Mots-clés : xgences système d'une nouvelle fonctonnalté dans l'habtat ndvduel : cas de la survellance Système multcapteurs, Réseau local, Réseaux de neurones, Supervson, Domotque. des personnes âgées et handcapées par Erc CAMPO*,** Therry VAL** Jean-Jacques MERC! ER** Dane! ESTÈVE*, * Laboratore d'analyse et d'archtecture des Systèmes ** Groupe de recherche ICARE de l'iut'b' La survellance des personnes âgées dans l'habtat à l'ade de systèmes à base d'nformatque, d'automatsme et d'électronque se révèle à la fos utle et confortable. Expérmentaton concernant ce nouveau " confort technobgque ". INTRODUCTION L'objet de l'étude est la concepton et l'évaluaton d'une nouvelle foncton de survellance dans l'habtat ndvduel par l'ntroducton d'une capacté locale de calcul et le renforcement des moyens nternes et externes de communcaton, plus spécalement pour le manten à domcle des personnes âgées ou handcapées. Les socétés occdentales sont, en effet, confrontées au phénomène de vellssement des populatons. En France, les personnes âgées représentent près d'1/5 de la populaton et d'c l'an 2000, elles représenteront 1/4 de la populaton : cela sufft à démontrer l'mportance du problème. Ces personnes âgées vvent le plus souvent séparées de leurs enfants et recherchent, en cas de dépendance, des nsttutons spécalsées. Dans ce cas, force est de constater qu'économquement, chaque personne ne peut être suve en permanence par un survellant ou un médecn, présence humane pourtant nécessare à leur équlbre. Par conséquent, des ncdents graves (chute, malase cardaque...) peuvent survenr entre deux vstes du personnel d'assstance, une malade peut auss évoluer sans que le médecn tratant at eu connassance des symptômes annoncateurs. C'est ce problème que nous souhatons aborder c au plan technque sachant que la complexté technque se double de la complexté de la nature humane dans l'analyse et l'expresson de ses besons. Pour des personnes solées, la détecton est assurée aujourd'hu par un ensemble d'nstallatons sécurtares ou de dspostfs d'alerte déjà apprécables. Cependant, quelques nsuffsances évdentes sont constatées, en part- L'électronque, l'nformatque et l'automatque permettent de développer des systèmes vsant à mettre à la dsposton des usagers un certan nombre de moyens, produts et servces nouveaux dont le prncpal objectf est de créer un confort supplémentare. Une nouvelle foncton de survellance dans l'habtat (en partculer pour les personnes agées) dont le réseau est ploté par un mcro-ordnateur et basée sur un système multcapteur velle au bon déroulement d'actons prédéfnes. Il gère auss des capteurs et des actonneurs et assure les fonctons de communcaton, de contrôle, de sécurté et d'assstance. Les études actuelles s'ntéressent au fonctonnement smultané des tros fonctons qu sont l'acquston des données, la détecton des écarts du comportement et l'auto-adaptaton (apprentssage permanent) du système avant de passer à l'mplantaton sur ste réel. Automatc systems based on electroncs and computers can be used to develop products, systems and servces ntended to mprove the qualty of lfe. A new system for montorng elderly persons n the home uses a mcrocomputer and a system of sensors to detect a predefned set of normal daly actvtes. The system also contans modules for communcatons, control and safety functons that can summon assstance f needed. The work descrbed focuses on the smultaneous acquston of data, detecton of abnormal behavour patterns and a se! f-adaptve! earnng functon to be mplemented n the system pror to feld trals.
