Etude et mise en place d'un systeme temps reel de surveillance de l'état de santé et localisation des animaux

CHAPITRE 2 ETUDE ET CONCEPTION DU SYSTEME

2.1 Introduction partielle

La conception est l'ensemble des études préliminaires des composants que doivent constituer un système ou un produit. C'est une étape essentielle lorsque nous voulons résoudre un problème. Si un système est bien conçu dans son intégralité, il n'y aura pas des défaillances qui pourront influencer son bon fonctionnement ou le perturber.[12] C'est pourquoi cette étape va nous permettre d'assurer un bon fonctionnement de notre système dans son intégralité.

Dans ce chapitre, après la spécification fonctionnelle du système, il sera question pour nous de concevoir notre système de manière à apporter une solution à notre problème en donnant le rôle et la fonction de module qui le constitue également en présentant généralement notre système en donnant quelques explications de chaque composant de celui-ci.

2.2 Solutions par rapports aux besoins

Les besoins ont déjà été annoncés dans le chapitre précèdent. Ici nous allons donner les solutions par rapport aux besoins fonctionnels. Ces solutions répondent aux problèmes rencontrées dans la problématique. Hormis nos solutions, plusieurs autres peuvent être mises en place dont nous citons une :

La mise en place des agents à chaque coin dans la ferme pour surveiller l'état sanitaire et faire un suivi de déplacement de chaque animal. L'inconvénient de cette solution se pose aux niveaux du cout à payer aux agents et aussi leurs disponibilités a temps plein qui ne sont pas garantie par l'effet de la fatigue.

Nos solutions sont telles que les capteurs détectent les températures corporelles, les fréquences cardiaque ainsi que la position géographique de l'animal ; les données recueillies seront traiter puis envoyées et être affichées au niveau du moniteur par le superviseur.

2.3 Bref aperçu sur le système embarqué

Un système embarqué est un système électronique et informatique autonome qui ne possède pas des entrées/Sorties standards comme un clavier ou un ordinateur. On le définit aussi généralement par le fait qu il n'est pas visible en tant que tel mais est intégré dans un matériel doté d'une autre fonction. Ce système est autrement dit enfoui, ce qui traduit plus fidèlement le terme anglais Embedded system[13].

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Du fait de la nécessite d'une architecture physique confinée, la machine et le logiciel sont intimement lies et ne sont pas aussi discernables que dans un environnement classique de type PC. Par ailleurs, la conception de ces systèmes est généralement fiable au cause de leur utilisation dans des domaines forts contraints mais également parce que l'accès au logiciel est souvent difficile une fois le système fabriqué[13].

Au final, il existe une petite différence entre un système embarqué et un système embarqué temps réels ; il devient temps réels lorsqu'on lui ajoute une contrainte temporelle³.

2.4 Conception de la structure générale

Figure 2.1 schéma synoptique du système 2.4.1 Présentation des différents blocs du système

a) Bloc d'alimentation

L'ensemble de dispositifs (bloc) de notre système exige une alimentation en énergie électrique pour le bon fonctionnement. Ce bloc aura pour but de fournir une tension importante au bon fonctionnement des différents blocs.

b) Bloc de contrôle

Le bloc de contrôle sera chargé d'interagir avec l'animal et l'élément principal dans ce bloc est le capteur. Pour notre cas quelques capteurs sont utiles tel que le capteur de température corporelle, le capteur de rythme cardiaque et le micro capteur pour la géolocalisation de l'animale.

c) Bloc de traitement

Ce bloc est le cerveau de notre système parce qu'il contient le microcontrôleur.

d) Bloc de transmission

Le superviseur de l'animal doit avoir les informations sanitaires ainsi que la position de leur animal ; le rôle de ce bloc sera donc d'acheminer l'information à distance.

e) Bloc d'affichage

Ce bloc affiche les valeurs ou les informations générales que les capteurs ont récoltées.

