Systeme D'irrigation [PDF]

Zitiervorschau

République Tunisienne

Projet de Licence fondamentale en STIC Sciences et Technologies

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

ProjetTutoré Présenté à

L’Institut Supérieur d’Informatique Et de Mathématique de Monastir En vue de l’obtention du diplôme de

LICENCE FONDAMENTAL En science et technologie de l’informatique et de communication

Etude et Réalisation d’un système d’irrigation automatique Réalisé par

Muhammad Hédi BOUROUIS Ali MALLAT Soutenu le 04 Juin 2015, devant le jury composé de :

M.

Mourad BIIRA

Président

M.

Fathi BESBES

Encadreur

M.

Skander DOUSS

Encadreur

Année Universitaire : 2014-2015

Remerciement C’est avec grand plaisir que nous réservons ces quelques lignes en signe de gratitude et de profonde reconnaissance à l’égard de tous ceux qui nous ont aidés à la réalisation de notre projet de fin d’étude. En premier lieu, nous tenons à remercier Dieu qui nous a aidées à accomplir ce travail. Nos gratitudes s’adressent à nos encadreurs monsieur Skander DOUSS et monsieur Fethi BESBES qui nous ont permis de mener à terme ce travail, par ses soutiens, ses précieux conseils et ses bien vaillances et qui a supervisé avec une claire voyance et rigueur la préparation de ce projet tutoriel pour l’obtention d’un diplôme de Licence en Sciences et Technologie des Informations et Communications. Nous adressons tous nos remerciements à tous nos enseignants pour leurs précieux conseils, leurs soutiens et leurs remarques pertinentes qui nous ont permis de mener au terme ce projet. Par ailleurs, un grand merci à nos professeurs de l'Institut Supérieur de Mathématique et Informatique de Monastir qui nous ont orientés par leurs recommandations tout au long de nos études. Nous tenons à exprimer nos profondes reconnaissances et nos remerciements à tous ceux et celles qui ont contribué et assisté, de près ou loin, lors de l’élaboration de ce projet et nous n’oublions pas de remercier nos familles de leurs soutiens moraux. Nos remerciements s'adressent également à tous les membres de jury qui nous ont accordé l'honneur d'évaluer et de juger ce projet.

Systéme d’irrigation automatique

i

Dédicaces Je dédie cet humble travail, A celle qui m’a toujours soutenu, supportant mes sauts d’humeur et mon stress, inconditionnellement présente auprès de moi, ma maman Mahasen , A mon cher papa Taoufik, sans qui je ne serai jamais arrivé là, cet homme qui a toujours su être présent pour moi, à tout moment et en toutes circonstances, faisant tous les sacrifices possibles, soucieux toujours de me propulser vers le meilleur, un très grand merci papa, A mon adorable sœur, qui a toujours été là pour moi, qui, dès mon enfance a su me comprendre et m’instruire, merci Oumayma. A mon petit frère, avec qui j’ai toujours partagé ma vie, des acquis que je n’aurais jamais su avoir sans toi, merci Slim, A mes encadreurs :Mr. Skander DOUSS et Mr.Fathi BESBES, qui ont cru en moi et n’ont jamais hésité à m’aider tout au long de ce travail, A tous mes amis, vous qui ensoleillez ma vie, et avec qui j’ai ce très grand plaisir de partager des instants de bonheur continu,

Muhammad hédi

Systéme d’irrigation automatique

ii

Dédicaces Je remercie avant tout ALLAH le tout puissant qui m'a donné les capacités physique et intellectuelles nécessaires à la réalisation de ce projet de fin d'études Je dédie ce travaille à mes chers parents Amel et Abdelaziz Autant de phrases et d’expressions aussi éloquentes soient-elles ne sauraient exprimer ma gratitude et ma reconnaissance. Vous avez su m’inculquer le sens de la responsabilité, de l’optimisme et de la confiance en soi face aux difficultés de la vie. Vos conseils ont toujours guidé mes pas vers la réussite. Votre patience sans fin, votre compréhension et votre encouragement sont pour moi le soutien indispensable que vous avez toujours su m’apporter. Je vous dois ce que je suis aujourd’hui et ce que je serai demain et je ferai toujours de mon mieux pour rester votre fièrté et ne jamais vous décevoir. Que Dieu, le tout puissant, vous préserve, vous accorde santé, bonheur, quiétude de l’esprit et vous protège de tout mal. A mes fréres Youssef, Hamza et Ayoub En leurs espérant le plein succès dans leur vie Et à toute ma famille À tous mes fidèles amis, à tous ceux que j’aime, et à tous ceux qui me sont chers. À tous ceux qui ont de près ou de loin participé à ma formation. Que Dieu vous garde

Ali

Systéme d’irrigation automatique

iii

Sommaire

Introduction générale ............................................................................................................ 1 Chapitre 1: ............................................................................................................................ 2 Présentation et problématique d’un système d’irrigation automatique ................................ 2 I.

Introduction : ............................................................................................................ 3

II.

Cadre du projet ......................................................................................................... 3

III. Les objectifs à réaliser dans notre projet.................................................................. 3 IV. V.

Cahier de charges: ................................................................................................ 4 l' irrigation ................................................................................................................ 4

1.

Definition ............................................................................................................. 4

2.

Les systèmes d'irrigation automatique actuelles .................................................. 4

3.

