La médecine traditionnelle algérienne contre la COVID 19
MALLAT_BOURUIS
1. Présenté à
L’Institut Supérieur d’Informatique
Et de Mathématique de Monastir
En vue de l’obtention du diplôme de
LICENCE FONDAMENTAL
En science et technologie de l’informatique et de communication
Etude et Réalisation d’un système
d’irrigation automatique
Réalisé par
Muhammad Hédi BOUROUIS
Ali MALLAT
Soutenu le 04 Juin 2015, devant le jury composé de :
M. Mourad BIIRA Président
M. Fathi BESBES Encadreur
M. Skander DOUSS Encadreur
Année Universitaire : 2014-2015
République Tunisienne Projet de Licence
fondamentale en
STIC
Sciences et
Technologies
Ministère de l’Enseignement
Supérieur
et de la Recherche Scientifique
ProjetTutoré
2. Systéme d’irrigation automatique i
Remerciement
C’est avec grand plaisir que nous réservons ces quelques lignes en signe de
gratitude et de profonde reconnaissance à l’égard de tous ceux qui nous ont aidés à la
réalisation de notre projet de fin d’étude.
En premier lieu, nous tenons à remercier Dieu qui nous a aidées à accomplir
ce travail.
Nos gratitudes s’adressent à nos encadreurs monsieur Skander DOUSS et
monsieur Fethi BESBES qui nous ont permis de mener à terme ce travail, par ses
soutiens, ses précieux conseils et ses bien vaillances et qui a supervisé avec une claire
voyance et rigueur la préparation de ce projet tutoriel pour l’obtention d’un diplôme de
Licence en Sciences et Technologie des Informations et Communications.
Nous adressons tous nos remerciements à tous nos enseignants pour leurs
précieux conseils, leurs soutiens et leurs remarques pertinentes qui nous ont permis
de mener au terme ce projet.
Par ailleurs, un grand merci à nos professeurs de l'Institut Supérieur de
Mathématique et Informatique de Monastir qui nous ont orientés par leurs
recommandations tout au long de nos études.
Nous tenons à exprimer nos profondes reconnaissances et nos remerciements
à tous ceux et celles qui ont contribué et assisté, de près ou loin, lors de l’élaboration
de ce projet et nous n’oublions pas de remercier nos familles de leurs soutiens
moraux.
Nos remerciements s'adressent également à tous les membres de jury qui nous ont
accordé l'honneur d'évaluer et de juger ce projet.
3. Systéme d’irrigation automatique ii
Dédicaces
Je dédie cet humble travail,
A celle qui m’a toujours soutenu, supportant mes sauts d’humeur et mon stress,
inconditionnellement présente auprès de moi, ma maman Mahasen ,
A mon cher papa Taoufik, sans qui je ne serai jamais arrivé là, cet homme qui a
toujours su être présent pour moi, à tout moment et en toutes circonstances, faisant
tous les sacrifices possibles, soucieux toujours de me propulser vers le meilleur, un
très grand merci papa,
A mon adorable sœur, qui a toujours été là pour moi, qui, dès mon enfance a su me
comprendre et m’instruire, merci Oumayma.
A mon petit frère, avec qui j’ai toujours partagé ma vie, des acquis que je n’aurais
jamais su avoir sans toi, merci Slim,
A mes encadreurs :Mr. Skander DOUSS et Mr.Fathi BESBES, qui ont cru en moi et
n’ont jamais hésité à m’aider tout au long de ce travail,
A tous mes amis, vous qui ensoleillez ma vie, et avec qui j’ai ce très grand plaisir de
partager des instants de bonheur continu,
Muhammad hédi
4. Systéme d’irrigation automatique iii
Dédicaces
Je remercie avant tout ALLAH le tout puissant qui m'a donné les capacités physique
et intellectuelles nécessaires à la réalisation de ce projet de fin d'études Je dédie ce
travaille à mes chers parents Amel et Abdelaziz
Autant de phrases et d’expressions aussi éloquentes soient-elles ne sauraient
exprimer ma gratitude et ma reconnaissance. Vous avez su m’inculquer le sens de la
responsabilité, de l’optimisme et de la confiance en soi face aux difficultés de la vie.
Vos conseils ont toujours guidé mes pas vers la réussite. Votre patience sans fin, votre
compréhension et votre encouragement sont pour moi le soutien indispensable que
vous avez toujours su m’apporter. Je vous dois ce que je suis aujourd’hui et ce que je
serai demain et je ferai toujours de mon mieux pour rester votre fièrté et ne jamais
vous décevoir. Que Dieu, le tout puissant, vous préserve, vous accorde santé, bonheur,
quiétude de l’esprit et vous protège de tout mal.
A mes fréres Youssef, Hamza et Ayoub
En leurs espérant le plein succès dans leur vie
Et à toute ma famille
À tous mes fidèles amis, à tous ceux que j’aime, et à tous ceux qui me sont chers.
À tous ceux qui ont de près ou de loin participé à ma formation.
