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 04 Groupe Expert Conseil Blue-Stream matricule nom signature Clotioloman, Yeo Gueye, Elhadji Moussa Imad, Ammor Néron, Jean-Michel Turgeon, Philippe Université Laval 18 avril 2014

2 Historique des versions version date description 5 février 2014 Création du document février 2014 Mise en forme de la page titre, du chapitre 1 : introduction et du chapitre 2 : description février 2014 Ajout de la section chapitre 3 : Besoins et Objectifs et chapitre 4 : Cahier des charges mars 2014 Mise place de l analyse de faisabilité mars 2014 Mise place de l analyse des concepts.

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 Centre de gestion Support aux techniciens Interactions avec utilisateurs Besoins supplémentaires Analyse des Objectifs Automatiser l entretien Centraliser les données Supporter les techniciens Fournir service clients Minimiser coûts Hiérarchisation des objectifs Cahier des Charges Automatisation de l entretien d une piscine Vitesse de transfert des données Taille en bit des données transférées Simplicité des interventions des utilisateurs Nombre d entrées/sorties Résolution conversion analogique numérique Vitesse de mesure entrées Exécution d algorithmes Portabilité du système i

4 TABLE DES MATIÈRES ii 4.2 Centralisation des données Sécurité des données Période d archivage des données Nombre d utilisateurs simultanés Support aux techniciens Réception de consignes du centre Accès au système local du client Transmission de la position actuelle Mesure des temps d interventions Service aux clients Compte client Accès aux données et archives Coûts Échéancier Conceptualisation et analyse de faisabilité Diagramme fonctionnel Conceptualisation des solutions Exécuter des algorithmes Arduino Pro Mini Raspberry Pi Model B 512MB RAM C-2000 de TexasInstrument Tableau synthèse Conversion numérique analogique Circuit intégré Réseau de résistances Microcontrôleur Tableau synthèse Transférer des données Sans-Fil WI-FI WiMAX Réseau d accès large bande ADSL Réseau IP/MPLS Tableau synthèse Centraliser les données Mac Pro Serveur DELL Power Edge M IBM System x3530 M Tableau synthèse Afficher les données Affichage DEL Écran tactile Écran et boutons

5 TABLE DES MATIÈRES iii Tableau synthèse Support à distance aux techniciens Téléphone intelligent Tablette Ordinateur Tableau synthèse Sécuriser les données TrueCrypt 6.1a KASPERSKY TOTAL SECURITY FOR BUSINESS Compagnie Niveau Tableau synthèse Archiver les données Serveurs de données EMC LaCie 5big NAS Pro Tableau synthèse Interface du client Twitter Bootstrap Module de gestion PHP Web Solutions Tableau synthèse Étude préliminaire Plan d analyse des concepts Élaboration et évaluation des concepts Concept Exécuter des algorithmes : Arduino Pro Mini Conversion numérique Analogique : Microcontrôleur Transfert des données : WI-FI Centraliser les données : Mac Pro Serveur Afficher les données : LCD-B Arduino Shield Support à distance aux techniciens : Samsung Galaxy S Sécuriser les données : Niveau Archiver les données : Mac Pro Serveur Interface du client : 02Web Concept Exécuter des algorithmes : Arduino Pro Mini Conversion numérique : Microcontrôleur Transférer des données : Sans-Fil WI-FI Centraliser les données : Mac Pro Serveur Afficher les données : Écran et boutons Gestion des techniciens : Téléphone intelligent Sécuriser les données : TrueCrypt 6.1a

6 TABLE DES MATIÈRES iv Archiver les données : LaCie 5big NAS Pro Interface Client :Twitter Bootstrap Concept Exécuter des algorithmes : Raspberry Pi Conversion numérique : Circuit intégré Transférer des données : Centraliser les données : Afficher les données : Gestion des techniciens : Sécuriser les données : Archiver les données : Interface Client : Concept Retenu Matrice de décision Interprétation des résultats Description du concept choisi Conclusion Bibliographie 52 A Liste des sigles et des acronymes 59 B Conversation avec IBM 60

7 Table des figures 3.1 Organigramme des objectifs du projet Qualit Eau Maison de la qualité Diagramme fonctionnel du projet Qualit Eau v

8 Liste des tableaux 4.1 Évaluation de la simplicité des interventions des utilisateurs Évaluation de la capacité d exécution d algorithmes Évaluation de la sécurité des données Évaluation de la réception de consignes du centre Évaluation de l accès au système local du client Évaluation de la mesure des temps d interventions Évaluation du compte client Évaluation de l accès aux données Tableau récapitulatif des critères d évaluation Évaluation de la fonction exécution d algorithmes Synthèse de l évaluation de la fonction exécution d algorithmes Évaluation de la fonction de conversion A/N Synthèse de l évaluation de la fonction de conversion N/A Évaluation de la fonction transfert des données Synthèse de l évaluation de la fonction de transfert des données Évaluation de la fonction centraliser les données Synthèse de la centralisation des données Évaluation de la fonction afficher les données Synthèse de l évaluation de la fonction afficher les données Évaluation de la fonction gérer les techniciens Synthèse de l évaluation de la fonction gestion des techniciens Évaluation de la fonction Sécuriser les données Synthèse de l évaluation de la fonction sécuriser les données Évaluation de l affichage des données Synthèse de l évaluation de l affichage des données Évaluation de l interface client Synthèse de l évaluation de l interface client Plan de développement des concepts Tableau synthèse des résultats des calculs Tableau matrice de décision vi

