Développement d'un système de gestion d'objets connectés

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministre de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Larbi Ben M’hidi -Oum El Bouaghi

Faculté : sciences et sciences appliquées

Département : Génie Electrique

Filière : Electronique

En Vue de L’obtention du diplôme de Master

Spécialité : Electronique des systèmes embarqués

Développement d'un système de gestion

d'objets connectés

Présenté par : Dirigé par :

HAMDI Wissam Dr. LAMAMRA Kheireddine

Dr. BENELHADJ Mohamed El Hadi

Juré par :

Pr. KHAMEDJA Mohamed Dr. MOITSI Souheil

I

Je remercie ALLAH, le tout puissant, le miséricordieux,

De m’avoir donné le courage, la volonté et la patience de

Mener à terme ce présent travail.

J’exprime mes profondes gratitudes à mes parents pour leurs

encouragements, leur soutien et pour les sacrifices qu'ils ont endurés.

Je tiens à remercier mes encadreurs Dr. LAMAMRA Kheireddine et

Dr. BENELHADJ Mohamed El Hadi (université Constantine 2)

pour avoir d’abord proposé ce thème et pour leurs aides ses

remarques et ses conseils

Je remercie le chef de département de génie électrique

Dr. DJEBABLA Ali de leur encouragement.

Je remercie Mr. BOURAMOUL Imed pour leur aide ses remarques

et ses conseils

Je remercie également les membres de jury d’avoir accepté de juger

ce travail.

Mes remerciements vont aussi à tous les enseignants de filière

d’électronique qui ont contribué à notre formation.

Enfin, je tiens à exprimer mes reconnaissances à tous mes amis et

collègues pour le soutien moral et matériel.

II

A ceux qu’ont faits de moi une femme mes très

chers parents mon père : Belgacem et ma mère :

Hayat.

A grand-mère : nana Wiza

A Mes frères : Chems Eddine, Manel, Boutheina,

Nedjma, Romaisssa, Randa, Oussama.

A les enfons : Salsabile, Baraa, Tasnime, Sirine,

Dhio, Jouri, Iline.

A toutes la famille Hamdi.

A mon encadreur : Lamamra Kheireddine.

A ma cher amie : Rahma.

A mes amies et collègues : Wafa, Thedja, Wissam,

Nousseiba, Kawther, Aziza, Khawla, Imen, Seif

Eddine, Amar, Lazhar, Hachem, Walid, Akram,

Mehdi, Mohammed, Ahmed, Abd Elhamide, Nadhir.

A tous mes enseignants de filière d’électronique

III

Remerciements ............................................................................................................... I

Dédicaces ..................................................................................................................... II

Sommaire .................................................................................................................... III

Liste des figures ........................................................................................................ VII

Liste des tableaux ..................................................................................................... VIII

Liste d’abréviations .................................................................................................... IX

Introduction générale .....................................................................................................1

Chapitre I : Les objets connectés ...................................................................................3

I.1. Introduction : .......................................................................................................4

I.2. Les objets connectés ............................................................................................4

I.2.1. Définition ......................................................................................................4

I.2.2. Statistiques des objets connectés ....................................................................4

I.3. L’internet des objets (IoT : Internet of Things) .....................................................5

I.3.1. Définition ......................................................................................................5

I.3.2. Domaines d’applications de l’IoT ..................................................................6

I.4. Les habitats intelligents (la domotique) ................................................................6

I.4.1. La sécurité .....................................................................................................7

I.4.2. Cinéma maison ..............................................................................................8

I.4.3. Appareils électriques .....................................................................................8

I.4.4. Loisirs et jardin .............................................................................................8

I.4.5. Assistance à la vie quotidienne ......................................................................8

I.4.6. La santé .........................................................................................................8

I.5. Internet de Tout les objets (IoE) ...........................................................................9

I.5.1. Définition ......................................................................................................9

I.5.2. Les villes intelligentes (Smartes Citys) ........................................................ 10

IV

I.5.2.1. Définition............................................................................................. 10

I.6. Les avantages et les inconvénients d’IOT ........................................................... 10

I.6.1. Les avantages .............................................................................................. 10

I.6.2. Les inconvénients ........................................................................................ 10

I.7. Conclusion ......................................................................................................... 11

Chapitre II : Circuits de commande et protocoles ......................................................... 12

II.1. Introduction : .................................................................................................... 13

II.2. La carte Arduino :............................................................................................. 13

II.2.1. Définition : ................................................................................................. 13

II.2.2. Description technique :............................................................................... 13

II.2.2.1. Matériel (hardware) : .......................................................................... 13

