Serre automatisée pour orchidées

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Difficulté:

Comment mesurer la température et le taux d’humidité dans une serre extérieure et transmettre ces données grâce à des modules XBee


L’an dernier, j’étais en terminale STI2D SIN (Système d’Information et Numérique) et je devais faire un projet pour le bac. Le professeur nous a donné le cahier des charges et nous devions avec un autre élève réaliser ce projet. A partir du cahier des charges, nous devions trouver des solutions pour résoudre tous les problèmes techniques.

Etape 1 : Le cahier des charges

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Le cahier des charges était le suivant :
– La serre mesure 10 mètres carrés environ et possède quelques prises électriques. Elle est située à environ 50 mètres de la maison et ne possède aucune arrivée d’eau.
– La température de la serre doit être comprise entre 12 et 30 °c et le taux d’humidité ne doit pas descendre en dessous de 60%.
– Le système doit mesurer la température, le taux d’humidité (hygrométrie) et la luminosité dans la serre, afficher ces paramètres dans la maison, à l’intérieur de la serre (en option) et sur une page web.
– Sur la page web, les données doivent être présentées sous forme de courbes en fonction de la date et de l’heure de la mesure. Une mesure toutes les 30 minutes est suffisante.
– Le système doit commander un chauffage électrique pour que la température ne descende pas en dessous d’une valeur minimale fixée par l’utilisateur et doit déclencher un brumisateur ou un système d’arrosage pour maintenir un taux d’humidité fixé par l’utilisateur.
– Le système doit déclencher une alarme sonore si la température ou l’humidité ne sont pas dans la plage de fonctionnement normale.
– Utilisation du Wifi interdite dans le lycée.

Après concertation avec mon binôme, nous avons décidé d’utiliser une carte Arduino avec le système Grove car on avait vu cette solution en TP.

Les modules Grove sont tous présentés avec des exemples sur la page http://www.seeedstudio.com/wiki/Grove_System et présentent l’avantage de pouvoir être connectés directement sur la carte Arduino Uno.
Par contre, le prix est plus élevé que pour des composants à monter sur platine d’essai. Dans ce tutoriel, je garde la solution Grove mais on peut faire le même projet avec des composants à monter sur platine d’essai. Mon binôme ayant arrêté en cours d’année, j’ai fini le projet seul et mon professeur a supprimé la partie Internet et horodatage sur la carte SD.

Pour la communication entre les cartes électroniques de la serre et celles de la maison, nous avions choisi la technologie XBee qui permet de transmettre des données jusqu’à 100 mètres. Une liaison Bluetooth ne transmet qu’à quelques mètres et il faut que l’environnement soit bien dégagé. Nous n’avions pas le droit d’utiliser une connexion Wifi.
Le professeur nous avait conseillé de choisir d’abord les capteurs, puis de faire des essais avant de câbler tous les modules. Je vais suivre la même démarche dans ce tutoriel. Vous pouvez passer directement à l’étape 7 si vous ne souhaitez lire les tests des capteurs.

Etape 2 : Le projet

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Afin de rendre la réalisation plus abordable au niveau financier, je vous propose de le réduire par rapport au projet initial. Le synoptique ci-dessus présente la solution finale pour le concours Capteurs. Il n’y a plus la partie web et horodatage.

Etape 3 : L’afficheur à cristaux liquides RGB

L’afficheur LCD Grove a les caractéristiques suivantes :
– Il possède 2 lignes de 16 caractères.
– Il est piloté par une liaison I2C.
– La couleur de fond est paramétrable.

Nous allons tester cet afficheur en affichant le message “Oui Are Makers” sur la première ligne et sur fond bleu pendant deux secondes puis en affichant le message “Concours Capteurs” sur les deux lignes et sur fond orange pendant deux secondes.
Le programme de test est donné ci-dessous :

Etape 4 : Le capteur de lumière

Le capteur de lumière Grove est en fait une LDR dont la résistance varie en fonction de la luminosité. Une adaptation est faite sur le module qui délivre une tension analogique comprise entre 0 et 5V. Il est donc impératif de câbler le module sur une entrée analogique de l’Arduino. J’ai choisi l’entrée A0 pour ce test.

