Le Pilowtech

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Le PilowTech

Présentation

Le Pilowtech est un système de suivi de l’humidité d’un sol. Équipé d’une sonde capacitive, il permet de piloter et vérifier une bonne irrigation. Le système a été testé pour le contrôle de l’irrigation en goutte à goutte pour des vignes, le suivi de la réserve utile d’un sol, ou encore pour le suivi d’une irrigation gravitaire afin de savoir lorsqu’il est nécessaire d’arrêter l’irrigation.

 

 

Dans ce tutoriel, vous apprendrez à fabriquer un PilowTech afin de mesurer l’humidité d’un sol à deux profondeurs. Le système est connecté et permet de visualiser en temps réel l’humidité du sol.

Caractéristiques générales

Système

  • Autonomie : 1 an
  • Coût : 30€
  • Mesure de 2 profondeurs max

Tutoriel

  • Difficulté : 🟢🟢⚪️⚪️⚪️
  • Temps : 120 min

Matériel requis

  • Un réseau LoRaWAN. Le tutoriel est disponible pour installer son propre réseau.
  • Un petit fer à souder

Etapes du tutoriel

Ce tutoriel est découpé en plusieurs étapes :

  1. Achat des composants
  2. Montage du Pilowtech
  3. Enregistrement du Pilowtech sur le site The Things Network pour obtenir des clefs d’accès
  4. Renseignement de ces clefs d’accès au Pilowtech construit
  5. Visualisation des données sur The Things Network
  6. Visualisation des données sur la Console du mobilab

1. Achat des composants

1.1. Composants éléctroniques

La liste des composants est proposée sur le site officiel ou un revendeur français (fiable, plus cher) et l’équivalent sur le Site AliExpress (moins fiable, moins cher). Si vous décidez d’acheter sur AliExpress, nous vous recommandons de lire notre article sur les achats au préalable.

 

Vous pouvez cliquer sur les liens surlignés pour accéder à l’article, vous pouvez également importer directement le panier en bas de la liste.

1.2. Encapsulage

Le PilowTech devra être protégé des intempéries. Si vous avez la possibilité d’accéder à une imprimante 3D, vous trouverez le fichier d’impression ici. Sinon, vous devrez trouver une boite de protection étanche (une boîte à bonbon Haribo ainsi que du silicone pour sceller la boîte peuvent faire l’affaire !)

 

Si vous optez pour une sonde capacitive non étanche, il va falloir la protéger ainsi que les fils dans le sol. Pour cela, il vous faudra du silicone, des tubes PVC de 50mm de diamètre.

2. Construction du système

Avant d’aller plus loin, nous rappelons qu’il est nécessaire d’avoir installé un réseau LoRaWAN est d’être à proximité de l’antenne. Le tutoriel suivant permet d’installer un réseau LoRaWAN.

2.1. Préparation du CubeCell

La carte CubeCell est un micro-controlleur, elle jouera le rôle du cerveau du Pilowtech : une fois programmée par vos soins, elle va récupérer les valeurs générées par les capteurs puis les envoyer via le réseau LoRa, avant de s’étiendre pendant 3 minutes. La carte est livrée dans une petite boite : la première étape consiste à ouvrir cette boite et bien vérifier qu’il ne manque rien :

  • La carte CubeCell
  • L’antenne
  • Un câble d’alimentation rouge & noir
  • 2 barres de connecteurs

Etape 1 : On insère le câble d’alimentation rouge & noir dans le connecteur « JST » beige au verso de la carte. Attention au sens ! Le connecteur est petit mais on peut s’appuyer sur la partie blanche du connecteur mâle avec les ongles ou un petit outil.

 

Etape 2 : On dispose les barres de connecteurs dans les trous de la carte CubeCell

Etape 3 : On enfonce les connecteurs dans la breadboard comme le montre l’image ci-contre (Chaque trou de breadboard est nommé (comme à la bataille navale!) : ici, on enfoncera les barres en B5-B19 et en H5-H19). On peut appuyer franchement de part et d’autre de la carte Cubecell pour faciliter son insertion.

 

Si une des broches ne semble pas bien enfoncée dans la breadboard (plus haute que les autres), il faut appuyer dessus avec le dos de l’ongle pour la mettre au même niveau que les autres.