³ Lorsqu' il respecte l'exécution des taches selon le temps qui été défini

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2.5 Modélisation du système

2.5.1 Diagramme de cas d'utilisation du système

Un diagramme de cas d'utilisation est un moyen simple d'exprimer des besoins. Il montre le comportement d'un composant, une classe ou un système, tel qu'un utilisateur extérieur le voit. Il correspond à un ensemble de transactions effectuées au cours d'une interaction entre l'acteur et le système[14]. Ci-après le diagramme de cas d'utilisation :

Figure 2.2 Diagramme de cas d'utilisation du système 2.5.2 Diagramme de séquence

Les diagrammes de séquences permettent de représenter des collaborations entre objets selon un point de vue temporel, on y met l'accent sur la chronologie des envois de messages. On décrit le contexte ou l'état des objets, la représentation se concentre sur l'expression des interactions. Ci-après le diagramme de séquence de notre système :

Figure 2.3 Diagramme de séquence du système

2.6 Conception logique détaillé 2.6.1 Unité de traitement

Le cerveau du système est composé surtout d'un microcontrôleur qui est par définition un microprocesseur (simplifiée) auquel on a adjoint sur la même puce de la RAM, de la ROM, des entrées/sorties. A l'origine, les microcontrôleurs étaient utilisés pour des systèmes de contrôle des processus d'environnement. Aujourd'hui, ils sont au coeur d'une part importante d'applications embarquées.[15]

Ils sont spécialisés dans la gestion d'échange d'information avec les périphériques. Ils permettent de répondre aux exigences des applications de type contrôleur comme les contrôleurs de systèmes industriels ou de communication. Ces circuits présentent une organisation et un jeu d'instructions caractérisé par la primauté du traitement logique sur l'arithmétique.

Le microcontrôleur est composé de quatre parties :

1. Un microprocesseur qui prend en charge la partie traitement des informations et envoie des ordres. Il est lui-même composé d'une unité arithmétique et logique (UAL) et d'un bus de données. Il a pour rôle d'exécuter le programme embarqué dans le microprocesseur.

2. Une mémoire de données (RAM ou EEPROM) dans laquelle seront entreposées les données temporaires nécessaires aux calculs. C'est en fait la mémoire de travail qui est volatile.

3. Une mémoire programmable(ROM) qui contient les instructions du programme pilotant l'application à laquelle le microcontrôleur est dédiée. Il s'agit ici d'une mémoire non volatile puisque le programme à exécuter est a priori toujours le même. Il existe différents types de mémoires programmables et utilisables selon l'application. Notamment :

? UVPROM que l'on peut effacer plusieurs fois grâce aux ultraviolets.

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? EEPROM effaçable de façon électrique comme les mémoires flash.

4. La dernière partie correspond aux ressources auxiliaires qui sont généralement : ? Des ports d'entrées/ sorties parallèles et séries.

? Des timers⁴ pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.

? Des convertisseurs A/N pour traiter les signaux analogiques.

Les avantages des microcontrôleurs :

> Diminution de l'encombrement du matériel et du circuit imprimée ;

> Augmentation de la fiabilité du système ;

> Simplification du tracé du circuit imprimé (plus besoin de tracer de bus) ;

> Intégration en technologie MOS, CMOS ;

> Réduction des couts ;

> Environnement de programmation et de simulation évolués.

Les inconvénients des microcontrôleurs sont :

> L'Investissement dans les outils de développement ;

> Ecrire les programmes, les tester et tester leur mise en place sur le matériel qui entoure le microcontrôleur ;

> Les microcontrôleurs les plus intégrés et les moins couteux sont ceux disposant de ROM programmables par masque ;

> Incompatibilité possible des outils de développement pour des microcontrôleurs de même marque.[16]

2.6.2 L'alimentation

Dans toutes applications électroniques, l'alimentation est un sous-système incontournable. Sa fonction consiste à fournir une ou plusieurs tensions continues stabilisées.

Le courant continu qui est un courant qui circulent toujours dans le même sens (du + vers le -) sa fréquence et de 0 Hz et que son intensité est constante au cours du temps sera plus adapte pour nos montages électroniques qui demandent une quantité d'énergie électrique précise et fixe au cours du temps.

⁴ Des fonctions spécifiques comme des compteurs programmables

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Figure 2.4 Courant Continu

Contrairement au continu, le courant alternatif c'est à dire qui sort du prises est un courant qui change de sens selon une fréquence 50 Hz en République démocratique du Congo. Notons que son intensité varie au cours du temps.

Figure 2.5 Courant Alternatif

2.6.3 Unité de contrôle 2.6.3.1 Notions préliminaire

Dans de nombreux domaines (industrie, santé, recherche scientifique, services, loisirs, etc...), on a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité, etc. ...). Le capteur est donc l'élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.[17] le capteur est indispensable à la mesure de ces grandeurs physique qui détecte un évènement physique situé dans son environnement se rapportant au fonctionnement du système et traduit cet évènement en un signal exploitable par le système. Ce signal est généralement électrique sous forme d'un signal basse tension.

