Positionnement entrepôt

Contexte

Dans le cadre de la formation d'IMA de quatrième année, nous sommes amenés à réaliser un projet d'une durée de quarante heures.

Etudiants : Soufiane HADDAOUI & Cédric DESPREZ

Encadrants : Alexandre BOE & Thomas VANTROYS

Cette page Wiki sera régulièrement mise à jour au fil des semaines afin de tenir informés les encadrants de l'état d'avancement du projet.

Présentation du projet

Le projet en question consiste à améliorer le repérage dans la pharmacie du centre hospitalier CHRU de Lille, dans le but de supprimer la perte de temps engendrée par la recherche de médicaments. Ce projet comporte deux objectifs principaux :

• Concevoir un système infrarouge constitué d'un ensemble de LEDs permettant de donner la position approximative d'une personne lors de son passage sous la LED. Cette donnée devra être traitée par l'intermédiaire d'une tablette ou d'un smartphone.
• Proposer à la personne un chemin optimal en fonction d'une liste de produits présents dans une base de données.

Analyse du projet

Le diagramme ci-dessous illustre les différentes problématiques nous avons d'ores et déjà repérées concernant ce projet :

Cahier des charges

A la lumière de l'entretien que nous avons eu avec nos professeurs encadrants, nous avons pu faire apparaître les points importants du projet, à savoir ceux qui définissent le cahier des charges :

1) Réalisation d'un système de capteurs afin d'être en mesure de positionner une personne dans l'entrepôt en question.

2) Adaptation de ce système afin de localiser, cette fois, une dizaine de médicaments à travers tout l'entrepôt, le projet étant un prototype d'étude. Alexandre : L'idée première est plus simple, on veut juste avoir une base qui permet de rechercher un médicament et de donner sa localisation (code interne au CHR) approximative dans un premier temps. Ça peut par exemple être juste la travée ou si on met plus de balises (à voir en fonction de la complexité des capteurs) une position plus fine dans la travée.

3) Réalisation d'un système de codage suffisamment important pour le rajout de médicaments.

4) Réalisation d'une base de données regroupant cette dizaine de médicaments.

5) Réalisation d'une application smartphone,

• fournissant un plan avec la position de la personne tenant le smartphone,
• ainsi que la position des médicaments que la personne en question voudra obtenir.
• cette application devra être accessible pour un personnel non initié en informatique. Alexandre : Effectivement, l'idéal serait d'avoir quelque chose de suffisamment simple pour qu'un non spécialiste soit à même d'apporter des modifications simples.

6) Éventuellement, implémenter un algorithme d'optimisation afin de déterminer le plus court chemin pour la personne en question.

Si les points principaux de ce cahier des charges demeureront non modifiables, nous nous gardons toutefois le droit d'adapter les étapes secondaires nécessaires au cours de ce projet.

Matériel nécessaire à la réalisation du projet

Afin de réaliser ce projet, les composants et matériels suivants vont être utilisés :

• Emetteurs LED infrarouges, SFH4258, OSRAM
• Pin photodiodes, PD15-21B/TR8, EVERLIGHT
• Arduino Uno
• ATtiny 13A

Déroulement du projet

Semaine 1

• Rencontre des deux encadrants afin de définir les axes de réalisation du projet.
• Réalisation de la planification du projet sous MS Project 2013.
• Analyse du plan de l'entrepôt et identification des différentes zones (A, B, C, D...).
• Etude des datasheet afin d'extraire les données utiles (angle d'ouverture, pic de sensibilité de la longueur d'onde).
• Etude du système de codage pour les LEDs. Nécessité d'un identifiant et du repérage en quadrillage X,Y.
• Étude des algorithmes de localisation dans l'espace.
• Optimisation du nombre nécessaire et suffisant d'émetteurs IR en fonction de leur zone de couverture.
• Étude d'un système de codage pour l'identification des médicaments avec Thierry Flamen.

Semaine 2

• Installation de phpMyadmin sur un PC de projet.
• Réalisation du modèle conceptuel de données après analyse des besoins et réalisation de la matrice des dépendances fonctionnelles.
• Implantation de la base de données intitulée "Pharmacie" (tables, associations et remplissage des données).
• Etude du montage émetteur à réaliser à l'aide d'un Arduino Uno et d'un ATtiny 13A.
• Réalisation d'un premier montage à base d'ATtiny 13A et d'Arduino Uno utilisé comme programmeur : clignotement d'une LED.