CAPTEURS ET DOMOTIQUE culer lées aux contrantes auxquelles sont soumses les personnes survellées par le port de badges, de pendentfs ou autres. Pour tenter d'apporter une réponse à ce problème, nous nous proposons de démontrer qu'un système de survellance multcapteurs smple, non ntrusf, relé à un système d'analyse de données adapté, permet d'alerter le personnel concerné en cas d'accdent subt et grave et en cas d'ncdent. Nous llustrerons cette démarche par le tratement de deux fonctons : le cas de la présence/absence et le cas de la moblté d'une personne dans un local équpé. Nous traterons en sute le cas de la " chute " qu représente, de par sa gravté, le problème le plus délcat à régler technquement pour les personnes âgées. Tout cec se réalse en prenant en compte deux contrantes : la totale " dscréton " du procédé de détecton et l'automatsaton complète de la procédure qu dot être d'une sûreté absolue. FONCTIONNALITÉS SURVEILLANCE Acquston DE LA MULTICAPTEURS L'dée est de suvre la personne âgée en nstrumentant la pèce de capteurs de passage, de mouvement, de température... à fable coût, et ce, sans perturber ses habtudes de ve. Ces capteurs sont connectés à un ordnateur central pour y consttuer une base de données. Ces données sont ensute tratées de manère à fare apparaître les habtudes de ve de l'usager. Ces habtudes sont ensute - en temps réel - comparées aux actes de l'usager pour y dagnostquer un changement de comportement et déclencher un sgnal d'alarme. De nombreux aspects plurdscplnares sont à prendre en compte pour aboutr à une soluton complète de ce problème. Pour les aspects humans, médcaux, psychologques et socologques, nous renvoyons à d'autres études [CHA 95a]. Nous nous attacherons prncpalement c aux aspects technques, c'est-à-dre aux capteurs et au système d'nterrogaton CI temps réel-fltrage et dentfcaton des données. Nous avons ans réalsé un démonstrateur ou " smulateur " que nous décrrons ultéreurement et qu permet d'ores et déjà d'expérmenter les fonctons d'apprentssage et de dagnostc. Le but fnal est de généralser cette étude expérmentale sur un ensemble de quelques dzanes de pèces (masons de retrates, hôptaux...). Apprentssage La caractérsaton d'une stuaton, domcle-usager, nécesste la prse en compte et le tratement en temps réel d'nformatons multsensorelles de deux types : les caractérstques comportementales de l'usager et les caractérstques contextuelles. Notre approche se fonde sur la mse en place d'un réseau multcapteurs. Il convent d'nsster sur l'exgence temporelle d'une analyse de stuaton qu dot être qualfée de normale ou dange- Reglag deseuls 1 Détectaur decarcs " 1 aommke - 1,-------,------- r------_i 1. perunerrtes I _I 1. PP.J 27z11 ' - p tcnnt, drfaa.,_ p-ésaux d..'e npem td pl.ngsoage -elpo, y (F u) DAémorsaGOn dcs évolugons lentes J. Synoptgue de l'ensemble du projet. reuse à un nstant précs. Il est auss mportant d'en suvre l'évoluton de manère à confrmer le dagnostc. Ces spécfcatons fxent la fréquence à laquelle l faut nterroger les capteurs et le déla lmte pour effectuer le dagnostc. Nous consdérons que le temps d'échantllonnage est de 1 s de manère à pouvor suvre le déplacement, sur quelques mètres, d'une personne marchant à une vtesse de 1 m/s. L'usage de réseau de neurones mplque que les données d'apprentssage soent présentées comme un tableau comportant toutes les mesures après qu'un tratement prélmnare ndvduel leur at été applqué. Le réseau a msson d'dentfer des classes de comportement notamment en termes d'enchaînement d'actes et de planfcaton. Dagnostc Une étude spécfque [CHA 95b] s'attache par alleurs à développer une approche du dagnostc par réseaux à neurones. Cette approche est, en effet, capable de satsfare les crtères essentels suvants : - possblté de personnalsaton au travers de l'apprentssage, - grande apttude au tratement temps réel, - perspectve à terme d'ntégraton mcroélectronque (fable coût, grande dffuson). Autant l'étape du dagnostc peut être rapde, autant la phase d'apprentssage nécesste beaucoup de temps de calcul. Les objectfs sont de permettre le stockage des données sur pluseurs jours d'observatons, de réalser l'apprentssage dans les pérodes d'arrêt de jour et de réalser le dagnostc en temps réel. SPÉCIFICATIONS GÉNÉRALES Pour réalser l'apprentssage des habtudes de l'usager et la comparason avec son comportement temps réel, l est ndspensable d'avor des données fables de la stuaton réelle. N'7 jullet 1998
