présentation Internet of Things IUT GEII
Denunciar
Jl SalvatSeguir
1 de Nov de 2019•0 gostou•678 visualizações
présentation Internet of Things IUT GEII
1 de Nov de 2019•0 gostou•678 visualizações
Baixar para ler offline
Denunciar
Tecnologia
Présentation de l'internet des objets IdO ou IOT (internet of things) au colloque GEII de Longwy. comment mettre en oeuvre les standards LPWAN (Sigfox, LoraWan, Nb-IOT ou LTE-M), WPAN ou WLAN (ESP32) à l'aide d'arduino, mbed et de bananpi ou raspberry pi.
Jl SalvatSeguir
Recomendados
Internet Of Things Tahraoui Samir
Présentation des IoTLakhdar Meftah
Smart house Project - v1.1 - cahier de charge fonctionnelRomaric Saounde Tsopnang
Introduction à l'IOT (Internet des objets) - Thomas DARIEL (PramaTALK)Pramana
Conception et réalisation d’un MINI SMART HOMESoukainawarach
Internet des ObjetsDhiaeddine Loghmari
Mais conteúdo relacionado
Mais procurados
Internet des ObjetsIEEE 802
Iot juin 2017SinGuy
Internet des objetsKarima GHALI
IoT (M2M) - Big Data - Analyses : Simulation et DémonstrationCHAKER ALLAOUI
Inria | Livre blanc Internet des objets (novembre 2021)Inria
Reseaux de capteurs sans fils - WSNMilagros Roman Eng-jr, MA
Similar a présentation Internet of Things IUT GEII
Les technologies Open Source pour les objets connectésAlexandre LAHAYE
Séminaire IoT EISTI du 14 avril 2016 avec Open Wide / SmileSmile I.T is open
Introduction du séminaire IoT EISTI du 14 avril 2016Christophe BRUNSCHWEILER
Club SI & digital les objets connectés 20150227 v1.1Hubert Herberstein
InternetdesObjetsMaha Mourad MSc.
R&s 10 juin 2015 orange arnaudReseauxetservicestpa
![[EVENT IOT] POST](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/eventiotpost-180928064052-thumbnail.jpg?width=1600&height=908&fit=bounds)
présentation Internet of Things IUT GEII
- 1. Internet Of Things Internet des objets Commission GEII Longwy Jean-Louis.SALVAT@univ-cotedazur.fr
- 2. Arduino - 2011 Mbed – 2009 Raspberry pi – 2012 Orange Pi / bananapi – 2014 BLE - 2009 nrf24L01 (2.4Ghz transceiver) – 2010 Sigfox - 2010 Lora – 2012 - Cycleo (Grenoble) puis Semteh ESP8266 – 2014 / ESP32 - 2017 Un peu d’histoire… 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 2 Zwave - 1999 Zigbee - 1990 802.11 (Wifi) - 1997 Texas Instrument Microchip Nordic Espressif Silab ST Micro
- 3. Essai de definition : tout type d’objets connectés à internet (ou pas) Quelques repères : 1999 : Le terme Internet of things (internet des objets) est créé au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour désigner l’usage de radio-étiquettes « RFID », dans le but de traquer des biens dans une chaîne de distribution et de transmettre l’information par internet. 2008 : Les travaux de spécification et de standardisation de l’internet des objets débutent. 2009 : Un seuil symbolique est franchi : plus d’objets sont connectés à l’internet qu’il n’y a d’humains sur Terre. Vous avez dit IOT ? 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 3
- 4. Facteurs de développement des IOT 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 4 Progrès MEMS (Miniaturisation des capteurs) Accéléromètres, gyroscopes, capteurs température, humidité, capteurs d’environnements (CO2, VOC,…) Progrès électronique (intégration MCU + Wireless) Open hardware et open software Progrès dans les batteries Baisse des couts Electronique, capteurs, batteries Cloud (concurrence Amazon, Microsoft et arrivée de nombreux acteurs comme TTN, IFTT, ThingSpeak,…)
- 5. L’IOT dans le monde en 2018 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 5 SOURCE: IHS MARKIT, THE TOP TRANSFORMATIVE TECHNOLOGIES TO WATCH THIS YEAR, 2018 700 Mrds € de chiffre d'affaires au niveau mondial, et, pour l'heure plus de 8 milliards d'objet connectés à un réseau (chiffres 2018)
- 6. L’IOT en Europe 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 6 Création de valeur de 1000 milliards d’euros en 2025 (cabinet AT Kearney ) en Europe grace à la vente et à l’usage d’objets connectés (*) 80 Milliards dans la vente des IOT 300 milliards grace à la maitrise des dépenses d’énergie 430 milliards en gain de productivité dans les entreprises (remontée d’information, optimisation, meilleure prise de décision) 200 milliards en gain sur la santé (*) Source : note élargie objets connectés (parlement 2018)
