REPUBLIQUE DU TCHAD
Unité – Travail – Progrès
MINISTERE DES POSTES ET DE
L’ECONOMIE NUMERIQUE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT
SUPERIEUR, DE LA RECHERCHE ET
DE L’INOVATION
DEPARTEMENT DE TELECOMMUNICATIONS ET SYSTEMES EMBARQUES
MASTER 1
SYSTEME DE DETECTION DE FUITE DE
GAZ DANS UNE USINE/ENTREPOT
Réalisé par :
BANI Richard
Proposé par:
Dr. ABAKAR MAHAMAT AHMAT
Mr. ABDERAMAN OUMAR ADAM
ANNEE ACADEMIQUE 2019 / 2020
Table des matières
DESCRIPTION DU PROJET ................................................................................................................................................... 4
GENERALITE SUR LES CAPTEURS......................................................................................................................................... 5
INTRODUCTION ..................................................................................................................................................................... 5
DEFINITION ....................................................................................................................................................................... 5
Capteurs de gaz ..................................................................................................................................................................... 6
Principe de fonctionnement des gaz .................................................................................................................................... 6
Familles des capteurs de gaz ................................................................................................................................................ 7
Capteur à microbalance de quartz................................................................................................................................... 7
Capteur à ondes acoustiques de surface ......................................................................................................................... 8
Capteur à transistors à effet de champs (GASFET) .......................................................................................................... 8
Capteur électrochimique ................................................................................................................................................. 9
Capteur à fibre optique .................................................................................................................................................... 9
Les capteurs de gaz à base d’oxyde métalliques (MOX) ............................................................................................... 10
Capteur de gaz (MQ2) .................................................................................................................................................... 10
CONCLUSION ....................................................................................................................................................................... 10
METHODOLOGIE DE LA CONCEPTION DU SYSTEME .......................................................................................................... 11
LOGICIELS UTILISES ............................................................................................................................................................. 11
Le logiciel Arduino .......................................................................................................................................................... 11
Le logiciel Fritzing ........................................................................................................................................................... 13
Le logiciel Proteus .......................................................................................................................................................... 14
LES MATERIELS UTILISER..................................................................................................................................................... 15
Le microcontrôleur ............................................................................................................................................................. 15
Le capteur de gaz MQ-2 ................................................................................................................................................. 16
Le buzzer......................................................................................................................................................................... 16
Les diodes électroluminescentes (LED) ......................................................................................................................... 17
Le GSM ........................................................................................................................................................................... 18
Le Bluetooth ................................................................................................................................................................... 19
CONCLUSION ....................................................................................................................................................................... 20
REALISATION DU SYSTEME DE DETECTEUR DE GAZ .......................................................................................................... 21
INTRODUCTION ................................................................................................................................................................... 21
REALISATION DU SYSTEME DETECTEUR DE GAZ ................................................................................................................ 21
Interface du logiciel........................................................................................................................................................ 21
Choix des composants ................................................................................................................................................... 22
CONCLUSION ....................................................................................................................................................................... 24
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................................................. 25
REFERENCE ...................................................................................................................................................................... 26
ANNEXES ......................................................................................................................................................................... 27
INTRODUCTION GENERALE
Dans le souci de mieux appréhender et approfondir les connaissances théoriques
acquises durant la formation, les projets tutoriels sont indispensables. C’est dans
cette optique, qu’il est proposé à chaque étudiant(e)s de Master 1 en
Télécommunications et Systèmes Embarques de l’ENASTIC un projet tutoriel
dans l’une des disciplines enseignées pour la première année de Master.
Par ailleurs, il est à noter que l’ENASTIC est l’une des grandes Ecoles de
Technologie de l’Information et de la Communication dans le monde qui propose
des formations dans plusieurs filières des TIC grâce aux enseignants de renommer
qu’elle dispose en son sein. Elle a pour vocation de former les professionnels et des
cadres de la TIC.
DESCRIPTION DU PROJET
Concevoir un système ou une application pour une firme/entreprise est un désir
profond pour les Etudiants d’ingénierie. Pour ce faire, il est capital pour ceux-ci
d’identifier un sujet pour s’y appliquer. Le but de ce projet, consiste à initier les
étudiants à la recherche et à rendre concret leur sujet de formation.
