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 19 SignEau matricule nom signature Dominic Bilodeau Mohamed Ali Krifa Hedi Ben Kahla Jean-Christophe Dansereau Jonathan Fleurent Michael Grenier Université Laval 18 avril 2014

2 Historique des versions version date description 23 janvier 2014 Création du document janvier 2014 Introduction et description février 2014 Besoins, objectifs et cahier des charges mars 2014 Conceptualisation et analyse de faisabilité avril 2014 Rapport final

3 Table des matières Table des figures Liste des tableaux v vi 1 Introduction 1 2 Description 2 3 Besoins et objectifs Analyse des besoins Dispositif local Système automatisé Support des techniciens Centre de gestion à distance Autres considérations Analyse des objectifs Maintenir la qualité de l eau Optimiser le choix du matériel Faciliter l interaction avec le système pour les utilisateurs Supporter les techniciens dans leurs interventions Assurer un système de gestion efficace Hiérarchisation des objectifs Cahier des charges Performances du dispositif local Précision des signaux extrants Précision de l acquisition des signaux Fréquence de réception et d envoi des signaux Coûts et matériel Coût total des installations Dimensions Disponibilité du système Interaction avec le dispositif local i

4 TABLE DES MATIÈRES ii Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre Ergonomie Support au technicien Précision de la localisation Efficacité du système de gestion Vitesse de communication (débit/bande passante) Qualité du systèmes de paiement Sécurité des données archivées Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage Nombre d utilisateurs simultanés Tableau des charges Maison de la qualité Analyse Fonctionelle Diagramme fonctionnel Conceptualisation des solutions Acquisition et calcul des paramètres Microcontrôleur Arduino Mega Système Raspberry Pi Ordinateur de bureau lenovo Commande manuelles Console à quatre boutons Écran tactile Pavé numérique Interface web Application pour téléphone intelligent Courrier électronique Communication avec le technicien Ordinateur portable Asus Notebook Téléphone Sony Xperia Z Tablette Nexus Paiement Paiement via PayPal Visa/Mastercard Forfait classique Desjardins Conservation et sécurité des données Installer un serveur à Éco-Piscines Collocation des serveurs Cloud Amazon Transport Fixation mécanique directe Socle démontable Support avec plateforme USB

5 TABLE DES MATIÈRES iii Communication Wi-Fi Connexion filaire Réseau mobiles Étude préliminaire Plan de développement Plan de développement pour la performance du dispositif local Plan de développement du coût et matériel Plan de développement pour l interaction avec l utilisateur Plan de développement pour le support aux techniciens Plan de développement pour l efficacité du système de gestion Stratégie d élaboration des solutions globales Évaluation des solutions globales Évaluation de la solution A Précision des signaux extrants Précision de l acquisition des signaux Fréquence de réception Coût total des installations Dimensions Disponibilité du système Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre Ergonomie Précision de la localisation Vitesse de communication (débit/bande passante) Qualité du système de paiement Sécurité des données archivées Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage Nombre d utilisateurs simultanés Évaluation de la solution B Précision des signaux extrants Précision de l acquisition des signaux Fréquence de réception Coût total des installations Dimensions Disponibilité du système Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre Ergonomie Précision de la localisation Vitesse de communication (débit/bande passante) Qualité du système de paiement Sécurité des données archivées Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage

6 TABLE DES MATIÈRES iv Nombre d utilisateurs simultanés Évaluation de la solution C Précision des signaux extrants Précision de l acquisition des signaux Fréquence de réception Coût total des installations Dimensions Disponibilité du système Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre Ergonomie Précision de la localisation Vitesse de communication (débit/bande passante) Qualité du système de paiement Sécurité des données archivées Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage Nombre d utilisateurs simultanés Évaluation de la solution D Précision des signaux extrants Précision de l acquisition des signaux Fréquence de réception Coût total des installations Dimensions Disponibilité du système Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre Ergonomie Précision de la localisation Vitesse de communication (débit/bande passante) Qualité du système de paiement Sécurité des données archivées Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage Nombre d utilisateurs simultanés Synthèse des résultats Concept retenu Matrice de décision Interprétation des résultats Description de la solution retenue Conclusion Bibliographie 52

7 Table des figures 3.1 Hiérarchisation des objectifs Maison de la qualité Diagramme fonctionnel Diagramme du concept retenu v

8 Liste des tableaux 4.1 Disponibilité du système Sécurité du paiement par crédit Sécurité des données archivées Cahier des charges Analyse de faisabilité pour le calcul des paramètres de sorties Analyse de faisabilité pour les commandes manuelles Analyse de faisabilité pour la Communication avec les technicien Analyse de faisabilité pour le système de paiement Analyse de faisabilité pour Conservation Analyse de faisabilité pour le transport Analyse de faisabilité pour la communication sécurisé Solutions Globales Coûts reliés à la solution A Coûts reliés à la solution B Coûts reliés à la solution C Coûts reliés à la solution D Synthèse des résultats Matrice de décision vi

