Conception et réalisation d’un robot de supervision : acquisition et échange de données à distance via une liaison sans fil

‫المدرسة‬‫العليا‬‫ألساتذة‬‫التعليم‬‫التقني‬
Ecole Normale Supérieure de l’Enseignement Technique
Ecole Normale Supérieure de l’Enseignement Technique (ENSET-Rabat)
Adresse: Av. de l’Armée Royale, Madinat Al Irfane, Riad, Rabat - BP : 6207, Rabat-Instituts, Rabat
Tél.: (+212) (0)537 56 40 62, Fax : (+212) (0)537 56 40 76, URL: http://enset.um5s.ac.ma
Filière d’Ingénieur
Génie Electrique
Projet de Développement et de Prototypage Réel d'un
Système Relevant du Génie Electrique
Semestre 4
Réalisé par
Mr. BADDOU Mohammed
Mr. AIT MELLAL Ismail
Encadré par
Prof. ZAZI Malika
Sous le thème
ROBOT SUPERVISEUR :
ACQUISITION ET ECHANGE DE DONNEES PAR UN
PROTOCOLE DE COMMUNICATION SANS FIL
Soutenue le 15 Juin 2016, devant le jury :
Mme. CHAOUI, professeur à l’ENSET, président
Mme. ZAZI, professeur à l’ENSET,
M. MHAMDI, professeur à l’ENSET.

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ROBOT SUPERVISEUR
Projet de Développement et de Prototypage Réel d’un Système GE 2ème FI-GE A.U : 2015/2016

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ROBOT SUPERVISEUR
A
Nos chers Parents…
Nos frères et sœurs…
Nos professeurs…
Et également à tous ceux qui ont participé de près ou de loin à l’élaboration
de cet humble travail.
.
Cordialement

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ROBOT SUPERVISEUR
Avant tout développement sur cette expérience, il apparaît opportun d’entamer ce rapport de projet
de développement, de prototypage réel d’un système relevant du Génie Electrique par des remerciements
à ceux qui nous ont beaucoup appris au cours de cette période.
Nous adressons nos sincères remerciements et l’expression de notre respectueuse considération au
Directeur de l’ENSET Monsieur EL GHARAD ABDELLAH, Nos remerciements vont aussi à notre
encadrant Mme. MALIKA ZAZI qui n’a cessé de nous encourager et de nous guider avec ses précieux
et judicieux conseils tout au long de la période de cette expérience, ainsi pour toutes ses explications
issues de cette expérience.
Nous tenons à exprimer nos sincères remerciements à notre coordinatrice de notre filière
Mme. SOUMIA EL HANI pour sa disponibilité, aux membres du jury de soutenance Mme. CHAOUI
Fatima Zahra et Mr. MHAMDI Jamal à tous les professeurs qui nous enseignent tout au long de cette
année.
MERCI

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ROBOT SUPERVISEUR
Le projet de développement et de prototypage réel d’un système relevant du Génie Electrique
est une occasion qui nous a permis d'être en contact direct avec des situations problématiques
réelles.
Grâce à cette occasion, les élèves ingénieurs apprennent des leçons pratiques en faisant des
recherches pour s'adapter au projet et d’améliorer ses connaissances théoriques au niveau du sujet
traité.
De même, sur le plan humain et psychologique, il est certain que les élèves ingénieurs
s’engagent dans un travail d’équipe, ce qui permet et offre une sociabilité assez rapide et satisfaisante.
C’est dans ce cadre que ce projet s’inscrit. C’est aussi une occasion de découvrir les différents
points en relation avec le sujet du projet.

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ROBOT SUPERVISEUR
La bonne réussite d'un projet s'appuie sur un ensemble des piliers qui est : l'équipe de travail et son
organisation.
Notre équipe se compose de 2 étudiants :
 Mr. BADDOU Mohamed :
 Téléphone : +212 6 77 84 10 85
 G-mail : baddoubaddou@gmail.com
 Mr. AIT MELLAL Ismail :
 Téléphone : +212 6 27 72 63 31
 G-mail : ismail.aitmellal@gmail.com
Notre Projet a été encadré par le professeur du département Génie Electrique :
 Mme. ZAZI Malika :
 G-mail : m.zazi@um5s.net.ma
L’organisation du travail est selon le diagramme GANT ci-dessous :

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ROBOT SUPERVISEUR
DEDICACE …...................................................................................................................................................03
REMERCIEMENTS ..........................................................................................................................................04
AVANT-PROPOS .............................................................................................................................................05
METHODOLOGIE, ORGANISATION DU TRAVAIL...................................................................................06
TABLE DES MATIERES..................................................................................................................................07
LISTE DES FIGURES ......................................................................................................................................09
LISTE DES TABLEAUX..................................................................................................................................10
L’ETAT DE L’ART...........................................................................................................................................11
CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL....................................................................................................13
INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................................................14
PARTIE I : ETUDE PREALABLE DU PROJET............................................................................................15
I. Analyse Fonctionnelle du Projet ..................................................................................................................16
1. Analyse fonctionnelle du besoin (bête a corne) ..................................................................................17
2. Diagramme pieuvre..............................................................................................................................18
3. Diagramme FAST................................................................................................................................19
4. Chaine fonctionnelle du Projet.............................................................................................................21
II. Modélisation Fonctionnelle et Structurelle du Robot de Supervision en SysML.........................................25
1. Diagramme de Cas d’Utilisation..........................................................................................................25
2. Diagramme d’Exigence.......................................................................................................................26
3. Diagramme de Définition de Bloc.......................................................................................................26
4. Diagramme Interne de Bloc.................................................................................................................28
PARTIE II : DESCRIPTION ET MISE EN ŒUVRE DE LA PARTIE MATERIELLE...............................29
I. La Carte ARDUINO Mega 2560..................................................................................................................30
1. Vue de l’Ensemble..............................................................................................................................30
2. Synthèse des Caractéristiques.............................................................................................................31
3. Brochage de la Carte Mega.................................................................................................................31
4. Alimentation........................................................................................................................................32
5. Les Périphériques du KIT UNO..........................................................................................................33

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ROBOT SUPERVISEUR
II. La Motorisation du Robot..............................................................................................................................36
1. Présentation des Servomoteurs..........................................................................................................36
2. Présentation des Shield L298N (Pont H) ..........................................................................................37
3. Fonctionnement et Brochage avec ARDUINO.................................................................................37
III. Communication sans fil..............................................................................................................................38
1. Principe de la Communication sans Fil.............................................................................................38
2. Différents Types de la Communication sans Fil...............................................................................39
3. Tableau Récapitulatif........................................................................................................................40
4. Présentation du Shield Bluetooth .....................................................................................................40
5. Fonctionnement et Brochage avec ARDUINO.................................................................................41
IV. Les Capteurs...............................................................................................................................................42
1. Capteur Ultrason ..............................................................................................................................42
2. Capteur de la Température et de l’Humidité DHT11 .......................................................................44
3. RFID-RC522 ....................................................................................................................................45
4. Caméra OV767..................................................................................................................................46
PARTIE III : PRESENTATION DE LA PARTIE LOGICIELLE .................................................................47
I. ARDUINO ...................................................................................................................................................48
II. App INVENTOR pour ANDROID..............................................................................................................48
PARTIE IV : ECRITURE DE PROGRAMME DE COMMANDE DU SYSTEME .....................................50
I. Organigramme de Commande du Système ...................................................................................................51
PARTIE V : PHASE DE LA REALISATION ...............................................................................................53
I. Réalisation de la Plateforme sous App INVENTOR......................................................................................54
II. Réalisation du Robot.......................................................................................................................................58
CONCLUSION GENERALE............................................................................................................................61
CONCLUSIONS PERSONNELLES.................................................................................................................62
BIBLIOGRAPHIE & WEBOGRAPHIE ..........................................................................................................63
ANNEXE...........................................................................................................................................................64

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ROBOT SUPERVISEUR
Figure 1 : Exemple des catégories de robots.
Figure 2 : Diagramme Bête à Corne exprimant le besoin du Robot de Supervision.
Figure 3 : Diagramme Pieuvre reliant le robot avec son environnement extérieur.
Figure 4 : Diagramme exprimant la lecture du FAST.
Figure 5 : Diagramme FAST du Robot de Supervision.
Figure 6 : Chaine fonctionnelle d’un système.
Figure 7 : Chaine d’énergie d’un système.
Figure 8 : Chaine d’information d’un système.
Figure 9 : Chaine fonctionnelle du Robot.
Figure 10 : Diagramme ‘‘Cas d’utilisation’’ du Robot.
Figure 11 : Diagramme ‘‘d’Exigence’’ du Robot.
Figure 12 : Diagramme de ‘‘définition des blocs’’ du Robot.
Figure 13 : Diagramme Interne de blocs du Robot.
Figure 14 : Vue d’ensemble de la carte ARDUINO MEGA.
Figure 15 : Vue représentant le brochage de la carte ARDUINO MEGA.
Figure 16 : Moteur à Courant Continue (DC).
Figure 17 : Shield L298N Pont H.
Figure 18.1 : Sens du courant en fonction de l’état des interrupteurs dans Moteurs.
Figure 18.2 : Schéma de branchement Shield Moteur avec Arduino et les Moteurs.
Figure 19 : Shield Bluetooth JY-MCU.
Figure 20 : Schéma de branchement Shield Bluetooth avec Arduino.
Figure 21 : Capteur Ultrason HC-SR04.
Figure 22 : représentation graphique de la séquence de fonctionnement du module HC-SR04.
Figure 23 : Schéma de branchement du module HC-SR04 avec ARDUINO.
Figure 24 : Capteur DHT11.
Figure 25 : Schéma de branchement du Capteur DHT11 avec ARDUINO.
Figure 26 : Pack du Module RFID-RC522.