Que Dieu vous garde
Ali
5. Systéme d’irrigation automatique iv
Sommaire
Introduction générale............................................................................................................1
Chapitre 1:............................................................................................................................ 2
Présentation et problématique d’un système d’irrigation automatique ................................ 2
I. Introduction :............................................................................................................3
II. Cadre du projet.........................................................................................................3
III. Les objectifs à réaliser dans notre projet..................................................................3
IV. Cahier de charges: ................................................................................................ 4
V. l' irrigation................................................................................................................4
1. Definition .............................................................................................................4
2. Les systèmes d'irrigation automatique actuelles ..................................................4
3. Une technique d'irrigation intelligente .................................................................5
VI. L’interret de l’automatisation du système d’irrigation........................................6
1. Économie d’eau ...................................................................................................6
2. Économie de temps . ............................................................................................ 6
3. Économie d’argent et d’équipement .........................................................................7
4. Économie de fertilisant ............................................................................................. 7
5. Respect de l’environnement......................................................................................7
VII. Description de la technologie d’irrigation............................................................ 7
VIII. Conclusion............................................................................................................8
6. Systéme d’irrigation automatique v
Chapitre 2:............................................................................................................................ 9
Etude du système d’irrigation automatique..........................................................................9
I. Introduction............................................................................................................10
II. Description complète du système ..........................................................................10
1. Schéma synoptique............................................................................................. 10
2. L'organigramme du fonctionnement du système d’irrigation ............................ 11
III. Analyse fonctionnelle du système d’irrigation .....................................................12
3. Traitement des données......................................................................................13
1. Détection d’humidité De sol .............................................................................15
2. Indication sur l’état de sol ..................................................................................16
3. Détection de niveau d’eau dans le réservoir.......................................................17
Niveau d’eau faible ....................................................................................................19
4. Activation de la pompe à eau .............................................................................19
5. La partie puissance et la partie commande......................................................... 22
IV. Conclusion..........................................................................................................23
Chapitre 3 ........................................................................................................................... 24
Conception d’un prototype du système d’irrigation automatique......................................24
I. Introduction............................................................................................................25
II. Programmation du Arduino ..................................................................................25
III. Validation de l’application par simulation............................................................. 25
IV. Réalisation et validation pratique.......................................................................27
7. Systéme d’irrigation automatique vi
1. Les tests sur plaque à essais ...............................................................................27
2. Routage...............................................................................................................30
3. Réalisation de la carte......................................................................................... 32
V. Conclusion .............................................................................................................33
Conclusion générale ...........................................................................................................34
Bibliographie......................................................................................................................36
8. Systéme d’irrigation automatique vii
Table de Figures
Figure 1: Exemple du systéme d'irrigation automatique actuelles.......................................5
Figure 2 : Schéma explicatif de l'installation du système total ............................................6
Figure 3: Schéma synoptique ............................................................................................. 10
Figure 4: Organigramme de fonctionnement .....................................................................11
Figure 5: La carte Arduino UNO .......................................................................................13
Figure 8 : capteur d’humidité du sol ..................................................................................15
Figure 9 : caractéristique technique....................................................................................16
Figure 10 : Symbole de la diode LED................................................................................16
Figure 11 : Diagramme d’opération...................................................................................18
Figure 12 : buzzer piézoélectrique .....................................................................................19
Figure 13 : pompe à eau .....................................................................................................20
Figure 14 : description schématique...................................................................................21
Figure 15 : Relais module ..................................................................................................22
Figure 16 : circuit interne ...................................................................................................22
Figure 17 : Simulation ISIS................................................................................................ 26
Figure 18 : Cas du saturation de la plante ..........................................................................27
Figure 19 : Cas d’humidité moyenne .................................................................................28
Figure 20 : Cas de la sècheresse......................................................................................... 29
Figure 21 : Cas d’une citerne vide......................................................................................30
Figure 22 : Schémas de routage sur ARES ........................................................................31
9. Systéme d’irrigation automatique viii
Figure 23 : Vision 3D du circuit......................................................................................... 31
Figure 24 : Circuit imprimée.............................................................................................. 33
Figure 25 : Commande à distance ......................................................................................35
10. Systéme d’irrigation automatique Page 1
Introduction générale
L’or bleu (L’eau) constitue un élément important voire vital à la vie de la plante.
L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à des végétaux
cultivés.
Une irrigation inadaptée ou mal conçue peut être source de beaucoup de problèmes. La
sous-irrigation ou donner juste l’eau nécessaire pour les plantes augmente le risque de
salinisation. La sur-irrigation peut être source de propagation de pathogènes et les polluants
dans les cultures. Alors, il est important de suivre le taux d’humidité de manière à conserver
au maximum les plantes en vie, car chaque plante a besoin d’un taux d’humidité spécifique.
Les besoins croissants en précision et les exigences toujours plus grandes en termes de
performance, d’optimisation et d’automatisation ont pleinement investi le domaine
d’irrigation et d’arrosage qui doit s’appuyer sur un panel d’outils liés à la gestion et au
traitement de l’information. Engins agricoles, suivis en culture, pilotage des intrants, gestion
des exploitations… reposent ainsi sur l’utilisation d’instruments de mesure, de sondes, de
capteurs, de systèmes embarqués… Quant aux informations produites, elles transitent via des
réseaux, sont compilées dans des bases de données, sont organisées et traitées grâce à des
logiciels de gestion de projet ou de production…
La conception de ces nouveaux systèmes et l’adaptation de ces technologies au monde
agricole et les espaces verts font appel à une double compétence : la maîtrise de
l’informatique et de l’électronique, combinée à la connaissance des caractéristiques des
plantes.