9 Chapitre 1 Introduction L activité estivale favorite des Québécois est la baignade. Au Québec, on compte plus de foyers possédant une piscine privée [1]. Par contre, l entretien des piscines résidentielles est souvent pris à la légère. Cette lacune est à l origine d une mauvaise qualité de l eau pouvant provoquer des problèmes sanitaires. En effet, un mauvais dosage des produits d entretien dans une piscine permet la propagation de micro-organismes, telle la diarrhée et le Giardia [2]. L entreprise Éco-Piscines cherche une solution à cet enjeu ainsi qu une façon de se démarquer de ses concurrents. Elle a donc conçu le projet Qualit Eau. Ce projet propose un système de gestion automatisée de la qualité de l eau des piscines de ses clients, de manière économique et écologique. Notre firme, SignEau, a comme mandat la conception détaillée de ce système. Ce rapport contient d abord une description concise et précise du projet, puis détermine les besoins du client, les objectifs du projet et établit un cahier des charges. Ensuite est présentée la modélisation et l analyse de faisabilité du projet, suivie par l étude préliminaire et la sélection du concept retenu. 1

10 Chapitre 2 Description Le système Qualit Eau doit gérer automatiquement la qualité de l eau de 800 piscines en réduisant les interventions humaines à ce qui a trait à l entretien. Il doit également adhérer au principe de développement durable et assurer une utilisation sécuritaire. La réalisation de ce projet vise à optimiser et simplifier la maintenance des piscines. Pour se faire, la firme d ingénieurs SignEau a été mandatée à créer un système qui possède un dispositif local de commandes qui maintient la qualité de l eau. Il doit aussi gérer toutes les interventions des techniciens et leur apporter un support informatique, notamment avec un service de localisation et de comptabilisation. Ce système centralise les informations et permet aux utilisateurs d interagir avec les données du système. Le dispositif local de commande contrôle divers aspects de la qualité de l eau. Il permet à l utilisateur et aux techniciens de gérer toutes les facettes de l entretien de la piscine, autant en ligne que localement. Le client peut également utiliser les services en ligne pour effectuer ses paiements par crédit en toute sécurité. Le dispositif est fonctionnel durant la période estivale, autrement il doit être remisé. Qualit Eau permet la planification de l intervention des techniciens automatiquement selon leur emplacement. Les données récoltées par ce dispositif sont conservées sur une période de 5 ans ou plus et sont accessibles aux clients et aux techniciens. En somme, Qualit Eau offre un service sécuritaire, économique, écologique et simple d utilisation pour assurer une qualité d eau optimale. 2

11 Chapitre 3 Besoins et objectifs Au cours de ce chapitre, le mandat a été analysé pour faire ressortir les différents besoins du client et définir les objectifs du système Qualit Eau. 3.1 Analyse des besoins Ci-dessous sont énumérés les différents besoins que doit satisfaire notre système. Cinq grandes lignes prédominent plusieurs sous aspects expliquant plus en profondeur le concept : Dispositif local Affichage des paramètres (ex. :ph, niveau d eau, taux de chlore, température de l eau, vitesse de pompage). L utilisateur doit pouvoir modifier les paramètres du système manuellement. Permettre aux techniciens d agir sur les paramètres lors de leurs interventions. Le dispositif doit être remisable. Le volume du dispositif ne doit pas dépasser 0,04m 3. Communication avec le centre de gestion à distance à une fréquence d au moins 0,2Hz. Les informations envoyées doivent contenir les variables mesurées, les variables envoyées et les consignes spécifiées par l usager ou le technicien Système automatisé Maintient de la qualité de l eau et régulation de ces paramètres. Acquisition automatique d au moins 12 signaux analogiques. Envoi automatique d au moins 12 signaux analogiques de sorties. Fréquence des signaux d entrées et de sorties d au moins 1Hz. Précision des signaux d entrées et de sorties d au moins 0,015 V. Exécution d un algorithme pour relier les signaux d entrées aux signaux de sorties. 3

12 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Support des techniciens Le technicien doit posséder une plateforme mobile ou un ordinateur portable. Le technicien doit pouvoir faire la liaison avec le centre de gestion à distance permettant l accès aux directives d intervention et aux informations détaillées de l utilisateur. Localisation en temps réel des techniciens avec une imprécision d au plus 50m. Comptabiliser le temps passé chez l utilisateur par le technicien Centre de gestion à distance Outiller le centre de gestion pour la planification des interventions des techniciens. Archivage en ligne des données de l utilisateur et de leur dossier, sur au moins 5 ans. Transfert des données de manière sécurisée. Permettre le calcul des statistiques et la gestion de l approvisionnement des stocks. Permettre un payement sécurisé par crédit. Permettre la commande à distance du système. Permettre la consultation des données et du dossier par internet. Capacité minimale de 200 utilisateurs simultanés en consultation Autres considérations La fabrication doit être terminée le 31 Janvier Coût maximal de 750$ par utilisateur sur 5 ans. Le dispositif doit être sécuritaire pour les utilisateurs. 3.2 Analyse des objectifs Cette section propose une liste d objectifs à atteindre. Après analyse du mandat, cinq objectifs principaux ont été retenus. Des sous-objectifs les détaillent. À la fin, une hiérarchisation de ceux-ci est présentée Maintenir la qualité de l eau Assurer un traitement efficace. Lire avec précision les variables. Fournir un système capable d exécuter les commandes automatiquement Optimiser le choix du matériel Optimiser les coûts. Maximiser la performance. Minimiser les dimensions.