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ROBOT SUPERVISEUR
Figure 27 : Schéma de branchement du module RFID-RC522 avec ARDUINO.
Figure 28 : Module Caméra OV767.
Figure 29 : Organigramme de fonctionnement Complet du Robot R.D.S.
Figure 30 : Page d’accueil de l’interface graphique sous App Inventer.
Figure 31 : Page d’accueil de l’interface graphique.
Figure 32 : Description de l’interface graphique de pilotage via Androïde 'Mode Manuel'.
Figure 33 : Description de l’interface graphique de pilotage via Androïde ‘Mode Automatique’.
Figure 34.1 : Interface de création de l’application ‘ Connexion au Robot’.
Figure 34.2 : Interface de création de l’application ‘Pilotage du Robot’.
Figure 34.3 : Interface de création de l’application ‘Réception de la température et l’humidité’.
Figure 34.4 : Interface de création de l’application 'Déconnexion du Robot'.
Figure 35 : Description de l’interface graphique lors de la déconnexion.
Figure 36 : Vue des Châssis du Robot.
Figure 37 : Vue de dessous du Châssis du Robot.
Figure 38.1 : Vue perspective 1 du Robot.
Figure 39 : Vue d’arrière du Robot.
Figure 40 : Vue de face du Robot.
Figure 41 : Vue de droite du Robot.
Tableau 1 : Les fonctions principales et contraintes du diagramme Pieuvre du Robot.
Tableau 2 : Description des différentes fonctions de la chaine d’énergie.
Tableau 3 : Caractéristiques de la Carte ARDUINO MEGA.
Tableau 4 : Comparaison entre les caractéristiques de Zigbee, Wi-Fi et Bluetooth.

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ROBOT SUPERVISEUR
Un robot est un système mécanique Polly-articulée mû par des actionneurs et commandé par un
calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches.
Plusieurs dates ont marqué l’évolution et le développement de la robotique, et les plus importants
sont :
 1947 : premier manipulateur électrique télé opéré ;
 1954 : premier robot programmable ;
 1961 : apparition d'un robot sur une chaîne de montage de General Motors, premier
robot avec contrôle en effort ;
 1963 : utilisation de la vision pour commander un robot ;
 1973 : premier robot mobile à roues.
Selon le domaine où on veut exploiter le robot, on trouve différentes catégories :
 Robots mobiles à roues ;
 Robots sous-marins ;
 Robots volants ;
 Robots humanoïdes ;
 Robots manipulateurs.
Type des robots :
1. Robots personnels :
Robots Personnels sont généralement achetés par des acheteurs individuels (consommateurs) et
sont utilisés pour éduquer, de divertir ou d'aider à la maison. Ce marché se caractérise par des produits
tels que les aspirateurs robotisés, tondeuses à gazon, et les jouets, ainsi que des robots qui aident les
personnes handicapées et les personnes âgées à la maison.
Figure 1 : Exemple des catégories de robots.

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ROBOT SUPERVISEUR
2. Robots de service :
Les robots de services sont des semi ou entièrement autonome des robots mobiles qui aident les
équipements humains de service, et effectuer d'autres fonctions autonomes. Ils sont utilisés au mieux
pour les tâches répétitives, exigent des niveaux constamment élevés de concentration, sont exigeants
physiquement, ou de prendre place dans des environnements dangereux. Robots qui exécutent des
fonctions sous-marine, ceux qui propre, et ceux qui effectuent des manœuvres précises médicaux sont
des exemples populaires de robots de service.
Probablement la plus grande sous-classe de robots de service est dans l'industrie de la défense.
Véhicules sans pilote sur le terrain, sous l'eau, ou dans l'air tout ajustement au sein de cette catégorie.
Souvent liés à des robots militaires sont la recherche et de sauvetage, lutte contre l'incendie, le déminage,
de surveillance et d'autres types de robots de sécurité publique.
3. Robots industrielle :
Les robots industriels, ou plus exactement «immeuble bras robotisés" ont été autour depuis des
décennies, et ils font des choses comme des voitures de soudure, de peinture, les réfrigérateurs et vérifier
des irrégularités dans les chaînes de montage.
Ils sont utilisés dans un certain nombre de différents secteurs manufacturiers, mais surtout dans le
secteur de l'automobile et à un moindre degré l'industrie électronique. Industriels expéditions robotique
effectivement fléchi entre 2000 et 2005 - principalement en raison de la récession dans l'industrie
automobile -. Tout l'ensemble du secteur robotique a presque doublé les ventes de 5,7 milliards de 11
milliards de dollars
4. Robots hexapode :
Un robot hexapode est un véhicule mécanique dont la locomotion est basée sur trois paires de
pattes. L'étude de la marche des insectes est d'un intérêt spécifique pour présenter une alternative à
l'usage de roues pour la locomotion des robots.
Le terme se réfère par conséquent aux robots d'inspiration biologique imitant dans le cas présent
les animaux hexapodes tels les insectes.
Les robots hexapodes sont reconnus plus stables que les robots bipèdes du fait que dans la majorité
des cas, les hexapodes sont statiquement stables.
Par conséquent, ils ne dépendent pas de contrôleurs en temps réel pour rester debout ou pour
marcher. Cependant, il a été démontré qu'à grandes vitesses de déplacement, les insectes sont dépendants
de facteurs dynamiques.

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ROBOT SUPERVISEUR
Nous avons fixé notre propre cahier des charges fonctionnel en proposant ce sujet à notre
encadrant. L’idée est donc de réaliser un robot mobile dont le cerveau est une carte Arduino Mega
équipée par un Shield Bluetooth qui va assurer la transmission des différentes données Entrées/Sorties.
Le pilotage du robot se fait par deux façons :
 Mode Manuel : Le robot est commandé à travers les flèches directionnelles de l’application
Android ;
 Mode Automatique : un détecteur d’obstacle permet au robot de circuler tout seul.
Notre système va recouvrir les points suivants :
 Réaliser une interface graphique Android à l’aide de l’application App-Inventor pour la
commande du robot à distance (Bluetooth).
 Le robot sera équipé par :
 un capteur de température et d’humidité pour envoyer les mesures à l’utilisateur.
 Une caméra afin de capter des images du lieu supervisé, et les envoyer à l’utilisateur.

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ROBOT SUPERVISEUR
Ce projet consiste à développer un robot de supervision mobile commandé à distance par un
Smartphone pour transmettre les données souhaitées à savoir : la température, l’humidité et la vidéo.
L’idée est de pouvoir concevoir un système mécatronique en prenant en compte les contraintes
techniques et matérielles pour arriver au développement d’un produit fonctionnel.
Nous commencerons tout d’abord par présenter le projet, les fonctionnalités du robot ainsi que le
matériel final choisi. Nous expliquerons ensuite tous nos choix de développement ainsi que le
cheminement du projet. Nous aborderons notamment les problèmes que nous aurons rencontrés et les
solutions que nous avons tenté d’apporter. Nous enchaînerons alors sur la mise en place et l’installation
de ce robot, qui nécessite un certain nombre de procédures de lancement.
Nous finirons par un aperçu des améliorations possibles ainsi que les perspectives d’évolution et
d’utilisation d’un tel robot. En effet nous pourront voir que le secteur de la robotique est en plein essor
et que ce projet s’inscrit dans une introduction aux possibilités offertes par ce domaine.
Notre travail est subdivisé en 5 grandes parties :
 La 1ére
Partie : Etude préalable du projet ;
 La 2ème
Partie : Description et mise en œuvre de la partie materielle ;
 La 3ème
Partie : Présentation de la partie logicielle ;
 La 4ème
Partie : Ecriture de programme de commande du système ;
 La 5ème
Partie : Phase de la realisation.

