• Introduction

Dans le cadre de notre formation de première année de DUT GEII (Génie Electrique et Informatique Industrielle),  le module Etudes et Réalisation (Projets) doit être réalisé. Nous avons eu la possibilité de choisir le projet qui nous intéressait le plus. Pendant 4 semaines, de mars à avril, l’emploi du temps a été grandement consacré à cela. Nous étions encadrés par des professeurs qui étaient à notre disposition et qui nous ont notés sur nos recherches et notre avancement.

 

• Présentation du sujet

La Maquette Domotique est un ancien projet inachevé commencé il y a 2 ans, nous l’avons repris pour le continuer et le finaliser. Nous avons donc dû résoudre les problèmes rencontrés par nos prédécesseurs.

Par le biais de notre Maquette Domotique, nous devons sensibiliser les personnes sur les « énergies de demain » en simulant une maison totalement autonome énergiquement grâce aux énergies renouvelables.

Nous disposons des énergies suivantes:

-Éolien : Utilisation d’une éolienne domestique.

-Solaire : Installation de panneaux photovoltaïques ainsi que thermiques.

-Hydraulique : Cours d’eau présent afin d’alimenter une turbine hydraulique.

-Biomasse : Combustion des bio-déchets.

-Bois : Combustion de bois dans un foyer bois.

Sur la maquette, l’éolienne et la turbine hydraulique fonctionnent grâce à des moteurs.

Répartition des systèmes de production des énergies renouvelables

 

Nous devons rendre notre maquette à la fois démonstrative et ludique afin de plaire au public.

 

• Gestion de Projet

Nous sommes suivis par un professeur, dans la matière « Conduite de projet », qui nous apprend à travailler sur des projets en général. Nous avons ainsi à faire les démarches, les explications et les présentations du projet.

Nous avons appris à planifier nos semaines pour y associer les tâches à effectuer chaque jour et ainsi éviter le plus possible les écarts.

Pour cela nous sommes un groupe de 4 étudiants :

-Maillard Guillaume : Chef de projet

-Muller Quentin

-Perreaut Romain

-Sutter Valentin

 

• Cahier des Charges

 

Schéma « Bête à corne » :

Schéma « Pieuvre » : Fonction du projet

Fonction Principale : Rendre notre Maquette attractive afin de sensibiliser le public sur l’utilisation des énergies renouvelables.

Fonctions Contraintes : Nous devons prendre en compte les contraintes pour faire de notre maquette un projet rentable, intéressant et pédagogique.

• Contrainte énergie : La contrainte énergie est en rapport avec l’utilisation de l’électricité, nous devions faire quelque chose d’optimal. C’est-à-dire réfléchir à chaque circuit électrique et chaque composant afin d’éviter toute perte électrique.
• Contrainte sécurité : Il fallait assurer une sécurité importante afin de ne pas mettre en danger les utilisateurs de la maquette. Effectivement le but de la maquette étant l’interaction avec le public il ne faut pas qu’il se blesse ou qu’il s’électrise en touchant la maquette.
• Contrainte Informatique : Il nous a été imposé d’utiliser un boitier d’acquisition pour créer une interface informatique. La découverte et l’utilisation de différents logiciels ont été nécessaires.
• Contrainte Pédagogique : La contrainte visuelle a été d’utiliser et montrer clairement les énergies disponibles sur notre maquette. Il a fallu réfléchir pour les mettre le plus possible en valeur et montrer leur efficacité.

 

Diagramme de GANTT prévu pour le projet :

 

Diagramme de GANTT actuel du projet :

Les diagrammes de GANTT ont été effectués afin de planifier les étapes de notre projet. Ils représentent la période consacrée au projet (1mois). Cependant il nous est encore possible de continuer et d’affiner notre projet tout au long du semestre 2, jusqu’à la soutenance finale qui aura lieu le 28 juin 2016. Nous avons la semaine avant cette soutenance, 5 jours de libres, qui nous permettra de conclure et organiser la présentation pour l’oral.

 

• Définition des termes techniques

Circuiterie : Ensemble des connexions et des composants constituant un équipement.

Programmation : Ensemble des activités qui permettent l’écriture des programmes informatiques dans un langage de programmation spécifique.

Circuits imprimés : Support, en général une plaque, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans le but de réaliser un circuit électronique complexe

Micro-contrôleurs : Circuit intégré rassemblant dans un même boitier un microprocesseur, plusieurs types de mémoires et des périphériques de communication (Entrées-Sorties). Il permet de contrôler certains composants à partir de programmes.

Boitier d’acquisition : Système d’acquisition de données représentant l’interface entre les composants et l’ordinateur.

• Développement

Suite à l’analyse complète de la maquette nous l’avons divisé en deux grandes parties, circuiterie et programmation.

Pour vous montrer les idées de ce projet voici un schéma explicatif.

