Qualit Eau : Système de gestion automatisée de la qualité de l eau des piscines privées

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1 Qualit Eau : Système de gestion automatisée de la qualité de l eau des piscines privées Rapport de projet version finale présenté à Robert Bergevin et Éric Poulin par Équipe 06 Les Filtr As matricule nom signature Olivier Bourgeois David Côté Louis-Émile Robitaille Lionel Houndonougbo Université Laval 18 avril 2014

2 Historique des versions version date description 1 er février 2014 création du document 0 7 février 2014 Explication brève et précise du projet divisée en deux chapitres : Introduction et description 1 21 février 2014 Présentation détaillée des besoins et des objectifs du projet ainsi que la présentation du cahier des charges et de la maison de la qualité 2 21 mars 2014 Conceptualisation des solutions et analyse de faisabilité de chacune des solutions proposées Finale 18 avril 2014 Étude préliminaire et concept retenu

3 Table des matières Table des figures Liste des tableaux iv v 1 Introduction 1 2 Description 2 3 Présentation détaillée des besoins et des objectifs Analyse des besoins Présentation des objectifs fixés Cahier des charges Assurer l automatisation du système Maximiser la précision des signaux Maximiser la flexibilité de l appareil Maximiser la fréquence d échantillonnage Optimiser la fréquence de l envoi de données au centre de gestion Optimiser la vitesse de calcul Minimiser la consommation énergétique Minimiser les coûts du système Minimiser les coûts de mise en place Minimiser le coût du serveur Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Maximiser la sécurité du système informatique Assurer la sécurité matérielle Faciliter le service Optimiser le temps de déplacement des techniciens Maximiser la capacité de stockage du serveur Assurer la solidité du système Maximiser le nombre d utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur i

4 TABLE DES MATIÈRES ii Minimiser le volume du système Maximiser la facilité d interaction avec l utilisateur Conceptualisation et analyse de faisabilité Diagramme fonctionnel Conceptualisation des solutions Envoyer l information à partir d un système portable Mini portable acer aspire one Application mobile et ipad mini Application pour tablette Android Samsung Galaxy Note Sécuriser les informations Chiffrement hybride avec RSA ECDSA AES Interfacer avec l utilisateur Écran tactile 2.8 TFT Touch Shield for Arduino avec BUD- AC Écran LCM-S02004DSF avec clavier KBMFLUSbits/s2B avec BUD-AC LCD Keypad Shield For Arduino avec un 1599BBK Communiquer avec le centre de gestion Réseau cellulaire 3G WiFi Ethernet Déterminer la position des techniciens Module GPS Nuvi Téléphone portable Samsung S4 avec GPS Téléphone portable avec localisation Wi-Fi Traiter l information Hercules LAUNCHXL-TMS C2000 LAUNCHXL-F Portable X102BA Convertir l information en analogique ADAU1962AWBSTZ Double AD5328ARUZ-REEL Triple MCP4728-E/UN Six MCP4922T-E/SL Archiver les informations Stockage par le Cloud Stockage par disque dur Stockage par SSD Traiter les transactions Paiements par Paypal

5 TABLE DES MATIÈRES iii Paiements par Amazon Payments Système de paiement sur mesure Étude préliminaire Plan de développement Concept Assurer l automatisation du système Minimiser les coûts du système Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Faciliter le service Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Concept Assurer l automatisation du système Minimiser les coûts du système Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Faciliter le service Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Concept Assurer l automatisation du système Minimiser les coûts du système Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Faciliter le service Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Concept Assurer l automatisation du système Minimiser les coûts du système Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Faciliter le service Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Concept retenu Matrice décisionnelle Analyse de la matrice décisionnelle Description du concept retenu Dispositif local de commande Gestion des données Gestion des techniciens Conclusion Bibliographie 55 A Liste des sigles et des acronymes 58

6 Table des figures 3.1 Graphique illustrant la hiérarchie des objectifs Maison de la qualité Diagramme fonctionnel iv

7 Liste des tableaux 4.1 Barème du critère évaluant la sécurité informatique Barème du critère évaluant la sécurité matérielle Barème du critère évaluant la solidité du produit Barème du critère évaluant la facilité d interaction avec l utilisateur Tableau du cahier des charges Synthèse des concepts pour l envoi d information à partir d un système portable Synthèse des concepts pour la sécurisation des informations Synthèse des concepts pour l interfaçage avec l utilisateur Synthèse des concepts pour la communication avec le centre de gestion Synthèse des concepts pour la détermination de la position des techiniciens Synthèse des concepts pour le traitement de l information Synthèse des concepts pour la conversion en analogique Synthèse des concepts pour l archivage des informations Synthèse des concepts pour le traitement des transactions Plan de développement Résumé des quatre concepts pour le projet Qualit Eau Comptabilisation de la consommation énergétique de toutes les composantes Coûts de mise en place du système Coûts du serveur Comptabilisation de la consommation énergétique de toutes les composantes Coûts de mise en place du système Coûts du serveur Comptabilisation de la consommation énergétique de toutes les composantes Coûts de mise en place du système Coûts du serveur Comptabilisation de la consommation énergétique de toutes les composantes Coûts de mise en place du système Coûts du serveur Synthèse des résultats Matrice décisionnelle v