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ROBOT SUPERVISEUR
PARTIE I :
ETUDE PREALABLE
DU PROJET

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ROBOT SUPERVISEUR
I. Analyse Fonctionnelle du Projet :
L’analyse fonctionnelle est une démarche qui « consiste à rechercher et à caractériser les fonctions
offertes par un produit pour satisfaire les besoins de son utilisateur. »
La démarche est généralement conduite en mode projet et peut être utilisée pour créer (conception)
ou améliorer (re-conception) un produit.
 L'objet visé par la démarche peut être un objet, un matériel, un processus matériel ou vivant,
une organisation, un logiciel, etc.
 Les besoins sont de toute nature et sont exprimés de façon individuelle ou collective,
objective ou subjective, avec des degrés de justification disparates.
 La ou les fonctions étudiées sont également diverses : fonctions de service, fonctions
d'évaluation, fonctions de traitement
 Le cadre de l'étude doit être aussi pris en compte : contraintes ou variables déduites de
l'environnement, la réglementation, des usages, etc…
La méthode RESEAU, la plus complète à ce jour, qui permet de trouver la totalité des fonctions
de service, utilise 6 démarches d'analyse dont la complémentarité garantit l'exhaustivité de la démarche.
Recherche intuitive Etude du cycle de vie et de l'environnement Sequential Analysis of Fonctional
Elements (SAFE) Examen des efforts et des mouvements, Analyse d'un produit de référence Utilisation
des normes et des règlements
L’analyse fonctionnelle est possible grâce à des outils clairement définis. On trouve ainsi :
 La bête à cornes, qui permet d’exprimer la recherche du besoin.
 Le diagramme pieuvre, qui permet de définir les liens (c’est-à-dire les fonctions de
service) entre le système et son environnement. Ce diagramme permet de recenser la
plupart des fonctions du système.
 Le cahier des charges, qui permet de décrire et lister les fonctions primaires, secondaires
et les contraintes du système étudié.
 Les diagrammes FAST et SADT, qui permettent la recherche de solutions technologiques.
 Dans la conception de logiciels, le langage SysML est souvent utilisé, notamment quand
il s'agit de décrire des processus qui seront développés par la suite à l'aide d'un langage
orienté objet.

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ROBOT SUPERVISEUR
1. Analyse fonctionnelle du besoin (Bête à Corne) :
L'analyse des besoins faite auparavant se concentrant surtout sur les besoins majeurs du produit, il
est ensuite nécessaire d'approfondir pour pouvoir rédiger un document contractuel sur lequel la maîtrise
d'ouvrage et la maîtrise d'œuvre s'entendent.
Les besoins devront être exprimés sous forme de fonctions (d'où le nom d'analyse fonctionnelle)
et non de solutions pour permettre un choix lors de l'étude technique. Ces fonctions doivent donc être
listées, classées et explicitées. L'outil But-Besoin-Fonction-Moyen permet de lister de manière
exhaustive l'ensemble des Besoins et puis y associer les Fonctions puis les Moyens afférents.
L'expression du besoin permet d'isoler l'objet étudié afin d'identifier le principal destinataire, sa
matière d’œuvre, et d'exprimer sa fonction globale.
Pour établir la bête à cornes, il est essentiel de se poser les trois questions suivantes :
 À qui, à quoi le produit rend-il service ?
 Sur qui, sur quoi agit-il ?
 Dans quel but ? (pour quoi ?)
L'expression du besoin est un outil de représentation de ces questions fondamentales :
Sur quoi agit-il ?
Dans quel but ?
A qui rend-il service ?
L’utilisateur L’environnement
Robot de
Supervision
Permettre à l’utilisateur de superviser un endroit inaccessible à
l’aide d’une plateforme Androïde
Figure 2 : Diagramme Bête à Corne exprimant le besoin du Robot de Supervision.

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ROBOT SUPERVISEUR
2. Diagramme Pieuvre :
Le diagramme pieuvre nous permet de répertorier toutes les fonctions de notre produit.
En effet nous rappelons que lors de la conception, les techniciens chercheront pour chaque fonction
à satisfaire, la meilleure solution. Et c'est l'ensemble des solutions qui donnera le produit final.
On distingue deux types de fonction :
 Fp = Fonction principale : lien entre le produit et 2 objets environnants.
 Fc = Fonction de contrainte : lien entre le produit et 1 objet environnant.
FP1 Permettre à l’utilisateur de superviser un endroit inaccessible
FP2 Permettre à l’utilisateur de contrôler le robot à l’aide d’une plateforme Androïde
FC1 Assurer l’énergie électrique au robot
FC2 Résister au milieu extérieur (climat, sol...)
FC3 Être facile à maintenir
FC4 Être esthétique
FP1
FP2
FC2
FC3
FC4
FC1 Robot de
Supervision
Utilisateur
Milieu
extérieur
Esthétique
Energie
Maintenance
Supervision
Contrôle
Figure 3 : Diagramme Pieuvre reliant le robot avec son environnement extérieur.
Tableau 1 : Les fonctions principales et contraintes du diagramme Pieuvre du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
3. Diagramme FAST :
Un diagramme FAST (Functional Analysis System Technique) présente une de composition
hiérarchisée des fonctions du système allant des fonctions de service (fonctions en lien avec le milieu
extérieur) et passant par les fonctions techniques (fonctions internes au système) jusqu'à l'énoncé des
solutions technologique employées ou prévues pour remplir les fonctions techniques.
Ce diagramme se construit de la gauche vers la droite à partir de l'énoncé d'une fonction.
Tout déplacement vers la droite répond à la question : Comment réaliser cette fonction ? (Comment
est réalisée la fonction i ? Par la fonction k.).
Tout déplacement vers la gauche répond à la question : Pourquoi réaliser cette fonction ?
(Pourquoi est réalisée la fonction k ? Parce ce qu'il faut réaliser la fonction i.).
Il est complété vers le haut ou vers le bas pour définir les fonctions devant être assurées
simultanément ou en alternative.
Figure 4 : Diagramme exprimant la lecture du FAST.

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ROBOT SUPERVISEUR
Superviser un endroit
inaccessible à l’aide
d’une plateforme
Androïde
Déplacer le
Robot
Contrôle la
mise en marche
Alimenter Accumulateur
Faire tourner
les roues
Moteur CC à
chaque roue
Automatique Capteur Ultrason
HC-SR04
Manuel Plateforme
Androïde
InterrupteurContrôle la
mise en marche
Carte Arduino
Mega 2560
Donner des
ordres
Acquérir des
donnes
Capteur
DHT 11
Température
/ Humidité
CameraImage
Diriger le
Robot
Foncions de service Foncions Technique Solution
Technologique
Figure 5 : Diagramme FAST du Robot de Supervision.

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ROBOT SUPERVISEUR
4. Chaine fonctionnelle :
Pour aller plus loin dans l'analyse structurelle des systèmes automatisés, il est nécessaire de réaliser
un découpage par chaines fonctionnelles.
Une chaine fonctionnelle est l'adjonction un sous-ensemble de la partie commande (chaine
d'information) et d'un sous-ensemble de la partie opérative (chaine d'énergie) qui interagissent pour
réaliser une des fonctions du système
La chaine d'énergie est le sous-ensemble de la partie opérative qui fait partie de la chaine
fonctionnelle étudiée. Elle transforme l'énergie disponible pour le système en valeur ajoutée pour la
matière d'œuvre.
On peut identifier les éléments suivants :
Figure 6 : Chaine fonctionnelle d’un système.
Figure 7 : Chaine d’énergie d’un système.

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ROBOT SUPERVISEUR
Fonction Elément Rôle Exemples
Alimenter Alimentation Ce peut être une alimentation
embarquée ou une connexion à un
réseau d'énergie (électricité, air
comprimé...). L'énergie est
disponible en continu.
Connexion à un réseau
d'énergie, batterie,
cellules
photovoltaïques...
Distribuer Pré actionneur Le pré actionneur joue le rôle de
"robinet" énergétique réagissant aux
ordres de la partie commande.
Sa technologie diffère en fonction de
l'énergie utilisée (électricité, air
comprimé...)
Relais, distributeurs
électropneumatiques
...
Convertir Actionneur Convertit l'énergie issue du pré
actionneur en énergie mécanique. Les
actionneurs les plus courants sont le
moteur électrique et le vérin
pneumatique.
Moteurs électriques,
vérins
pneumatiques,
hydrauliques,
résistance
chauffantes,
ampoules...
Transmettre Chaine
cinématique
Adapte et transmet l'énergie
mécanique pour qu'elle soit adaptée à
la fonction de la chaine.
Réducteur,
transmission par
chaine, par arbre,
fibre optique,
pantographe...
Agir Effecteur C'est l'élément qui est en contact avec
la matière d'œuvre pour lui apporter
la valeur ajoutée.
Poussoir, bande
roulante, forêt,
pince, encreur, ...
Tableau 2 : Description des différentes fonctions de la chaine d’énergie.