L’objectif principal est de réaliser un système de détection de fuites de gaz pouvant
apporter une amélioration ou un changement dans la société.
On rencontre souvent dans les grandes industries les pertes en vies humaines, les
pertes matérielles, et tant d’autres qu’on ne peut toute citées ayant à l’origine les
fuites des produits chimiques sinon les matières nocives à l’occurrence les gaz.
Partant des constats et des dégâts que peuvent causer les fuites de gaz dans une
entité de production ou de transformation des matières, il est judicieux d’inviter les
ingénieurs à réaliser des applications ou des systèmes qui peuvent résoudre ce
problème.
Le système détecteur de gaz serait équipé d’un capteur capable de détecter la
présence de gaz naturel, de butane, de propane ou de monoxyde de carbone dans
l’air. Quand la concentration de gaz détectée dépasse les valeurs de seuil établies
en usine, l’appareil active une signalisation lumineuse d’alarme (rouge clignotant)
associée à une signalisation acoustique (sonnerie intermittente).
GENERALITE SUR LES CAPTEURS
INTRODUCTION
Pour des raisons de santé et de sécurité, le domaine de la détection des espèces
potentiellement nocives représente un domaine de recherche important. En effet, ces
dernières années le marché des capteurs de gaz a connu une augmentation
importante et les ventes ont atteint un record exponentiel. Pour répondre à cette
demande croissante et exigeante, le détecteur doit être efficace, sensible à des
petites (voire très petites) quantités de gaz et sélectif vis-à-vis des gaz. Ainsi, le
procédé doit être réversible avec un temps de réponse le plus court possible. Enfin,
l'équipement doit être facilement miniaturisé dans le but ultime d'une production
industrielle.
DEFINITION
Un capteur est un dispositif transformant une grandeur physique à une autre
grandeur utilisable, tel qu’une tension électrique ou une intensité. On fait souvent la
confusion entre capteur et transducteur.
Le capteur est au minimum constitué d'un transducteur. Il est souvent le premier
dispositif de la chaine d’acquisition, il s’agit d’une simple interface entre un processus
physique et une information manipulable. Si l'on s'intéresse aux phénomènes
physiques mis en jeux dans les capteurs, on peut classer ces derniers en deux
catégories : capteurs actifs et passif
•
Les capteurs actifs : Fonctionnant en générateur, un capteur actif est
généralement fondé dans son principe sur un effet physique qui assure la
conversion en énergie électrique de la forme d'énergie à la grandeur
physique à prélever : énergie thermique, mécanique ou de rayonnement.
• Les capteurs passifs : Ils ont besoin dans la plupart des cas d’apport
d’énergie extérieure pour fonctionner. Ce sont des capteurs modélisables
par une impédance, une variation du phénomène physique étudié
engendre une variation de l’impédance. Il faut leur appliquer une tension
pour obtenir un signal de sortie.
Actionnaires
Dans une machine ou un système de commande, semi-automatique ou
automatique, un actionneur est l’organe de la partie opérative qui, dès qu’il reçoit
un ordre de la partie commande via un éventuel capteur ou pré-actionneur,
convertit l’énergie qui lui est fournie en un travail utile à l’exécution de tâches,
éventuellement programmées, d’un système automatisé. En d’autres termes, un
actionneur est l’organe fournissant la force nécessaire à l’exécution d’un travail
ordonné par une unité de commande. Il existe trois types d’actionneur :
▪
▪
▪
Actionneur électrique ;
Actionneur pneumatique ;
Actionneur hydraulique.
Relation capteurs-actionnaires
Les capteurs sont des informateurs traducteurs, ils détectent une variation de
l’environnement de la partie opérative et la traduit en une information interprétable
(grandeur électrique) par la partie commande afin de contrôler les actionneurs qui
transforme une forme d’énergie en une autre dans le but d’obtenir l’énergie souhaité
(énergie mécanique), comme le montre la figure ci-dessous.
Schema1 : Chaine d’information
Capteurs de gaz
Un capteur de gaz peut être d’écrit comme un composant dont au moins une de ses
propriétés physiques change. En général, le détecteur est constitué de deux
composants principaux : l'élément sensible et le transducteur. L’élément sensible
représente le cœur du capteur, sur lequel se passe la réaction avec la substance
gazeuse. Le transducteur est un dispositif qui permet de convertir le résultat d'une
réaction entre le gaz et l’élément sensible en un signal (électrique ou optique)
exploitable. Parfois, l'élément sensible et le transducteur peuvent être confondus
comme dans les capteurs à base d'oxyde métallique (MOX).