Etape 4 : Avec un fer à souder, on soude toutes les broches de part et d’autre de la carte. Attention aux deux broches GND : la soudure peut s’avérer difficile, l’étain n’adhère pas facilement à la pastille de la carte.

Pour rappel, il faut chauffer la pastille de la carte en appuyant assez fortement dessus avec la pointe du fer, puis disposer l’étain par l’autre côté de la pastille pour que l’étain liquide se fixe correctement.

Nous recommandons de suivre ce tuto avant de se lancer pour la première fois dans la soudure.

Etape 5 : On termine en branchant l’antenne sur le connecteur « IPEX » de la carte Cubecell. La encore, la connexion est petite, appuyez avec vos ongles ou un petit outil sur le dessus du connecteur.

2.2. Branchements de la breadboard

La breadboard est une planche trouée qui fait office de multiprise pour nos connexions : les trous en colonnes sont reliés entre eux, ce qui permet de relier facilement tous les composants (capteurs et transistor) à la carte CubeCell. Le transistor est un interrupteur éléctronique : commandé par la Cubecell, il coupera l’alimentation des capteurs lorsque le PilowTech est en veille : cela permet d’avoir un PilowTech fonctionnel pendant une saison entière.

Les branchements ci-dessous sont proposés avec des cavaliers. La taille d’un cavalier dépend de sa couleur. Vous pouvez également réaliser ces branchements avec des câbles Dupont.

Il y a 5 branchements à réaliser :

  • Utiliser un cavalier jaune pour relier J6 avec un des trous le long de la ligne bleue.
  • Utiliser un cavalier jaune pour relier J21 avec un des trous le long de la ligne bleue « -« .
  • Utiliser un cavalier orange pour relier J7 avec un des trous le long de la ligne rouge « + ».
  • Utiliser un cavalier marron pour relier I22 avec I12
  • Le transistor s’insère dans les trous H21, H22, H23 (attention au sens ! le transistor a un côté bombé, cf la photo).

2.3. Branchements des capteurs

Une fois alimenté, le capteur d’humidité délibèrera une tension dans le fil jaune qui dépendra de l’humidité : par exemple 2V pour 20% d’humidité, 3V pour 30% d’humidité, etc. Les capteurs d’humidité possèdent en général 3 fils : le fil rouge est le « + », le fil noir est le « -« , le fil jaune est la sortie. Il existe parfois un 4ème fil blanc, qui ne sert à rien.

Etape 1 : La listes des composants à acheter (en haut de cette page) propose deux versions de capteurs.

 

Si le capteur est étanche, vous pouvez directement passer à l’étape 4.

 

Si le capteur choisi n’est pas étanche, il va falloir rendre les composantes du dessus étanches avec du silicone et le mettre dans un tube en PVC.

Etape 2 : On commence par rallonger les fils qui seront surement trop courts si l’on souhaite les enfoncer à plus de 30cm. Les câbles dupont mâle s’insère dans la broche du câble femelle du capteur.

Attention à bien se souvenir des couleurs de base (cf la photo : le câble rouge du capteur est relié au câble blanc du Dupont).

Etape 3 : Dans un tube de PVC de diamètre Xcm, insérer un bouchon à visser. Faites une fente dans ce bouchon de manière à passer la languette du capteur dedans. Remplissez le tout de silicone, revisser le bouchon.

 

La photo ci-contre montre comment protéger le capteur du silicone. On observe également les câbles qui sortent du bout du PVC.

Etape 4 : On branche finalement les capteurs au montage précédant.

Les fils noir des deux capteurs doivent être reliés en I23 et J23 (un seul des deux trous s’il y a un seul capteur).

Le fil rouge des deux capteurs doivent être reliés dans n’importe quel trou qui longe la barre rouge en bas de la breadboard (cf photo).

Le fil jaune du capteur 1 doit être branché en J18

S’il y a un capteur 2, son fil jaune doit être branché en J17

2.4. Branchements de l'alimentation

Le Pilowtech sera alimenté par une pile LiPo 18650. Le support à pile LiPo permet de la connecter simplement

Etape 1 : on insère le câble rouge du support à Pile dans un connecteur Wago : il suffit de lever la barrette orange, insérer le fil, puis refermer. On répète l’opération avec le fil rouge de la carte CubeCell.