Semaine 3

• Mise en place des plate-formes JAVA nécessaires à la réalisation du projet : Eclipse et Netbeans associées à la dernière version du SDK Manager d'Android.
• Abandon de la programmation de l'ATtiny 13A par l'intermédiaire d'un Arduino en ISP
• dû au motif suivant : confrontation à une erreur de synchronisme dans le téléversement du programme dans l'Arduino Uno.
• Test du téléversement sur l'Arduino Uno par l'IDE Arduino, ainsi que par la programmation directe en C (à l'instar du tutorat système du S7)
• Les deux méthodes génèrent la même erreur, qui est jugée trop abstraite pour pouvoir la localiser, et la corriger.
• Sur le conseil de notre encadrant M.Boé, nous nous sommes alors tournés vers AVR STUDIO 5.
• Utilisation de AVR STUDIO 5 afin d'implémenter notre programme directement dans l'ATtiny 13A.
• Recherche des méthodes d'économie d'énergie, le "Power Management", concernant la consommation du micro-contrôleur ATtiny 13A afin d'obtenir une application durable dans le temps.
• Ajout d'une nouvelle amélioration dans le cahier des charges, dont la réalisation pourrait être appréciée : considérer l'application pour une surface quelconque (principe de généricité sur la surface à traiter).
• Recherche dans la programmation Android pouvant notamment apporter une solution à ce problème.
• Piste intéressante à creuser dans la Transformée de Hough.
• Recherche en parallèle sur l'algorithme du plus court chemin, s'apparentant au problème du voyageur de commerce, ainsi qu'à la théorie des graphes.
• Etude de l'algorithme d'optimisation "Ant System", jugé comme une piste à approfondir.

Semaine 4

• Réalisation sur papier du schéma électronique relatif au récepteur infrarouge.
• Réalisation d'une nouvelle librairie sous Altium Designer pour l'implantation de l'attiny13A dans la schématique.
• Implantation de la schématique sous Altium Designer pour le récepteur infrarouge.
• Réalisation du PCB avec mise en place d'un plan de masse.
• Réalisation avec Java du codage de Fanno-Shannon pour le codage des différents capteurs implantés dans l'entrepôt.
• Développement sous Androïd et premiers tests sur un HTC. L'environnement de développement intégré utilisé étant NetBeans.

Semaine 5

• Validation du routage effectué pour l'émetteur IR sur Altium Designer.
• Réalisation d'un dictionnaire de données orienté objet pour l'application smartphone
• Réalisation du modèle de classes UML2 pour la conception/programmation objet du projet, en l'occurrence du noyau de l'application smartphone.
• Réalisation du diagramme d'état simulant la progression de l'utilisateur dans l'application.
• Réflexion sur l'interface purement graphique de l'application Android, ainsi que tous les widgets nécessaires pour les interactions entre l'application et le client.
• A la lumière de l'étude, reconsidération du moyen de communication entre le récepteur IR et l'application Android : choix privilégié pour une communication Bluetooth ou encore une communication série dite ADK, au lieu d'une connexion Wifi par Xbee.

Semaine 6

• Réalisation des différentes vues nécessaires à l'application Android.
• Réalisation de l'algorithme en Java du système de codage de Fano-Shannon.
• Réalisation de l'algorithme en Java permettant d'obtenir le nombre d'émetteurs minimal, explicité dans la partie Mathématiques du wiki.
• Recherche sur la communication entre PHP et Mysql.

Semaine 7

• Tirage des trois cartes électroniques demandées il y a deux semaines, aussitôt percées et soudées.
• Réalisation des pages PHP nécessaires pour le traitement, explicitées dans la partie Informatique.
• Recherche sur la communication (JSON...) entre l'application Android et les pages PHP.
• Recherche sur l'établissement de cette connexion WIFI.
• Commencement du rapport et du beamer associé à la soutenance de projet.

Semaine 8

• Réalisation des différentes vues nécessaires à l'application Android.
• Implémentation de l'algorithme nécessaire pour le récepteur IR (Arduino).
• Incorporation des différents modules Java dans la classe MainActivity de l'application Android.

Semaine 9

• Apport d'améliorations graphiques à l'application Android et création d'une vue de connexion par mot de passe et login.
• Intégration d'une galerie d'images de plans au sein de l'application.
• Mise au point du positionnement des médicaments sur le plan basée sur le nombre de médicaments choisis.
• Implémentation de l'algorithme nécessaire pour l'émetteur IR et programmation sous AVR Studio 5.
• Préparation de la soutenance et rédaction du rapport.

MATHEMATIQUES

Cette section a pour but de regrouper toutes les considérations purement mathématiques du projet, chaque sous-section illustrant un point particulier sans forcément de lien avec les autres.

Optimisation du nombre de capteurs

Cette thématique illustre son importance par le fait qu'un de nos objectifs est de couvrir le maximum de la surface de l'entrepôt avec le minimum de capteurs-émetteurs IR nécessaires.

Rappelons que la réalisation de cette optimisation s'inscrit dans le positionnement de la personne dans l'entrepôt.

Considérons le plan de l'entrepôt comme un quadrillage (X,Y), plusieurs contraintes sont à définir. Toutefois, avant toute chose, un certain vocabulaire doit être mis en place.

Vocabulaire

• La longueur de l'entrepôt est notée : $X$.
• La largeur de l'entrepôt est notée : $Y$.
• Le nombre de capteurs émetteurs à IR est noté : $n_c$.
• La superficie totale de l'entrepôt est notée : $A$.
• La superficie occupée (étagères, pièces, ...) de l'entrepôt est notée : $B$.
• La surface utile à couvrir dans l'entrepôt est notée : $U$.
• La surface couverte par un capteur émetteur IR est notée : $A_{base}$.
• La hauteur de l'entrepôt est notée : $h$.
• L'angle d'émission du capteur émetteur IR est notée : $\alpha$.
• En l'occurrence, pour les émetteurs OSRAM, la datasheet nous apprend que $\alpha=30$ degrés.