Exgences système d'une nouvelle fonctonnalté dans l'habtat ndvduel Les capteurs Chaque capteur a des fonctonnaltés locales et l'ensemble de ces capteurs sont nterconnectés pour consttuer un réseau multcapteurs dont les données correctement tratées permettront de fare un dagnostc de normalté ou d'anormalté. En effet, l'analyse d'une éventuelle évoluton du comportement permettra, par exemple, de réagr mmédatement s'l y a un changement quelconque d'habtude jugé alarmant, ou encore de suvre médcalement la personne sur une longue pérode. D'autre part, les capteurs dovent satsfare à certans crtères, suvant la foncton qu leur est demandée. Tout d'abord, la stratége de communcaton de chaque capteur est mportante : l est préférable que chaque capteur sot autonome et nforme le calculateur par une émsson de données de la modfcaton de son état. La soluton basée sur une scrutaton pérodque de chaque capteur par le calculateur est mons bonne tant d'un pont de vue charge du réseau que d'un pont de vue temps de réacton. Ensute, ls dovent être adaptés et d'une grande exacttude. Par exemple, ls dovent avor des temps de réponse très rapdes notamment en ce qu concerne les capteurs dont la foncton est la détecton d'entrée/sorte (<10 ms), ou ceux dont la foncton est de nous rensegner sur la moblté de la personne «O,InVs). Le capteur déal serat, dans ce derner cas, un capteur Infrarouge (par exemple) qu posséderat pluseurs fasceaux de détecton avec pluseurs angles d'ncdences suvant la grandeur de la pèce à surveller (dfférents endrots contrôlés) et qu aurat autant de sortes que de fasceaux. Ce capteur devrat également être capable d'nformer le calculateur dès que l'un de ces fasceaux a détecté un mouvement. Ans, pour synthétser l'ensemble des sortes TOR, une sorte unque numérque pourrat être envsagée (capteur ntellgent). On saurat alors avec une très grande précson détermner la localsaton de la personne et ans suvre son déplacement. Le problème d'un tel capteur est son coût de fabrcaton qu attendrat les quelques mllers de francs. Pour aller plus lon, la soluton déale serat d'avor un boîter ntégré unque (ntellgent) pouvant être confguré et programmé selon le type de détecton et de foncton à assurer! Les réseaux Dans un système multcapteurs adapté à la survellance dans l'habtat, le système de communcaton entre les capteurs, les organes de tratement et les actonneurs potentels jouent un rôle prmordal. On peut dre que le réseau de communcaton représente l'épne dorsale du système. Ces caractérstques technques vont nfluer drectement sur le temps de réacton du système, sur la quantté et le débt d'nformaton à trater mas également sur la souplesse d'nstallaton, de mantenance et d'utlsaton du système global. Un système de communcaton adéquat pour toute applcaton de survellance multcapteurs dot présenter certanes spécfcatons, à savor : - l dot permettre l'nterconnexon d'un nombre mportant de capteurs, d'actonneurs et d'organes de tratement (par exemple pluseurs centanes de " statons "), - le débt nécessare entre un capteur et l'organe de tratement n'est pas nécessarement très mportant. Quelques Kbps par secondes entre chaque lason (capteur-calculateur) sont amplement suffsants, - par contre, plus que le débt, c'est le temps de réacton du système qu est prmordal. Il faut lmter le temps qu sépare la prse en compte d'un événement par un capteur et l'arrvée de cette nformaton dans le calculateur (quelques centèmes de secondes). Comme nous l'avons dt précédemment, c'est c la stratége de communcaton teurs qu est prépondérante, des cap- - le médum utlsé pour l'nterconnexon est peut-être le paramètre le plus mportant. Des médums classques flares sont envsageables mas on vellera à prendre en compte leur faclté d'nstallaton, leur coût et leur bande passante. On peut également cter des médums déjà exstants dans un bâtment et que l'on réutlse pour notre beson (courants porteurs, lgnes téléphonques...), le médum déal étant sans doute mmatérel (rado, nfrarouge, ultrason, mcro-ondes...) [VAL 931. Le prncpal avantage est ben sûr la moblté des équpements connectés. Ils apportent une faclté d'nstallaton évdente et une souplesse de reconfguraton. De nos jours, et pour des applcatons d'ntéreurs, la plupart d'entre eux est lbre d'utlsaton (bande des 433 MHz, nfrarouge...). Ils offrent des débts amplement suffsants pour une applcaton de survellance multcapteurs (1 Mbts/s en rado dans la bande des 2,4 GHz par exemple), - dans le cas d'une utlsaton d'un médum connu (bus par exemple), la méthode d'accès au canal (CSMA/CD, CSMA/CA, TDMA, FDMA, jeton...) joue un rôle mportant par rapport au temps de réacton précédemment cté. Il semble qu'une soluton basée sur une couche MAC (Medum Access Control) réparte et aléatore (CSMA/xx) sot une bonne soluton. Elle évte la centralsaton de la geston de protocole avec les problèmes de pannes nhérents. De plus, à fable charge, elle est plus effcace qu'une méthode détermnste (jeton sur bus par exemple). NOS CHOIX DANS L'EXISTANT Les capteurs Actuellement, dverses technologes de capteurs exstent sur le marché pour des applcatons dfférentes [ASC 88]. Nous avons résumé celles qu nous sont les plus proches pour notre applcaton sur la fgure 2. Il est mportant de noter que pour que ce système sot économquement vable, l dot être de fable coût pour l'utlsateur fnal. Cette contrante nous restrent les chox technologques et méthodologques (hyperfréquences, reconnassance de forme). La technologe Infrarouge (communément utlsée W7 jullet 1998