Figure 2.6 Fonctionnement d'un capteur

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Il existe plusieurs technologies à base de microcontrôleur entre autre: arduino, raspberry pi, banana pi etc. Notre travail se basera sur deux microcontrôleurs : arduino et Raspberry

2.6.3.2 Nature de l'information que peut fournir un capteur Suivant son type, l'information qu un capteur peut fournir est soit :

- Logique : l'information ne peut pas prendre que les valeurs 1 ou 0, on parle d'un capteur tout ou rien ;

- Analogique : l'information peut prendre toutes les valeurs possibles entre deux certaines valeur ;

- Numérique : l'information fournie par le capteur permet au système d'en déduire un nombre binaire sur n bits[16].

2.6.3.3 Caractéristique des capteurs

- L'étendue de mesure : Valeurs extrêmes pouvant être mesurée par le capteur ;

- Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal

d'entrée ;

- Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur ;

- Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie ;

- Rapidité : Temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande

passante[16], [18] ;

2.6.3.4 Classifications des capteurs La classification se fait par :

- le phénomène physique qu'il traduit (capteur de température, de pulsation, de gaz,...) ;

- le signal qu'ils fournissent (capteur analogique, capteur logique, capteurs digitaux) ;

- leur principe de traduction du phénomène physique (capteur résistif, a effet Hall,...) ;

- leur principe de fonctionnement : les capteurs fonctionnent selon deux principes de base suivant l'origine du signal électrique de sortie.

Ainsi on distingue :

? le capteur actif : celui dont la grandeur physique elle-même mesurée établit directement une relation électrique de sortie.

Par exemple : une photorésistance ;

? le capteur passif : donne une image de la grandeur physique qu'il mesure par une résistance électrique variable.

Par exemple : un thermocouple ;

2.7 Conception physique

Les systèmes à microcontrôleurs sont beaucoup plus utilisés dans le domaine électronique plus précisément dans la domotique pour le contrôle automatique d'un environnement.

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⁵ Est un environnement de programmation graphique pour rendre la programmation informatique physique avec Arduino aussi facile que de glisser-déposer. C'est un plugin qui s'ajoute à l'IDE Arduino.

pi pour étudier et faire le choix technologique tout en nous référant aux besoins non fonctionnels décrits dans le chapitre précèdent.

2.7.1 La carte arduino

Figure 2.7 Carte Arduino Uno[19]

Le système Arduino est un microcontrôleur qui nous donne la possibilité de mettre ensemble les performances de la programmation et celles de l'électronique. Plus précisément, arduino nous permet de programmer des systèmes électroniques.

L'avantage majeur de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail dans la conception d'une carte électronique[20].

Comme tout équipement électronique, arduino possède des avantages et des inconvénients ; commençons par voir les avantages de cette carte.

? Les principaux avantages de la technologie Arduino sont[20], [21] :

? Un accès libre aux schémas électroniques des cartes qui permettent à qui le souhaite (entreprises, amateurs) de fabriquer et vendre sa propre carte à condition de ne pas utiliser le nom de la marque;

? La possibilité d'ajouter des applications au logiciel ARDUINO comme le logiciel gratuit ARDUBLOCK⁵ qui permet d'associer une interface graphique de programmation très simple pour les collégiens ;

? Une compatibilité sous toutes les plateformes, à savoir : Windows, Linux et Mac OS12.

? La connectique des cartes est standardisée ce qui permet de connecter très facilement des cartes additionnelles compatibles appelées Shields Arduino c'est à-dire la technologie ARDUINO est très modulaire et laisse aux concepteurs la possibilité d'exprimer leur créativité par la mise en oeuvre rapide d'un prototype grâce à l'offre très riche des Shields proposés par les fabricants ;

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> Une communauté ultra développée ! Des milliers de forums d'entre aide, de présentations de projets, de propositions de programmes et de bibliothèques ;

> Une liberté quasi absolue. Elle constitue en elle-même deux choses :

· Le logiciel : gratuit et open source, développé en Java, dont la simplicité d'utilisation relève du savoir cliquer sur la souris ;

· Le matériel : cartes électroniques dont les schémas sont en libre circulation sur internet. > La carte Arduino nous permet aussi de réaliser plusieurs tâches comme :

· Contrôler des appareils domestiques ;

· Donner une «intelligence» à un robot ;

· Réaliser des jeux de lumières permettre à un ordinateur de communiquer avec une carte électronique et différents capteurs ;

· Télécommander un appareil mobile (modélisme).