Une technique d'irrigation intelligente ................................................................. 5

VI.

L’interret de l’automatisation du système d’irrigation ........................................ 6

1.

Économie d’eau . .................................................................................................. 6

2.

Économie de temps . ............................................................................................ 6

3. Économie d’argent et d’équipement ......................................................................... 7 4. Économie de fertilisant ............................................................................................. 7 5. Respect de l’environnement ...................................................................................... 7 VII.

Description de la technologie d’irrigation ............................................................ 7

VIII.

Conclusion ............................................................................................................ 8

Systéme d’irrigation automatique

iv

Chapitre 2: ............................................................................................................................ 9 Etude du système d’irrigation automatique .......................................................................... 9 I.

Introduction ............................................................................................................ 10

II.

Description complète du système .......................................................................... 10 1.

Schéma synoptique ............................................................................................. 10

2.

L'organigramme du fonctionnement du système d’irrigation ............................ 11

III. Analyse fonctionnelle du système d’irrigation ..................................................... 12 3.

Traitement des données ...................................................................................... 13

1.

Détection d’humidité De sol ............................................................................. 15

2.

Indication sur l’état de sol .................................................................................. 16

3.

Détection de niveau d’eau dans le réservoir ....................................................... 17

Niveau d’eau faible .................................................................................................... 19 4.

Activation de la pompe à eau ............................................................................. 19

5.

La partie puissance et la partie commande ......................................................... 22

IV.

Conclusion .......................................................................................................... 23

Chapitre 3 ........................................................................................................................... 24 Conception d’un prototype du système d’irrigation automatique ...................................... 24 I.

Introduction ............................................................................................................ 25

II.

Programmation du Arduino .................................................................................. 25

III. Validation de l’application par simulation ............................................................. 25 IV.

Réalisation et validation pratique ....................................................................... 27

Systéme d’irrigation automatique

v

1.

Les tests sur plaque à essais ............................................................................... 27

2.

Routage............................................................................................................... 30

3.

Réalisation de la carte......................................................................................... 32

V.

Conclusion ............................................................................................................. 33

Conclusion générale ........................................................................................................... 34 Bibliographie ...................................................................................................................... 36

Systéme d’irrigation automatique

vi

Table de Figures Figure 1: Exemple du systéme d'irrigation automatique actuelles ....................................... 5 Figure 2 : Schéma explicatif de l'installation du système total ............................................ 6 Figure 3: Schéma synoptique ............................................................................................. 10 Figure 4: Organigramme de fonctionnement ..................................................................... 11 Figure 5: La carte Arduino UNO ....................................................................................... 13 Figure 8 : capteur d’humidité du sol .................................................................................. 15 Figure 9 : caractéristique technique.................................................................................... 16 Figure 10 : Symbole de la diode LED ................................................................................ 16 Figure 11 : Diagramme d’opération ................................................................................... 18 Figure 12 : buzzer piézoélectrique ..................................................................................... 19 Figure 13 : pompe à eau ..................................................................................................... 20 Figure 14 : description schématique ................................................................................... 21 Figure 15 : Relais module .................................................................................................. 22 Figure 16 : circuit interne ................................................................................................... 22 Figure 17 : Simulation ISIS ................................................................................................ 26 Figure 18 : Cas du saturation de la plante .......................................................................... 27 Figure 19 : Cas d’humidité moyenne ................................................................................. 28 Figure 20 : Cas de la sècheresse ......................................................................................... 29 Figure 21 : Cas d’une citerne vide...................................................................................... 30 Figure 22 : Schémas de routage sur ARES ........................................................................ 31 Systéme d’irrigation automatique

vii

Figure 23 : Vision 3D du circuit ......................................................................................... 31 Figure 24 : Circuit imprimée .............................................................................................. 33 Figure 25 : Commande à distance ...................................................................................... 35

Systéme d’irrigation automatique

viii

Introduction générale L’or bleu (L’eau) constitue un élément important voire vital à la vie de la plante. L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à des végétaux cultivés. Une irrigation inadaptée ou mal conçue peut être source de beaucoup de problèmes. La sous-irrigation ou donner juste l’eau nécessaire pour les plantes augmente le risque de salinisation. La sur-irrigation peut être source de propagation de pathogènes et les polluants dans les cultures. Alors, il est important de suivre le taux d’humidité de manière à conserver au maximum les plantes en vie, car chaque plante a besoin d’un taux d’humidité spécifique. Les besoins croissants en précision et les exigences toujours plus grandes en termes de performance, d’optimisation et d’automatisation ont pleinement investi le domaine d’irrigation et d’arrosage qui doit s’appuyer sur un panel d’outils liés à la gestion et au traitement de l’information. Engins agricoles, suivis en culture, pilotage des intrants, gestion des exploitations… reposent ainsi sur l’utilisation d’instruments de mesure, de sondes, de capteurs, de systèmes embarqués… Quant aux informations produites, elles transitent via des réseaux, sont compilées dans des bases de données, sont organisées et traitées grâce à des logiciels de gestion de projet ou de production… La conception de ces nouveaux systèmes et l’adaptation de ces technologies au monde agricole et les espaces verts

font appel à une double compétence : la maîtrise de

l’informatique et de l’électronique, combinée à la connaissance des caractéristiques des plantes. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce projet de Système d’irrigation automatique afin de concevoir une solution technologique, sophistiquée et appréhendable permettant de faciliter la tache de surveillance des plantes et d’assurer la bonne gestion de notre ressource vital.

