I – CONTEXTE :
Les élèves de la Thématique d’Approfondissement « Conception des Objets Communicants » d’IMT Atlantique étaient censés développer un projet pour résoudre une problématique de la société dans n’importe quel domaine. C’était alors dans ce cadre, et étant donné que l’agriculture familiale est responsable de 80% de la production alimentaire mondiale, que nous avons décidé d’aider les agriculteurs familiaux à augmenter leurs profits et la qualité de leurs produits tout en utilisant des technologies simples et peu coûteuses. Ainsi, nous avons convenu de focaliser sur le séchage solaire, étant donné qu’il s’agit d’une technique « verte » permettant de prolonger la durée des aliments et, par conséquentet, réduire les pertes après la récolte.
Nous avons donc réalisé un prototype d’un séchoir solaire intelligent équipé des capteurs de température et d’humidité de l’air et des systèmes de ventilation et de transfert de données par Bluetooth intégré à une plaque Arduino. En plus, on a développé une application Android afin de recevoir les données mesurées et de contrôler le séchoir. Pour ce faire, l’utilisateur lance l’application et sélectionne le produit qu’il veut sécher ; il est donc informé des limites de température et du temps de séchage optimaux. Lorsqu’il démarre le processus de séchage depuis l’application, les données des capteurs sont affichées en temps réel sur l’écran. Parallèlement, le système de ventilation, nécessaire pour garantir la circulation de l’air et améliorer le taux de transfert de masse, empêche que la température dans le séchoir monte au-dessus de celle recommandée.
Figure 1. SmartSéc : le séchoir solaire intelligent.
II – RÉALISATION :
Maquette :
- Deux plaques de contreplaqué 13.2×13.2×0.6 cm (I)
- Une plaque de contreplaqué 13.2×12.6×0.6 cm (II)
- Trois plaques de contreplaqué 27.2×13.2×0.6 cm (III)
- Une plaque de contreplaqué 13.2×11.2×0.6 cm (IV)
- Une plaque de contreplaqué 17.2x12x0.6 cm (V)
- Une plaque de verre synthétique 16.6×13.2×0.6 (VI)
Pour savoir comment faire l’assemblage des plaques de la maquette, cliquez ici.
Les encoches et les trous des plaques ont été réalisés à l’aide du logiciel Inkscape avec l’extension Tabbed Box (cliquez ici pour voir les sketchs) et d’une découpe laser. Les encoches font 1 cm de largeur et 0.6 cm de hauteur.
On a utilisé des plaques de contreplaqué de 0.6 cm d’épaisseur pour rendre la maquette plus résistante et la plaque de verre transparente a été employée puisqu’il est nécessaire le rayonnement des rayons solaires dans le séchoir pour que le séchage se produise. De plus, on a ajouté des trous sur les plaques (I)* et (III)* afin de favoriser le passage de l’air dans le séchoir.
En outre, pour cacher les câbles et améliorer l’esthétique de la maquette, nous avons convenu de créer trois compartiments : les plus petits pour les composants électroniques et le plus grand pour déposer le matériel à sécher.
Système électronique :
- Un module Bluetooth HC-05
- Un câble USB / Micro USB
- Un smartphone Android
- Une carte Seeeduino Lotus V1.1
- Un capteur d’humidité et de température DHT22
- Un mini ventilateur DC 5v
- Une mini breadboard 170 pins
- une batterie lithium-polymère TURNIGY 1000mAh trois cellules de 11.1 v
- Des fils
III – COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES
Module Bluetooth HC-05
En utilisant ce module, nous pouvons établir une communication sans fils bidirectionnelle (duplex intégral) entre deux appareils ou microcontrôleurs. Ce module est assez approprié pour transférer les données, pourtant il ne permet pas le transfert de messages multimédia. Puisque nous n’avions pas besoin d’une portée importante pour la démonstration du produit, nous avons décidé d’utiliser ce module pour transmettre les données de température et d’humidité vers notre application Android. Pour ce faire, nous avons connecté le pin RXD du module au pin TXD de la carte et le pin TXD du HC-05 au pin RXD de la Seeeduino.