8 Chapitre 1 Introduction L étalement urbain de la grande région de Québec a rendu la possession de piscines horsterres chose courante lors des dernières années. Or, l entretient souvent coûteux, difficile et causant des impacts écologiques non-négligeables nous pousse à opter pour une gestion plus efficace de l énergie et de l utilisation des produits chimiques qui lui sont associés. Pour ce faire, la compagnie Éco-Piscine a mandaté la firme d ingénieur Filtr As pour la production du design conceptuel du projet Qualit Eau, un système capable de maintenir la qualité de l eau de chaque piscine à l aide d un dispositif local de commande tout en permettant aux techniciens de gérer leurs interventions et aux utilisateurs d interagir directement avec le système. Le présent document fournit une description précise du projet, des besoins du client et des objectifs à atteindre. Y suivent un cahier des charges et une analyse de faisabilité pour chacun des divers concepts potentiels. Finalement, une étude préliminaire montre lequel des concepts est retenu. 1

9 Chapitre 2 Description Le client désire un produit de gestion de la qualité de l eau des piscines hors terre pour des utilisateurs de la grande région de Québec qui sera opérationnel de mi-mai à mi-septembre. Le système, baptisé Qualit Eau, doit collecter des informations sur l eau des piscines, comme la température, le ph, le taux de chlore, le niveau d eau, etc. Il doit aussi, à partir de ces informations, gérer automatiquement les modifications nécessaires pour ajuster ces variables. Qualit Eau doit aussi acheminer ces informations à partir d un dispositif local vers un centre de gestion centralisé qui permet la compilation de statistiques. Ces données sont accessibles par l utilisateur via Internet. Il peut consulter l historique des interventions, les interventions planifiées, l état de son compte et faire des paiements sécurisés pour les frais de service à partir du dispositif local de commande et à distance. Le dispositif local, contenu dans un boitier étanche, doit offrir une interface affichant l état présent de la piscine et permettant à l usager de définir des consignes sur les variables. Il doit aussi être accessible localement et à distance par les techniciens. Ceux-ci doivent être localisables en tout temps afin de modifier leur itinéraire au besoin, en temps réel, et pour comptabiliser leur temps de déplacement. 2

10 Chapitre 3 Présentation détaillée des besoins et des objectifs 3.1 Analyse des besoins Pour mieux cerner les objectifs du projet Qualit Eau, les besoins du client Éco-Piscine ont été identifiés et regroupés dans 5 catégories. Tout d abord, le système doit être automatisé. Pour permettre une bonne gestion de la piscine, au moins 12 signaux d entrée et 12 signaux de sortie analogiques de 1 à 5 volts doivent pouvoir être utilisés en même temps. Ces signaux doivent avoir une résolution minimale de 0,015 V. La prise de mesure des entrées doit se faire à une fréquence minimale de 1,0 Hz tandis que la fréquence de transfert au centre de gestion doit être d au moins 0,2 Hz. Ce système doit être capable de maintenir la qualité de l eau durant une période prolongée sans surveillance humaine. Pour ce qui est de la sécurité, les données des utilisateurs doivent être sécurisées de façon à ce qu ils soient en mesure d effectuer des paiements par carte crédit par l Internet sans risque. De plus, les composantes physiques du système ne doivent pas causer de risques pour les utilisateurs ou les techniciens qui devront interagir avec le dispositif local. Ensuite, le système doit comporter un boîtier capable de résister aux intempéries de la mi-mai à la mi-septembre. Il doit aussi être en mesure de se faire remiser en dehors de sa période d utilisation et son volume ne doit pas dépasser 0,04 mètre cube. Les données des 800 utilisateurs, c est-à-dire l historique des paiements, l historique des interventions des techniciens ainsi que les mesures prises par les diverses sondes, doivent être conservées sur un serveur pour un minimum de 5 ans. Le dispositif local doit posséder une interface-utilisateur de sorte qu il soit possible pour l utilisateur de consulter son dossier directement par le dispositif local de commande et à distance, à partir d une plate-forme mobile ou de son ordinateur. Il doit aussi être capable de contrôler les diverses variables de la piscine de la même façon. En ce qui concerne les techniciens, ils doivent pouvoir avoir accès au système localement et à distance pour leurs interventions. De plus, chacun des cinq techniciens doit être localisable en tout temps et ce à une précision d au moins 50 mètres près. Cela pour permettre de 3

11 CHAPITRE 3. PRÉSENTATION DÉTAILLÉE DES BESOINS ET DES OBJECTIFS 4 calculer leur temps de déplacement et d intervention tout en optimisant le circuit de chacun. Enfin, le budget alloué au système est d au plus 600,000 $, ce qui revient à 750,00 $ par boîtier sur 5 ans. Ce budget doit couvrir à la fois le dispositif local de commande et les coûts liés au serveur. Le système doit être prêt au plus tard le 31 janvier Présentation des objectifs fixés Suite à l analyse des besoins du système Qualit Eau, cinq grands objectifs apparaissent évidents. Ceux-ci sont aussi divisés en divers sous-objectifs. 1. Assurer l automatisation du système Maximiser la précision des signaux Maximiser la flexibilité de l appareil Optimiser la fréquence d échantillonage Optimiser la fréquence de l envoie de données au centre de gestion Optimiser la vitesse de calcul Minimiser la consommation énergétique 2. Minimiser les coûts du système Minimiser les coûts de mise en place Minimiser le coût du serveur 3. Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Assurer la sécurité matérielle Maximiser la sécurité du système informatique 4. Faciliter le service Optimiser le temps de déplacement des techniciens Maximiser la capacité de stockage du serveur Assurer la solidité du système Maximiser le nombre d utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment 5. Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Optimiser le volume du système Maximiser la facilité d interaction avec l utilisateur La figure 3.1 illustre la hiérarchie des objectifs