Ce rapport sera présenté en trois parties principales. La première partie sera la présentation du sujet. La deuxième partie sera la description du matériel et l’environnement de travail, la troisième partie sera la description l’étude réalisée et du travail effectué.

Systéme d’irrigation automatique

Page 1

Chapitre 1: Présentation et problématique d’un système d’irrigation automatique

Systéme d’irrigation automatique

Page 2

I.

Introduction : L’objectif de ce chapitre introductif est de mettre le travail accompli dans son contexte

général. Tout d’abord, nous commencerons par présenter le cadre du projet, ses objectifs et son cahier de charges. Ensuite, nous présenterons notre t les techniques d'irrigation actuelles. Enfin, nous citerons Milieux associés au système d'irrigation automatique.

II.

Cadre du projet Notre projet « Prototype d’un système d'irrigation automatique » a été réalisé dans le but

de répondre à un ensemble de besoins qui spécifient précisément les services demandés et attendus par l’utilisateur. Ces services, qui sont regroupés sous les termes "économique", "intelligent" et "automatique "concernent principalement le confort ( faciliter la tâche d'irrigation en optant pour un processus automatisé), l'économie d'eau(Arroser sans gaspillage)... En effet, notre système permet de piloter de façon simple un ensemble d’équipements électriques notamment la pompe à eau, les LED(s) d'indication d'etat du sol et le système d’alarme. De plus l’utilisateur peut commander la pompe manuellement à travers un switcheur, dans le cas ou le capteur d'humidité de sol tombe en panne. Dans le cadre du projet tutoriel, en vue d'obtention du diplôme de Licence en Science et Technologie des Informations et Communications à l'Institut Supérieur de Mathématique et Informatique de Monastir (ISIMM), nous nous proposons de réaliser un système d'irrigation

automatique à base d’une carte Arduino UNO.

III.

Les objectifs à réaliser dans notre projet

Notre projet a pour objectifs de : - L'amélioration de la gestion des ressources en eau dans secteur agricole permettrait de diminuer de beaucoup la consommation d'eau totale. - La gestion automatique d’eau à partir de la pompe .

Systéme d’irrigation automatique

Page 3

- l’assurance d’une communication de très hauts débits entre les différents capteurs à fin de fournir des informations en temps réels sur état des plantes et le niveau d'eau dans le réservoir. - Eviter plusieurs problèmes liés à l'arrosage des plantes quotidiennement qui deviendra un peu fatiguant en notant que quand elles manquent d'eau, la plante peut se faner, se dessécher et mourir.

IV.

Cahier de charges:  Afin de concrétiser le projet, on va passer par les étapes suivantes :  Etude générale de systéme d'irrigation.  Etude des composants à utiliser.  Etude du fonctionnement de chaque partie du système d'irrigation automatique.  Réalisation et conception du projet.  Test du fonctionnement du projet

V.

l' irrigation

1. Definition L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à des végétaux cultivés pour en augmenter la production et permettre leur développement normal, en cas de déficit d'eau induit par un déficit pluviométrique, un drainage excessif ou une baisse de nappe, en particulier dans les zones arides.

2. Les systèmes d'irrigation automatique actuelles La plus part des systèmes d'arrosage automatique n'est rien d'autre qu'un système d'arrosage commandé par un programmateur (comme il est indiqué dans la figure 1). L'arrosage est déclenché automatiquement par le programmateur aux jours et heures voulus, pour la durée programmée, sans intervention humaine.

Systéme d’irrigation automatique

Page 4

Figure 1: Exemple du systéme d'irrigation automatique actuelles

3. Une technique d'irrigation intelligente L'irrigation est essentielle pour les tout les types des plantes, qui ont besoin d'eau pour pousser et mûrir. Or, un système d'irrigation automatique déclenchée par minuteur risque de fournir trop d'eau par rapport aux besoins. Les capteurs d'humidité du sol permettent de réduire le nombre de plages d'irrigation. Grâce aux systèmes d'irrigation automatisés utilisant des capteurs d'humidité du sol, il est possible d'optimiser l'utilisation de la ressource en maintenant l'humidité du sol à un niveau optimal. Les agriculteurs doivent compter avec des pluies très faibles et sporadiques, conjuguées à des conditions climatiques extrêmes. Difficulté supplémentaire: le sol sableux retient très difficilement l'eau. Si la quantité d'eau présente ne suffit pas pour les besoins des végétaux, ceux-ci souffrent de stress hydrique. Leur qualité risque d'en souffrir ou — en cas de grave pénurie d'eau — le végétal risque de mourir. C'est pourquoi l'irrigation est une pratique courante. La plupart des capteurs d'humidité du sol sont conçus pour estimer le contenu volumétrique en eau, sur la base du constant diélectrique (permittivité de masse) du sol. La constante Systéme d’irrigation automatique

Page 5

diélectrique définit la capacité du sol à transmettre l'électricité — elle augmente à mesure que la teneur du sol en eau augmente. Si l'on définit des valeurs de référence de la constante radioélectrique en fonction de ce concept, la teneur en eau à la capacité au champ (limite supérieure du régime) représente une disponibilité de 100% de l'eau pour la croissance des cultures, tandis que la teneur en eau au point de flétrissement (limite inférieure du régime) représente une disponibilité de 0%.