Un capteur est un dispositif transformant l’état d’une grandeur physique observée en
une grandeur utilisable, telle qu’une tension électrique, une hauteur de mercure, une
intensité ou la déviation d’une aiguille. On fait souvent (à tort) la confusion entre
capteur et transducteur : le capteur est au minimum constitué d’un transducteur. Le
capteur se distingue de l’instrument de mesure par le fait qu’il ne s’agit que d’une
simple interface entre un processus physique et une information manipulable. Par
opposition, l’instrument de mesure est un appareil autonome se suffisant à lui-même,
disposant d’un affichage ou d’un système de stockage des données. Le capteur, lui,
en est dépourvu. Les capteurs sont les éléments de base des systèmes d’acquisition
de données. Leur mise en œuvre est du domaine de l’instrumentation.
Principe de fonctionnement des gaz
Les capteurs chimiques actuels sont particulièrement intéressants car ils sont faciles
à utiliser et ils possèdent une faible sensibilité aux grandeurs d’influence. Les
capteurs à base d'oxyde métallique (MOX) ne sont pas chers. Ils sont utilisés dans
les applications domestiques, en plus ils sont disponibles sur le marché. Le principe
de fonctionnement de ces capteurs est basé sur la variation de la conductivité de la
couche d'oxyde métallique lors de la mise en contact avec un environnement
gazeux. En effet, lorsque le gaz atteint la surface du matériau actif, la résistance
entre les électrodes métalliques change proportionnellement avec la concentration
du gaz. Plusieurs oxydes métalliques sont utilisés dans les capteurs de gaz, tels que
(WO3, ZnO, TiO2, In2O3, etc.), mais en raison de ses bonnes performances de
détection, l'oxyde métallique le plus répandu est le dioxyde d'étain (SnO2). Dans le
tableau Ⅰ.1 nous donnons une liste non exhaustive de quelques oxydes métalliques,
la température optimale de fonctionnement, ainsi que les gaz détectés.
Tableau1 : Matériaux sensibles utilisés pour les capteurs de gaz
Pour les oxydes métalliques de type n (comme SnO2), la conductivité augmente en
présence d'un gaz réducteur, tandis que la conductivité diminue en présence d'un
gaz oxydant. Ceci est dû à une série de réactions physico-chimiques entre le
matériau actif du capteur et les molécules de gaz adsorbées à sa surface.
Familles des capteurs de gaz
Dans le monde de l'industrie, il existe plusieurs types de capteurs de gaz. Nous
décrivons dans cette partie quelques types de capteurs ainsi que leurs principes de
fonctionnement.
Capteur à microbalance de quartz
Ce capteur est constitué d'un matériau sensible (cristal de quartz) sous la forme d’un
disque, utilisé dans un oscillateur.
Figure1 : Capteur microbalance de quartz
Le principe de fonctionnement du ce dispositif est basé sur la variation de la
fréquence de résonance du matériau piézoélectrique lorsque la substance est
adsorbée sa surface. De manière générale, le capteur à microbalance de quartz est
utilisé pour détecter les composés organiques volatils. Les avantages de ce type de
capteur sont une bonne sensibilité et une réponse linéaire. Cependant, il est très
sensible à la température, de plus il possède une mauvaise sélectivité.
Capteur à ondes acoustiques de surface
Ce capteur est constitué d'un matériau piézo-électrique (quartz) sur lequel deux
paires d’électrodes inter digitées sont déposées. L’une des électrodes est utilisée
pour l’excitation et joue le rôle d'un émetteur, alors que l’autre a pour mission de la
réception et la détection des ondes après propagation. Entre ces deux électrodes,
une couche sensible est déposée sur le trajet de l’onde. Cette couche permet
l’adsorption du gaz à détecter.
Le principe de fonctionnement de ce capteur est similaire à celui des capteurs à
microbalance de quartz. En effet, l’adsorption de l'espèce à détecter par la couche
sensible modifie la propagation de l’onde et par conséquence sa fréquence.