Définition

Surface totale

La surface totale est quelque peu intuitif à exprimer (en nous basant sur une architecture rectangulaire et non circulaire bien entendu) :

$A=X\times Y$

Surface occupée

La totalité de la surface occupée est en fait une somme de surface occupée par chaque "obstacle", donc une somme allant à n obstacles :

$B=\displaystyle\sum\limits_{i=1}^{n}b_i$

Surface couverte par un capteur

En vérité, en trois dimensions, le recouvrement de surface se modéliser sous la forme d'un cône. Toutefois, comme en l'occurrence nous travaillons dans le plan (X,Y), la surface couverte se représente par l'aire du cercle C (la base du cône), r étant son rayon :

$A_{base}=\pi r^2 = \pi\left(h\times\tan\left(\dfrac{\alpha}{2}\right)\right)^2$

Contraintes

Dans une approche de modélisation linéaire, plusieurs contraintes peuvent apparaître, certaines exprimables mathématiquement, d'autres non :

Première contrainte

La surface couverte par les capteurs ne doit pas dépasser la surface totale :

$n_c \times A_{base}\leq A$

Deuxième contrainte

La surface occupée ne peut être plus grande que la surface totale :

$B\leq A$

Troisième contrainte

Celle que nous pouvons considérer comme la plus importante de toutes :

$n_c\times A_{base} \leq U \Rightarrow n_c\times \pi\left(h\times\tan\left(\dfrac{\alpha}{2}\right)\right)^2 \leq X\times Y - \displaystyle\sum\limits_{i=1}^{n}b_i$

Quatrième contrainte

une autre contrainte est la distance du capteur par rapport aux positions des portes de l'entrepôt, afin qu'elles soient toutes couvertes.

Cinquième contrainte

Nous pouvons aussi considérer la distance suffisante de non-perturbation de données entre plusieurs capteurs-émetteurs.

Cette distance pourra être mesurée expérimentalement lorsque le prototype du circuit contenant l'émetteur IR sera fonctionnel.

Transformée de Hough

La Transformée de Hough est une méthode de reconnaissance de formes, notamment utilisée dans le traitement des images numériques.

Elle sera utile pour la généricité d'utilisation de l'application concernant l'architecture de l'entrepôt.

Elle se base sur les équations paramétriques. En effet, dans le domaine de Hough, chaque point d'une image est modélisée sous la forme d'une droite.

Comme dans le plan (x,y), une succession de points représente une droite, dans l'espace de Hough, cette droite est repérée par l'intersection des différentes courbes paramétriques.

En effet, dans le repère $(\rho, \theta)$, les courbes paramétriques sont de la forme suivante :

$\rho=x\times\cos(\theta)+y\times\sin(\theta)$

Par ailleurs, la transformée de Hough permet d'avoir une bonne robustesse contre les discontinuités et les elements manquants d'une structure.

INFORMATIQUE

Réalisation de la base de données

• Définition du dictionnaire de données

Au cours de cette partie, il s'agit de recenser les différentes données dans un tableau.


• Matrice des dépendances fonctionnelles

On construit maintenant la matrice des dépendances fonctionnelles en s'occupant uniquement des données élémentaires.


• Simplification

On simplifie la matrice des dépendances fonctionnelles obtenue précédemment. On ne conserve pas dans le tableau les colonnes vides. Le tableau devient donc le suivant :


• Elimination des dépendances fonctionnelles transitives

On élimine les dépendances fonctionnelles transitives et on obtient le nouveau tableau suivant :


• Recherche des dépendances fonctionnelles composées

On obtient le nouveau tableau suivant :


• Création des entités

Chaque colonne du tableau induit la création d'une entité dont la clé primaire est la tête de colonne.


• Implantation de la base sous phpMyadmin

Création des différentes tables, remplissage des champs et création des associations.

Application Android

Comportement

Dans l'idéal, notre objectif serait qu'en premier lieu, à l'ouverture de l'application, un menu apparaisse demandant quel plan l'utilisateur voudrait choisir, puis viendrait un menu affichant les trois modes définis à la section suivante.

Modes

L'application Android nécessaire à la réalisation du projet devra être considérée sous plusieurs aspects utilitaires :

• Un mode gestionnaire de l'entrepôt
• Accessible uniquement par numéro de matricule ou encore statut de l'utilisateur (cf base de données)
• Ouvrirait un onglet où le gestionnaire pourra ajouter ou enlever les stocks de médicaments suite aux arrivages (ajout de type de médicament, ...)
• Un mode architecte
• Ce mode permettrait d'ajouter un nouveau plan par prise de photo ou par recherche d'image JPEG dans la gallery du smartphone.
• Traitement de la cartographie sur l'image en récupérant les lignes (par l'intermédiaire des transformées de Hough).
• Il faudrait également prendre en compte l'ajout de la position des capteurs émetteurs dans l'application
• Un mode purement utilitaire
• menant directement au choix par l'utilisateur de l'image correspondant au plan
• suivi aussitôt par une liste de médicaments à cocher (ou dans le meilleur des cas, une recherche en rentrant le nom sur clavier)
• Le plan s'afficherait donc avec la position de la personne ainsi que des croix indiquant la position des médicaments
• Le cas échéant, le chemin le plus court serait tracé sur le plan en question

Modélisation de l'application smartphone

Dictionnaire de données

Contrairement à la modélisation en UML pour la base de données, nous considérons le problème sous l'angle de l'orienté objet. Aussi, la notion de fonctionnalités fait son apparition.