9 Chapitre 1 Introduction Le niveau de vie actuel de la société nord-américaine est rendu à un point tel que les individus possèdent un calendrier surchargé. On a tendance à négliger certaines tâches quotidiennes telles que l entretien ménager ou la cuisine. Les avancées technologiques modernes permettraient des solutions pour accomplir certaines de ces obligations. Parmi elles, l entretien des piscines domestiques est une obligation qu on aimerait déléguer en raison du temps à investir régulièrement et de sa complexité. Le client, l entreprise Éco-Piscines de Lévis, fait appel à notre équipe d experts-conseil Blue-Stream afin de développer le projet Qualit Eau. Notre mandat est d étudier la conception d un système qui permet la gestion automatique des piscines pour offrir une eau de qualité tout en respectant une orientation du développement durable. Notre équipe fournit dans ce rapport les six points importants suivants : une courte description du problème, suivi des besoins et objectifs visés par le projet, un cahier des charges, la conceptualisation et l analyse de faisabilité, l étude préliminaire et une présentation du concept retenu. 1

10 Chapitre 2 Description L entreprise Éco-Piscines spécialisée dans la vente, l installation et l entretien de piscines privées nous soumet un projet qui consiste à réaliser un système de gestion performant des piscines à un tarif concurrentiel pour sa clientèle. Éco-Piscines désire un système de contrôle automatisé de la qualité d eau des piscines privées se basant sur le taux de chlore, la température de l eau, la quantité d eau dans les piscines, etc. Les mesures de ces paramètres doivent constituer une base de données centralisée pour permettre leur analyse par l entreprise et les intervenants sur le terrain. Notre système de gestion de piscines privées doit donc permettre aux techniciens de consulter ces données à l aide d appareils électroniques portables. Ils peuvent ainsi recueillir à distance ces données, quelle que soit leur localisation, en vue de mettre en place les horaires d entretien et intervenir en cas d urgence. D autre part, Éco- Piscines désire mettre à la disposition des clients un système local de contrôle de certains paramètres comme la température ou la quantité de l eau. De plus, notre système de gestion des piscines doit répondre aux exigences d économie d énergie et aux normes écologiques. Enfin le système de gestion automatisé des piscines privées doit permettre aux clients d avoir accès à l aide de leurs appareils électroniques aux statistiques de leur piscine en temps réel. Ils peuvent ainsi accéder au calendrier à venir, afin de le modifier le cas échéant et/ou effectuer le paiement de leurs factures. 2

11 Chapitre 3 Besoins et Objectifs 3.1 Analyse des besoins Lors de sa présentation, le client a émis un ensemble de besoins sur lesquels notre groupe Expert Conseil Blue-Stream devra se baser pour mener à terme le projet Qualit Eau Dispositif local Premièrement, un dispositif de commande local doit permettre de contrôler différents paramètres en utilisant au minimum 12 signaux analogiques entrées/sorties dans l intervalle 1-5 volts avec une résolution minimale de volts et à une fréquence d échantillonnage minimale de 1 Hertz. Ainsi ces signaux doivent permettre de mesurer et commander différents paramètres de la piscine. Des connecteurs doivent être utilisés pour le raccordement. Le dispositif local de commande est un boîtier extérieur d un volume maximal de 0.04 m 3 capable d être remisé et d exécuter des algorithmes de commande. Ce boîtier doit avoir une interface qui affiche les variables relatives à l état actuel de la piscine et permettre la saisie de consignes par l usager. Le transfert des informations vers le centre de gestion doit respecter une fréquence minimale de 0.2 Hertz et ces informations sont les variables mesurées, les variables de commandes et les consignes. Enfin les techniciens doivent avoir accès au dispositif local de commande pour le paramétrage, la mise à jour, etc Centre de gestion Un centre de gestion des données doit permettre l archivage sur une période de 5 ans ou plus, des données des utilisateurs telles que les variables mesurées, les variables de commande et les consignes. Ainsi le centre de gestion permettra de faire des calculs et la compilation des statistiques qui permettront la planification des interventions, la transmission des directives aux techniciens et la gestion des stocks. 3

12 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Support aux techniciens Pour renforcer l efficacité des interventions, les techniciens doivent avoir accès au centre de gestion via un appareil mobile. Cela permet la réception des directives transmises par le centre de gestion et avoir accès au centre de gestion pour consulter les données et documenter les interventions. Ceux-ci doivent avoir accès au système local dans le but de modifier le paramétrage. Aussi, une localisation des techniciens avec une précision minimale de 50 mètres et une comptabilisation du temps des interventions doivent être possibles Interactions avec utilisateurs Le dispositif local de commande doit permettre la modification des consignes par l utilisateur pour la piscine. De plus, un accès au centre de gestion pour les utilisateurs doit permettre de visualiser les données en temps-réel et archivées via une plate-forme mobile. Il faut également que l utilisateur puisse saisir ses périodes d absence, consulter son dossier et faire des paiements par carte de crédit Besoins supplémentaires De plus, notre système doit avoir une capacité de 200 utilisateurs simultanés consultant les informations centralisées. La disponibilité du système doit être maximisée ainsi que sa sécurité. Pour finir, le système doit être livré au plus tard le 31 janvier 2015 à un coût de revient maximal sur 5 ans de 750$ par dispositif. 3.2 Analyse des Objectifs Selon les besoins du client, l entreprise Éco-Piscines, il est possible d émettre l ensemble des objectifs suivants (voir 3.1) : automatiser l entretien d une piscine, centraliser les données, supporter les techniciens, fournir un service aux clients et minimiser les coûts Automatiser l entretien Il est nécessaire d automatiser l entretien d une piscine et minimiser les interventions des utilisateurs. Notre système local installé à même la piscine doit pouvoir transférer les données recueillies vers un centre de gestion. Les sorties devront être influencées par les entrées du système. Il faut aussi permettre une gestion optimale des ressources à l aide d une plateforme qui supporte l exécution d un algorithme. Pour permettre le remisage du système en hiver il est nécessaire de rendre le système portable et mobile en plus de permettre un accès local aux paramètres du système local par les techniciens.