 

Pour vous expliquer plus en détail, la maquette domotique est alimentée par une source de tension permettant de faire fonctionner les moteurs liés à l’éolienne et à la turbine hydraulique. Notre maquette est dirigée par 3 circuits imprimés alimentés par un ordinateur par le biais d’un boitier d’acquisition. Sur ces circuits imprimés, sont reliés électriquement des résistances et des transistors avec un microcontrôleur qui indique le cheminement de l’énergie depuis les points de production vers la maison. Sur la maquette, d’autres ampoules représentent les éléments d’une maison (télé, lampes, lave-vaisselle, etc…). Selon le nombre d’ampoules allumées, nous calculons la consommation utilisée par les objets présents dans la maison grâce à un programme. Nous activons alors la production des énergies renouvelables afin de compenser la consommation.

Ce système montre donc la possibilité de combler énergétiquement les besoins électriques d’une maison par l’utilisation d’énergies vertes.

Pour comprendre plus en détail, voici ci-dessous la partie technique du projet :

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Circuiterie :

Tout d’abord, nous avons du prendre en main la maquette, c’est à dire l’analyser et la comprendre. Cette tâche nous a pris beaucoup de temps à cause du manque de documentation et d’un câblage anarchique. Ces câbles sont reliés à des ampoules intégrées dans des tubes de couleurs sur la maquette. Ces ampoules montrent le cheminement de l’énergie créée et utilisée par la maison.

Nous avons ainsi réorganisé tout le câblage et effectué une documentation pour mieux comprendre les branchements et le fonctionnement de chaque câble.

         

Organisation du câblage précédent                                                                                                    Organisation du câblage actuel

Cette réorganisation nous a permis de récupérer les circuits imprimés présents sur la maquette. En vérifiant leur fonctionnement, nous nous sommes rendus compte qu’ils n’étaient pas adaptés. Le support du micro-contrôleur (composant noir au milieu du circuit imprimé ci-dessous) était trop large et les résistances pas assez grandes.  Ce circuit ne pouvait ainsi pas assurer le bon fonctionnement de la maquette.

S’en suit donc le dessoudage des circuits afin de récupérer les composants pour éventuellement les réutiliser.

                                                     

                                                                                      Circuits imprimés existants                                                                                                                        Dessoudage des circuits imprimés

Les anciennes plaques ne permettaient pas de faire fonctionner les chenillards, il fallait donc en créer de nouvelles.

A l’aide du logiciel « Kicad », qui permet de créer informatiquement les circuits imprimés, et du matériel associé, nous avons fait 3 nouveaux circuits imprimés.

               

Logiciel de création de circuits imprimés                                                                                                      Réalisation des circuits imprimés

Comme défini, les circuits imprimés permettent de relier des composants pour créer des circuits électriques. Ici, ils vont nous servir à alimenter les ampoules du cheminement de l’énergie en 15V chacune.

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Le fonctionnement des circuits imprimés est complexe. Vous allez voir par la suite qu’ils sont connectés à une interface de puissance qui les alimente en 5V lorsque nous le choisissons. Cependant 5V est trop faible pour alimenter correctement les ampoules. C’est pourquoi, nous avons réfléchi à un moyen d’alimenter chaque ampoule en 12V. Après tests et documentation, nous avons trouvé la solution de les alimenter en 12V en permanence grâce à une alimentation externe. Il fallait ensuite trouver le moyen de bloquer les 12V et d’ouvrir le circuit à la demande. Ce sont les transistors qui permettent d’ouvrir le circuit. Tant que le transistor ne reçoit aucun courant en provenance du microcontrôleur, le circuit est bloqué.

Le microcontrôleur étant connecté à l’interface de puissance, la tension qu’il reçoit engendre un courant dans ses sorties. Il circule alors vers les transistors protégés par les résistances qui jouent le rôle d’interrupteurs qui laissent ainsi passer la tension de 12V vers les sorties reliées aux ampoules.

 

Choix des composants :

Transistor BC550B (http://fr.rs-online.com/web/p/transistors-bipolaires/7969735/)

Résistance 2,2kΩ (http://fr.rs-online.com/web/p/resistances-traversantes/0132573/)

Microcontrôleur PIC16F690 (http://fr.rs-online.com/web/p/microcontroleurs/6230421/)

Calcul expliquant notre choix de résistances

 

En résumé, comprendre le fonctionnement :

Chaque câble connecté à la maquette correspond à une ampoule ou un moteur (une ampoule pour montrer une consommation (objet domestique), un moteur pour montrer la production d’énergie crée par les systèmes d’énergies renouvelables). Ces ampoules doivent impérativement être alimentées en 12V si l’on veut les voir briller. C’est ici qu’interviennent les circuits imprimés, il permettent de distribuer du 12V dans chacune de ses sorties grâce à la présence de résistances et de transistors parcourus pas un courant.

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Programmation :

Nous avons pris en main le logiciel MPLab qui permet de programmer des micro-contrôleurs.

Les microcontrôleurs, dans notre cas, dirigent les ampoules placés sur notre maquette. Nous y avons intégrés un programme « Chenillard » (allumer des ampoules les unes après les autres) comme vous pouvez le constatez sur les images ci-dessous :

Résultat d’un programme sur microcontrôleur sur une plaquette d’essai

 

Le microcontrôleur permet ici de piloter les circuits imprimés grâce à son programme intégré. Au niveau de la programmation, le programme suit un code en langage C, l’un des nombreux langages de programmation. MPLab fonctionnant ainsi, les cours de programmation C vu lors du premier semestre nous ont permis de l’utiliser.