Figure 2. Module Bluetooth HC-05 (GoTronic, 2019).
Seeeduino Lotus 1.1 :
Cette carte est basée sur un ATMega328P compatible avec Arduino et est équipée de 12 connecteurs Grove : 6 digitaux, 3 analogiques, 2 I2C et 1 Uart. Elle est fabriquée à partir de la carte Arduino UNO, ce qui la rend compatible avec la plupart des programmes, des shields ou de l’IDE Arduino. Elle présente aussi l’avantage de s’utiliser directement avec les capteurs de la série Grove, ce qui permet de réaliser des prototypes sans soudure très rapidement. Les connecteurs situés sur les bords extérieurs permettent d’enficher une série de modules complémentaires.
Figure 3. Carte Seeeduino Lotus 1.1 (GoTronic, 2019).
Capteur d’humidité et de température DHT-22 :
Ce capteur est un modèle basique et économique. Il a été placé à l’intérieur du séchoir afin de mesurer la température et l’humidité lors du processus de séchage et puis envoyer ces données à la carte Seeeduino, qui va les traiter et les transmettre à l’application. Pour que le capteur puisse envoyer les données à la carte, nous avons connecté son pin 2 (Data) au pin 7 de la Seeeduino.
Figure 4. Capteur de température et d’humidité DHT-22 (GoTronic, 2019).
Mini ventilateur DC 5V :
Pour que le processus de séchage se produise, en outre le rayonnement solaire il faut avoir la circulation de l’air dans le séchoir, afin de permettre le transfert de masse. Dans ce cadre, nous avons placé un mini ventilateur à l’intérieur du séchoir pour simuler un vrai processus de séchage ; pour le séchoir en taille réelle, afin d’avoir le même résultat, il faut utiliser un ventilateur plus puissant, ce qui augmentera la consommation d’énergie. Nous avons connecté le ventilateur au pin 7 de la Seeeduino. Nous pouvons démarrer ou arrêter le ventilateur en utilisant l’application et le contrôler automatiquement en concevant le code du microcontrôleur.
Figure 5. Mini ventilateur DC 5V.
Schéma de branchements
La Figure 6 présente le schéma de branchement des composants électroniques de notre projet.
Figure 6. Schéma de branchement des composants électroniques.
IV – PROTOCOLE DE COMMUNICATION
Dans le cadre de notre projet, nous avons choisi la technologie Bluetooth comme un standard de communication pour plusieurs raisons. Tout d’abord, cette technologie de communication sans fil est peu coûteuse par rapport à d’autres technologies et facile à mettre en œuvre. Aussi, lorsque la carte électronique et le smartphone contenant l’application sont synchronisés, la communication est réalisée automatiquement. En outre, le fait que le module Bluetooth consomme peu d’énergie facilite sa mise en place, vu que le séchage solaire peut durer plusieurs heures. Enfin, puisque les informations transférées entre la carte et l’application ne sont pas de grande taille, le bluetooth peut garantit un bon temps de réponse.
V – INTERFACE ANDROID
Afin de contrôler le séchoir et suivre les valeurs de température et d’humidité, nous avons créé une application Android communicant avec le séchoir via Bluetooth, avec MIT App Inventor 2. En fait, nous avons choisi d’utiliser cette plateforme parce que nous avons eu des problèmes pour implémenter la fonctionnalité de transfert de données via Bluetooth et pour gérer la base de données sur Android Studio.
En fonction du produit choisi par l’utilisateur, l’application avertit la carte Arduino de la température et du temps de séchage optimaux de séchage. Ensuite, la carte Arduino recevant et traitant les données mesurées par les capteurs, elle les envoie au smartphone. Si jamais la température monte au-delà de celle informée par l’application, la carte Arduino augmente la vitesse du ventilateur de mode à éviter que l’aliment soit endommagé thermiquement.