Figure 2 : Schéma explicatif de l'installation du système total

VI.

L’interret de l’automatisation du système d’irrigation

1. Économie d’eau De plus en plus ce point devient le plus important et plus préoccupant car, nous avons qu’à penser à nos ressources qui s’épuisent de jour en jour, de là l’importance du calibrage de nos systèmes selon le besoin des plantes.

2. Économie de temps Votre temps est précieux, un système d’arrosage automatique bien pensé vous aiderait certainement à oublier les longues soirées passées avec vos boyaux.

Systéme d’irrigation automatique

Page 6

3. Économie d’argent et d’équipement Terminé le rituel annuel de courir les spéciaux pour choisir de nouveaux boyaux, pistolets, girouettes, etc.

4. Économie de fertilisant En utilisant un arrosage équilibré selon le besoin des plantes, ainsi qu’en empêchant le ruissellement de l’eau, vous maximisez les effets des fertilisants sur les plantes

5. Respect de l’environnement Par un arrosage équilibré, vous aidez les pesticides fongicides et herbicides à mieux performer.

VII.

Description de la technologie d’irrigation Il y a de plus en plus de réglementations environnementales qui visent une utilisation de l’eau plus efficace et qui visent à réduire les risques de pollution en agriculture ainsi qu’en production en serre. Les fertilisants utilisés avec les systèmes d’irrigation en serre peuvent devenir une source de pollution si les surplus d’eau ne sont pas récupérés ou recyclés. Une utilisation de l’eau plus efficace en serre pourrait diminuer les surplus d’arrosage, le lessivage et le ruissellement, et réduire ainsi les pertes attribuables aux fertilisants dans l’environnement tel que l’azote et le phosphore. L’utilisation de sondes et de capteurs d’humidité dans les substrats pourrait permettre d’utiliser l’eau de façon plus efficace. Il existe une panoplie de sondes ou de capteurs d’humidité adaptés pour la production en serre. Ces sondes permettent d’améliorer l’uniformité de la quantité d’eau contenue dans les substrats et permettent aussi de régler l’automatisation des systèmes d’irrigation quant à la quantité d’eau utilisée par la plante au lieu d’être basé sur le temps (minuterie). Les systèmes d’irrigation qui fonctionnent

avec

environnementaux

des tels

minuteries que

ne

l’humidité,

tiennent la

pas

compte

température,

la

des

facteurs

ventilation

et

l’ensoleillement qui peuvent tous influencer l’absorption de l’eau par la plante. Les sondes mesurant l’humidité peuvent augmenter l’uniformité de l’humidité dans les contenants mais elles peuvent aussi réduire la quantité d’eau utilisée. Les tensiomètres sont utiles comme outils de recherche mais il est difficile de les utiliser en production en serre car les contenants sont parfois trop petits et la porosité des substrats employés est très grande. Depuis une dizaine d’années, il existe de nouveaux appareils pour mesurer l’humidité du sol, ce sont des appareils 2 mesurant la constante diélectrique.

Systéme d’irrigation automatique

Page 7

Ces capteurs d’humidité déterminent la teneur en eau volumétrique (pourcentage du volume du terreau occupé par l’eau) en mesurant la constante diélectrique du terreau. Certains modèles peuvent être utilisés manuellement pour faire des vérifications rapides dans différents contenants ou ils peuvent être placés en permanence dans un pot. Il existe aussi des modèles qui peuvent être connectés avec les systèmes de contrôle informatique et ainsi ajuster l’irrigation selon les données récoltées par les capteurs.

VIII.

Conclusion

Tout au long de ce chapitre, nous avons pu définir le cadre général de notre projet et ses objectifs, à présenter le cahier des charges proposé et introduire les bénéfiques du système d'irrigation. Nous allons par la suite étudier les fonctions à réaliser dans chaque bloc du système. Enfin, la réalisation du modèle du prototype d'un système d'irrigation automatique qui sera présentée.

Systéme d’irrigation automatique

Page 8

Chapitre 2: Etude du système d’irrigation automatique

Systéme d’irrigation automatique

Page 9

I.

Introduction Au sein de ce deuxième chapitre on va s'intéresser à la partie théorique du système En effet, notre étude sera portée sur la description complète du système et les schémas synoptiques qui vont présenter la totalité du système en expliquant les différentes opérations à affecter par ce dernier. Ainsi que le fonctionnement des matériels, les caractéristiques et les conceptions internes de chaque composant électronique à utiliser.

1. Schéma synoptique

Alerte: si le niveau d’eau est faible : Sortie numérique

Détection d’humidité du sol : Entrée analogique Traitement des données Détection de niveau d’eau : Entrée numérique

Indication sur l’etat du sol : Sortie numérique

Distribution d’eau: Sortie numérique

Figure 3: Schéma synoptique

Ce schéma présente la conception de notre application, il illustre les connexions entre le microcontrôleur et les Entrées/Sorties.

Systéme d’irrigation automatique

Page 10

2. L'organigramme du fonctionnement du système d’irrigation

Figure 4: Organigramme de fonctionnement

Systéme d’irrigation automatique

Page 11



valeur délivré par le capteur d’humidité (constant diélectrique) :



Signification par led : Couleur Vert

Jaune

Rouge

1

0

0

1

2

0

1

0

4

1

0

0

Signification (S)

 Dans ce logigramme on a présenté les différentes étapes de fonctionnements de notre système. L’Arduino, comme on a mentionné dans le chapitre précédent possède 14 entrées/sorties numériques, dont 6 peuvent produire des signaux PWM, et 6 entrées analogiques :

II.