> Arduino a une capacité «temps réel» et «analogique» ; Cette flexibilité lui permet de travailler avec à peu près tout type de capteur ou de puce ;

> Une faible consommation électrique et un fonctionnement déterministe ;

> L'Arduino est plus simple, plus difficile à «casser» ou à «endommager ;

> Vous pouvez également l'activer et le désactiver en toute sécurité à tout moment ;

> L'IDE Arduino est nettement plus facile à utiliser que Linux.

+ Inconvénients d'Arduino[20], [22]

> Une mémoire embarquée limitée qui rend les programmes complexes difficiles à réaliser ;

> Une puissance de calcul limitée (8 bits, 16MHz, pas de FPU) ;

> Elle n'a pas de système d'exploitation pour implémenter de logiciel de contrôle ;

> L'absence d'une option de connectivité intégrée ce qui limite les utilisations possibles de l'Internet des objets,

> Elle n'a pas une grande capacité mémoire ; > Elle n'a pas une grande capacité mémoire ;

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? Caractéristiques techniques[23]

Tableau 2.1 Caractéristique technique de la carte arduino

Nommage Critère

Microcontrôleur ATmega328

Fréquence horloge 16MHz

Tension d'alimentation 7-12V

Tension de fonctionnement 5V

Broche E/S numériques 14(dont 6 disposent d'une sortie PWM)

Tension d'alimentation (limites) 6-20V

Broche d'entrées analogiques 6 (utilisables en bronches E/S

numériques)

Mémoire volatile SRAM 2KB

Mémoire non volatile EEPROM 1KB

Interface USB (permet d'alimenter la carte et de

transféré les programme vers la carte)

Alimentation externe Dimensions

Jack 6,86 cm * 5,3 cm

2.7.2 Le Raspberry pi

Figure 2.8 Raspberry pi modèle B[24]

Le Raspberry Pi est initialement prévu pour une utilisation dans le monde de l'éducation avec une forte composante "programmation".

Raspberry Pi a été conçu comme un micro-ordinateur portable à bas prix pour développer les talents de bricoleur. L'équipe d'Upton a commencé à travailler sur des prototypes en 2006 et le premier lot de Pi a été achevé en avril 2012.

Le Raspberry Pi est un micro-ordinateur de la taille d'une carte de crédit et est disponible sous différente versions, la dernière version en date est le Raspberry Pi 4, il offre une augmentation sans précèdent de la vitesse du processeur, des performances multimédias, de la mémoire et de la connectivité par rapport à la génération précédente du Raspberry Pi 3 model B +, tout en maintenant la compatibilité avec les versions antérieures et

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consommation électrique similaire. Comprend un processeur 4 coeurs ainsi qu'une mémoire RAM pouvant aller de 2 à 8 GB.[20] Nous pouvons y installer un vrai système d'exploitation, comme par exemple Raspbian, Ubuntu ou Windows IoT, qui nous permettent de faire tourner la plupart des applications que nous utilisons sur nos ordinateurs portables.

Le Raspberry pi possède également les avantages et les inconvénients ; commençons par les avantages de cette carte.

+ Avantage du Raspberry pi

> Le pi en lui-même possède Bluetooth, Wifi, Ethernet, 4USB 2.0. C'est-à-dire, il est assez puissant pour fonctionner comme un ordinateur personnel (mais pas assez puissant toutefois pour rivaliser sérieusement au quotidien avec les ordinateurs de bureau dont on dispose généralement aujourd'hui) ;

> Un très grand nombre d'utilisateurs développent et partager sur Raspberry pi ; > Efficace dans les applications logicielles ;

> Le Raspberry Pi est plus rapide en ce qui concerne la vitesse d'horloge ;

> L'on peut inter changer les cartes SD pour essayer des systèmes différents, ou le même mais optimisé pour différentes utilisations ;

> Effectuer des processus multitâches il peut exécuter plusieurs programmes en arrière-plan tant qu'il est actif ;

> Le coût est abordable malgré les performances.