II.2.2.1.1. Le microcontrôleur :..................................................................... 13

II.2.2.1.2. Alimentation et signaux d’entrée/sortie : ...................................... 14

II.2.2.1.3. Mémoire : .................................................................................... 14

II.2.2.2. Logiciel (Software) : ........................................................................... 15

II.2.3. Les types d’Arduino : ................................................................................. 15

II.2.4. La plate-forme NodeMCU (ESP8266) :...................................................... 16

II.2.4.1. Définition : ......................................................................................... 16

II.2.4.2. Description technique : ....................................................................... 16

II.3. Les protocoles de communication : ................................................................... 17

II.3.1. Introduction : ............................................................................................. 17

II.3.2. Définition : ................................................................................................. 17

II.3.3. Protocoles TCP, UDP et IP : ...................................................................... 18

II.3.4. Protocole HTTP : ....................................................................................... 19

II.3.4.1. La requête http : .................................................................................. 19

II.3.4.2. La repense : ........................................................................................ 20

II.3.5. Protocole MQTT : ...................................................................................... 20

II.3.5.1. Fonctionnement du MQTT : ............................................................. 21

V

II.3.6. Protocol XMPP : ........................................................................................ 21

II.3.6.1. L’architecture : ................................................................................... 22

II.3.6.2. Exemples des applications : ................................................................ 22

II.4. Conclusion : ..................................................................................................... 23

Chapitre III : Outils de développement ........................................................................ 24

III.1. Introduction..................................................................................................... 25

III.2. Partie 1 : Simulation d'un système de réception et de commande à distance ..... 25

III.2.1. Présentation du simulateur Packet Tracer de Cisco .................................... 25

III.2.2. Détection de mouvement et vidéo surveillance à distance.......................... 25

a) Configuration du récepteur distant : Le Smartphone ................................. 25

b) Configuration des capteurs : La caméra IP et le détecteur de mouvement . 26

III.2.3. Détection de fumée et déclenchement de l'arroseur et la sirène .................. 27

III.2.4. Système d'arrosage automatique de pelouse pour jardin ............................ 28

III.2.5. Contrôle à distance d’un smart home ........................................................ 29

III.3. Partie 2 : Réalisation d'un système de réception et de commande à distance .... 32

III.3.1. Introduction .............................................................................................. 32

III.3.2. Partie Hardware : ...................................................................................... 32

III.3.2.1. Capteur de gaz MQ2 .......................................................................... 32

III.3.2.2. Capteur Ultrason HC-SR04 ............................................................... 33

III.3.2.3. Le servomoteur.................................................................................. 34

III.3.2.4. Capteur température et d'humidité DHT11 ......................................... 35

III.3.2.5. Le Buzzer .......................................................................................... 35

III.3.3. Partie Software : ....................................................................................... 37

III.3.3.1. Le service web IFTTT ....................................................................... 37

III.3.3.2. Alerter à distance ............................................................................... 37

III.3.3.2.1. Recevoir un e-mail ...................................................................... 37

III.3.3.2.2. Recevoir un SMS ........................................................................ 38

III.3.3.5. Contrôler des objets à distance ........................................................... 39

VI

III.3.4. Réalisation de la Smart Home ................................................................... 42

III.3.4.1. Le montage globale ........................................................................... 44

III.3.4.2. Mise en marche du système ............................................................... 44

III.4. Conclusion ...................................................................................................... 46

Conclusion générale .................................................................................................... 47

Références ................................................................................................................... 49

Annexe 1 ..................................................................................................................... 51

Annexe 2 ..................................................................................................................... 53

Annexe 3 ..................................................................................................................... 59

Résumé ....................................................................................................................... 62

Mots clés ..................................................................................................................... 63

VII

Figure I. 1 : représentation de la relation entre le monde physique et le réseau informatique ...4

Figure I. 2 : statistique d'objets connectés dans le monde [7] ..................................................5

Figure I. 3 : comparaissant entre le monde avant et après l'internet des objets .........................6

Figure I. 4 : représentation d’un smart home ...........................................................................7

Figure I. 5 : représentation de l'Internet of Evrything ..............................................................9

Figure I. 6 : représentation de smart city ............................................................................... 10

Figure II. 1 : Description des entrées/sorties de la carte Arduino Uno ................................... 15

Figure II. 2 : Description des pines de la carte NodeMCU..................................................... 17

Figure II. 3 : L’architecture des protocoles OSI et TCP/IP .................................................... 18

Figure II. 4 : Représentation de protocole HTTP ................................................................... 19

Figure II. 5 : Représentation de fonctionnement de protocole MQTT .................................... 21

