Qualit Eau: système automatisé de contrôle de la qualité de l eau des piscines privées

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1 Qualit Eau: système automatisé de contrôle de la qualité de l eau des piscines privées Rapport de projet version finale présenté à Robert Bergevin et Éric Poulin par Équipe 15 Ingénieaux matricule nom signature Camille Béland Isabelle Chum-Chhin Dominic Aucoin Gustavo Carrera Fragoso Jean-Michel Provencher Nicolas Juteau Université Laval 18 avril 2014

2 Historique des versions version date description 4 février 2014 création du document février 2014 Début de la rédaction de l introduction et de la description du projet février 2014 Finalisation du rapport pour la remise de la version février 2014 Premier jet de la version février 2014 Ajout des sections du chapitre du cahier des charges février 2014 Finalisation du rapport pour la remise de la version mars 2014 Premier jet de la version mars 2014 Intégration des textes mars 2014 Finalisation du rapport pour la remise de la version 2 F.0 1er avril 2014 Rédaction de l étude préliminaire F.1 16 avril 2014 Rédaction du concept retenu et conclusion Finale 18 avril 2014 Finalisation du rapport pour la remise

3 Table des matières Table des figures Liste des tableaux vi vii 1 Introduction 1 2 Description 2 3 Besoins et objectifs Analyse des besoins Automatisation du système Interaction avec l utilisateur Centre de gestion à distance Coûts et dépenses Analyse des objectifs Maximiser l autonomie du système Faciliter l interaction avec l utilisateur Centraliser l information à distance Limiter les dépenses Hiérarchisation des objectifs Cahier des charges Critères d évaluation Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement des données Robustesse du système Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Précision de la lecture des signaux Fréquence d échantillonnage des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système i

4 TABLE DES MATIÈRES ii Affichage concis de l état global du système Centraliser l information Stabilité du système Sécurité du transfert des données Archivage des données Fréquence de transfert des données Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Coûts du système Consommation électrique du système Volume du dispositif local Maison de la qualité Tableau du cahier des charges Conceptualisation et analyse de faisabilité Dispositif local Protection du dispositif Boîtier en plastique STRAPUBOX Crib for Arduino ST653 Metal & Aluminum Electronic Project Enclosure Tableau synthèse Convertir les signaux Convertisseur analogique-numérique Linear Tech. LTC Convertisseur numérique-analogique Analog Dev. AD Convertisseur multifonction Texas Instruments AMC Module d acquisiton de données RedLab 1608G Carte enfichable National Instruments PCIe Tableau synthèse Contrôler l état du système Microcontrôleur Arduino Mega2560 Rev Microcontrôleur PIC32MX795 Development Board Microcontrôleur Arduino Leonardo Tableau synthèse Affichage des données Écran Pixel Qi 10" avec contrôles Écran tactile PiTFT Mini Kit 320x " Écran Adafruit 5.0" 40-pin TFT Écran Tianma Micro-Electronics TM022HDH26 2.2" TFT LCD Écran Tinsharp TC1602A 16x2 LCD Tableau synthèse Transmission des données WiMAX Bluetooth

5 TABLE DES MATIÈRES iii Wi-Fi Tableau synthèse Centre de gestion Localiser les techniciens Téléphone intelligent HTC One S Tablette Android Nexus Mini-ordinateur portable Samsung Chromebook et clé internet mobile Afficher les données Tableau synthèse Site web statique Application web Logiciel Tableau synthèse Archivage des données NAS (Network Attached Storage) Service de stockage sur Internet (Dropbox) Disque dur externe Western Digital My Book Essential (4 To) Tableau synthèse Traitement des données Serveur Dell PowerEdge T Windows Azure Amazon Web Services Tableau synthèse Étude préliminaire Plan d étude Concept A Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement de données Robustesse du système Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Précision de la lecture des signaux Fréquence d échantillonnage des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur Affichage concis de l état global du système Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système Centraliser l information Sécurité du transfert des données Archivage des données Stabilité du système

6 TABLE DES MATIÈRES iv Fréquence de transfert des données Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Consommation électrique Volume du système Coût du système Concept B Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement de données Robustesse du système Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Précision de la lecture des signaux Fréquence d échantillonnage des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur Affichage concis de l état global du système Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système Centraliser l information Sécurité du transfert de données Archivage des données Stabilité du système Fréquence de transfert des données Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Consommation électrique Volume du système Coût du système Concept C Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement de données Robustesse du système Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Précision de la lecture des signaux Fréquence d échantillonnage des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur Affichage concis de l état global du système Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système Centraliser l information Sécurité du transfert des données Archivage des données

7 TABLE DES MATIÈRES v Stabilité du système Fréquence de transfert des données Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Consommation électrique Volume du système Coût du système Concept D Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement de données Robustesse du système Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Précision de la lecture des signaux Fréquence d échantillonnage des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur Affichage concis de l état global du système Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système Centraliser l information Sécurité du transfert des données Archivage des données Stabilité du système Fréquence de transfert des données Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Consommation électrique Volume du système Coût du système Synthèse des résultats Concept retenu Matrice décisionnelle et prise de décision Description du concept retenu Conclusion Bibliographie 61 A Liste des sigles et des acronymes 65