+ Inconvénients du Raspberry pi

> Raspberry ne possède pas de port analogique pour le capteur du type analogique ; > Pas de capacité temps réel ;

> Peut-être endommagée en cas de débranchement sans procédure d'arrêt correcte préalable ;

> Les systèmes d'exploitation installés doivent utiliser un serveur d'horloge pour se synchroniser ;

> Le cout est élevé par rapport aux microcontrôleurs ;

> Le Pi n'est pas aussi flexible (la lecture de capteurs analogiques nécessite une aide matérielle supplémentaire) ;

> Raspberry Pi pour la domotique, a un nombre d'entrée/sorties faible.

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? Caractéristiques techniques[25]

Tableau 1.2 Caractéristiques technique de la carte Raspberry pi

Nommage Description

Taille 85.60 mm* 53.98mm ;

Processeur 700 MHz ARM1176JZF-S

Core(ARM11) ;

Système sur puce(Soc) Broadcom BCM2835 ;

Processeur graphique Decodeur Broadcom VideoCore IV, API

logiciel video OpenGL ES 2.0,MPEG et VC-1, decodage video 1080p30 h.264/mpeg-4 AVC ;

Mémoire SDRAM 256Mo [Modèle A] ou 512 [Modèle B]

partagée avec le processeur graphique ;

Ports USB 2.0 1 [Modèle A] ou 2 [Modèle B]

Sortie vidéo RCA Composite (PAL et NTSC) HDMI

(rev 1.3 & 1.4) ;

Sortie audio 3.5 mm jack, HDMI ;

Unité de lecture-écriture de la carte mémoire

SDHC/MMC/SDIO ;

Réseau 1 port réseau Fast Ethernet (10/100

Mbits/s), sur le [Modèle B] uniquement ;

Périphériques bas niveau 8*GPIO 1, UART, bus I²C, bus SPI

Besoin alimentation En 5V via Micro USB ou GPIO1; 300

mA (1.5W); [Modèle A] ou 700 mA 3.5 W [Modèle B]

2.7.3 Banana Pi

Le banana pi est un nano ordinateur de plateforme open source, il prend en charge la fonction WI-FI dans sa version BPI-M3, le Banana Pi tourne également sous plusieurs systèmes du monde libre tel que Android, Debian, Ubuntu et Rasbian Image.

Il est dotée d'un processeur octa-core A83T ARM cortex-A7 et d'un processeur graphique Power SGX544MP1 conforme à OpenGL ES 2.0, 1.x, DX9.3 et une mémoire vive de 2Giga octet avec 733MHz ce qui est un grand atout dans le traitement multimédia son processeur d'image peut prendre en une interface un camera doter une grande résolution un peu plus de 8 méga pixels et pour lire des vidéos de capacité haute définition. Alimenter par 5V via un port micro USB, le banana pi coute environ 100 dollars[26].

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2.7.4 Technologie de transmission

Actuellement, il existe plusieurs technologie sans fils notamment Lora, Zigbee, Wifi etc. nous allons étudier les caractéristiques de ses technologies pour faire le choix.

a. LoRa

Tout d'abord LoRa signifie Long Rang qui est une technologie de communication `à longue portée et à faible consommation d''énergie qui utilise la bande de fréquence ISM⁶ L'objectif de cette technologie est de pouvoir augmenter la portée de communication en minimisant la consommation 'énergétique des systèmes communicants[27]. LoRa utilise la modulation CSS⁷ qui est basée sur l''étalement de spectre (une méthode de transmission dans laquelle un signal est transmis sur une largeur spectrale plus grande que l'ensemble des fréquences qui composent le signal original)[28]. LoRaWAN est le protocole de communication sans fil mis au point par l'association LoRa Alliance afin de répondre à différents défis posés par la communication à longue portée et à basse consommation dans les applications IoT.

b. Zigbee

Qui est une technologie sans fil basée sur des normes développée pour permettre des réseaux sans fil machine à machine et internet des objets à faible coût ainsi que a faible consommation. Il est destiné aux applications à faible débit de données et à faible consommation et est un standard ouvert. Cela permet logiquement de mélanger les implémentations de différents fabricants, mais dans la pratique, les produits Zigbee ont été étendus et personnalisés par les fournisseurs et, par conséquent, en proie à des problèmes d'interopérabilité[29].