CAPTEURS ET DOMOTIQUE Systèmes Poston A vantages Inconvénents Détecteurs plafond facles à mettre en oeuvre nécessté de réponse rapde et de photoélectrques IR dscréton temps de manten court coût Rdeaux murs bon quadrllage vsbles pyroélectrques IR! de la pèce nécessté de réfléchssants Capteurs hyperfréquences, volumétrques... murs plafond ou angle coût bonne précson non sensble aux varatons mportantes de température dédés à l'ant-ntruson 2. Avantages et nconvénents des prncpaux types de capteurs dans des systèmes d'alarmes grand publc), nous semble actuellement la meux adaptée essentellement pour des rasons de faclté de mse en oeuvre et surtout de fable coût. C'est auss celle qu semble la meux adaptée à la localsaton de personnes. En effet, certans capteurs Infrarouges (détecteurs photoélectrques) placés judceusement dans une pèce permettent de défnr des zones de détecton cellulares et de localser ans une personne. La précson du système est foncton de la talle de ces zones et de la dsposton des capteurs Infrarouges. L'utlsaton de capteurs utlsant la technologe rado peut être ultéreurement envsagée car couplée avec les capteurs Infrarouges, la précson et la fablté seraent alors augmentées. Nous avons ans opté pour des capteurs essentellement à sortes numérques : des détecteurs Infrarouges actfs et passfs pour la présence/absence et la localsaton (capteurs Tout ou Ren), et deux capteurs à sortes analogques (températures, cf. 5.1.). Les réseaux Il exste dfférents systèmes de communcaton qu peuvent être utlsés pour toute applcaton domotque d'acquston de données. Les topologes et les supports Pour nterconnecter pluseurs capteurs et/ou actonneurs, l exste pluseurs formes géométrques de réseaux utlsables (fgure 3). On retrouve naturellement les topologes classques employées dans les réseaux nformatques locaux (LAN) ou grandes dstances (WAN) [RUB 90].4.2.2. Ils mettent en ouvre dfférents types de supports physques, chacun présentant des avantages et des nconvénents. Les réseaux orentés domotque Devant le chox mportant des réseaux domotques proposés actuellement, nous détallons c ceux présentant les caractérstques les plus performantes, tout en dsposant d'une notorété suffsante tant au pont de vue commercal que technque. - EIBus (European Installaton Bus) : Le bus EIB présenté fgure 4 a été longtemps consdéré comme un standard européen [ROS 95] dans le domane du bâtment (l'mmotque). On peut résumer ses prncpales caractérstques par : - utlsaton prvlégée dans le domane de la GTB (Geston Technque du Bâtment), - toutes les enttés communcantes sont connectées à un bus commun, qu pour des rasons d'nstallaton et de regroupement peut être dvsé en 3 lgnes de bus dfférentes, - débt de 9 600 bps, - méthode d'accès réparte de type CSMA/CA (Carrer Sense Multple Access wth Collson Avodance), - téléalmentaton des enttés par un câble 2 fls, - catalogue mportant de produts chez les membres du club EIB (Semens, Hager, Legrand, etc). " " 1 - -- - ---- --...- ------ "! I. ", 0 à F " ( = n 4. Synoptque du réseau E/BM. C) --><---O 1 :??? -El 3. Dfférents types de topologes de réseaux. - BatBus : Le bus BatBus peut être consdéré comme le concurrent drect de EIB. De concepton plus ancenne, ces caractérstques sont très semblables, mas d'un nveau relatvement plus bas. Il ne propose en partculer qu'un débt de 4 800 N'7 J.,Ilct 1998
Exgences système d'une nouvelle fonctonnalté dans l'habtat ndvduel bps. Le prncpe d'adressage des enttés communcantes est également plus smple. C'est néanmons un très bon moyen de communcaton pour les pettes nstallatons. - EHS (European Home System) : La volonté d'nteropérablté entre les dfférents bus exstants a entraîné la créaton de EHSA (EHS Assocaton) qu regroupe déjà plus de 200 socétés à l'ntatve de EIB Assocaton et de Batbus Internatonal. Le bus EHS [KUN 96] ntègre à la fos les caractérstques de EIB et de Batbus et permet également des fonctons Plug and Play et multmédums (courants porteurs, câble coaxal, pares torsadées, Infrarouge et Radofréquence). Suvant les médums utlsés les débts proposés peuvent allés de 1 200 bps