8 Table des figures 3.1 Hiérarchisation des objectifs Maison de la qualité Diagramme Fonctionnel Schéma du concept retenu vi

9 Liste des tableaux 4.1 Barèmes pour la robustesse du système Barèmes de précision de la lecture des signaux Barèmes pour l interaction physique avec le système Barèmes pour l accès au système par ordinateurs ou autres plateformes Barèmes pour l entretien du système Barèmes d affichage de l état global du système Barèmes pour la sécurité du transfert des données Barème pour les déplacements des techniciens Barèmes pour la consommation électrique du système Ensemble des critères du cahier des charges Tableau synthèse des solutions pour la protection du dispositif Tableau synthèse des solutions pour la conversion des signaux Tableau synthèse des solutions pour le contrôle de l état du système Tableau synthèse des solutions pour l affichage des données (dispositif local) Tableau synthèse des solutions de transmission de données Tableau synthèse des solutions pour le déplacement des techniciens Tableau synthèse des solutions pour l affichage des données (centre des gestion) Tableau synthèse des solutions pour l archivage des données Tableau synthèse des solutions de traitement des données Plan d étude Synthèse des résultats de l étude préliminaire Matrice décisionnelle vii

10 Chapitre 1 Introduction Dans la société actuelle, les enjeux entourant les réserves d eau potable dans le monde font partie intégrante des problématiques auxquelles le Québec doit faire face. Progressivement, la quantité de produits chimiques déversés dans le fleuve Saint-Laurent ne cesse de croître. Considérant que 45% des Québécois puisent leur eau potable du fleuve [1], il est important de prendre les mesures nécessaires afin de minimiser la quantité de produits chimiques utilisés en plus de limiter au maximum la consommation de cette précieuse ressource qu est l eau potable. Il y a près de piscines résidentielles au Québec, dont le 3/4 d entre elles sont hors-terre et ce nombre continue de grimper de 10 à 15% par année [2]. C est la raison pour laquelle Éco-Piscines a mandaté la firme Ingéniaux afin qu elle mette sur pied un système automatisé permettant de réguler le dosage des produits d entretien, d économiser l eau potable et, finalement, de limiter la consommation d électricité. Le document suivant contient toutes les informations détaillées de ce projet. Il inclut l étude des besoins et des objectifs, le cahier des charges, les solutions proposées, l analyse de faisabilité, et enfin, le choix de la solution retenue. 1

11 Chapitre 2 Description Désirant être à l avant-garde dans son domaine, Éco-Piscines se donne comme objectif de mettre sur le marché un système permettant de faire face à plusieurs problématiques environnementales du Québec. Il est donc important de développer un système de gestion automatisé afin de limiter l utilisation de produits chimiques et le gaspillage de l eau potable lors de l utilisation des piscines résidentielles de la communauté de Québec. Ainsi, le système automatisé Qualit Eau facilite grandement l entretien des piscines pour leurs propriétaires en offrant un bon compromis entre la durabilité, la préservation de l environnement et le facteur économique. Pour atteindre le but visé, le système doit pouvoir procéder à l analyse de l eau et en assurer l entretien afin que celle-ci soit toujours de qualité. En effet, il offre la gestion centralisée en temps réel de l information pour que celle-ci soit facilement accessible par les consommateurs, les techniciens et le personnel d administration. Le système doit optimiser l efficacité des techniciens en facilitant l organisation et la gestion de leurs déplacements. Qualit Eau doit aussi être écologique en diminuant la consommation électrique, en optimisant la consommation de produits chimique et en limitant la consommation d eau. Finalement, le système doit être accessible, sécuritaire, fiable, esthétique et facile d entretien, afin de mieux répondre au but visé. 2

12 Chapitre 3 Besoins et objectifs Le chapitre 3 présente les besoins élémentaires au développement du projet. L identification des besoins du client permet de déterminer et structurer les différents objectifs. Ensuite, les objectifs découlant des besoins seront illustrés en un schéma hiérarchique à la figure Analyse des besoins Suite à la présentation faite par le client Éco-Piscines, la firme Ingénieaux à identifié certains besoins à combler. Ces derniers ont été regroupés en catégories et sont énumérés plus loin dans ce chapitre. Ces besoins peuvent se résumer ainsi : Le système à implanter doit contrôler la qualité de l eau d une piscine résidentielle en plus d envoyer les données relatives à l entretien du système à un centre de gestion de manière automatique. Qualit Eau doit desservir un minimum de 800 clients et être livré d ici le 31 janvier Ce système doit posséder un minimum de 12 signaux d entrée et 12 signaux de sortie. La fréquence d échantillonnage du système doit être au minimum 1 Hz et le transfert d information doit être fait au moins une fois chaque 5 secondes. On doit pouvoir avoir accès au système à distance de façon sécuritaire. Chaque donnée transmise doit aussi être archivée pour une période minimale de 5 ans. Toutes les composantes nécessaires au bon fonctionnement du système doivent entrer dans un boîtier d une grandeur maximum de 0,04 m Automatisation du système Contrôle automatique des paramètres influant sur la qualité de l eau ; Affiche l ensemble des informations du système de manière concise ; Robustesse du système ; Le système doit être performant Interaction avec l utilisateur Accès au système via un ordinateur ou une autre plateforme ; 3