C'est dans ce cadre que s'inscrit ce projet de Système d’irrigation automatique afin de
concevoir une solution technologique, sophistiquée et appréhendable permettant de faciliter la
tache de surveillance des plantes et d’assurer la bonne gestion de notre ressource vital.
Ce rapport sera présenté en trois parties principales. La première partie sera la présentation du
sujet. La deuxième partie sera la description du matériel et l’environnement de travail, la
troisième partie sera la description l’étude réalisée et du travail effectué.
12. Systéme d’irrigation automatique Page 3
I. Introduction :
L’objectif de ce chapitre introductif est de mettre le travail accompli dans son contexte
général. Tout d’abord, nous commencerons par présenter le cadre du projet, ses objectifs et
son cahier de charges. Ensuite, nous présenterons notre t les techniques d'irrigation actuelles.
Enfin, nous citerons Milieux associés au système d'irrigation automatique.
II. Cadre du projet
Notre projet « Prototype d’un système d'irrigation automatique » a été réalisé dans le but
de répondre à un ensemble de besoins qui spécifient précisément les services demandés et
attendus par l’utilisateur. Ces services, qui sont regroupés sous les termes "économique",
"intelligent" et "automatique "concernent principalement le confort ( faciliter la tâche
d'irrigation en optant pour un processus automatisé), l'économie d'eau(Arroser sans
gaspillage)...
En effet, notre système permet de piloter de façon simple un ensemble d’équipements
électriques notamment la pompe à eau, les LED(s) d'indication d'etat du sol et le système
d’alarme. De plus l’utilisateur peut commander la pompe manuellement à travers un
switcheur, dans le cas ou le capteur d'humidité de sol tombe en panne.
Dans le cadre du projet tutoriel, en vue d'obtention du diplôme de Licence en Science et
Technologie des Informations et Communications à l'Institut Supérieur de Mathématique et
Informatique de Monastir (ISIMM), nous nous proposons de réaliser un système d'irrigation
automatique à base d’une carte Arduino UNO.
III. Les objectifs à réaliser dans notre projet
Notre projet a pour objectifs de :
- L'amélioration de la gestion des ressources en eau dans secteur agricole permettrait de
diminuer de beaucoup la consommation d'eau totale.
- La gestion automatique d’eau à partir de la pompe .
13. Systéme d’irrigation automatique Page 4
- l’assurance d’une communication de très hauts débits entre les différents capteurs à fin
de fournir des informations en temps réels sur état des plantes et le niveau d'eau dans le
réservoir.
- Eviter plusieurs problèmes liés à l'arrosage des plantes quotidiennement qui deviendra
un peu fatiguant en notant que quand elles manquent d'eau, la plante peut se faner, se
dessécher et mourir.
IV. Cahier de charges:
Afin de concrétiser le projet, on va passer par les étapes suivantes :
Etude générale de systéme d'irrigation.
Etude des composants à utiliser.
Etude du fonctionnement de chaque partie du système d'irrigation automatique.
Réalisation et conception du projet.
Test du fonctionnement du projet
V. l' irrigation
1. Definition
L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à
des végétaux cultivés pour en augmenter la production et permettre leur
développement normal, en cas de déficit d'eau induit par un déficit pluviométrique, un
drainage excessif ou une baisse de nappe, en particulier dans les zones arides.
2. Les systèmes d'irrigation automatique actuelles
La plus part des systèmes d'arrosage automatique n'est rien d'autre qu'un système
d'arrosage commandé par un programmateur (comme il est indiqué dans la figure 1).
L'arrosage est déclenché automatiquement par le programmateur aux jours et heures voulus,
pour la durée programmée, sans intervention humaine.
14. Systéme d’irrigation automatique Page 5
Figure 1: Exemple du systéme d'irrigation automatique actuelles
3. Une technique d'irrigation intelligente
L'irrigation est essentielle pour les tout les types des plantes, qui ont besoin d'eau pour
pousser et mûrir. Or, un système d'irrigation automatique déclenchée par minuteur risque de
fournir trop d'eau par rapport aux besoins. Les capteurs d'humidité du sol permettent de
réduire le nombre de plages d'irrigation. Grâce aux systèmes d'irrigation automatisés utilisant
des capteurs d'humidité du sol, il est possible d'optimiser l'utilisation de la ressource en
maintenant l'humidité du sol à un niveau optimal.
Les agriculteurs doivent compter avec des pluies très faibles et sporadiques, conjuguées à des
conditions climatiques extrêmes. Difficulté supplémentaire: le sol sableux retient très
difficilement l'eau. Si la quantité d'eau présente ne suffit pas pour les besoins des végétaux,
ceux-ci souffrent de stress hydrique. Leur qualité risque d'en souffrir ou — en cas de grave
pénurie d'eau — le végétal risque de mourir. C'est pourquoi l'irrigation est une pratique
courante.