à 64 kbps. Aux applcatons classques de GTB et GTC vennent se rajouter des applcatons audo-vdéo et de télécommuncatons (Numérs). Les réseaux dts de terrans (ou assmlésj On retrouve dans cette catégore tous les systèmes de communcaton employés en mleu ndustrel, ou ceux présentant des caractérstques comparables pour notre applcaton de réseau local. En foncton des capactés de chacun, on les qualfe de bus de terrans (les plus smples) ou de réseaux locaux ndustrels (les plus performants). Pour notre applcaton, nous avons lmté nos recherches et études à ceux présentants un rapport prx/performance compatble avec nos exgences. - CAN : Ce bus, prncpalement commercalsé par Phlps et Bosch, est le résultat du développement du bus 12C [PAR 93]. Intalement dédé à l'automoble et produt concurrent du bus VAN (plus rarement utlsé, d'après Phlps), son applcaton est mantenant étendue aux domanes ndustrels. C'est un bus sére asynchrone qu utlse de façon prvlégée un médum cuvre à deux fls symétrques. Le débt maxmum pour des courtes dstances peut attendre 1 Mbps. Le réseau CAN s'appue sur une archtecture proche du modèle OSI (Open system Interconnecton). La méthode d'accès de type CSMA/CA est c très performante. Elle est secondée par une couche LLC (Logcal Lnk Control) assurant l'ntégrté des données transmses. D'un pont de vue matérel, pluseurs produts sont proposés (par Phlps en partculer), mas aucun d'entre eux n'est drectement prévu pour une ntégraton normalsée en bâtment. - LonWorks [CAI 94] : Il s'agt d'un bus de terran utlsable dans pluseurs types d'applcatons : voture, bâteau, avon, tran, domotque, contrôle des procédés ndustrels. Comme la plupart de ces réseaux, une topologe en bus est recommandée. Par contre, l exste à l'heure actuelle, pluseurs produts ntégrant une couche physque utlsant des médums auss varés que la pare torsadée, les courants porteurs, le câble coaxal, la rado, les nfrarouges ou la fbre optque. Ce réseau Lon- Works développé par la socété Echelon est basé sur un crcut ntégré, le Neurons Chp assurant la geston complète du protocole. La couche MAC est basée sur le CSMA prédctf non persstant avec geston de prortés. L'adressage hérarchque permet un espace d'adresses très mportant et suvant les médums utlsés et la dstance de transmsson, on peut obtenr des débts de l'ordre du Mbps. Ce réseau est sans doute celu présentant les caractérstques technques les plus performantes. Cependant, sa mse en oeuvre nécesste l'utlsaton d'outls spécfques de développement des mcrocontrôleurs Neurons Chp, ce qu va à l'encontre de notre caher des charges (nstallaton du réseau domotque). Le prx de revent d'un tel réseau en est consdérablement augmenté. La même remarque peut être fate pour la mantenance du système. - RS485 [HAC 95] : On peut dffclement classer la lason sére RS485 dans la catégore des réseaux. En effet, la norme RS485 se lmte à la défnton d'une couche physque. Elle résulte de l'évoluton de la norme RS232 et RS422. Une lason sére RS485 est une lsaon sére asynchrone symétrque sur deux ou quatre fls (respectvement Half ou Full-Duplex). Les débts espérés pour des dstances courtes peuvent attendre pluseurs Mbps. - " 1 Md 2 N,, d, z o e p! --F 4 2-1É Mantenant 5. Lason RS485 sur deuxfls. ben connue et largement utlsée dans le mleu ndustrel, la lason sére RS485 dspose d'un catalogue mportant de produts. La norme RS485 se lmte à la défnton de la couche physque. C'est à l'utlsateur de concevor une méthode d'accès au canal ans qu'une couche gérant les lens logques. - FIP [CGE 90] : Le réseau FIP (Factory Instrumentaton Protocol), est un réseau local développé dès 1982. Il permet l'nterconnexon d'équpements nformatques sur des dstances maxmales de 1500 mètres, à des débts maxmaux de 2,5 Mpbs. Contrarement aux autres bus ctés, l s'agt d'une lason synchrone. L'archtecture de FIP s'appue sur la présence d'un arbtre de bus qu gère le drot à la parole sur le modèle " Producteur-Consommateur ". Le prncpal nconvénent de FIP pour une utlsaton domotque avec un médum de qualté moyenne (taux d'erreur proche de 10 1) est l'absence de détecton et de correcton d'erreur. Par contre, lors de l'emplo de fbre optque présentant un taux d'erreur < 10'2, cette absence de détecton d'erreur n'est pas pénalsante. En effet, son taux d'erreur est comparable au taux d'erreur résduelle d'une couche 2 (type CRC) assocée à un médum dont le taux d'erreur est proche de 10'. N'7 jullet 1998