A noter que cette technologie supporte des débits de données beaucoup plus faibles et utilise un protocole de réseau maillé pour éviter les périphériques concentrateurs et créer une architecture d'autoréparation.

c. Wifi

Le Wi-Fi est une technologie attrayante pour de nombreuses sociétés liées au monde des télécommunications et d'Internet. Les collectivités locales et surtout les particuliers profitent de la facilité d'accès à Internet haut débit liée à cette norme. Dans sa déclinaison la plus connue, 802.11 b, le Wi-Fi utilise la bande de fréquence de 2,4 GHz et atteint un débit théorique de 11 Mbits/s (contre 128, 512 Kbits/s ou 1 Mbits/s pour l'ADSL), le 802.11a culmine à 22 Mbits/s et le 802.11 g, enfin, flirte avec les 54 Mbits/s. Le Wi-Fi peut certes servir à surfer sur Internet, mais pas seulement.

Il autorise l'organisation de réseaux -pourvus ou pas d'Internet -pour échanger des fichiers, des données, et bien entendu pour jouer. Ce ne sont là que quelques exemples de ses usages possibles Les avantages des réseaux sans fil ne sont plus à démontrer surtout

⁶ (Industrial, Scientific and Médical band).

⁷ (Chirp Spread Spectrum)

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à une génération de plus en plus habituée à la mobilité. La multiplication des appareils (PDA, PC portables, terminaux et bientôt les téléphones portables) capables de communiquer entre eux en fait le support idéal des réseaux modernes[30].

Tableau 2 .3 Comparaison entre LoRa,Zigbee et WiFi

Caractéristiques LoRa Zigbee Wi-Fi

Bande de fréquence 863 à 870 MHz, 902 à 928 MHz, 779 à 787 MHz		868MHz, 915MHz, 2450MHz		2,45 GHz et 5 GHz
Distance de couverture Consommation d'énergie	2-5 Km (zones urbaines), 15 Km (zones suburbaines) Inférieur à celui de zigbee		10 à 100 mètre 250 m en extérieur et 35 m en intérieur prolonger 15 à 60 microwatts selon la puissance de la bande passante

Application Utilisé comme Utilisé comme le Utilisé comme

réseau entendue réseau personnel réseau entendue
sans fil à faible

débit

2.7.5 Serveur d'application

Il existe différents serveurs entre autre Apache, Nginx, Tomcat, Thingspeak etc.

a) Apache

Apache est un serveur web open-source et multiplateforme (c'est à dire il fonctionne à la fois sur les serveurs Unix et Windows) populaire qui est, selon les chiffres, le serveur web le plus populaire qui existe. Il est activement maintenu par l'Apache Software Foundation⁸.

Malgré que nous appelions Apache un serveur web, ce n'est pas un serveur physique mais plutôt un logiciel qui s'exécute sur un serveur. Son travail consiste à établir une connexion entre un serveur et les navigateurs des visiteurs du site web tel que, Google Chrome, Safari, etc... tout en fournissant des fichiers entre eux (structure client-serveur)[31].

Avantage et inconvénients du serveur http Apache : Parmi les avantages nous citons :

- Logiciel stable et fiable ;

- Sa mise à jours est régulier ;

- Fonctionne avec le site WordPress ; - Facile à configurer

⁸ Organisation qui développe des logiciels open source sous licence Apache

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-

...

Parmi les inconvénients nous citons :

- Problème d'efficacité sur les sites web avec un plusieurs trafic ;

- Beaucoup d'option de configuration qui peuvent aboutir à la vulnérabilité de la

sécurité ;

- Ne possède pas une plateforme IoT ;

- Ne possède pas un tableau de bord de données ;

b) ThingSpeak

ThingSpeak est une plateforme qui fournit plusieurs services destinés à la construction des applications IoT. Il offre la capacité de collecter des données en temps réel, visualiser les données collectées sous forme graphique, de créer des plugins et des applications qui collabore avec des services web, des réseaux sociaux. Thingspeak peut être intégré aux plates formes arduino, Raspberry pi.

Voici quelques fonctions de ThingSpeak :

- API disponible;

- Collecte de données en temps réel :

- Traitement des données

- Données de géolocalisation :

- Visualisations de données ;

- Messages d'état de circuit[32]

Avantages et inconvénients du serveur ThingSpeak Parmi les avantages nous décrivons :

- Possède déjà un tableau de données ;

- Possède une plateforme IoT ;

- L'utilisateur peut créer des applications d'enregistrement de données capteurs;

Parmi les inconvénients nous décrivons

- Ne possède pas un serveur Web et d'applications; - Ne possède pas un serveur Web.