La plupart des capteurs d'humidité du sol sont conçus pour estimer le contenu volumétrique
en eau, sur la base du constant diélectrique (permittivité de masse) du sol. La constante
15. Systéme d’irrigation automatique Page 6
diélectrique définit la capacité du sol à transmettre l'électricité — elle augmente à mesure que
la teneur du sol en eau augmente. Si l'on définit des valeurs de référence de la constante
radioélectrique en fonction de ce concept, la teneur en eau à la capacité au champ (limite
supérieure du régime) représente une disponibilité de 100% de l'eau pour la croissance des
cultures, tandis que la teneur en eau au point de flétrissement (limite inférieure du régime)
représente une disponibilité de 0%.
Figure 2 : Schéma explicatif de l'installation du système total
VI. L’interret de l’automatisation du système d’irrigation
1. Économie d’eau
De plus en plus ce point devient le plus important et plus préoccupant car, nous avons
qu’à penser à nos ressources qui s’épuisent de jour en jour, de là l’importance du
calibrage de nos systèmes selon le besoin des plantes.
2. Économie de temps
Votre temps est précieux, un système d’arrosage automatique bien pensé vous aiderait
certainement à oublier les longues soirées passées avec vos boyaux.
16. Systéme d’irrigation automatique Page 7
3. Économie d’argent et d’équipement
Terminé le rituel annuel de courir les spéciaux pour choisir de nouveaux boyaux,
pistolets, girouettes, etc.
4. Économie de fertilisant
En utilisant un arrosage équilibré selon le besoin des plantes, ainsi qu’en empêchant le
ruissellement de l’eau, vous maximisez les effets des fertilisants sur les plantes
5. Respect de l’environnement
Par un arrosage équilibré, vous aidez les pesticides fongicides et herbicides à mieux
performer.
VII. Description de la technologie d’irrigation
Il y a de plus en plus de réglementations environnementales qui visent une utilisation
de l’eau plus efficace et qui visent à réduire les risques de pollution en agriculture
ainsi qu’en production en serre. Les fertilisants utilisés avec les systèmes d’irrigation
en serre peuvent devenir une source de pollution si les surplus d’eau ne sont pas
récupérés ou recyclés. Une utilisation de l’eau plus efficace en serre pourrait diminuer
les surplus d’arrosage, le lessivage et le ruissellement, et réduire ainsi les pertes
attribuables aux fertilisants dans l’environnement tel que l’azote et le phosphore.
L’utilisation de sondes et de capteurs d’humidité dans les substrats pourrait permettre
d’utiliser l’eau de façon plus efficace. Il existe une panoplie de sondes ou de capteurs
d’humidité adaptés pour la production en serre. Ces sondes permettent d’améliorer
l’uniformité de la quantité d’eau contenue dans les substrats et permettent aussi de
régler l’automatisation des systèmes d’irrigation quant à la quantité d’eau utilisée par
la plante au lieu d’être basé sur le temps (minuterie). Les systèmes d’irrigation qui
fonctionnent avec des minuteries ne tiennent pas compte des facteurs
environnementaux tels que l’humidité, la température, la ventilation et
l’ensoleillement qui peuvent tous influencer l’absorption de l’eau par la plante. Les
sondes mesurant l’humidité peuvent augmenter l’uniformité de l’humidité dans les
contenants mais elles peuvent aussi réduire la quantité d’eau utilisée. Les tensiomètres
sont utiles comme outils de recherche mais il est difficile de les utiliser en production
en serre car les contenants sont parfois trop petits et la porosité des substrats employés
est très grande. Depuis une dizaine d’années, il existe de nouveaux appareils pour
mesurer l’humidité du sol, ce sont des appareils 2 mesurant la constante diélectrique.
17. Systéme d’irrigation automatique Page 8
Ces capteurs d’humidité déterminent la teneur en eau volumétrique (pourcentage du
volume du terreau occupé par l’eau) en mesurant la constante diélectrique du terreau.
Certains modèles peuvent être utilisés manuellement pour faire des vérifications
rapides dans différents contenants ou ils peuvent être placés en permanence dans un
pot. Il existe aussi des modèles qui peuvent être connectés avec les systèmes de
contrôle informatique et ainsi ajuster l’irrigation selon les données récoltées par les
capteurs.
VIII. Conclusion
Tout au long de ce chapitre, nous avons pu définir le cadre général de notre projet et ses
objectifs, à présenter le cahier des charges proposé et introduire les bénéfiques du système
d'irrigation. Nous allons par la suite étudier les fonctions à réaliser dans chaque bloc du
système. Enfin, la réalisation du modèle du prototype d'un système d'irrigation automatique
qui sera présentée.
19. Systéme d’irrigation automatique Page 10
I. Introduction
Au sein de ce deuxième chapitre on va s'intéresser à la partie théorique du système
En effet, notre étude sera portée sur la description complète du système et les schémas
synoptiques qui vont présenter la totalité du système en expliquant les différentes opérations à
affecter par ce dernier.
Ainsi que le fonctionnement des matériels, les caractéristiques et les conceptions internes de
chaque composant électronique à utiliser.
1. Schéma synoptique
Ce schéma présente la conception de notre application, il illustre les connexions entre le
microcontrôleur et les Entrées/Sorties.