13 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Centraliser les données L objectif de centraliser les données des piscines inclut la sécurisation des données, un accès qui limite l accès à certaines informations. De plus, le système doit archiver les données des utilisateurs, ce qui inclut une possibilité d accumuler un certain volume d information et rendre ces données accessibles Supporter les techniciens Le système doit permettre aux techniciens de recevoir les consignes provenant du système de gestion, leur donner un accès au système local et leur fournir un accès aux données du client. De plus, les objectifs incluent la possibilité de transmettre la position actuelle des techniciens et de calculer la durée des interventions Fournir service clients Il faut donc fournir un compte pour accéder à leurs paramètres personnels. De plus, il est nécessaire de donner un accès aux données des particuliers se rapportant aux paramètres de leur piscine, aux paiements, aux horaires d entretien, etc Minimiser coûts Enfin, un dernier objectif est de minimiser le coût d implantation d un tel système. Il est nécessaire de réduire le coût du système local implanté près de la piscine, réduire le coût global du système de gestion et des outils électroniques des techniciens. 3.3 Hiérarchisation des objectifs Figure 3.1 Organigramme des objectifs du projet Qualit Eau

14 Chapitre 4 Cahier des Charges Les critères d évaluation qui utilisés pour comparer différentes solutions sont divisées selon leurs importances relatives dans le projet. Le principal est l automatisation de l entretient d une piscine, valant 35%. La centralisation des données occupe le cinquième, ainsi que le service aux clients (20%). Le support aux techniciens (15%), le service aux clients (17%), la minimisation des coûts(10%) et l échéancier (5%) sont les derniers critères étant donnés qu ils sont plutôt secondaires dans le projet. Le tableau 4.9 présente les différents critères. 4.1 Automatisation de l entretien d une piscine Pour réduire le travail exigé par l entretient d une piscine, il est nécessaire d automatiser la gestion de la piscine à l aide d un système portable, simple d utilisation et permettant le transfert des données. Il est aussi intéressant d optimiser la gestion des ressources, être rapide et être précis. Cet aspect principal du projet représente environ le tiers, soit 35 % Vitesse de transfert des données Le transfert de données du système local de la piscine vers le centre de gestion, doit se faire à une fréquence minimum de 0.2 Hertz. Il faut donc une très bonne communication avec le centre de gestion qui est évalué selon la formule suivante avec une pondération de 5% : 5v + 1, v ɛ ]0, 0.2] Hz (4.1) La variable v représente la vitesse de transfert (Hz). Une note de 100 % peut être obtenue si la fréquence tend vers 0.0. Si la fréquence est supérieure à 0.2 Hertz, la solution est rejetée Taille en bit des données transférées Il faut prévoir l envoi des 12 variables mesurées, 12 variables de sorties et 12 possibilités de consignes, donc un minimum de 36 bites d envoi. Ce critère a une importance de 4%. b, b ɛ [36, 144] bits (4.2) 144 6

15 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 7 Où b représente le nombre de bits. Une note de 100 % peut être obtenue si la capacité d envoi en terme de bites est de 144 ou plus. Le minimum est de 36 données (bites) Simplicité des interventions des utilisateurs Afin que l utilisateur puisse modifier certains paramètres simplement et rapidement (température, niveau d eau, etc), il lui faut comprendre aisément l interface de paramétrage. L expérience utilisateur est évaluée avec une pondération de 8% avec le tableau 4.1. Barème Description 0.00 Afficheur très petit, très complexe à paramétrer Interface moyen, nécessite formation ou manuel utilisation Afficheur relativement aisé à comprendre, peu convivial Très facile à comprendre permettant d intervenir simplement. Table 4.1 Évaluation de la simplicité des interventions des utilisateurs Un accès très simple d utilisation permet la meilleure note. Au contraire, le projet est écarté dans le cas de l absence d un interface ou afficheur Nombre d entrées/sorties Le dispositif doit posséder au minimum 12 entrées et 12 sorties. Ce critère est évalué, avec une pondération de 4%, selon l équation : N 12, N ɛ [12, 24] entrees sorties (4.3) 12 Une note maximale est attribué si le dispositif possède 24 entrées et 24 sorties, ce qui correspond au double de la demande du client. Un minimum de 12 est exigé, sinon le dispositif proposé est rejeté Résolution conversion analogique numérique Le système doit permettre un contrôle de 12 signaux entrées sorties entre 1-5 V. Le dispositif doit convertir des signaux analogiques en numérique avec une résolution minimale de volts. Ce critère est évalué, avec une pondération de 4%, comme suit : r + 0.1, b ɛ ]0, 0.015] volts (4.4) Une note de 100 % peut être obtenue si la conversion est optimale (près de V). Un minimum de V de résolution r en volt est obligatoire, sinon le dispositif est rejeté.