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ROBOT SUPERVISEUR
La chaine d'information maitrise l'énergie envoyée à l'actionneur en envoyant des ordres au pré-
actionneur. Elle élabore ces ordres à partir de grandeurs physiques mesurées sur la partie opérative du
système et des consigne venues de l’extérieure. Elle traite ces données pour en déduire les ordres à
donner. Elle restitue également des informations à l'opérateur ou vers d'autres systèmes.
 Fonction Acquérir : Les capteurs ou les organes de saisie pour l'opérateur ont pour fonction de
transformer une grandeur physique (position d'une pièce, pression sur un bouton...) en signal
compréhensible par un organe de traitement de l'information. Ces grandeurs sont en général
transformées en signal électrique analogique ou numérique.
 Fonction Traiter : Le traitement est réalisé par électronique. Il peut s'agir d'un automate
programmable pour les données binaires ou d'une carte de commande pour traiter des données
analogiques.
 Fonction Communiquer : Après traitement, les informations sont mise en forme en fonction
de leur usage : ordre à la chaine d'énergie, affichage sur un écran...
Figure 8 : Chaine d’information d’un système.

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ROBOT SUPERVISEUR
Représentation générale d'une chaine fonctionnelle :
Finalement, on peut représenter une chaine fonctionnelle de notre robot de supervision de la façon
suivante :
Figure 9 : Chaine fonctionnelle du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
II. Modélisation fonctionnelle et structurelle du Robot de supervision en Sys ML :
La Modélisation en Sys ML est le nouveau langage de modélisation défini par l’OMG. Il est peut
être vu comme une extension d’UML destinée à la modélisation d’un large spectre de systèmes
complexes. Son champ d’application est en ce sens plus large que celui d’UML mais sa filiation le rend
tout particulièrement intéressant pour la modélisation de systèmes embarqués majoritairement composés
de logiciel.
Nous allons maintenant définir l'intérieur du Robot dont nous venons de décrire le fonctionnement.
Nous allons identifier les blocs et sous blocs qui vont constituer notre système.
Ensuite nous allons reprendre la dynamique décrite pour le Robot et la développer à travers les blocs
que nous aurons identifiés.
1. Diagramme de Cas d’Utilisation :
Le diagramme de cas d'utilisation est un diagramme utilisé pour donner une vision globale du
comportement fonctionnel d'un système (Robot de supervision). Il est utile pour des présentations auprès
des acteurs d'un projet, mais pour le développement, le cas d'utilisation est plus approprié. Un cas
d'utilisation représente une unité discrète d'interaction entre un utilisateur (humain) et un système
(Robot). Il est une unité significative de travail. Dans un diagramme de cas d'utilisation, les utilisateurs
sont appelés acteurs (actors), ils interagissent avec les cas d'utilisation (use cases).
Figure 10 : Diagramme ‘‘Cas d’utilisation’’ du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
2. Diagramme d’Exigence :
Le diagramme d’exigence décrit les exigences du cahier des charges fonctionnel.
Une exigence exprime une capacité ou une contrainte à satisfaire par un système.
Elle peut exprimer une fonction que devra réaliser le système ou une condition de performance
technique, physique, de sécurité, de fiabilité, d’ergonomie, d’esthétisme...
Les exigences servent à établir un contrat entre le client et les réalisateurs du futur système
3. diagramme de Définition de Bloc :
 Montre le système du point de vue composant.
 Il répond à la question «qui contient quoi ?»
Le bloc Sys ML (« block ») constitue la brique de base pour la modélisation de la structure d’un
système.
Ce bloc peut représenter un système complet, un sous-système ou un composant élémentaire
Les blocs sont décomposés afin de décrire la hiérarchie du système.
Figure 11 : Diagramme ‘‘d’Exigence’’ du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
Relation entre blocs :
La composition : C’est une relation forte. Elle indique qu’un block a nécessairement besoin du sous-
block
L’agrégation : c’est une relation moins forte qui n’implique pas d’obligation.
Figure 12 : Diagramme de ‘‘définition des blocs’’ du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
4. Diagramme Interne de Bloc :
Le diagramme de bloc interne décrit la vue interne d’un bloc.
Il se base sur le «bdd». Il représente la connexion entre les éléments d’un bloc.
Figure 13 : Diagramme Interne de blocs du Robot.

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DESCRIPTION ET
MISE EN ŒUVRE DE
LA PARTIE
MATERIELLE
PARTIE II :

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I. La Carte ARDUINO Mega 2560 :
1. Vue de l’Ensemble :
Arduino est un projet créé par une équipe de
développeurs, composée de six individus : Massimo
Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca
Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti. Cette
équipe a créé le "système Arduino". C’est un outil qui
va permettre aux débutants, amateurs ou
professionnels de créer des systèmes électroniques
plus ou moins complexes.
Le système Arduino nous donne la possibilité d'allier les performances de la programmation à
celles de l'électronique. Plus précisément, nous allons programmer des systèmes électroniques. Le gros
avantage de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas électroniques et
par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail à la conception d'une carte
électronique.
La carte Arduino Mega 2560 est une carte à microcontrôleur basée sur un ATmega2560. Cette
carte dispose de :
 54 broches numériques d'entrées/sorties (dont 14 peuvent être utilisées en sorties PWM
(largeur d'impulsion modulée) ;
 16 entrées analogiques (qui peuvent également être utilisées en broches entrées/sorties
numériques) ;
 4 UART (port série matériel) ;
 Un quartz 16Mhz ;
 Une connexion USB ;
 Un connecteur d'alimentation jack ;
 Un connecteur ICSP (programmation "in-circuit") ;
 Un bouton de réinitialisation (reset).
Elle contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement du microcontrôleur ; Pour pouvoir
l'utiliser et se lancer, il suffit simplement de la connecter à un ordinateur à l'aide d'un câble USB (ou de
l'alimenter avec un adaptateur secteur ou une pile, mais ceci n'est pas indispensable, l'alimentation étant
fournie par le port USB).
Figure 14 : Vue d’ensemble de la carte
ARDUINO MEGA.

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2. Synthèse des Caractéristiques :
Microcontrôleur ATmega2560
Tension de fonctionnement 5V
Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V
Tension d'alimentation (limites) 6-20V
Broches E/S numériques 54 (dont 14 disposent d'une sortie PWM)
Broches d'entrées analogiques 16 (utilisables en broches E/S numériques)
Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé pour
l'ensemble des broches E/S)
Intensité maxi disponible pour la sortie 3.3V 50 mA
Intensité maxi disponible pour la sortie 5V Fonction de l'alimentation utilisée - 500 mA max si
port USB utilisé seul
Mémoire Programme Flash 256 KB dont 8 KB sont utilisés par le bootloader
Mémoire SRAM (mémoire volatile) 8 KB
Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 4 KB
Vitesse d'horloge 16 MHz
3. Brochage de la Carte Mega :
Tableau 3 : Caractéristiques de la Carte ARDUINO MEGA.
Figure 15 : Vue représentant le brochage de la carte ARDUINO MEGA.

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4. Alimentation :
La carte Arduino Mega 2560 peut être alimentée soit via la connexion USB (qui fournit 5V jusqu'à
500mA) ou à l'aide d'une alimentation externe. La source d'alimentation est sélectionnée
automatiquement par la carte.
L'alimentation externe (non-USB) peut être soit un adapteur secteur (pouvant fournir typiquement
de 3V à 12V sous 500mA) ou des piles (ou des accus). L'adaptateur secteur peut être connecté en
branchant une prise 2.1mm positif au centre dans le connecteur jack de la carte. Les fils en provenance
d'un bloc de piles ou d'accus peuvent être insérés dans les connecteurs des broches de la carte appelées
GND (masse ou 0V) et Vin (Tension positive en entrée) du connecteur d'alimentation.
La carte peut fonctionner avec une alimentation externe de 6 à 20 volts. Cependant, si la carte est
alimentée avec moins de 7V, la broche 5V pourrait fournir moins de 5V et la carte pourrait être instable.
Si on utilise plus de 12V, le régulateur de tension de la carte pourrait chauffer et endommager la
carte. Aussi, la plage idéale recommandée pour alimenter la carte Uno est entre 7V et 12V.
Les broches d'alimentation sont les suivantes :
 VIN : La tension d'entrée positive lorsque la carte Arduino est utilisée avec une source de
tension externe (à distinguer du 5V de la connexion USB ou autre source 5V régulée). Vous
pouvez alimenter la carte à l'aide de cette broche, ou, si l'alimentation est fournie par le jack
d'alimentation, accéder à la tension d'alimentation sur cette broche.
 5V : La tension régulée utilisée pour faire fonctionner le microcontrôleur et les autres
composants de la carte (pour info : les circuits électroniques numériques nécessitent une tension
d'alimentation parfaitement stable dite "tension régulée" obtenue à l'aide d'un composant appelé
un régulateur et qui est intégré à la carte Arduino). Le 5V régulé fourni par cette broche peut
donc provenir soit de la tension d'alimentation VIN via le régulateur de la carte, ou bien de la
connexion USB (qui fournit du 5V régulé) ou de tout autre source d'alimentation régulée.
 3V3 : Une alimentation de 3.3V fournie par le circuit intégré FTDI (circuit intégré faisant
l'adaptation du signal entre le port USB de votre ordinateur et le port série de l'ATmega) de la
carte est disponible : ceci est intéressant pour certains circuits externes nécessitant cette tension
au lieu du 5V). L'intensité maximale disponible sur cette broche est de 50mA.
 GND : Broche de masse (ou 0V).