Voilà pourquoi nous rédigeons le dictionnaire de données correspondant d'une manière plus littérale, afin que le moins d'"opérations" nécessaires nous échappe.

Voici le dictionnaire de données pour chaque "entité" considérée comme classe implémentée dans le noyau de l'application smartphone :

• Capteur Emetteur : capteur placé dans l’entrepôt afin de pouvoir localiser le client. Chaque capteur est défini par son matricule, sa position (X,Y), sa probabilité (selon une porte ou une allée) et son code unique (par la méthode de Fano-Shannon). Son rôle est d’envoyer ledit code unique constamment. Il est également caractérisé par son angle de recouvrement, qui est de 30°, ainsi que de la surface qu’il recouvre. Il a également une distance minimale de sécurité entre lui et ses semblables afin de ne pas avoir de perturbation de données envoyées par IR. Il communique avec le récepteur.




• Ensemble de capteurs émetteurs : caractérisé par un ou plusieurs capteurs émetteurs IR. Il génère un code spécifique à chacun, et son nombre doit être, idéalement, le plus petit possible pour recouvrir toute la surface utile U du plan.




• Capteur Récepteur : capteur recevant le code unique des émetteurs IR, pouvant ainsi transmettre l’information de la position du client dans l’entrepôt. Il est placé sur la personne, à l’aide d’un brassard, (composé notamment d’un Arduino et d’un récepteur IR). Il n’existe qu’un capteur de ce genre, et transmet au smartphone le code unique des émetteurs par le protocole Bluetooth.




• Smartphone : application Android cœur du projet, elle indique directement au client le traitement souhaité. Elle est unique, et permet au client de s’identifier, et de choisir un mode de fonctionnement : utilisateur, architecte, ou gestionnaire. Dans le cas de l’architecte, l’application demande au client son matricule, qu’elle vérifie si le client a bien la permission de rajouter des entrepôts, puis une photo représentant un entrepôt et des renseignements sur l’ensemble des capteurs émetteurs IR présents dans ledit entrepôt en commençant par l’angle de couverture du capteur choisi. Eventuellement, l’application pourra donner le nombre minimal de l’ensemble des capteurs. L’application peut avoir plusieurs entrepôts d’enregistrés. Pour l’utilisateur, l’application demandera son matricule, et quel entrepôt le client veut choisir, suivi d’une liste de médicaments qu’il cochera. Le résultat sera ensuite l’affichage de l’entrepôt. Lorsque le client sera devant un emplacement de médicament, l’application demandera combien de médicaments le client voudra prendre. Pour le gestionnaire, l’application pourra éventuellement fournir des moyens afin d’enregistrer la gestion des stocks de médicaments, après vérification si le client a bien les permissions par son matricule. Le smartphone est relié par connexion WIFI sur la BDD, ainsi que sur le capteur Récepteur par protocole Bluetooth.




• BDD : Base de données regroupant tous les services concernant un client avec un choix de médicaments par une commande. Elle permet d’obtenir la localisation (X,Y) desdits médicaments choisis. La BDD comprend notamment l’entité client, l’entité médicament, l’association commande, l’association localisation, l’entité zone et l’entité emplacement. Le gestion de stock passe par cette BDD, notamment par la table médicament.
  • Client : Utilisateur direct de l’application smartphone du projet. Il ne possède qu’un numéro de matricule unique. Il a également un nom et un prénom, ainsi qu’un service dans lequel il travaille. Il peut également avoir un ou plusieurs statuts (= mode) : utilisateur, gestionnaire ou architecte.
  • Médicament : Produit recherché par le client, défini par sa référence unique (code barre notamment), son nom, son fabricant, son exploitant, sa localisation dans le système « zone + emplacement », son stock, son stock minimal, son stock d’alerte, son stock maximal, son nombre d'unité par boîte.




• Entrepôt : Modèle générique pour n’importe quel entrepôt, l’entrepôt se compose de son plan ainsi que d’un ensemble de capteurs émetteurs IR. L’entrepôt n’a qu’un seul plan, et il a forcément une ou plusieurs portes. Il est composé d’allées. Il est utilisé dans l’application smartphone. Il joue le rôle d’interface graphique avec le positionnement des médicaments par des croix rouges, la position du client par un cercle bleu, et le chemin optimal tracé par des flèches. Il dispose d’un entrepôt test pour le projet se basant sur le schéma de la pharmacie du CHRU de Lille.




• Chemin : trajet optimal que le client doit effectuer pour faire sa récupération de la liste des médicaments. Il est composé d’une ou de plusieurs localisations (X,Y), nommées des escales, correspondant aux médicaments souhaités. Il est également composé de la position du client, obtenue par le récepteur IR. Il peut se considérer comme une succession de segments, illustrés par des flèches dans l’application smartphone.