16 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Vitesse de mesure entrées Le dispositif doit aussi lire les signaux d entrées à toutes les secondes, au minimum. Ce critère représentant 3% de la conception finale est évaluée comme suit : f 1, f ɛ [1, 100] Hz (4.5) 99 f, la fréquence d échantillonnage en Hertz. Une lecture qui tend vers 100 Hz permet une note optimale de 100%. Un minimum d une fréquence de 1 Hertz est exigé Exécution d algorithmes Le dispositif local doit exécuter localement les algorithmes liés à la gestion optimale des ressources, par exemple, l économie d eau et d électricité. La taille de l algorithme et la vitesse d exécution des commandes est donc évalué, avec une pondération de 4%, selon le barème : Barème Description 0.00 Permet d asservir les sorties en fonction des entrées Permet l exécution d algorithmes simples Exécute des algorithmes moyennement complexes Exécute des algorithmes très complexes tel un ordinateur. Table 4.2 Évaluation de la capacité d exécution d algorithmes Un dispositif pouvant faire des calculs complexes obtient une note maximal. Sinon, un dispositif n étant pas capable de faire d algorithme est rejeté Portabilité du système Le dispositif local doit pouvoir être, c est pourquoi, il doit être portable. Cela implique le volume occupé par le dispositif. Celui-ci se limiterait à 0.04 m 3. Ce critère est évalué, avec une pondération de 3%, à l aide du barème : a , a ɛ ]0, 0.04] m3 (4.6) Une note de 100% est attribué si le volume a est près de 0, donc que le dispositif est ultra portable. Si le volume du dispositif est supérieur à 0.04 m 3, celui-ci est rejeté. 4.2 Centralisation des données Les données doivent être stockées et permettre l accès par les utilisateurs, tout en offrant une sécurité informatique. Ce critère est pondéré à 20 % étant donné son importance cruciale.

17 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Sécurité des données Les données doivent être stockées de manière à assurer un accès à distance exclusif à la compagnie, aux utilisateurs et aux techniciens. Le système doit prévenir l intrusion d intrus dans le système. Ce critère est pondéré à 3 % et évalue la sécurité selon le tableau 4.3 : Barème Description 0.00 Aucune sécurité, absence de limitations d accès aux données Interface moyen, nécessite formation ou manuel utilisation Sécurité minimale limitant l accès à certaines informations Sécurité moyenne limitant l accès à distance aux données Accès sécurisé, permettant de se connecter avec identifiant. Table 4.3 Évaluation de la sécurité des données Une note maximale est atteinte si le système présente une protection infaillible. Dans le cas de l absence de sécurité, une note de 0 % est attribuée Période d archivage des données Le système du centre de gestion doit permettre de stocker les données des clients pendant une période d au moins cinq ans et les pertes. Ce critère est évalué selon 4.7 (7 %). D 5ans, D ɛ [5, 25]annees (4.7) 20ans Une note maximale est attribuée pour une durée D de 25 ans ou plus. Une durée de 5 ans permet d avoir une note minimale, tandis qu une période inférieure entraine le rejet Nombre d utilisateurs simultanés Le système doit permettre à l utilisateur d accéder aux données des piscines en temps réel, aux statistiques, etc. Ces informations doivent être accessible à distance dans le but d accommoder 200 utilisateurs en même temps, ce qui représente 10 % du projet : N 200, N ɛ [200, 2200] personnes (4.8) 2000 Une cote de 100 % peut être obtenue par une capacité N de 2200 utilisateurs ou plus simultanés accédant aux données. Une possibilité de 200 utilisateurs entraine une note minimale. Le rejet du concept est causé par un nombre inférieur à Support aux techniciens Un appareil électronique est fourni aux techniciens afin qu ils puissent accomplir certaines tâches, comme accéder au centre de gestion ou même accéder au dispositif local. Étant donné que cet aspect est essentiel, mais secondaire, à la gestion des piscines, il vaut 15 % du projet.

18 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Réception de consignes du centre L appareil du technicien se doit d accéder au centre de gestion afin de récupérer les consignes et/ou horaires de la journée. Donc, il doit être connecté en tout temps pour recevoir de nouvelles consignes. Une pondération de 5% est attribuée et le barème est le suivant : Barème Description 0.00 Accès lent, peu fiable, peu rapide Accès rapide, mais peu fiable selon localisation Accès rapide et relativement fiable Accès rapide, fiable, permet différents type de communication. Table 4.4 Évaluation de la réception de consignes du centre Une note de 100% est attribué si l appareil peut se connecter en tout temps et localisation au centre de gestion de diverse manières. Celui-ci est rejeté s il ne permet pas de connection Accès au système local du client L appareil des techniciens doit être capable de se connecter au système local du client pour aller chercher des données à l aide d une connexion à distance. Ce critère ayant pour pondération 4% est évalué avec le barème suivant : Barème Description 0.00 Accès à certaines données du client Accès à certains moment aux données 0.66 Accès à toutes les données Accès de différentes façons à toutes les données. Table 4.5 Évaluation de l accès au système local du client Une note maximale est attribué s il permet plus de 2 types de communications. Un minimum d un moyen de communication est obligatoire, sinon l appareil est rejeté Transmission de la position actuelle L appareil doit localiser un technicien avec une incertitude maximale de 50 mètres et pouvoir transmettre cette position. Ce critère de 3% est évalué de la façon suivante : 1 + a, a ɛ ]0, 50] m (4.9) 50 Une note maximale est donnée si l incertitude a tend vers 0 mètres. La note minimale correspond à une incertitude de 50 mètres. Si l incertitude supérieur, l appareil est rejeté.

