L’automatisation électronique  des bâtiments d’élevage

Étude de la partie matérielle du projet – Chapitre 3:

I. Introduction

D’après ce que nous avons vu lors de diverses visites dans des fermes de poulets et les différents désavantages que nous avons remarqués dans ces derniers qui peuvent baisser considérablement leur rendement de la production, nous devons dire qu’il est nécessaire de développer un système de contrôle et le rendre automatique, tout en intégrant l’historique, les causes et même les actions correctives en cas d’absence de l’éleveur ainsi que l’installation des capteurs qui peuvent être un plus, pour renforcer la sureté de fonctionnement et améliorer les conditions de l’ambiance climatique.

Dans ce chapitre, nous donnons en premier lieu, une étude comparative entre les différents types de cartes programmables disponible sur le marché dont le but de sélectionner la plus adaptée à nos besoins. Par la suite, nous présentons les différents capteurs et actionneurs qui nous permettent de contrôler et de gérer les paramètres climatiques. Enfin, nous clôturons ce chapitre par une étude socioéconomique Pour estimer le coût de revient de notre projet.

II. Étude de la partie matérielle :

1. Présentation des choix de la solution

Durant notre recherche sur la partie électronique qui va être implémentée pour automatiser les différents bâtiments d’élevage, nous avons constaté qu’au cours des dernières années, de nombreuses cartes de développement modulaire sont apparues. Chaque carte présente des avantages et des inconvénients. Elles se diffèrent par leurs fonctionnalités, leurs complexités et leurs prix. On peut citer parmi ces cartes :

1.1 Carte Arduino

L’Arduino est un circuit intégré à base d’un microcontrôleur programmable qui peut analyser et produire des signaux électriques de façon à effectuer des tâches précises comme (le pilotage d’un robot, la détection de présence, le contrôle des appareils domestiques …) [32].



Figure 12 Exemples des cartes Arduino [32]

1.2 Carte NodeMCU

Une carte NodeMCU est une petite (3,00 x 5,50 cm) carte électronique équipée d’un microcontrôleur avec un carte wifi intégré pour établir des connexions TCP/IP. Les NodeMCU ont révolutionné le domaine de l’électronique à l’échelle mondiale depuis leur apparition en 2014 en raison de leur très grande capacité et leur faible prix.



Figure 13 Exemples des cartes NodeMcu

1.3 Carte Raspberry Pi

Le Raspberry pi est un nano ordinateur de la taille d’une carte de crédit que l’on peut brancher à un écran et utilisé comme un ordinateur standard. Il est développé par une organisation britannique dans le but de fournir aux étudiants des ordinateurs à faible coût [33].



Figure 14 Carte Raspberry Pi [33]

1.4 Les Critères de choix de la solution

Après la présentation des différents cartes existent sur le marché, nous passons vers l’une des étapes les plus importantes à la réalisation de notre projet qui est la sélection de la carte la plus adapté à nos objectifs, Il existe beaucoup de critères de sélection dont nous devons tenir compte comme :

* Le nombre d’entrées/sorties analogiques.

* Le nombre d’entrées/sorties numériques.

* Puissance de calcul suffisamment élevée pour gérer des algorithmes en temps réel

* Taille de la mémoire programmée (pour contenir l’ensemble du programme).

* La taille de la mémoire RAM (pour les calculs que le microcontrôleur doit effectuer).

* La mémoire EPROM (si on a besoin que certaines données soient sauvegardées si l’alimentation se coupe).

* Le prix et la disponibilité sur le marché(Le prix joue un rôle très important dans notre cas, car nous avons besoin de plusieurs cartes afin de couvrir tout l’espace de bâtiment d’élevage).

* Idéalement : la possibilité de se connecter à internet pour envoyer et recevoir des données depuis un serveur distant.