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Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -55°C à +150°C dans sa version la plus précise et avec le montage adéquat, de quoi mesurer

Figure 2.9 Architecture de la connectivité IOT avec ThingSpeak[32] 2.7.6 Etude et Présentations des capteurs

Avant de faire des détails sur cette partie nous tenons à signaler que l'Homme et le chien sont quasi-identiques en terme en termes de physiologie cardiaque. D'ailleurs un grand nombre d'études fondamentales anatomiques et physiologiques sont effectuées sur le coeur du chien, et extrapolées directement à l'Homme[25,p.32]. Et que ces deux capteurs dont nous allons étudier sont destinés à une utilisation didactique. Il est donc possible de ne pas obtenir de bons résultats dans certaines conditions.

Dans notre travail il est question de contrôler l'état sanitaire de l'animal et suivre l'emplacement réel de celui-ci et pour que ces évènement puissent être réalisé nous utiliserons les capteurs suivants :

a) Capteur de température corporelle

Figure 2.10 Capteur de température LM35[34]

Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température. Il est beaucoup plus populaire en électronique car il est moins cher, précis, très simple à utiliser et d'une fiabilité à toute épreuve.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |32

n'importe quelle température[35]. Il génère une tension de sortie plus élevée que les thermocouples⁹ et ne peut exiger que la tension de sortie soit amplifiée.

Il a une tension de sortie est proportionnelle à la température Celsius. Le facteur d'échelle est 0.1V/°C.

Le LM35 ne nécessite pas de calibration externe ou de taille et maintient une précision de +/- 0.4 °C à température ambiante et +/- 0.8 °C sur une plage de 0 °C à + 100 °C.

Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C

Temperature (°C) * ????ut = (100°C/V)

Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 °C la tension de sortie varie linéairement avec la température[36].

Avantages du capteur LM35

Parmi les avantages de ces capteurs, nous pouvons indiquer sa consommation très faible (de l'ordre de 60 mA), d'où une puissance dissipée également très faible, et sa linéarité qui demeure excellente sur toute sa plage de sensibilité.

Caractéristiques techniques

Le capteur LM35 comporte plusieurs caractéristiques dont nous citons les plus importants :

> Alimentation : 5 VCC ;

> Plage de mesure : -55°C à +150°C ; > Précision 0,5° C (+ 25 ° C).

> Dimensions : 30 * 20 mm ;

> Exécute 4 à 30 volts ;

> Sortie : S, VCC (5v), GND (masse) ; > Auto chauffage faible, air 0.08°C ; > ...

⁹ Dispositif utilisé pour la mesure de températures

b) ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |33

Capteur de pulsation cardiaque

Le détecteur cardiaque est un appareil électronique qui est utilisé pour mesurer la fréquence cardiaque, c'est-à-dire la vitesse du rythme cardiaque.

Figure 2.11 Capteur de pulsation cardiaque KY-039[37]

La fréquence cardiaque correspond au nombre de battements du coeur pendant un laps de temps donné, en générale une minute et elle varie sous l'impact de plusieurs paramètres notamment : le sexe, l'âge, on estime que chez le chien adulte ma fréquence cardiaque est comprise entre 70-180 BPM et chez le chiot entre 70-220 BPM.

Branchement de câble
Gris = GND
Blanc = +V
Noir = Signal

c) Présentation du module récepteur GPS

Figure 2.9 Capteur GPS NEO-6M[38]

Notons que GPS utilise des signaux envoyés par les satellites dans les stations spatiales et au sol de la Terre pour déterminer avec précision sa position sur la Terre.

Le module récepteur GPS NEO-6M utilise la communication USART¹⁰ pour communiquer avec le microcontrôleur ou le terminal PC. Il reçoit des informations telles que la latitude, la longitude, l'altitude, l'heure UTC, etc. des satellites sous forme de chaîne

¹⁰ Puce qui facilite la communication via le port série d un ordinateur en utilisant le protocole RS-232C

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¹¹ Un format de données standard pris en charge par tous les fabricants de GPS, tout comme ASCII est la norme pour les caractères informatiques.