-

Le Buzzer est branché au pin 2

-

Les 3 leds vert, jaune, rouge sont respectivement branchées au pin 3, 4, 5

-

Le Flotteur est branché au pin 6

-

Le Relais est branché au pin 7

-

Le capteur d’humidité de sol est branché au pin A1

Analyse fonctionnelle du système d’irrigation Dans cette partie on va étudier le fonctionnement du système bloc par bloc. Alors on fera une analyse fonctionnelle de chaque bloc.

Systéme d’irrigation automatique

Page 12

3. Traitement des données Le systéme est munie d’une carte Arduino comme unité de traitement des données, c’est le cerveau. a. La carte Arduino UNO L'Arduino UNO est une carte microcontrôleur basée sur l'ATmega328. Il dispose de 14 broches numériques d'entrée / sortie (dont 6 peuvent être utilisées comme sorties PWM), 6 entrées analogiques, un 16 MHz résonateur céramique, d'une connexion USB, une prise d'alimentation, un connecteur ICSP, et un bouton de réinitialisation comme le montre la figure 5. Cette carte contient tout le nécessaire pour soutenir le microcontrôleur; tout simplement la connecter à un ordinateur avec un câble USB.

Figure 5: La carte Arduino UNO

b. Caractéristiques de la carte Arduino UNO La carte Arduino UNO possède comme caractéristiques  Microcontrôleur : ATmega328  Tension d'alimentation interne = 5V tension d'alimentation (recommandée)= 7 à 12V, limites =6 à 20 V  Entrées/sorties numériques : 14 dont 6 sorties PWM 

Entrées analogiques = 6

Systéme d’irrigation automatique

Page 13



Courant max par broches E/S = 40 mA



Courant max sur sortie 3,3V = 50mA Mémoire Flash 32 KB

  

Mémoire SRAM 2 KB mémoire EEPROM 1 KB



Fréquence horloge = 16 MHz

  

Dimensions = 68.6mm x 53.3mm La carte s'interface au PC par l'intermédiaire de sa prise USB. La carte s'alimente par le jack d'alimentation (utilisation autonome) mais peut être alimentée par l'USB (en phase de développement par exemple).

La figure 6 représente les caractéristiques de la carte Arduino UNO :

Figure 6: Les caractéristiques de la carte Arduino UNO

c. Les advantages La technologie Arduino présente ces avantages : 

Environnement de programmation clair et simple.



Multiplateforme : tourne sous Windows, Macintosh et Linux.



Nombreuses librairies disponibles avec diverses fonctions implémentées.



Logiciel et matériel open source et extensible.



Nombreux conseils, tutoriaux et exemples en ligne (forums, site perso etc...)



Existence de « shield » ou boucliers: ce sont des cartes supplémentaires qui se connectent sur le module Arduino pour augmenter les possibilités (par exemple: afficheur graphique couleur, interface Ethernet, GPS, Bluetooth… etc.).

Systéme d’irrigation automatique

Page 14

1. Détection d’humidité De sol Dans ce bloc on va assure la détection d’humidité de sol de notre plante à travers le capteur présenter ci-dessous dans la figure 7.

Figure 7 : capteur d’humidité du sol

a. Description Ce capteur permet de mesurer le taux d'humidité présent dans le sol. Et bien sûr il est compatible avec Arduino! La mesure est basée sur la résistivité naturelle du sol qui varie en fonction de son taux d'humidité. Enfoncez les sondes dans le sol, reliez le pin Vcc du capteur au 5V ou 3.3V de votre microcontrôleur,

GND

à

la

masse

et

le

pin

SIG

à

une

entrée

ADC.

La résistance entre les deux sondes diminue lorsque le taux d'humidité augmente. La variation du taux d'humidité du sol peut alors être lue sur le pin ADC d'un microcontrôleur: la valeur analogique de sortie du capteur augmente lorsque le taux d'humidité augmente et inversement.

Systéme d’irrigation automatique

Page 15

b. Caractéristiques techniques

Figure 8 : caractéristique technique

2. Indication sur l’état de sol Il y a plusieurs type d’interface homme machine (IHM) qui peut assurer l’indication d’état de sol par exemple les afficheurs LCD, mais dans notre cas on s’intéressent d’utiliser une simple composante présentée dans la figure 12, c’est la diode électroluminescente.

Figure 9 : Symbole de la diode LED

c.

Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente, est un composant opto-électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Elle ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une diode classique, l'inverse étant le sens bloquant) et produit un rayonnement monochromatique ou poly-chromatique non cohérent à partir de la conversion d’énergie électrique lorsqu'un courant la traverse

Systéme d’irrigation automatique

Page 16

3. Détection de niveau d’eau dans le réservoir Le niveau faible d’eau dans la citerne sera détecté par un flotteur présenté dans la figure 5.

Figure5: flotteur

a. Principe de fonctionnement > Par défaut : Si le flotteur est fixé en haut de la cuve avec le flotteur vers le bas - Il est en mode NF (Normalement Fermé) Position initiale : La partie flotteur est vers le bas, (NF / Circuit Fermé) Changement de position : Quand le niveau du liquide va monter, le flotteur monte et Ouvre

le

Circuit

(va

donc

Couper

le

contact).