12 CHAPITRE 3. PRÉSENTATION DÉTAILLÉE DES BESOINS ET DES OBJECTIFS 5 Système Qualit Eau Assurer l automatisation du système Minimiser les coûts Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Faciliter le service Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur Maximiser la précision des signaux Minimiser les coûts de mise en place Assurer la sécurité matérielle Optimiser le temps de déplacement des techniciens Minimiser le volume du système Maximiser la flexibilité de l appareil Minimiser le coût du serveur Maximiser la sécurité du système informatique Maximiser la capacité de stockage du serveur Maximiser la facilité d interaction avec l utilisateur Maximiser la fréquence d échantillonnage Assurer la solidité du système Optimiser la fréquence de l envoi de données au centre de gestion Optimiser la vitesse de calcul Maximiser le nombre d utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment Minimiser la consommation énergétique Figure 3.1 Graphique illustrant la hiérarchie des objectifs.

13 Chapitre 4 Cahier des charges Dans cette section, sont définis les critères nous permettant de faire une évaluation de nos objectifs. De plus, nous attribuons et expliquons la pondération de chaque objectif. 4.1 Assurer l automatisation du système Puisque le principal but du projet Qualit Eau est de gérer automatiquement la qualité de l eau d une piscine, il va de soi que cette catégorie ait une importance capitale. Elle se voit donc attribuer une pondération de 50 % Maximiser la précision des signaux La précision des signaux est un objectif essentiel pour le projet puisqu elle est en corrélation directe avec une meilleur gestion de la piscine. En effet, une plus grande précision permet de réagir plus rapidement au changement d état de l eau. C est pour cela que la pondération lui étant associée est de 10 %. La précision des signaux sera évaluée selon l équation suivante où une note de 50 % correspond à un précision de V, c est-à-dire la précision minimale requise par le client p (4.1) p : Résolution du signal en V, p ɛ ]0; 0,015] Maximiser la flexibilité de l appareil La flexibilité du système est un ajout qui peut être intéressant, mais cela n est pas essentiel. Nous souhaitons toutefois offrir un service hors pairs à l utilisateur et cela passe par une plus grande liberté quant aux fonctions du produit. C est pour cela que la pondération de 10 %, une pondération ici relativement moyenne, lui a été attribuée. À la demande du client, le système comporte un minimum de 12 entrées et de 12 sorties analogiques, ce qui correspond 6

14 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 7 à la note de 50 %. Un plus grand nombre d entrées et de sorties permettrait tout simplement d ajouter des fonctions à l appareil plus aisément. La formule suivante évalue cet objectif, avec une note parfaite si le système comporte le double du nombre d entrées et de sorties requises. n : Nombre d entrées/sorties, n ɛ ]0; 24] Maximiser la fréquence d échantillonnage n 24 (4.2) La fréquence d échantillonnage est directement liée au temps requis par le système pour détecter le changement d une des variables mesurées. Cette fréquence a donc un impact réel sur la capacité du système à gérer la piscine de façon autonome. Cependant, la fréquence minimale demandée par le client, 1 Hz, permets déjà un excellent suivi des variables puisque les changements se produisent habituellement sur une longue période. De plus, il est très facile d atteindre cet objectif. Ainsi, la pondération qui y est attribuée est de 2 %. Ce critère est évalué grâce à la vitesse du processeur effectuant les calculs. v : vitesse du processeur en MHz, v ɛ ]0; 100] v 100 (4.3) Optimiser la fréquence de l envoi de données au centre de gestion Pour l évaluer, nous utilisons le barème suivant qui est proportionnel à la vitesse d envoi en Mbps. D après les recherches effectuées, 54 Mbps nous semble un bon maximum pour le système. Puisque la fréquence d envoi de donnés minimale est très faible, de l ordre de 0,20 Hz, il est très aisé d atteindre cet objectif. C est pour cette raison que nous avons décidé d utiliser un barème proportionnel à la vitesse d envoi, celle-ci pouvant aussi influencer la fréquence des envois de données tout en nous permettant d obtenir un barème significatif. Pour la même raison, la faible pondération de 2 % lui a été attribuée. v : vitesse d envoie de données au serveur en Mbps, f ɛ ]0; 54] v Optimiser la vitesse de calcul (4.4) La vitesse de calcul étant primordiale pour assurer un bon service à l utilisateur, la pondération associée est de 11 %. En effet, une plus grande vitesse de calcul diminue les risque

15 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 8 de ralentissement du système lors d une interaction avec l utilisateur et permets aussi de manier un plus grand nombre de variables simultanément. Ce critère est évalué selon l échelle suivante où la note maximale est attribuée à une vitesse de 100 MHz. v : vitesse de calcul en MHz, v ɛ ]0; 100] v Minimiser la consommation énergétique (4.5) Pour offrir un meilleur service aux utilisateurs, il est important que la consommation énergétique du système soit minime. En effet, une faible consommation énergétique réduit les coûts d opération du système tout en ayant un impact positif sur l environnement. Cet objectif se voit donc attribuer la pondération de 10 %. Le barême suivant est utilisé pour l évaluation. Un maximum de 2,5 W nous semble raisonnable considérant notre recherche. 2,5 C 2,5 (4.6) C : consommation énergétique en W, C ɛ ]0; 2,5] 4.2 Minimiser les coûts du système Il est essentiel de minimiser les coûts associés à la réalisation du système Qualit Eau. En effet, le budget maximal alloué par le client, Éco-Piscine, est de $. Ce budget doit couvrir à la fois les coûts de fabrication du système et les coûts du serveur. Pour ces raisons, une pondération de 10 % est donnée à cette section. Les deux objectifs suivants se partagent équitablement cette pondération étant tous deux d une importance égale Minimiser les coûts de mise en place Les coûts liés à la mise en place du système incluent à la fois les coûts des composantes physiques et les coûts d installation du système. Puisque les coûts influencent directement la faisabilité d un projet, les coûts liés à la mise en place du système ont une pondération de 5 %. La note est allouée en fonction de la formule suivante x (4.7) x : coûts en $, x ɛ ]0; ] La formule considère un montant total alloué à la mise en place du système de 550 $ par utilisateur.