Figure III. 1 : les éléments pour système d'alarme ................................................................. 25

Figure III. 2 : Test de fonctionnement de système d'alarme ................................................... 26

Figure III. 3 : les éléments pour un système de détection de fumée ....................................... 27

Figure III. 4 : test de fonctionnement pour le système de détection de fumée ........................ 28

Figure III. 5 : les éléments pour un système d'arrosage.......................................................... 28

Figure III. 6 : test de fonctionnement du système d'arrosage ................................................. 29

Figure III. 7 : les éléments pour contrôle à distance d’un smart home ................................... 30

Figure III. 8 : les éléments du smart home après les configurations ....................................... 30

Figure III. 9 : liste des éléments du smart home dans le smartphone...................................... 31

Figure III. 10 : test de fonctionnement du smart home .......................................................... 32

Figure III. 11 : Capteur de gaz MQ2 ..................................................................................... 33

Figure III. 12 : Branchement du capteur MQ2 avec la carte de commande NodeMCU .......... 33

Figure III. 13 : capteur Ultrason ............................................................................................ 33

Figure III. 14 : Fonctionnement de capteur Ultrason ............................................................. 34

Figure III. 15 : Branchement du capteur Ultrason avec la carte de commande NodeMCU ..... 34

Figure III. 16 : Servomoteur ................................................................................................. 34

Figure III. 17 : Branchement du Servomoteur avec la carte de commande NodeMCU .......... 35

Figure III. 18 : Branchement du capteur DHT11 avec la carte de commande NodeMCU ...... 35

Figure III. 19 : Branchement du Buzzer avec la carte de commande NodeMCU ................... 36

Figure III. 20 : Représentation du fonctionnement d’IFTTT .................................................. 37

Figure III. 21 : Les étapes pour prendre la clé ....................................................................... 38

VIII

Figure III. 22 : La clé de Webhooks ...................................................................................... 38

Figure III. 23 : Liens entre les plates-formes ......................................................................... 39

Figure III. 24 : La clé de l'application ................................................................................... 40

Figure III. 25 : la dernière étape pour l'IFTTT ....................................................................... 40

Figure III. 26 : présentation de site Dashboard ...................................................................... 41

Figure III. 27 : La configuration entre les utilisable et les fonctions ...................................... 42

Figure III. 28 : Organigramme globale de système ................................................................ 43

Figure III. 29 : Représentation de montage globale par Fritzing ............................................ 44

Figure III. 30 : Image réelle de montage ............................................................................... 44

Figure III. 31 : présentation du recevoir des emails ............................................................... 45

Figure III. 32 : commande des capteurs à distance par Messenger ......................................... 45

Figure III. 33 : Représentation du commande de servomoteur et recevoir des SMS ............... 46

Tableau 1 : comparaison entre la carte Arduino Uno et NodeMCU ..................................... 16

IX

IoT : Internet of Things

IoE : Internet of Everything

IDE : Integrated Development Environment

ROM : Read-Only Memory

SRAM : Static Random Access Memory

EEPROM : Electrically-erasable programmable read-only memory

TCP : Transmission Control Protocol

IP : Internet Protocole

UDP : User Datagram Protocol

HTTP : Hyper Text Transfer Protocol

MQTT : Message Queuing Telemetry Transport

XMPP : Extensible Messaging and Presence Protocol

IFTTT : IF This Then That

https://fr.wikipedia.org/wiki/Electrically-erasable_programmable_read-only_memory

Introduction générale

A l'apparition du réseau informatique et l'internet, son concept était liés aux ordinateurs

connectés seulement, après, les téléphones portables se sont développés et sont devenus

connectés eux aussi à l’internet, et ainsi les tablettes. Cependant actuellement, le concept des

réseaux et d’internet a été évasé pour englober toutes les choses et occupé tous les domaines.

L'internet des objets intègre les objets du quotidien dans un réseau qui assure l'échange de

données entre les éléments qui le composent, la communication et la coordination entre les

appareils fournit une plus grande commodité pour les utilisateurs.

L'Internet des objets (connu de nom IoT : Internet of Things) a trouvé sa diffusion

rapidement en raison des nombreux avantages et le confort qu’elle offre. Tel que ; l'amélioration

des services public comme le transport et les parkings, augmenter la sécurité humaine, la

surveillance et maintenance des lieux privés et publics, réduire le temps perdu et économiser

l'énergie consommée, etc. Son nom est associé beaucoup plus aux maisons et villes

intelligentes.

