Réalisation d'une armoire agricole à base d'un carte arduino mega2560

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

DIRECTION GÉNÉRALE DES ÉTUDES TECHNOLOGIQUES

INSTITUT SUPÉRIEUR DES ÉTUDES TECHNOLOGIQUES DE DJERBA

DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE

Mécatronique

STAGE DE FIN D'ÉTUDES

Étude et réalisation d'une armoire agricole automatisée à base d'une carte Arduino méga 2560

IGREEN COLLABORATION

Élaboré par : - Ferjani Sofien

- Kchih Aissa

Encadré par : - Mme Helal Olfa

- Mme Manaa Khawla

- M. Khaled Bachtobji

Année universitaire : 2020/2021

Référence	Dép.	GM
	N°	MT-02

DÉDICACE

Je dédie ce projet de fin d'études.

A ma mère Samia

C'est avec ton amour, ton soutien et ta patience que j'ai pu réaliser tes voeux. Reste toujours ma lumière et ma source de bonheur.

Que dieu te protège et t'accorde santé et longue vie.

A mon père Fethi

Pour ses sacrifices illimités, pour ses encouragements incessants et pour sa bienveillance permanente. Nulle expression ne peut exprimer les sentiments de reconnaissance que j'éprouve à son égard.

A mon adorable soeur Tasnime et mon adorable frère Atef Je vous souhaite une vie pleine de réussite.

A tous mes amis et tous ceux que j'aime...

Qu'ils trouvent dans ce travail le témoignage de mon profond amour et l'expression de ma sincère reconnaissance.

Aissa

DÉDICACE

Je dédie ce travail comme modeste preuve de mon affection

A mes parents Sadok et Sabeh

Pour les efforts et les sacrifices. Leurs conseils et leurs principes de vie resteront toujours dans mon esprit.

Qu'ils trouvent ici l'expression de mes respects et ma profonde gratitude pour tout ce qu'ils ont fait pour moi.

A mes soeurs Sarra et Sabrine

Vous m'avez soutenu et vous m'avez apporté l'immense réconfort aux moments les plus cruciaux de ma vie.

En témoignage de ma reconnaissance

A touts mes oncles

Votre amour et vos encouragements ont été pour moi une aide très précieuse qui me soutiendra durant mon existence

A mes meilleurs amis et ma copine

Qui sont toujours présents aussi bien dans les meilleurs moments que les difficiles

Sofien

Remerciements

Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute l'équipe pédagogique de l'ISET de nous avoir accompagné durant ce stage de fin d'étude en particulier Mme. Helal Olfa et Mme. Manaa Khawla pour leurs supervisions et leurs conseils afin que notre mission aboutit à son fin.

Nous remercions également notre encadrant industriel M. Khaled Bachtobji d'avoir répondu favorablement à notre demande de stage, en plus de son accueil et la confiance qu'il nous a accordés dès notre arrivée dans la start-up.

Nous tenons à remercier tout particulièrement et à témoigner toute notre reconnaissance à toute personne qui nous a aidés à avoir une expérience enrichissante et pleine d'intérêt durant ces trois mois et demi au sein de la start-up IGREEN COLLABORATION.

Enfin, nous remercions mesdames et messieurs les membres de jury pour leur extrême gentillesse dans l'évaluation de notre travail.

Cahier de charges

Sujet :

Étude et réalisation d'une armoire agricole automatisée à base d'une carte Arduino méga 2560.

Position du problème :

La société veut fabriquer sa propre automate programmable industriel à base d'une carte Arduino pour optimiser :

· Le contrôle d'éclairage artificiel pour la bonne croissance des plantes

· L'automatisation de l'arrosage et l'irrigation

· La régulation et la supervision des paramètres bioclimatiques tels que la température et l'humidité...

Travail demandé :

Notre travail consiste à réaliser un outil didactique utilisant comme partie de commande un système à l'aide d'une carte Arduino Méga 2560. On parle alors d'automate programmable conçu à base de la logique programmée. Ce dernier sera capable de réaliser la plupart des applications qui lui seront demandées par simple modification du logiciel en gardant la même structure matérielle.

L'automate que nous réaliserons répondra globalement aux mêmes exigences attendues d'un automate classique, notamment la possibilité d'être programmé et reprogrammé directement via un port parallèle d'un micro-ordinateur.

Sommaire

Introduction 3

Chapitre 1 : Présentation de la start-up d'accueil et description de l'existant 2

