été déjà expliquée. Ces micro-contrôleurs gèrent tous les senseurs qui ont permis de créer des conditions lors du codage, pour le bon fonctionnement des éléments automatiques du potager. Mais, quels sont les avantajes ?

Au début, l'idée est apparue lors d’un problème dans un potager dont notre classe s’occupait. Le problème est venu principalement de l’abandon des plantes qui ont pour conséquence leur mort. Voilà, pourquoi l'idée de l’automatisme, que nous avons testé pendant les vacances de Juillet. Nous avons préparé le potager principal avec la certitude de son bon fonctionnement et, parallèlement, un deuxième potager, vide (sans mécanismes de contrôle), pour simuler cet abandon des élèves de l’ancien jardin.

Et notre expérience a fonctionné positivement, car en août, au retour des classes nous y sommes allés mesurer les plantes et comparer les deux potagers. En un mois, pendant l’hiver (époque non idéale pour la laitue), les semences ont grandi de 6 centimètres et elles ont atteint une couleur verte vive. Par contre, dans le potager qui simule l’oubli des élèves, les plantes ont grandi de 4 centimètres, et elles ont présenté une couleur vert claire puis un aspect de feuilles mortes et sèches.

Donc, l’avantage principal est que le potager automatique qui analyse les données nécessaires fonctionne de manière positive. Et cela a mis en évidence un nouvel avantage, à savoir, qu’il est possible d’avoir des potagers automatiques à São Paulo, où la majorité des personnes et très occupée et doit travailler toute la journée ou s’absenter, afin d’avoir une bonne “mini” plantation de fleurs ou même de légumes frais pour sa consommation personnelle.

TPE de Victor Gomez, Nicolas Weisse et Victor Pires.

Problématique: Comment faire un potager automatique et quelles sont ces avantages?