I. Présentation du projet
Les cafés, restaurants et cafétérias font face depuis de nombreuses années à des vols et casses de tasses. Bien que la tasse ne soit pas un objet de valeur, à grande échelle ces actes ont de multiples conséquences. Tout d’abord, ces actes ont un impact éthique car les vols (ou emprunts à longue durée) ne sont pas tolérés en société. Les autorités n’ont malheureusement pas le temps de prêter attention à ce type de petit larcin et les personnes malveillantes ont donc gain de cause. Ensuite, les actes de casses, de pertes et de vols de tasses représentent un impact financier pour l’institution qui les as achetées. Si l’on prend comme exemple la cafétéria de l’IMT Atlantique, c’est environ une centaine de tasses qui sont perdues chaque année et qui doivent être recommandées. Si l’on considère le prix d’une tasse à 1€ l’unité grâce à un achat groupé. Le coût annuel de ces pertes s’élève à une centaine d’euros. Pour finir, ces actes ont aussi un impact sur l’environnement puisqu’ils impliquent d’utiliser un nouveau matériel sans que le précédent ait complété son cycle de vie. Pourtant lorsqu’une tasse est utilisée sur un cycle de vie complet, son bilan environnemental est meilleur en tout point que celui de son concurrent direct le gobelet comme le montre ce tableau.
| Gobelet carton | Tasse céramique | |
| Changement climatique 100 ans (kgCO2éq./365 services) | 26 | 5.5 |
| Santé humaine (106 DALY/365 services) | 18 | 5 |
| Qualité des écosystèmes (PDF.m².an/365 services) | 9 | 1.8 |
| Ressources (MJ/365 services) | 450 | 50 |
| Consommation d’eau (m3/365 services) | 1.38 | 0.18 |
Afin de limiter les différents impacts cités précédemment, nous avons pensé à mettre en place un système qui responsabilise et incite les consommateurs à rapporter les tasses. Ce système permettrait également aux responsables d’établissement utilisant des tasses en céramique de réduire les coûts de rachat de ces contenants.
La solution que nous souhaitons mettre en place est basée sur deux principes :
- la mise en place d’un système de caution
- la mise en place de consigne de récupération des tasses
Ainsi, la mise en place de tels systèmes permettrait de réduire les coûts de l’entreprise ainsi que l’impact écologique lié à la fabrication de nouvelles tasses.
La solution permettant de répondre aux besoins du client en utilisant ces deux techniques vous sera exposée dans la suite de cet article.
II. SOLUTION
A. Fonctionnalités générales
Nous avons listé ci-dessous la fonction principale ainsi que les fonctions contraintes majeures de notre système.
Collecte des tasses même après la fermeture de l’organisme:
Le système doit permettre de collecter les tasses même après la fermeture de l’organisme afin que les utilisateurs puissent déposer leur tasses même si le personnel n’est plus présent.
Pour ceci, nous allons configurer le système pour qu’il soit actif en permanence ou selon des horaires particuliers selon les besoins du client.
Identification des utilisateurs :
Le système doit identifier de manière unique les utilisateurs afin de :
- Déterminer les utilisateurs qui ont emprunté une tasse lors de la consommation d’une boisson chaude
- Identifier l’utilisateur lorsqu’il dépose sa tasse
La manière de réaliser cette fonctionnalité peut différer selon le type d’organisme. Dans le cas d’une cafétéria d’école ou d’entreprise qui possède déjà un système de badge, nous allons :
- Connecter le système à leur base de données afin de pouvoir récupérer les comptes utilisateurs et modifier les valeurs inscrites dans la base si nécessaire
- Ajouter au système un lecteur de badge RFID de réutiliser le système de badge déjà existant
Dans le cas d’un restaurant qui ne possède pas d’un système de badge ou de base de données préétablie, nous allons :
- Mettre en place leur propre base de données
- Permettre aux utilisateurs de se créer un compte pour ajouter leur profil à la base de données
Acheminement des tasses jusqu’à un bac de récupération :
Lorsqu’un utilisateur dépose sa tasse dans le système, celui-ci doit être capable d’acheminer les tasses jusqu’au bac de récupération permettant ainsi faciliter le processus de stockage des tasses. Pour ceci, l’utilisateur dépose sa tasse sur un plateau mobile qui sera capable d’aligner la tasse avec des compartiments puis qui poussera ensuite la tasse jusqu’au fond du compartiment
Disposition organisée des tasses :
Ainsi, le système permet d’optimiser le rangement des tasses afin de pouvoir optimiser la place au sein du bac de rangement et donc permettre de stocker un maximum de tasses.