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5. Les Périphériques du KIT UNO :
5.1. Les mémoires :
L'ATmega 2560 à 256Ko de mémoire FLASH pour stocker le programme (dont 8Ko également
utilisés par le bootloader). L'ATmega 2560 a également 8 ko de mémoire SRAM (volatile) et 4Ko
d'EEPROM (non volatile - mémoire qui peut être lue à l'aide de la librairie EEPROM).
Pour info : Le bootloader est un programme préprogrammé une fois pour toute dans l'ATmega et
qui permet la communication entre l'ATmega et le logiciel Arduino via le port USB, notamment lors de
chaque programmation de la carte.
5.2. Entrées et Sorties numériques :
Chacune des 54 broches numériques de la carte Mega peut être utilisée soit comme une entrée
numérique, soit comme une sortie numérique, en utilisant les instructions pinMode(), digitalWrite()
et digitalRead() du langage Arduino. Ces broches fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou
recevoir un maximum de 40mA d'intensité et dispose d'une résistance interne de "rappel au plus" (pull-
up) (déconnectée par défaut) de 20-50 KOhms. Cette résistance interne s'active sur une broche en entrée
à l'aide de l'instruction digitalWrite (broche, HIGH).
De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées :
 Communication Série : Port Serie Serial : 0 (RX) and 1 (TX) ; Port Serie Serial 1: 19 (RX) and
18 (TX) ; Port Serie Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX); Port Serie Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX).
Utilisées pour recevoir (RX) et transmettre (TX) les données séries de niveau TTL. Les broches
0 (RX) and 1 (TX) sont connectées aux broches correspondantes du circuit intégré ATmega8U2
programmé en convertisseur USB-vers-série de la carte, composant qui assure l'interface entre
les niveaux TTL et le port USB de l'ordinateur.
 Interruptions Externes : Broches 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt
4), 20 (interrupt 3), et 21 (interrupt 2). Ces broches peuvent être configurées pour déclencher une
interruption sur une valeur basse, sur un front montant ou descendant, ou sur un changement de
valeur. Voir l'instruction attachInterrupt() pour plus de détails.
 Impulsion PWM (largeur d'impulsion modulée) : Broches 0 à 13. Fournissent une impulsion
PWM 8-bits à l'aide de l'instruction analogWrite().

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 SPI (Interface Série Périphérique) : Broches 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Ces
broches supportent la communication SPI (Interface Série Périphérique) disponible avec
la librairie pour communication SPI. Les broches SPI sont également connectées sur le
connecteur ICSP qui est mécaniquement compatible avec les cartes Uno, Duemilanove et
Diecimila.
 I2C : Broches 20 (SDA) et 21 (SCL). Supportent les communications de protocole I2C (ou
interface TWI (Two Wire Interface - Interface "2 fils"), disponible en utilisant la librairie
Wire/I2C (ou TWI - Two-Wire interface - interface "2 fils") . Noter que ces broches n'ont pas le
même emplacement que sur les cartes Uno, Duemilanove ou Diecimila.
 LED : Broche 13. Il y a une LED incluse dans la carte connectée à la broche 13. Lorsque la
broche est au niveau HAUT, la LED est allumée, lorsque la broche est au niveau BAS, la LED
est éteinte.
5.3. Broches analogiques :
La carte Mega2560 dispose de 16 entrées analogiques, chacune pouvant fournir une mesure d'une
résolution de 10 bits (càd sur 1024 niveaux soit de 0 à 1023) à l'aide de la très utile fonction analogRead()
du langage Arduino. Par défaut, ces broches mesurent entre le 0V (valeur 0) et le 5V (valeur 1023), mais
il est possible de modifier la référence supérieure de la plage de mesure en utilisant la broche AREF et
l'instruction analogReference() du langage Arduino.
Note : les broches analogiques peuvent être utilisées en tant que broches numériques.
Il y a deux autres broches disponibles sur la carte :
 AREF : Tension de référence pour les entrées analogiques (si différent du 5V). Utilisée avec
l'instruction analogReference().
 Reset : Mettre cette broche au niveau BAS entraîne la réinitialisation (= le redémarrage) du
microcontrôleur. Typiquement, cette broche est utilisée pour ajouter un bouton de
réinitialisation sur le circuit qui bloque celui présent sur la carte.

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5.4. Communication :
La carte Arduino Mega2560 dispose de toute une série de facilités pour communiquer avec un
ordinateur, une autre carte Arduino, ou avec d'autres microcontrôleurs. L'ATmega2560 dispose de quatre
UARTs (Universal Asynchronous Receiver Transmitter ou émetteur-récepteur asynchrone universel en
français) pour communication série de niveau TTL (5V) et qui est disponible sur les broches 0 (RX) et
1 (TX). Un circuit intégré ATmega8U2 sur la carte assure la connexion entre cette communication série
de l'un des ports série de l'ATmega 2560 vers le port USB de l'ordinateur qui apparaît comme un port
COM virtuel pour les logiciels de l'ordinateur. Le code utilisé pour programmer l'ATmega8U2 utilise le
driver standard USB COM, et aucun autre driver externe n'est nécessaire. Cependant, sous Windows, un
fichier .inf est requis.
Le logiciel Arduino inclut une fenêtre terminal série (ou moniteur série) sur l'ordinateur et qui
permet d'envoyer des textes simples depuis et vers la carte Arduino. Les LEDs RX et TX sur la carte
clignote lorsque les données sont transmises via le circuit intégré ATmega8U2 utilisé en convertisseur
USB-vers-série et la connexion USB vers l'ordinateur (mais pas pour les communications série sur les
broches 0 et 1).
Une librairie Série Logicielle permet également la communication série (limitée cependant) sur
n'importe quelle broche numérique de la carte UNO.
L’ATmega2560 supporte également la communication par protocole I2C (ou interface TWI (Two
Wire Interface - Interface "2 fils") et SPI :
 Le logiciel Arduino inclut la librairie Wire qui simplifie l'utilisation du bus I2C. Voir
la documentation pour les détails.
 Pour utiliser la communication SPI (Interface Série Périphérique), la librairie pour
communication SPI est disponible.
5.5. Protection du port USB contre la surcharge en intensité :
La carte Arduino Mega2560 intègre un polyfusible réinitialisable qui protège le port USB de votre
ordinateur contre les surcharges en intensité (le port USB est généralement limité à 500mA en intensité).
Bien que la plupart des ordinateurs aient leur propre protection interne, le fusible de la carte fournit une
couche supplémentaire de protection. Si plus de 500mA sont appliqués au port USB, le fusible de la
carte coupera automatiquement la connexion jusqu'à ce que le court-circuit ou la surcharge soit stoppé.

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II. La Motorisation du Robot :
L’évolution des technologies conduit à utiliser des machines nécessitant des vitesses de rotation
précises et variables pour l’entraînement des moteurs d’un robot mobile dans notre cas par exemple.
Dans cette partie, On va parler de :
 Moteur à courant continu et son Shield.
 Comment connecter un tel moteur à l'Arduino, comment le commander par programmation.
 Faire varier sa vitesse grâce à des sorties numériques spéciales : les PWM.
1. Présentation des Moteur DC :
Un servomoteur permet de réaliser des mouvements de rotation
jusqu'à 180°. Mais s'il s'agit de réaliser un robot qui roule, un
servomoteur ne peut pas être utilisé pour la propulsion (ou la traction).
Il nous faut donc utiliser un moteur qui peut tourner infiniment dans un
sens ou dans l'autre. C'est pour cela on a choisi le moteur à courant
continu pour motoriser notre robot.
Dans le monde qui nous entoure, depuis l'invention des principes de rotation (faire tourner un truc
autour d'un autre, ou sur lui-même ; vers 3500 AV J-C pour la roue) et de la mécanisation (la machine
fait à la place de l'homme ; au Moyen-Âge pour les moulins) les moteurs ont pris une place importante.
Il en existe de multiples sortes et surtout qui fonctionnent avec des énergies et des principes physiques
différents. Mais un principe les relie tous : l'axe du moteur tourne.
 Caractéristique :
 Taille du moteur : 70mm x 22mm x 18mm
 Moteur Poids : environ 50g
 Tension : entre 3 V et 12 V (recommandé 6 à 8 Volts).
 Couple : Environ de 0.5 kg.cm
 Vitesse : 15 tr/min (environ de 2 m/s)
 Taux de réduction : 48: 1
 Bruit : environ < 65db >
Figure 16 : Moteur à Courant Continue (DC).