• Plan : définit l’architecture de l’entrepôt. Il est caractérisé par sa longueur X, sa largeur Y, sa hauteur h, sa surface totale A, sa surface occupée B, et sa surface utile U représentant la surface où le client peut se situer, et donc qu’il faut couvrir par les capteurs émetteurs. Les obstacles représentant les étagères où les pièces avoisinantes seront considérées comme des rectangles remplis, et non utilisable par le chemin. Le plan est principalement caractérisé par son échelle et sa photo (JPEG) en tant que support sur l’application smartphone, obtenue soit par prise de photo sur le smartphone, soit par choix dans la galerie d’images du smartphone. Le plan possède un grillage de coordonnées (X,Y).

Il est à noter que les classes Client et Médicaments sont déjà définies en tant qu'entités dans la base de données BDD, explicitée dans la section précédente. Leur présence dans le dictionnaire de données ne se justifie que par le modèle comportemental de l'application.

Ainsi, de ce dictionnaire de données, nous allons pouvoir en extraire le diagramme de classes ainsi que le diagramme d'états.

Détermination des attributs et des opérations

Une étape intermédiaire de ce processus consiste à visualiser tous les attributs et les opérations propres à chaque classe explicitée précédemment sous la forme d'un tableau.

Pour la classe Emetteur :

Emetteur

Code propriété	Signification	Type
matriculeEmetteur	Matricule de l'émetteur	NC/variable
positionEmetteur	Position (X,Y) de l'émetteur	NC/variable
probabiliteEmetteur	Probabilité de l'émetteur	NC/variable
codeEmetteur	Code unique de l'émetteur	C/Résultat
angleRecouvrementEmetteur	Angle de recouvrement de l'émetteur (30°)	NC/variable
surfaceEmetteur	Angle de recouvrement de l'émetteur (30°)	C/variable
distanceSecuriteEmetteur	Distance minimale de sécurité pour chaque émetteur	NC/variable

Pour la classe EnsembleRecepteur :

EnsembleEmetteur

Code propriété	Signification	Type
nbTotal	Nombre total d'émetteurs	C/variable
FanoShannon()	Calcul par Fano-Shannon du code unique de chaque émetteur	Fonction
envoiCodeToRecept()	Envoi du code calculé de chaque capteur de l'ensemble au récepteur	Fonction

Pour la classe Récepteur :

Recepteur

Code propriété	Signification	Type
connexionBluetooth()	Connexion en Bluetooth de l'Arduino	Fonction
deconnexionBluetooth()	Déconnexion en Bluetooth de l'Arduino	Fonction
obtentionCodeEmetteur()	Récupération du code unique de l'émetteur	Fonction
envoiCodeEmetteur(codeEmetteur)	Envoie au smartphone le code unique de chaque émetteur	Fonction

Pour la classe Smartphone :

Smartphone

Code propriété	Signification	Type
obtentionPosClient()	Récupération de la position du client par le code de l'émetteur (lien avec Emetteurs)	Fonction
prisePhoto()	Prise d'une photo par caméra du smartphone	Fonction
recupPhoto()	Récupération photo dans galerie Fonction (JPEG)	Fonction

Pour la classe RequeteBDD :

RequeteBDD

Code propriété	Signification	Type
connexionBDD()	Connexion à la base de données	Fonction
deconnexionBDD()	Déconnexion à la base de données	Fonction
verifMatricule(matriculeClient)	Vérification du matricule rentré	Fonction
recupPosMedic(ref medic)	Récupération de la position (X,Y) du médicament	Fonction
verifPresMedic(ref_medic)	Vérification de la présence d'un médicament en stock	Fonction (booléenne)
ajoutStockMedic(Qté, réf_medic)	Ajout d'un certain nombre d'un médicament (mode gestionnaire)	Fonction
reducStockMedic(Qté, réf_médic)	Réduction d'un certain nombre d'un médicament (mode utilisateur + gestionnaire)	Fonction
supprMedic(ref_medic)	Suppression d'un médicament (mode gestionnaire)	Fonction
ajoutMedic(ref_medic…)	Ajout d'un médicament (mode gestionnaire)	Fonction

Pour la classe Entrepôt :

Entrepôt

Code propriété	Signification	Type
rajoutEntrepot()	Rajout d'un nouvel entrepôt (mode architecte)	Fonction
h	Valeur de la hauteur de l'entrepôt	NC/variable
affichageCroixMedic(Liste)	Mise en place d'une croix rouge sur chaque position de médicement dans l'entrepôt	Fonction
affichageRondClient(Recepteur)	Mise en place d'un rond bleu indiquant la position de la personne dans l'entrepôt	Fonction

Pour la classe Chemin :

Chemin

Code propriété	Signification	Type
calculCheminOpt()	Obtention du chemin optimal	Fonction (Chemin)

Pour la classe Plan :