19 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Mesure des temps d interventions L appareil des techniciens doit être capable de comptabiliser son temps de travail. Ce critère de 3% est donc évalué à l aide du barème qualitatif suivant : Barème Description 0.00 Comptabilisation du temps fait manuellement Comptabilise les déplacements automatiquement Comptabilisation du temps d intervention et déplacements Comptabilise les déplacements, les intervention, les pauses... Table 4.6 Évaluation de la mesure des temps d interventions Une cote maximale est attribuée si l appareil permet la comptabilisation automatique complète. Si le système ne peut pas comptabiliser, il est rejeté. 4.4 Service aux clients Le service aux clients représente 17 %, ce qui quantifie l interface et de l accessibilité Compte client Le système doit permettre à l utilisateur d avoir une interface agréable pour consulter ses informations, simple, convivial et personnalisé. Cet aspect représente 10 %. Barème Description 0.00 L accès aux données très complexe, très peu conviviale Interface moyennement aisée à comprendre Interface aisée à comprendre Interface simple, très conviviale, personnalisé. Table 4.7 Évaluation du compte client Un accès très simple d utilisation permet la meilleure note. Au contraire, le projet est écarté dans le cas de l absence d une interface utilisateur Accès aux données et archives Il est aussi important que l utilisateur aie un accès à ses données pour permettre d effectuer des paiements, de modifier des paramètres, etc. Ces données doivent être accessible à distance sur le plus grand nombre de plateformes possibles. Le barème (7%) est le suivant : Un accès maximal entraine la meilleure note tandis qu un accès impossible mène au rejet de la solution proposée.

20 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 12 Barème Description 0.00 Accès aux données impossible sur la plupart des plateformes Accès à toutes les données sur un support électronique Accès sur quelques plateformes mobiles à toutes les données Accessibilité maximale aux données sur toutes plateformes. Table 4.8 Évaluation de l accès aux données 4.5 Coûts Le coût total du projet est limité à 750 $ par dispositif local pour une période de 5 ans. C est pourquoi ce critère représente 8 % du projet. Ce critère peut être quantifié de la manière suivante pour chaque unité sur 5 ans : 750 P 750, P ɛ ]0, 750] en $ (4.10) Une note maximale est attribuée à un système qui revient à un prix P moindre. Un coût par unité pour une période de 5 ans supérieur à 750 $ le rejet automatique de la solution. 4.6 Échéancier Le projet doit être livré au client au plus tard le 31 janvier Ce critère est pondéré de 5% car l objectif premier n est pas la rapidité de livraison, mais qu une avance sur l échéancier bonifie le concept. Le résultat dépend du mois de livraison depuis janvier 2014 : 12 m, m ɛ [0,12] en mois (4.11) 12 Où m, le nombre de mois depuis 01/2014 (février 2014 = 1, décembre 2014 = 11). Une livraison en janvier 2015 donne 0. Le projet est rejeté si la date dépasse 01/2015.

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 13 Critère d évaluation Pond. Barème Min Max 4.1 Automatisation de 35% l entretien d une piscine Vitesse de transfert des 5% 5v + 1, v ɛ ]0, 0.2] Hz 0.2 Hz données b Taille en bit des données 4%, b ɛ [36, 144] bits 144 transférées Simplicité des 8% Barème qualitatif interventions des utilisateurs N Nombre d entrées/sorties 4%, N ɛ [12, 24] E/S r Résolution conversion 4% + 0.1, r ɛ ]0, 0.015] V analogique numérique 15mV/div f Vitesse de mesure 3%, f ɛ [1, 100] Hz 1 Hz 99 entrées Exécution d algorithmes 4% Barème qualitatif a Portabilité du système 3% 0.04 m m Centralisation des données 20% Sécurité des données 3% Barème qualitatif D 5ans Période d archivage des 7%, D ɛ [5, 25] annees 5 ans 20ans données Nombre d utilisateurs 10% N 200, N ɛ [200, 2200] pers. 200pers 2000 simultanés 4.3 Support aux techniciens 15% Réception de consignes 5% Barème qualitatif du centre Accès au système local 4% Barème qualitatif du client Transmission de la position actuelle Mesure des temps d interventions 3% 1 + a, a ɛ ]0, 50] m 50 m 50 3% Barème qualitatif Service aux clients 17% Compte client 10% Barème qualitatif Accès aux données et archives 7% Barème qualitatif P 4.5 Coûts 8%, P ɛ ]0, 750] $ $ 12 m 4.6 Échéancier 5%, m ɛ [0,12] mois 12 jan/2015 Table 4.9 Tableau récapitulatif des critères d évaluation

22 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 14 CRITÈRES Automatisation Centralisation Support aux techniciens Service aux clients Coût Éch. OBJECTIFS Automatiser l'entretien des piscines Centraliser les données des piscines Supporter les techniciens Fournir un service aux clients Minimiser les coûts Vitesse de transfert des données Taille en bite des données transférées Simplicité des interventions des utilisateurs Nombre d'entrées/sorties Résolution de la conversion analogue numérique Transférer les données Minimiser les interventions de l'utilisateur Permettre une gestion optimale ressources Asservir les sorties en fonction des entrées Permettre une portabilité du système Permettre accès par techniciens aux données Sécuriser les données Archiver les données des utilisateurs Rendre les données accessibles Recevoir consignes du système de gestion Donner un accès au système local Fournir un accès aux données du client Transmettre la position des techniciens Calculer durée des interventions Fournir un compte client Donner un accès aux données Réduire le coût du système local Réduire le coût du service de gestion Réduire coût des appareils des techniciens Vitesse des mesure entrées Exécution d'algorithmes Portabilité du système Sécurité des données Période d'archivage des données Nombre d'utilisateurs simultanés Réception des consignes du centre Accès au système local du client Transmission de la position actuelle Mesure des temps d'intervention Compte client Accès aux données Minimisation des coûts Respect de l'échéancier 0.2 Hz max 15mV/div < 0.04 m 3 min 5 ans min 200 pers. max 50m max 750 $ max jan/2015 CONTRAINTES Corrélation forte Corrélation moyenne Corrélation faible Figure 4.1 Maison de la qualité.