 

Attention : certains fils ne sont pas assez dénudés : si le Wago pince le plastique au lieu de pincer le métal, le courant ne passera pas… Il faut bien s’assurer que l’on pince la partie métallique du fil. Pour cela, vous pouvez dénuder un peu plus le fil avec une pince à dénuder (ou en chauffant le plastique). Vous pouvez aussi regarder la position du fil à travers le Wago.

Etape 2 : on réitère l’opération précédente avec les deux fils noirs. Même consigne : veillez à ce que le Wago pince la partie métallique du fil

 

Etape 3 : Pour le moment, nous n’insérons pas la pile LiPo dans son support. Lorsqu’il sera demandé, on veillera à mettre la pile dans le support (et dans le bon sens, s’il vous plait !)

 

 

Le PilowTech est désormais monté !

3. Enregistrement du Pilowtech sur TTN

L’enregistrement est nécessaire pour déclarer où les données de votre objet connecté vont arriver, et quels sont les codes d’accès pour déposer les données à cet endroit. On l’enregistre sur le site The Things Network.

 

 

Cliquez sur ce lien pour suivre le tutoriel d’enregistrement d’un objet connecté sur TTN. On se retrouve après ici, quand vous aurez en votre possession les clefs d’accès !

 

4. Envoi du code à la carte CubeCell

A ce stade, votre PilowTech est monté et vous avez un espace dans TTN pour recevoir les données de votre PilowTech., sécurisé par les clefs d’accès AppEUI, DevEUI et AppKey. Il est temps de donner ces informations à votre carte CubeCell afin qu’elle puisse envoyer ses données sur cet espace !

4.1. Téléchargement d'Arduino

Le logiciel qui va nous permettre d’envoyer ces informations à la carte s’appelle Arduino 1.8. Si vous ne l’avez pas déjà installé ainsi que la librairie CubeCell, vous pouvez suivre ce tutoriel rapide.

4.2. Préparation d'Arduino

Avant d’envoyer le code à la carte, il faut d’abord expliquer au logiciel Arduino que notre carte est une CubeCell, etc.

Etape 1 : Ouvrir le logiciel Arduino. Une fenêtre de ce type s’ouvre

Etape 2 : Allez dans Outils > Type de carte > CubeCell et choisir CubeCell-Board Plus (HTCC-AB02)

 

Note : si vous ne voyez pas l’onglet « CubeCell », vous n’avez pas parfaitement installé les librairies dans le tutoriel présenté en 4.1, vous pouvez y retourner !

Etape 3 : Allez dans Outils >

Plusieurs champs sont apparus, il va falloir dire au logiciel plusieurs informations au sujet de notre carte cubecell :

  •  LORAWAN_REGION : REGION_EU868. On est en en Europe, donc on communique en 868MHz, la fréquence autorisée
  •  LORAWAN_AT_SUPPORT : OFF. On cherche juste à envoyer notre code à la carte, pas à la configurer via des commandes spécifiques « AT ».
  •  LORAWAN_RGB : OFF. On désactive la Lumière LED qu’émet la carte Cubecell (flash vert si un message LoRa est bien envoyé, flash rouge si il n’est pas envoyé). Cette LED peut restée activée pour du « débugage », elle permet d’identifier potentiellement un problème de réseau. Cela dit elle consomme de l’énergie donc il est préférable de l’éteindre quand votre système fonctionne

4.3. Ajout des clefs d'accès

Le temps est venu de mettre la main dans « le code ». Pas de panique, dans cette section il s’agit uniquement de faire quatre « copier-coller » !

Etape 1 : Dans la fenêtre principale du logiciel Arduino, commencez par effacer tout le code déjà existant (composé des mots void, setup et loop). L’objectif est d’obtenir une page blanche. Pour aller plus vite, vous pouvez tout séléctionner en faisant Ctrl+A, puis appuyer sur la touche suppr.

Allez ensuite dans l’onglet fichier, enregistrer sous, puis enregistrer votre fichier à l’endroit souhaité.

Etape 2 : Le code à envoyer est accessible en cliquant sur ce lien. Sur la nouvelle page, il faut tout séléctionner (raccourci : Ctrl+A), puis le copier (Ctrl+C). Retourner dans Arduino et collez-y tout le code (Ctrl+V).