Ce programme nous permet de montrer au public le cheminement de l’énergie partant des systèmes de production (éolienne par exemple) vers la maison.

Nous obtenons ainsi sur notre maquette le résultat suivant.

 

Ces ampoules sont toutes reliées aux circuits imprimés vu précédemment. Le microcontrôleur gère (Allumer/Éteindre) les ampoules présentent dans les tubes. Pour pouvoir contrôler les ampoules nous passons par l’interface de puissance qui transite par un boitier qui fonctionne avec un autre langage sur le logiciel LabView.

Résultat d’un programme permettant d’Allumer/Eteindre une ampoule par interface de puissance

 

Le logiciel LabView a de multiples possibilités. Dans notre cas, il sert d’interface entre le public et la maquette. Nous allons donc développer un programme permettant d’allumer et éteindre les ampoules et d’y recueillir leur consommation.

Voici un aperçu de notre programme qui permettra de montrer l’entière indépendance de la maison au niveau énergétique.

 

Programme de création d’une interface

Interface de Consommation/Production

Ce programme est disponible ici DOMO1. (à ouvrir avec le logiciel LabView)

En résumé, comprendre la programmation :

La programmation dans notre projet est divisée en 2 parties. Nous devons développer un programme pour allumer des ampoules les unes après les autres et un autre programme capable de recueillir des informations sur la consommation et la production d’énergie des éléments présents sur la maquette.

• Allumer les ampoules est programmé sur le logiciel MPLab. Ce programme appelé « Chenillard » permet d’allumer les ampoules à la suite pour créer un effet de cheminement (voir vidéo). Ce programme est ensuite transféré dans les microcontrôleurs présents sur les circuits imprimés. Lorsqu’ils sont alimentés ils lancent le programme dans chacune des sorties.

• Recueillir les informations se fait sur le logiciel LabView. Le programme créé une interface de consommation et de production selon l’usage des éléments de la maquette.

 

Manuel Technique

Voici les éléments utiles pour comprendre notre projet et éventuellement le continuer.

Cahier des charges techniques

Etapes de créations des circuits imprimés + definition

Kicad Maquette Domotique

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Bilan

Après plus d’un mois consacré à ce projet, nous avons rajouté une interface informatique et rendu la maquette plus explicite. Il est maintenant possible de la contrôler depuis cette interface, tout en obtenant des informations sur celle-ci dès qu’une action est effectuée (appui sur boutons/potentiomètres).

 

Conclusion

Notre projet nous a permis d’apprendre de nombreuses choses. Tout d’abord la gestion complète d’un projet avec une équipe, tout nouveau pour nous étudiants de première année. Les cours de conduite projet ainsi que l’aide apportée par nos enseignants nous a permis de ne pas être perdu au début de notre projet. Nous avons du reprendre le projet et gérer toutes les contraintes sans documentation.

Nous nous sommes aperçus que toute l’équipe doit être soudée pour pouvoir avancer le plus vite possible et dans de bonnes conditions. Cette entente s’est faite ressentir lors de nos débats concernant les problèmes rencontrés et leurs résolutions. Malgré la difficulté, parfois au-dessus de nos attentes, nous avons réussi à la surmonter. Avec quelques semaines de retard, nous pouvons rendre notre projet finalisé et espérer qu’il plaise au public comme il nous plait.

Bibliographie & Sources

• Site Web RS-Online : obtention des DataSheet (caractéristiques spécifiques de composants). (http://uk.rs-online.com/web/)

• Mémotech Électrotechnique : données sur le fonctionnement de composants lié à l’électricité et à l’électrotechnique.

• Documentation composant lié au logiciel LabView : connaître les multiples possibilité du logiciel. (http://www.ni.com/pdf/manuals/371303n.pdf)

• Site Web Wikipédia : obtention des valeurs de production des systèmes domestiques des énergies renouvelable. (https://fr.wikipedia.org/wiki/Wikip%C3%A9dia:Accueil_principal)

 

Etude Financière

Pour la réalisation de notre projet, nous avions un budget de 200€ maximum.

Il n’y a pas eu de dépense importante car la maquette avait déjà été réalisée et les câbles installés. Pour la partie technique de nombreux composants étaient disponibles dans les salles de l’IUT et présents dans la maquette. Nous avons essayé de récupérer le plus possible de composants enlevés mais cependant réutilisables.

Notre seul dépense s’est effectuée sur internet sur le site RS-Online, pour l’achat de connecteurs.

• 5mm PCB terminal block, 45 degree, 2P (http://uk.rs-online.com/web/p/pcb-terminal-blocks/8970884/)
• 5mm PCB terminal block, low profile, 5P (http://uk.rs-online.com/web/p/pcb-terminal-blocks/8970859/)

La facture s’élève à 14.88€. Nous avons ainsi un reste de 185.12€.