PROJET PIDUINO. CASTEL Bénédicte MADDOURI Mohamed Yassine INGARGIOLA Thibault SKHIRI Sami 1

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1 PROJET PIDUINO CASTEL Bénédicte MADDOURI Mohamed Yassine INGARGIOLA Thibault SKHIRI Sami 1

2 PRÉSENTATION GLOBALE 2

3 PROBLÉMATIQUE Objet connectés en plein essor De nombreux usages Avoir une plateforme simple d utilisation pour pouvoir gérer un parc de capteurs et d actionneurs à distance et en temps réel 3

4 CONCEPT Raspberry Pi Processeur ARM11 OS: Debian Wheezy/Jessie Nombreuses interfaces de communications Arduino Microcontrôleur AVR Facile d accès Open Source Action bas niveau (capteurs/actionneurs) PiDuino 4

5 SOLUTIONS DÉJÀ PRÉSENTES Projet Mirage Aveni Sense: surveillance industrielle Contrôle commande et télégestion IP System: domaine des bioénergies Eleo: domaine médical Pentair: large gamme d actionneurs contrôlable à distance Solutions industrielles, spécifiques et propriétaires 5

6 AVANTAGES DE PIDUINO Ouverture du code: chacun peut adapter la plateforme à ses besoins Multi-plateforme: possibilité de changer de cartes/ordinateur Peu coûteux: 35 pour un RaspberryPi, 20 pour un Arduino Uno Facile d utilisation: à la porté de tous! 6

7 OBJECTIF Une interface transparente pour le client Une exécution des tâches respectant des contraintes temporelles Une communication forte entre les deux cartes 7

8 ENVIRONNEMENT Device Device Device Device Device Device Arduino Board Arduino Board Arduino Board Arduino Manager Arduino Manager Le client n interagit qu avec le broker Message Broker Le RaspberryPi dispache les commandes aux Arduino concernés Chaque Arduino gère ses devices et répartit les commandes. Client Client Client Client 8

9 ARCHITECTURE 9

10 ARCHITECTURE DU SYSTÈME Agrégation des commandes et des messages au niveau du broker Gestion d un nombre arbitraire de cartes Extensibilité des programmes Arduino Transparence des communications Client- Device 10

11 DATA FLOW: COMMANDE { } "cmd" : <command_array> 11

12 DATA FLOW: DONNÉE { } "sender" : <sender>, "data" : <message> 12

13 ARDUINO MANAGER Détection automatique de la connexion d un Arduino Création d un (Arduino) proxy Communication bidirectionnelle avec le broker en utilisant un connecteur. 13

14 MESSAGE BROKER Séparation entre publications et commandes Arduino Manager: Publisher de données (relatives aux devices) / Subscriber aux commandes des clients Clients: Subscribers aux données des devices / Publishers de commandes MQTT 14

15 FONCTIONNEMENT INTERNE

16 ARCHITECTURE L Arduino tourne sous FreeRTOS Utilise des drivers pour gérer les différents devices Reçoit des commandes de la part du RasberryPi via liaison série

17 RTOS Free RTOS permet : Open Source Multiplateformes Petite taille Un ordonnancement Temps réel Gestion des ressources Sémaphores Mutexes Structure de données Les listes Les files

18 CONNECTION MANAGER Connection Manager permet de : Annoncer périodiquement l IDdu arduino dans le cas où la carte n est pas encore connectée. Effectuer un handshake avec le Raspberry une fois l Arduino est détecté. Détecter la déconnexion

19 COMMAND DISPATCHER L Arduino va recevoir des trames du RaspberryPi. Ces trames vont être gérées par le command dispatcher. Device offset : L offset du driver qui correspond au capteur à gérer Commend length: La taille de la tramme qui contient la commande à exécuter Op Code: Le code de la commande à exécuter par le driver du capteur Argv: Les paramètres de la commande à exécuter

20 COMMUNICATION SPI I2C UART Mieux utiliser pour une communication point à point. Peut supporter de 8 à 16 équipements Permet de connecter jusqu à 127 éléments (7 bits d adresse) Point à point Full duplex Half duplex Full duplex Utilise 4 fils(min) pour communiquer Utilise 2 fils(clk et data) Utilise 2 fils(rx et Tx) Synchrone Synchrone Asynchrone Haut débit (10-20 Mbits/s) 100 kbits/sec Jusqu à 1 Mbit/sec

21 INTERFACES 21

22 LE CLIENT Son rôle : transmettre la commande entrée par l utilisateur à destination du Message Broker et afficher les messages des appareils connectés aux Arduinos, des cartes et des managers. Plusieurs implémentations clientes possibles: le choix effectué est celui d un client JavaScript. 22

23 LE CLIENT Demande à l utilisateur de soumettre l URL du broker et le numéro de port des websockets. Conduit l utilisateur à une page dans laquelle s affichent les différents messages des managers, cartes et appareils connectés aux Arduinos. Propose un champ dans laquelle l utilisateur peut soumettre une commande à envoyer à un certain appareil connecté. 23

24 L INTERFACE PROGRAMMEUR Ajout de drivers par création d une classe (ex: SimpleLED) héritant de la superclasse Device. (implémentation d une interface minimale) Déclaration du nouveau driver dans le fichier AVRpiduino_main. Ajout du driver par la méthode adddevice() implémentée au sein de notre système. 24

25 DÉMONSTRATION & BILAN 25

26 DÉMONSTRATION 26

27 LIMITES ET SOLUTIONS Limite: Problème d utilisation de la RAM Solution: Adapter le système à un autre OS temps réel? Gestion des ressources Gestion de threads Files de messages Changer de carte? Système portable sur une carte Arduino Mega 27

28 CONCLUSION Ce projet allie à la fois l aspect temps-réel de l Arduino, et la communication du RaspberryPi PiDuino offre un code extensible à chacun voulant implémenter ses propres drivers. Ce projet offre une solution transparente de communication pour l utilisateur final. Surfant sur la vague Open Source, PiDuino reste sujet aux améliorations 28

29 MERCI DE VOTRE ATTENTION 29