Dans ce travail, nous présentons une étude générale sur les objets connectés et la

réalisation d'un système de Smart Home (maison intelligente) basé sur l’internet des objets et

réalisé à base de la carte électronique NodeMCU (esp8266) qui possède un module Wifi. Le

système réalisé permet de restituer des données et de délivrer des commandes à distance via

internet. Une partie de simulation d'une maison intelligente avec objets connectés est également

effectuée par le logiciel Packet Tracer de Cisco.

Dans ce mémoire nous présentons dans le 1èr chapitre les objets connectés et leurs

domaines d'utilisation, avec un aperçu sur les maisons et les villes intelligentes. Le 2ème chapitre

présente le circuit de commande qui est basé sur la carte électronique NodeMCU qui fait partie

de la famille des cartes Arduino. Nous présentons ses caractéristiques ainsi que les protocoles

de communications utilisés. Dans le 3ème chapitre nous présentons la partie simulations de la

maison intelligente suivie par la partie réalisation de notre application qui est un Smart Home

contrôler via internet en utilisant des sites populaires tels que Gmail et Messenger de Facebook

pour recevoir les notifications en cas d’alerte et pour commander les objets de la maison à

distance. Enfin, nous terminons ce mémoire avec une conclusion générale qui résume l’intérêt

de notre étude, les remarques et les résultats obtenus, ainsi que les difficultés rencontrées dans

l’expérimentation et tout en traçant des perspectives pour l’amélioration de l’application au

future.

Chapitre I Les objets connectés

4

I.1. Introduction :

Un Système embarqué est un système autonome, généralement fortement connecté. Ces

systèmes offrent des services qui nous facilitent la vie et parfois nous la sauvent. Ils existent

dans la maison intelligente, la défense, le contrôle de processus industriel, le transport, les

infrastructures critiques tel que le nucléaire ou l’énergie, les loisirs, smartphones, drones, robots

jouets, systèmes d’aide à la conduite automobile, cœur artificiel, dispositifs de surveillance à

distance du domicile ...etc.

Un système embarqué est destiné pour réaliser une tâche bien précise, fonctionne très

souvent en temps réel et intègre des éléments matériel et logiciel, il est intégré au dispositif

physique dont il assure le contrôle et dont il partage les contraintes d'environnement, pour cela,

il devra satisfaire des objectifs de fiabilité, robustesse et sécurité, ainsi qu’un ensemble de

contraintes réglementaires [1]. Avec l'avancée technologique rapide dans le domaine de

l'électronique et l'informatique embarquée, les objets connectés sont devenus très utilisés dans

divers domaines. Ces derniers sont présentés dans la section suivante.

I.2. Les objets connectés

I.2.1. Définition

Un objet connecté est un objet physique équipé de capteurs ou d’une puce qui lui

permettent d'assurer une tache précise. Il s’agit d’un matériel électronique capable de

communiquer avec un ordinateur, un Smartphone ou une tablette, etc., via un réseau sans fil qui

le relie à Internet ou à un réseau local [2]. Les objets connectés produisent de grandes quantités

de données dont le stockage et le traitement entrent dans le cadre de ce que l'on appelle les Big

data. [3]

Figure I. 1 : représentation de la relation entre le monde physique et le réseau informatique

I.2.2. Statistiques des objets connectés

‒ Environ plus de 1.5 milliard d’appareils connectés sont utilisés dans les ‘Smart City’ en

2017.


5

‒ 8,4 milliards d’objets connectés à Internet, un chiffre en hausse de 31 % en un an

‒ 35 milliards d’appareils seront connectés de manière globale d’ici 2020

‒ 2 voitures sur 5 dans le monde auront une forme de connexion au réseau sans fil d’ici 2020

[4]

Figure I. 2 : statistique d'objets connectés dans le monde

I.3. L’internet des objets (IoT : Internet of Things)

I.3.1. Définition

L'Internet des objets ou IoT (Internet of Things en anglais), est un scénario dans lequel

les objets, les animaux et les personnes se voient attribuer des identifiants uniques, ainsi que la

capacité de transférer des données sur un réseau sans la nécessité d'aucune interaction humain-

à-humain ou humain-à-machine.

Dans l'IoT, un « objet » peut être une personne équipée par exemple d'un pacemaker

(stimulateur cardiaque), un animal de ferme qui porte une puce (transpondeur), une voiture qui

embarque des capteurs pour alerter le conducteur lorsque la pression des pneumatiques est trop

faible, ou encore tout objet naturel ou fabriqué par l'être humain auquel peuvent être attribuées

une adresse IP et la capacité de transférer des données sur un réseau. [5] [6]


6

Figure I. 3 : comparaissant entre le monde avant et après l'internet des objets

L’Internet des Objets est un réseau de réseaux qui permet, via des systèmes

d’identification électronique normalisés et unifiés, et des dispositifs mobiles sans fil,

d’identifier directement des entités numériques et des objets physiques et de pouvoir récupérer,

stocker, transférer et traiter les données s’y rattachant sans discontinuité entre le monde

physique et virtuel [7].