- 7. Des exemples d’application IOT (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 7 Grand Public : « wearable or not » Le casque connecté (feu de freinage et accéléromètre) COSMO CONNECTED + envoi message secours (GPS) en cas de suspection d’accident Le thermostat intelligent Ween et plus généralement tous les smart bed, smart Light, smart fridge, smart home,… Tertiaire : marché de la maintenance Engie : capteur température (service maintenance chauffage batiment) Médical Lit connecté qui suit les données vitales du patient Comprimé connecté (envoi d’un signal si médicament pris)
- 8. Des exemples d’application IOT (2) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 8 Smart Cities Dijon : 43 000 lampadaires connectés Lumi’IN qui ont été installés. Barcelone : la ville s’est dotée de capteurs pour gérer les éclairages, les espaces verts, les feux de signalisation et la collecte des déchets Melbourne, les poubelles publiques équipées de capteurs pour optimiser le ramassage (+ panneaux solaires) San Francisco : 64 capteurs connectés de surveillance du « Golden Gate bridge » Smart Agriculture Cartographie des champs société AIRINOV
- 9. Boulanger Rubrique : Objets connectés IOT grand public 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 9
- 10. De nombreux secteurs impactés par l’IOT 11/1/2019 Colloque GEII Longwy Maintenance prédictive Sécurité du travailleur Optimisationdesstocks Industrie & batiment Smart Cities Smart Home Smart Grid Contrôle d’accès aubâtiment Éclairageintelligent Optimisationduremplissage des parkings Optimisationdegestiondu trafic Suivi de consommation Linky Gestiondomotique Ajout de capteurs low cost dans l’usine et le batiment Gestion de l’habitat et gestion de l’énergie les premières villes intelligentes connectés émergent 10
- 11. De nombreux secteurs impactés par l’IOT 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 11 Santé Transport Assurance Monitoring des patients chroniques etdes patientsen sortied’hospitalisation Suivide l’observance Servicesd’information à valeurajoutée pour les passagers(trafic) Tele maintenance des véhicules Conduite vertueuse auvolant Maintienàdomicileet téléassistancenouvelle génération Sécurisation de la maison La télémédecine et la prévention santé se mettent en place des transports publics optimisés, des véhicules plus sécurisés déjà de nouveaux modèles de tarifications et nouveaux services
- 12. Tout est rose dans le monde des IOT ? 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 12 Optimisation énergétique mais augmentation des datacenter pour traiter des données Que faire des déchets générés par les IOT dans le futur (électroniques, piles, batteries, boitiers,…) ? De nombreuses failles de sécurité ont déjà été détectées dans de nombreux protocoles ou technologies IOT Emissions HF et corps humain ? Que fait-on des données récoltées qui deviennent de plus en plus importantes ? RGPD contre GAFAM
- 13. Marché de l’IOT : prévisions 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 13 https://iot-analytics.com/state-of-the-iot-update-q1-q2-2018-number-of-iot-devices-now-7b/
- 14. IOT : les technologies (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 14 WPAN (Wireless Personal Networks) : bluetooth, zigbee, Z-wave, Lora tout réseau local ISM 2.4GHz, 868Mhz ou 433MHz (Smart Home) WLAN (Wireless Local Area Networks) : Wifi (smart TV, smart assistant,…) LPWAN (Low-power Wide Area Networks) : Lora, Sigfox, NB-IOT, LTE-M -> forte croissance Cellular : 2G/3G/4G complémentaire au LPWAN Wired : TCP/IP, KNX, CANopen,…
- 15. IOT : les technologies (2) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 15 Débit ou bande passante distance Lorawan Sigfox Bluetooth BLE Wifi LPWAN 4G 3G 2G 30mA 150m-1,5km 30mA 5m – 50m 250mA 15m-100m 2A 100m-1km Zigbee Zwave Enocean Lora, radios propriétaires 30mA 15m-150m 433MHz 868Mhz 2.4Ghz 700Mhz 800MHz 900Mhz 1800MHz WLAN WPAN Cellulaire LTE-M NB-IOT 250mA 100m-1km
- 16. Schéma de principe d’un IOT 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 16 capteur microcontroleur radio récolte d’énergie localisation gestion d’énergie capteur actionneur
- 17. IOT indoor avec Gateway (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 17 microcontroleur Modem HF 40 pins HEADER (bananapi) Solution 1 microcontroleurModem HF Sensor GATEWAY SENSOR Cloud Database Interface API/MQTT UART SPI UART SPI Bande ISM (433MHz/ 868Mhz EU) 2.4GHz BLE Gestion d énergie Visualisation des données PHP, JQuery, React,Xamarin, ... FRONT ENDBACK END PHP, nodejs, C#, Java Solution 2 UART SPI IFTT Thingspeak The Thing Networks
- 18. Achat nrf24L01+ Achat promini Achat capteurs Envoie de données vers PC Raspberry Pi Orange Pi bananaPi Exemple 1 : envoi de message nrf24L01+ 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 18