23 Chapitre 5 Conceptualisation et analyse de faisabilité 5.1 Diagramme fonctionnel Le projet Qualit Eau se divise en plusieurs fonctions reliées entre-elles qui produisent des extrants en fonction de différents intrants du système, illustrés dans la figure 5.1. Figure 5.1 Diagramme fonctionnel du projet Qualit Eau 15

24 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Conceptualisation des solutions Exécuter des algorithmes Le système local doit pouvoir exécuter des algorithmes pour gérer les commandes, les informations des capteurs, donc asservir les sorties en fonction des entrées, en plus de transférer des données vers un système d envoi et d affichage. Le concept retenu doit avoir une certaine vitesse d exécution, un volume raisonnable et un prix abordable tout en respectant l échéance du 31 janvier Ce système pourra utiliser des algorithmes pour convertir un signal analogique en numérique. Les signaux en entrée doivent être échantillonnés à toute les secondes, avec une résolution d au moins Volts par division. Les principales contraintes sont présentés dans le tableau 5.1, suivi des différentes solutions, puis un tableau synthèse en 5.2. Dans chacun des cas un boitier doit être ajouté, un connecteur, un écran (voir section 5.2.5) et un diviseur tension pour ajuster la tension entre 1 et 5V. Aspect Critères Contraintes Vitesse d exécution N/A Physique Nombre d entrées Min. 12 Vitesse d échantillonnage Min. 1 Hz Volume Max. 0.04m 3 Économique Coûts du système Max. 750$/an/syst. Temporel Disponibilité Max. 31 jan 2015 Social-envir. N/A N/A Table 5.1 Évaluation de la fonction exécution d algorithmes Arduino Pro Mini L ATmega328 monté sur un circuit minimaliste appelé Arduino Pro Mini [1] est un microcontrôleur en matériel libre («open-source») qui peut être programmé dans le but d exécuter un algorithmes plus ou moins sophistiqué. Un programme, le «Bootloader» y est déja installé pour permettre de programmer le microcontroleur à l aide du logiciel gratuit d Arduino et transférer le code par un simple périphérique USB [4]. De plus, ce microcontrôleur supporte la communication SPI [2] et I2C [3]. Ne comportant que 8 entrées analogiques [5], il est nécessaire d ajouter un multiplexeur (MUX) [8] comme le 4051 [9] pour permettre la lecture de 8 entrées avec une entrée analogue unique. Ces entrées qui peuvent être reliées par un connecteur tel que le connecteur étanche à l eau femelle ( ND [7]) à l intérieur d un boitier 1550WEBK [10] noir étanche à l eau d un volume de 0.001m 3. Le diviseur de tension qui peut être monté à l aide de résistances montées en surface à environ 0.01$ chacune [28], permet de transférer le nombre de divisions initiales sur l intervalle 1-5V, augmentant ou diminuant ainsi la précision selon la plage initiale. Les 8 entrées analogues du microcontrôleur on une fréquence d échantillonnage de 10kHz, une résolution de 4.9mV/div (10 bits) et 6 des 14 sorties supportent le PWM [11]. Une carte appelée le Shield Arduino permet au microcontrôleur

