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Extrait - Raspberry Pi et ESP8266 Domotisez votre habitation (2e édition)
Extraits du livre
Raspberry Pi et ESP8266 Domotisez votre habitation (2e édition)
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Compteurs, capteurs et actionneurs

Introduction

Dans ce chapitre, les principaux compteurs domestiques, à savoir les compteurs d’eau, d’électricité et de gaz, sont abordés. Certains d’entre eux permettent une acquisition directe des informations qu’ils mesurent à l’aide de l’ESP8266. Cependant, nous aborderons également ceux ne disposant pas nativement de telles technologies et proposerons diverses alternatives afin de pouvoir les rendre communicants.

Au préalable, les unités de mesure et les erreurs de mesure sont introduites afin que vous compreniez bien et sachiez manipuler les grandeurs physiques à mesurer.

Enfin, une liste non exhaustive de capteurs et d’actionneurs pouvant être utilisés dans une installation domotique est passée en revue afin de faire le lien avec les applications qui ont été envisagées dans le chapitre précédent. Toutefois, seuls certains d’entre eux seront abordés et implémentés de A à Z dans ce livre. Quant aux autres, les exemples de cet ouvrage permettront au lecteur de les utiliser moyennant quelques adaptations. En effet, la plupart des capteurs possèdent soit une sortie analogique - il suffit alors de la mesurer et ensuite de la convertir dans l’unité souhaitée -, soit une sortie digitale et dans ce cas, un protocole de communication doit être utilisé pour récupérer les informations du capteur.

1. Unités de mesure

Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est nécessaire d’aborder quelques notions concernant les unités de mesure, leur conversion et leur utilisation. En effet, celles-ci vont être particulièrement utiles dans la gestion des mesures réalisées par les différents compteurs et capteurs.

Une unité de mesure peut être définie...

Compteurs domestiques

La plupart des compteurs étudiés dans cette section possèdent généralement un point commun : un dispositif permettant de visualiser quelle est la consommation totale du dispositif par l’utilisateur (un afficheur). Bien qu’il existe un très grand nombre de compteurs différents, seuls ceux couramment rencontrés dans les habitations sont détaillés dans cette section.

1. Compteurs volumétriques

Un compteur volumétrique est un compteur qui mesure un débit volumique et qui l’intègre au cours du temps. En général, ces compteurs sont en effet pourvus d’un afficheur se limitant à afficher le volume total (consommé) et non le débit volumique. Ils fonctionnent donc en tant qu’intégrateurs, c’est-à-dire qu’ils additionnent l’ensemble des débits en fonction du temps.

Il est possible d’estimer le débit en fonction de l’indicateur de l’intégrateur. Dans ce cas, il est nécessaire de relever la valeur consommée à deux temps t1 et t2 et d’en déduire le débit volumique selon la formule :

images/eq3.png

Un débit volumique est généralement exprimé en litres par seconde (l/s), en mètres cubes par seconde (m3/s) ou en mètres cubes par heure (m3/h). Il faut évidemment adapter les unités à utiliser dans la formule précédente.

Pour déterminer le débit massique correspondant (noté M), il est alors nécessaire d’effectuer un calcul complémentaire tenant compte de la masse volumique du fluide (qui elle-même dépend de la nature, de la pression et de la température du fluide mesuré) :

images/eq5.png

Par commodité, il est fréquent d’utiliser la lettre...

Capteurs

Afin de réaliser une installation domotique, il est possible d’utiliser de très nombreux capteurs qui diffèrent par leur technique de mesure et, par leur utilisation. Ce livre n’ayant pas pour but de les lister tous, il présente ici les capteurs les plus couramment utilisés qui peuvent trouver leur place dans une installation domotique. Tous ne seront pas détaillés et implémentés, mais leur mise en œuvre est comparable à celle des capteurs traités et le lecteur pourra aisément tirer parti et adapter les informations fournies.