Plan

Code propriété	Signification	Type
planImage	Image JPEG correspondant au plan de l'entrepôt	NC/variable
x	Valeur de la longueur du plan	NC/variable
y	Valeur de la largeur du plan	NC/variable
a	Surface totale du plan	C/variable
b	Surface occupée du plan	C/variable
u	Surface utile du plan	C/variable
grillage	Grillage en quadrillage (X,Y)	C/variable
traitementImage(planImage)	Reconnaissance des lignes du plan	C/Fonction
rectangleObstacle	Rectangle rempli représentant un obstacle	NC/variable
posageGrillageImage(planImage)	retourne Quadrillage (X,Y) sur planImage	Fonction
obtentionNbTotalEmetteurs()	Optimisation du nombre d'émetteurs minimal pour couverture de la surface utile	Fonction

Diagramme de classes UML2

A l'aide du service web de la start-up GenMyModel basée à Lille, nous avons pu représenter le modèle de classes suivant :

Diagramme d'états

Toujours à l'aide du même service web, nous avons pu représenter le diagramme d'états de l'application smartphone, comprenant les différentes interactions qu'aura le client avec l'application en elle-même (choix du mode, rentrer les informations nécessaires, choisir les médicaments ...) :

Méthode de Fano-Shannon

Pertinence

Toujours dans le principe de généricité, il nous fallait développer un programme capable de pouvoir trouver un identifiant unique, on parlera d'irréductibilité, en terme de code binaire pour chaque émetteur installé dans l'entrepôt, et ce quelque soit le nombre total.

Pour se faire, trois solutions dans la théorie de codage de l'information, enseignée dans notre filière SC par M.Mamouni, sont envisageables :

• Le codage dit direct.
• Le codage de Fano-Shannon
• Le codage de Huffmann

En termes d'efficacité, il s'avère que l'algorithme de Huffmann est celui qui offre le moins de redondance, donc il est privilégié. Toutefois, il s'avère complexe à mettre en place, tandis que Fano-Shannon, lui, offre des performances très satisfaisantes dans le contexte du projet, sans pour autant si difficile à réaliser.

Voilà pourquoi, nous nous sommes davantage penchés sur la méthode de Fano-Shannon, considérant que le codage direct n'offrait des résultats que peu satisfaisants.

Notre projet demeurant malgré tout un prototype expérimental, aussi nous l'avons développé pour un nombre limité de capteurs émetteurs IR. Une généricité totale aurait pu être obtenue avec davantage de temps et d'heures réservés au projet dans le cadre de notre formation.

Java

Le code a tout d'abord été implémenté en Java, pour être ensuite incorporé dans l'application Android. Aussi, trois classes principales apparaissent ici : Capteur (représentant les caractéristiques d'un capteur), EnsembleCapteurs (gérant notamment le traitement par Fano-Shannon), et TestMain (gérant le phénomène de récursivité de l'algorithme)

Capteur

Voici différentes images illustrant chronologiquement le code Java de la classe Capteur.java :

EnsembleCapteurs

Voici le code de la classe EnsembleCapteurs.java :

Testmain

Enfin, voici le code source de la classe TestMain :

Résultats

Grâce à cette implémentation des trois classes, nous pouvons ainsi obtenir le code irréductible et respectant la condition du préfixe pour chaque capteur émetteur rentré.

Requêtes à la Base de Données

Principe

La procédure d'échange d'informations entre la Base de données établie sur un serveur et l'application Android s'effectue en plusieurs, et surtout, nécessite plusieurs modules de traitement.

En effet, le processus s'effectue de cette manière :

• l'application Android demande des informations à l'utilisateur qu'il doit rentrer dans les différents formulaires sur le smartphone.
• l'application Android établit par la suite une connexion HTTP en POST (méthode privilégiée) en WIFI. Bien entendu, nous prendrons comme hypothèse que l'entrepôt en question est desservi par le WIFI.
• Après avoir établi la connexion, l'application prépare les paramètres de la requête qu'elle va soumettre à la base de données, qu'elle envoie par la suite à un jalon intermédiaire : une page PHP
• Cette page PHP, dédiée au traitement de cette requête en particulier, va récupérer les informations envoyées par le smartphone, et va ensuite effectuer, grâce aux paramètres, une requête SQL à la base à laquelle elle est directement reliée.
• La page PHP effectue le traitement (comparaison, identification, ajout, suppression ...).
• La page PHP renvoie à l'application smartphone les résultats obtenus par l'intermédiaire d'un format JSON (plus pratique lorsque beaucoup d'informations doivent être renvoyées).
• L'application Android récupère ces informations, et peut ensuite les traiter en conséquence.

Requêtes PHP

Voici les différents scripts correspondant aux traitements nécessaires au bon fonctionnement de l'application Android. L'intégralité de ces fonctionnalités sont définies dans le diagramme de classe UML2 dans la classe RequeteBDD. Prière de s'en référer afin d'obtenir une description plus détaillée.

Affichagetotalmedic.php

Ajoutmedic.php

Ajoutstockmedic.php

Login.php

Posmedic.php

Reducmedic.php

Supprmedic.php

Verifpresmedic.php

RequeteBDD

La classe Java RequeteBDD est une classe charnière de l'application Android. Elle concentre la plupart des étapes que nous avons explicitées auparavant.