Figure2 : Capteur a onde acoustique
Capteur à transistors à effet de champs (GASFET)
La structure de ce type de capteurs de gaz est la même d’un transistor MOS à effet
de champs sauf que la grille du FET est constituée d'un oxyde métallique sensible au
gaz et sur laquelle une membrane sensible à la substance à détecter est intégrée.
En effet, lors de l'absorption, l’interaction de l’oxyde métallique avec l'espèce à
détecter provoque une modification de la tension de seuil du FET. Cette modification
induit une variation de la concentration de porteurs au niveau du canal du transistor
et de sa conductance.
Figure3 : Capteur à transistor
Capteur électrochimique
La structure la plus simple de ce type des capteurs de gaz est composée d'une
membrane semi-perméable jouant un rôle de barrière de diffusion, un électrolyte et
deux électrodes entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel. Le
principe de fonctionnement est basé sur une réaction d’oxydoréduction. L'absorption
du gaz à détecter déclenche une réaction électrochimique spécifique, qui provoque
une force électromotrice due au transfert de charge entre l’espèce gazeux et la
cellule. Ce type de capteur est très sensible et possède une bonne sélectivité aux
gaz. Cependant, leur durée de vie est limitée et la mesure dépend de l'historique du
capteur.
Capteur à fibre optique
Les deux principaux types de capteur de gaz à fibres optiques sont : les capteurs
extrinsèques et les capteurs intrinsèques. Pour le capteur extrinsèque, l'élément
sensible se trouve à l'extrémité de la fibre optique, tandis que dans le cas du capteur
intrinsèque, la surface de la fibre optique constitue elle-même l’élément sensible. Le
principe de fonctionnement est basé sur la modification de la propagation du
rayonnement. En effet, la lumière dans la zone de mesure subit une modification en
présence de la substance à détecter.
Figure4 : Capteur à fibre optique
Les capteurs de gaz à base d’oxyde métalliques (MOX)
Le capteur de gaz à base d’oxyde métallique est principalement composé de
matériaux semi-conducteurs aux quels d'autres oxydes ou des catalyseurs (tels que
le platine ou le palladium) sont ajoutés. Ils possèdent plusieurs avantages, tels
qu'une intégration facile dans un système de détection complet avec des faibles
coûts de fabrication et de maintenance. Aussi, ils sont sensibles aux différents gaz,
avec des temps de réponse relativement courts.
Capteur de gaz (MQ2)
Le MQ-2 est un capteur qui permet de détecter du gaz ou de fumée à des
concentrations de 300 ppm à 10000 ppm. Après calibration, le MQ-2 peut détecter
différents gaz comme le GPL (LPG), le butane, le propane, le méthane, l’alcool,
l’hydrogène ainsi que les fumées. Il est conçu pour un usage intérieur à température
ambiante. Le MQ2 doit être alimenté en 5V pour le capteur physico-chimique puisse
atteindre sa température de fonctionnement. Il dispose d’une sortie analogique et
d’un réglage de la sensibilité par potentiomètre. Le senseur MQ-2 est un senseur
avec une sortie analogique (AOut) qui signale la présence de fumée en élevant la
tension en sortie. Plus il y a de fumée et plus la tension monte. Il est possible de
régler la sensibilité du module à l'aide du potentiomètre se trouvant à l'arrière du
module, ce dernier permet d'ajuster un seuil d'activation pour le signal digital (DOut)
qui change lorsque le seuil est atteint.
Figure5 : Capteur MQ-2
CONCLUSION
Dans cette partie, nous avons parlé des capteurs en générales et des capteurs de
gaz en particulier. Parmi ces derniers, nous allons opter pour le capteur de gaz MQ
pour la réalisation de notre projet.
METHODOLOGIE DE LA CONCEPTION DU SYSTEME
Ce chapitre évoquera et présentera les différents éléments de l’application. En
rappelle, notre application consistera à détecter le gaz dans une usine. Ainsi ces
éléments seront piloriés en deux grandes parties à savoir le logiciel et les matériels
utilisés.
LOGICIELS UTILISES
La réalisation de cette application nécessite une certaine connaissance des logiciels
permettant de faire le design du système ou le circuit et d’écrire ses codes. Pour ce
fait, les logiciels sollicites sont entre autres : le logiciel Arduino, le Fritzing et aussi le
logiciel Proteus. Enfin la maitrise des certains composants électroniques est
indispensable.