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2. Présentation des Shield L298N (Pont H) :
Le module L298N est un Double Pont-H destiné au
contrôle de moteur (H-Bridge Motor Driver). Il est basé sur le
composant L298N qui est un double Pont-H conçu
spécifiquement pour ce cas d’utilisation.
C’est un module extrêmement utile pour le contrôler de
robots et ensembles mécanisés. Il peut contrôler deux moteur
courant continu ou un moteur pas-à-pas 4 fils 2 phases. Il est
conçu pour supporter des tensions plus élevées, des courants
importants tout en proposant une commande logique TTL (basse
tension, courant faibles, idéal donc pour un microcontrôleur).
Il peut piloter des charges inductives comme des relais, solénoïdes, moteurs continus et moteurs
pas-à-pas. Les deux types de moteurs peuvent être contrôlés aussi bien en vitesse (PWM) qu’en
direction. Toutes les sorties en puissance sont déjà protégées par des diodes anti-retour.
3. Fonctionnement et Brochage avec ARDUINO :
 Fonctionnement :
Les interrupteurs fonctionnent deux par deux. Le A est associé au D et le B est associé au C. Dans
le schéma ci-dessus, rien ne se passe car tous les interrupteurs sont ouverts (ils ne laissent pas passer le
courant). Le moteur est arrêté.
Voyons maintenant ce qui arrive lorsqu'on actionne en même temps les interrupteurs A et D
(schéma de gauche), ou les interrupteurs B et C (schéma de droite) :
 Sur le schéma de gauche : les interrupteurs A et D sont fermés. Le courant entre par la patte
gauche du moteur et sort par sa droite. Le moteur tourne.
 Sur le schéma de droite : les interrupteurs B et C sont fermés. Le courant entre par la patte
droite du moteur et sort par sa gauche. Le moteur tourne donc dans le sens inverse.
Figure 17 : Shield L298N Pont H.
Figure 18.1 : Sens du courant en fonction de l’état des interrupteurs dans Moteurs.

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 Caractéristiques :
 Pont H double : L298N
 Tension : 5V
 Courant : 0-36mA (Courant maximal : 2A (Dans un seul branche))
 Puissance Maximale : 25W
 Dimensions : 43 x 43 x 26mm
 Poids : 26g
 Schéma de branchement :
III.Communication sans fil :
Dans cette partie importante, on décrira la communication sans fil, des types dominants, des
propriétés caractérisant chacun des autres et on va terminer avec le choix du type convenable pour notre
situation.
1. Principe de la Communication sans Fil :
La communication sans fil utilise plutôt les ondes électromagnétiques pour transmettre des
données en utilisant l’air comme canal de transfert :
 L’émetteur applique une certaine variation de courant à son antenne.
 La variation de courant induit une onde électromagnétique.
 L’onde électromagnétique se propage à une vitesse proche de celle de la lumière dans l’air.
 Un courant électrique est induit dans l’antenne du récepteur par la variation de champs
magnétique.
 Le récepteur lit la variation de courant et l’interprète selon le protocole de communication.
Figure 18.2 : Schéma de branchement Shield Moteur avec Arduino et les Moteurs.

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2. Différents Types de la Communication sans Fil :
Afin de révéler l’intérêt ou le choix du protocole Bluetooth, nous allons présenter en plus de ce
protocole quelques protocoles sans fil notamment le protocole Wi-Fi et le Zigbee.
2.1. Zigbee :
Le nom Zigbee signifie « Zig Zaglike a bee », c'est un protocole de haut niveau (au même titre que
le FTP, HTTP, etc.).
Il permet à de petites radios de communiquer sur de faibles distances. Ce protocole est utilisé dans
des radios à consommation réduite. Il est basé sur la norme IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension
personnelle ou Wireless Personal Area Networks (WPANs).
Les spécifications de Zigbee 1.0 sont disponibles auprès des membres de la communauté
industrielle Zigbee Alliance. Bien que le protocole Zigbee soit apparu en 1988.
On retrouve ce protocole dans des environnements où la consommation est un critère des élections.
Il est ainsi très utilisé en domotique mais aussi dans les contrôles industriels, les applications médicales,
les détecteurs de fumée et d’intrusion...
A titre indicatif, certains nœuds Zigbee sont conçus pour fonctionner plusieurs mois en autonomie
complète grâce à une simple pile alcaline de 1,5 V.
Le but du développement de ce protocole est de proposer une liaison sur de courtes distances de
façon plus simple que les autres solutions actuelles (principalement le Bluetooth et Wifi).
2.2. Wi-Fi :
Le Wi-Fi est une technologie de réseau
informatique sans fil mise en place pour fonctionner en
réseau interne et, depuis, devenue un moyen d'accès à
haut débit à Internet. Il est basé sur la norme IEEE
802.11 (ISO/CEI 8802-11).
En pratique, pour un usage informatique du réseau Wi-Fi, il est nécessaire de disposer au minimum
de deux équipements Wi-Fi, par exemple un ordinateur, et un routeur ADSL.

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2.3.Bluetooth :
La technologie Bluetooth est beaucoup répandue dans le monde des
télécommunications et dans les appareils sans fil. Depuis quelque année,
cette technologie a subie plusieurs modifications et améliorations afin de
percer le marché du monde industriel.
Cette technologie retint l’attention, car elle possède une excellente
portée, une bonne vitesse de transmission et plusieurs autres avantages.
La recherche n’a pas été très complexe, car l’information était facilement ainsi que le support
technique des exemples de programmation et des documents possédant les commandes de
programmation entre autres sont facilement accessible, La simplicité des commandes et le support
(documentation et accès à des professionnels) sont de très gros avantages.
La technologie Bluetooth possède d’autres atouts, puisqu’il fallait établir la communication à partir
d’un ordinateur portable et que les ordinateurs portables sont presque tous munis de cette technologie.
Ceci pourrait permettre l’économie d’un module de communication.
1. Tableau Récapitulatif :
Nous résumons dans ce tableau une comparaison entre différentes technologies :
2. Présentation du Shield Bluetooth :
Notre projet consiste à commander un robot à distance par l’androïde, pour ce faire on a besoin
d’une communication sans fil (Bluetooth) afin de transmettre les ordres de pilotage de robot vers la carte
Arduino qui s’occupe dans la suite par le déplacement de robot.
La moyenne utilisée est un Shield Bluetooth, le Bluetooth JY-MCU(voir l’image ci-dessous) est
interfaçable avec une liaison série à travers laquelle il envoie ce qu'il reçoit dans les deux sens.
Tableau 4 : Comparaison entre les caractéristiques de Zigbee, Wi-Fi et Bluetooth.

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 Connecteur :
PIN Fonction
1 KEY : n’est pas utilisée en générale
2 VCC : 5V
3 GND
4 TXD : pour la transmission série
5 EXD : pour la transmission série
 Vitesse de transmission série par défaut est 9600baud.
 Il marche avec 3V et 5V, mais il faut faire attention car certains ont eu des soucis avec une
tension de 5V.
 Il fait 9g environ
 Dimensions : 4.4 cm x 1.6 cm x 0.7 cm
3. Fonctionnement et Brochage avec ARDUINO :
 Fonctionnement :
 Ce module utilise l'interface Série (Tx/Rx) pour l'envoie et la réception des données.
 Le module marche en mode esclave uniquement son nom par défaut est linvor, il peut être
changé.
 Le mot de passe pour lier le module est '1234'
 Une fois le module est connecté via une liaison série, il envoie par Protocol Bluetooth tout
ce qu'on lui donne, et vis-versa.
Figure 19 : Shield Bluetooth JY-MCU.

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 Brochage avec ARDUINO :
IV. Les Capteurs :
Un capteur est un organe de prélèvement des informations qui élabore à partir d'une grandeur
physique, une autre grandeur physique de nature différente (très souvent électrique).
Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de
commande.
Dans cette partie, nous allons présenter les différents capteurs utilisés dans ce projet afin de
respecter le cahier des charges fonctionnel.
1. Capteur Ultrason :
Les capteurs ultrasons fonctionnent en mesurant le temps de retour d’une onde sonore inaudible
par l’homme émise par le capteur. La vitesse du son étant à peu près stable, on en déduit la distance à
l’obstacle.
Capteur ultrasons compatible Arduino, permettant d'effectuer des mesures de distance plus de 4
mètres sans contact. Il va nous servir pour la détection de l’obstacle.
Le modèle compatible est sous la référence HC-SR04.
 Alimentation : 5v.
 Consommation en utilisation : 15 mA.
 Gamme de distance : 2 cm à 5 m.
 Résolution : 0.3 cm.
 Angle de mesure : < 15°.
Figure 20 : Schéma de branchement Shield Bluetooth avec Arduino.
Figure 21 : Capteur Ultrason HC-SR04.

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 Le fonctionnement :
Il faut envoyer une impulsion niveau haut (à + 5v) pendant au moins 10 µs sur la broche ‘Trig
Input’ ; cela déclenche la mesure. En retour la sortie ‘Output’ ou ‘Echo’, va fournir une impulsion +
5v dont la durée est proportionnelle à la distance si le module détecte un objet. Afin de pouvoir calculer
la distance en cm, on utilisera la formule suivante :
Distance = (durée de l’impulsion (en µs) / 58
Voici une représentation graphique de la séquence de fonctionnement du module :
 Schéma de branchement du module avec ARDUINO :
Figure 22 : représentation graphique de la séquence de fonctionnement du module HC-SR04.
Figure 23 : Schéma de branchement du module HC-SR04 avec ARDUINO.