- 19. Achat iBeacon ou sensor Tag BLE + nRF51-DK(pour programmer) https://os.mbed.com/teams/mbed-os- examples/code/mbed-os-example-ble-Beacon/ Utilisation téléphone ou raspberry pi Exemple 2 : envoi de message BLE 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 19
- 20. Le microcontroleur :ATMEGA328p, ARM (STM32, Kinetis, Philips,…), Microchip, Texas Instrument, Silabs, … Le modem HF : Récepteur super hétérodyne RXB6 433Mhz et Emetteur 433Mhz Nfr24L01+ (transceiver propriétaire 2.4Ghz) RFM69CW (transceiver propriétaire 868MHz EU ou 433MHz) Semtech Lora (transceiver 868MHz EU ou 433MHz long range) CCxxxx de Texas Instrument (Transceiver propriétaire Sub-GHz ou 2.4Ghz) Le module SOC (System On Chip) HF ou Wireless MCU : EFR32 (MCU+HF multi-protocole) de Silicon Lab CCXXXX de Texas Intrument (série Wireless MCU) SAMR21 de Microchip Nrf51 (Bluetooth MCU) IOT indoor avec Gateway (2) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 20
- 21. IOT indoor sans Gateway avec Wifi (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 21 microcontroleurModem Wifi Sensor SENSOR Cloud Database Interface API/MQTT Visualisation des données FRONT ENDBACK END IFTT Thingspeak The Thing Networks WIFI Configuration SSID et passphrase du Wifi au démarrage du capteur BOX internet ESP32 ou ESP8266 (Espressif Wifi CPU) CC31xx ou 32xx Texas Instrument Wifi CPU
- 22. Achat ESP32 Achat capteurs Envoie de données vers TTN ThingSpeak IFTT Domoticz, Jeedom,… Exemple 3 : envoi de message ESP32 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 22
- 23. IOT avec abonnement (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 23 microcontroleurModem HF Sensor SENSOR UART SPI Gestion d énergie Cloud Database Interface API/MQTT Visualisation des données FRONT ENDBACK END GATEWAY Stations relais GATEWAY Stations relais Sigfox Lorawan 2G LTM-E NB-IOT
- 24. Achat modem Sigfox WSSFM10R1 Achat d’un promini Arduino Achat d’un FTDI (usb/Tx-Rx) Exemple 4 : envoie de message Sigfox 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 24
- 25. Achat murata CMWX1ZZABZ ou ESP32 Lora Achat d’une passerelle Lorawan TTN ou abonnement Orange ou Bouygues Exemple 5 : envoie de message LoraWan 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 25
- 26. Achat modem 2G 7000E, Sim800 ou SIM900 Achat d’un promini Arduino Abonnement (carte SIM) Nécessité d’un serveur avec une API pour récup data Exemple 6 : envoie de message 2G 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 26
- 27. IOT avec abonnement (2) - consommation 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 27 Batteries longue durée Débit en octets Faible débit Batterie rechargeable, Débit en Ko Temps réel Alimentation externe Débit en Mo Faible latence Haute sécurité Voiture connectée Wifi à bord Vidéo Santé Sécurité Passerelle compteurs intelligents Paiement Bâtiment intelligent Villes intelligentes Traqueurs d'activité Agriculture intelligente Besoindedébit NB-IOT LTE-M 4G 5G
- 28. Electronique IOT : les métiers du GEII (1) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 28
- 29. Gestion d’énergie IOT : les métiers du GEII (2) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 29 1 1.24s Consommation en mode sommeil
- 30. Informatique embarquée IOT : les métiers du GEII (3) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 30
- 31. Antennes et HF : Modulations ASK, PSK ou FSK Abaques de smith et VNA IOT : les métiers du GEII (4) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 31
- 32. Informatique et réseau Base de données (MySQL) Linux API REST ou MQTT Influx DB, Grafana, Node red Azur, Google cloud, Amazon Python, nodejs,… IOT : les métiers du GEII (5) 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 32
- 33. Simplicité de certains projets (ESP32, HC05, nrf24L01 ou RFM69CW, Sigfox ou LoraWan) Difficultés de projets demandant des pré-requis (Gateway Linux, MQTT, API REST,…) Peut être utilisé en projet deuxième année à condition d’être jalonné Nécessité d’utiliser et d’avoir une formation sur les outils de l’Open Hardware et Open Software Github eagle IOT : conclusion et remarques 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 33
- 34. Des Questions ? 11/1/2019 Colloque GEII Longwy 34
Notas do Editor
- Depuis 2010, un grand nombre de standards, de nouveaux microcontroleurs et la révolution arduino, mbed et raspberry pi ont révolutionné le monde de l’électronique et de l’IoT.