Le logiciel Arduino
Le logiciel Arduino est un environnement de développement (IDE) open source et
gratuit, téléchargeable sur le site officiel d’Arduino. L'environnement de
programmation Arduino (IDE en anglais) est une application écrite en Java inspirée
du langage machine. Son interface est représentée ci-dessous.
Il permet :
•
•
•
•
D’éditer un programme : des croquis (sketch en Anglais) ;
De compiler ce programme dans le langage « machine » de l’Arduino ;
De téléverser le programme dans la mémoire de l’Arduino ;
De communiquer avec la carte Arduino grâce au terminal
1
2
3
4
Figure7 : Interface de l’IDE
Cette interface est recadrée en quatre grandes parties déterminant l’approche et
l’utilisation du logiciel Arduino.
o Le premier cadre représente les options de configuration de ce logiciel. A titre
démonstratif, le menu fichier qui est le menu le plus utilise. Il dispose d’un
certain nombre de choses qui vont nous être très utiles.
o Le deuxième cadre représente les divers boutons utilises pour programmer les
cartes Arduino.
o Le troisième cadre représente le bloc principal des programmes qu’on va
créer pour notre application. On trouve dans ce bloc deux méthodes
(fonctions) respectivement « void setup » et « void loop ». La première
méthode, est une boucle qui s’exécute une seule fois lorsque le programme
est compilé et elle permet en générale d’initialiser les variables utilisées dans
le programme. Par contre la deuxième méthode est une boucle qui s’exécute
jusqu’à l’arrêt du programme.
o Le quatrième cadre est le débogueur de notre programme. Il est très important
au sens qu’il nous permet de corriger les erreurs dans notre programme.
Le logiciel Fritzing
Fritzing est un logiciel open-source multiplateforme permettant de construire des
schémas et des circuits électroniques que nous utilisons avec Arduino. Plusieurs
vues sont disponibles : platine d’essai, schémas électriques et circuit imprimé. Le
projet dispose d’un site web, et se veut un outil qui permet aux utilisateurs de
documenter leurs prototypes et les partager avec les autres. Il inclut par défaut les
modules officiels Arduino, ainsi que de nombreux composants des firmes Adafruit et
Sparkfun
✓ Une platine d'essai : est un support, le plus souvent en plastique, qui
comporte des petits trous dans lesquels vous allez pouvoir positionner vos
composants ainsi que des fils qui vous permettrons de réaliser votre circuit
électrique.
✓ Platine de prototypage : est une platine est une plaque en époxyde ou en
bakélite (plastique synthétique) qui comporte des trous et des lignes de
cuivres permettant d'y souder des composants pour former circuit.
Une platine d’expérimentation (appelée breadboard) permet de réaliser des
prototypes de montages électroniques sans soudure et donc de pouvoir réutiliser les
composants.
Figure7 : Platine de conception
Tous les connecteurs dans une rangée de 5 sont reliés entre eux. Donc si on
branche deux éléments dans un groupe de cinq connecteurs, ils seront reliés entre
eux. Il en est de même des alignements de connecteurs rouges (pour l’alimentation)
et bleus (pour la terre). Ainsi, les liens peuvent être schématisés ainsi :
Figure8 : Platine de conception détaillée
À ce stade, les connections doivent être faites avec des fils électriques mono-brin
dont l'aspect est rigide. Par précaution vous pouvez utiliser votre voltmètre pour
tester la continuité des connexions qui vous semble défectueuses. Pour cela il faut
utiliser la fonction « test de continuité » symbolisée par un logo qui illustre des ondes
sonores. Après l’étape de prototypage sur platine d'essai il faut, en fonction des
exigences de votre projet, réaliser un circuit plus solide qui pourra résister à
l'utilisation que vous souhaitez en faire. La première solution consiste à souder vos
composants sur une plaque de prototypage comportant des lignes de cuivre et des
trous.
Le logiciel Proteus
Proteus est une suite logicielle destinée à l'électronique. Développé par la société
Labcenter Electronics, les logiciels incluent dans Proteus permettent la CAO dans le
domaine électronique. Deux logiciels principaux composent cette suite logicielle :
ISIS, ARES.
Cette suite logicielle est très connue dans le domaine de l'électronique. De
nombreuses entreprises et organismes de formation (incluant lycée et université)
utilisent cette suite logicielle. Outre la popularité de l'outil, Proteus possède d'autres
avantages :
▪
▪
▪
Pack contenant des logiciels facile et rapide à comprendre et utiliser.