> Possible : Si le flotteur est fixé en bas de la cuve avec le flotteur vers le haut - Il est en mode NO (Normalement Ouvert) - La partie flotteur est vers le haut (en position basse), quand le niveau du liquide va monter, le flotteur monte et Ferme le circuit (va donc Actionner le contact).  Le diagramme d’opération représenté par la figure ci-dessous illustre le mécanisme de fonctionnement de ce flotteur en dépend du niveau d’eau.

Systéme d’irrigation automatique

Page 17

Figure 10 : Diagramme d’opération

c. Spécifications 

type: normalement fermé



commande: o

état 'on': de 9.0 à 13.7mm

o

état 'off': de 4.0 à 12.0mm



courant de coupure: 1.0A CC max.



puissance de coupure: 10VA max.



résistance de contact: 150m ohm max.



matériau de contact: rhodium



enclenchement/déclenchement: 0.6ms/0.1ms max.



tension max.: 100VCC



tension de claquage: 250VCC



température de travail: 0 à +70°C



matériaux: polyamide, mousse polypropylène et caoutchouc



longueur du câble: 70mm

Systéme d’irrigation automatique

Page 18

Niveau d’eau faible La figure 11 montre le bipeur (buzzer) qui va déclencher une alarme ce qui alerte l’utilisateur pour remplir la citerne vide.

Figure 11 : buzzer piézoélectrique

a. Description Bipeur (en

anglais beeper ou buzzer)

est

un

élément

électromécanique

ou

piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand on lui applique une tension : le bip. Certains nécessitent une tension continue, d'autres nécessitent une tension alternative. Dans notre cas on va utiliser un buzzer piézoélectrique avec un oscillateur intégré, il s'agit simplement de l'assemblage dans un même boîtier, d'un transducteur piézo-électrique et d'une électronique de commande (générateur de signal rectangulaire). Le tout s'alimente alors avec une simple tension continue, généralement comprise entre 3V et 20V, et requiert un courant compris entre 10 mA et 30 mA (la consommation du buzzer dépend principalement de la tension utilisée). La mise en œuvre d'un tel buzzer devient donc aussi facile qu'avec un buzzer électromécanique.

4. Activation de la pompe à eau L’irrigation sera effectué à l’aide d’une pompe à eau comme le montre la figure 12 ayant pour rôle de déplacer l’eau de la citerne vers la plante.

Systéme d’irrigation automatique

Page 19

Figure 12 : pompe à eau

a. Description et principe de fonctionnement Les pompes répondent toutes au même besoin : déplacer un liquide d’un point à un autre. Pour déplacer ce liquide, il faut lui communiquer de l'énergie. Les pompes remplissent cette fonction. Le moteur qui alimente les pompes transforme l'énergie électrique en énergie mécanique pour permettre le mouvement des organes des pompes. Cette énergie mécanique est retransmise au fluide. Cette énergie fluide se traduit sous forme de débit (énergie cinétique) et de pression (énergie potentielle). Ces énergies vont s'échanger et se consommer dans les circuits de l'installation. b. Caractéristiques générales 

Cylindrée théorique

C'est le volume de fluide déplacé par unité de mouvement (un aller-retour pour les pompes rectilignes, un tour pour les pompes rotatives). La cylindrée se note 

et s'exprime en m³ / mouvement.

Fréquence

C'est le nombre de mouvements du moteur entraînant la pompe par unité de temps. La fréquence se note

et s'exprime mouvement / s.

Systéme d’irrigation automatique

Page 20



Débit volumique théorique

C'est le volume de fluide déplacé théorique par unité de temps. Le débit volumique théorique se note

et s'exprime en m³ / s.

c. Caractéristiques techniques 

Pression de la pompe : ±0.25 – 6 bar



Débit : ± 50 – 100 l/h



Tension d’alimentation : 12V



Courant : 2A d. Conception interne

Les composants constituants notre pompe sont indiqué par la figure ci-dessous, alors que la diréction d’eau est indiqué par la figure successive (figure 13).

Figure 13 : description schématique

Systéme d’irrigation automatique

Page 21

5. La partie puissance et la partie commande L’alimentation de la pompe est plus grande que celle de l’Arduino, alors pour protecter cette dernière contre les problèmes dû à la commutation des signaux de puissances importantes, il faut utiliser un relais comme le présenté dans la figure 14.

Figure 14 : Relais module

a. Description et principe de fonctionnement Un relais électromagnétique est un organe électrique permettant de dissocier la partie puissance de la partie commande : Il permet l'ouverture/fermeture d'un circuit électrique par un second circuit complètement isolé (isolation galvanique) et pouvant avoir des propriétés différentes. la figure suivante indique la circuit constituant le relais :

Figure 15 : circuit interne

Systéme d’irrigation automatique

Page 22

b. Caractéristiques techniques • Alimentation électrique : externe en 5V • 2 relais mécaniques avec indicateur d'état par DEL • Ports "NC" (normalement fermer) et "NO" (normalement ouvert) pour chaque relais • Peut être directement contrôlée par un large éventail de microcontrôleurs

III.

Conclusion

Ce chapitre est considéré comme une illustration détaillée sur les différents composants consacrés à la conception du notre système d’irrigation automatique. Dans la partie pratique qui suit, nous présenterons de détails de développement et la réalisation de notre projet.