16 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Minimiser le coût du serveur Les dépenses liées au serveur concernent la location d un serveur pour une période de cinq ans. De plus, le serveur doit être accesible par un minimum de 200 personnes simultanément et être en mesure de stocker les données des 800 clients pendant cinq ans ou plus. Pour ce qui est du coût du serveur lui-même, la pondération est de 5 % et la note est allouée selon la formule qui suit x (4.8) x : montant, en $, alloué pour la location du serveur du système Qualit Eau sur 5 ans, x ɛ ]0; ]. La formule considère un montant total alloué au serveur de 200 $ par utilisateur. 4.3 Assurer la sécurité des utilisateurs et des employés Un système tel Qualit Eau, visant à fournir un excellent service à ses utilisateurs, se doit d être très sécuritaire, tant sur le plan physique que sur le plan informatique. En effet, en plus d une perte de confiance de la part des clients de la compagnie Éco-Piscine, un manquement à garantir la sécurité des utilisateurs du système peut causer des dommages importants, tant à l entreprise qu à ses clients. Pour ces raisons, cet objectif se voit attribuer une pondération de 20 %. Les deux objectifs suivants se partagent équitablement cette pondération tous deux étant d une importance égale Maximiser la sécurité du système informatique La sécurité du système informatique étant primordiale de par les transactions monétaires effectuées grâce au système Qualit Eau, ce critère a une pondération de 10 %. Un serveur n ayant aucune protection contre les intrusions informatiques est immédiatement rejeté. Un serveur à sécurité nulle se voit attribuer une note de 25 %, une sécurité minimale se voit attribuer la note de passage 50 %, tandis qu une sécurité nécessitant de bonnes connaissances en piratage pour être contournée se voit attribuer la note de 75 %. Finalement, un système n ayant pas de failles connues se voit attribuer une note de 100 %. Table 4.1 Barème du critère évaluant la sécurité informatique. description cote Serveur informatique à sécurité nulle 0,25 Serveur informatique à sécurité minimale 0,5 Serveur informatique à sécurité garantie 0,75 Serveur informatique à sécurité maximale 1

17 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Assurer la sécurité matérielle La sécurité matérielle concerne tous les dangers qui sont encourus lors de l utilisation du système. Ceci inclut donc les dangers d électrocution ainsi que les dangers représentés par les pièces pointues ou coupantes. Puisque l intégrité physique d un utilisateur dépends de cet objectif, une pondération de 10 % lui est également attribué. Table 4.2 Barème du critère évaluant la sécurité matérielle. description cote Matériel à sécurité nulle 0,25 Matériel à sécurité minimale 0,5 Matériel à haute sécurité 0,75 Matériel à sécurité maximale Faciliter le service Pour ce projet, un service à la clientèle rapide, efficace et exemplaire est l un de nos objectifs. Pour ce faire, il est primordial de tout faire pour viser ce but. Nous lui avons attribué une note de 15 % Optimiser le temps de déplacement des techniciens Puisque cet objectif est essentiel pour donner un service à la clientèle impeccable à nos utilisateurs, il est capital de lui attribuer une bonne pondération. C est pourquoi la pondération de 5 % lui est associée, pondération élevée pour cette catégorie. Pour limiter le temps de déplacements des techniciens, il faut être capable de détecter la position des employés précisément. Ainsi, le barème du critère sera le suivant. Le minimum étant de 50 m, cela représentera la note de passage, 50 %. La formule utilisée sera la suivante : 100 d 100 (4.9) d : incertitude, en m, du système de localisation, d ɛ ]0; 100] Maximiser la capacité de stockage du serveur La capacité de stockage est importante pour l élaboration du produit final. Par contre, une fois le besoin remplit, une variation de la capacité totale n apporte que peu de valeur ajoutée. Une pondération de 3 % est donc attribuée à cet objectif. La capacité de la base de donnée du serveur est mesuré en octets. Les informations minimales devant être stockées sur le serveur sont les données des utilisateurs sur cinq années d utilisation. Après réflexion,