13 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS 4 Entretien facile Centre de gestion à distance Accès facile aux données et en tout temps ; Transfert des données sécuritaire ; Archivage des données Coûts et dépenses Diminution des coûts du système ; Diminution de la consommation électrique du système ; Support aux techniciens. 3.2 Analyse des objectifs La firme Ingénieaux s engage à répondre aux besoins du précédent chapitre en fixant les objectifs suivants : Maximiser l autonomie du système Qualit Eau est conçu pour être entièrement autonome et nécessite peu d intervention humaine. Il va donc de soi que l autonomie du système doit être irréprochable. Pour ce faire, les objectifs suivants sont abordés : Maximiser la performance lors du traitement des données ; Maximiser le nombre d entrées disponibles pour l acquisition de signaux ; Assurer la robustesse du système ; Optimiser la précision lors de la lecture des signaux acquis ; Assurer un échantillonnage optimal des signaux Faciliter l interaction avec l utilisateur L interaction avec l utilisateur est un élément très important au sein du projet. Effectivement, elle permet au système de répondre adéquatement aux besoins du client et permet également une gestion efficace de celui-ci. Conséquemment, elle favorise l optimisation de l autonomie du système. Les objectifs à atteindre sont : Assurer l affichage concis de l état global du système ; Permettre l interaction avec le système localement ; Maximiser l accès au système par des ordinateurs ou d autres plateformes ; Faciliter l entretien du système.

14 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Centraliser l information à distance Un des aspects fondamentaux constituant l ensemble du système est la centralisation de l information. Cet objectif vise essentiellement à combler le besoin énoncé par le client d un centre de gestion accessible à distance. Les points importants à tenir compte concernant cet objectif sont : Assurer la stabilité du système ; Maximiser la sécurité du transfert des données ; Assurer l archivage des données ; Assurer le transfert des données de façon régulière Limiter les dépenses Le système Qualit Eau offre des coûts abordables et compétitifs. De plus, le système est conçu de manière simple, efficace et précise. Ces qualités permettent un service rapide et peu coûteux. Afin d accomplir cet objectif, les points suivants doivent être respectés : Minimiser les coûts du système ; Minimiser la consommation électrique du système ; Optimiser les déplacements des techniciens lors de maintenances ; Optimiser le volume du dispositif local.

15 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Hiérarchisation des objectifs Système Qualit'Eau Maximiser l'autonomie du système Centraliser l'information Faciliter l'interaction avec l'utilisateur Limiter les dépenses Maximiser la performance lors du traitement des données Assurer la stabilité Assurer l'affichage concis de l'état global Minimiser les coûts du système Maximiser le nombre d'entrées disponibles pour l'acquisition de signaux Maximiser la sécurité du transfert des données Maximiser l'accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes Optimiser les déplacements des techniciens lors des maintenances Optimiser la précision lors de la lecture des signaux acquis Assurer le transfert des données de façon régulière Permettre l'interaction avec le système localement Minimiser la consommation électrique Assurer un échantillonnage optimal des signaux Assurer l'archivage des données Faciliter l'entretien Optimiser le volume du dispositif local Assurer la robustesse Figure 3.1 Hiérarchisation des objectifs

16 Chapitre 4 Cahier des charges 4.1 Critères d évaluation Les besoins et objectifs étant maintenant bien définis, il est possible d attribuer des critères d évaluation en fonction des objectifs fixés. À la fin de ce chapitre se trouve le tableau 4.10 résumant l ensemble des critères et des barèmes d évaluation Maximiser l autonomie du système Performance lors du traitement des données Comme le système devra être le plus rapide et fiable possible, un aspect matériel devra être ajouté au boitier. Le choix d un microcontrôleur possédant un processeur rapide est essentiel car il est à la base de toutes les opérations effectuées par le système automatisé. Une fréquence d horloge rapide permettra d effectuer le traitement des signaux de façons efficace et rapide. f(ψ) = ψ 10 ψ [10, 100] (4.1) 90 Comme il est possible de voir dans le tableau précèdent, un processeur opérant à la fréquence d horloge de 100 MHz se voit attribuer la note maximal de 1 pour ce barème. Un microcontrôleur opérant à 10 MHz et moins se verra attribuer automatiquement la note de 0 pour ce barème. La pondération de ce critère est de 5%, car le système doit être stable. Le système est à la base de tout opération électronique donc il se doit d être performant Robustesse du système Puisque le système devra être à l extérieur pendant une partie de l année, il est essentiel qu il soit construit de façon robuste. En effet, celui-ci devrait pouvoir être résistant aux chocs, imperméable et pouvant opérer à des températures allant de 0 à 40 C. 7