Le support technique est performant.
L'outil de création de prototype virtuel permet de réduire les coûts matériel et
logiciel lors de la conception d'un projet.
a. ISIS
Le logiciel ISIS de Proteus est principalement connue pour éditer des schémas
électriques. Par ailleurs, le logiciel permet également de simuler ces schémas ce qui
permet de déceler certaines erreurs dès l'étape de conception. Indirectement, les
circuits électriques conçus grâce à ce logiciel peuvent être utilisé dans des
documentations car le logiciel permet de contrôler la majorité de l'aspect graphique
des circuits.
b. ARES
Le logiciel ARES est un outil d'édition et de routage qui complète parfaitement ISIS.
Un schéma électrique réalisé sur ISIS peut alors être importé facilement sur ARES
pour réaliser le PCB de la carte électronique. Bien que l'édition d'un circuit imprimé
soit plus efficiente lorsqu'elle est réalisée manuellement, ce logiciel permet de placer
automatiquement les composants et de réaliser le routage automatiquement.
LES MATERIELS UTILISER
La conception d’un système détecteur de gaz dans une usine doit nécessairement
embarquer les éléments suivants :
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
Un capteur de gaz ;
Une carte microcontrôleur ;
Les LED ;
Le buzzer ;
Le module Bluetooth ;
Le module GSM ;
Les fils de connexions.
Pour un système plus complexe, en plus des matériels ci-hauts, on pourra ajouter le
module Bluetooth et le module GSM. Ainsi, nous allons définir différents modules à
utiliser dans cette partie.
Le microcontrôleur
Un microcontrôleur est un système qui ressemble à un ordinateur : il a une mémoire,
un processeur, des interfaces avec le monde extérieur. Les microcontrôleurs ont des
performances réduites, mais sont de faible taille et consomment peu d’énergie, les
rendant indispensables dans toute solution d’électronique embarquée (voiture, porte
de garage, robots, …). La carte Arduino n’est pas le microcontrôleur le plus puissant,
mais son architecture a été publiée en open-source, et toute sa philosophie s’appuie
sur le monde du libre, au sens large.
Figure9 : Carte Arduino
La façon dont le microcontrôleur gère ses entrées / sorties est fixée par un
programme qu’il en contient. Ce programme doit être écrit par l’utilisateur. En
pratique, l’utilisateur écrit le programme en langage C, en utilisant l’environnement de
développement spécialisé (IDE) installé sur un ordinateur. Ce programme est ensuite
compilé et téléversé dans le microcontrôleur.
Nous utiliserons l’IDE standard Arduino (arduino.exe). Il suffit de taper le code dans
la fenêtre dédiée (troisième cadre), de compiler et de téléverser le programme sur la
carte Arduino. Le modèle de la carte Arduino (il y a plusieurs types de carte) ainsi
que le port série sur lequel elle est branchée doivent être déclarés dans le menu de
l’IDE Outils/type de carte et Outils/port série.
Le capteur de gaz MQ-2
Capteur de gaz MQ2 est un utile pour la détection des fuites de gaz (dans la maison
et l'industrie). Il peut détecter le H2, le GPL, le CH4, le CO, l'alcool, la fumée, le
propane. Basé sur son temps de réponse rapide. Les mesures peuvent être prises
dès que possible. De plus, la sensibilité peut être réglée par le potentiomètre.
Figure10 : Capteur de gaz MQ-3
Le buzzer
Un buzzer appelé aussi bipeur, est un élément électromécanique ou piézoélectrique
qui produit un son caractéristique quand on lui applique une tension : le bip. Certains
nécessitent une tension continue, d'autres nécessitent une tension alternative.
Ici pour simuler l’effet d’une sirène, un buzzer est utilisé à sa place pour générer une
alarme sonore. Les utilisations typiques des buzzers et des bippers comprennent les
dispositifs d'alarme, les horloges et la confirmation de l'entrée de l'utilisateur, comme
un clic de souris ou une frappe de touche.
