EC capteur mobile de pollution

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Contexte du sujet

La qualité de l'air que nous respirons est un critère de santé publique. Des capteurs sont disposés sur le toit de certains bâtiments afin de donner à la population les informations. Cependant, la faible densité de ces capteurs ne permet pas de refléter la qualité de l'air à des endroits très précis. Afin de mesurer l'exposition de la population aux particules, il est nécessaire d'équiper un maximum de personnes avec des capteurs mobiles. Cela permettra ainsi d'obtenir une visualisation précise des particules en un lieu et à un moment particulier.

Objectif du projet

L'objectif du projet consiste à réaliser un capteur mobile de qualité de l'air communicant par un protocole longue distance (LoRa) ou par l'intermédiaire d'un smartphone. Trois scénarios d'usage sont à implémenter.

  • Le premier scénario correspond à un usage autonome du capteur mobile. Il va périodiquement envoyer les données (les différents niveaux de particules, la température, la pression, l'hygrométrie, la position GPS) via le protocole LoRa.
  • Le deuxième scénario correspond à un usage semi-autonome du capteur mobile. L'utilisateur du système connectera via bluetooth 4.0 son téléphone au capteur afin de visualiser en temps réel les données provenant du capteur. Les données sont sauvegardées sur le téléphone et seront envoyé sur un serveur lorsque du WiFi sera disponible. L'application permettra de choisir la source du positionnement, i.e., le GPS du capteur ou celui du téléphone. L'objectif ici est de réduire la consommation énergétique du capteur.
  • Le troisième scénario est une variante du deuxième scénario. Ici, les données seront envoyées via la liaison 3G/4G du téléphone.

Travail à réaliser

  • Réaliser une carte électronique regroupant tous les composants et des moyens de mesures de la consommation énergétique
  • Réalisation de l'application Android
  • Réalisation de tests en laboratoire et in-situ

Déroulement du projet

Phase de recherche

Afin de mener à bien ce projet, il a été nécessaire dans un premier temps d'effectuer de nombreuses recherches sur les technologies et les composants utilisées dans son développement. La très grande majorité de ces recherches s'est faite sur Internet et notamment grâce au site d'Altium pour la partie électronique. De plus un rendez-vous avec M. Vantroys et M. Boe a été pris pour le 28 août 2017 afin que l'on puisse se rencontrer et discuter ensemble des problématiques de ce projet. Ainsi nous avons put préciser les attentes de ce projet ainsi que le cahier des charges. M. Vantroys et M. Boe m'ont également apporté des conseils sur certaines parties techniques de ce projet.

Conception de la carte électronique

Tout d'abord, il est primordial de concevoir la carte électronique qui contiendra tous les composants nécessaires de ce projet. De plus il est très important de la concevoir le plus tôt possible afin que celle-ci puisse être conçu et testée rapidement et pouvoir la modifier en cas de nécessité. De plus, la première carte conçue sera relativement grande et contiendra de nombreux "Jumper" et diodes lumineuses. Les "Jumper" ont été ajoutés sur les conseils de M. Boe. En effet cela permettra de déconnecter une partie du circuit si celui-ci cause problème tout en testant le reste de la carte électronique. L'ajout des diodes lumineuses permet de vérifier plus rapidement le bon fonctionnement ou non des différents éléments de la carte. La première carte créée sera alors de taille relativement imposante et mobile afin que l'on puisse résoudre rapidement certains problèmes qui se présenteraient.
Cependant certains éléments ne sont pas initialement présents dans les librairies Altium il me faut alors les créer. Il est également possible de télécharger des librairies Altium déjà faites mais il n'y a aucune garantie que les éléments désirés ici (principalement microcontrôleur, antenne Bluetooth, antenne LORA et capteur GPS) soit disponible dans une librairie et il pourrait s'avérer plus long de trouver les librairies spécifiques que d'en recréer une adaptée à ce projet.

Librairie Schematic

Pour créer des éléments sous Altium il est nécessaire de commencer par créer une librairie de schematics contenant nos éléments désirés. Une fois la librairie créée on y ajoute un par un les éléments désirés. Ci-dessous vous pouvez apercevoir le microcontrôleur et l'émetteur LORA :

Schematic du microcontrôleur
Schematic de l'émetteur LORA


Librairie PCB

Ensuite il faut créer les empreintes PCB associées à ces schematics. Pour cela, il faut créer une nouvelle librairie mais qui cette fois-ci se réfère à des empreintes PCB. Il suffit alors de créer une empreinte (ou plusieurs si nécessaire) à chaque élément. Ci-dessous vous pouvez visualiser l'empreinte de l'émetteur Bluetooth :

Schematic de l'émetteur LORA


Lorsque ces 2 librairies sont faites, il reste à associer chaque empreinte aux éléments du schematic en utilisant les paramètres de ces-derniers.

Bibliographie

http://www.alexandre-boyer.fr/alex/enseignement/Guide%20de%20demarrage%20Altium%20Designer.pdf
http://wcours.gel.ulaval.ca/2017/h/GEL3000/default/6travaux/GEL-3000_Didacticiel%20Atium%20designer_H14.pdf
http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Download+Libraries
https://designcontent.live.altium.com/#UnifiedComponentDetail/Maxim_Sensors
http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Support+for+Rectangular+Pad+Holes
http://techdocs.altium.com/display/ADRR/PCB_Dlg-Pad((Pad))_AD
http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Creating+Library+Components+Tutorial
https://www.youtube.com/watch?v=9u0Fzpb0yZU
https://www.youtube.com/watch?v=Y7PY1nBtImk

https://www.frugalprototype.com/technologie-lora-reseau-lorawan/
http://www.ioi-labs.com/technologies/comprendre-reseau-lorawan
http://www.frandroid.com/telecom/313396_lora-futur-reseau-objets-connectes
https://www.orange.com/fr/Engagements/Responsabilite/Environnement/Folder/Changement-climatique/Folder/Orange-et-la-COP/Folder/LoRa
http://www.objetconnecte.com/tout-savoir-reseau-lora-bouygues/


Documents Techniques

http://www.mouser.com/ds/2/23/GPS_Radionova_M10578-A2_PS-1.0-844843.pdf
http://www.mouser.com/ds/2/268/50002346B-947485.pdf
http://www.mouser.com/ds/2/268/50002489A-957652.pdf
http://www.mouser.com/ds/2/389/en.DM00372460-1102875.pdf
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/user_manual/group0/bc/b1/ad/c8/36/de/40/92/DM00320099/files/DM00320099.pdf/jcr:content/translations/en.DM00320099.pdf
http://www.mouser.com/ds/2/256/maxim%20integrated%20products_ds18b20-342923.pdf

Matériel

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