18 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES To nous semble un maximum raisonnable compte tenu du poids des informations et de la duré de stockage. Le barême utilisé est le suivant : C : capacité, en To, du serveur, C ɛ [0; 20]. C 20 (4.10) Assurer la solidité du système Le système physique étant le cœur du projet, il doit être d une grande solidité afin de résister pendant cinq années aux intempéries qui pourraient affecter son bon fonctionnement et, par le fait même, réduire considérablement le service offert aux utilisateurs. Ainsi, une pondération de 5 % lui a été attribuée. Le barème qualitatif est le suivant : Table 4.3 Barème du critère évaluant la solidité du produit. description cote Matériel ayant une très faible solidité 0,25 Matériel ayant une solidité minimale 0,5 Matériel ayant une bonne solidité 0,75 Matériel ayant une très bonne solidité Maximiser le nombre d utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment Les utilisateurs doivent avoir accès au serveur informatique pour consulter leur historique de paiements, prendre rendez-vous ou tout simplement vérifier les statistiques concernant leur piscine. Le serveur se doit donc d être disponible pour le plus grand nombre de client simultanément. Toutefois, un nombre d accès possible au serveur trop grand peut devenir très vite inutile. Cela explique la pondération fixée à 2%. Le barème est représenté par la formule suivante, proportionnel à la vitesse des processeurs du serveur, vitesse permettant un meilleur service : v 3 v : vitesse du processeur du serveur en GHz, v ɛ [0; 3]. (4.11) 4.5 Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur L ergonomie du système est très importante pour le client qui souhaite maximiser le potentiel de Qualit Eau. Cependant, cet aspect dépends sutout de l application et du système

19 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 12 informatique qui sera utilisé conjointement avec les composantes physiques. Ainsi, la pondération attribuée est de 10 % Minimiser le volume du système Pour ne pas encombrer les alentours de la piscine plus que nécéssaire, le volume du système Qualit Eau se doit d être aussi petit que possible. Pour cette raison, une pondération de 5 % est attribuée à cet objectif, pondération élevée pour cette catégorie. Pour respecter les contraintes placées par Éco-Piscines, le volume total du dispositif local de commande ne doit pas excéder 0.04 mètre cube, ce qui donne le barême suivant : 0.04 v 0.04 (4.12) v : volume du système, en m 3, v ɛ [0; 0,08]. Ainsi, un système dont le volume correspond exactement au volume maximal approuvé par la compagnie se voit attribuer une note de 50 % Maximiser la facilité d interaction avec l utilisateur Bien que la facilité d interaction avec l utilisateur soit principalement déterminée par le programme et non par le système lui même, le dispositif local de commande lui-même a tout de même une certaine influence. Une pondération de 5 % est donc attribuée à cet objectif. L évaluation est faite de manière qualitative selon le barême suivant : Table 4.4 Barème du critère évaluant la facilité d interaction avec l utilisateur. description cote L interaction avec le dispositif local est limitée ou difficile pour l utilisateur 0,25 L interaction avec le dispositif local est un peu difficile pour l utilisateur 0,5 L interaction avec le dispositif local est facile pour l utilisateur 0,75 L interaction avec le dispositif local est très facile pour l utilisateur 1

20 0.015 V 12 I/O 1 Hz 0.2 Hz <50 m Row # Max Relationship Value in Row Relative Weight Weight / Importance Résolution des signaux Flexibilité Fréquence d'échantillonage Fréquence d'envoi Vitesse de calcul Coûts de mise en place Coûts du serveur Sécurité des utilisateurs Sécurité des données Précision de la localisation des techniciens Capacité de stockage du serveur Solidité du système Vitesse du serveur Consommation énergétique Volume du système Facilité de l'interaction avec les utilisateurs Our Company Competitor 1 Competitor 2 Competitor 3 Competitor 4 Competitor 5 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 13 Title: Author: Date: Notes: Θ Ο x Legend Strong Relationship Moderate Relationship Weak Relationship Strong Positive Correlation Positive Correlation Negative Correlation Strong Negative Correlation Objective Is To Minimize Objective Is To Maximize Objective Is To Hit Target Column # Direction of Improvement: Minimize ( ), Maximize ( ), or Target (x) Competitive Analysis (0=Worst, 5=Best) Quality Characteristics (a.k.a. "Functional Requirements" or "Hows") Our Company Competitor 1 Competitor 2 Competitor 3 Competitor 4 Competitor Demanded Quality (a.k.a. "Customer Requirements" or "Whats") Maximiser la précision des signaux Maximiser la flexibilité de l'appareil Maximiser la fréquence d'échantillonage Optimiser la fréquence d'envoi de données au centre de gestion Optimiser la vitesse de calcul Minimiser la consommation énergétique Minimiser les coûts de mise en place Minimiser les coûts du serveur Assurer la sécurité matérielle Maximiser la sécurité du système informatique Optimiser le temps de déplacement des techniciens Maximiser la capacité de stockage du serveur Assurer la solidité du système Maximiser le nombre d'utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment Optimiser le volume du système Maximiser la facilité d'interaction avec l'utilisateur Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Target or Limit Value Figure 4.1 Maison de la qualité.

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 14 Table 4.5 Tableau du cahier des charges. Critères Pondération Barème Min. Max. 4.1 Assurer l automatisation du système 45 % p Maximiser la précision des signaux 10 % ,015 V n Maximiser la flexibilité de l appareil 5 % I/Os Maximiser la fréquence d échantillonnage 100 v 2 % Optimiser la fréquence de l envoi de données au centre de gestion 54 v 2 % v Optimiser la vitesse de calcul 16 % Minimiser la consommation énergétique 10 % 4.2 Minimiser les coûts du système 10 % 2,5 C 2, x Minimiser les coûts de mise en place 5 % x Minimiser le coût du serveur 5 % Assurer la sécurité des utilisateurs et 20 % des employés Maximiser la sécurité du système informatique 10 % Barême qualitatif tableau Assurer la sécurité matérielle 10 % Barême qualitatif tableau Faciliter le service 15 % Optimiser le temps de déplacement des 100 d 5 % techniciens m Maximiser la capacité de stockage du serveur 20 C 3 % Assurer la solidité du système 5 % Barême qualitatif tableau Maximiser le nombre d utilisateurs pouvant se connecter au serveur au même moment v 2 % Maximiser l ergonomie de l interaction avec l utilisateur 10 % 0.04 v Optimiser le volume du système 5 % m Maximiser la facilité d interaction avec 5 % Barême qualitatif tableau 4.4 l utilisateur