17 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 8 Caractéristique du boitier Cote Résistants aux chocs et températures extrêmes et imperméable 1 Résistant aux chocs et imperméable 0.75 Résistant aux chocs 0.50 Aucun de ces critères 0.25 Table 4.1 Barèmes pour la robustesse du système Un boitier de qualité possédant tous les critères recevra la cote maximale pour ce barème de 1. S il possède uniquement certains critères parmi ceux élaborés plus haut il se verra perdre 0.25 point par critère manquant. Une pondération de 6% est assigné à ce critère. Il est important que le système soit protégé contre les intempéries ou contre les possibles dommages physiques Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux Le système doit être en mesure d acquérir au minimum 12 signaux d entrées et 12 signaux de sorties. La formule suivante illustre le barème : f(ɛ) = 1 1 ɛ [12, (4.2) log(0.835ɛ) Dans la précédente formule, ɛ représente la capacité d acquisition en entrées/sorties de la solution envisagée et f(ɛ) la cote attribuée au critère. Puisque le minimum de signaux en entrées/sorties spécifié par le client est de 12, à cette valeur, la formule retourne une valeur très près de zéro. Inversement, plus la capacité croît, plus la cote attribuée se rapproche de un. Pour toutes les raisons énoncées plus haut, ce critère obtient une pondération de Précision de la lecture des signaux Pour obtenir une eau de qualité, il est primordial que la lecture des signaux acquis offre un minimum de précision. Le tableau suivante illustre la précision requise énoncée par le client, Éco-Piscines : Résolution (V) Cote ]0, 0.002] 1 ]0.002, 0.005] 0.75 ]0.005, 0.010] 0.5 [0.010, 0.015] 0 Table 4.2 Barèmes de précision de la lecture des signaux

18 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 9 Si la résolution calculée est comprise entre 0V et 0.002V inclusivement, la cote maximale est attribuée, soit une valeur de 1. Une résolution entre 0.002V exclusivement et 0.005V inclusivement équivaut à une cote de Une résolution entre 0.005V exclusivement et 0.010V inclusivement équivaut à une cote de 0.5. Finalement, toute résolution entre 0.010V et 0.015V inclusivement se voit attribuer la cote de 0. Ce critère s est vu attribuer une pondération de 8% car la précision de la lecture des signaux est un facteur important à considérer afin d assurer un bon fonctionnement général du système Fréquence d échantillonnage des signaux Une des parties majeures du dispositif local réside dans sa capacité à recevoir les signaux émis par les différents capteurs (taux de chlore, niveau de ph, température de l eau, niveau de l eau dans la piscine). Pour ce faire, la fréquence d échantillonnage des signaux se doit d être adéquate. L équation suivante constitue le barème à suivre : f(ω) = 1 1 ω [1, (4.3) log(10ω) où ω représente la fréquence d échantillonnage à évaluer en Hertz et f(ω) la cote attribuée à ce critère. Étant donné que le client Éco-Piscines exige une fréquence d échantillonnage minimale de 1 Hz, une solution ne respectant pas cette contrainte ne sera pas envisagée. Pour toutes les raisons énoncées dans cette sous-section, l importance de l évaluation de ce critère n est plus à démontrer. Pour cette raison, la pondération attribuée à ce critère est de 8% Faciliter l interaction avec l utilisateur Interaction physique avec le système Si une intervention manuelle est nécessaire, que ce soit par l utilisateur ou un technicien, il est important qu elle puisse être réalisée sans encombre et que la tâche ne soit pas une corvée. Le tableau suivant illustre le barème d évaluation pour ce critère : Il est important que le système soit facile d entretien. Ainsi, l accès aux composantes physiques doit être simple sans risque d endommager le système. Pour toutes ces raison, une pondération de 3% est attribuée à ce critère Accès au système par des ordinateurs ou autres plateformes L accessibilité par ordinateur ou par plate-forme est essentielle, puisqu elle facilite grandement la communication entre le système et le client. En effet, l utilisateur peut ainsi mieux gérer le système et avoir accès aux données, peu importe où il est. Concernant l évaluation de ce critère, c est la quantité des plateformes qui va être observée. Plus précisément, plus il y a de plateformes pouvant accéder au système, plus l accessibilité est maximisée. L accessibilité dépend également du réseau de communication utilisé. La pondération de ce critère est

19 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 10 Qualité de l interaction Cote Aucune manipulation nécessaire afin de pouvoir procéder à un ajustement. Présence d une confirmation que la commande a bien été exécutée. 1 Manipulations nécessaires afin de pouvoir procéder à un ajustement. Présence d une confirmation que la commande a bien été exécutée Manipulations nécessaires afin de pouvoir procéder à un ajustement. Absence de confirmation que la commande a bien été exécutée Manipulations complexes nécessaires afin de pouvoir procéder à un ajustement. Absence de confirmation que la commande a bien été exécutée Impossible d interagir avec le système. 0 Table 4.3 Barèmes pour l interaction physique avec le système de 8% car le client Éco-Piscines demande l accessibilité des données via internet donc il est primordial que le système puisse être accessible par des ordinateurs ou d autres plateformes. Le tableau suivant indique le barème accordé pour ce critère : Accessibilité du système par d autres plateformes Cote Accessible en tout temps, peu importe la plateforme utilisée 1 Le système est accessible en tout temps, mais quelques plateformes 0.75 peuvent y avoir accès Le système n est pas accessible en tout temps, mais toutes les plateformes 0.50 peuvent y avoir accès Le système n est pas accessible en tout temps et quelques plateformes 0 peuvent y avoir accès Table 4.4 Barèmes pour l accès au système par ordinateurs ou autres plateformes Entretien du système En considérant le nombre restreint de techniciens disponibles et la grande superficie que la compagnie aura à couvrir, il est primordial que les techniciens optimisent le temps passé à travailler dans leur journée. Pour ce faire, le temps alloué à l entretien des systèmes déjà en place doit être minimal tout en tenant compte des urgences qui doivent être traitées en priorité. La tâche des techniciens sera principalement concentrée sur la mise en place des systèmes chez de nouveaux clients et sur la réponse aux problèmes qui pourraient se produire. Afin de maximiser cette tâche, il est préférable qu ils ne perdent pas trop de temps sur l entretien routinier. Ce critère s est vu attribuer la pondération de 6% car il est important que la fréquence des