CAPTEURS ET DOMOTIQUE APPLICATION AU CAS DES PERSONNES 1 AGEES : MISE EN PLACE D'UN SIMULATEUR Expérmentaton La plupart des capteurs utlsés dans cette applcaton sont du type TOR (Tout Ou Ren) à contacts secs, ou analogques qu ne nécesstent pas de nombreux réglages n une lourde nstallaton : - des détecteurs InfraRouges Passfs (IRP) sont dsposés au plafond et forment au sol une zone de détecton d'envron 2 m de damètre. Ces détecteurs réagssent à une varaton de chaleur et donc à un mouvement de personne, - des détecteurs InfraRouges Actfs (IRA) placés à des hauteurs dfférentes sur la porte permettent d'estmer talle et l'entrée/sorte de la personne. Nous avons également nstallé 4 autres types de capteurs (fgure 6) : - des capteurs à Contacts Magnétques (CM) qu permettent la détecton de l'ouverture des portes et de la fenêtre, - deux Sondes de Température ntéreure et extéreure (ST) qu sont relées à un relas délvrant une tenson 0-10 V proportonnelle à la température, - des Boutons Poussors (BP) qu remplacent les nterrupteurs classques et sont connectés à des télérupteurs. L'nformaton recuelle permet de savor s l'éclarage est en servce ou non. - Un détecteur de surntensté (TV) qu permet la détecton de la mse sous tenson d'un apparel de télévson. L'almentaton de tous ces capteurs s'effectue par l'ntermédare d'une almentaton 12 V contnue. Tous ces capteurs sont relés sur des modules d'entrées numérques ou analogques va une pare torsadée. Ils délvrent en sorte (quand l y a détecton) un contact sec c'està-dre sot l'état " 0 " sot l'état " 1 ", exceptées les sondes de température qu délvrent une tenson 0-10 V. Les capteurs nfrarouges posent un problème technque. En effet, l'nerte des capteurs (3 à 5 secondes) est telle que s nous envsageons l'hypothèse de capteurs relatvement proches pour un déplacement rapde d'une personne, tous les capteurs vont sgnaler sa présence quas-smultanément. Un " lever de doute " est donc absolument ndspensable. D'autre part, ces capteurs n'étant sensbles qu'à des varatons de température, l est nécessare que la personne à détecter sot en mouvement. Une personne mmoble ne peut pas être détectée par ces capteurs. Nous avons pour cela conçu une carte nterface (fgure 8) afn de mémorser le derner capteur excté. Dans la sute de l'étude, une soluton " logcel " à ce problème est envsagée par la programmaton drecte de réseaux de neurones. la 6. Implémentaton des dfférents types de capteurs dans le ste expérmental. Toutes les données fournes par ces capteurs sont communquées va un réseau au calculateur de tratement. Compte tenu de nos exgences, notre chox s'est porté sur l'étude et la mse en oeuvre de deux réseaux : celu basé sur la technologe RS485 et le réseau domotque ElBus. - Modules ADAM et logcel GENIE Devant le catalogue mportant de produts, notre chox s'est porté sur l'utlsaton de modules ADAM d'advantech basés sur une lason sére RS485. Ils sont dédés à l'acquston de données en mleu ndustrel et au contrôle-commande. Les prncpaux modules sont : - modules d'acquston TOR, - modules d'acquston analogques, - modules de sortes TOR, - modules de sortes analogques, - modules d'almentaton des enttés du bus, - modules répéteurs, - modules passerelle entre la lason RS485 et un ordnateur par une lason RS232. Ces produts sont facles à nstaller, le médum utlsé est le câble cuvre à 2 ou 4 fls (la dernère soluton permettant d'almenter les modules drectement). Par rapport à la norme RS485, les modules ADAM d'accès de type TDMA gèrent une méthode (ou plus précsément Pollng Selectng). L'équpement nformatque, va le module passerelle (ADAM 4520) nterroge cyclquement chaque module esclave d'e/s par une trame " requête ". Après acquston des données (numérques ou analogques), le module sollcté retourne une trame " réponse " portant dans une chaîne ASCII les données acquses. Chaque module est adressable ndvduellement (256 adresses dfférentes). Il est nécessa- Il'7 j,llet 1998
Exgences système d'une nouvelle fonctonnalté dans l'habtat ndvduel j I capteu plafond 1,. _, ' eapceur "'' plafond Ft m!'"!, capteur plafond 3, capteur plafond 4 FLAT PI_NTINF FI [-A-! NE NF "" / : :.! INTFRF.SCF I I,, I I Ste Expérnrental 1 *-- 42 : : 25 HEUIRE.ISTF-f-, Ouvfrture Pnrfe SdIS Lnmè re SdB I ç_..- Olne.rluraPortelhnmUre l.nmcrfc'hambre I I PLAFOND : UD... I. rfnfoso-5 plr.ertnre Fenêtre s...,. -t'alle Flant ` T : re W Neu. Tallle üas j capaeur pafond s capteur pafand 6, C.pteurpaaoa,pe. portc 7. Réalsaton d'une carte dïnterfaçage pour mémorser le derner capteur exté. ". xr u PI,AtUNU., VIAFPNU-1 Temphrature Ezt. 20.61'z' 2061 Ten,pérat,lrc nt.. 20,73 20.73'r :. 