On remarque dans les premières lignes du code les lignes devEUI, AppEUI, AppKEY. Ce sont les codes d’accès que vous avez reçus en section 3…

Etape 3 : Si vous avez bien réalisé la section 3, retournez sur la page de TheThingsNetwork que vous aviez normalement laissé de côté. Vous devez copier les clefs (elles commencent toutes par 0x) en appuyant sur le bouton ).

Collez les clefs dans le bon sens (AppEUI avec AppEUI, devEUI avec devEUI, appKey avec AppKEY) dans le code arduino. Attention à bien supprimer au préalable les clefs initialement mises à la place des clefs !

4.4. Envoi du code

Etape 1 : Le code est prêt. Avant de l’envoyer, on cherche à savoir sur quel port la carte Cubecell est installé. Pour cela : branchez votre carte CubeCell à l’ordinateur. Allez dans Outils > Ports. COM-XX (XX étant un numéro). Si vous en avez plusieurs, passez à l’étape 2. Si vous n’en avez qu’un, passez à l’étape 3 !

Si vous n’en avez pas… Vérifiez votre câble USB.

 

Etape 2 : Vous avez peut-être quelques ports indiqués au format COM-XX (XX étant un numéro). Notez tous ces numéros, puis Cliquez ailleurs pour sortir de la barre de menu. Débranchez maintenant la carte CubeCell à l’ordinateur. Retournez dans Outils > Ports : un COM-XX a disparu : c’est celui de notre carte, sur lequel on va envoyer le code. Rebranchez la carte, refaites l’opération et sélectionnez ce port

Etape 3 : Cliquez sur le bouton en haut de la fenêtre Arduino. C’est parti ! L’opération peut prendre quelques secondes. Son avancement est écrit en orange dans la section noire en bas de la fenêtre. (10%…20%… etc)Si vous n’avez pas de bug, il doit être écrit quelque-part « Téléversement terminé ».

Sinon, nous vous invitons à lire cette page pour identifier le bug

5. Vérification de l'envoi des données sur TTN

Ne débranchez pas votre Carte ! Allez sur la page de TTN, et cliquez sur le capteur. Dans la section Live Data, vous devriez voir des messages arriver toutes les 3 minutes. Le format semble bizarre mais rassurez vous, les données sont bel et bien envoyées !

 

Vous pouvez maintenant débrancher et retirer le câble USB, et brancher la pile LiPo. Votre PilowTech est opérationnel !

6. Lecture des données sur la console

Pour lire les données facilement et directement depuis la console, il est nécessaire de compiler trois informations : 
  • Votre futur nom d’utilisateur (à vous de choisir)
  • l’ID de votre application sur sa page principale dans The Things Network
  • Sa clef API : pour cela, rendez-vous dans l’application de TheThingsNetwork. Vous trouverez à gauche l’onglet « API Keys ». Après avoir cliqué sur cet onglet, cliquez sur le bouton bleu en haut à droite.
  • Dans la page qui s’ouvre, ne touchez à rien : allez en bas de la page pour cliquer sur .
  • Une nouvelle fenêtre s’ouvre, la clef qui nous intéresse est cachée. il faut cliquer sur le petit bouton pour la copier.
    Après avoir cliqué sur le bouton en bas , vous n’aurez plus jamais accès à cette clef ! pensez donc à vérifier que vous pouvez la coller quelque part sur votre ordinateur pour la garder en mémoire (un fichier texte, dans un message, …). Les clefs ressemblent à ça :
NNSXS.LQ4EHMMHX46MAD6Y5JE2MAJRHG7EI65VS7EEZSY.WHFH7SHMKA24KCDJIMFE4AG5NTYZI6R3JRT4MZHNFXYZMM5QLBJWQ
  • Vous avez maintenant les trois informations à envoyer par mail à simon.moinard@supagro.fr ! La création de votre compte sera effectives dans quelques heures après réception du mail.
  • Si vous souhaitez recevoir des alertes sur le téléphone, vous pouvez télécharger l’application Telegram et envoyer votre numéro de téléphone également dans le mail
A la réception du mail de confirmation, vous pourrez visiter votre console pour visualiser les données. Direction la console du mobilab.
Pour paramétrer et créer votre espace dans la console, vous pouvez cliquer sur la suite de ce tutoriel ici

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