NMEA¹¹. Cette chaîne doit être analysée pour extraire les informations que nous souhaitons utiliser.[39]

Le récepteur GPS reçoit des signaux d'information des satellites GPS et calcule sa distance par rapport aux satellites. Cela se fait en mesurant le temps nécessaire au signal pour voyager du satellite au récepteur. Ci-dessous voici comment ça marche :

Figure 2.12 Calcul de distance GPS

Distance = speed * time

Où,

Vitesse = Vitesse du signal radio qui est approximativement égale à la vitesse de la lumière, c'est-à-dire 3*10⁸

Temps = Temps nécessaire pour qu'un signal voyage du satellite au récepteur.

En soustrayant l'heure d'envoi de l'heure de réception, nous pouvons déterminer le temps de trajet.

Pour déterminer la distance, le satellite et le récepteur GPS génèrent simultanément le même signal de pseudocode.

Le satellite transmet le pseudocode ; qui est reçu par le récepteur GPS.

Ces deux signaux sont comparés et la différence entre les signaux est le temps de trajet.

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Maintenant, si le récepteur connaît la distance de 3 satellites ou plus et leur emplacement (qui est envoyé par les satellites), alors il peut calculer son emplacement en utilisant la méthode de trilatération¹²[40] .

Description du brochage

GND : Terre ;

VCC : Alimentation 3,3 V - 6 V ;

TX : Transmettez des données en sérié qui donnent des informations sur l'emplacement, l'heure, etc.

RX : Recevoir des données en série. Il est requis lorsque nous voulons configurer le module GPS.

2.8 Solution retenue pour le choix du matériel et logiciel

Apès avoir fait une étude comparative sur les microcontrôleurs nous avons opté pour arduino Uno qui répond le mieux à nos attentes sur les besoins fonctionnels, il possède déjà le convertisseur analogique numérique que la raspberry ne possède pas. Alors au lieu de chercher le module ADC pour le relier a Raspberry nous jugions bon d'utiliser carrément arduino pour connecter nos capteurs analogiques et les programmer :

Arduino est beaucoup plus temps réel, sa particularité est qu'il a plus de ports d'entrée/sorties qui fonctionnent sur 5 volts qui le rend aussi souple. Son filialisation de développement IDE Arduino pour ensuite écrire un programme en C++ et nous pouvons l'envoyer sur l Arduino par un câble USB. L arduino est généralement utilisé dans les projets électroniques et de robotiques contrairement au raspberry pi qui est un miniordinateur et est beaucoup plus puissant qu'un Arduino. Puisque il nécessite un Operating system, la raspberry pi est souvent basée sur le software et il est plutôt idéal pour faire un émulateur, serveur.

Concernant le choix de la technologie sans fil nous optons pour la propagation libre dans laquelle nous retrouvons la technologie sans fils LoRa, elle offre un service bien fiable, simple et sa portée est encore plus élevée comparativement à la technologie Zigbee et Wifi cité ci haut.

Nous signalons que le choix de la technologie LoRa doit être utilisé dans la pratique au sein de la ferme espoir vu qu'elle possède une longue portée comme nous l'avions indiqué dans le tableau ci-dessous mais vu que nous ne possédons pas ce module pour notre

¹² Est une méthode mathématique permettant de déterminer la position relative d'un point en utilisant la géométrie des triangles tout comme la triangulation. Mais contrairement à cette dernière, qui utilise les angles et les distances pour positionner un point, la trilatération utilise les distances entre un minimum de deux points de référence.

ETUDE E T CONCEPTION D U S Y S T E M E Page |36

implémentation, nous sommes amenés à simuler avec le module Wi-Fi question de présenter la démonstration.

Pour le choix de notre serveur, nous avons choisi ThingSpeak parce qu'il est plus adapté pour le projet IoT¹³ et interagit facilement avec les capteurs arduino et autre, il possède un tableau de bord et il est facile à manipuler. Il est le mieux adapté pour notre projet.

2.5 Conclusion partiel

Dans ce chapitre nous avons présenté d'une manière accourci une vue d'ensemble du système par le schéma bloc. Et sur base de cela, nous avons pu faire le choix des composants convenables pour chaque bloc plus spécialement le choix technologique que nous avons choisi pour Arduino qui va constituer le centre de décisions que nous allons implémenter dans notre troisième chapitre.

¹³ Internet des objets

IMPLEMENTATION E T MATERIALISATION D E L A

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