Conception d’une serre contrôlable à distance

Les besoins des plantes

              Un élément prioritaire pour la réussite de ses plantations consiste à choisir des végétaux dont les besoins correspondent au lieu où on souhaite les installer et réciproquement. Dans ce projet, la maitrise des besoins des plantes est nécessaire pour pouvoir les satisfaire. Nombreux sont les besoins des plantes, dont : les besoins en lumière, le besoin en chaleur, le besoin en eau, le besoin en éléments nutritifs des plantes.
a. Les éléments nutritifs du sol : Le sol permet à la plante de trouver son ancrage et sa stabilité. Elle y puise l’eau et les éléments nutritifs grâce à l’humus. Elle bénéficie aussi de la coopération ou du mutualisme avec les organismes symbiotiques et les bactéries utile du sol. Dans ce travail, l’étude se portera seulement sur les éléments nutritifs du sol. Les plantes ont besoin de trouver dans le sol des éléments nutritifs majeurs pour se développer correctement. Parmi eux il y a : l’élément azote, le phosphore, le potassium, les oligo-éléments
• L’élément azote : L’azote est fondamental pour la matière vivante, végétale ou animale. Il entre dans la composition des protéines, de la chlorophylle, de l’ADN. L’azote est un élément essentiel pour la croissance et la production de nouveaux tissus des plantes. La plupart des végétaux ne sont pas capables d’assimiler l’azote contenu dans l’atmosphère. En revanche, les plantes prélèvent et utilisent les ions nitrate NO3- présents dans le sol.
• Le phosphore : Le phosphore stimule le développement des racines et entre en jeu dans la floraison et la fructification. Les plantes l’absorbent sous forme d’ions phosphate PO43-. Ces ions proviennent du très lent lessivage de roches contenant du phosphate de calcium Ca3(PO4)2 et ne sont présents qu’en faible quantité dans les sols.
• Le potassium : Le potassium permet à la plante de réguler l’eau et de lutter contre les agressions des insectes et les parasites. L’élément potassium est présent dans tous les organismes vivants sous forme d’ions K+. Il est indispensable à la synthèse chlorophyllienne, contrôle les échanges d’eau entre la plante et l’atmosphère, et les aide donc à lutter contre la sécheresse
• Les autres éléments minéraux : Les autres éléments minéraux tels que le calcium, le magnésium, le fer, le bore, le manganèse et le soufre sont également importants pour les végétaux. Que ce soit pour assurer des mécanismes essentiels, la production de composés aromatiques ou assurer les défenses des plantes face aux agresseurs (élaboration de poisons ou de composés répulsifs).
• Les oligo-éléments : Les oligo-éléments sont présents à l’état de traces, mais indispensables à la croissance des végétaux. Les principaux sont : le cuivre, le zinc, le fer, le manganèse, le chlore. Les plantes ont besoin d’oligo-éléments en quantités très faibles, mais précises. En effet, excès et défaut sont également nuisibles à la plante.
b. Les besoins en eau des plantes : Les plantes contiennent des proportions variables d’eau. Celle-ci peut constituer jusqu’à 90 % de leur masse. Chez les plantes, l’eau permet d’assurer la respiration, la photosynthèse, la circulation des éléments nutritifs, la survie et la croissance. Les racines puisent l’eau dans le sol, ou dans l’air dans certains cas. L’eau entre en jeu dans le phénomène d’évapotranspiration. Cependant certaines plantes sont plus sensibles que d’autres à l’excès d’eau qui asphyxie les racines et préféreront des sols bien drainés, où l’eau ne stagne pas en surface. Concernant aussi le besoin en eau, plus précisément à l’humidité de l’air les plantes vertes sont souvent des plantes originaires de zones tropicales, dont la caractéristique est une atmosphère saturée en humidité. Elles supportent difficilement l’air sec : leur feuillage sèche, et elles sont plus sensibles aux attaques des insectes et les parasites.
c. Les éléments carbone C, hydrogène H et oxygène O : Comme tous les êtres vivants, la plante aussi a besoin d’air pour vivre. L’’air est composé de diazote à 78%, de dioxygène à 21% et d’autres gaz à 1% dont 0.03% de dioxyde de carbone (CO2). Ces éléments constituent les matériaux de base des végétaux et sont assimilés au cours de la synthèse chlorophyllienne des glucides. Cette synthèse est une réaction chimique réalisée par les plantes à partir du dioxyde de carbone contenu dans l’atmosphère et de l’eau présente dans le sol.
d. Les besoins en lumière des plantes : Pour les plantes, la lumière est le moteur de la photosynthèse. Il est indispensable de respecter leurs besoins en luminosité. La photosynthèse est en effet le processus qui permet aux plantes de synthétiser leur matière organique à partir d’éléments minéraux. L’apport d’énergie sous forme de (1.1) lumière permet à la plante d’utiliser du dioxyde de carbone présent dans l’air afin de récupérer le carbone et l’intégrer à des molécules organiques, comme les sucres (fructose, amidon, cellulose) ou des protéines. Les réactions chimiques de la photosynthèse produisent du dioxygène (O2). Globalement, par rapport aux besoins en lumière il existe trois catégories de plantes : les plantes d’ombre, les plantes de lumière, et les plantes qui supportent un ensoleillement mitigé. Les plantes sciaphiles, sont adaptées à des conditions de luminosité faible (comme les fougères, les clivias, etc), alors que d’autres ont au contraire besoin de beaucoup de lumière pour prospérer : il s’agit des plantes héliophiles.
e. Apport en engrais De nombreux sols manquent naturellement d’un ou plusieurs éléments nutritifs et nécessitent, avant toute culture, un apport correctif : c’est la fertilisation dite de redressement (souvent réalisée dans le cas du phosphore). Elle est indispensable puisque c’est l’élément nutritif en défaut dans le sol qui limite le rendement d’une récolte.
• Les engrais azotés : Ils apportent sous différentes formes l’élément azote N nécessaire aux cultures : les engrais nitriques, comme le nitrate de sodium NaNO3 et le nitrate de calcium Ca (NO3)2, contiennent l’azote sous la forme d’ions nitrate NO3– directement assimilables par les plantes. Ces engrais ont donc une action très rapide sur les cultures.
• Les engrais ammoniacaux : Comme le sulfate d’ammonium (NH4)2SO4 qui est particulièrement intéressant pour les cultures exigeantes en soufre, le chlorure d’ammonium NH4Cl, contiennent l’azote sous forme d’ions ammonium NH4+. Ces ions sont fixés par la terre, puis lentement transformés en ions nitrate avant d’être assimilés par les plantes. Ces engrais ont donc une action lente et durable.
• Les engrais ammoniaco-nitriques : Ils sont constitués de nitrate d’ammonium NH4NO3 et commercialement appelés ammonitrate. Ils permettent une fertilisation rapide (action des ions nitrate) et durable (effet à long terme des ions ammonium).
• Les engrais phosphatés : Ils apportent l’élément phosphore P nécessaire aux cultures, principalement sous forme d’ions phosphatés (PO43-, H2PO4-). Les gisements de phosphate sont essentiellement constitués de phosphate de calcium Ca3(PO4)2. Ces phosphates naturels, peu solubles dans l’eau, doivent être souvent transformés en composés plus solubles, assimilables par les plantes.
• Les engrais potassiques : Ils apportent l’élément potassium K sous forme d’ions potassium K+. La matière première des engrais potassiques est la sylvinite. C’est un minerai principalement constitué de chlorure de potassium KCl et de chlorure de sodium NaCl.