25 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 17 de se connecter à un réseau local et à Internet via différents protocoles (TCP/IP hardware TCP, UDP, ICMP, IPv4 ARP, IGMP, PPPoE, Ethernet) par une connexion ADSL [12]. Cette carte, en plus d intégrer un support pour carte SD, est directement compatible avec les modules Arduino à un prix de 36$ [14]. Différentes ressources sont disponibles gratuitement en ligne pour supporter les communication de donnée. Dans le cas où une communication cellulaire serai choisi pour l échange de données, le module Cellular Shield for Arduino [15] permet la connections au réseau cellulaire pour un prix de 80$ [16] à l aide d une carte SIM. Ce concept d exécution d algorithmes revient aux environs de 30$ par dispositif au total en plus du module de communication sans fil(arduino : 7.96$ [6] + Connecteur 4.81$ + Mux 0.22$ + Boitier 14.70$). Décision : Retenu Justification : Ce concept est retenu en raison de son faible coût, son volume réduit, ses performances et sa simplicité d implantation dans notre projet. Cette solution est susceptible de rencontrer toutes les exigences, permettant certainement de simplifier notre système et réduire le temps de développement en raison du nombre réduit de composantes et des ressources disponibles en ligne libres de droit Raspberry Pi Model B 512MB RAM Le raspberry Pi [17] [18] est en quelque sorte un ordinateur miniaturisé permettant l exécution de systèmes d exploitation libres grâce à son processeur ARM 700 MHz, permettant une fréquence d échantillonnage de 10MHz, et ses 512 Mo de mémoires vives. Celui-ci est disponible pour environ 40$ l unité. Il possède 17 entrées/sorties GPIO, ainsi que des ports USB, Ethernet (permettant une connection directement à un réseau de données) et une sortie vidéo HDMI ou composite. Le module inclut aussi un connecteur pour une carte mémoire SD. Il supporte les types standards de communication, c est-à-dire I2C et SPI. Cependant, étant donné que celui-ci ne possède pas d entrées analogiques, un convertisseur analogue vers numérique doit être ajouté, comme le MAX11060GUU+ [19] communiquant par SPI et incluant 4 convertisseurs dans un même circuit intégré (7.33$ * 4). La taille du Raspberry est minimale, correspondant à celle d une carte de crédit. Un connecteur étanche doit aussi être ajouté pour permettre la connexion d au moins 12 entrées (4.81$) [7] en plus d un boitier étanche 1550WMBK (10.25$) [20] de m 3. Ce concept de solution aurait un coût qui revient aux environs de 85$. L ajout du module PRS/GSM SIM900 à 46.55$ permet au Raspberry Pi de se connecter à un réseau cellulaire [21]. Pour ce connecter à un routeur sans fil, nous devrons ajouter une clé usb WI-FI : Adaptateur USB sans fil N de Linksys au prix de $. Décision : Retenu Justification : Le concept présente une solution à un coût plus important, mais avec un volume minimal, tout en respectant possiblement la majorité des exigences du client. Il permet une connectivité nécessaire au bon fonctionnement du produit, de la durabilité et de la facilité de remplacement.

26 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ C-2000 de TexasInstrument Cette plateforme d évaluation peu dispendieuse (20$) permet d utiliser le microntrôleur C2000 Piccolo [22] facilement en intégrant sur un même circuit imprimé les diverses composantes et connexions nécessaires, incluant une horloge de 60MHz [23]. Ce module permet les communications habituelles entre différents circuits intégrés, c est-à-dire SPI et I2C. Le logiciel de développement et des exemples sont aussi disponible pour la programmation d algorithmes. Cette solution propose 22 entrées/sorties, une mémoire interne et de 6 convertisseurs analogiques/numériques intégrés fonctionnement de 0 à 3.3V (un diviseur tension constitué de résistances montées en surface à environ 0.01$ chacune [28] peut être ajouté pour permettre la lecture de 1-5V avec une précision de 10 bits, soit 0.005V/div, en plus d un MUX pour en augmenter le nombre comme le 4051 [9]). Il est aussi nécessaire d inclure un boitier et un connecteur, tel que présenté dans la première solution ( ) pour un total de 45$. L ajout d un module de communication sans fil, tels ceux proposé pour le microcontrôleur Arduino Pro Mini (Concept ), permet de transférer des données entre le système d exécution d algorithmes et le système de centralisation des données. Décision : Retenu Justification : Son faible coût, sa simplicité de montage au niveau physique, sa disponibilité et ses capacités d exécuter des algorithmes complexes rapidement font de ce concept une solution qui peut répondre parfaitement aux besoins du client Tableau synthèse Concept Faisabilité Décision Physique Économique Temporel Socio-env. Arduino oui oui oui N/A retenu Raspberry Pi oui oui, mais oui N/A retenu C-2000 oui oui oui N/A retenu Table 5.2 Synthèse de l évaluation de la fonction exécution d algorithmes Conversion numérique analogique Le système doit être en mesure de convertir 12 signaux numériques provenant du système d exécution d algorithmes vers des signaux de sortie analogiques, via des connecteurs de sortie. Les contraintes se retrouvent dans le tableau 5.3 et le résumé des différents concepts dans le tableau 5.2.

27 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 19 Aspect Critères Contraintes Physique Résolutions Min V/div. Nombre sorties Min. 12 Économique Coûts du système Max. 750$ /an/syst. Temporel Disponibilité Max. 31 jan 2015 Social-envir. N/A N/A Table 5.3 Évaluation de la fonction de conversion A/N Circuit intégré Une des solutions possibles pour convertir le signal provenant du système d exécution d algorithmes est l utilisation d une composante intégrée comme le DAC no. ADAU1962AWBSTZ [25]. Celle-ci reçoit, sous forme de signal numérique standard, que ce soit en I2C, SPI ou série, la tension désirée en sortie [24]. Les 12 bits permettent d obtenir 4096 divisions entre les tensions se retrouvant à ses bornes, c est-à-dire une résolution d environ V/div pour un signal entre 1 et 5 V. Le taux d échantillonnage peut varier entre 32k et 192kHz. Cette composante intégrée présente 12 convertisseurs sous le même boitier pour montage en surface à un prix de 7.94$. Décision : Retenu Justification : Cette proposition est retenue en raison de la multitude de communications permises entre ce composant et le système de contrôle. De plus, ce circuit intégré est abordable tout en étant simple d implantation. La solution de l usage d un circuit intégré répond aux exigences du projet Réseau de résistances Un réseau de résistances permet de convertir un signal numérique vers un signal analogique [26] [27]. Ce montage est constitué des entrées de chaque bits représentant la valeur désirée, puis de résistances (environ 0.01$ chaque [28]) en série ayant des valeurs qui augmentent d une puissance de 2 en fonction du poids de chaque bit (LSB vers MSB), et enfin d un amplificateur opérationnel (exemple le circuit intégré BA10324AF-E2 en comprenant 4 pour 0.18$ [29]). Ce circuit très simple devient cependant plus complexe dans le cas de l utilisation de 9 bits ou plus pour les 12 sorties, tel qu exigé par le projet. Celui-ci implique un minimum de 108 (9 X 12) fils entre le microcontroleur et le convertisseur, ce qui exige un grand nombre de sorties du système de contrôle. La solution a pour avantage d être peu couteuse, c est-à-dire aux environs de 10$ au total incluant le circuit imprimé et toutes les composantes. D un autre côté, la précision des résultats et la résolution varie aussi selon la qualité de construction des composantes choisies et en fonction du bruit causé par le circuit imprimé. Décision : Rejeté Justification : Malgré la simplicité d un tel système pour convertir un signal numérique vers analogue, son inefficacité et l ampleur de l assemblage causent un rejet de cette solution.