13 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Faciliter l interaction avec le système pour les utilisateurs Minimiser les interventions du client sur le dispositif local. Faciliter le réglage des paramètres de la piscine. Simplifier les modifications de paramètres à distance Supporter les techniciens dans leurs interventions Faciliter l accès au centre de gestion. Faciliter les interventions locales du technicien. Localiser avec précision les techniciens. Automatiser la comptabilisation des données de localisation Assurer un système de gestion efficace Assurer un paiement sécuritaire. Assurer la sécurité des données archivées. Fournir un système pour centraliser les données.

14 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Hiérarchisation des objectifs Figure 3.1 Hiérarchisation des objectifs

15 Chapitre 4 Cahier des charges Dans cette section du rapport, chaque élément du projet est pondéré pour illustrer son importance dans le projet. De cette façon, nous pouvons mieux démontrer dans quelles sections du projet les priorités doivent être placées lors de la conception. De plus, pour pouvoir évaluer la viabilité d un concept, une fonction mathématique est définie qui évalue le critère choisi. En utilisant ces données, nous instaurons la maison de la qualité, laquelle permet de superposer les objectifs définis et les points du cahier des charges qui évalue les concepts. Utilisant cette méthode, nous nous assurons que chaque besoin du client sont soumis à notre l expertise. 4.1 Performances du dispositif local Les performances du dispositif local sont très importantes dans ce projet, puisqu elles contrôlent la qualité de l eau de l utilisateur selon les demandes du client. Pour que notre produit final soit efficace et accomplit les besoins du client, il doit présenter de bonnes performances. C est pourquoi la pondération de 21% est associée à cette catégorie de critères Précision des signaux extrants Pour obtenir la meilleure qualité possible d eau, notre système doit être précis dans ses signaux de sorties pour que la piscine soit régulée correctement. C est pour cette raison que nous attribuons à ce point une pondération de 9%, ce qui nous amène à poser «p» la précision en Volts des signaux analogiques de sortie. Au minimum, le système doit avoir les 0,015V de précision demandés par le client, ce qui vaut à 0, afin d utiliser l échelle au maximum. La formule suivante est utilisée pour évaluer ce critère. P = 0,015V p 0,015V p [0V, 0,015V ] (4.1) 7

16 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Précision de l acquisition des signaux Le système doit être précis dans l acquisition des signaux envoyés par les différents appareils de mesure. Nous associons à ce point une pondération de 9%, ce qui nous amène à poser «p» la précision du signal 0-5V détecté par le système. Il faut considérer que le client demande un précision minimale de 0,015V. Utilisant la formule suivante : P = 0,015V p 0,015V p [0V, 0,015V ] (4.2) Fréquence de réception et d envoi des signaux. Pour que le système fonctionne bien et qu il puisse améliorer la qualité de l eau, il doit être rapide dans l exécution des tâches qui visent à maintenir cette qualité optimale. Le client demande une fréquence d envoi et de réception des signaux d au moins 1 Hz. La plupart des microprocesseurs commercialisés de nos jours sont aisément capables de répondre à cette condition, même si elle dépend de l algorithme utilisé. Puisque l équivalence des systèmes peut facilement se produire, une faible pondération de 3% est attribuée à ce critère. Par contre, cette vitesse est influencée par le microprocesseur utilisé, donc on évalue la fréquence d horloge du dispositif choisi. On utilise la formule suivante pour évaluer ce critère, en considérant que si la fréquence est au-dessus de 2 GHz, tous les points sont attribués : F = f 2GHz f [0Hz, 2GHz] (4.3) 4.2 Coûts et matériel Le choix du matériel joue un rôle dans la conception de notre système. En effet, non seulement ce choix influence directement les coûts reliés au système, mais c est aussi lui qui influence la performance et les dimensions du dispositif local. Les coûts du matériel incluent également les frais reliés au serveur central ainsi que les dispositifs de communication des techniciens. Cette section obtient donc une pondération de 20% du projet Coût total des installations Le client demande un budget de 750$ par client après 5 ans. Puisque le projet est conçu pour avoir 800 clients, nous avons donc un budget global de $ pour 5 ans. Plus les dépenses sont limitées, plus la note attribuée sera bonne, et plus elles tendent vers 750$, plus la note tend vers 0. On y attribue donc une pondération de 10%. Dans la formule suivante, la variable x correspond au budget total divisé par 800 personnes, soit 750$ au maximum. (750 x) x [0,750] (4.4)