Puisque nous utilisons le Bluetooth pour transmettre des données, il faut que l’utilisateur l’active et fasse l’appairage entre le module Bluetooth du séchoir et le smartphone. Lors de la première connexion, un pin sera sollicité ; dans notre cas, le pin (1234) était écrit sur un papier collé sur le module.
Une fois fait l’appairage entre les dispositifs, l’utilisateur peut lancer l’application. Sur la page d’accueil, illustré par la Figure 7, pour permettre que l’application reçoive les données, il faut cliquer sur le bouton « Connecter » et choisir le module Bluetooth qui vient d’être associé, dans notre cas, 20:16:02:30:35:20 PINSON.
Figure 7. Page d’accueil de l’application.
Puis, après avoir saisi le nom du produit à sécher, l’utilisateur verra des récommandations de séchage spécifiques. En cliquant sur « commencer », les données de température et d’humidité seront affichées sur la page d’accueil, comme illustré par la Figure 8. Lorsque l’utilisateur veut arrêter le séchage, il peut cliquer sur « Arrêter » et le ventilateur s’arrêtera et les données ne seront plus affichées.
Figure 8. Processus de séchage.
VI – CODE
Nous avons choisi d’utiliser le logiciel MIT App Inventor 2 pour coder l’application, car nous trouvons plus facile de comprendre la programmation en blocs. Nous avons donc commencé par la partie graphique et, puisque nos utilisateurs sont des agriculteurs n’ayant pas forcément d’aisance avec des portables, notre objectif était de concevoir une interface la plus ergonomique possible. Ensuite, nous avons créé les fonctionnalités del’application tout en ajoutant et reliant des blocs de programmation.
Pour la carte Seeeduino, nous avons développé un programme en language C afin de contrôler la vitesse du ventilateur en fonction de la limite de température informée par l’application ainsi que d’envoyer les données reçues par le capteur vers le smartphone. Le code du programme de la carte et les captures d’écrans concernant la structure en blocs de l’application sont déposés sur GitHub, et pour y accéder, cliquez ici. Afin de réutiliser l’application que nous avons faite, il faut simplement télécharger l’archive .aia, aller sur MIT App Inventor 2 et le transférer dans un nouveau projet.
VII – PERSPECTIVES
Étant donné que le projet avait une durée courte, nous avons décidé de nous focaliser sur les fonctionnalités les plus importantes et qui apporteraient le plus de valeur aux utilisateurs. Ainsi, nous avons dû laisser à côté quelques fonctionnalités que nous aurions aimé mettre en place lors du développement du projet.
Alors, en vue d’orienter des futures recherches et études, nous décrivons ci-dessous les prochaines étapes que nous aurions suivies si nous avons eu plus de temps :
- Mettre en œuvre un serveur pour traiter les données envoyées par les capteurs, afin de permettre le suivi du processus de séchage à distance.
- Mettre en place d’autres protocoles de communication réseau pour le transfert des données, en fonction de la portée et de la consommation énergétique envisagées (ZigBee, Internet ou LoRa, par exemple).
- Créer une version de l’application mobile comportant d’autres langues, notamment le portugais, l’espagnole et l’anglais.
- Rajouter des informations de séchage d’autres aliments sur la base de données, pour la rendre plus complète.
- Tester la sensibilité d’autres capteurs, afin de choisir celui qui présente la meilleure réponse à la variation de la température.
- Ajouter sur l’application la fonctionnalité de recherche vocale des aliments.
- Mener des études de viabilité économique concernant la mise en œuvre des panneaux solaires, de mode à rendre le séchoir complétement autonome en énergie.
- Développer une plateforme collaborative afin que les gens, notamment les chercheurs, puissent y ajouter des recommandations de séchage concernant plusieurs régions.
- Améliorer l’application afin qu’elle soit capable de se connecter à plusieurs séchoirs et de les contrôler au même temps.
Auteurs :
SANTANA Rodrigo
FERJANI Wadia
YIN Tan