Alerte: si le niveau d’eau
est faible :
Sortie numérique
Détection d’humidité du sol :
Entrée analogique
Distribution d’eau:
Sortie numérique
Traitement des
données
Détection de niveau d’eau :
Entrée numérique
Indication sur l’etat du
sol :
Sortie numérique
Figure 3: Schéma synoptique
20. Systéme d’irrigation automatique Page 11
2. L'organigramme du fonctionnement du système d’irrigation
Figure 4: Organigramme de fonctionnement
21. Systéme d’irrigation automatique Page 12
valeur délivré par le capteur d’humidité (constant diélectrique) :
Signification par led :
Couleur
Signification
(S)
Vert Jaune Rouge
1 0 0 1
2 0 1 0
4 1 0 0
Dans ce logigramme on a présenté les différentes étapes de fonctionnements de notre
système.
L’Arduino, comme on a mentionné dans le chapitre précédent possède 14 entrées/sorties
numériques, dont 6 peuvent produire des signaux PWM, et 6 entrées analogiques :
- Le Buzzer est branché au pin 2
- Les 3 leds vert, jaune, rouge sont respectivement branchées au pin 3, 4, 5
- Le Flotteur est branché au pin 6
- Le Relais est branché au pin 7
- Le capteur d’humidité de sol est branché au pin A1
II. Analyse fonctionnelle du système d’irrigation
Dans cette partie on va étudier le fonctionnement du système bloc par bloc. Alors on fera
une analyse fonctionnelle de chaque bloc.
22. Systéme d’irrigation automatique Page 13
3. Traitement des données
Le systéme est munie d’une carte Arduino comme unité de traitement des données, c’est
le cerveau.
a. La carte Arduino UNO
L'Arduino UNO est une carte microcontrôleur basée sur l'ATmega328. Il dispose
de 14 broches numériques d'entrée / sortie (dont 6 peuvent être utilisées comme sorties
PWM), 6 entrées
analogiques, un 16 MHz résonateur céramique, d'une connexion USB, une prise
d'alimentation, un connecteur ICSP, et un bouton de réinitialisation comme le montre la figure
5.
Cette carte contient tout le nécessaire pour soutenir le microcontrôleur; tout simplement la
connecter à un ordinateur avec un câble USB.
Figure 5: La carte Arduino UNO
b. Caractéristiques de la carte Arduino UNO
La carte Arduino UNO possède comme caractéristiques
Microcontrôleur : ATmega328
Tension d'alimentation interne = 5V tension d'alimentation (recommandée)= 7 à 12V,
limites =6 à 20 V
Entrées/sorties numériques : 14 dont 6 sorties PWM
Entrées analogiques = 6
23. Systéme d’irrigation automatique Page 14
Courant max par broches E/S = 40 mA
Courant max sur sortie 3,3V = 50mA
Mémoire Flash 32 KB
Mémoire SRAM 2 KB
mémoire EEPROM 1 KB
Fréquence horloge = 16 MHz
Dimensions = 68.6mm x 53.3mm
La carte s'interface au PC par l'intermédiaire de sa prise USB.
La carte s'alimente par le jack d'alimentation (utilisation autonome) mais peut être
alimentée par l'USB (en phase de développement par exemple).
La figure 6 représente les caractéristiques de la carte Arduino UNO :
Figure 6: Les caractéristiques de la carte Arduino UNO
c. Les advantages
La technologie Arduino présente ces avantages :
Environnement de programmation clair et simple.
Multiplateforme : tourne sous Windows, Macintosh et Linux.
Nombreuses librairies disponibles avec diverses fonctions implémentées.
Logiciel et matériel open source et extensible.
Nombreux conseils, tutoriaux et exemples en ligne (forums, site perso etc...)
Existence de « shield » ou boucliers: ce sont des cartes supplémentaires qui se
connectent sur le module Arduino pour augmenter les possibilités (par exemple:
afficheur graphique couleur, interface Ethernet, GPS, Bluetooth… etc.).
24. Systéme d’irrigation automatique Page 15
1. Détection d’humidité De sol
Dans ce bloc on va assure la détection d’humidité de sol de notre plante à travers le
capteur présenter ci-dessous dans la figure 7.
a. Description
Ce capteur permet de mesurer le taux d'humidité présent dans le sol. Et bien sûr il est
compatible avec Arduino!
La mesure est basée sur la résistivité naturelle du sol qui varie en fonction de son taux
d'humidité.
Enfoncez les sondes dans le sol, reliez le pin Vcc du capteur au 5V ou 3.3V de votre
microcontrôleur, GND à la masse et le pin SIG à une entrée ADC.
La résistance entre les deux sondes diminue lorsque le taux d'humidité augmente. La variation
du taux d'humidité du sol peut alors être lue sur le pin ADC d'un microcontrôleur: la valeur
analogique de sortie du capteur augmente lorsque le taux d'humidité augmente et inversement.
Figure 7 : capteur d’humidité du sol
25. Systéme d’irrigation automatique Page 16
b. Caractéristiques techniques
Figure 8 : caractéristique technique
2. Indication sur l’état de sol
Il y a plusieurs type d’interface homme machine (IHM) qui peut assurer l’indication
d’état de sol par exemple les afficheurs LCD, mais dans notre cas on s’intéressent d’utiliser
une simple composante présentée dans la figure 12, c’est la diode électroluminescente.