I.3.2. Domaines d’applications de l’IoT

a) Ville intelligente : circulation routière intelligente, transports intelligents, collecte des

déchets, cartographies diverses (bruit, énergie, etc.).

b) Environnements intelligents : prédiction des séismes, détection d’incendies, qualité de

l’air, etc. La technologie IoT permet aux usines d'améliorer l'efficacité de ses opérations,

d'optimiser la production et d'améliorer la sécurité des employés, etc.

c) Sécurité et gestion des urgences : radiations, attentats, explosions.

d) Contrôle industriel : mesure, pronostic et prédiction des pannes, dépannage à distance.

e) Santé :

‒ Les hôpitaux utilisent l'analyse de données distantes pour déterminer les patients qui

sont les plus à risque afin de pouvoir réagir plus rapidement aux événements mettant

leur vie en danger.

‒ À l'aide des solutions d'intelligence artificielle, de l'apprentissage automatique et des

systèmes de raisonnement, l'analyse prédictive étudie les données historiques afin de

créer des idées pour l'avenir.

f) Agriculture intelligente, domotique, applications ludiques etc. [7] [8]

I.4. Les habitats intelligents (la domotique)

La domotique est l’ensemble des techniques de l’électronique, de physique du bâtiment,

d’automatisme, de l’informatique et des télécommunications utilisées dans les bâtiments et


7

permettant de centraliser le contrôle des différents systèmes de la maison et de l’entreprise

(chauffage, volets roulants, porte de garage, portail d’entrée, prises électriques, etc.).

La domotique vise à apporter des solutions techniques pour répondre aux besoins de

confort (gestion d’énergie, optimisation de l’éclairage et du chauffage), de sécurité (alarme) et

de communication (commandes à distance, signaux visuels ou sonores, etc.) que l’on peut

retrouver dans les maisons, les hôtels, les lieux publics, etc. [9]

Figure I. 4 : représentation d’un smart home I.4.1. La sécurité

Lorsqu' on quitte son domicile on souhaite qu’elle reste surveillée afin d'éviter les

intrusions, les tentatives de violations, intempéries en plus de l'incendie, l'inondation, la fuite

de gaz, etc. dans la domotique plusieurs types capteurs sont utilisés pour détecter : des

mouvements, des inondations, le bris de verre, les vibrations, l'ouverture de porte et fenêtre, la

fumée et le feu, l’humidité, la tempête, etc. Une autre forme de sécurité de la maison est le fait

d'être capable d’agir sur sa maison à distance. Il va ainsi être possible de bloquer ou libérer les

serrures à distance et on peut être alerté en cas de détection de problèmes de défaillance. Pour

cela, de nombreux systèmes sont envisageables :

Une caméra vidéo et un code personnel pour contrôler et faciliter les entrées.

Des détecteurs de présence qui, à l'approche d'un intrus, vont mettre en mouvement les

fermetures de la maison et/ou simuler une présence (en allumant une lumière, par

exemple).

Un « bip » d’ouverture automatique de la porte et éventuellement l'ouverture au moyen

d’une carte magnétique ou d’un dispositif de reconnaissance vocale.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cam%C3%A9ra


8

En cas de tentative d’intrusion, une synthèse vocale et un système de lumières peuvent

être déclenchés ; un appel téléphonique automatique peut contacter alors le propriétaire

et/ou une entreprise de sécurité.

Et il existe d'autres systèmes tels que le tapis contact, les radars de détection, etc.

I.4.2. Cinéma maison

La diffusion d’information permet, par l’intermédiaire d’un réseau domestique relié à

Internet, d’accéder à différentes informations par tous les supports vidéo de la maison

(télévision, écrans, téléphone portable…).

I.4.3. Appareils électriques

La domotique permet à partir d'une seule commande de mettre en route ou éteindre les

éclairages et le chauffage, de gérer l’ouverture ou la fermeture partielle ou totale des volets

roulants, d'activer ou désactiver les systèmes d'alarme et aussi des appareils électroménagers

tels que les machines à laver, etc.

I.4.4. Loisirs et jardin

La domotique peut permettre la gestion et le contrôle d'arrosage via Internet.