22 Chapitre 5 Conceptualisation et analyse de faisabilité 5.1 Diagramme fonctionnel Afin d accomplir sa tâche, le projet Qualit Eau doit être divisé en plusieurs sous-fonctions qui agiront sur les intrants du système pour produire les résultats attendus. La figure 5.1 illustre le diagramme fonctionnel, en d autres mots, les relations entre les intrants, les fonctions et les divers extrants qu ils génèrent. 5.2 Conceptualisation des solutions Envoyer l information à partir d un système portable Le système Qualit Eau se doit d être accessible à distance par l utilisateur et les techniciens. Ils doivent avoir accès à toute l information pertinente quand à l état de la piscine tout en étant capable de directement contrôler les diverses variables impliquées. Aspect physique : -Le concept retenu doit être suffisamment petit pour que les techniciens puissent le transporter durant l entièreté de leur journées de travail. Il devra aussi être facile d utilisation pour les utilisateurs. Aspect économique : -Les appareils permettant aux techniciens d accéder au système à distance doivent être couvert par le budget alloué à Qualit Eau. Ils doivent donc être économiques. Aspect temporel : -Le concept retenu devra pouvoir être utilisé pendant toute la durée du projet, c est-àdire pendant au moins cinq ans. Aspect socio-environnemental -Non-applicable 15

23 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 16 Intrants Commandes locales utilisateur Signaux d entrée Rétroaction des techniciens Commandes à distance Envoyer l information à partir d un système portable Interfacer avec l utilisateur Déterminer la position des techniciens Sécuriser les informations Traiter l information Communiquer avec le centre de gestion Traiter les transactions Convertir l information en analogique Archiver les informations Signaux de sortie Informations sur les techniciens Informations archivées pour le centre de gestion Extrants Figure 5.1 Diagramme fonctionnel.

24 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Mini portable acer aspire one Description L utilisation d un mini portable connecté à une application Internet permettrait aux techniciens d avoir accès au données du centre de gestion sur la route. Le mini portable Acer Aspire One offre les fonctionnalités de base d un ordinateur fonctionnant avec le système d exploitation Windows 7 Home Premium, l autonomie de la batterie peut aller jusqu à 8 heures et le disque dur offre une capacité de stockage de 320 Go [1]. De plus, ces ordinateurs portatifs sont offerts pour la modique somme de 350 $. Pour accéder au réseau Internet sur la route, les techniciens seront équippés d une clé Internet Huawei E372. La première clé sera gratuite avec l activation du forfait Internet Mobile 10 Go de Videotron à 45 $ par mois et les quatre autres clés seront achetées à 175 $ l unité [2]. Retenu Justification La clé Internet permets aux techniciens de se connecter à Internet sur la route très aisément tant qu ils restent dans la zone couverte par Videotron. Considérant que le rayon d action de ces techniciens correspond à la communauté métropolitaine de Québec, il n y a aucune inquiétude à avoir quand à l accessibilité du signal. De plus, la très grande majorité des utilisateurs du système Qualit Eau ont accès à un ordinateur et à Internet ; ils pourraient donc utiliser l application Internet pour gérer leurs dossiers personnels Application mobile et ipad mini Description Le ipad mini est une tablette manufacturée par Apple qui est capable de se connecter à Internet par Wifi. Le modèle sélectionné supporte aussi la connexion Bluetooth entre les appareils muni de cette technologie. La durée de vie de la batterie peut aller jusqu à 10 heures, et la capacité de stockage du modèle choisi est de 16 Go. Le coût d un appareil serait de 550 $ et le forfait internet sans-fil associé coûterait 80 $ par mois pour 5 Go répartis entre tous les techniciens [3]. Retenu Justification Le concept avec l application mobile Apple pour tablettes et téléphones intelligents Apple permettrait à n importe quel utilisateur muni d un de ces appareils et d une connexion Internet de se connecter sur son compte et de gérer ses dossiers et sa piscine. Pour ce qui est des techniciens, le concept leur permet de communiquer avec le centre de gestion en tout temps. De plus, les ipads mini sont équippés d un système de GPS, ce qui signifie que ce concept permettrait de faire des économies sur la fonction de localisation des techniciens.

25 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Application pour tablette Android Samsung Galaxy Note 8.0 Description Le concept avec application mobile pour appareil Android permettrait à tous les utilisateurs muni d une tablette ou d un téléphone fonctionnant sous Android d avoir accès à leur dossiers à distance. Les appareils des techniciens, les tablettes Samsung Galaxy Note 8.0, sont vendus à 500 $ l unité [4] et le service d Internet sans-fil coûte 80 $ par mois pour que les cinq techniciens se partagent 5 Go [3]. Retenu Justification Les tablettes Samsung permettraient à chaque utilisateur du système Qualit Eau muni d un appareil Android d interagir avec le dispositif local de commande et le centre de gestion à distance. Le concept rempli aussi la fonction de communication entre le centre de gestion et les techniciens, ceux-ci ayant accès au réseau Internet sans-fil en tout temps à partir de leur tablette. Finalement, les tablettes Samsung sont munies d un système de GPS, ce qui permettrait de faire des économies sur la fonction de localisation des techniciens. Table 5.1 Synthèse des concepts pour l envoi d information à partir d un système portable. Solutions Application internet par ordinateur portatif Application mobile et ipad mini Application pour tablette Android Samsung Galaxy Note 8.0 Faisabilité Physique Économique Temporelle Socio-enviro. Oui Oui Oui N/A Retenu Oui Oui Oui N/A Retenu Oui Oui Oui N/A Retenu Sécuriser les informations Le mandat donné pas le client Éco-Piscines demande que le système Qualit Eau permette à ses utilisateurs de payer leur frais de service par l intermédiaire d une carte de crédit, par Internet. De plus, les données personelles des clients comme leurs coordonnées sont aussi accessibles via Qualit Eau. La sécurité de ces informations est donc essentielle au succès du projet. Aspect physique : -Le concept retenu ne doit pas ralentir excessivement la transmission des données ou le traitement des données.