Systéme d’irrigation automatique

Page 23

Chapitre 3 Conception d’un prototype du système d’irrigation automatique

Systéme d’irrigation automatique

Page 24

I.

Introduction Cette partie pratique (composé d’un seul chapitre) est consacré à la réalisation de l’application « système d’arrosage et d’irrigation automatique». Pour cette raison, plusieurs étapes ont été envisagées : Simulation sur ISIS PROFFITIONNELLE : pour valider la faisabilité et la bonne fonctionnement des circuits déjà développées théoriquement. Implémentation des circuit simulés sur la plaque à essais (plaque à trous) à fin de s’assurer de sa fonctionnement. Le Routage : Une fois la simulation est bien vérifiée, on passe à l’étape de routage en utilisant l’outil ARES. Réalisation des cartes microélectroniques en imprimant les circuits et la soudure des composants sur une carte principale (carte de commande) dont le rôle principal est de gérer les actionneurs et les capteurs afin d’atteindre l’état idéal de nos plantes. Pour réaliser cette étape, plusieurs techniques ont été utilisées: L’insolation, La révélation, La gravure, L’étamage, Perçage et soudage.

II.

Programmation du Arduino Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre et multiplateforme, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler et uploader les programmes via l'interface en ligne de commande2. Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++ 3, et lié à la bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le développement de programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maîtrisant le C ou le C++.

III.

Validation de l’application par simulation

L’ISIS est un logiciel professionnel, utilisé dans l’électronique pour simuler des circuits et

Systéme d’irrigation automatique

Page 25

créer des typons. Il est également capable de simuler le fonctionnement du PIC avec tous les périphériques de la carte de commande. L’utilisation du logiciel « ISIS » permet de mieux visualiser le bon déroulement du système ainsi que d’avoir une idée claire sur la partie matérielle et la conception des circuits imprimés. Il nous permet de limiter les essais réels. Dans cette partie on a fait la simulation sur ISIS pour tester les fonctionnements des circuits avant le test réelle.

 Cette figure représente la simulation de circuit sur ISIS :

Figure 16 : Simulation ISIS

Systéme d’irrigation automatique

Page 26

IV.

Réalisation et validation pratique Cette partie est consacrée pour les tests pratiques de circuits qu’on a utilisés.

1. Les tests sur plaque à essais On a 4 cas possible : a.

Première cas : Plante très humide Dans ce cas et comme indique la figure ci-dessous le capteur d’humidité de sol est

immergé dans l’eau, il indique un valeur entre 0 et 700 c'est-à-dire que la plante est saturée alors que la déclaration de cet état est indiqué par l’allumage de la diode led vert.

Générateur 12V Diode led vert

Buzzer

Interrupteur Microcontrôleur Pompe

Flotteur

Relais 5V Capteur d’humidité de sol

Figure 17 : Cas du saturation de la plante

Systéme d’irrigation automatique

Page 27

b. Deuxième cas : Plante d’humidité moyenne Dans ce cas aussi la plante est dans un bon état, le capteur prend un valeur entre 300 et 700 ce qui indique que le sol est humide.  Déclaration d’état par l’allumage de la diode led jaune (figure 18).

Diode led jaune

Figure 18 : Cas d’humidité moyenne

c. Troisième cas : Plante sèche Quand l’eau disparaitre, le sol devient sec et le capteur d’humidité enregistre un valeur supérieure à 700 ce qui oblige le microcontrôleur d’activer la pompe par l’activation du relais

Systéme d’irrigation automatique

Page 28

qui assure l’isolation entre l’alimentation du pompe et notre microcontrôleur, ainsi que l’allumage du led rouge a lieu dans cette étape (figure 19). La pompe va désactivée lorsque le sol revient à l’état humide.

Diode led rouge

Relais activé

Figure 19 : Cas de la sècheresse

d. Quatrième cas: Flotteur activé L’activation du flotteur assure l’activation du buzzer pour indiquer que la citerne d’eau est vide comme illustre la figure 20. La pompe sera désactivée jusqu’à l’existence d’eau dans la citerne pour assure le bonne fonctionnement de notre système et éviter le risque des pannes proviennent du pompage dans le vide.

Systéme d’irrigation automatique

Page 29

Flotteur activé

Buzzer activé

Figure 20 : Cas d’une citerne vide

2. Routage ARES est un logiciel permettant le routage de cartes électronique en mode automatique ou manuel. Il est possible d’utiliser ARES sans avoir au préalable créé de schéma dans ISIS. Cette fonctionnalité permet de réaliser très rapidement des circuits de faible complexité en plaçant les composantes et traçant les pistes directement dans ARES. Une fois les connections sont établies, il est possible d’effectuer un routage automatique des pistes. Dans cette étape on a utilisé ce logiciel pour router les schémas électrique . Vu que les packages d’ARES ne permettent pas le routage de tous les composants, nous avons les remplacer sur ISIS par des connecteurs choisies selon le nombre des pins des pièce :