17 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Dimensions Le client demande que le système local soit remisable, et qu il ait un volume inférieur à 0.04m 3. Cependant, le dispositif doit avoir un volume suffisant pour y inclure les touches servant aux commandes locales de l usager. Nous cherchons donc à minimiser le volume. Nous accordons une pondération de 5% à ce critère. La formule suivante est utilisée pour évaluer ce critère. Ses unités sont les mètres cubes X 0.04 X ]0,0.04[ (4.5) Disponibilité du système Il est important que le système soit fonctionnel le plus souvent possible, idéalement en permanence. Afin de nous assurer que notre système ne brise pas souvent, nous n utilisons que des pièces fiables et aisément remplaçables. Une pièce est considérée comme facile à changer lorsqu elle n a besoin que d être remplacée par une nouvelle pièce identique. Ainsi, l entreprise peut garder plusieurs pièces de rechange en réserve pour accélérer les réparations et diminuer le temps de panne. Une pièce difficilement changeable est une pièce interchangeable, mais l intervention de professionnels qualifiés est nécessaire (technicien électrique ou autre). Un système devant être remplacé au complet lors d un bris est considéré comme ayant une mauvaise disponibilité. Nous accordons une pondération de 5% à ce critère. Nous évaluons de façon qualitative ce point en respectant le barème suivant. Table 4.1 Disponibilité du système Critère Valeur Toutes pièces facile à changées 1 Pièces difficile d accès 0.5 Doit remplacer le tout Interaction avec le dispositif local Une des parties très importantes de ce système est l interaction entre le client et le dispositif. C est à partir de ce dispositif que le client peut contrôler les aspects de sa piscine. Les réglages doivent être simples et doivent pouvoir se faire à la fois à distance et sur le dispositif local. Cette section vaut 19%. Nous justifions cette pondération considérant que le client doit facilement avoir le contrôle sur son système, faute de quoi il perd indubitablement son utilité.

18 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre L utilisateur doit pouvoir modifier un paramètre facilement et le temps nécessaire pour effectuer une modification doit être faible. Plus le temps de ce paramétrage est long, moins le dispositif est considéré comme facile à utiliser. Pour évaluer la facilité d interaction entre le client et le système, nous utilisons le temps d utilisation «t» en secondes. Le critère à évaluer est ramené sur une plage de [0,1] selon une équation quadratique. Ce point occupe 9% de la pondération totale. 1 t t [0, 1000] (4.6) Ergonomie Pour faciliter l utilisation de notre dispositif local, il est important de pouvoir bien évaluer celui-ci. Pour ce faire, nous avons dressé une liste de critères afin qu il nous soit facile d évaluer les différentes possibilités que nous rencontrons. Il y a tout d abord le format de l écran. Celuici doit être suffisamment grand pour que l on voit bien ce que l on fait. Par la suite, il y a le format des boutons. Ceux-ci doivent être suffisamment gros et faciles d accès. Il y a aussi l accessibilité au menu. Nous devons pouvoir modifier des paramètres facilement sans devoir passer par plusieurs sous-menus. Finalement, le dispositif doit avoir une surface confortable. Il n est pas très pratique d avoir un dispositif ayant une forme atypique qui ne se manipule pas bien. Nous accordons à ce critère une pondération de 10%. Nous évaluons donc ce critère en suivant la formule suivante où «n» est le nombre de critère satisfait par le concept. 4.4 Support au technicien n 4 n ]0,4[ (4.7) Afin de bien répondre aux besoins des besoins d Éco-Piscines, cinq techniciens sont constamment sur la route pour effectuer divers entretiens. Pour supporter adéquatement ces techniciens, nous fournissons un dispositif à partir duquel ils ont accès aux différentes interfaces nécessaires pour être informés des différents besoins des clients, en plus de localiser les techniciens en temps réel. Une pondération de 10% lui est donc affectée Précision de la localisation Afin de comptabiliser automatiquement le temps passé chez le client et le temps de déplacement du technicien, une localisation efficace est de mise. Un bon système de localisation permet de mieux informer le client de l heure d arrivée du technicien et d optimiser les interventions. En sachant où se trouve exactement le technicien, un calcul du temps passé chez

19 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 11 le client peut être effectué automatiquement. Ce critère possède une pondération de 10%. L imprécision «p» en mètres est employée pour déterminer la qualité de la localisation p p [0,50] (4.8) 4.5 Efficacité du système de gestion Un centre de gestion sera fourni au client, permettant d archiver sécuritairement les données des clients durant 5 ans, en plus de permettre la communication avec le dispositif local et d offrir un système de paiement en ligne. Une pondération de 30% est associée à cette catégorie, étant donné l importance du bon fonctionnement du centre de gestion dans le projet Vitesse de communication (débit/bande passante) Tel qu énoncé par le client, la communication entre le système et le centre de gestion à distance doit être efficace. Ce critère concerne principalement le transfert des données à archiver d un côté et l accès aux données par l utilisateur ou le technicien de l autre. On attribue à ce critère une pondération de 6%. Pour pouvoir évaluer cette vitesse on pose v le débit de la connexion reliant le système au centre de gestion à distance et on lui fixe un minimum 1 Mbit/s, une valeur maximum de 175 Mbit/s. ln v ln 175 v ]1, 175[M bits/s (4.9) Qualité du systèmes de paiement Pour protéger l utilisateur des fraudes et du vol, nous devons fournir une solution de paiement qui est capable de sécuriser les paiements faits par crédit tout en respectant les lois canadiennes à ce propos. Pour cette raison, nous donnons à cette partie une pondération de 4%. Considérant que le système respecte toutes les lois, nous jugeons par 3 sous-critères : la simplicité d utilisation, l accessibilité et le coût du service. Un système respecte le critère des coûts si le coût total sur 5 ans est inférieur à $. Si les 3 critères sont respectés, nous attribuons la note de 1, si seulement 2 des critères sont respectés nous attribuons la note 0,6, si seul 1 est respecté nous attribuons la note de 0,3 et si aucun n est respecté la note de 0 est attribuée.