26 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 19 Aspect économique : -Le coût d implantation du concept se doit d être le plus faible possible. Aspect temporel : -Le concept retenu doit être mis en service au plus tard le 31 janvier Aspect socio-environnemental -Le concept se doit d être le plus sécuritaire possible Chiffrement hybride avec RSA Description Le système de chiffrement par clé asymétrique RSA fut proposé en Ce système se base sur le produit de deux très grands nombres premiers pour chiffrer les données [5] et est encore aujourd hui utilisé dans de nombreux domaines de l informatique. Pour le moment, les fonctions utilisées lors du chiffrement sont considérées comme des fonctions à sens unique, ce qui fait en sorte que seul un individu ayant en main la clé privée est en mesure de retrouver le message original. L utilisation d un chiffrement hybride avec la clé RSA permets d augmenter la vitesse d encryption et de décryption du message car seule la clé symétrique (128 bits) est chiffrée avec le RSA (au moins 1024 bits). Le reste du message est encrypté grâce à la plus petite clé, pour une vitesse accrue. Retenu Justification Le chiffrement RSA est considéré comme un algorithme de chiffrement sécuritaire depuis plus de trois décennies. Cela implique forcément que de nombreux experts ont tenté à un moment ou un autre de le pirater, sans succès. De plus, de nombreux systèmes de transaction en ligne utilisent encore ce type de chiffrement, ce qui est un autre bon indice de sa qualité. Son seul défaut est son temps d exécution, qui est relativement lent de par la nature asymétrique du chiffrement, désagrément qui est annulé grâce à l utilisation d un chiffrement hybride ECDSA Description Cette méthode de cryptographie est en fait une variante de la DSA. En résumé, la clé agit en tant que signature numérique qui fait en sorte qu il est possible d authentifier l émetteur d un message. De plus, il est aussi possible de déterminer si le message a été modifié suite à son encryption par l émetteur. L un des gros avantages de cet algorithme concerne la taille de ses clés publiques, donc sa vitesse d exécution. Si une clé DSA demande 1024 bits, une clé ECDSA avec un niveau de sécurité similaire demandera environs 160 bits, ce qui accèlere grandement la vitesse de décryptage [6]. Retenu

27 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 20 Justification Cette méthode de cryptographie comporte un avantage certain de par sa vitesse. Cependant, une simple erreur d implémentation peut causer de sérieuses brèches de sécurité, choses qui est arrivée à plusieurs grands noms de l informatique utilisant ce système de chiffrement tels Sony et Bitcoin [7]. Ce système est donc sécuritaire avec une bonne implémentation AES Description Le AES est un algorithme de chiffrement symétrique qui fonctionne en prenant un bloc de 128 bits en entrée puis en plaçant les octets dans une matrice de 4x4 élments. Enfin, une suite d opération est appliquée sur la matrice, ce qui crée le premier tour d encryption. L opération est ensuite répétée un certain nombre de fois. Pour l instant, la seule attaque permettant de casser un algorithme complet reste la force brute. Cependant, il faudrait faire opérations pour casser le code, ce qui est pour l instant considéré comme impossible [8]. Retenu Justification Le chiffrement AES est une méthode de chiffrement très rapide grâce à sa nature symétrique, tout en étant reconnu comme fiable pas la NSA. Cette méthode de chiffrement est donc retenue. Table 5.2 Synthèse des concepts pour la sécurisation des informations. Solutions Faisabilité Physique Économique Temporelle Socio-enviro. Chiffrement hybride avec RSA Oui Oui Oui Oui Retenu ECDSA Oui Oui Oui Oui Retenu AES Oui Oui Oui Oui Retenu Interfacer avec l utilisateur L utilisateur doit être capable d interagir avec le dispositif local de commande. Il doit aussi être en mesure de consulter les données du centre de gestion et de prendre rendez-vous avec un technicien directement grâce au dispositif local. Finalement, l appareil doit être simple d utilisation pour un utilisateur moyen. Aspect physique : -L interface doit être ergonomique et le boîtier doit être solide et plus petit que 0,04 m 3.