20 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 11 Fréquence des entretiens Cote Pas d entretien requis 1 Entretien rare 0,75 Entretien récurent 0,5 Entretien souvent 0,25 Trop d entretien nécessaire 0 Table 4.5 Barèmes pour l entretien du système entretiens ne soient pas trop importante afin que la charge de travail pour le nombre restreint de techniciens disponibles soit raisonnable. Ainsi, le contrat de service avec les utilisateurs du système sera assurément honoré et les délais d interventions seront minimes Affichage concis de l état global du système Afin que le système soit efficace, il faut être en mesure d obtenir une vue d ensemble de son état en un seul coup d oeil. C est pourquoi il est nécessaire de regrouper tous les paramètres gérés par le système dans un affichage précis, concis et détaillé. Le tableau suivant illustre le barème d évaluation pour l affichage concis de l état global du système. Facilité de lecture Cote Les informations sont bien regroupées et accessibles sans manipulations 1 quelconques. Résolution d affichage excellente. Police de caractère lisible. Les informations sont bien regroupées et accessibles sans manipulations 0.75 quelconques. Résolution d affichage moyenne. Taille de police de caractère correcte. Manipulations nécessaires afin de lire l ensemble des paramètres. Résolution d affichage moyenne Manipulations nécessaires afin de lire l ensemble des paramètres. Résolution d affichage basse. Taille de police de caractère trop petite Absence d affichage de l état global du système. 0 Table 4.6 Barèmes d affichage de l état global du système Une pondération de 3% est assigné à ce critère. Un affichage efficace est favorable mais il ne s agit en aucun cas d un critère crucial.

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Centraliser l information Stabilité du système Puisque le système Qualit Eau doit pouvoir être contrôlé à distance, celui-ci doit être fiable et être résistant à un grand nombre de connexions simultanées. En effet, l accessibilité des paramètres de la piscine, en tout temps, est essentielle pour les utilisateurs et les techniciens. f(υ) = υ 200 υ [200, 1000] (4.4) 800 Ici, υ représente la quantité d utilisateurs simultanés que le système peut gérer et f(υ) est la cote attribuée au critère. Puisque, selon les exigences du client, celui-ci doit pouvoir au minimum gérer 200 clients simultanés. La formule ci-haut permet donc de rejeter automatiquement une solution qui ne satisferait pas les 200 connexions simultanées. En effet, si la valeur de x est de 200 la solution est rejetée, tandis que si elle est de 1000, elle se voit attribuer un pointage de 1. Ce critère s est vu attribuer une pondération de 8% car la stabilité du système revêt une importance cruciale dans le bon fonctionnement général du système Sécurité du transfert des données La sécurité informatique du système développé est une facette importante du succès de Qualit Eau. En effet, le dispositif doit pouvoir transmettre des données sur les paramètres des piscines des consommateurs et être accessible à distance. De plus, les consommateurs doivent aussi pouvoir faire des paiements par carte de crédit via ce système et les données doivent être archivées de façon sécuritaire. Il est donc nécessaire que le transfert soit fait de façon sécuritaire, afin que seules les personnes autorisées aient accès aux données personnelles des clients. Le barème qualitatif suivant permet donc d évaluer la qualité de l encryptage des données. Difficulté de l accès au système Cote Sécurité très élevée : L accès au système est presque impossible 1 Sécurité élevée : L accès au système est difficile 0,75 Sécurité modérée : L accès au système est limité 0.5 Sécurité faible : L accès au système n est pas très difficile 0.25 Sécurité inexistante : L accès au système est facile 0 Table 4.7 Barèmes pour la sécurité du transfert des données Ce critère obtient une pondération de 6% car certaines données transmises sont sensibles, telles les numéros de carte de crédit, doivent être protégées adéquatement.