1. Interrupteur à lame souple

Un interrupteur à lame souple (reed relay en anglais) ou ILS est un interrupteur qui, sous l’effet d’un champ magnétique, par exemple un aimant, contrôle un ou plusieurs interrupteurs, c’est-à-dire qu’il permet d’ouvrir ou fermer un circuit.

images/02M8.png

Il existe des ILS normalement ouverts (NO pour Normally Open en anglais) comme celui représenté sur la figure précédente. Cela signifie qu’en l’absence de contrainte extérieure, l’ILS est ouvert et ne permet pas un passage du courant. Lorsque l’ILS est soumis à une action extérieure, comme celle d’un champ magnétique dû à un aimant, il se ferme. Ce comportement est représenté sur la figure suivante :

images/02M9.png

Par ailleurs, il existe des ILS normalement fermés (NC pour Normally Closed) qui ont le comportement inverse.

Ce dispositif s’apparente à un relais piloté et est particulièrement adapté pour rendre communicant un compteur d’eau ou de gaz disposant d’un aimant sur une des roues qui constituent les engrenages. Cet élément mesure le passage (et donc le débit) de fluide. Cet aimant peut alors être détecté...

Actionneurs

Comme nous l’avons vu dans le chapitre Introduction, un intérêt essentiel de la domotique repose sur les actionneurs, qui permettent d’exécuter des actions en fonction de scénarios préétablis ou non.

1. Relais et transistor

a. Transistor

Un transistor est un composant électronique semi-conducteur composé de trois électrodes dont l’une permet de contrôler un courant ou une tension. Bien qu’il existe un très grand nombre de types de transistors, seul un MOSFET est utilisé dans cet ouvrage en tant qu’interrupteur piloté. Il permet alors de commander l’alimentation d’un dispositif qui lui est connecté, à la manière d’un interrupteur.

Un MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) est un type de transistor dit à effet de champ à grille isolée. Il se compose de trois broches nommées la grille (gate en anglais), la source (S) et le drain (D). Lorsqu’une tension est appliquée à la grille, un courant peut passer de la source au drain et donc alimenter le dispositif électrique qui lui est connecté.

Ses principaux avantages par rapport au relais mécanique, qui est abordé dans la section suivante, sont l’absence de bruit lors de la commutation, la faible consommation électrique demandée au signal de commande et son coût réduit. Il convient donc parfaitement pour la réalisation d’interrupteurs permettant de piloter des dispositifs alimentés en courant continu (ventilateur, moteur…) ou encore de moduler l’intensité lumineuse d’une LED. Ces exemples seront abordés dans le chapitre Amélioration des consommations et du confort. Le lecteur intéressé peut consulter la page Wikipédia dédiée...

Bibliographie

[1]

T. de Saint Pol, "L’obésité en France : les écarts entre catégories sociales s’accroissent", Insee Première, n° 1123, 2007.

[2]

BIPM, "Résolution 1 de la 17e réunion de la CGPM - Définition du mètre", Bureau international des poids et mesures, Saint Cloud, 1983 (www.bipm.org/fr/si-bar-units/metre).

[3]

Bureau international des poids et des mesures, "Résolution 3, Compte rendu 79", 1954.

[4]

https://fr.wikipedia.org/wiki/Erreur_de_mesure. [Accès en 2017]

[5]

Hyland et Wexler, "Formulations for the Thermodynamic Properties of the Saturated Phases of H2O from 173.15 K to 473.15 K", ASHRAE Transactions, 1983.

[6]

https://www.lecho.be/economie-politique/belgique/wallonie/les-compteurs-intelligents-arriveront-en-wallonie-fin-2034/9970517.html

[7]

Lester Haar, Et Al Haar, John Scott Gallagher, George S. Kell, NBS/NRC Steam Tables: Thermodynamic and Transport Properties and Computer Programs for Vapor and Liquid States of Water in SI Units, Hemisphere Publishing Corporation, 1984.

[8]

G. M. C. Shamieh, L’électronique pour les Nuls, 2010 (https://www.pourlesnuls.fr/livres/informatique/l-electronique-pour-les-nuls-9782754013741)

[9]

https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_relais.html. [Accès en 2017]