Figure 9 : Symbole de la diode LED
c. Principe de fonctionnement
Une diode électroluminescente, est un composant opto-électronique capable d’émettre de
la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Elle ne laisse passer le courant
électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une diode classique, l'inverse étant
le sens bloquant) et produit un rayonnement monochromatique ou poly-chromatique non
cohérent à partir de la conversion d’énergie électrique lorsqu'un courant la traverse
26. Systéme d’irrigation automatique Page 17
3. Détection de niveau d’eau dans le réservoir
Le niveau faible d’eau dans la citerne sera détecté par un flotteur présenté dans la figure 5.
Figure5: flotteur
a. Principe de fonctionnement
> Par défaut : Si le flotteur est fixé en haut de la cuve avec le flotteur vers le bas - Il
est en mode NF (Normalement Fermé) -
Position initiale : La partie flotteur est vers le bas, (NF / Circuit Fermé)
Changement de position : Quand le niveau du liquide va monter, le flotteur monte et
Ouvre le Circuit (va donc Couper le contact).
> Possible : Si le flotteur est fixé en bas de la cuve avec le flotteur vers le haut - Il est
en mode NO (Normalement Ouvert) - La partie flotteur est vers le haut (en position
basse), quand le niveau du liquide va monter, le flotteur monte et Ferme le circuit (va
donc Actionner le contact).
Le diagramme d’opération représenté par la figure ci-dessous illustre le
mécanisme de fonctionnement de ce flotteur en dépend du niveau d’eau.
27. Systéme d’irrigation automatique Page 18
Figure 10 : Diagramme d’opération
c. Spécifications
type: normalement fermé
commande:
o état 'on': de 9.0 à 13.7mm
o état 'off': de 4.0 à 12.0mm
courant de coupure: 1.0A CC max.
puissance de coupure: 10VA max.
résistance de contact: 150m ohm max.
matériau de contact: rhodium
enclenchement/déclenchement: 0.6ms/0.1ms max.
tension max.: 100VCC
tension de claquage: 250VCC
température de travail: 0 à +70°C
matériaux: polyamide, mousse polypropylène et caoutchouc
longueur du câble: 70mm
28. Systéme d’irrigation automatique Page 19
Niveau d’eau faible
La figure 11 montre le bipeur (buzzer) qui va déclencher une alarme ce qui alerte
l’utilisateur pour remplir la citerne vide.
Figure 11 : buzzer piézoélectrique
a. Description
Bipeur (en anglais beeper ou buzzer) est un élément électromécanique ou
piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand on lui applique une tension : le bip.
Certains nécessitent une tension continue, d'autres nécessitent une tension alternative.
Dans notre cas on va utiliser un buzzer piézoélectrique avec un oscillateur intégré, il s'agit
simplement de l'assemblage dans un même boîtier, d'un transducteur piézo-électrique et
d'une électronique de commande (générateur de signal rectangulaire). Le tout s'alimente
alors avec une simple tension continue, généralement comprise entre 3V et 20V, et requiert
un courant compris entre 10 mA et 30 mA (la consommation du buzzer dépend
principalement de la tension utilisée). La mise en œuvre d'un tel buzzer devient donc aussi
facile qu'avec un buzzer électromécanique.
4. Activation de la pompe à eau
L’irrigation sera effectué à l’aide d’une pompe à eau comme le montre la figure 12 ayant
pour rôle de déplacer l’eau de la citerne vers la plante.
29. Systéme d’irrigation automatique Page 20
Figure 12 : pompe à eau
a. Description et principe de fonctionnement
Les pompes répondent toutes au même besoin : déplacer un liquide d’un point à un autre.
Pour déplacer ce liquide, il faut lui communiquer de l'énergie. Les pompes remplissent cette
fonction.
Le moteur qui alimente les pompes transforme l'énergie électrique en énergie mécanique pour
permettre le mouvement des organes des pompes. Cette énergie mécanique est retransmise au
fluide.
Cette énergie fluide se traduit sous forme de débit (énergie cinétique) et de pression (énergie
potentielle). Ces énergies vont s'échanger et se consommer dans les circuits de l'installation.
b. Caractéristiques générales
Cylindrée théorique
C'est le volume de fluide déplacé par unité de mouvement (un aller-retour pour les pompes
rectilignes, un tour pour les pompes rotatives).
La cylindrée se note et s'exprime en m³ / mouvement.
Fréquence
C'est le nombre de mouvements du moteur entraînant la pompe par unité de temps.
La fréquence se note et s'exprime mouvement / s.
30. Systéme d’irrigation automatique Page 21
Débit volumique théorique
C'est le volume de fluide déplacé théorique par unité de temps.
Le débit volumique théorique se note et s'exprime en m³ / s.
c. Caractéristiques techniques
Pression de la pompe : ±0.25 – 6 bar
Débit : ± 50 – 100 l/h
Tension d’alimentation : 12V
Courant : 2A
d. Conception interne
Les composants constituants notre pompe sont indiqué par la figure ci-dessous, alors que
la diréction d’eau est indiqué par la figure successive (figure 13).
Figure 13 : description schématique
31. Systéme d’irrigation automatique Page 22
5. La partie puissance et la partie commande
L’alimentation de la pompe est plus grande que celle de l’Arduino, alors pour protecter
cette dernière contre les problèmes dû à la commutation des signaux de puissances
importantes, il faut utiliser un relais comme le présenté dans la figure 14.