22 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Archivage des données Tel que demandé par Éco-Piscines, les données des clients doivent pouvoir être stockées durant une période de 5 ans. L archivage de celles-ci est donc important, car cela permet de renseigner les techniciens et les utilisateurs sur les paramètres de la piscine afin d assurer un suivi adéquat. La formule suivante permet d évaluer la capacité de stockage des données : f(τ) = τ 1235 τ [1235, 4000] (4.5) 2765 Ici, f(τ) est la cote attribuée au critère et τ est la taille totale du disque dur en giga-octets nécessaire pour stocker les données durant une période de 5 ans pour la clientèle cible de 800 utilisateurs. On suppose que la quantité de données archivées correspond à 720 envois par heure, soit à toutes les 5 secondes. Si on prend en considération le poids de chaque envoi à 128 bytes et le fait que le système fonctionne 5 mois par année durant 5 ans, on estime que la capacité de stockage minimale doit être de 1235 Go. Grâce à cette supposition, il est possible d évaluer de façon quantitative la solution. En effet, elle permet de rejeter automatiquement un disque dur d une capacité inférieure à 1235 Go en lui attribuant la cote de 0. Tandis que le maximum, 4000 Go, se voit attribuer la cote de 1. Ce critère s est vu attribuer la cote de 8%, car l archivage des données est primordial au bon suivi des clients Fréquence de transfert des données Pour assurer un bon suivi sur l état du système d un client, que ce soit par le personnel affecté au centre des gestion, les techniciens ou par le client lui-même, les données mesurées ou commandées doivent être envoyées fréquemment au centre de gestion afin qu elles puissent y subir le traitement approprié. Puisque la fréquence de transfert minimale exigée par Éco-Piscines est de 0.2 Hz, une solution ne respectant pas cette contrainte ne sera pas envisagée. Cependant, il est tout de même possible d établir un barème d évaluation quantifiable. Ainsi, pour un barème entre 0 et 1, la cote de 0 est attribuée à une solution qui restreint en tout point le programmeur dans son choix de la fréquence de transfert des données à utiliser, alors que la cote de 1 est attribuée à une solution qui ne présente aucune restriction quant à la fréquence d envoi des données, hormis les limites technologiques théoriques auxquelles est soumise ladite solution. Finalement, il est important de noter qu une bonne communication entre les dispositifs locaux et le centre de gestion dépend en majeure partie de la fréquence de transfert des données. C est pour cette raison qu une pondération de 8% est attribuée à ce critère Limiter les dépenses Déplacements des techniciens lors des maintenances Pour assurer le service le plus rapide possible aux clients, le centre de gestion doit être en mesure de localiser les techniciens de manière très précise afin d optimiser leurs déplacements en leur indiquant les meilleurs trajets à emprunter. La technologie évolue à un point tel que

23 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 14 les meilleurs logiciels de repérages peuvent situer une personne avec une incertitude très faible. Cependant, la précision de la technologie GPS fluctue selon l endroit. Il faut donc en tenir compte dans le barème qui sera de nature qualitatif. Par contre, la valeur minimale a quant à elle été énoncée par le client, c est pourquoi tout système ayant plus de 50m de précision sera rejeté. Précision du système de positionnement Cote Le système de positionnement est précis à 50m près, peu importe l endroit 1 Le système de positionnement est précis à 50m près, près des centres 0.50 urbains Le système de positionnement est imprécis 0 Table 4.8 Barème pour les déplacements des techniciens Ce critère s est vu attribuer la cote de 5%, car la localisation rapide des techniciens est un facteur important afin d assurer le bon fonctionnement du projet Coûts du système Le client octroie au projet Qualit Eau un budget de 750$ par dispositif local sur 5 ans. Il est important de respecter cette contrainte, car le respect du budget est un élément important pour que le projet soit réalisable. f(χ) = 750 χ χ [100, 750] (4.6) 650 Ici, χ représente le coût en dollars d un dispositif et f(χ) la cote attribuée au critère. Cette formule permet de rejeter toute solution qui ne respecterait pas le budget de 750$ par dispositif. De plus, elle accorde un pointage de 1 si le système coûte 100$ sur 5 ans, soit le prix minimal fixé. Ce critère s est vu attribuer la pondération de 3% car moins la solution qui sera proposée coûte chère, plus elle sera profitable pour Éco-Piscines Consommation électrique du système Puisque le système sera sous tension durant toute la période d utilisation, soit de mi-mai à la mi-septembre, il se doit d être peu énergivore et éco responsable. Soit le barème suivant : Le tableau précédent représente le barème de la consommation électrique totale du système selon lequel une cote est attribuée en fonction de la puissance électrique de tous les appareils sous tension qui composent le système. La pondération de ce critère est de 2% car la projet ne vise pas une réduction au plan de la consommation électrique tout en étant souhaitable pour les futurs utilisateurs du système Qualit Eau.

24 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 15 Puissance électrique totale (W) Cote < 1,00 1 Entre 1,00 et 2, Entre 2,00 et 4, > 4,00 0 Table 4.9 Barèmes pour la consommation électrique du système Volume du dispositif local Le dispositif local ne doit pas occuper un volume trop grand afin de répondre aux spécificités du projet Qualit Eau. Le barème suivant permet donc d évaluer cette caractéristique. f(ν) = 0,04 ν ν [0.001, 0.04] (4.7) ν représente le volume total du dispositif. Ce barème quantitatif permet de rejeter immédiatement tout boîtier dont le volume dépasserait l exigence maximale d Éco-Piscines qui est de 0.04 m 3 et d attribuer la note de 1 à un boîtier de m 3. Une pondération de 5% est attribuée à ce critère car le volume final du dispositif local est un facteur important à considérer.