- Internet des Objets (IdO) ou Internet of Things (IoT), quelques repères
- Depuis 2010, le développement des MEMs (miniaturisation des capteurs et donc diminution de la consommation), le développement de nouveaux standards basse consommation (Lora, Sigfox, BLE pour ne citer que les plus connus) et plus généralement les progrès continus en terme de consommation et de puissance de calcul ont permis l’émergence d’un nouveau marché : l’internet des objets. Nous avons aussi assisté à la montée progressive de l’open hardware et de l’open source et à l’arrivée de nouvelles plateformes (Arduino, mbed, raspberry) qui permettent actuellement de se lancer sur n’importe quelle technologie rapidement (utile pour les « proof of concept » dans le monde industriel ou pour nos étudiants)
- Le marché de l’IoT est en plein boom. Actuellement, Le marché de la maintenance et du suivi de produits au niveau industriel est en forte progression, ainsi que le marché grand public (domotique et objets personnels). On retrouve aussi la médecine connectée et les smarts cities (suivi pollution, suivi circulation, places de parkings, suivi de flotte,…) et smart energy (suivi de consommation). Dans le futur, le marché de la voiture connectée devrait augmenter avec un fort taux de croissance.
- Une des nombreuses études sur l’IoT qui englobe tous les domaines associés à l’IoT. Comme toute prospective, à prendre avec des pincettes, mais la tendance est la. Progression attendu à 2 chiffres.
- Très récemment, un « comprimé connecté » traitant la schizophrénie s’est vu accorder une autorisation de mise sur le marché (AMM) aux États-Unis. Au contact des sucs gastriques secrétés dans l’estomac du patient, la puce électronique logée dans le comprimé subit une réaction d’oxydo-réduction (1) donnant naissance à un courant électrique suffisant pour l’alimenter. La puce électronique émet alors un signal indiquant que le comprimé a bien été pris. Un patch collé sur les côtes du patient se charge ensuite de recevoir ce signal puis de le transmettre à une application du terminal de poche (smartphone) du patient. Via l’application, le patient décide alors qui de son médecin ou de ses proches aura accès à cette information.
- Petite recherche sur le site Boulanger dans la rubrique Objects connectés, pour se rendre compte de ce qu’est un objet connecté grand public. Plus de 12 rubriques. Des magasins apparaissent en France et dans le monde spécialisés dans l’IoT grand public. La demande est la.
- Depuis 2010, le marché des objets connectés est en forte croissance, avec une accélération depuis 2015. Dans le tertiaire ou dans l’industrie, les objets connectés arrivent en force : en 868MHz, Connit a développé pour Engie une solution permettant de mesurer les températures dans les bâtiments (Sigfox). On peut aussi parler du BOSCH Parking Lot Sensor qui permet de détecter la présence d’une voiture sur la place de parking (LoraWan) mais aussi les solutions en 169MHz du protocole MBus Wireless utilisées dans les bâtiments pour transmettre les informations des compteurs d’énergie. Nous pourrions aussi parler de la « silver economy » (solutions technologiques pour le maintien à domicile par exemple), de la médecine connectée (utilisation des nano technologies pour de nouveaux comprimés connectés ABILIFY MYCITE 2018), ou encore des fameux « smarts » (smart grids et smart cities) qui ont pour objectifs l’optimisation des réseaux d’énergie et la création de nouveaux services aux habitants des villes. Pour le Smart grids, tout le monde connait le compteur Linky et les nombreuses polémiques associées (35 millions d’installations prévues en 2021). Citons aussi les nouveaux compteurs d’eau intelligents de Veolia développés par Gridz en technologie Lorawan. Quant au smart city et son objectif d’optimiser l’énergie consommée, citons la ville de Dijon et ses 43 000 lampadaires connectés Lumi’IN ou bien Prioribus, un système de signalisation connecté qui donne la priorité au bus (à Lyon) mais aussi les 64 capteurs connectés de surveillance du Golden Gate bridge à San Francisco.
