Smart Sensor WiFi

Informations générales

Page de wiki du projet Smart Sensor WiFi

Étudiants Thomas Maurice et Benoit Maliar

Tuteurs Alexandre Boé et Thomas Vantroys

Les fichiers sources du projet sont disponibles via Git. Alexandre : Il n'est pas possible de faire un Git en interne à Polytech ? Thomas M: Pas pour le moment, l'école n'a pas la machine qui va bien. Alexandre : Faut raler ;-)

Liste du matériel nécessaire

Liste non exhaustive, pourra être modifiée !

Désignation	Quantité	Référence	Prix	Disponible en salle de projet
Shield WiFi TEL 0047	1	GoTronic	83€	Nope nope nope Alexandre : il doit y avoir un équivalent, voir Thomas T.M: Yep mais c'est celui là qu'il faut
Module WiFi WizFi210	1	Lextronic	30€	Nope
Quartz 32.768kHz	2	Lextronic	1.15€	Nope
Capteur de présence infrarouge	1	Lextronic	7.92€	Nope
Photorésistance	~2-3	-	quelques €	Nope - je verrai au magasin de l'école
ATMega328p	1 pour le proto	Magasin de l'école	quelques €	Nope - je verrai au magasin de l'école
Cristal 16MHz	1 pour le proto	Lextronic	1.40€	Nope
Capa 22pF pour le quartz	2	Magasin de l'école	quelques €	Nope - je verrai au magasin de l'école
Des résistances	?	Magasin de l'école	quelques m€	Yep

Énoncé initial du projet

L'objectif du projet consiste en la conception et la réalisation de capteurs autonomes communiquant en WiFi afin de pouvoir remonter régulièrement des informations sur l'état des salles de cours. Les capteurs seront par exemple des détecteurs de lumières, de pression, de qualité de l'air, ...

La communication sera obligatoirement réalisée en WiFi sur le réseau de l'université en respectant les contraintes de sécurité (WPA2, ...).

Deux options sont possibles :

Refaire complètement une carte avec un microcontroleur et une puce wifi (comme par exemple les spark)
Réaliser un shield pour raspberry pi contenant les différents capteurs.

Analyse du sujet

On a ici affaire à un réseau de capteurs reliés à une base de donnée centrale qui est chargée de recevoir les données des différents capteurs de manière à pouvoir présenter à un utilisateur un état des différentes pièces dans lesquelles on aura disposé les capteurs. Cela peut notamment impliquer :

Un accès à ces données via une interface web
Un accès à ces données via une application mobile

Alexandre : On pourrait tout rassembler en une BDD avec un accès à travers un navigateur ?

On identifie donc deux parties au projet :

La partie capteur
La partie serveur

Cahier des charges

Spécifications des capteurs

Les caractéristiques souhaitées pour les capteurs sont :

Être capable de mesurer l'environnement dans lequel évolue le capteur (Pression, température, lumière, présence, ouverture de porte...)
Contacter le serveur via le WiFi pour actualiser la base. Alexandre : ce qui implique la prise en compte de la sécurité type WPA2
Éventuellement, être reconfigurable à distance (via un serveur web embarqué dans le microcontrôleur)
Être capable de gérer sa consommation d'énergie.
Agir en temps que datalogger si le réseau n'est pas accessible.

Spécifications du serveur

Les caractéristiques souhaitées pour le serveur sont :

Être capable de contacter ou d'être contacté par les capteurs via le réseau.
Respecter les contraintes de sécurité (WPA2)
Être capable d'authentifier les clients
Stocker les données reçues dans une base de données et éventuellement faire des calculs et des statistiques sur ces données.
Présenter sous format compréhensibles les données au client (web ou appli)
Vérifier l'état des capteurs et notifier un responsable en cas d'anomalie (déconnexion du réseau, valeur anormale d'un capteur...)

Propositions de solutions technologiques

Les capteurs

Nous proposons de réaliser une carte basée sur un ATmega328 dans lequel on pourra flasher du code Arduino. Pour gérer le WiFi, nous proposons une solution utilisant le shield TEL 0047 de Wiznet utilisant la puce WiFi WizFi210.

Cette puce gère le WPA2-PEAP mais malheureusement pas dans son firmware natif. Il va donc falloir s'arranger avec Wiznet pour obtenir le firmware qui nous permettra de faire de l'EAP.

Dans un premier temps, on se concentrera sur la mise en place d'un prototype fonctionnel a base d'un simple capteur de température. On étendra ensuite les capacités de la chose à des capteurs peut être plus complexes style I2C ou SPI.

Pour la reconfiguration du capteur, on le fera via un serveur web embarqué dans le microcontrôleur.

Le serveur

On propose une solution à base d'une machine sous Linux hébergeant un serveur MySQL et PHP.

Le SGBD utilisé sera MySQL.

La partie web du serveur destinée à présenter à l'utilisateur une vue des données serait développée en PHP/HTML5/CSS3. Les capteurs enverront les données sous forme JSON au serveur web qui se chargera du traitement.