25 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Maison de la qualité Relation Forte Modérée Faible Objectifs Performance lors du traitement de données Nombre d'entrées disponible pour l'acquisition des signaux Robustesse du système Précision lors de la lecture des signaux actifs Fréquence d'échantillonage des signaux Sécurité du transfert de données Archivage des données Stabilité du système Fréquence de transfert des données Affichage concis de l'état global du système Interaction physique avec le système Accès au sytème par des ordinateurs ou autres plateformes Entretien du sytème Coût du système Volume du dispositif local Consommation électrique du sytème Déplacement des techniciens lors de maintenance Autonomie du système Centraliser l'information Interaction avec utilisateurs Limiter les dépenses Maximiser la performance lors du traitement de données Maximiser le nombre d'entrées disponible pour l'acquisition des signaux Assurer la robustesse du système Optimiser la précision lors de la lecture des signaux Assurer un échantillonnage optimal des signaux Maximiser la sécurité du transfert de données Assurer l'archivage des données Assurer la stabilité du système Assurer le transfert des données de façon régulière Assurer l'affichage de l'état global du système Permettre l'interaction avec le sytème localement Maximiser l'accès au sytème par des ordinateurs ou autres plateformes Faciliter l'entretien du sytème Minimiser les coûts du système Optimiser le volume du dispositif local Minimiser la consommation électrique du sytème Optimiser le déplacement des techniciens lors de maintenance 12 signaux 0,015 V 1 Hz 1235 Go 200 utilis. 0,2 Hz 750 $ 0,04 m³ 50 m Critères Figure 4.1 Maison de la qualité

26 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Tableau du cahier des charges Critère d évaluation Barème Min. Max. Pond. Maximiser l autonomie du système 35% Performance lors du traitement des données ψ ψ [10, 100] (éq. 4.1) 5% Robustesse du système voir tableau 4.1 6% Nombre d entrées disponibles pour l acquisition des signaux 1 1 log(0.835ɛ) ɛ [12, (éq. 4.2) 12 8% Précision de la lecture des signaux voir tableau % Fréquence d échantillonnage des signaux 1 1 log(10ω) ω [1, (éq. 4.3) 1 8% Faciliter l interaction avec l utilisateur 20% Interaction physique avec le système Accès au système par des ordinateurs ou d autres plateformes voir tableau 4.3 3% voir tableau 4.4 8% Entretien du système voir tableau 4.5 6% Affichage concis de l état global du système voir tableau 4.6 3% Centraliser l information 30% υ 200 Stabilité du système 800 υ [200, 1000] (éq. 4.4) 200 8% Sécurité du transfert des données voir tableau 4.7 6% τ 1235 Archivage des données 4000 τ [1235, 4000] (éq. 4.5) % Fréquence de transfert des données voir tableau % Limiter les dépenses 15% Déplacements des techniciens lors des maintenances Coûts du système Consommation électrique du système voir tableau % 750 χ 650 χ [100, 750] (éq. 4.6) 750 3% 0,04 ν 0,039 voir tableau 4.9 2% Volume du dispositif local ν [0.001, 0.04] (éq. 4.7) % Table 4.10 Ensemble des critères du cahier des charges

27 Chapitre 5 Conceptualisation et analyse de faisabilité Dans ce chapitre, une attention toute particulière est apportée à l identification de l ensemble des fonctions du système qui sont requises pour satisfaire tous les critères du cahier des charges. La conceptualisation est présentée sous forme d analyse fonctionnelle. Cette dernière regroupe l ensemble des sous-problèmes identifiés afin de réaliser les fonctions du système, les intrants et les extrants. Ensuite, viens l analyse de faisabilité, où plusieurs solutions sont proposées selon chaque sous-problème identifié. Ultimement, les solutions sont soit retenues (avec ou sans conditions) ou soit rejetées. La firme Ingénieaux a réalisé l analyse fonctionnelle sous forme de diagramme. Cela permet, en un coup d oeil rapide, d avoir une vue d ensemble de tout le système, ses composantes ainsi que la relation qui les unit. 18

28 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 19 Figure 5.1 Diagramme Fonctionnel 5.1 Dispositif local Protection du dispositif Le boîtier permettra de contenir les différents modules du dispositif local. Il est important de choisir un boîtier de qualité car celui-ci sera chargé de protéger le système contre les intempéries. Aspect physique : La solution retenue doit pouvoir contenir tous les éléments et composantes en plus de ne pas excéder 0,04 mètres cubes. De plus, il devra posséder des trous d aérations ainsi qu un endroit pour passer les fils des signaux d entrées. Aspect économique : Le coût du boîtier doit être assez faible puisqu il représente une petite partie du système.

29 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 20 Aspect temporel : Le boîtier devrait pouvoir avoir une excellente durée de vie et être fabriqué avec des matériaux résistants. Aspect socio-environnemental : Le boîtier se doit d être sécuritaire pour l usager Boîtier en plastique STRAPUBOX Principe et caractéristiques : Ce boîtier fait en plastique et en aluminium possède des dimensions de 220mm x 70mm x 145mm, ce qui est assez gros pour contenir un microcontrôleur ainsi qu un convertisseur analogique-numérique de petite taille. Le coût est de 27,05$ en plus des frais de livraison. [21] Décision : Retenue, mais. Justification : Le boîtier ne possède malheureusement pas suffisamment d aération et il faudra percer des trous afin de passer les câbles nécessaires aux entrées-sorties Crib for Arduino Principe et caractéristiques : Ce boîtier spécialement fait pour les Arduino est capable d accueillir un Arduino Mega en plus d un SHIELD supplémentaire. Le boîtier possède déjà les accès aux connecteurs Arduino depuis l extérieur ce qui facilite la tâche d assemblage. Le boîtier est fait de métal et coûte 23,96$ pour 100 unités et plus$. [22] Décision : Retenue, mais. Justification : Le boîtier respecte les dimensions en plus d être à l épreuve de l eau mais il faudrait s assurer d utiliser un modèle de microcontrôleur Arduino ST653 Metal & Aluminum Electronic Project Enclosure Principe et caractéristiques : Ce boîtier d aluminium mesure 154mm x 67 mm x 120mm, ce qui est amplement suffisant pour accueillir les différents modules nécessaires pour le boîtier. De plus, le boîtier possède des trous d aérations qui, orientés correctement, ne serait pas affecté par la pluie ou l eau qui pourrait éclabousser de la piscine. Le boîtier est disponible au coût de 19,90$. [23] Décision : Retenue. Justification : Le boîtier possède toutes les caractéristiques nécessaires.