Figure 14 : Relais module
a. Description et principe de fonctionnement
Un relais électromagnétique est un organe électrique permettant de dissocier la partie
puissance de la partie commande : Il permet l'ouverture/fermeture d'un circuit électrique par
un second circuit complètement isolé (isolation galvanique) et pouvant avoir des propriétés
différentes.
la figure suivante indique la circuit constituant le relais :
Figure 15 : circuit interne
32. Systéme d’irrigation automatique Page 23
b. Caractéristiques techniques
• Alimentation électrique : externe en 5V
• 2 relais mécaniques avec indicateur d'état par DEL
• Ports "NC" (normalement fermer) et "NO" (normalement ouvert) pour chaque relais
• Peut être directement contrôlée par un large éventail de microcontrôleurs
III. Conclusion
Ce chapitre est considéré comme une illustration détaillée sur les différents composants
consacrés à la conception du notre système d’irrigation automatique.
Dans la partie pratique qui suit, nous présenterons de détails de développement et la
réalisation de notre projet.
34. Systéme d’irrigation automatique Page 25
I. Introduction
Cette partie pratique (composé d’un seul chapitre) est consacré à la réalisation de l’application
« système d’arrosage et d’irrigation automatique».
Pour cette raison, plusieurs étapes ont été envisagées :
Simulation sur ISIS PROFFITIONNELLE : pour valider la faisabilité et la bonne
fonctionnement des circuits déjà développées théoriquement.
Implémentation des circuit simulés sur la plaque à essais (plaque à trous) à fin de
s’assurer de sa fonctionnement.
Le Routage : Une fois la simulation est bien vérifiée, on passe à l’étape de routage en utilisant
l’outil ARES.
Réalisation des cartes microélectroniques en imprimant les circuits et la soudure des
composants sur une carte principale (carte de commande) dont le rôle principal est de gérer
les actionneurs et les capteurs afin d’atteindre l’état idéal de nos plantes.
Pour réaliser cette étape, plusieurs techniques ont été utilisées: L’insolation, La
révélation, La gravure, L’étamage, Perçage et soudage.
II. Programmation du Arduino
Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre et multi-
plateforme, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le
programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est
également possible de se passer de l'interface Arduino, et de compiler et uploader les
programmes via l'interface en ligne de commande2.
Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++ 3, et lié à la
bibliothèque de développement Arduino, permettant l'utilisation de la carte et de ses
entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le développement de
programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maîtrisant le C ou le C++.
III. Validation de l’application par simulation
L’ISIS est un logiciel professionnel, utilisé dans l’électronique pour simuler des circuits et
35. Systéme d’irrigation automatique Page 26
créer des typons. Il est également capable de simuler le fonctionnement du PIC avec tous les
périphériques de la carte de commande.
L’utilisation du logiciel « ISIS » permet de mieux visualiser le bon déroulement du système
ainsi que d’avoir une idée claire sur la partie matérielle et la conception des circuits imprimés.
Il nous permet de limiter les essais réels.
Dans cette partie on a fait la simulation sur ISIS pour tester les fonctionnements des circuits
avant le test réelle.
Cette figure représente la simulation de circuit sur ISIS :
Figure 16 : Simulation ISIS
36. Systéme d’irrigation automatique Page 27
IV. Réalisation et validation pratique
Cette partie est consacrée pour les tests pratiques de circuits qu’on a utilisés.
1. Les tests sur plaque à essais
On a 4 cas possible :
a. Première cas : Plante très humide
Dans ce cas et comme indique la figure ci-dessous le capteur d’humidité de sol est
immergé dans l’eau, il indique un valeur entre 0 et 700 c'est-à-dire que la plante est saturée
alors que la déclaration de cet état est indiqué par l’allumage de la diode led vert.
Figure 17 : Cas du saturation de la plante
Diode led vert
Générateur
12V
Pompe
Relais 5V
Microcontrôleur
Capteur d’humidité de sol
Flotteur
Buzzer
Interrupteur
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b. Deuxième cas : Plante d’humidité moyenne
Dans ce cas aussi la plante est dans un bon état, le capteur prend un valeur entre 300 et
700 ce qui indique que le sol est humide.
Déclaration d’état par l’allumage de la diode led jaune (figure 18).
Figure 18 : Cas d’humidité moyenne
c. Troisième cas : Plante sèche
Quand l’eau disparaitre, le sol devient sec et le capteur d’humidité enregistre un valeur
supérieure à 700 ce qui oblige le microcontrôleur d’activer la pompe par l’activation du relais
Diode led jaune
38. Systéme d’irrigation automatique Page 29
qui assure l’isolation entre l’alimentation du pompe et notre microcontrôleur, ainsi que
l’allumage du led rouge a lieu dans cette étape (figure 19).
La pompe va désactivée lorsque le sol revient à l’état humide.
Figure 19 : Cas de la sècheresse
d. Quatrième cas: Flotteur activé
L’activation du flotteur assure l’activation du buzzer pour indiquer que la citerne d’eau
est vide comme illustre la figure 20.
La pompe sera désactivée jusqu’à l’existence d’eau dans la citerne pour assure le bonne
fonctionnement de notre système et éviter le risque des pannes proviennent du pompage dans
le vide.