9. Interface de vsualsaton du logcel Géne. Pa55aef \QIII'I Yauaef Portc I re lors de l'nstallaton, de défnr et de télécharger dans l'e2prom de chaque module son adresse unque. Par contre, remarquons que d'une part, le débt est lmté à 19 200 Bps et que d'autre part, l faut prévor un équpement nformatque (PC) pour nterroger régulèrement chaque module d'entrée. En effet, et à l'nverse d'autres systèmes, les modules ADAM ne sont pas " ntellgents ", ls ne sont capables de " parler " sur le bus lors d'une varaton de leurs entrées. La fgure 8 représente le réseau expérmental tel qu'l a été nstallé. Assocés aux matérels, nous dsposons du logcel applcatf GENIE permettant de gérer faclement l'nterrogaton des modules, la vsualsaton des données en temps réel sur écran et leurs sauvegardes sur fcher (fgure 9). - Réseau EIBus de chez Hager Les produts correspondants à la norme EIB sont nombreux. Les plus mportants membres du club EIB (Semens, Hager, Legrand...) dsposent dans leurs catalogues d'une lste mportante de modules compatbles entre eux. Nous avons tenté, dans la mesure du possble, de réalser la même confguraton que la précédente basée sur RS485 (fgure 10). Nous avons donc utlsé : - des modules d'entrée TOR, - des capteurs de températures, - une almentaton de bus, - une passerelle RS232. Il n'exste pas de modules EIB permettant la connexon de capteurs analogques sur le bus. Pour le contrôle de la température, nous avons donc utlsé drectement des capteurs de température HAGER compatbles EIB. Le logcel de confguraton ETS (ElBus Tools Set) est nécessare pour paramétrer chaque module. En effet, chacun dspose d'un mcrocontrôleur ntellgent qu dot recevor par téléchargement en E2PROM son programme applcatf. Il est également nécessare d'assocer à chaque module une ou pluseurs adresses (adresses de groupe). Au cours de cette étude, nous avons évdemment résolu les problèmes d'acquston d'nformatons des capteurs, chaque fos que les constructeurs ont pu nous fournr des systèmes ouverts. Malheureusement, un certan nombre d'entre eux ne dffusent pas les caractérstques technques de leurs produts. Dans ce cas là, l'utlsaton de leurs logcels de supervson proprétares est alors sans doute la seule ssue! Concluson Pour conclure sur l'nterconnexon de capteurs domotques, nous pouvons dre que les bus sont une bonne soluton en vue de l'acquston et de l'analyse de données par un équpement r---..il nformatque. 11 l 1-111 l, -11l 11 f--- ---- --- - - ---- - - ---- 1 r--- u 1 1 l w 1 ", z 1 -u : l d 1 Il p 0, 8. Réseau expérmental utlsant la lason RS485. 70. Réseau domotque expérmental utlsant le EJBus. N'7 " 1...1- J,,llct 1998-1 85 -Ill..1
CAPTEURS ET DOMOTIQUE Locel J- Communcaton M,Ml1-lon 1t, V,5 " la o,-jevol,evoluton fcher F! ch! er 17 a. Phase d'apprentssage. Fé,cau c 1 Neuronec 1 11, Il :'-" :' ; -'1. 1.,,, [,c., - 1 rc 11,. U.nuac 511, :-^ ïxl - la.-n JJ b. Phase de test : alarmes et auto-adaptaton. La soluton basée sur la lason RS485 avec les modules ADAM est opératonnelle. Malgré ses lmtes en termes de débt, elle apporte une bonne réponse aux problèmes posés même s le rsque de saturaton du calculateur demeure, l'nterrogaton de chaque capteur étant à sa charge. La soluton EIBus est sûrement plus ntéressante. Ic, c'est chaque capteur ntellgent qu transmet à chaque varaton de son état un " télégramme " comportant des nformatons. Cependant, EIB étant ntalement prévu pour la GTB, ce n'est que par détournement de son actvté ntale que l'on peut le transformer en système d'acquston. Les solutons technques exstent dans les " cartons " des ndustrels, mas ne sont pas encore commercalsées. Premers résultats Le système multcapteurs testé avec les deux versons de réseaux (RS485 et EIB) est opératonnel. Il permet en temps réel, l'acquston de données ssues de capteurs. En foncton des caractérstques technques du réseau et du nombre total de capteurs, nous pouvons mettre à jour les données plus ou mons rapdement. Pour l'nstant, par exemple, nous obtenons sans dffcultés, avec le réseau RS485, une mse à jour de l'ensemble des capteurs toutes les secondes. Nous pouvons, dès à présent, envsager de développer la sute du projet. Le logcel développé grâce à l'outl GENIE permet dans un premer temps la créaton d'un fcher d'apprentssage mémorsant l'emplo du temps d'une personne (fgure la). Dans une seconde phase (fgure 1 lb), les données fournes par ce même logcel seront comparées en temps réel ou dfféré avec l'emplo du temps prévsonnel. Le résultat de ces comparasons (prochan artcle à paraître) permettra de donner le dagnostc d'une stuaton normale ou anormale. Les mcro-modfcatons de cet emplo du temps pourront fare évoluer celu-c et donc s'adapter à l'évoluton du comportement de la personne [CHA 95b]. CONCLUSION GÉNÉRALE Nous avons analysé dans cet artcle, les exgences " système " d'une nouvelle foncton dans l'habtat, celle de la " survellance " de personnes âgées et handcapées. Nous avons pour cela défn les spécfcatons générales d'un système multcapteurs