Le buzzer est une structure intégrée de transducteurs électroniques, d'alimentation
en courant continu, largement utilisée dans les ordinateurs, les imprimantes, les
copieurs, les alarmes, les jouets électroniques, les équipements électroniques
automobiles, les téléphones, les minuteries et autres produits électroniques pour
appareils sonores. Buzzer actif 5V L'alimentation nominale peut être directement
connectée à un son continu, ce module dédié à l'extension de capteur et à la carte
en combinaison peut compléter une conception de circuit simple. Il est caractérisé
par :
•
•
•
•
Fréquence d'oscillations entre 2 et 4 kHz ;
Tension d'alimentation de 3 à 30V ;
Intensité consommée de 2 à 12mA en général, plus de 50mA pour certains ;
Pression sonore en général de 70 à 90 dB.
Figure11 : Le buzzer
Les diodes électroluminescentes (LED)
Une diode électroluminescente est un dispositif optoélectronique capable d’émettre
de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. La fonction "générique"
d'une diode est de laisser passer le courant dans un sens, nous disons qu'elle est
conductrice (dans le sens passant ou sens direct) et de bloquer le courant dans
l'autre sens. Dans notre application on a utilisé un système de signalisation qui fait
allumer des lampes en envoyant un message. A l’absence du gaz, la LED verte
s’allume sinon la LED rouge est allumée.
Figure12 : Les LED
Le GSM
C’est une carte d’interface compatible avec l’Arduino permettant d’envoyer et de
recevoir des SMS, des données ou des communications vocales depuis le réseau
mobile. Le module est base sur le circuit SIM900 de la société SIMCOM. Il est
contrôle via les commandes AT depuis une carte Arduino.
Ce module est livre avec une antenne patch déportée, un connecteur au dos la
platine prévue pour recevoir une carte SIM ainsi qu’une pile en lithium CR1220. La
communication entre ce module et la carte Arduino est réalisée par la liaison série
asynchrone : UART ou une liaison série logicielle.
Figure13 : Le module GSM
Le Bluetooth
Le Bluetooth est un protocole de communication sans fil, permettant l’échange
bidirectionnel de données à une distance bien précise (15 à 20 mètres), en utilisant
des ondes radio UHF sur une bande de fréquence de 2.4 GHz. Son objectif est de
simplifier les connexions entre les appareils électroniques en supprimant les liaisons
filaires. La norme « Bluetooth » fut mise au point en 1994 par le fabricant Suédois
Ericsson à Lund. Le terme signifie littéralement en français : « dent bleue ». Le
module HC-05 n'est pas plus gros qu’un pouce. Il est en fait un montage d'un module
Bluetooth sur un petit P.C.B, cela permet de s'affranchir de certaines contraintes
comme la soudure du module (qui est très délicate), la conversion 5V et 3.3V, la
régulation de l'alimentation (3.3V de nouveau) ou encore l'ajout de LED de signal,
tout cela est déjà intègre.
Figure14 : Le module Bluetooth
CONCLUSION
Il ressort dans cette partie les éléments constitutifs nous permettant de mettre en
œuvre notre système de détection de fuite de gaz. Grace à ces éléments, nous
allons monter dans le chapitre le système détecteur de gaz et en faire un teste.
REALISATION DU SYSTEME DE DETECTEUR DE GAZ
INTRODUCTION
Dans les chapitres précédents, nous avons défini et déterminer les caractéristiques
des éléments qui peuvent aboutir à la réalisation du détecteur de gaz. Pour ce faire
nous allons établir tout le long de ce chapitre les différentes relations entre les
composantes pouvant faire fonctionner notre système.
REALISATION DU SYSTEME DETECTEUR DE GAZ
La réalisation de notre système sera faite par le biais des logiciels de conception et
de design des circuits électroniques (Fritzing ou Proteus). Notre choix sera porte sur
le logiciel Fritzing, car celui-ci nous permettra de faire la réalisation en pratique. Les
étapes de montage seront établies en fonction des différents matériels qui
constituent notre système.
Interface du logiciel
Nous suivrons pas à pas une démarche qui nous conduira à la réalisation d'un circuit
électronique d'essai dans lequel le fonctionnement du système est commandé par
une interface de programmation de type ARDUINO Uno Rev3. Nous allons découvrir
les différents outils de conception qu'offre le logiciel Fritzing en représentant :
▪
▪
▪
Le plan de câblage du circuit ;
Son schéma structurel ;
Son support PCB
Figure15 : Interface du logiciel Fritzing
Choix des composants
o Le capteur MQ-4 : Nous allons choisir le capteur MQ-4 et en faire le
branchement.