28 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 21 Aspect économique : -Le coût d implantation du concept se doit d être le plus faible possible. Aspect temporel : -L interface utilisateur doit être prêt en même temps que le dispositif local de commande, c est-à-dire au plus tard le 31 janvier Également, elle doit subsister pendant les 5 années de service. Aspect socio-environnemental -L,interface se doit d être la plus sécuritaire possible Écran tactile 2.8 TFT Touch Shield for Arduino avec BUD-AC-418 Description Les écrans tactiles permettent d interagir directement avec l affichage graphique de l interface. De plus, il s agit d un type d interface utilisé fréquemment par des utilisateurs de toutes les génération. Cela facilitera grandement l interaction entre l utilisateur moyen et le dispositif local de commande. L écran tactile 2.8 TFT Touch Shield for Arduino est compatible avec tous les micro-contrôleurs supportant le protocole SPI. Enfin, il coûte environs 40 $, ce qui en fait un interface abordable [9] et occupe un volume total de 0,00007 m 3. Le boîtier, quand à lui, est un BUD-AC-418 [10] de 45 $ en aluminium occupant un volume de 0,01 m 3. Pour rendre le tout étanche, nous prévoyons un trou sur le dessus du boitier pour y faire passer l écran tactile, isoler les joints avec de la pâte étanche mastic epoxy de OATEY à 6,96 $ le tube [16] et faire un couvercle protecteur à base d un découpage d une feuille d acrylique de OPTIX à 24,88 $ la feuille [15]. Retenu Justification Les écrans tactiles offrent une grande facilité d interaction avec la majorité des utilisateurs. De plus, cet écran est assez économique et est compatible avec la majorité des micro-contrôleurs utilisés. Le boîtier choisi respecte le le volume et la solidité demandé puisque l aluminium ne rouille pas et offre un rapport solidité/poids très intéressant. De plus, le boitier permet de rendre le tout très sécuritaire Écran LCM-S02004DSF avec clavier KBMFLUSbits/s2B avec BUD- AC-418 Description Cet écran LCD d une valeur de 24 $ [11] permets d afficher les informations demandées par l utilisateur. Le clavier KBMFLUSbits/s2B [12] est utilisé de concert avec cet écran et a été développé par Fentek Industries. Ce clavier pliable et résistant à l eau conviendrait à l environnement dans lequel il doit opérer. De plus, il ne coûte que 27 $. Le boîtier est encore un BUD-AC-418 [10] de 45 $ en aluminium occupant un volume de 0,01 m 3.

29 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 22 Rejeté Justification L utilisation d un écran et clavier externe cause de nombreux problèmes d un point de vue ergonomique. Le clavier doit être accessible à partir de l extérieur du boîtier de commande pour assurer l intégrité physique du dispositif de commande. Cependant, la durée de vie du clavier risque de ne pas atteindre les cinq années requises par le client. Le boîtier, par contre, conviendrait aux besoins du client. Finalement, le boitier permet de rendre le tout très sécuritaire LCD Keypad Shield For Arduino avec un 1599BBK Description Cette extension pour Arduino permet d avoir un affichage graphique sur un écran LCD. Les cinq boutons poussoirs permettent d interagir directement avec le système, le tout pour moins de 10 $ l unité [13]. Cet affichage peut aussi être utilisé avec un microcontrôleur autre qu un Arduino et occupe un volume de 0,00014 m 3. Le boîtier est un 1599BBK [14] en plastique coûtant 8,21 $ et occupant un volume de 0,0002 m 3. Pour rendre le tout étanche, nous prévoyons un trou sur le dessus du boitier pour y faire passer l écran et les boutons, recouvrir le tout avec un découpage d une feuille d acrylique de OPTIX à 24,88 $ la feuille [15] et isoler les joints avec de la pâte étanche mastic epoxy de OATEY à 6,96 $ le tube [16]. Retenu Justification Ce concept est à la fois économique et ergonomique. L utilisation de boutons poussoirs permet une navigation intuitive dans l interface et l affichage par LCD offre une vision claire des différentes variables et informations gérées par le système. Le boîtier respecte également les besoins du client puisqu il est solide et occupe un volume plus petit que 0,04 m 3. De plus, le boitier permet de rendre le tout très sécuritaire.

30 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 23 Table 5.3 Synthèse des concepts pour l interfaçage avec l utilisateur. Solutions Écran tactile 2.8 TFT Touch Shield for Arduino Écran LCM- S02004DSF avec clavier KBMFLUSbits/s2B LCD Keypad Shield For Arduino Faisabilité Physique Économique Temporelle Socio-enviro. Oui Oui Oui Oui Retenu Non Oui Oui Oui Rejeté Oui Oui Oui Oui Retenu Communiquer avec le centre de gestion Le système Qualit Eau doit être en mesure de recevoir des informations du centre de gestion et d en envoyer au centre de gestion. Ces informations peuvent être les directives des clients et techniciens ainsi que les informations sur l état de la piscine. Aspect physique : -Le transfert des informations vers le centre de gestion doit être fait à une vitesse d au moins 0.2 Hz. Le concept retenu devra donc satisfaire cette exigence. Aspect économique : -Le coût d implantation du concept se doit d être le plus faible possible. Aspect temporel : -Le concept retenu doit être mis en service au plus tard le 31 janvier Aspect socio-environnemental -Non-applicable Réseau cellulaire 3G Description Il est possible d échanger des informations à partir du réseau cellulaire en se servant du réseau 3G. Cette technologie peut offrir un accès mobile à Internet de plusieurs Mbits aux téléphones intelligents ou à des ordinateurs portables équippés de clés 3G. Cependant, il est relativement aisé d intercepter des donnés transférées par cette méthode et les coûts d utilisation se révèlent assez importants [17]. Dans le cadre du projet, nous présentons le 3G+GPS-Shield de MicroController Pros LLC. Cette plaquette de développement pour Arduino peut communiquer par SPI avec un MCU. Il fourni une connexion de 5,5 Mbit/s pour l envoi de données et 7,5 Mbit/s pour le téléchargement de données. Il est vendu $. [55] Finalement, il peut consommer jusqu à 13,2 W.