Prélèvement d’une caution :
Le système doit être capable de prélever une caution aux utilisateurs qui ont emprunté une tasse. La mise en place de cette caution permet de :
- Rembourser le propriétaire de la tasse en cas de perte, de casse ou de vol
- Inciter les utilisateurs à rendre les tasses qu’ils empruntées afin d’éviter de les abandonner sur les lieux communs
Le système de prélèvement peut être différent selon le type d’institution. Dans le cas d’une cafétéria d’école ou d’entreprise, le prélèvement se fait sur la cagnotte de l’utilisateur associée à son propre compte alors que dans le cas d’un restaurant, la caution est prélevée directement sur le compte bancaire de l’utilisateur via un paiement par carte bancaire.
Rendre la caution prélevée :
Bien entendu, si le système prélève un certain montant à l’utilisateur pour la caution de la tasse empruntée, il est aussi capable de lui rendre sa caution si la tasse est ramenée en bon état. Sans cette fonctionnalité, l’utilisateur perdrait à chaque consommation de boisson chaude le montant de la caution ce qui est à éviter à tout prix car cela aurait pour effet de :
- Dissuader les utilisateurs de consommer des boissons chaudes
- D’augmenter les bénéfices de l’entreprise qui prête les tasses
Ne permettre la récupération des tasses qu’aux collaborateurs de la cafétéria :
Le système doit permettre aux collaborateurs de la cafétéria ou restaurant de pouvoir récupérer les tasses notamment lorsque le bac de stockage est plein. Hormis, les collaborateurs de la cafétéria, les autres utilisateurs du système ne doivent pas avoir accès au système de stockage des tasses afin d’éviter les vols. Nous avons donc prévu une porte avec une serrure à l’arrière du système. Seuls les collaborateurs de la cafétéria auront la clé qui peut ouvrir la porte afin de pouvoir récupérer les tasses.
Affichage du nombre de tasses empruntées :
Le système doit permettre de déterminer en temps réel le nombre de tasses empruntées afin de vérifier que les utilisateurs ont bien tous rendu leur tasse. Pour ceci, le système doit fournir un serveur Web accessible par les collaborateurs de la cafétéria qui permet de visualiser en temps réel le nombre de tasses qui ont été empruntées.
Vérifier que l’objet est bien une tasse :
Le système doit donner la garantie que l’objet déposé par l’utilisateur est une tasse afin d’éviter que les utilisateurs remplacent les tasses par d’autres objets pour dérober les tasses. Pour ceci, nous allons mettre en place une caméra reliée qui sera reliée à une intelligence artificielle de reconnaissance d’objets.
Afin de décrire plus finement les fonctionnalités de notre système, nous avons établit un cahier des charges qui renseignent l’ensemble de ces éléments ainsi que les et contraintes auxquelles le système devra répondre :
| Fonctions | Critère | Niveau |
|---|---|---|
| La fonction principal du système est de garantir la collecte des tasses au sein de cafétéria et de restaurants même en dehors de leurs horaires de fermeture. | Alimentation du système configurable selon les besoins de l’utilisateur | Horaires d’activation du système configurables |
| Le système doit pouvoir identifier de manière unique les utilisateurs | Utilisation d’un système de lecteur de badge ou de compte en ligne | – |
| Le système doit acheminer les tasses déposées jusqu’au bac de récupération | Mise en place d’un plateau mobile capable d’aiguiller les tasses jusque dans les compartiments | – |
| Le système doit disposer les tasses de manière organisée afin d’optimiser le stockage | Configuration d’un système de rangement intelligent | – |
| Le système doit prélever une caution à l’utilisateur lorsqu’il emprunte une tasse | Modification de la cagnotte de l’utilisateur dans la base de données | Prélèvement de 2€ |
| Le système doit rendre la caution empruntée à l’utilisateur lorsqu’il rend sa tasse | Si l’objet déposé est bien une tasse, le système envoie une requête à la BDD pour supprimer la caution | Caution de 2*n euros (où n est le nombre de tasses) |
| Le système ne doit permettre la récupération des tasses qu’aux collaborateurs de la cafétéria | Fournir un accès au tasse par une porte avec une clé | – |
| Le système doit permettre d’afficher à l’utilisateur le nombre de tasses qu’il a emprunté | Mise en place d’une page sur un serveur Web accessibles par les utilisateurs qui affiche le nombre de tasses emportées | – |
| Le système doit vérifier que l’objet déposé est bien une tasse | Mise en place d’une caméra reliée à une intelligence artificielle de reconnaissance d’objets | – |
| Le système doit permettre d’indiquer la capacité restante du bac | Mise en place d’une page Web accessible au collaborateur qui affiche la capacité restante du bac | – |
| Le système doit informé les collaborateur de la cafétéria lorsque le bac de récupération est plein | Mise en place d’une page Web accessible au collaborateur qui affiche lorsque le bac est plein | – |
| Le système doit indiquer le nombre de tasses restantes à ramener pour un utilisateur | Mise en place d’une page sur un serveur Web qui affiche l’information | – |
| Le système doit permettre à l’utilisateur de choisir le nombre de tasses à ramener | Le système redemande si l’utilisateur souhaite déposer une tasse avant de terminer l’opération | – |
| Dans le cadre d’organisme dont les locaux ont une grande superficie, le système doit être accessible à plusieurs endroits | Installation du système à plusieurs endroits de la zone géographique | 1 point de collecte par km² |
| Le système doit permettre la modification des horaires de démarrage/extinction du système | Fournir via un compte administrateur l’accès à une page Web permettant de configurer les horaires de démarrage/extinction du système | – |
| Le système doit fournir la possibilité d’être éteint manuellement par l’administrateur | Fournir via un compte administrateur l’accès à une page Web permettant d’éteindre le système manuellement | – |
| Le système doit permettre son accès à l’administrateur système afin d’être mis à jour | Mise en place d’un serveur SSH sur la machine | – |
| Le système doit permettre son accès à l’administrateur système afin d’être dépanné si besoin | Mise en place d’un serveur SSH sur la machine + fournir un accès physique au composant | – |
B. Schéma d’architecture global
1) Design de la solution
Notre système comporte une importante partie mécanique qui permet de stocker les tasses déposées par les utilisateurs.