Les parois et/ou couvertures

                 Les parois et/ou couvertures sont transparentes ou translucides, permettant de cultiver des plantes dans un environnement plus chaud ou mieux contrôlé qu’à l’extérieur. La serre peut parfois être chauffée à la demande pour des productions toute l’année dans des pays froids ou tempérés. A partir des parois utilisées, on peut classer les serres en deux types :
• La plupart du temps, la serre est faite avec des recouvrements en vitre ou en plexiglass, c’est la forme la plus habituelle. C’est une structure compacte et assure bien l’isolation. Mais on peut dire qu’elles sont un peu couteuses. La Fig 1.9 illustre une serre.
• Il existe aussi une autre forme de serre qui est le tunnel, ou serre tunnel. Il s’agit d’une structure plus légère recouverte de bâches plastiques résistantes aux ultraviolets et tendues sur des tubes métalliques arrondis. De dimensions variables, les tunnels sont intéressants pour leur plus faible coût de construction. Ils sont construits pour protéger des cultures précoces ou tardives des conditions climatiques extérieures défavorables. L’utilisation de ces couvertures transparentes permet d’avoir l’effet de serre, qui est l’emprisonnement de la radiation de chaleur entrant. Seulement l’onde infrarouge de faible longueur d’onde (de l’ordre de 0,4 à 0,5 µm) peut traverser la couverture.La culture et le sol placés sous la couverture s’échauffent. L’échauffement crée des rayons infrarouges de forte longueur d’onde qui ne peuvent donc pas s’échapper à travers la couverture. La chaleur reçue est ainsi conservée.