- Les prévisions de iot-analytics permettent de montrer les nombreux standards de l’IOT. On voit que le marché du WPAN et WLAN restent les marchés les plus importants suivis par le LPWA ou LPWAN qui est en forte progression (il n’existe que depuis 2015). Il ne reste donc qu’à définir ce que sont ces standards
- WPAN (Wireless Personal Networks) : les standards utilisés sont le RFID, bluetooth, zigbee, Z-wave, Lora mais aussi tout réseau ISM 2.4GHz, 868Mhz ou 433MHz (Smart Home) tels que le NRF24L01+, RFM69, simpleLink de Texas Instrument ou les circuits de la famille SI10xx de Silicon Labs. Ces standards ou protocoles propriétaires sont utilisés principalement dans les habitats (indoor) avec un accès au « cloud » au travers d’une passerelle. Petite exception à la règle : le bluetooth (et BLE) associé au smartphone (utilisé comme passerelle) permet une utilisation indoor et outdoor (montre connectée, lunettes connectées, capteur de pouls …). Ces capteurs sont en général sur pile et ont une consommation très faible (inférieure à 50mA en émission et quelques uA en veille). WLAN (Wireless Local Area Networks) ou Wifi: à la différence avec le WPAN, l’objet connecté a directement accès au « cloud » après configuration (nom du point d’accès et passphrase). Ces capteurs sont en général branchés sur secteur car le wifi est gourmand en énergie (autour de 250mA en émission) et sont à l’intérieur des bâtiments (indoor). Ils couvrent beaucoup d’usages : smart TV, smart assistant, smart home, smart control,… LPWAN (Low-power Wide Area Networks) regroupe les technologies les plus récentes Lorawan, Sigfox, NB-IOT ou LTE-M (LTE Machine). Ce secteur est en pleine expansion et utilise principalement la bande ISM 868MHz pour LoraWan (Orange et Objenious filiale de Bouygues Telecom) et Sigfox (associé à SFR) ou bien la bande 800MHz (bande 4G) pour les nouveaux standards NB-IOT (SFR Business) et LTE-M (Orange). Pour faire fonctionner ces objets connectés, il est nécessaire de payer un abonnement sans carte SIM (pour LoraWan et Sigfox) ou avec carte SIM pour NB-IOT et LTE-M. Cette catégorie est très récente puisqu’elle date de 2015 et est en forte croissance. L’objet connecté est sur pile avec une utilisation indoor ou outdoor. La consommation Sigfox et Lorawan est à peu près identique à la consommation des radios WPAN alors que NB-IOT et LTE-M sont quatre fois plus énergivores. Cellulaire, catégorie englobant la 2G/3G/4G. Cette technologie est complémentaire au LPWAN puisqu’elle offre une plus grande bande passante mais demande une puissance plus grande (courant de pointe de 2A en émission). Le GSM et GRPS ont été à partir du milieu des années 2000, les principales solutions techniques disponibles pour le M2M et l’IoT. Par contre, le coût de ces objets connectés et la puissance consommée ne permettaient pas de répondre à tous les cas d’usage. L’arrivée des LPWAN a changé cela. Filaire : l’objet connecté est relié à un câble. On retrouve de nombreux standards tels que TCP/IP, KNX, Modbus, CANopen ou IO Link, utilisés dans l’industrie ou le bâtiment. Ces standards sont plus anciens et ne permettent pas de répondre à des nouveaux usages de capteurs très peu chers, sur pile et simple à utiliser et à installer (tels que les LPWAN ou les WPAN). Lora peut être associé à une passerelle dans un réseau WPAN (ensemble de capteurs connectés dans une usine) ou bien au travers d’un opérateur et du protocole Lorawan devenir un objet connecté indoor ou outdoor. C’est l’un des avantages de Lora par rapport à ses concurrents.