Nous allons tester le capteur de lumière en affichant sur l’afficheur LCD la valeur du mot issu de la conversion sur la première ligne et sur la seconde ligne, nous affichons “Jour” ou “Nuit” selon la valeur mesurée par rapport à un seuil.

Les essais montrent que la valeur varie entre 0 (obscurité totale) et 750 (capteur éclairé par une lampe). J’ai fixé le seuil à 250.
Le programme de test est donné ci-dessous :

Etape 5 : Le capteur de température et d’humidité

Le capteur de température et d’humidité sont intégrés dans le même composant. Le DTH11 a les caractéristiques suivantes :
– mesure de température comprise entre 0 et 50°c avec une précision de ± 2°c
– mesure d’humidité comprise entre 20 et 90% avec une précision de ± 5%
Le capteur est placé dans la serre où la température doit toujours être positive et le taux d’humidité supérieur à 60%. La précision n’est pas optimale mais le prix du capteur est très intéressant par rapport à d’autres plus précis et plus chers.

Nous allons tester le capteur branché sur l’entrée analogique A0. Nous affichons sur l’afficheur LCD la valeur de la température sur la première ligne et la valeur de l’humidité sur la seconde ligne.

Le programme de test est donné ci-dessous :

Etape 6 : Le capteur de niveau

Si l’humidité dans la serre descend sous un seuil, le système doit mettre en marche un brumisateur et/ou un arrosage automatique. La serre ne comportant pas d’arrivée d’eau, j’ai choisi un système d’arrosage avec une pompe d’aquarium qui puise l’eau dans une cuve (ou bidon).

Quand le capteur est immergé, la sortie du module est au niveau bas sinon elle est au niveau haut. Nous allons tester le capteur. Nous affichons sur l’afficheur LCD le message “Cuve vide” sur fond rouge ou “Cuve OK” sur fond bleu ciel. Pour ce test, j’ai choisi de brancher le capteur sur l’entrée numérique D2.

Attention, il ne faut absolument pas plonger le détecteur totalement dans l’eau. Il faut prévoir que le système d’arrosage dépose des gouttes d’eau sur le capteur en sortie de la pompe ou mettre le capteur dans le pot d’orchidées le plus proche de la pompe.

Il existe des kits d’arrosage avec des petits tuyaux et goutteurs pour une dizaine d’euros.
http://www.cdiscount.com/maison/jardin-plein-air/kit-d-arrosage-gouttes-a-gouttes-reglable/f-11785110317-ose4891372270858.html?idOffre=54859922#mpos=1|mp

Le programme de test est donné ci-dessous :

Etape 7 : Le câblage du montage installé dans la serre

Le test de tous les capteurs ayant été concluant, nous allons câbler tous les capteurs et les deux relais pour commander le chauffage et la pompe.

Nous affichons la température, le taux d’humidité, le niveau d’eau et la luminosité. Si la mesure de la température est en dessous d’un seuil minimal, on déclenche le relais du chauffage. Si la mesure du taux d’humidité est inférieure du seuil minimal et s’il y a de l’eau dans la cuve, on déclenche le relais de la pompe. S’il n’y a plus d’eau dans la cuve, le fond de l’afficheur devient rouge.

Cette solution peut être installée dans la serre sans le module XBee. Le cout du projet avec des modules Grove revient alors à 60€ environ et à 40€ environ avec des composants à monter sur platine d’essai.

Le programme est donné ci-dessous :

Etape 8 : L’installation dans la serre avec le module XBee

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http://blog.ouiaremakers.com/wp-content/uploads/formidable/Serre.ino


Voici l’étape finale pour l’installation du bloc dans la serre. Il faut réaliser le câblage des capteurs, de l’afficheur et des relais sur le shield Grove (voir schéma), puis insérer le shield XBee avec son module l’Arduino et le shield Grove.

Les modules XBee sont des émetteurs/récepteurs qui peuvent échanger des données entre eux. Ils peuvent fonctionner en réseau et doivent, à ce moment là, être configurés à l’aide du logiciel XCTU.

La configuration des modules XBee est donnée dans le document ci-dessous.

Il faut configurer le shield XBee en plaçant les cavaliers comme sur la photo pour respecter le Rx et le Tx de la liaison série. Enfin, on insère l’ensemble sur la carte Arduino que l’on aura programmée avec le programme suivant :

Attention, le chauffage et la pompe ne se branche pas directement sur les relais. Il faut respecter le câblage (voir photo N°2).