20 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 12 Table 4.2 Sécurité du paiement par crédit Type de sécurité Valeur 3 critères sont respectés 1 2 critères sont respectés 0.6 un seul critère est respecté 0.3 aucun critère n est respecté Sécurité des données archivées Notre centre de gestion des données doit comporter un système capable d assurer la sécurité des données archivées contre la perte et contre les intrusions dans le centre d archivage. Les failles doivent être limitées pour éviter le piratage informatique et ce système doit permettre la restauration des données en cas de perte. Pour cette raison, nous attribuons à ce point une pondération de 7%. Nous accordons la valeur 1 à un système sécuritaire permettant la restauration rapide des données, 0,5 s il est sécuritaire mais n assure pas la restauration des données et 0 s il ne fournit ni sécurité ni restauration. Table 4.3 Sécurité des données archivées Type de sécurité Valeur Protection et restauration des données 1 Protection des données sans restauration 0,5 Ni protection, ni restauration des données Capacité de l espace de stockage allouée à l archivage Nous devons fournir à notre client un espace de stockage permettant d archiver les informations de 800 utilisateurs sur 5 ans à raison d un envoi toutes les 5 secondes. Pour cette raison, notre espace de stockage doit avoir une capacité suffisante pour ne pas atteindre son maximum et ne pas rencontrer de problèmes de données perdues ou corrompues. De ce fait, nous attribuons à ce point une pondération de 5%. Nous posons e, l espace fournie dans le système de stockage en Téraoctets. Nous considérons la valeur minimale de 10 Téraoctets et la valeur maximale de 60 Téraoctets. E = e e [10,60] (4.10) Nombre d utilisateurs simultanés Il est primordial que notre système en ligne admette un minimum de 200 utilisateurs sans causer de problèmes de surcharge sur le serveur. Nous attribuons une pondération de 8% à ce

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 13 critère. Nous posons «n» le nombre d utilisateurs connectés simultanément sur le système en ligne. La limite de la fonction est la suivante : un minimum de 200. N = (x 200) 600 n ]200, 800[ (4.11) 4.6 Tableau des charges Table 4.4 Cahier des charges Critères d évaluation Pondération Barême Min Max 4.1 Performances du dispositif local 21% 0,030 p Précision des signaux extrants 9% (V) 0,015 0,030 0,030 p Précision de l acquisition des signaux 9% (V) 0,015 0,030 f Fréquence de réception et d envoi des 3% 2GHz signaux 4.2 Coûts et matériel 20% (750 x) Coût total des installations 10% 2 ($) X Dimensions 5% 0.04 (m3 ) 0, Disponibilité du système 5% Tableau Interaction avec le dispositif local 19% Temps moyen d interaction pour la modification d un paramètre 9% 1 t n Ergonomie 10% Support aux techniciens 10% Précision de la localisation 10% 1 113p (m) Efficacité du système de gestion 30% ln v Vitesse de communication (débit/bande passante) 6% ln Qualité du systèmes de paiement 4% Tableau Sécurité des données archivées 7% Tableau 4.3 e Capacité de l espace de stockage allouée 5% 50 à l archivage Nombre d utilisateurs simultanés 8% (x 200)

22 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Maison de la qualité Dans cette section se trouve la maison de la qualité. Celle-ci expose clairement la relation, qu elle soit forte ou non, entre les critères et les différents objectifs de notre projet, tout en affichant les différentes contraintes. Figure 4.1 Maison de la qualité

23 Chapitre 5 Analyse Fonctionelle 5.1 Diagramme fonctionnel Afin de bien répondre aux demandes du client, il est de mise d identifier les intrants, les extrants ainsi que les fonctions les reliant. Ces fonctions couvrent l ensemble des critères qui se retrouve dans le cahier des charges. Le tout est schématisé dans un diagramme fonctionnel à la figure 5.1. Des solutions ont été formulées pour chaque fonction. Les fonctions sont soumises à l analyse de faisabilité pour chacune de leurs solutions. Figure 5.1 Diagramme fonctionnel 15

24 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE 16 La piscine est munie de capteurs qui envoient l intrant «signaux d entrées» au système. Ces signaux doivent être interprétés et manipulées avec la fonction acquisition et calcul des paramètres afin de produire l extrant signaux de sortie, qui sont les signaux de commandes de la piscine. Ensuite, l intrant commandes et paramètres entrés par l utilisateur agit de plusieurs façons sur le système. Cet intrant est associé à la fonction «Commandes manuelles» pour modifier les paramètres de la piscine. La communication de ces paramètres au dispositif et au centre de gestion se fait par l entremise de la fonction éponyme. L utilisateur a accès aux données archivées via l extrant «Données affichées». Cet extrant sert aussi à afficher les données via le dispositif local. L utilisateur peut effectuer ses paiements en ligne avec la fonction du même nom. Celle-ci est reliée à «Conservation et sécurité des données» afin de s assurer que la sécurité en ligne soit active. L extrant «données archivées» est donc l extrant logique de la fonction «Conservation et sécurité des données». L intrant «Interventions du technicien» est relié à «Communication avec le technicien» afin que celui-ci puisse être localisé et que son temps soit comptabilisé. Il est également lié à «Commandes manuelles», car le technicien doit pouvoir modifier l état de la piscine en tout temps. Finalement, l intrant «force motrice» sert à remiser le dispositif local durant les périodes d inutilisation, via la fonction «transport», ce qui résulte en l extrant «entreposage». 5.2 Conceptualisation des solutions Acquisition et calcul des paramètres Le système Qualit Eau doit être complètement automatique, et doit émettre des signaux de sortie qui contrôle la gestion de la piscine. Ces signaux de sortie doivent être calculés d une manière entièrement automatique, avec comme paramètres les mesures de l état de la piscine et les commandes manuelles entrées par le client ou le technicien. Aspects physiques : Doit être entièrement automatique. Doit recevoir au minimum 12 signaux d entrés et envoyer 12 signaux de sorties avec une résolution minimale de 0,015V. Doit envoyer les signaux de sorties à un minimum de 1 Hz. Doit envoyer les signaux entrants et extrants au centre de gestion. L algorithme doit être modifiable. Doit être facile à réparer en cas de bris. Doit entrer dans un boitier de 0,04m 3. Aspects économiques : Doit avoir un coût moindre à long terme. Aspects temporels : Doit être livré et installé pour le 31 janvier Aspects socio-environnementaux :