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2. Capteur de la Température et de l’Humidité DHT11 :
Le capteur d’humidité et de température DHT11 est très rependu dans le contrôle de climatisation,
il est constitué d’un capteur de température à base de NTC et d’un capteur d’humidité résistif, un
microcontrôleur s’occupe de faire les mesures, les convertir et de les transmettre.
Il s’interface grâce à un protocole semblable à 1Wire sur 1 seul fil de
donné, une librairie pour Arduino est disponible, il est possible de déporter le
capteur jusqu’à 20 m.
Cette version est constitué uniquement du capteur, il possède 4 broches
espacées de 2,45mm (0,1") ce qui permet de le brancher facilement sur une
breadboard.
Seul 3 broches sont utiles : VCC, GND et Data.
 Alimentation +5V (3.5 - 5.5V)
 température : de 0 à 50°C, précision : +/- 2°C
 Humidité : de 20 à 96% RH, précision +/- 5% RH
 Schéma de branchement du DHT11 avec ARDUINO :
Avant d'envoyer le code sur Arduino, il nous faut la librairie DHT qui vous permet d'utiliser le
capteur DHT11 sur Arduino.
Figure 24 : Capteur DHT11.
Figure 25 : Schéma de branchement du Capteur DHT11 avec ARDUINO.

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3. RFID-RC522 :
La radio identification permet de récupérer des données à distance en utilisant des radio-étiquettes
(RFID tag, ou transpondeur), collées ou fixées sur des objets (badges, port clé, étiquette électronique...).
Les étiquettes très fines comportent une antenne associée à une puce électronique qui leur permet de
recevoir et de répondre aux requêtes radio émises depuis l’émetteur-récepteur.
Elles contiennent un identifiant individuel (standard Epc-96
sur 96 bits). Leur fonctionnement est passif (sans source d'énergie,
donc c'est économique et inusable).
Un module RFID (Philips MFRC522) est monté sur une
carte déjà câblée avec une antenne prête à l’emploi. Il permet
d'identifier sans contact des puces RFID présentées à proximité
placées dans une carte ou un badge.
 Courant de fonctionnement : 13-26mA / DC 3.3V
 Courant de repos : 10-13mA / DC 3.3V
 Courant de crête : <30mA
 Fréquence de fonctionnement : 13,56 MHz
 Distance de lecture : 3 à 5 cm
 Interface : SPI
 Taux de transfert de données : 10 Mbits maximum / s
 Taille : 40 × 60 mm
 Schéma de branchement du module RFID-RC522 avec ARDUINO :
Figure 26 : Pack du Module
RFID-RC522.
Figure 27 : Schéma de branchement du module RFID-RC522 avec ARDUINO.

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4. Caméra OV767 :
L'OV767 est un capteur d'image, de petite taille, avec une faible tension de fonctionnement qui
offre toutefois toutes les fonctions de la caméra mono-puce VGA et du processeur d'images.
Grâce au contrôle du bus SCCB, vous pouvez afficher
l'image entière, sous échantillonnée dans une fenêtre avec une
résolution des données de 8 bits. La vitesse d'échantillonnage
VGA est de 30 images par seconde. Il est possible de paramétrer
la qualité des images, le format des données et le mode de
transmission. Le processus des fonctions du traitement de l'image,
y compris les courbes de gamma, la balance des blancs, la
saturation, et la chromatique ne peuvent par contre pas être
programmés via l'interface SCCB.
Le système intégré Omnivision à capteur d'image permet
d'améliorer la qualité de l'image en réduisant ou en éliminant les
défauts optiques ou électroniques, tels que le bruit de motif fixe, la
couleur ainsi que la clarté et la stabilité de l'image.
 Taille du module 3,5cm x 3,5cm
 Port à 2x10 boches au pas de 2,54 (connecteurs Du Pont)
 Haute sensibilité à faible luminosité
 Format de sortie : RawRGB sur RGB (GRB4: 2:2, RGB565/555/444), YUV (4:2:2) et
YCbCr (4:2:2)
 VarioPixel échantillonné permet d'éliminer les bandes lumineuses et le calibrage
automatique du niveau de noir pour le contrôle de la qualité d'image, ainsi que la saturation
des couleurs, la teinte, gamma et la netteté anti-bloom.
 La détection de la saturation (réglage des UV), l'amélioration des contours et la réduction
du bruit sont ajustés automatiquement.
 Dimensions Photo : 640x480 px
 Tension de fonctionnement 2,5 à 3 volts
 Fonctionnement stable : de 0° C à 50° C
 Format de sortie (8) YUV/YCbCr4: 2:2 RGB565/555/444 GRB4: 2:2 Premières données
RVB
 Champs de vision de 25 °
Figure 28 : Module Caméra
OV767.

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ROBOT SUPERVISEUR
PRESENTATION DE
LA PARTIE
LOGICIELLE
PARTIE III :

48
ROBOT SUPERVISEUR
Dans cette partie, on va repérer les différents logiciels utilisés dans notre projet.
I. ARDUINO :
L'environnement de programmation Arduino (IDE en anglais) est une application java, libre et
multiplateforme, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le
programme qui va commander notre robot au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB
selon le module).
Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++, et lié à la bibliothèque de
développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses entrées/sorties.
L'IDE permet d'écrire, de modifier un programme et de le convertir en une série d'instructions
compréhensibles pour la carte.
II. App INVENTOR pour ANDROID :
App Inventor pour Android est une application web open-source à l'origine fourni par Google, et
désormais maintenu par le Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Cette application nous va servir pour crée une interface graphique pour le pilotage du robot lors
de la communication sans fil Bluetooth.
Il permet aux nouveaux arrivants à la programmation informatique de créer des applications
logicielles pour le système d'exploitation Android (OS). Il utilise une interface graphique, très semblable
à zéro et l'interface utilisateur StarLogo TNG, qui permet aux utilisateurs de glisser-déposer des objets
visuels pour créer une application qui peut fonctionner sur les appareils Android. En créant App
Inventor, Google a fait appel à la recherche avant significative dans le calcul de l'éducation, ainsi que
les travaux effectués dans Google sur les environnements de développement en ligne.

49
ROBOT SUPERVISEUR
Pour créer cette application, on a utilisé App Inventor qui est un programme qui permet de créer
des applications par le biais d'une interface web et qui est désormais géré par le MIT (Massachusetts
Institute of Technology).
App Inventor se compose de 2 parties, une pour l’interface graphique qui en fait est un site internet,
et l’autre pour la partie logique et algorithme qui est une application java que l’on télécharge à chaque
lancement.
La partie interface est composée de 5 éléments :
 La palette, qui fournit une bibliothèque de composants graphiques.
 Le viewer, qui représente l’écran d’un téléphone. Pour construire l’interface de son
application, il suffit de déplacer les composants disponibles de la palette sur le viewer.
 Le components, qui représente de façon hiérarchique la liste des composants graphiques
ajoutés à l’interface.
 Le média, qui permet de configurer les composants de type médias.
 Le properties, qui permet de configurer les différents composants ajoutés à l’interface
graphique (nom, couleur, dimensions, etc).

50
ROBOT SUPERVISEUR
ECRITURE DE
PROGRAMME DE
COMMANDE DU
SYSTEME
PARTIE VI :

51
ROBOT SUPERVISEUR
I. Organigramme de Commande du Système :
Pour bien comprendre le programme de commande et pour une raison de lisibilité, on a préféré de
le partager en organigramme :
Initialisation
Choix
du mode
Configuration connexion Bluetooth
Automatique
Non
Oui
Obstacle
=1
Avancer Tourner
Superviser
Demande
Mesure =1
Non Oui
Manuel
Demande
Mesure =1
Superviser
Oui
Non
Affectation des valeurs situées dans le
port série de l’Arduino à la valeur texte
- Vers W1 -

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ROBOT SUPERVISEUR
L’organigramme de commande du robot ci-dessus va être converti en une série d'instructions
compréhensibles pour la carte de traitement Arduino Uno (voir annexe 1).
Texte
= A
Texte
= R
Reculer Texte
= D
Tourner à
Droite
Texte
= G
G
Texte
= S
STOP
AVANCER
Non
Non
Non
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Oui
Tourner à
Gauche
Figure 29 : Organigramme de fonctionnement Complet du Robot R.D.S.
- W1 -

53
ROBOT SUPERVISEUR
PHASE DE LA
REALISATION
PARTIE V :

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ROBOT SUPERVISEUR
I. Réalisation de la Plateforme sous App INVENTOR :
1. Description de l’application de commande sous App Inventor (la face avant)
Comme nous avons déjà cité le robot sera équipé par un modèle Bluetooth pour le
fonctionnement de pilotage à travers la liaison sans fil Bluetooth , pour cela on a réalisé une
interface graphique à l’aide de l’application App Inventor pour créer une application androïde de
commande à distance.
La face avant de l’application composée de deux boutons qui permet de choisir le mode de
fonctionnement voulu, soit automatique soit manuel, ainsi le bouton A- propos.
Figure 30 : Page d’accueil de l’interface graphique sous App Inventer.
Figure 31 : Page d’accueil de l’interface graphique.