Voici son code :

Réalisation de l'application smartphone

Objectif principal

L'objectif principal de l'application Pharmacie est de pouvoir localiser des médicaments au sein de l'entrepôt et de pouvoir localiser la position d'une personne sur le plan. Cette application permet entre autres d’interagir avec la base de données qui a été crée précédemment par l'ajout et la suppression de médicaments de la base de données. Cette application permet également de calculer le nombre d'émetteurs nécessaires dans un entrepôt donné. Elle s'inscrit donc dans une démarche de généricité du projet qui nous a été demandée.

Vues et fonctionnement

A l'ouverture de l'application, l'identification de l'utilisateur est nécessaire. L'utilisateur doit entrer son login et son mot de passe afin de pouvoir y accéder. Le login choisi est ced et le mot de passe associé est 3103. La sécurité du code a été prise en compte, dans le cas où l'utilisateur tente d'accéder à l'application sans s'être identifié, un toast s'affiche à l'écran, de même s'il entre des informations d'identification erronées. Voici la vue associée :

Une fois identifié, un message de bienvenue s'affiche reprenant le login de l'utilisateur et ce dernier accède aux différents modes possibles de l'application :

• Gestionnaire
• Ouvre une vue où le gestionnaire peut ajouter ou supprimer des stocks de médicaments suite aux arrivages (ajout de type de médicament, ...)
• Architecte
• Ajouter un nouveau plan par recherche d'image JPEG dans la gallerie du smartphone.
• Calcul du nombre d'émetteurs et position
• Utilisateur
• Mène à un menu où l'utilisateur peut choisir l'entrepôt du CHRU ou un autre type d'entrepôt
• Dans le cas où l'utilisateur choisit l'entrepôt CHRU, apparaît une liste de médicaments à cocher.
• Le plan s'affiche ensuite avec la position de la personne ainsi que des croix indiquant la position des médicaments
• le chemin le plus court aurait dû être tracé sur le plan en question

Dans le cas où l'utilisateur choisit le mode Gestionnaire, il peut choisir d'ajouter ou de supprimer des médicaments. Pour ajouter un médicament à la base de données, il suffit d'ajouter sa référence et sa quantité :

Dans le cas où l'utilisateur choisit le mode Utilisateur, il peut choisir sur une liste, les médicaments qu'il souhaite localiser en cochant les cases correspondantes :

Les choix de l'utilisateur sont récupérés sur la vue suivante et récapitulés avant la visualisation possible sur le plan de l'entrepôt :

Dans le cas où l'utilisateur choisit le mode Architecte, il peut choisir soit d'ajouter un nouveau plan par recherche d'image ou de réaliser un calcul du nombre d'émetteur en fournissant les informations demandées comme le montre la vue suivante :

Voici un aperçu de la galerie d'images de plans :

Le code relatif à l'application a été réalisé de telle manière à ce que le contrôle des informations entrées par l'utilisateur soit effectué. Par exemple, il n'est pas possible de passer à la vue suivante si la vue courante requiert des informations de la part de l'utilisateur. De même, il n'est pas possible d'accéder à l'application sans entrer les identifiants demandés. ainsi des toats s'affichent à l'écran en cas de problèmes relatifs aux informations requises :

ELECTRONIQUE

Réalisation du montage côté émetteur infrarouge

• Mise en place des librairies permettant de programmer l'ATtiny13.

La librairie est placée dans un dossier hardware du sketchbook.

• Réalisation du câblage à l'aide d'une LED, de l'Arduino Uno, de l'ATtiny13 et d'une capacité de 10uF.

• Programmation de l'ATtiny 13 en utilisant l'arduino Uno (ISP).

Utilisation du programme "Blink" fourni par l'IDE. => Test : La LED s'allume mais ne clignote pas.

Réalisation de la carte de l'émetteur infrarouge

• Réalisation d'une nouvelle librairie sous Altium

L'ATtiny13A n'étant pas disponible dans la librairie Altium fournie, il a été nécessaire de créer une nouvelle librairie. Les empreintes ont été tracées conformément aux espacements indiqués dans la datasheet.




Une image et un nom ont également été associés à l'élément réalisé.



• Réalisation de la schématique sous Altium Designer

Ce schéma est constitué de l'ATtiny13A réalisé à partir d'une nouvelle librairie. L'ATtiny13A a été utilisé au profit de l'Atmega328P (Arduino) pour des raisons d'économie d'énergie.
On retrouve une LED permettant d'indiquer le fonctionnement du circuit, cette LED D1 est relié à la broche "digital pin" PB0 de l'attiny au travers d'une résistance. On retrouve également une LED IR D2 qui est reliée au +VCC par l'intermédiaire d'une résistance, l'ensemble étant relié à la broche digital pin PB1 de l'ATtiny13A.
L'alimentation est réalisé par un header2, alimentation qui sera réalisé par l'intermédiaire de deux piles. Les différentes broches de l'attiny13A non utilisées ont été reliées à un header2 (PB2, PB3, PB4) afin de permettre une utilisation future.
La broche de RESET a été laissée en l'air car une résistance de rappel interne la relie à +VCC. Un condensateur de 100nF assure le découplage de l'alimentation, il est placé entre la masse et le +VCC.
La schématique réalisée est la suivante :