Systéme d’irrigation automatique

Page 30

Figure 21 : Schémas de routage sur ARES

Figure 22 : Vision 3D du circuit

Systéme d’irrigation automatique

Page 31

3. Réalisation de la carte a. Les étapes de la réalisation de la carte (circuit imprimé) Première étape : L’insolation Pour réaliser l’insolation, il faut une insulteuse UV. Placer le typon directement sur la vitre puis le circuit dépourvu de son film de protection là ou se trouvent les pistes. L’insolation sera de meilleures qualités si la partie imprimée du typon est directement en contact avec le circuit. L’insolation dure en moyen d’une minute à 2 minutes Deuxième étape : La révélation La révélation et l’étape du circuit imprimé .Plonger le circuit dans un bain révélateur à température tiède en agitant légèrement pendant le temps qu’il faut pour que les piste apparaissent sur le circuit (il est parfois nécessaire de le nettoyer avec un chiffon pour l’aider mais sans trop appuyer). Il faut le bien rincé après la révélation. Troisième étape : La gravure La gravure va permettre au cuivre non protégé par la couche résine (issu de la révélation ou des méthodes 1 et 2) de se dissoudre. Plonger le circuit dans un bain de fer à 50° pendant le temps nécessaire à la dissolution en agitant fortement .Après la gravure il faut bien rincer le circuit à l’aide de l’acétone. En fin de gravure, il ne doit rester que le cuivre correspondant au dessin du circuit imprimé, tout reste doit avoir disparu. Quatrième étape : L’étalonnage Cette étape permet au circuit de ne pas s’oxyder et permet des meilleurs soudeurs. Plonger le circuit dans un bain d’étamage à froid et laisser agir le temps nécessaire. Attention le bain d’étame est très toxique, il faut prendre les dispositions (mains, les yeux…). Cinquième étape : Perçage et soudage Maintenant le circuit est terminé, il nous reste seulement qu’à le percer et souder les composants. Les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant une colonne de perçage et des forets. b. Circuit imprimé La réalisation d notre carte est présentée par la figure suivante :

Systéme d’irrigation automatique

Page 32

Figure 23 : Circuit imprimée

V.

Conclusion Dans ce chapitre nous avons fait l’étude de la réalisation de la carte électronique faite

après les tests sur la plaque à essai. Puis nous avons passés au routage effectuer avec l’ARES afin de passer à la fabrication de la carte, aux perçages et le soudage des composants.

Systéme d’irrigation automatique

Page 33

Conclusion générale Dans le cadre de ce projet tutoriel, nous nous sommes intéressées à la conception et au développement d’un système électronique dédié à l'irrigation et l'arrosage automatique. Au cours de la période d’élaboration du projet, nous avons essayé d’atteindre l’objectif attendu : Piloter et gérer un système d'irrigation d’une manière intelligente et totalement automatisé tout en permettant l’économie d'eau, facilité la tache d'irrigation et éliminé l'intervention humaine etc... Nettement ce projet, nous a permis d’approfondir nos connaissances théoriques et d’acquérir une certaine expérience au niveau de la réalisation pratique. Nous avons eu l’occasion d’étudier, de concevoir et d’utiliser une diversité de matériels et logiciels et appliquer notre savoir et savoir-faire acquis lors de notre formation. L’intérêt accordé à notre système réside dans le fait qu’il peut être amélioré. L’automatisation

est un domaine très vaste, pour cela notre système d’arrosage

automatique pourrait en effet gagner plus d’intelligence et de l’interopérabilité . Dans notre cas, on peut utiliser plus qu’un seul capteur pour surveillent l’humidité dans les grands espaces verts. Un hub qui les accompagne, jouant le rôle de traducteur ZigBee IP, pourra s’occuper de transférer les données récoltées vers la plateforme en ligne comme indique la figure ci-dessous (figure 24). Cela va permettre de surveiller ses plantes aussi bien chez soi qu’à distance et d’être prévenu dans toutes les situations. En option, ce système peut être équipé par une électrovanne qui va être actionnée automatiquement pour arroser les plantes quand nécessaire. On peut aussi utiliser l’alimentation solaire à la place de l’alimentation secteur pour automatiser un portail même éloigné d’une source d’alimentation électrique, sans devoir effectuer de tranchées pour le raccordement. Une batterie, rechargée par le panneau solaire, fournit une réserve d’énergie pour de nombreuses manœuvres.

Systéme d’irrigation automatique

Page 34

Figure 24 : Commande à distance

Systéme d’irrigation automatique

Page 35

Bibliographie www.positron-libre.com/cours/electronique/diode/led/diode-led.php fr.wikipedia.org/wiki/Diode_%C3%A9lectroluminescente www.transistek.com/catalogue/composants/capteurs/capteur_de_niveau_d_eau_normalement _ferme_5614.php www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_buzzers.html imall.iteadstudio.com/im121017001.html evola.fr/fr/temperature/523-Capteur-humidite-des-sols-Grove.html fr.wikipedia.org/wiki/Pompe#Pompes_.C3.A9lectriques_.C3.A0_partir_du_XIXe.C2.A0si.C3 .A8cle www.aa1car.com/library/fuel_pump.htm www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_relais.html www.aujardin.info/fiches/arro/systeme-arrosage-automatique.php#ow28KqpJsQSm34vW.99 arrosage.comprendrechoisir.com/comprendre/arrosage-automatique fr.wikipedia.org/wiki/Irrigation Rapport: L’irrigation intelligence

Réalisé par: Ilyasse Belkacem - [email protected] ESI, ex-INI (Ecole Nationale Supérieure d’Informatique) – Alger, Algérie

Fondateur et leader de « Akhdem Ardek »

Systéme d’irrigation automatique

Page 36