I.4.5. Assistance à la vie quotidienne

Des robots d'assistance à la vie quotidienne ou à des malades ou handicapés sont à l'étude

dans de nombreux laboratoires de recherche. Ces robots domestiques prennent parfois forme

humaine et peuvent se déplacer en évitant tous les obstacles. Ils disposent généralement de

dispositifs de sécurité leur retirant toute force mécanique dès qu’ils entrent en contact avec une

personne par exemple.

Des chercheurs travaillent pour permettre au robot d'acquérir les mêmes possibilités

d'apprentissage que les humains. Quelques robots d'assistance à domicile sont déjà

commercialisés, tel Akamaru, lancé en 2005 par Mitsubishi Heavy Industries, qui peut remplir

plusieurs services, comme rappeler un rendez-vous important, se connecter à Internet par le Wi-

Fi pour aller y chercher de l'information et la retransmettre grâce à sa voix ou surveiller la

maison.

La domotique pourrait permettre divers usage telle que : ménage ; cuisine intelligente ;

Mail/Messagerie instantanée relié au système central ; système de surveillance synchronisé ;

guide de visiteurs, etc.

I.4.6. La santé

Cette application de la domotique est essentiellement prévue pour le suivi des personnes

fragiles (Personnes âgées, Handicap lourd, Malentendants ou sourds…). On peut imaginer

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me

https://fr.wikipedia.org/wiki/Robot

https://fr.wikipedia.org/wiki/2005

https://fr.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi

https://fr.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi


9

qu’un équipement installé sur une personne ou dans son domicile contrôle un certain nombre

de paramètres comme : son rythme cardiaque, sa température corporelle, son taux de glycémie,

la qualité de l’air et on peut également imaginer un capteur sensoriel qui permet de détecter la

perte de connaissance. En fonction des résultats, il va être possible de remonter des alertes vers

des organismes compétents : services d’urgence ou les proches. [10] [11]

I.5. Internet de Tout les objets (IoE)

I.5.1. Définition

L’Internet des Objets (Internet of Things), se résume à tous ces produits dits connectés,

et suivis par des applications mobiles : montres, bracelets, brosses à dent, réfrigérateurs, etc.

L’Internet of Everything (L’internet de Tout) signifie qu’il va bien au-delà des «Things »

(objets connectés). Il s’agit en fait d’une expression inventée et promue par un rapport de Cisco,

un des leaders mondiaux en infrastructure réseau. L’Internet of Everything (IoE) comprend non

seulement l’Internet des Objets, mais également les données, les processus et les gens,

etc. (via leurs smartphones et leurs réseaux sociaux). Elle repose sur la collecte des informations

que nous partagerons individuellement et collectivement. Cette collecte sera organisée par des

sociétés privées capables de traiter des Big Data, et chargées d’en retirer des bénéfices, en les

revendant soit à des agences publicitaires ou marketing, soit aux organismes publics soucieux

d’optimiser leurs services et territoires, soit aux sociétés privées d’intérêt public (transports,

énergie, travaux, gestion des déchets, etc.) [12]

Figure I. 5 : représentation de l'Internet of Everything


10

I.5.2. Les villes intelligentes (Smartes Citys)

I.5.2.1. Définition

La ville intelligente désigne une ville utilisant les technologies de l'information et de la

communication et divers dispositifs physiques connectés au réseau (l'Internet des objets ou

IOT) pour optimiser l'efficacité des opérations et des services urbains et se connecter aux

citoyens afin d'améliorer la qualité des services urbains [11].

Figure I. 6 : représentation de smart city I.6. Les avantages et les inconvénients d’IOT

I.6.1. Les avantages

Les avantages des IoT sont nombreux, en plus de ce qui a été cité ci-dessus nous pouvons

ajouter les avantages suivants :

Améliorer les services traditionnels généraux comme le transport et les parkings

La surveillance et maintenance des lieux publics

Suivi le taux de la validité des instructions pour le travail

Réduire le temps perdu dans les transactions administratives dans la ville.

L’organisation et l’amélioration de la qualité d’Airlines

Economiser la consommation de l’énergie dans la ville

L’éclairage intelligent pour la ville ...etc.

I.6.2. Les inconvénients

La protection des données, la vie privée et la sécurité sont souvent les principales

inquiétudes des sceptiques de l'IOT. Pour calmer ces inquiétudes, il serait utile de

donner aux clients les informations relatives au lieu de stockage et à la nature des

données qui les concernent. [13]

Les objets connectés sont coûteux.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ville


11

I.7. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté l’internet des objets qui est un nouveau concept

pour notre façon de vivre et la gestion de nos affaires avec l’utilisation de l’internet. Avec l'IoT,

des objets, des animaux et des personnes sont connectés via un réseau afin d'assurer une

meilleure gestion et contrôle et un meilleur confort et sécurité.