Figure16 : Branchement du capteur
Pour ce branchement, on a défini la couleur des fils comme suit :
▪ Fil bleu : la masse (GND) ;
▪ Fil rouge : l’alimentation (VCC) ;
▪ Fil orange : donnée analogique du capteur ;
▪ Fil jaune : donnée numérique du capteur.
o Le buzzer :
Figure17 : Branchement du Buzzer
▪
▪
Fil noir : la masse ;
Fil rouge : pour la sortie de l’Arduino
o Les LED :
Figure18 : Branchement des LED
o Le Bluetooth et le GSM :
Figure19 : Branchement de Bluetooth et GSM
En raison de manque des modules (GSM et Bluetooth), nous avons laisser ce
branchement sans suite.
o Arduino Uno Rev3 :
Figure20 : Branchement de l’Arduino
CONCLUSION
Dans ce chapitre, nous avons fait le branchement des différents matériels
nécessaires pour le bon fonctionnement de notre système de détection de gaz. Dans
la pratique, nous avons ajouter un écran LCDI2c nous permettant d’afficher les
messages.
CONCLUSION GENERALE
La réalisation de ce projet nous a permis dans un premier temps de
découvrir et de se familiariser progressivement avec différentes
possibilités et fonctions offertes par Arduino ; et dans un second temps
manipuler les logiciels de conception des circuits électroniques (Fritzing
et Proteus). Cependant, en plus de ces points, il en sort également de ce
travail une initiation à la recherche et à la concrétisation de nos
disciplines de formation.
REFERENCE
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00192045/document.
http://www.memoireonline.com/05/12/5830/Les-systemes-embarques.html.
raisin.u-bordeaux.fr/IMG/pdf/Introduction_SE_kadionik_raisin.pdf.
www.liberte-algerie.com/actualite/alerte-aux-accidents-de-gaz-85551.
www.cna.dz/.../1/.../RP_Spéciale_Accidents_Domestiques_2015.pdf.
https://www.presse-dz.com/revue-de-presse/monoxyde-de-carbone-300- algerienssont morts-en-une-annee.
http://www.centreantipoisons.be/monoxyde-de-carbone/le-monoxyde-de- carboneco-en-d-tail/quelles-sont-les-concentrations-toxiques-de
https://fablab.univtlse3.fr/wiki/images/9/.../Cours_arduino_v0.2.pdfprojet.eu.org/pedago/sin/tutos/arduin
o.odt
http://www.ShieldList.org/
http://www.louisreynier.com « c’est quoi Arduino ».
ANNEXES
Code de fonctionnement du programme
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
int ledRouge = 13;
int ledVerte = 12;
int alarme = 10;
int capteurGaz = A0;
LiquidCrystal_I2C mylcd(0x27, 16, 2);
//*****valeur limite de la quantité de gaz
int quantiteLim = 100;
void setup()
{
//*********** initialisation de l'écran lcd***************
mylcd.init();
mylcd.backlight();//initialize LCD
mylcd.setCursor(1 - 1, 1 - 1);
mylcd.print("BIENVENU A ENASTIC"); //message de bienvenu
//**************initialisation des pins des LEDs*******
pinMode(ledRouge, OUTPUT);
pinMode(ledVerte, OUTPUT);
//*****initialisation de l'alarme********//
pinMode(alarme, OUTPUT);
//initialisation du capteur
pinMode(capteurGaz, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int quantite = analogRead(capteurGaz);
// Serial.print("Pin A0: ");
// Serial.println(analogSensor);
// Checks if it has reached the threshold value
if (quantite > quantiteLim)
{
mylcd.clear();
mylcd.setCursor(1 - 1, 1 - 1);
mylcd.print("GAZ DETECTE DANS L'USINE");
digitalWrite(ledRouge, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(ledRouge, LOW);
delay(100);
digitalWrite(ledVerte, LOW);
tone(alarme, 1000, 200);
}
else
{
mylcd.clear();
mylcd.setCursor(1 - 1, 1 - 1);
mylcd.print("PAS DE PRESENCE DE GAZ DANS L'USINE");
digitalWrite(ledRouge, LOW);
digitalWrite(ledVerte, HIGH);
noTone(alarme);
}
}