Travail à effectuer dans un premier temps

Pour la partie BDD/Web

Structurer les tables dans un diagramme UML qui va bien
Déterminer une architecture de site (MVC)
Traiter les données envoyées par les capteurs au format JSON
Incorporer une interface admin
Faire un design swag

Pour les capteurs

Avant la réception du matos WiFi:

Réaliser la lecture d'une température et la formater en JSON Quasiment fait, on peut lire sur les ADC, le formattage n'est qu'une formalité
L'envoyer sur un port série à interval régulier Pareil mes routines d'envoi de strings sont écrites
Parser et répondre à des requêtes HTTP sur le port série Fait, mais en série, pas encore adapté au wifi
Faire fonctionner une RTC pour agir en tant que datalogger En cours mais il manque l'interface avec la carte SD

Après réception du matos WiFi:

Envoyer les requêtes JSON directement en POST au serveur Web
Traiter les requêtes client
Adapter une nouvelle carte avec juste la puce WiFi

Point sur la partie capteurs au 28 février 2014

Shield Arduino avec la RTC et photo-résistance

Ce qui a été fait

L'appareil peut lire l'ADC câblé sur une photodiode et un capteur de température et convertir ça en chaine pour l'envoyer.
Stocker des infos de config en EEPROM et y accéder sur demande.
Il peut envoyer des choses au monde extérieur sur le port série et en lire.
Il gère quasiment parfaitement l'horloge temps réelle DS1302 (aux burst-modes près, mais c'est pas indispensable pour le moment).
L'intégralité du code est documenté, fonction par fonction et une doc au format Doxygen est générable.
Le PCB est en cours de création sous Eagle.

Ce qui ne sera pas fait

L'interface avec une carte SD, puisque on a opté pour une mémoire Flash.

Ce qui est en train d'être repensé mais qui doit être discuté avec les enseignants

Implanter un serveur Web dans l'atmega328p. Je doute que ça soit pertinent d'un point de vue énergétique, dans la mesure ou l'appareil devra être up H24 si on veut faire ça. Je pense qu'il est plus malin d'enregister les changements de config à faire dans la BDD et de les comitter au senseur dans la page de réponse qui suivra sa mise à jour des données de température/lumière. L'avantage est double, on a des écolomies d'énergies, et un cout de traitement moindre dans la mesure ou on peut déterminer le format de la chaine de màj et de le faire simple, au lieu de parser l'intégralité d'une requête HTTP.
Je pense qu'il est intéressant d'implanter un mode de "config initiale" par le port série pour qu'on puisse mettre manuellement les infos du capteur avant le permier déploiement (de toutes façons il faut bien entrer une conf initiale) quitte à le vérouiller logiciellement (via un bit en EEPROM par exemple) lorsqu'on en a fini avec lui. De cette manière il ne sera plus reprogrammable que par le serveur de BDD ou par un re-flashage de l'EEPROM.

Partie Web/BDD

Point sur la partie BDD/Web au 28 février 2014

Prise en main d'INK (framework css : [1] ). Justification d'utilisation :
- Design visuellement beau (subjectif)
- Simple d'utilisation une fois assimilé
La base de données est constituée de 2 tables : une pour gérer les utilisateurs qui se connecteront à la plateforme de monitoring et l'autre pour stocker les données des capteurs.
Le site se compose à cette date de 2 onglets : l'un est l'index où l'on peut voir les dernières mises à jour des capteurs et l'autre permet de chercher un capteur en particulier et d'en afficher les informations.

Point sur la partie BDD/Web mi-mars

La base de données contient désormais 3 tables :
- L'une contient toujours les utilisateurs de la plateforme
- La seconde contient désormais la liste des capteurs déclarés
- La dernières contient les données des capteurs.
Le site a été amélioré :
- Au niveau de la recherche, on affiche toujours les informations du capteur sélectionné mais on projette d'implanter un graphique des données (Utilisation de Chart.js)
- On peut désormais déclarer et supprimer un capteur de la base. Seul les capteurs déclarés peuvent stocker leurs données dans la BDD.
- Panel d'administration : Ajout et suppression d'utilisateur de la plateforme. Vidage de la table des données possible.
Modification des mises à jour dans la base de données : précédemment, on récupérait les données envoyées par l'Arduino sous format JSON. On a décidé finalement d'envoyer les données en POST (simple optimisation mémoire de l'arduino, le JSON prenait un tout petit peu plus de place)

Point sur la partie BDD/Web début avril

La base de données n'a pas changé depuis la dernière fois.
La plateforme Web a été améliorée :
- Deux graphiques ont été incorporés suite à la recherche d'information sur un capteur. On peut désormais voir l'évolution des 10 dernières mesures de température et de luminosité du capteur sélectionné.
- La partie d'administration permet désormais d'obtenir un suivi des mises à jour des capteurs. On y voit désormais un résumé des capteurs (ratio et liste) n'ayant pas communiqué leurs informations à H+1 (ou plus).