25 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE 17 Ne s applique pas Microcontrôleur Arduino Mega Principes et caractéristiques : Arduino est une entreprise qui offre des microcontrôleurs programmables qui peuvent interagir avec leur environnement via des entrées et sorties, appelées GPIOs 1. Le Arduino Mega 2560 contient 54 GPIOs, dont 16 qui permettent de recevoir un signal analogique entre 0-5V avec une précision de 10 bits (0,004V). Le grand nombre de GPIOs permet d en avoir en réserve dans le cas où il y a une défaillance. Pour les sorties, on peut utiliser 12 petits DAC 2 qui ont une excellente précision de 12 bits[3]. L avantage du Arduino Mega est sa facilité d utilisation avec son langage simple similaire au C, et son coût relativement faible de 55$. Il peut aussi et envoyer et recevoir des données par internet avec un «shield», un module complémentaire ajoutable au microcontrôleur [4], dont le prix varie entre 45 et 100$ dépendamment s il est sans fil ou non. Dans le cas où le Arduino est branché avec fil, le module permet également de s alimenter en électricité avec le câble internet. Cette solution permet aussi de rajouter d autres modules, comme un écran ou un petit clavier [5]. Décision : Retenu Justification : Malgré le coût qui peut monter rapidement, cette solution respecte tous les critères, tout en étant simple et unifiée. Références : [3] [4] [5] Système Raspberry Pi Principes et caractéristiques : Le Raspberry Pi est un ordinateur miniature, tout de même puissant, de la grosseur d une carte de crédit. Tout comme le Arduino, il peut interagir avec son environnement à l aide de GPIOs. Le Raspberry Pi n en contient que 21, alors que le système doit avoir 12 entrées et 12 sorties, en plus des commandes externes. Un Raspberry Pi est peu dispendieux, le prix étant de 35 dollars américains. Cette solution contient un branchement Ethernet permettant de faire la connexion avec le centre de gestion et est entièrement programmable pour établir un algorithme entre les entrées et les sorties. De plus, les prises USB permettent de brancher des périphériques externes, par exemple pour la saisie des données manuelles. Pour l acquisition et l envoi des données, on utilise un bus «SPI» pour les entrées et un bus «I 2 C» pour les sorties [6], et en utilisant des DAC comme avec le Arduino et un ADC 3, très peu dispendieux, pour convertir les signaux analogiques en signaux digitaux, comptatible avec le système [7]. Décision : Retenu Justification : Cette solution est peu dispendieuse et respecte tous les critères. Références : [6] [7] [8] 1. General Purpose Input/Output 2. Digital to Analog converter 3. Analog to Digital Converter

26 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE Ordinateur de bureau lenovo Principes et caractéristiques : Un ordinateur est une solution pour ce système puisqu il peut facilement effectuer toutes sortes de calculs et algorithmes. Il peut interagir avec les signaux de la piscine si on lui ajoute des GPIOs qu il est possible de brancher par câble USB [9]. Ce petit module coûte une vingtaine de dollars et possède des entrées analogiques avec une précision de 10 bits (0,004V). De la sorte qu avec 3 modules, on peut avoir 24 signaux d entrées/sorties qui permettent de recevoir 12 signaux et d en envoyer 12. Bien que les signaux soient digitaux seulement, on peut les convertir en signaux analogiques avec un DAC, notamment avec un PWM puis un filtre passe-bas [10] [11]. L ordinateur lui-même entre dans les contraintes d espace, avec un volume de 0,0116m 3, et le prix se situe à environ 350$ [12]. De plus, cet ordinateur vient avec un branchement internet pour communiquer avec le centre de gestion et si nécessaire on peut lui ajouter une borne Wi-Fi[13] ou LTE[14]. Finalement, les nombreux ports USB et vidéo facilitent l implantation d une interface pour l utilisateur. Décision : Retenu Justification : Cette solution, bien qu un peu dispendieuse, respecte tous les critères. Références : [9] [10] [11] [12] [13] [14] Table 5.1 Analyse de faisabilité pour le calcul des paramètres de sorties Concepts Faisabilité Décision Physique Économique Temporel socio-env. Microcontrôleur Arduino Oui Oui Oui N/A Retenu Mega Système Raspberry Pi Oui Oui Oui N/A Retenu Ordinateur de bureau lenovo Oui Oui Oui N/A Retenu Commande manuelles L utilisateur et le technicien doivent pouvoir commander le dispositif. Les commandes manuelles servent à contrôler directement l état de la piscine. Ces commandes sont disponibles sur le dispositif local lui-même et également via internet. Le système effectue par la suite les ajustements nécessaires afin de satisfaire la demande du client ou du technicien. Les commandes sont archivées pour garder une trace de l utilisation du dispositif. Cette section traite les cas des commandes manuelles locales et via internet. Voici les différents aspects à considérer lors de l évaluation des solutions : Aspects physiques : Doit être réparable. Doit entrer dans un boitier de 0,04 m 3. Doit être opérationnel 24h/24h (En ligne). Doit être accessible pour un maximum de personne (En ligne).