Diode led rouge
Relais activé
39. Systéme d’irrigation automatique Page 30
Figure 20 : Cas d’une citerne vide
2. Routage
ARES est un logiciel permettant le routage de cartes électronique en mode automatique
ou manuel.
Il est possible d’utiliser ARES sans avoir au préalable créé de schéma dans ISIS.
Cette fonctionnalité permet de réaliser très rapidement des circuits de faible complexité en
plaçant les composantes et traçant les pistes directement dans ARES. Une fois les connections
sont établies, il est possible d’effectuer un routage automatique des pistes.
Dans cette étape on a utilisé ce logiciel pour router les schémas électrique .
Vu que les packages d’ARES ne permettent pas le routage de tous les composants, nous avons
les remplacer sur ISIS par des connecteurs choisies selon le nombre des pins des pièce :
Flotteur activé Buzzer activé
41. Systéme d’irrigation automatique Page 32
3. Réalisation de la carte
a. Les étapes de la réalisation de la carte (circuit imprimé)
Première étape : L’insolation
Pour réaliser l’insolation, il faut une insulteuse UV. Placer le typon directement sur la
vitre puis le circuit dépourvu de son film de protection là ou se trouvent les pistes.
L’insolation sera de meilleures qualités si la partie imprimée du typon est directement en
contact avec le circuit.
L’insolation dure en moyen d’une minute à 2 minutes
Deuxième étape : La révélation
La révélation et l’étape du circuit imprimé .Plonger le circuit dans un bain révélateur à
température tiède en agitant légèrement pendant le temps qu’il faut pour que les piste
apparaissent sur le circuit (il est parfois nécessaire de le nettoyer avec un chiffon pour l’aider
mais sans trop appuyer). Il faut le bien rincé après la révélation.
Troisième étape : La gravure
La gravure va permettre au cuivre non protégé par la couche résine (issu de la révélation
ou des méthodes 1 et 2) de se dissoudre. Plonger le circuit dans un bain de fer à 50° pendant
le temps nécessaire à la dissolution en agitant fortement .Après la gravure il faut bien rincer le
circuit à l’aide de l’acétone. En fin de gravure, il ne doit rester que le cuivre correspondant au
dessin du circuit imprimé, tout reste doit avoir disparu.
Quatrième étape : L’étalonnage
Cette étape permet au circuit de ne pas s’oxyder et permet des meilleurs soudeurs.
Plonger le circuit dans un bain d’étamage à froid et laisser agir le temps nécessaire. Attention
le bain d’étame est très toxique, il faut prendre les dispositions (mains, les yeux…).
Cinquième étape : Perçage et soudage
Maintenant le circuit est terminé, il nous reste seulement qu’à le percer et souder les
composants. Les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant une colonne de perçage et des
forets.
b. Circuit imprimé
La réalisation d notre carte est présentée par la figure suivante :
42. Systéme d’irrigation automatique Page 33
Figure 23 : Circuit imprimée
V. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons fait l’étude de la réalisation de la carte électronique faite
après les tests sur la plaque à essai. Puis nous avons passés au routage effectuer avec l’ARES
afin de passer à la fabrication de la carte, aux perçages et le soudage des composants.
43. Systéme d’irrigation automatique Page 34
Conclusion générale
Dans le cadre de ce projet tutoriel, nous nous sommes intéressées à la conception et au
développement d’un système électronique dédié à l'irrigation et l'arrosage automatique. Au
cours de la période d’élaboration du projet, nous avons essayé d’atteindre l’objectif attendu :
Piloter et gérer un système d'irrigation d’une manière intelligente et totalement automatisé
tout en permettant l’économie d'eau, facilité la tache d'irrigation et éliminé l'intervention
humaine etc... Nettement ce projet, nous a permis d’approfondir nos connaissances théoriques
et d’acquérir une certaine expérience au niveau de la réalisation pratique. Nous avons eu
l’occasion d’étudier, de concevoir et d’utiliser une diversité de matériels et logiciels et
appliquer notre savoir et savoir-faire acquis lors de notre formation. L’intérêt accordé à notre
système réside dans le fait qu’il peut être amélioré.
L’automatisation est un domaine très vaste, pour cela notre système d’arrosage
automatique pourrait en effet gagner plus d’intelligence et de l’interopérabilité.
Dans notre cas, on peut utiliser plus qu’un seul capteur pour surveillent l’humidité dans
les grands espaces verts. Un hub qui les accompagne, jouant le rôle de traducteur ZigBee <>
IP, pourra s’occuper de transférer les données récoltées vers la plateforme en ligne comme
indique la figure ci-dessous (figure 24). Cela va permettre de surveiller ses plantes aussi bien
chez soi qu’à distance et d’être prévenu dans toutes les situations. En option, ce système peut
être équipé par une électrovanne qui va être actionnée automatiquement pour arroser les
plantes quand nécessaire.
On peut aussi utiliser l’alimentation solaire à la place de l’alimentation secteur pour
automatiser un portail même éloigné d’une source d’alimentation électrique, sans devoir
effectuer de tranchées pour le raccordement. Une batterie, rechargée par le panneau solaire,
fournit une réserve d’énergie pour de nombreuses manœuvres.