Etape 9 : : L’installation dans la maison avec le module XBee

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http://blog.ouiaremakers.com/wp-content/uploads/formidable/Guide-X-CTU-STI2D.pdf


Ouf, la dernière étape de la réalisation.

Il faut réaliser le câblage du clavier, du buzzer et de l’afficheur sur le shield Grove (voir schéma), puis insérer le shield XBee avec son module entre l’Arduino et le shield Grove. Enfin, on insère l’ensemble sur la carte Arduino que l’on aura programmée avec le programme suivant :

Etape 10 : L’utilisation

http://blog.ouiaremakers.com/wp-content/uploads/formidable/Maison_XBee.ino

Il faut mettre les blocs serre et maison sous tension, puis faire un reset du bloc maison pour que les deux blocs communiquent entre eux et paramétrer à l’aide du clavier:
– le seuil minimal de température (touche 1 du clavier) puis valider (touche #)
– le seuil maximal de température (touche 2 du clavier) puis valider (touche #)
– le seuil du taux d’humidité (touche 3 du clavier) puis valider (touche #)

Etape 11 : Remerciements

Mon projet de terminale devait durer 70 heures. J’ai largement dépassé cet horaire car c’est un projet passionnant que j’ai voulu finir.
Je remercie mon professeur qui m’a aidé à le réaliser et à mon parrain qui a corrigé les erreurs de français pour mon dossier l’an dernier et le tutoriel.

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Bilippe

07 juil. 2016 à 10:43

Bravo, le Bilippe a voté…

Bellache_F

07 juil. 2016 à 10:43

projet qui intègre beaucoup de capteurs, c'est sympa de contrôler une serre de chez soi (ou sur le web) c'est encore plus intéressant pour des gens qui ont plusieurs serres.

Moi, j'aurais mis des potars à la place du clavier, ça évite de taper un peu n'importe quoi dans le clavier. je vote pour toi.

Damdam

07 juil. 2016 à 10:43

Merci pour ton vote.

J'aurais pu mettre des potars mais il faut trois (température basse et haute, humidité) et il aurait fallu aussi à ce moment là des boutons pour dire ce qu'on rentre comme données dans le programme. Le prof nous avait donné la procédure pour gérer le clavier, du coup, j'ai repris.

Fredo17

07 juil. 2016 à 10:44

Super projet, je suis personnellement en train de créer une station météo avec le meme principe.

Récupération des données ambiantes (température, humidité, pression) intérieures et extérieures. Pour affichage sur écran LCD et envoie des données sur page web avec graphiques.


En tout cas toutes mes félicitations pour ton projet de Terminale qui est du niveau d'un projet de fin d'étude en BTS Electronique. J'espère que tu en seras récompensé ! Je vote pour toi sans hésitation 😉

Damdam

07 juil. 2016 à 10:45

Merci Fredo17 pour ton commentaire, et désolé de te répondre si tard. Internet, dans mes montagnes, un sketch. Heureusement, il y a le lycée.

Est-ce que tu mettras en ligne ta station météo, surtout la partie Web car là, je suis plutôt nul.

Fredo17

07 juil. 2016 à 10:45

J'aimerais beaucoup pouvoir faire une présentation de mon projet. Pour le moment je suis toujours en phase de “R&D” lol ! J'ai presque terminé la partie récupération des données (température, humidité, pression), la prochaine étape est d'arriver à les envoyer sur une base de données pour créer des graphs.

Mais je dois t'avouer que je suis pas expert dans le domaine, ça me plait beaucoup mais je suis pas un pro.

Tournesol

19 août 2016 à 19:30

Joli projet, bien expliqué, mais il est indiqué "programme test ci-dessous" mais moi perso j'ai rien du tout. Si quelqu'un pouvait m'indiquer la marche à suivre pour avoir les programmes svp.
Merci d'avance

kwich-bow

22 oct. 2016 à 10:34

Salut,
Super projet. Mais même problème que tournesol, je ne vois pas ton programme ni le final, c'est dommage
Peux tu nous le faire parvenir en MP ?

youness

30 jan. 2017 à 15:23

J'ai besoin de programme, quelqu'un peux m'aider.


Oh ça buzz

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