nstallé dans un premer temps dans un appartement-type (smulateur) occupé par une personne âgée (ou handcapée) ayant des actvtés répéttves et représentatves. Ce système a été défn par un comproms entre un système " déal " et les dfférents produts (capteurs et réseaux) exstants sur le marché. Le but prncpal est un suv non ntrusf et ne modfant en ren les habtudes de la personne. Nous avons sur cette base étudé et réalsé un smulateur où un ensemble de capteurs a été nstallé et deux types de réseaux ont été étudés : un réseau de type ndustrel, RS485 et un réseau domotque, EIBus. Dans les deux cas, nous avons pu acquérr les données en temps réel ssues des capteurs lors d'une smulaton de comportement sur une journée. Ces données stockées dans un fcher, sont ensute récupérées et servent, dans une premère phase à l'apprentssage par un réseau de neurones des habtudes de la personne sous survellance. Le logcel trate du cas de la présence/absence et de celu de la moblté. Dans une seconde phase, la comparason entre le comportement temps réel de la personne et son comportement habtuel, mémorsé dans le réseau de neurones, est réalsé pour dégager des alarmes du type " chute ". La détecton d'avance ou de retard sur un emplo du temps prédéfn fonctonne, seul reste à défnr pour cette foncton le seul d'alarme sur ste réel. Les études en cours portent mantenant sur le fonctonnement smultané des tros fonctons qu sont l'acquston des données, la détecton des écarts du comportement et l'auto-adaptaton (apprentssage permanent) du système avant de passer à l'mplantaton Bblographe sur ste réel. [ASC 88] ASCH G., Les Capteurs en Instrumentaton Industrelle, Edtons Dunod, 1988. [CAI 94] CAILLET F., Présentaton LonWorks, 10 jun 1994. [CGE 90] Documentaton C.G.E.E., " Réseau FIP, système de communcaton à temps crtque ", Tome 1, Mars 1990. [CHA 95a] CHAN M., VIARD T., CAILLAVET M.L., CAMPO E., " Smart Technology for the Elderly and Dsabled Users at Home ", Proceedngs of the 2nd TIDE Congress, p. 393-396, France, Avrl 1995. Pars, \'7 jullet 1998
Exgences système d'une nouvelle fonctonnalté dans l'habtat ndvduel [CHA 95b] CHAN M., HARITON C., RINGEARD P., CAMPO E., " Smart House Automaton for the Elderly and the Dsabled ", Proceedngs of IEEE, Systems Man and Cybernetcs Socety, p. 1586-1589, Octobre 1995. [HAC 95] HACKLÀNDER W, RS485 nterface sérelle rapde, Elektor n'l 95, p. 65-67, 1995. [KUN 96] KUNG A. et al., La domotque applquée : avec le réseau de domotque européen EHS, Ed. Thomson Publshng, 1996. [PAR 93] PARET D., Le bus 12C de la théore à la pratque, Dunod, 1993. Erc CAMPO, docteur en électronque de l'insttut Natonal des Scences Applquées de Toulouse, a démarré sa recherche au LAAS du CNRS de Toulouse dans le domane de la mcroélectronque en 1990 et s'est engagé depus 94 dans une actvté de recherche expérmentale lée au domane de la domotque au sen du groupe de recherche ICARE de l'iut B de Blagnac. Il étude notamment le domane de la survellance multcapteurs de personnes, et s'ntéresse à la défnton de nouvelles fonctons dans l'habtat, capteurs, réseaux de communcaton. Il partcpe actvement à la mse en place d'un programme de recherche plurdscplnare sur la survellance automatque de personnes âgées et handcapées avec un groupe de partenares en France et en Espagne. Therry VAL a obtenu le ttre de docteur en nformatque de l'unversté Blase Pascal, Clermont-Ferrand II en 1993. Depus 1994, l est maître de conférences à ITUT'B'de Toulouse II Blagnac et l est membre du groupe de recherche ICARE de l'unté scentfque et technologque de l'unversté de Toulouse II où l effectue sa recherche, prncpalement dans les thèmes réseaux sans fl, développement de protocoles et réseaux locaux ndustrels. [ROS 95] ROSE M., EIB le bus de domotque européen, Elektor n'l 95, p. 634-38, 1995. [RUB 90] RUBEINSTEIN M., Domotque et bâtments ntellgents, Technques de l'ngéneur, traté Constructon, 1990. [VAL 93] VAL T., Etude d'un réseau local ndustrel permettant l'nterconnexon de statons fxes et de statons mobles, Thèse de Doctorat en nformatque, 1993. Jean-Jacques MERCIER est professeur en nformatque de l'unversté de Toulouse II et l est depus 1989 drecteur de l'iut'b'de Blagnac. Il est responsable du groupe de recherche ICARE de l'unté scentfque et technologque de l'unversté de Toulouse II où l effectue sa recherche en nformatque et en réseaux. Danel ESTEVE est dplômé de l'unversté de Montpeller. Il a soutenu sa thèse en 1969 sur le sujet des composants mcroélectronques. Drecteur et drecteur adjont du LAAS-CNRS entre 1977 et 1997, l a été un acteur prncpal de l'ntroducton des mcrosystèmes en France. Il est anmateur du pôle habtat ntellgent au CNRS/SPI. ''7 1998