27 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE 19 Aspect économiques : Doit avoir un coût moindre à long terme. Aspects temporels : Doit être livré et installé pour le 31 janvier Aspects socio-environnementaux : Ne s applique pas Console à quatre boutons Principes et caractéristiques : Une des solutions formulées est d employer une console se composant de quatre boutons. Il s agit de quatre flèches, comme sur une calculatrice, avec lesquelles il est possible de changer les paramètres de la piscine. Les flèches gauche/droite servent à naviguer dans les menus. Elles font offices de retour/ok, tandis que les flèches haut/bas servent à dérouler les différentes options de commande ainsi qu à ajuster les paramètres. Il n est pas nécessaire d associer un grand écran pour effectuer l affichage. Des afficheurs 7 segments sont employés. Le système en soi est simple puisqu il combine, à l aide d un circuit électronique, des boutons envoyant des signaux 5V lorsqu ils sont actionnés et un affichage numérique de base pour afficher les paramètres. À l aide de ces fonctionnalités, il est possible de programmer un système fonctionnel. Pour créer ce circuit, une équipe de professionnel en circuit électrique doit être engagée. Le taux horaire d un ingénieur électronique se situe entre 25$ et 50$. On suppose que la conception d un tel circuit prend environ maximum 20h. On suppose également que le coût des pièces nécessaire à la fabrication de 800 circuits se situe entre 50$ et 100$. Le coût total estimé pour ce circuit maison est donc de 4500$ dans le meilleur des cas. Décision : Retenu Justification : Le système respect toute les contraintes et est faisable. Références : [15] Écran tactile Principes et caractéristiques : Ce système repose principalement sur un écran tactile permettant de naviguer dans les menus et d accéder à la modification des paramètres. L écran tactile utilisé est le Arduino TFT Shield. Cet écran est compatible avec tous les autres produits d Arduino. À l aide de cet écran, il est possible d afficher les menus et de modifier les paramètres efficacement. Il comporte un écran de 2.8 pouces et une résolution de 240x220 pixels. Il possède également une entrée pour une carte sd afin d y stocker des données. Son coût est approximativement de 40$. L écran possède une multitude d entrée/sortie telles que +5V, SCK,LCD DS et plus encore. De plus, l interface qu offre cet écran est programmable. Décision : Retenu Justification : Cette solution respect tous les critères mentionnés plus haut. De plus, cet écran est compatible avec plusieurs composantes. Références : [16]

28 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE Pavé numérique Principes et caractéristiques : La dernière option proposée est l utilisation d un pavé numérique USB avec un affichage numérique conventionnel. Un pavé numérique sert à naviguer dans les menus et à pouvoir modifier les paramètres efficacement. À l aide des chiffres du pavé, le client choisi quel aspect modifier et donne une valeur numérique à celui-ci. Le pavé choisi est celui de Targus à 30$ l unité. L affichage se fait à partir d une série de 10 afficheurs à 7 segments avec un coût unitaire d environs 5$. Le coût total est donc de $ pour les 800 clients. Décision : Retenu Justification : Cette solution respecte toutes les contraintes pour l analyse de faisabilité. Références : [17] [18] Interface web Principes et caractéristiques : Notre système se doit d inclure un moyen de commander la piscine à distance. Un des moyens évoqués est l utilisation d une interface web. On suppose que le client à un accès à internet. Le client se connecte sur l interface web avec son numéro d identification et son mot de passe, puis effectue les modifications désirées et marquer les périodes d absences. Une équipe de professionnels doit être engagée pour concevoir une telle interface. Selon les besoins, le prix peut varier. On estime une dépense maximum de $ pour la conception. Décision : Retenu Justification : Ce concept respect tous les critères. Références : [19] Application pour téléphone intelligent Principes et caractéristiques : Une application pour téléphone intelligent est un des candidats potentiels. Cette application est disponible sur le marché virtuel du téléphone en question. Le client doit la télécharger s il veut avoir accès à toutes les fonctionnalités. Un numéro d identification et un mot de passe sont fournis au client afin qu il puisse se connecter via son téléphone. Une fois la validation des informations, il a accès à tous les paramètres de la piscine, tant qu il est branché à une connexion internet. Le coût pour le développement d une application pour téléphone intelligent est d environs 8 000$ selon les fonctionnalités désirées [20]. Une équipe de concepteurs doit être engagée afin de réaliser la conception. Le taux horaire est inclus dans le prix mentionné. Décision : Retenu Justification : Il s agit d un concept valable. Il respecte tous les critères. Références : [20]