L’initiative OASIS

                 L’OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) est un consortium mondial qui travaille pour la standardisation de formats de fichiers ouverts basés notamment sur XML Cette organisation a standardisé le protocole MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Mis au point par IBM (International Business Machine Corporation), Eurotech et Cirrus Link Solutions, MQTT a été standardisé par l’OASIS en 2013. Il est considéré comme un protocole d’échange de messages simple et fiable. Testé sur le terrain depuis plusieurs années, le protocole permet déjà à des objets d’échanger des informations avec le reste du monde. Demain, tous les compteurs intelligents (smart meter) qui constituent les réseaux intelligents de distribution (smart grid) et tous les véhicules pourraient s’appuyer sur MQTT pour communiquer

Communication avec l’application web et le Raspberry

Il s’agit de créer deux applications :
– l’application serveur qui écoute sur le réseau en attendant des connexions
– l’application client qui se connecte au serveur, elles de trouve dans le Raspberry
Pour que le client se connecte au serveur, il lui faut deux informations :
– Le nom d’hôte (hostname) ou son adresse IP.
– Un numéro de port, qui est souvent propre au type de service utilisé. Le numéro de port est compris entre 0 et 65535 et les numéros entre 0 et 1023 sont réservés par le système.
Pour la création du server il faut faire appel au constructeur socket, dans le cas d’une connexion TCP, il prend les deux paramètres suivants, dans l’ordre :
socket.AF_INET : la famille d’adresses, ici ce sont des adresses Internet ;
socket.SOCK_STREAM : le type du socket, SOCK_STREAM pour le protocole TCP.
Du coté server : connexion = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
Du côté client : connexion_avec_serveur = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
Pour l’attente des connexions de clients, il y a la méthode bind. Elle prend un paramètre : le nom d’hôte, le port. Mais pour que le serveur écoute sur un port, il faut le configurer en conséquent. on ne renseigne pas le nom de l’hôte, mais il faut préciser un numéro de port 1024 et 65535. connexion.bind(( », 12800)) La méthode listen accepte un paramètre qui est le nombre d’hôte avec qui communiquer. connexion.listen(1) La methode accept est utilisé pour accepter une connexion connexion_avec_client, infos_connexion = connexion.accept() Pour faire communiquer les sockets, les méthodes utilisées sont : la méthode send pour envoyer et recv pour recevoir.
Côté serveur : connexion_avec_client.send(b » connexion »)
msg_recu = connexion_avec_serveur.recv(1024)
Ainsi les applications peuvent se communiquer entre elles

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : LA SERRE ET LA PLANTE
1.1. Les plantes
1.1.1. Définition
1.1.2. Les besoins des plantes
1.1.3. Problème lié à l’inconfort de l’environnement
1.2. La serre
1.2.1. Définition
1.2.2. Classification des serres
1.2.3. Fonction et principe d’utilisation
CHAPITRE II : L’INTERNET DES OBJETS
2.1. L’Internet of Things (IoT)
2.1.1. Définition de l’IoT
2.1.2. Fonctionnement de l’IoT
2.1.3. Les standards techniques de l’IoT
2.1.4. Infrastructure d’une solution connectée
2.2. Le Cloud Computing
2.2.1. Définition
2.2.2. Les principes du Cloud
2.3. Les différents types de service du Cloud
2.4. Les raisons du choix de l’IoT pour la serre
Chapitre III : PRESENTATION DE LA SERRE
3.1. Cahier des charges du projet de serre automatisée connectée
3.1.1. Objectifs
3.1.2. Description
3.1.3. Besoins fonctionnels
3.1.4. Besoins non fonctionnels
3.2. Le système électronique
3.2.1. La base du système : un nano-ordinateur Raspberry Pi
3.2.2. Capteurs de température et d’humidité
3.2.3. Interrupteur commandable : une carte relais
3.2.4. Une pompe électrique
3.2.5. Système de ventilation
3.2.6. La plateforme Cloud : HEROKU
3.3. Les applications WEB
3.3.1. Avantages des applications WEB
3.3.2. Les technologies utilisées pour l’application WEB
3.4. Les protocoles de communication
Chapitre IV : REALISATION DU SYSTEME
4.1. Présentation du portail web pour la gestion de la serre
4.1.1. Description
4.1.2. Présentation des fonctionnalités
4.2 Présentation du prototype du système électronique
4.2.1 Le système électronique : Montages et programmes
4.2.2 Résultats obtenus d’un cas d’utilisation
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1
ANNEXE 2
BIBLIOGRAPHIE

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