28 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 20 Il est alors difficile de prévoir si ces paramètres répondrons aux exigences Microcontrôleur La plupart des microntrôleurs possèdent une sortie qui module la largeur des impulsion, entre 0 et 1 logique, à sa sortie (PWM) [30]. Cela signifie qu en contrôlant la largeur des impulsions, il est possible d obtenir une tension moyenne de n importe quelle valeur entre les 2 états haut et bas du signal carré. En ajoutant un filtrage RC dans le circuit, il est possible d obtenir un signal avec une ondulation faible pour se rapprocher du signal analogique, à l aide d un simple condensateurs d environ 1uF(0.0071$ l unité) [32] et une résistance de 10kOhms(0.0017$ l unité) [33], pouvant être ajustés selon la rapidité de changement ou la précision du signal. Malgré que cette solution peut causer des interférences et parfois des bruits audibles, elle permet de réduire la consommation du circuit. La solution des microcontrôleurs varie entre 10 et 50$ par unité [31], mais celle-ci peut être directement intégrée dans le système d exécution d algorithmes si celui-ci le permet comme dans les solutions et Dans ce cas, un démultiplexeur est nécessaire pour passer d une sorties vers 8 sorties analogiques [8], comme le modèle 4051 [9] à 0.22$ unitaire. Décision : Retenu Justification : Dans le cas où le système d exécution d algorithmes supporte la modulation comme dans les solutions et de la largeur d impulsions, l implantation de cette solution serait considérablement simplifiée. Aucun investissement supplémentaire en terme de matériel serait alors nécessaire pour commander les 12 sorties analogiques Tableau synthèse Concept Faisabilité Décision Physique Économique Temporel Socio-env. Circuit intégré oui oui oui N/A retenu Réseau résistances non oui non N/A rejeté Microcontrôleur oui oui oui N/A retenu Table 5.4 Synthèse de l évaluation de la fonction de conversion N/A Transférer des données Le client dans sa présentation a émis le vœux de pouvoir transférer les données recueillies par le dispositif local vers le centre de données et vice-versa. C est dans cet optique que nous allons présenté dans cette section un ensemble solutions qui permettront de répondre à ce besoin. Les contraintes sont résumées dans le tableau 5.5 et l ensemble des solutions dans le tableau 5.6.

29 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 21 Aspect Critères Contraintes Physique Vitesse de transfert Min. 0.2 Hz Économique Coût du système 750 $ Temporel Disponibilité Max. 31 jan 2015 Social-envir. N/A N/A Table 5.5 Évaluation de la fonction transfert des données Sans-Fil WI-FI Le WiFi est le nom d une technologie de réseaux qui utilise les ondes électromagnétiques pour fournir le service internet haut débit et des connexions réseaux. Cette technologie est régit par les normes du groupe IEEE Un réseau Wi-Fi permet de relier sans fil plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, décodeur Internet, etc.) au sein d un réseau informatique afin de permettre la transmission de données entre eux. Les débits disponibles sont : 11 Mbit/s (802.11b), 54 Mbit/s (802.11g) et 150 Mbit/s (802.11n) avec une portée de 30 à 50 mètres (dix fois plus à l extérieur) [47]. Plusieurs fournisseurs d accès fournissent un service Internet sans fil WiFi à un coût accessible. On peut citer : BELL [49] : $ /mois VIDEOTRON [48] : Vitesse de téléchargement de 10 Mbit/s en aval et de 1,5 Mbit/s en amont à $ /mois. Nous allons connecter un routeur au réseau WiFi afin de transférer les données via VPN. Le routeur Cisco RV180W [54] qui est un routeur VPN sera intéressant parce qu il supporte la connexion de plusieurs utilisateurs et offre un débit de 50 Mbits/s. Il a aussi une connexion sécurisée, une installation et une utilisation simple grâce à une configuration assistée. Son coût est de $. Décision : Retenu Justification : Le WiFi offre les débits nécessaires au transfert des données provenant du dispositif local vers le centre de données et il est offert par tous les opérateurs de télécommunications WiMAX L objectif du WiMAX est de fournir une connexion internet à haut débit sur une zone de couverture de plusieurs kilomètres de rayon. Ainsi, dans la théorie, le WiMAX permet d obtenir des débits montants et descendants de 70 Mbit/s avec une portée de 50 kilomètres [50]. Le standard WiMAX possède l avantage de permettre une connexion sans fil entre une station de base et des milliers d abonnés sans nécessiter de ligne visuelle directe. Le coeur de la technologie WiMAX est la station de base, c est-à-dire l antenne centrale chargée de communiquer avec les antennes d abonnés. On parle ainsi de liaison point-multipoints pour désigner le mode de communication du WiMAX. Décision : Rejeté