Les réalisations SIGECC (Système d'Information et de GEstion pour Camping Car) et SIGED (Système d'Information et de GEstion Domotique) sont de conception identique. Elles se différencient par l'alimentation (220 VAC pour les réalisations SIGED et 12 VDC pour les réalisations SIGECC) ainsi que par leurs fonctions; SIGECC s'adapte à l'environnement d'un camping-car alors que SIGED s'adapte à l'environnement d'une habitation (domotique). Les réalisations présentées sont, au stade actuel, parfaitement fonctionnelles et permettent l'ajout ou le retrait de modules microcontrôleurs et de capteurs de manière simple si on a bien compris le principe de fonctionnement de chaque composant et des paramètres nécessaires pour la transmission des données.
Le principe de fonctionnement s'étale sur trois niveaux (composants):
Acquisition des données / pilotage
Nous débutons (en bas) par les capteurs, aussi nommés senseurs et les actionneurs.
Les capteurs ont pour fonction de mesurer des grandeurs physiques, tels que température, humidité, poids, courant, tension, inclinaison etc. Les capteurs utilisés sont facile à se procurer et fonctionnent sur un bus I2C (4 fils compris alimentation) ou One Wire (3 fils compris alimentation), donc simple à connecter aux microcontrôleurs ESP8266. Il existe aujourd'hui des capteurs pour mesurer quasiment toutes les grandeurs physiques; vous serez étonnés par les possibilités et la précision de ceux-ci.
Quelques capteurs utilisés dans les projets (non exhaustif).
En ce qui concerne les actionneurs, les semi conducteurs (MOSFET, triacs, etc.) sont privilégiés par rapport aux relais car ils sont pratiquement inusables; de plus, des circuits MOSFET "prêt à l'emploi" sont faciles à trouver, bon marché, robustes et permettent de piloter des courants DC élevés (10 - 150 A selon modèle). Des relais mécaniques peuvent évidemment être utilisés, avec les inconvénients qu'on leur connaît.
Microcontrôleurs ESP8266
L'ESP8266 est un circuit intégré à microcontrôleur qui intègre la norme Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n avec possibilité d'authentification par mot de passe WEP ou WPA/WPA2 sur un réseau WI-Fi 2,4 gHz. Il est développé par le fabricant chinois Espressif. Il peut se connecter à un réseau Wi-Fi et établir des connexions TCP/IP. Il se base sur un microcontrôleur intégré Tensilica L106 ultra-basse consommation 32 bits. Il en existe de nombreuses versions, nos réalisations se limitent à quelques versions adéquates qui seront présentées par la suite. Le prix modéré de ces circuits (quelques francs) allié aux possibilités, simplicité d'emploi et faible consommation les rendent incontournables dans le domaine des objets connectés. La transmission des données par Wi-Fi permet d'éviter un câblage conséquent et simplifie l'installation.Les bibliothèques disponibles permettent de les rendre opérationnels avec quelques lignes de programme.
Routeur Wi-Fi
L'ESP8266 utilise exclusivement la bande 2,4 GHz, à un taux de transmission qui dépend de la sensibilité de l'installation, mais inférieur à 100 Mbit/s, cela suffit amplement pour transmettre des données telles qu'utilisées dans nos réalisations. Les caractéristiques minimales du routeur Wi-Fi sont donc simple, il doit permettre l'accès à la bande 2,4 Ghz avec un taux de transmission inférieur a 100 Mbit (l'utilisation d'un ancien routeur WiFi limité à 50 Mbit fonctionnera très bien). Pour l'organisation et la fiablité du réseau, le routeur doit permettre la réservation d'adresse IP (obtention d'adresses IP statiques sur le réseau local). Pour SIGECC, un routeur 4G (avec carte SIM) permettra d'accéder au serveur depuis internet, dans l'alternative SIGECC ne sera atteignable que sur l'extension du réseau Wi-Fi du camping-car (réseau local).
La carte Mère (unité centrale) et les logiciels associés
L'acquisition de la carte Mère mérite quelques réflexions, les réalisations ne nécessitent pas de CPU très puissant, un CPU à deux coeurs avec 4 Go RAM suffit amplement pour l'exploitation des réalisations présentées. Toutefois, si vous prévoyez d'utiliser des logiciels video, pour la surveillance par exemple, un CPU à 4 coeurs avec 8 Go RAM peut être envisagé mais sera plus gourmand en énergie. Idéalement la carte Mère sera équipée d'interfaces MSATA et/ou M2 pour gagner de la place avec un disque SSD au format MSATA et/ou d'une interface Wi-Fi sur connecteur M2. Ce modèle de carte Mère, initialement prévu pour PC portable de la génération windows 7, avec une faible consommation d'énergie (9 - 15 W selon les choix techniques), est facile à trouver (occasion) pour un coût modéré.
Exemple de carte-mère format ITX avec CPU INTEL à 4 coeurs/4threads consommant 13W en moyenne, équipée de connecteurs MSATA et M2.
Les réalisations sont développées sur la base d'un système d'exploitation (OS) LINUX Ubuntu, tous les OS LINUX peuvent être utilisés, cependant les explications données sur ce site se basent uniquement sur Ubuntu (édition 24.04 au moment de l'élaboration de cet article). Les logiciels suivants sont nécessaires (open-source):
- APACHE (serveur)
- PHP
- MySQL ou MariaDB
- InfluxDB
- PHPMyAdmin (facilite la gestion de MySQL / MariaDB)
- Libreoffice (les documents des projets sont écrits avec Libreoffice)
- Webmin (facilite la gestion du système)
- IDE Arduino (pour la programmation des ESP8266)
- Visual Studio Code (pour modifier les pages WEB), l'extension PlatformIO peut aussi être utilisée pour la programmation des ESP8266
La programmation des microcontrôleurs ESP8266
Les programmes sont appelés "sketch" et sont disponibles sur ce site en téléchargement. les algorithmes suivent un schéma de base et peuvent facilement être adaptés à chaque besoin spécifique. Le chargement des sketchs s'effectue par un port USB avec l'IDE Arduino ou VS Code / PlatformIO; ces procédures seront expliquées dans un autre chapitre..