30 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Tableau synthèse Solutions Physique Économique Temporel Socio-envir. Désicion STRAPUBOX Oui, mais Oui Oui Oui Retenue, mais Crib for Arduino Oui Oui Oui Oui Retenue, mais ST653 Oui Oui Oui Oui Retenue Table 5.1 Tableau synthèse des solutions pour la protection du dispositif Convertir les signaux Puisque les signaux reçus des capteurs sont analogiques, afin de pouvoir être analysés et éventuellement interprétés par un algorithme, ces signaux doivent être convertis numériquement. Aspect physique : La solution envisagée doit avoir un volume raisonnable. Aspect économique : La solution envisagée se doit d être peu coûteuse. Aspect temporel : La solution doit être disponible chez le fournisseur en quantité suffisante pour les besoins du projet. Aspect socio-environnemental : La solution envisagée se doit d être peu énergivore Convertisseur analogique-numérique Linear Tech. LTC2418 Principe et caractéristiques : Ce convertisseur analogique-numérique Σ traduit un voltage (ex : provenant d un senseur de température ou de ph) en données numériques qui pourront être interprétées ultérieurement (par exemple, par un microcontrôleur). Il offre une pleine échelle de 5.3V (lorsque alimenté par un voltage de 5V), une résolution de 24 bits et une fréquence d échantillonnage de ks/s (kilo-samples / second) pour ses 16 entrées analogiques [49]. Son faible coût (14.25 $CAD pour une commande de 100 unités et plus [48]), sa très petite taille (3.99mm x 1.5mm x 9.98mm) ainsi que sa faible consommation électrique (en mode conversion : 200 microampères à un voltage de V) en fait une solution idéale pour les applications embarquées ou nécessitant peu d espace. Décision : Retenue. Justification : Ses caractéristiques de coût, de volume et de consommation électrique sont idéales pour le projet.

31 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Convertisseur numérique-analogique Analog Dev. AD Principe et caractéristiques : Ce convertisseur effectue la conversion d une donnée numérique vers un signal analogique (voltage). Ce voltage peut ensuite être envoyé à divers appareils spécialisés afin d accomplir une tâche spécifique, par exemple l ouverture d une vanne ou la modification de la vitesse d une pompe. Le AD offre 16 canaux de résolution 12 bits qui supportent une plage de tension allant de -5V à 5V [58] avec une fréquence d échantillonnage de 750 ks/s. Son prix est de $CAD [57] pour une commande de 500 unités et plus. Finalement, sa consommation électrique est négligeable. Décision : Retenue. Justification : Cette solution est retenue puisqu elle couvre tous les aspects mentionnés ci-haut. Il offre 16 canaux disponibles, soit 4 canaux de plus que la contrainte de 12 canaux du cahier des charges. Son prix est excellent et il occupe un faible volume. De plus, la résolution qu il offre est largement suffisante Convertisseur multifonction Texas Instruments AMC7812 Principe et caractéristiques : Ce convertisseur deux en un a l avantage de faire à la fois la conversion analogique-numérique (CAN) mais aussi la conversion numérique-analogique (CNA). Concernant la conversion analogique-numérique, il offre 16 canaux (0-5V) à une résolution de 12 bits et une fréquence d échantillonnage de 500 ks/s. Pour ce qui est de la conversion numérique-analogique, ce sont 12 canaux à une résolution de 12 bits qui sont disponibles (pleine échelle de 0-5V ou V) [56]. Son coût est de 9.95 $CAD [55] pour une commande de 1000 unités et plus. De plus, sa consommation électrique est négligeable. Décision : Retenue. Justification : Cette solution répond à tous les critères et respecte les contraintes se trouvant dans les aspects énumérés au début de cette section Module d acquisiton de données RedLab 1608G Principe et caractéristiques : Ce module d acquisition de données est une solution efficace tout-en-un. Le port USB du RedLab 1608G lui sert non-seulement d alimentation électrique, mais il sert aussi à communiquer avec un ordinateur ou des logiciels propriétaires ce qui permet une utilisation exhaustive de toutes ses capacités. En plus d offrir une résolution de 16 bits et une fréquence d échantillonage de 250 ks/s (kilo-samples / second) pour ses 16 entrées analogiques (asymétriques), son coût est de 588 $CAD [50], son volume approximatif est de 127mm x 89.9mm x 35.6mm et sa consommation électrique est de 230 milliampères à un voltage de 5V. [51] Décision : Rejetée.