29 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE Courrier électronique Principes et caractéristiques : Le client fournit son adresse électronique pour recevoir des relevés hebdomadaires ou journaliers de l état de sa piscine. Il peut également envoyer des courriels pour demander aux techniciens de venir ajuster certains paramètres de la piscine. Ce concept engendre très peu de coûts, mais son efficacité est à discuter. Décision : Refusé Justification : Le temps pour ajuster un paramètre s avère être trop long. De plus, les techniciens ne sont pas disponibles en tout temps. Il est donc impossible de changer ses paramètres à certaines heures. Table 5.2 Analyse de faisabilité pour les commandes manuelles Concepts Faisabilité Décision Physique Économique Temporel socio-env. Console quatre boutons Oui Oui Oui N/A Retenu Écran tactile Oui Oui Oui N/A Retenu Pavé numérique Oui Oui Oui N/A Retenu Interface web Oui Oui Oui N/A Retenu Application pour téléphone Oui Oui Oui N/A Retenu intelligent Courrier électronique Non Oui Oui N/A Rejeté Communication avec le technicien Les techniciens d Éco-Piscines doivent pouvoir communiquer à tout moment avec le centre de gestion afin de pouvoir gérer leurs déplacements et leurs tâches. C est pourquoi le client demande qu on lui fournisse un dispositif transportable que le technicien peut garder sur lui lors de ses déplacements pour faciliter ses actions. Aspects physiques : Doit être transportable. Doit pouvoir communiquer avec le centre de gestion. La localisation doit être précise à au moins 50 mètres près. Aspects économiques : Doit avoir un coût moindre à long terme. Aspects temporels : Doit être livré pour le 31 janvier Aspects socio-environnementaux : La solution doit être écoénergétique.

30 CHAPITRE 5. ANALYSE FONCTIONELLE Ordinateur portable Asus Notebook Principes et caractéristiques : Un ordinateur portable peut effectuer toutes les tâches nécessaires requises pour le technicien, c est-à-dire communiquer sans fil avec le centre de gestion tout en étant portatif. Cet ordinateur portable possède une carte internet Wi-Fi intégrée qui lui permet de communiquer au centre de gestion via un routeur sans fil, et si nécessaire, on peut brancher une extension pour avoir accès au réseau cellulaire [14]. Le prix de cet ordinateur portable se situe autour de 550$. Ce modèle est élégant, facile d utilisation et a des spécifications assez basiques, qui permettent d effectuer le travail nécessaire, sans plus ni moins. Cependant, un tel ordinateur portable consomme relativement beaucoup d énergie et la batterie, d une durée de vie de 5 heures, doit être rechargée avec une prise du secteur ou directement dans la voiture avec l accessoire adéquat[21]. Pour localiser le technicien, un GPS 4 Garmin nüvi 5 (50LM) à été choisi. Ce Garmin se détaille au prix de 140$ [22]. On équipe ces GPS avec des puces qui transmettent instantanément les signaux d emplacement du technicien via satellite. Ces signaux sont captés par des récepteurs installés dans le centre de gestion à distance et ainsi, il est possible de connaître la position du technicien en temps réel. Ce système et précis à environ 15 mètres [23] près et il respecte les délais fixés pour le projet. Par la suite, le centre de gestion reçoit les données de localisation du technicien. De ce fait, il n y a qu à créer un algorithme pour comptabiliser les déplacements. Ce système est totalement automatisé et donne le résultat instantanément. Décision : Retenu Justification : Cet ordinateur répond à tous les critères et facile d utilisation pour le technicien. Il comporte également un outil de localisation dont la comptabilisation se fait directement dans le centre de gestion. Références : [14] [21] [22] [23] [24] [25] Téléphone Sony Xperia Z Principes et caractéristiques : Un téléphone intelligent Sony Xperia Z peut faire presque tout ce qu un ordinateur portable fait. De plus, cet appareil a la capacité de se connecter à la fois au réseau sans fil et au réseau cellulaire, ce qui permet de communiquer avec le centre de gestion peu importe le système de communication choisi. Ce concept répond donc au besoin du technicien de communiquer avec le centre de gestion. De plus, ce téléphone est résistant à l eau, ce qui est à considérer puisque le technicien interagit avec les piscines des utilisateurs. Un tel téléphone a une batterie avec une durée de 11 à 550 heures, dépendamment de son utilisation. Lorsque la batterie est déchargée, elle peut être rechargée directement avec la prise 12V de la voiture, ce qui en fait une solution d autant plus portable et écoénergétique. Le prix d un tel appareil est d environ 700$ pour un téléphone sans contrat. Par contre, la possibilité s offre d avoir une entente avec un fournisseur afin d avoir un contrat d une durée de deux ans qui fait diminuer le prix de l appareil [26]. Pour localiser le technicien, l application «Traceur GPS» est assez simple d utilisation, qui permet de connaître l emplacement exact des appareils de tous les techniciens en temps réel. En plus d être simple, cette application 4. Global Positioning System