Chapitre II Circuits de commande et protocoles

13

II.1. Introduction :

Dans ce chapitre nous présentons le circuit de commande que nous avons conçu afin

de restituer des informations à partir de capteurs distants et contrôler certains dispositifs, ce

circuit est basé sur une carte Arduino de type NodeMCU (ESP8266). Nous présentons

également les protocoles de communication utilisés dans ce travail.

II.2. La carte Arduino :

II.2.1. Définition :

Arduino est une plate-forme open-source utilisée pour la construction de projets

électroniques. Arduino se compose à la fois d'une carte de circuit programmable physique

(souvent appelée microcontrôleur) et d'un logiciel, ou IDE (Integrated Development

Environment) utilisé pour écrire et télécharger du code informatique sur la carte physique.

II.2.2. Description technique :

II.2.2.1. Matériel (hardware) :

Une plateforme Arduino est généralement construite autour d'un microcontrôleur

Atmel AVR (ATmega328 ou ATmega2560 pour les versions récentes, ATmega168 ou

ATmega8 pour les plus anciennes), et de composants complémentaires qui facilitent la

programmation et l'interfaçage avec d'autres circuits. Le microcontrôleur est préprogrammé

avec un boot-loader de façon à ce qu'un programmateur dédié ne soit pas nécessaire.

Arduino utilise des entrées/sorties pour l'interfaçage avec les autres circuits. Le

modèle Diecimila par exemple, possède 14 entrées/sorties numériques, dont 6 peuvent

produire des signaux PWM, et 6 entrées analogiques. Les connexions sont établies à travers

de connecteurs situés sur le dessus de la carte, les modules d'extension venant s'empiler sur

l'Arduino [14]. Les modules sont généralement programmés via une connexion série RS-

232.

II.2.2.1.1. Le microcontrôleur :

Un microcontrôleur est une puce (ou circuit) électronique rassemblant un

microprocesseur, une mémoire ROM pour stocker un programme, une mémoire vive pour

stocker des états de variables et d'une interface d’entrées/sorties. Sa fréquence est de

quelques MHz et sa consommation électrique et ses dimensions sont plus faibles que pour

un ordinateur et n'a pas besoin d'aucun système d’exploitation pour le faire fonctionner, on

lui charge un programme et celui-ci s’exécute seul [15].

http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Microcontr%C3%B4leur/fr-fr/

http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Atmel/fr-fr/

http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/PWM/fr-fr/


14

II.2.2.1.2. Alimentation et signaux d’entrée/sortie :

L’Arduino peut fonctionner avec une source de tension continue allant de 6 à 20 Volt

(entre 7 et 12 recommandé) ou en USB, que l’on peut classer en deux catégories, les filaires

(via un câble USB) et les autonomes (via une pile 9v).

Le Nombre des entrées/sorties disponibles est différent selon la carte, par exemple

dans la carte Arduino UNO possède 14 Entrées/Sorties, dont 6 pouvant produire du PWM.

La particularité de ces broches est que nous pouvons les configurer (via le programme)

comme étant des entrées ou des sorties. Les 6 broches pouvant produire du PWM signifie

que parmi ces 14 broches, 6 sont capables de générer une sortie analogique. La carte Arduino

UNO dispose également six entrées analogiques [15]. La tension des entrées analogiques est

comprise entre 0 et 5V et les sorties analogiques peuvent admettre des valeurs (entre 0 et

1024 exactement) analogiques comprises entre 0 et 5 Volts. Les connecteurs d'entrées/sorties

ne peuvent pas fournir en sortie un courant supérieur à 40 mA. Le signe tilde (~) sur les

connecteurs 3, 5, 6, 9 10 et 11 signifie que ces broches possèdent la fonction PWM [16].

II.2.2.1.3. Mémoire :

Les trois types de mémoires qui existent dans une carte Arduino Uno à

base ATmega328 sont :

‒ La mémoire FLASH : Sert à stocker les programmes à exécuter. Elle est de 32 kilos

(d’où la référence 32..8 ) pour l’atmega 328.

‒ La mémoire SRAM (Static Random Access Memory) : Sert à stocker des données

temporaires (les variables de programme par exemple). Elle est de taille de 2kilos

(Arduino Uno).

‒ La mémoire EEPROM : (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory ou

mémoire morte effaçable électriquement et programmable) : Elle permet le stockage par

le programme et les données permanentes. Sa taille dans un circuit Atmega 328 est de 1

kilooctet.