- Plusieurs paramètres permettent de caractériser un standard de communication : La fréquence du standard (bande ISM ou bande 2G/3G/4G), sachant que plus la fréquence est faible et plus la distance de communication et la taille de l’antenne (λ/4) augmentent. La puissance d’émission, inférieure à 100mW pour Enocean à plusieurs Watt (en pointe) pour la 2G/3G ou 4G. Bien évidemment, plus la puissance d’émission est importante, plus la distance de communication augmente ainsi que le courant consommé. La vitesse de communication ou débit en bps (bits par seconde) ou kbps (kilo bits par seconde) voire Mbps (Mega bits par seconde) : de 100 bps pour Sigfox à 150 Mbps pour le Wifi ou la 4G. Plus le débit est faible, plus la distance parcourue est grande avec un temps d’émission augmenté (ce qui augmente la consommation). La distance d’émission : cette dernière est reliée aux trois autres grandeurs. Facile à évaluer en champs libre (avec des distances de plus de 1000km pour Sigfox et 700km pour LoraWan pour des objets en altitude et des stations au sol), cette distance l’est beaucoup moins en ville ou à l’intérieur d’un bâtiment. La figure 2 donne quelques ordres de grandeur de distances parcourues en milieu urbain ainsi qu’une estimation des courants de pointe consommés en émission pour les différents standards afin de comparer les différents standards entre eux.
- les capteurs sont en général des capteurs MEMS (Microelectromechanical systems) qui, grâce à leur miniaturisation, permettent une consommation minimale (TMP75, SI7021, LIS3D, LIS3M, LSM6DS3, CCS811, VL53L, …) un microcontrôleur (MCU, Microcontroler Control Unit) en général 32 bits une radio (ou transceiver) qui effectue différentes opérations parmi lesquelles la modulation/démodulation, l’ajout d’un préambule et CRC (couche 1 et 2 OSI) et la gestion du protocole (Lora, Sigfox, Zigbee, ZWave, propriétaire). Le microcontrôleur communique avec la radio en général en SPI ou via son UART. un module de gestion d’énergie. L’objet connecté est généralement sur pile ou sur batterie mais peut aussi être sur secteur. Dans la majorité des applications, l’électronique de l’objet connecté est constituée de ces 4 éléments (rectangles en ligne continue sur la Figure 5) mais si l’on veut être complet, il faut ajouter 3 autres briques électroniques (rectangle en ligne discontinue) qui sont : un circuit de localisation que l’on retrouve sous forme de puce électronique capable de renvoyer en général la position issue du signal GPS (américain) mais aussi d’autres constellations plus récentes comme Galileo (Européen), Beidou (Chinois) ou Glonass (Russe). un ou plusieurs actionneurs (actuators), mais la majorité des objets connectés sont des capteurs connectés avec un transfert de données de l’objet vers le cloud (Uplink) un circuit de récolte d’énergie. Ce dernier élément est donné ici à titre d’information puisque l’on ne trouve que très peu de solutions autonomes en énergie. Citons par exemple le bouton connecté ENOCEAN qui utilise l’énergie fournie lors de l’appui sur le bouton poussoir pour transmettre l’information vers une passerelle. Il existe aussi des solutions à base de panneaux solaires ou de modules Peltier utilisant la différence de chaleur entre 2 milieux. Ce domaine (harvesting en anglais) est l’objet de nombreuses recherches. Remarque : depuis quelques années, des modules tout-en-un, microcontrôleur et module radio aussi appelé wmcu (wireless microcontroller) sont apparus permettant de miniaturiser encore plus l’objet connecté.
- Rentrons dans les détails de l’IOT WPAN. Celui-ci est constitué d’un ou plusieurs objets connectés indoor qui sont reliés au travers d’un modem HF à une gateway ou box. On peut citer les offres commerciales en domotique (Somfy, Legrand, Hue, Enki, Xiaomy ou SonOff) qui utilisent ce type d’objets connectés qui possèdent un grand nombre d’avantages (capteurs sur pile et à faible cout, actionneurs à faible cout, facilité d’installation) mais aussi ont pour principal inconvénient l’ajout d’une passerelle pour chaque constructeur. Il est aussi possible d’utiliser des standards Zigbee, Z-wave, EnOcean ou Lora pour ne citer que les plus connus. Dans ce cas, de nombreux constructeurs fabriquent ces objets, il faudra par contre ajouter une passerelle qui gère un ou plusieurs de ces standards. Si l’on prend l’exemple de l’assistant vocal Amzon echo+, celui-ci intègre une gateway zigbee. Pour les makers, la box pourra être fabriquée à partir d’un ESP32 ou d’un raspberry pi ou autre clone (Orange Pi, Banana pi)
- Un exemple de WPAN, pour le maker. Il suffit d’acheter quelques capteur MEMs, par exemple un HTU21D ou SI7021 (temp et humidité) ou , LIS3D (accéléromètre), LIS3M (magnétomètre), LSM6DS3 (gyroscope), CCS811 (capteur d’environnement), VL53L (capteur distance), associé à un microcontroleur arduino promini ou nano et à une radio nrf24L01+ (2.4GHz) ou un RFM69CW (868MHz) ou RFM95 (Lora) par exemple et d’envoyer cette information ou ces informations capteurs vers la gateway (raspberry pi + radio)
- Un deuxième exemple : l’utilisation du BLE vers un téléphone portable ou raspberry pi. On retrouve ici le deuxième marché du WPAN : les objets connectés personnels (montre connectée, suivi activité, marche, ….)
