IoT Internet des Objets – S01E01 – Création de la plateforme Arduino de test

Ce nouveau projet va nous permettre de comprendre l’IoT (Internet des Objets) au travers d’une plateforme de test à base d’Arduino Nano. Je vais reprendre les bases de l’IoT et vous montrer le montage de cette plateforme étape par étape.

IoT Internet des Objets

Selon l’Union internationale des télécommunications, l’Internet des objets (IdO) est une « infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ».

https://www.digora.com/fr/blog/definition-iot-et-strategie-iot

Voici une définition que je trouve intéressante sur l’IoT, mais je vais essayer de vous la décortiquer pour mieux la comprendre.

• L’Union internationale des télécommunications ou UIT est l’agence des Nations unies pour le développement spécialisé dans les technologies de l’information et de la communication, basée à Genève. Elle compte 193 États membres et 700 membres et associés du secteur. (Source Wikipédia)
• La société de l’information désigne un état de la société dans lequel les technologies de l’information et de la communication jouent un rôle fondamental. Elle est en général placée dans la continuité de la société industrielle. (Source Wikipédia)
• Les objets sont interconnectés par le biais de réseaux sans-fil (c’est ce que l’on recherche) et/ou filaire.
• L’interopérabilité est la capacité que possède un produit ou un système, dont les interfaces sont intégralement connues, à fonctionner avec d’autres produits ou systèmes existants ou futurs et ce sans restriction d’accès ou de mise en œuvre. Il convient de distinguer « interopérabilité » et « compatibilité ». (Source Wikipédia)

Maintenant que l’on a l’explication de cette définition, on comprend donc que l’on déploie dans la monde des objets connectés qui communiquent les uns avec les autres, ils relient en quelque sorte le monde réel et le monde virtuel. Comme par exemple la mesure grâce à un capteur d’une température transmise via une communication sur un serveur permettant de traiter et/ou d’obtenir cette information de n’importe où (à condition d’avoir une connexion internet) et n’importe quand.

IoT Objet Contraint

Un des objet connecté à la base des solutions IoT et celui qui transmet des données du monde réel au travers d’un ou plusieurs capteurs contraint par sa taille et par l’alimentation autonome d’une batterie.

Choix du l’alimentation

C’est la base de la plupart des objets connectés, c’est de pouvoir êtres autonomes le plus longtemps possible. Pour se faire, il faut penser dans son projet au besoin de la capacité d’alimentation.

Cette contrainte oblige le développeur à temporiser l’activité de son objet connecté dans le temps, car en activité la consommation est de quelques dizaines de milliampères et peut descendre jusqu’au nanoampère en mode veille.

Pour la plateforme de test de ce projet, j’ai choisie d’être alimenté par une batterie très facile à acheter et très économique de 3.7V 1200mah. Dans un prochain article, je vais aussi m’intéresser à l’énergie renouvelable produite par un panneau solaire pour recharger la batterie.

Matériel à prévoir

Voici la liste du matériel à prévoir pour développer la partie énergie de notre objet connecté. Prix pour l’alimentation environ 7,65€, mais ce coût peut être radicalement réduit en achetant en quantité sur des sites asiatiques.

• Accessoires PCB Panneau Prototype Cartes Circuits Plaques Souder Double Faces + Bornier à Visser + Barrettes Male + Barrettes Femelle (coût du kit environ 14,90€, pour notre besoin environ 1,5€)
• Batterie : 3.7V 1200mah batteries (coût environ 2,59€)
• Chargeur : TP4056 Micro USB 5V 1A Contrôleur de Charge Lithium Li – Ion Module Chargeur de Batterie USB 5V 1A (coût environ 1,50€)
• Convertisseur : DC-DC 1V-5V to 5V 500mA Boost Converter (coût environ 1,44€)
• Interrupteur : commutateur a glissière 3 broches (coût environ 0,28€)
• LED : 3mm – Verte 3v/20mA (coût environ 0,32€)

Montage

J’ai pris le parti pour ce montage d’utiliser des Barrettes femelles à souder sur les plaques pour pouvoir facilement tester et/ou changer les différents éléments utilisés.

J’ai utilisé une perceuse pour faire l’emplacement de l’interrupteur et une petite lime qui m’a permis d’arriver aux bonnes dimensions. J’ai aussi utilisé de la visserie (boite de visserie M2) pour l’encastrer et le maintenir sur la plaque.

J’ai aussi soudé une LED verte qui est le témoin lumineux de l’alimentation fournie par 2 fils (rouge et noir) qui alimentent le système embarqué, ce qui permet aussi de charger la batterie en éteignant le système.

Et voici le résultat en fonctionnement !

Le système embarqué

Nous avons maintenant une alimentation mobile qui peut éventuellement être rechargée soit par USB, soit avec de l’énergie renouvelable au travers d’un panneau solaire (cela fera partie d’un épisode complet), nous pouvons passer au système embarqué.

Le choix des composants matériels

Il y’a plusieurs composants matériels qui composent normalement le système embarqué d’un objet connecté :

• Le plus important, le microcontrôleur : ATmega328P – 8 bit AVR family microcontroller nous utiliserons celui d’une copie de l’Arduino Nano.
• Les mémoires sont intégrées à l’Arduino Nano.
  • Flash Memory : 32 KB (2 KB utilisés pour le Bootloader)
  • SRAM : 2 KB
  • EEPROM : 1 KB
• Le capteur : capteur de température et d’humidité dht11.
• L’actionneur : LED RGB.
• Les différents BUS de communication internes de l’Arduino Nano : IIC, SPI, USART.
• Communication vers l’extérieur : SH-HC-08 4.0 BLE (Bluetooth Low Energy).
• Ecran OLED : cela facilite les tests, ce n’est pas obligatoire, ici nous utiliserons un écran OLED 128 x 64 Pixels Display I2C.

La liste de course

La plupart des composants que j’utilise, je les prends de kits que j’avais acheté depuis longtemps, je vais essayer de vous trouver des liens vers des composants vendus à l’unité (ou à bas coût), le coût total est d’environ 18€.

• Assortiment entretoises hexagonales M2 (coût du kit environ 9,99€, pour notre besoin environ 0,5€)
• Accessoires PCB Panneau Prototype Cartes Circuits Plaques Souder Double Faces + Bornier à Visser + Barrettes Male + Barrettes Femelle (coût du kit environ 14,90€, pour notre besoin environ 1,5€)
• Nano V3.0 CH340 ATmega328P Micro Contrôleur, compatible Arduino (coût environ 5,0€)
• Capteur DHT11 (coût environ 0,76€)
• LED RVB (coût environ 1,9€)
• Bluetooth 4.0 BLE SH-HC-08 (coût environ 1,34€)
• Ecran OLED 128 x 64 Pixels Display I2C(coût environ 6,83€)

Le montage

Pour faire le montage, j’ai d’abord fait sur une feuille de papier le schéma de mon circuit avant de souder (combien de fois j’ai fais de mauvaises connections, on est inversé quand on soude sous la plaque).

Après 2-3 heures de soudure et de montage, nous avons maintenant un objet connecté qui va nous permettre d’apprendre à gérer l’énergie du système embarqué (en utilisant la fonction mise en veille et réveil), apprendre à communiquer (ici directement via le Bluetooth et un SmartPhone), à capter des informations de notre environnement, d’inter-agir avec une LED et de pouvoir suivre ces informations en direct sur un écran.

Dans le prochain épisode, nous allons apprendre à gérer la batterie et rendre le système embarqué le plus autonome possible.