1.5 Etude comparative

Nous résumons dans ce tableau une comparaison technique de quelques cartes programmables disponible sur notre marché :

Nom de la carte

Arduino UNO

Arduino Méga

NodeMcu ESP8266

NodeMcu ESP32

Raspberry Pi B+

Naissance

2005

2010

2014

2016

2016

Prix (DA)

2400

4500

1800

3000

12000

Processeur

ATMEGA 328

ATMEGA 2560

Xtensa L106

Single-Core

Xtensa Lx6 Dual-Core

Broadcom BCM2837

Fmax

16 Mhz

20 Mhz

160 Mhz

240 Mhz

1,2 Ghz

ROM

2 KB

256 KB

512 KB UP

TO 4 MB

4 MB UP

TO 16 MB

MicroSD

RAM

32 KB

8 KB

160 KB

512 KB

512 MB

EEPROM

1 KB

2 KB

1 KB

1 KB

MicroSD

E/S Didital

14

42

16

23

40

E/S Analog

6

16

1

18

0

WiFi

NON

NON

OUI

OUI

OUI

Tableau 8 Etude comparative de quelques cartes disponibles sur le marché [32] [34] [35]

** Analyse du tableau comparatif

– En tenant compte du tableau 1, Nous remarquons que les cartes Arduino ont une puissance bien moindre que celle délivrée par leurs deux camarades, qui nous a conduit à les éliminer de notre choix.

– Du l’autre côté, nous remarquons aussi qu’en termes de mémoire vive ou mémoire externe, les capacités de Raspberry et ESP32 sont plus gros que les autres cartes. Ainsi que les deux possèdent une carte wifi de plus par rapport aux autres.

– D’après une recherche réalisée, nous avons trouvé que Le prix de Ra spberry est le plus élevé devant les autres cartes, et avec les frais de (MicroSD, chargeur, Ventilateur, convertisseur Analog to Digital) il peut atteindre jusqu’à 17000 DA ! De plus, il ne possède pas d’entrée analogique (dans notre cas, trois de nos capteurs sont analogique).

D’après l’analyse du tableau comparatif, on déduit que l’ESP32 représente un outil plus performant et mieux adapté à nos besoins. l’ESP32 possède le nombre de ports analogique le plus élevé, une fréquence pouvant atteindre jusqu’à 240 Mhz et une grande capacité mémoire ROM et RAM qu’ils lui permettront de gérer des algorithmes de régulation complexes, de plus, son prix est plus qu’abordable.

Il est aussi capable de se connecter à un réseau Wifi pour envoyer et recevoir des données par internet, ce qui le rend la solution la plus adaptée pour la réalisation de notre projet.

1.6 La Carte ESP32

1.6.1 1.6.1 Présentation de l’ESP32

L’ESP32 est un circuit intégré à microcontrôleur 32 bits produit en septembre 2016 par la société chinoise Espressif, comme déjà mentionné, il intègre un module Wifi 802.11b/g/n permettant d’établir des connexions TCP/IP, en mode client/serveur HTTP. La puissance de l’ESP32 en fait la solution idéale pour l’IoT (Internet des objets) et les projets connectés [36] .

Principales caractéristiques de l’ESP32 [35] :

* Processeur à double-cœur Xtensa LX6 32 bits cadencé jusqu’à 240 MHz.

* Mémoire flash entre 4 MB et 16 MB selon les modèles.

* 520 Ko de RAM pour les instructions et les données.

* Puce Wifi 2.4 GHz (802.11 b/g/n) avec antenne intégré.

* Bluetooth Low Energy (BLE, BT4.0, Bluetooth Smart) intégré.

* Un Capteur de température intégré.

* Un capteur à effet Hall intégré.

* Un capteur tactile intégré.

* Compatible avec les sécurités WFA, WPA/WPA2 et WAPI.

* 23 Entrées/sorties numériques GPIO.

* 18 Entrées/sorties Analogiques GPIO.

* Alimentation 2,2 V à 3,6 V par l’intermédiaire du connecteur micro USB.

1.6.2 Brochage de l’ESP32

Grâce à la fonction de multiplexage de la puce ESP32, plusieurs fonctions sont attribuées à la même broche. Si vous ne les définissez pas sur le code, les broches seront utilisées par défaut- comme indiqué dans la figure ci-dessous (l’emplacement des broches peut changer en fonction du fabricant) [37].



Figure 15 schéma de brochage de l’ESP32 [37]

1.6.3 Programmation du l’ESP32

Il existe plusieurs façons de programmer la carte ESP32 [38] :

* En script Lua, avec le firmware NodeMCU.

* En C, avec le SDK d’Espressif.

* En C, avec l’IDE Arduino.

* En JavaScript, avec le firmware Espruino.

* En MicroPython, avec le firmware MicroPython.

Pour la programmation du l’ESP32, nous allons utiliser l’environnement de développement d’Arduino car cet IDE présente beaucoup d’avantages (Gratuit, open- source, Multiplateforme ….).

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