- Un grand nombre de solutions existent en 8 bits et surtout en 32 bits pour les microcontroleurs avec radio intégrée (Wireless MCU) ou non
- Deuxième technologie très utilisée : le WLAN ou Wifi. A la différence avec le WPAN, l’objet connecté a directement accès au « cloud » après configuration (nom du point d’accès et passphrase). Ces capteurs sont en général branchés sur secteur car le wifi est gourmand en énergie (autour de 250mA en émission) et sont à l’intérieur des bâtiments (indoor). Ils couvrent beaucoup d’usages : smart TV, smart assistant, smart home, smart control,… La société Espressif propose un WMCU Wifi à faible cout l’ESP32. Il existe évidemment d’autres solutions et notamment les solutions de Texas Instrument.
- En quelques heures il est possible de créer son objet connecté wifi avec arduino et l’ESP32. Les données sont ensuite envoyés à un serveur cloud permettant l’affichage des données
- Cette rubrique regroupe 2 types de standards : LPWAN (Low-power Wide Area Networks) regroupe les technologies les plus récentes Lorawan, Sigfox, NB-IOT ou LTE-M (LTE Machine). Ce secteur est en pleine expansion et utilise principalement la bande ISM 868MHz pour LoraWan (Orange et Objenious filiale de Bouygues Telecom) et Sigfox (associé à SFR) ou bien la bande 800MHz (bande 4G) pour les nouveaux standards NB-IOT (SFR Business) et LTE-M (Orange). Pour faire fonctionner ces objets connectés, il est nécessaire de payer un abonnement sans carte SIM (pour LoraWan et Sigfox) ou avec carte SIM pour NB-IOT et LTE-M. Cette catégorie est très récente puisqu’elle date de 2015 et est en forte croissance. L’objet connecté est sur pile avec une utilisation indoor ou outdoor. La consommation Sigfox et Lorawan est à peu près identique à la consommation des radios WPAN alors que NB-IOT et LTE-M sont quatre fois plus énergivores. Cellulaire, catégorie englobant la 2G/3G/4G. Cette technologie est complémentaire au LPWAN puisqu’elle offre une plus grande bande passante mais demande une puissance plus grande (courant de pointe de 2A en émission). Le GSM et GRPS ont été à partir du milieu des années 2000, les principales solutions techniques disponibles pour le M2M et l’IoT. Par contre, le coût de ces objets connectés et la puissance consommée ne permettaient pas de répondre à tous les cas d’usage. L’arrivée des LPWAN a changé cela. Lora peut être associé à une passerelle dans un réseau WPAN (ensemble de capteurs connectés dans une usine) ou bien au travers d’un opérateur et du protocole Lorawan devenir un objet connecté indoor ou outdoor. C’est l’un des avantages de Lora par rapport à ses concurrents.
- Un exemple LPWAN : utilisation de sigfox et du modem WSSFM10R1 (cout de 2 euros). Mise en œuvre très rapide avec un promini par exemple sous arduino. Accés ensuite au cloud de sigfox pour visualiser le message. Sigfox : ses caractéristiques très bas débit (100 bps) soit 140 messages montant (uplink) de 12 octets maximum par jour (soit un message toutes les 10 mn), le prix de vente de ses objets (modem WSSFM10R1 à 2 euros), le prix de l’abonnement (entre 1 et 9 euros par an) ainsi que le nombre de pays couverts (65) permettent de répondre à un marché mondial de niche. Quelques exemples : suivi de colis, suivi de coureurs (diagonale des Fous 2019), sécurité sacs Vuitton. Dans ces applications, la puce est en veille la plupart du temps et très peu de données doivent être envoyées.