I. Présentation d'organisme d'accueil 2

A. Les divers types d'IG et leur devenir 2

1. Orientation produit 2

2. Orientation procédé 2

B. L'unité d'étude et de développement 3

C. Organigramme d'IGREEN COLLABORATION 3

II. Le champ d'activité des biotechnologies 4

A. Définition d'une société de biotechnologies 4

III. Description de l'existant 4

A. Contexte de l'existant 4

B. Problématique 6

IV. Conclusion 6

Chapitre 2 : Etude bibliographique 7

I. Introduction 7

II. Serre agricole intelligente 7

1. Description des services proposés 8

2. Pourquoi avoir choisi ces services 8

3. Avantage de l'automatisation de la serre 9

4. Condition environnementale des serres 10

III. L'utilité l'automatisation 10

1. Structure d'un API 11

2. Structure interne d'un automate programmable industriel (API) 12

3. Fonctionnement 13

IV. Les solutions utilisée pour les serres intelligentes 14

1. L'automate IMO iSmart 14

2. L'automate iGrow 800 Greenhouse Controller 15

V. Les composants électroniques 16

1. Introduction 16

2. Arduino 16

3. Rasberry 17

VI. Conclusion 20

Chapitre 3 : Etude fonctionnelle et étude économique 21

I. Analyse du besoin 21

1. Énoncé du besoin : diagramme bête à cornes 21

2. Validation du besoin 22

II. Analyse fonctionnelle de l'automate programmable 22

1. Modélisation 22

2. Fonctions de services : diagramme pieuvre 22

III. Etude économique 25

IV. Conclusion 27

Chapitres 4 : Conception et programmation 28

I. Choix des composants électroniques 28

1. Choix de la carte 28

II. Schéma synoptique du système 29

1. Principe de fonctionnement su système 30

III. Etude et conception des différents modules de l'automate 30

1. Le module d'alimentation 30

2. Le module CPU 31

3. Module d'entrée 32

4. Module de sortie à transistor 34

5. Module de sortie à relais : 36

IV. Principe de fonctionnement de l'automate 37

V. Concrétisation de notre projet 38

1. Module d'entrée 38

2. Module de sortie à transistor 39

3. Module de sortie à relais 39

VI. Tableau comparatif 40

VII. Les logiciels utilisées 41

1. Proteus 8 41

2. Arduino IDE 41

VIII. Conclusion 41

Conclusion générale 42

Perspective 43

Bibliographie 44

Annexes 45

Liste des figures

Figure 1: Organigramme de la start-up 3

Figure 2: Schéma de l'existant 5

Figure 3: La serre intelligente 8

Figure 4:Augmentation de la production de la serre 9

Figure 5: Automate SIEMENS S5-95U 11

Figure 6: Aspect extérieur d'un automate S7-200 CPU200 11

Figure 7: Automate Modulaire 12

Figure 8: Structure interne d'un système automatisé 13

Figure 9: fonctionnement cyclique d'un API 14

Figure 10: Automate IMO iSmart 14

Figure 11: Automate iGrow800 15

Figure 12: Le régulateur LM7805 18

Figure 13: Transistor IRF1010N 19

Figure 14: Relais SPDT 19

Figure 15: Photocoupleur PC817 20

Figure 16: Le diagramme bête à cornes d'un automate programmable à base d'Arduino 21

Figure 17: L'actigramme d'automate programmable à base de la carte Arduino 22

Figure 18: Le diagramme de Pieuvre d'automate programmable à base d'une carte Arduino 23

Figure 19: Histogramme des fonctions de service 24

Figure 20: La carte Arduino Méga 2560 29

Figure 21: Schéma synoptique de système 29

Figure 22: Schéma de conception de module d'alimentation 31

Figure 23:Schéma PCB de module d'alimentation 31

Figure 24: Schéma de conception du module de l'Arduino (CPU) 32

Figure 25: Module d'entrées 33

Figure 26:Schéma PCB de module d'entrée 34

Figure 27: Module de sortie à transistor 35

Figure 28:Schéma PCB de module de sortie à transistor 35

Figure 29: Module sortie à relais 36

Figure 30:Schéma PCB de module de sortie à relais 36

Figure 31: Logigramme de programmation 37

Figure 32: Photo de module d'entrée 38

Figure 33: Photo de module de sortie à transistor 39

Figure 34: Photo du module de sortie à rlais 40

I. Introduction

La culture sous serre connait depuis plusieurs années, un développement important dans tous les pays concernés par la volonté d'augmenter la qualité et la quantité des produits agricoles, destinés à la consommation alimentaire des populations et à leurs cadres de vie.

Afin de faire face à un marché de plus en plus concurrentiel, les systèmes de production sous serre deviennent considérablement sophistiqués. C'est grâce à la mécanisation des outils, et l'augmentation des surfaces irriguées, mais surtout grâce à l'intervention de l'automatique que cet objectif a pu être réalisé.

Il est important de choisir un contrôle des paramètres climatiques qui correspond aux besoins visés. Pour améliorer la rentabilité, on doit faire croître les cultures dans des environnements optimaux. Il est donc important de bien contrôler les paramètres suivants :

· La température et l'humidité de l'air : ce sont les variables les plus importantes à contrôler du point de vue de la survie et de la croissance des plantes.

· L'humidité du sol est moins cruciale pour des durées de quelques heures, mais c'est une variable importante pour que la plante puisse se nourrir.

· L'éclairage peut également être régulé au moyen d'un éclairage artificiel pour accélérer le développement des plantes.

Dans ce sens, nous avons proposée un automate programmable à base d'une carte Arduino Méga qui joue un rôle de contrôle et réguler les paramètres microclimatiques. Dés que certains paramètre sont en dessous ou en dessus d'une limite fixée préalablement, une action adéquate est générée. La description du travail réalisé est sanctionnée par un mémoire structuré en trois chapitres :

· Dans le premier chapitre, nous avons présenté la start-up d'accueil et description de l'existant.

· Dans le deuxième chapitre, nous avons fait une étude bibliographique.

· Dans le troisième chapitre, nous avons détaillé la conception de l'automate programmable.

Chapitre 1 : Présentation de la start-up d'accueil et description de l'existant

Dans ce chapitre, nous allons présenter en premier lieu la société dans laquelle nous avons effectué notre sujet de travail proposé tout en expliquant ses objectifs ainsi que les fonctionnalités nécessaires pour le réaliser.