Lorsqu’un utilisateur dépose une tasse dans la fente prévue en façade de notre système, elle est analysée par une caméra. Un algorithme permet de décider si l’objet est bien une tasse. Le cas échéant, la tasse déposée est acheminée de la fente vers un plateau mobile (1). Grâce à un système d’axes (2), le plateau peut translater latéralement mais aussi bouger en hauteur. Ceci permet d’acheminer la tasse déposée vers une rangée libre d’un plateau en bois (3). Le système de blocage qui maintient la tasse en place sur le plateau mobile s’abaisse et la tasse glisse vers son emplacement.
Pour ce faire, à la fois le plateau mobile et les plateaux en bois sont inclinés afin de laisser la gravité entraîner les tasses.
Le système aura au préalable déterminé s’il reste de la place sur les plateaux et, si oui, à quel endroit. Une fois le stockage de la tasse terminé, le plateau mobile revient à sa position initiale et attend une nouvelle tasse à stocker.
Lorsqu’un collaborateur de la cafétéria souhaite vider les tasses de la machine, il doit ouvrir une porte à l’arrière du système. Cette porte n’est accessible qu’aux collaborateurs de la cafétéria.
Dès lors que la porte est ouverte, le collaborateur a accès aux plateaux remplis de tasses. Il peut tirer ces plateaux vers lui afin de les retirer du système. Pendant l’opération, les dépôts de tasses sont impossibles.
Une fois les plateaux vides, il peut les replacer dans la machine et refermer la porte. Les utilisateurs peuvent ensuite à nouveau déposer leur tasse.
Ce système de stockage a plusieurs avantages ; tout d’abord il permet d’optimiser l’espace de stockage grâce aux plateaux empilés en hauteur. Ensuite la mise à profit de la gravité pour acheminer les tasses dans leur emplacement permet de simplifier le système et de ne pas s’encombrer d’une motorisation supplémentaire pour le mouvement des tasses.
Par ailleurs, le système retenu aura un coût relativement faible et sera réalisable dans le temps imparti.
2) Schéma électrique du système global
La carte de programmation que nous allons utiliser pour mettre en place notre maquette sera un Raspberry PI. Le Raspberry Pi s’occupera de comprendre l’ensemble fonction logicielle décisionnelle et piloter les composants du système.
Plusieurs composants seront visibles de l’utilisateur puisqu’ils lui seront utiles afin d’interagir avec le système. On trouve parmi ces composants :
- L’écran LCD qui indique à l’utilisateur les consignes d’utilisation et qui donne des informations supplémentaires (nombre de tasses déposées , la validation de l’opération, etc…).
- Le lecteur RFID qui permet d’identifier de manière unique les utilisateurs afin de garantir la restitution de la caution à la bonne personne.
- Le bouton permettant de finaliser la remise des tasses.
Ensuite, d’autres composants sont utiles au fonctionnement interne du système. On retrouve parmi eux la Pi camera chargée de filmer les objets introduits dans le système. Le système interne comprend aussi plusieurs servomoteurs chargés du fonctionnement mécanique simple à savoir : la mobilité du plateau, les écrous de blocage du système…
Certains servomoteurs nous serviront aussi pour des fonctions mécaniques plus complexes telles que la distribution. Pour celle-ci, des moteurs pas à pas seront utilisés pour créer une distribution des tasses sur les axes X Y(perpendiculaire au sol). Un servo moteur sera utilisé pour retenir la tasse dans le plateau de distribution le temps qu’il se situe face à un emplacement de libre. Une fois l’emplacement de libre atteint le servo moteur s’active qui laissera glisser la tasse vers le compartiment.