- Lora : 2 solutions , utilisation d’un modem RFM95 et arduino , acheter un kit ESP32 lora par exemple et avoir le wifi et lora intégré ou bien utiliser le module CMWX1ZZABZ de Murata intégrant un STM32 M0+ et le SX1272 de Semtech puce que l’on retrouve dans tous les kits lora. La mise en œuvre se fait soit avec arduino, soit avec mbed (module murata). Abonnement auprés de Orange ou Bouygues (Objenious). Lora : concurrent de Sigfox (on parle de réseau 0G), avec une taille maximale de message de 143 octets et un débit variable (de 250 bps à 11 kbs) en fonction de la distance au relais est proposé par 2 opérateurs (Orange ou Bouygues) mais reste plus cher (Bom list et abonnement) que Sigfox (wireless MCU CMWX1ZZABZ-091 à 10 euros) et ne permet pas le roaming sur plusieurs pays à la différence de Sigfox. Par contre, il est possible dans certaines limites d’avoir une action sur l’objet (lien descendant ou Downlink) avec un temps de latence de l’ordre de la minute. Orange propose une place de marché Lorawan : https://market.datavenue.orange-business.com/. Lora est basé sur les circuits radio de Semtech, il est tout à fait possible de créer son propre réseau d’objets connectés sans passer par un opérateur, ce que ne permet pas Sigfox.
- La dernière solution est la solution cellulaire. Cette solution est plus chère et plus ancienne, quelle est la pérénité du réseau 2G : certains disent 2021. des solutions de mise en œuvre existent sur des github. Il existe aussi de nouveaux standards LPAWN : NB-IOT (SFR business) et LTE-M(Orange) qui ont été lancée en 2018 et sont complémentaires à Sigfox et Lorawan. Les solutions NB-IOT et LTE-M répondent à des besoins auquels ne peuvent répondre Sigfox et LoraWan. Les débits proposés sont supérieurs (20kbps pour NB-IOT et 200kbps à 1Mbps pour LTE-M avec la possibilité de faire passer de la voix) à ceux de LoraWan et sont bidirectionnels avec un temps de latence plus faible et une meilleure couverture du réseau. Par contre le prix des objets est important (modem SIM7000E à 30 euros) et plus complexe à mettre en œuvre avec nécessité d’intégrer une carte SIM dans l’objet et une consommation plus importante.
- Quelles solutions techniques pour l’IOT avec abonnement ? Cela dépend des usages. Actuellement le marché s’oriente vers la basse consommation, voire l’ultra basse consommation avec des durée de vie du circuit compris entre 3 et 10 ans (sur pile). Des objets peu chers et durables sans maintenance, ce à quoi répond Lorawan et Sigfox.
- l’IoT englobe un grand nombre de matières du GEII : l’électronique. coté capteur, utiliser des capteurs I2C ou SPI Mems et les associer à des capteurs analogiques avec mise en forme (LM335, LDR, CTN, …) permet d’associer physique, SE et INFO2 sur un projet commun. En ER ou en INFO2, l’utilisation de kits de développement mais aussi de circuits radio à connecter (SPI ou UART) au microcontrôleur, sur labdec par exemple, sont tout à fait envisageables sur une ou deux séances. Evidemment, on peut aller encore plus loin et créer son pcb voire son boitier pour créer son objet connecté.
- Utilisation d’un gecko starter kit EFM32 pour la mesure du courant L’association capteur/microcontrôleur/radio/batterie va montrer les problématiques de gestion d’énergie fondamentales dans l’IdO, cela peut être introduit sur une séance de TP, ou bien amener à un projet avec, pourquoi pas, une mise en boitier de l’objet connecté.
- L’informatique embarquée avec arduino ou mbed et VS Code associée au plugin platformio pour la programmation.
- Et il est aussi possible d’introduire l’étude d’antenne et adaptation d’antenne.
- Enfin, pour la partie informatique, difficile dans l’IdO de ne pas parler MQTT, API Rest et web services, mais l’utilisation de serveurs web, clés en main, permet d’obtenir un résultat rapidement, avec un tracé de courbe, sans nécessairement entrer dans les détails de ces technologies. Ainsi quels que soient les points abordés de l’IdO, l’enseignant devra borner ses séances et préciser ses objectifs face à la myriade de solutions et de technologies disponibles. N’oublions pas Nodered et grafana qui sont des outils assez simple à prendre en main et permettent de créer des IHM simples. On peut aussi parler des raspberry pi ou de la gestion de base de données mysql ou influxdb par exemple. La partie informatique est vaste mais peut être traitée de façon simplifiée et abordables pour nos étudiants.