Creation d’une station météo “maison” : projet Milapli

Anémomètre (WSTX20) de la station Lacrosse WS 2355

Bonjour à tous!

Aujourd’hui, je vais vous présenter mon nouveau projet : la création d’une station météo de toutes pièces. Je possède déja une station météo du commerce, mais je suis sur qu’on peut faire quelque chose de proche pour moins cher. D’autre part, avec une station météo faite soi même, on peut ajouter tous les capteurs que l’on veut.

C’est donc l’occasion d’aller plus loin qu’une simple station météo : il sera possible d’ajouter toutes sortes de capteurs environnementaux et de mesurer de nombreux paramètres. D’autre part, comme nous maîtrisons complètement le matériel ET le logiciel, il sera possible de programmer le rythme de collecte de données, le stockage de celles ci, et tout ce qui nous souhaitera important.

Voyons maintenant les objectifs de ce projet.

Objectifs

Nous cherchons à créer une station météo/de mesures de paramètres environnementaux. Il sera donc bien entendu nécessaire de pouvoir lire la valeur de divers capteurs pour que cela fonctionne. Dans un premier temps, nous commencerons par des capteurs simples, économiques et facilement disponibles. Des capteurs comme le TMP36 pour la température, le DHT11 ou un DHT22 pour la température et l’humidité, des photo-résistances pour mesurer la luminosité…

Les capteurs devront logiquement être placés à divers endroits, et nous pourrons difficilement avoir un seul appareil fournissant toutes les mesures. De plus, cela rendrait le système figé, et difficilement évolutif. Pour y remédier, nous nous orienterons vers une conception modulaire.

Le module central : station de base

De ce fait, il faudra donc concevoir une base, qui aura pour rôle de commander l’ensemble, de collecter et stocker les données. Cette base pourra comporter ou non des capteurs. Elle sera accessible par le réseau (ethernet ou wifi, au choix), mais également via une interface physique directe. Pour cela nous utiliserons sans doute un ecran LCD texte, ainsi que divers boutons physiques/potentiomètres/encodeurs rotatifs. Pour cette base, on utilisera très probablement un Raspberry Pi. Cette station sera alimentée sur le secteur.

Les modules satellites : stations de mesures.

Ces modules auront pour objectif de mesurer les paramètres souhaités à divers endroits. Ils seront donc autonomes et capables de fonctionner par eux même, indépendamment des autres modules. Puisque nous risquons de devoir placer plusieurs de ces modules à divers endroits, il faudra une base ayant un coût modéré, et la capacité de fonctionner sur des piles/batteries. De ce fait, on cherchera idéalement une consommation électrique faible pour maximiser la durée de vie des batteries. Pour l’instant, nous partons sur une base d’Arduino pour ces modules. Pour le développement on pourra utiliser un Arduino complet, mais pour les modules finaux, très probablement des ATmega328p sur des cartes personnalisées, pour réduire les coûts, la consommation, les dimensions, et également faire un circuit adapté.

Les communications

S’il est possible d’avoir des connections filaires, alors les choses sont simples. Il y a de nombreux moyens de communiquer entre deux modules par une connexion filaire. Seulement, cette possibilité dépendra de la distance entre les modules. De ce fait, nous prévoirons également la possibilité d’avoir des communications sans fil. Comme on aura pas nécessairement de ligne de vue entre les modules, on s’orientera vers des communications par radio. Le wifi ou le bluetooth sont de bonnes solutions, car ces standards permettent d’interagir avec de nombreux appareils classiques. De plus, l’adressage, la sécurité, et ce genre de problématiques sont déjà gérés par les standards. La contrepartie est un coût élevé de ces modules, et un contrôle relativement faible sur le matériel. Par exemple, avec un module wifi, on ne peut pas facilement changer la tension de fonctionnement, la puissance d’émission, etc.

Une solution à ces problèmes est d’utiliser des modules de plus bas niveau. En France, la bande de 433Mhz est libre d’utilisation pour le grand public. On trouve des modules radio fonctionnant à 433Mhz pour un coût très faible. J’ai pu avoir des kits émetteur +récepteur pour moins de 3€ l’ensemble. Ces modules sont très simples, et fonctionnent au niveau le plus basique : ils envoient ou reçoivent les données sur commande. En revanche, ils ne gèrent ni l’adressage, ni les interférences, la vérification de la transmission, ou d’autres paramètres du même niveau. Nous aurons donc des solutions à trouver pour ces problématiques. Il faudra également voir la portée effective de ces modules, et dans quelle mesure ils peuvent transmettre à travers des obstacles.

Idéalement, nous devrons faire une couche d’abstraction, qui rendra la transmission des données indépendante du matériel utilisé. Par exemple, une fonction send(destination, data) qui enverra les données et indiquera si le transfert à été effectué avec succès, et qui sera appelée que l’on utilise un module wifi, bluetooth, radio 433Mhz, filaire, infrarouge…

Alimentation et énergie

La station de base sera alimentée par secteur. Nous pourrons envisager la possibilité de rajouter une batterie pour les cas de coupures d’alimentation du secteur. Pour les modules satellites, en revanche, nous n’aurons pas nécessairement accès à l’alimentation secteur. Il faudra donc dès le départ prévoir une alimentation sur piles/batteries. Il faudra du coup optimiser la consommation au maximum pour augmenter l’autonomie. Nous pourrons également envisager l’utilisation de panneaux solaires, ou d’une petite éolienne pour recharger les batteries. Dans tous les cas, avec une bonne optimisation, nous pourrions avoir une autonomie de plusieurs années, et avec l’utilisation d’énergies renouvelables, le module pourrait fonctionner sans assistance jusqu’à ce que les batteries rendent l’âme, soit au moins 5 ans. On fera en sorte que la station de base puisse connaitre l’état des batteries des divers modules, pour permettre de prévenir l’utilisateur quand celles ci seront sur le point de ne plus fonctionner.

Ce projet est sous licence libre. Autrement dit, si je crée un/des circuits, ils seront en open hardware, et le code source est libre. Toutefois certains éléments utilisés pourraient ne pas être sous licence libre; vérifiez donc bien les droits de chaque élément que vous réutilisez.

Toutes les sources seront disponibles sur le github du projet Milapli.