Un bouton sera également ajouté à l’arrière du point de récupération dans la partie fermée à clef , qui permettra de réinitialiser le compteur de tasses dans la machine.
Enfin , plusieurs capteurs de contact seront positionnés dans le point de récupération afin de contrôler les positions des différents éléments , par exemple :
- trappe de façade ouverte/ fermée
- porte arrière de la consigne ouverte /fermé
- position du plateau de distribution a sa position initiale
- présence des plateaux
III. CAS D’UTILISATIONS DE LA SOLUTION
A. DIFFÉRENTS CAS D’UTILISATION DU SYSTÈME
Les fonctionnalités principales du système sont destinés à deux types d’acteurs
- Les utilisateurs (consommateurs de boissons chaudes)
- Les collaborateurs
Pour ces deux acteurs nous avons établi plusieurs cas d’utilisation typiques.
-
Cas d’utilisation de l’utilisateur
a) L’utilisateur souhaite déposer une tasse :
Le dépôt d’une tasse par un utilisateur est établi en trois phases.
Tout d’abord, l’utilisateur se rend au niveau de la consigne afin de déposer sa tasse. Une succession d’interaction avec le système s’effectueront donc afin de réaliser cette opération:
- L’écran LCD indique à l’utilisateur qu’il doit présenter son badge pour s’identifier
- Ainsi, l’utilisateur présente son badge au niveau du lecteur RFID
- Une fois l’utilisateur identifié, l’affichage indique que l’utilisateur peut déposer sa tasse.
- L’utilisateur introduit la tasse dans le compartiment prévu à cet effet.
L’ensemble de ces actions est schématisée ci-dessous :
Ensuite, le système va entrer dans une phase d’analyse de l’objet introduit dans le compartiment afin de vérifier qu’il s’agit bien d’une tasse. Cette phase est réalisée en quatre étape :
- La Pi Caméra reliée au Raspberry Pi qui filme en permanence le compartiment capture le flux vidéo et l’envoie au Raspberry Pi
- Le Raspberry Pi analyse ensuite l’image à l’aide d’un modèle de réseau convolutionnel appelé VGG16 afin de vérifier que l’objet est bien une tasse
- Si ce n’est pas le cas alors le système affiche via l’écran que l’utilisateur doit déposer une tasse et est renvoyé à la phase 1. Si l’objet est bien une tasse alors le système propose à l’utilisateur de rajouter une autre tasse.
L’ensemble de ces actions est schématisée ci-dessous :
Pour finir, le système entre dans une troisième phase de validation de l’opération. Cette opération est réalisée en trois temps :
- L’utilisateur appuie sur le bouton “Terminer” afin de valider l’opération et indiquer que le système ne prend plus de tasse en compte.
- Ainsi, le système compte le nombre de tasses qui ont été introduites et calcule la caution qui doit être rendue à l’utilisateur. Il envoie donc le résultat à la base de données afin de modifier la cagnotte de l’utilisateur en conséquence.
- Pour finir, le système affiche via l’écran LCD que la caution lui a été rendue.
L’ensemble de ces actions est schématisée ci-dessous :
2) Cas d’utilisation du collaborateur
a) Le collaborateur souhaite prélever une caution à l’utilisateur:
Le collaborateur sera appelé à devoir prélever une caution à l’utilisateur afin de garantir que dans le cas d’une casse, perte ou vol de cette tasse, l’objet lui sera remboursé. Ainsi, lorsque l’utilisateur badgera au niveau du lecteur RFID, une requête sera envoyée à la base de données afin de prélever 2€ supplémentaires à l’utilisateur pour la caution. Le système peut intervenir dans cette opération dans le cas où l’institution ne bénéficie pas d’une base de données. Elle pourra alors utiliser celle fournie par notre système.
b) Le collaborateur souhaite récupérer les tasses dans le bac:
Dans ce cas d’utilisation, l’opération à réaliser est très simple afin de faciliter l’expérience utilisateur. Afin de récupérer les tasses, le collaborateur doit ouvrir à l’aide d’une clé qui lui sera fournie une porte à l’arrière du système. Cette offre donne accès au bac de stockage des tasses. Ainsi le collaborateur n’a plus qu’à extraire les bacs du système afin d’en récupérer les tasses.
Après avoir réalisé cette opération, l’utilisateur devra se rendre sur le site Web permettant d’interagir avec le système afin de réinitialiser manuellement le comptage des tasses. Ceci permet de garder à jour le comptage permettant de définir le nombre de tasses empruntées et la capacité de stockage restante du système.
B. Diagrammes de use-case
Selon le rôle des acteurs interagissant avec le système nous pouvons répertorier plusieurs use-cases. Ceux-ci ont été représentés dans les diagrammes de use-case ci-dessous :
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