• Réalisation du PCB

Un placement judicieux des composants destiné à faciliter le routage a été effectué.
Le routage a ensuite été réalisé en bottom layer après tracé des contours de la carte. La taille des pistes est de 24mil et celle des trous (drill) est de 24 mil.
Un plan de masse a également été effectué.
Voici un aperçu du PCB réalisé :



• Réalisation du typon

Un aperçu du typon est disponible ci-dessous :








• Perçage, soudure et test de la carte

Les composants utilisés étant traversants et non de type CMS (Composant Monté en Surface), la carte a été percée. Les composants ont été soudés en veillant à réaliser des soudures de bonne qualité. La carte a été testée en utilisant une alimentation stabilisée permettant entre autres de limiter le courant pour la phase de test. Voici un aperçu de la carte réalisée :







Réalisation du montage côté récepteur

• Nécessité du montage

Afin de recevoir les informations émises par la LED infrarouge, il apparait nécessaire de réaliser un montage récepteur à partir d'un arduino ATMEGA. Ce type d'Arduino a été choisi afin de pouvoir établir une connexion USB entre l'arduino et l'application Android.

• Réalisation du montage sur Breadboard

Le montage va être réalisé à partir d'un Arduino ATMEGA, équipé d'un ATmega. Le montage a été réalisé sur une breadboard
Le montage est constitué principalement d'un Arduino, d'une LED permettant d'indiquer l'état de fonctionnement du montage et d'une photodiode.
La photodiode va être reliée sur une pin analogique de l'Arduino par l'intermédiaire d'une résistance de pull-up. La résitance de pull-up est présente afin que l'ATmega lise le +VCC quand aucune lumière de la LED IR n'est présente. Quand la photodiode ne reçoit pas de lumière IR, aucun courant traverse la photodiode et la résistance de pull-up entre alors en jeu.
La LED permettant d'indiquer l'état de fonctionnement du montage va être reliée à une digital pin de l'Arduino par l'intermédiaire d'une résistance. L'Arduino va être alimenté par l'intermédiaire de piles, et non par le biais du port USB du PC, ceci pour des contraintes d'énergie.



Un aperçu du montage sur breadboard réalisé est disponible ci-dessous :







• Programmation de l'ATmega

Le programme a été codé en langage Arduino au sein de l'IDE associé. Il permet de gérer la réception d'informations et d'agir sur la LED d'état.





Aperçu final du système global

L'ensemble final est constitué de :

• du montage récepteur implanté sur Breadboard
• des cartes émetteur IR
• du smartphone contenant l'application Androïd





Améliorations possibles du projet

• Amélioration de l'application Android comme par exemple la possibilité de prendre des photos et de pouvoir les intégrer à la galerie de l'application
• Réalisation du protocole de transfert de données entre le brassard et le smartphone (Bluetooth envisagé).
• Réalisation de l'algorithme permettant d'obtenir le chemin optimal.
• Echange d'informations par infrarouge entre l'émetteur et le récepteur
• Développement de l'algorithme du chemin optimal




Connaissances acquises

• Développement des connaissances en JAVA acquises ce semestre dans le cadre du module Conception Logicielle à Objets (CLO)
• Découverte de la programmation d'applications Android et de l'environnement de développement Eclipse
• Développement des connaissances acquises en électronique




Bilan du projet

Ce projet nous aura particulièrement intéressé et nous aura permis d'appliquer les connaissances acquises durant l'année.

Par manque de temps, il ne nous a pas été possible de terminer la communication entre l'émetteur et le récepteur IR. Le code du côté récepteur a été implanté et ce dernier est fonctionnel, mais du côté de l'émetteur, seul le clignotement de la LED d'état fonctionne. Trois cartes émetteur IR ont été réalisées tandis que le récepteur IR a été implémenté sur Breadboard.

Plusieurs tentatives ont été effectuées afin d'assurer la communication des données entre l'ensemble émetteur / récepteur (Bluetooth, USB avec utilisation d'un Arduino Mega) mais au final cette communication n'est pas fonctionnelle.

L'application Androïd implantée sur le smartphone est terminée et permet à l'utilisateur de repérer des médicaments sur le plan, d’interagir avec la base de données et de calculer le nombre d'émetteurs optimal.

Un programme capable de pouvoir trouver un identifiant unique en terme de code binaire pour chaque émetteur installé dans l'entrepôt, et ce quelque soit le nombre total a été réalisé et la démonstration de ce programme a été affectuée dans la vidéo associée au projet.

De nombreuses connaissances ont pu être acquises durant ce projet notamment en Java et en Androïd. Un temps supplémentaire nous aurait permis de finaliser la partie électronique.




Rapport du projet

Le rapport du projet P29 est disponible ici : http://projets-ima.plil.net/mediawiki/images/2/2f/Rapport_projet_DESPREZ_HADDAOUI.pdf




Rendus

• Fichiers Java développant le codage de Fano-Shannon sur ordinateur (par javac et java) : Fichier:Fano Shannon Ordinateur.zip
• Fichiers PHP nécessaires pour la connexion à la base de données : Fichier:Fichiers PHP.zip
• Fichiers Android composant l'application smartphone : Fichier:Pharmacie Application.zip
• Fichiers Electronique Emetteur / Récepteur : Fichier:Codes Electronique.zip