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ROBOT SUPERVISEUR
 Mode de fonctionnement manuel :
Sur cette interface se trouve les flèches directionnelles pour faire avancer, reculer ou tourner le
robot, les boutons d’acquisition de température d’humidité et d’image ainsi les boutons « Connexion »
et « Déconnexion » qui permet de connecter et déconnecter respectivement le Smartphone au robot par
liaison Bluetooth.
 Mode de fonctionnement Automatique :
Sur l’interface Automatique la commande du
robot sera autonome à l’aide d’un capteur ultrason
donc on est pas obliger d’utiliser les flèches
directionnelles pour faire avancer, reculer ou tourner
le robot. Or les boutons d’acquisition de température
d’humidité et d’image ainsi les boutons « Connexion
» et « Déconnexion » sont toutefois nécessaire.
Figure 32 : Description de l’interface graphique de pilotage via
Androïde 'Mode Manuel'.
Figure 33 : Description de l’interface graphique de pilotage via
Androïde ‘Mode Automatique.

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ROBOT SUPERVISEUR
Apres cette étape, il faut connecter tous les éléments afin d’obtenir un programme fiable et
opérationnel .Grace a App Inventor, pas besoin d’avoir de solides connaissances en Java : les fonctions
sont déjà préparées et l’utilisateur n’a besoin que de les rassembler pour créer son application .voici
quelques étapes de cette conception.
Figure 33 : Description de la zone « A-propos » de l’interface graphique.
Figure 34.1 : Interface de création de l’application ‘ Connexion au Robot’.

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ROBOT SUPERVISEUR
L’utilisateur choisit l’appareil avec lequel il désire se connecter et de que la connexion est dès que
la connexion est établie, un bandeau de notification affichera « connecté » est les commandes de
déplacement seront déverrouillées (grâce aux « true »).
Maintenant il est temps d’envoyer des instructions à notre carte Arduino : de manière très
simpliste, seul des chiffres sont envoyés, et la carte réagit spécifiquement à chaque donnée.
Dans cette dernière partie, grâce à « ReceiveSignedBytes », le programme lit les chiffres envoyés
par l’Arduino, nous avons choisi SignedNumber car cela permet de recevoir des températures négatives
(au contraire de « UnSignedBytes ». Il suffit juste alors d’afficher les valeurs obtenues dans une petite
case «label ».
Figure 34.2 : Interface de création de l’application ‘Pilotage du Robot’.
Figure 34.3 : Interface de création de l’application ‘Réception de la température et l’humidité’.

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ROBOT SUPERVISEUR
Pour finir, nous avons incorporé une procédure de déconnexion qui désactive les commandes de
contrôle et affiche une notification.
2. Réalisation du Robot :
Figure 35 : Description de l’interface graphique lors de la déconnexion.
Figure 34.4 : Interface de création de l’application 'Déconnexion du Robot'.
Figure 36 : Vue des Châssis du Robot.

59
ROBOT SUPERVISEUR
Figure 37 : Vue de dessous du Châssis du Robot.
Figure 38.2 : Vue perspective 2 du Robot. Figure 40 : Vue de face du Robot.
Figure 39 : Vue d’arrière du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
Figure 41 : Vue de droite du Robot.

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ROBOT SUPERVISEUR
Ce projet nous a permis, d'une part, d'améliorer nos compétences scientifiques, que ce soit du côté
programmation par l'apprentissage de nouveaux langages, ou du côté électronique et aussi la mécanique.
D'autre part ce projet nous a permis de nous mettre en situation en tant qu'ingénieurs puisque nous avons
dû travailler en groupe que ce soit pour la répartition du travail, la conception du robot ou résoudre les
nombreux problèmes rencontrés :
 Le manque de la documentation du module de la caméra OV767, ainsi les limitations
présentées par la carte ARDUINO au niveau de traitement d’images, on n’a pas pu atteint
les résultats souhaités.
Malgré les lacunes restantes de notre robot nous sommes satisfaits du résultat, nous sommes
conscients que de nombreuses améliorations pourraient être apportées :
 Insertion d’un terminal GPS pour la géo localisation.
 Insertion d’autres capteurs : Gaz, Pression.
 Des odomètres permettant de déterminer la distance parcourue par le robot.
 Ce genre d’application nécessiterait le développement d’une intelligence artificielle
afin que le robot s’adapte à son environnement. Il pourrait alors être intéressant de
développer une application d’apprentissage permettant au robot d’interagir au mieux avec
son entourage, ce qui va rendre le robot un robot explorateur.
 Amélioration sur le plan esthétique, surtout la résistance du la carcasse afin qu’il s’adapte
à n’importe quel milieu à superviser.

62
ROBOT SUPERVISEUR
Mr. Mohamed BADDOU
Personnellement ce projet m'a beaucoup apporté surtout dans l'organisation d'un travail en groupe,
en effet dans notre groupe, on n'avait pas les mêmes qualités ou points forts, c'est pourquoi il était
important d'exploiter le potentiel de chacun pour mener à bien chaque partie de notre projet. En plus de
cela j'ai pu apprendre à faire face à des situations très compliqués qui ont étaient très nombreuses durant
ce projet. J'ai aussi découvert le domaine de la robotique et plus particulièrement en Arduino. Pour
conclure je dirai que ce projet fut bénéfique pour moi que ce soit du côté de l'organisation ou de la
technique.
Mr. Ismail AIT MELLAL
Ce projet fut pour moi un réel apport de connaissances et de méthodes : comme spécifié dans le
rapport, nous avons fait face à un très grands nombre de problèmes : sitôt un de résolu, un nouveau
apparaissait. Mais grâce à cela, j'ai appris à gérer ces situations parfois déprimantes : car à force de
travail, les solutions apparaissaient toujours, ce qui était à chaque fois une réelle satisfaction. Et en dépit
des difficultés, ce projet m'a énormément appris sur la création d'applications, la gestion d'une
communication sans fil et sur l'utilisation d'une carte Arduino.

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ROBOT SUPERVISEUR
http://ai2.appinventor.mit.edu/#5234265079414784
https://www.arduino.cc/
http://marobot.ma/
https://www.moussasoft.com/product/module-rfid-rc522-lecteur-rfid
https://www.zartronic.fr/capteur-humidite-et-temperature-dht11-p-236.html
http://www.microsonic.de/fr/support/capteurs-%C3%A0-ultrasons.htm
https://openclassrooms.com/courses/programmez-vos-premiers-montages-avec-arduino/le-moteur-a-
courant-continu-partie-2-le-pont-en-h-et-les-circuits-integres
https://openclassrooms.com/courses/programmez-vos-premiers-montages-avec-arduino/le-moteur-a-
courant-continu-partie-1-transistors-et-sorties-pwm
Documents sur l’App Inventor.
Documents sur le protocole de communication Bluetooth.
Documents sur la carte Arduino Mega2560.

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ROBOT SUPERVISEUR
- Programme Arduino pour Commander les Moteurs :

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ROBOT SUPERVISEUR
- Programme Arduino pour Capteur Ultrason :

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ROBOT SUPERVISEUR
- Programme Arduino pour Capteur de la température et d’humidité :

Intitulé du projet :
ROBOT SUPERVISEUR :
Acquisition et échange de données PAR un PROTOCOLE
de communication SANS FIL
Intitulé du Module :
Projet de Développement et de Prototypage Réel
d'un Système Relevant du Génie Electrique
Formation :
2ème
Année Filière Ingénieur en Génie Electrique
Durée du projet :
Du 01 Février 2016 jusqu’à le 13 Juin 2016
Promotion :
Juin 2017
Résumé :
Ce projet consiste en le développement d’un
robot mobile commandé à distance utilisant un
protocole de communication sans fil, et une
plateforme Androïde pour assurer la
communication afin de superviser un endroit
inaccessible.
Nous abordons ici toute notre démarche de
recherche, présentons notre prototype final mais
aussi tous les choix et problèmes auxquels nous
avons été confrontés.
Abstract :
This project consists in the development of a
mobile robot It’s remotely driven by a wireless
communication protocol, and an Android platform
for communication in order to supervise an
inaccessible site.
This document shows our researches on the
robot, the final prototype as well as our choices
and problems we could have encountered.
Mots clés :
Communication
Arduino
Android
Supervision
Key Words :
Communication
Arduino
Android
supervision
Document rédigé par :
Mr. Ismail AIT MELLAL
Mr. Mohamed BADDOU
Encadré par :
Mme. Malika ZAZI

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