15

Figure II. 1 : Description des entrées/sorties de la carte Arduino Uno

II.2.2.2. Logiciel (Software) :

Le logiciel de programmation des modules Arduino est une

application Java, libre et multiplateformes, il fonctionne sur Mac, Windows et Linux et

servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le firmware et le

programme au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module).

Le langage de programmation utilisé est le C++ et il est lié à la bibliothèque de

développement Arduino [14].

Il est possible de programmer le comportement de la carte Arduino de deux manières

différentes : en programmation script (en langage C) ou en programmation par blocs [17].

II.2.3. Les types d’Arduino :

Il existe plusieurs types de cartes Arduino, nous citons par exemples :

‒ Arduino UNO

‒ Arduino pro

‒ Seeeduino

‒ Arduino mega2560

‒ Duinomite-mega

‒ Arduino Mini Pro

‒ Arduino Nano

‒ Arduino Yun

‒ Arduino Wifi Shield

‒ Arduino UNO Wifi

Ces cartes sont présentées en figures dans l'annexe 2.

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Firmware/fr-fr/

http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Bluetooth/fr-fr/


16

II.2.4. La plate-forme NodeMCU (ESP8266) :

II.2.4.1. Définition :

L'ESP8266 est le nom d'un microprocesseur conçu par Espressif Systems qui est une

société chinoise basée à Shanghai. Il est considéré comme étant une solution de réseau wifi

autonome et comme un pont entre les microprocesseurs existants et le wifi afin de gérer des

applications autonomes [18]. Un bref historique de ce microprocesseur est présenté à

l'annexe 2 de ce mémoire.

II.2.4.2. Description technique :

Les spécifications principales de l'ESP8266 sont : Protocole 802.11 b/g/n ; Wi-Fi direct

(P2P)1, soft-AP ; une pile de protocole TCP/IP intégrée ; processeur 32 bits intégré de faible

puissance [19]. Le tableau ci-dessous montre une comparaison entre une carte Arduino UNO

R3 et une carte NodeMCU.

Arduino UNO R3 NodeMCU

Power 5V 3.3V

fréquence 16MHz 80MHz

Microcontrôleur ATmega328 ESP8266

Flash Memory 32KB 4MB

SRAM 2kB 64KB / 96KB DRAM

EEPROM 1KB Non, utiliser Flash

External Power Port Oui Non

USB Oui Oui

Pins 32 22

GPIO 14 16 (11 Digital I/O)

Analog I/O 6 1

PWM 6 9

Wifi Non Oui

SPI / I2C Oui Oui

Tableau 1 : comparaison entre la carte Arduino Uno et NodeMCU

1 P2P : Raccourci pour des gens aux gens (en anglais : people to people)


17

Figure II. 2 : Description des pines de la carte NodeMCU

Dans ce travail nous avons utilisé des protocoles de communication afin de restituer à

distance des données et délivrer à distance également des commandes. Dans la section

suivante nous présentons les protocoles de communication les plus importants.

II.3. Les protocoles de communication :

II.3.1. Introduction :

L'Internet comprend aujourd'hui des milliards de connexions et d'échanges qui en font

un outil puissant pour le partage de l'information. Internet est devenu le moteur de profondes

transformations dans la vie des entreprises, des individus et des institutions. La perspective

est celle d'un monde de connexion encore plus dense, entre les hommes mais aussi avec les

objets [20]. Pour le bon fonctionnement de tout cela, des règles (ou protocoles) sont utilisées

pour réussir une communication fiable entre les différents composants d'un réseau de

communication.

II.3.2. Définition :

Un protocole est une méthode standard qui permet la communication entre des

processus (s'exécutant éventuellement sur différentes machines). C'est un ensemble de règles

et de procédures à respecter pour émettre et recevoir des données sur un réseau. Il en existe

plusieurs selon ce que l'on attend de la communication. Certains protocoles seront par

exemple spécialisés dans l'échange de fichiers, d'autres pourront servir à gérer simplement

l'état de la transmission et des erreurs, etc. [21]


18

II.3.3. Protocoles TCP, UDP et IP :

TCP/IP désigne communément une architecture réseau, mais cet acronyme désigne en

fait 2 protocoles étroitement liés : un protocole de transport, TCP (Transmission Control

Protocol) et un protocole réseau, IP (Internet Protocol). Ce qu’on entend par « modèle

TCP/IP », c’est en fait une architecture réseau en 4 couches (figure II.3) dans laquelle les

protocoles TCP et IP jouent un rôle prédominant, car ils en constituent l’implémentation la

plus courante. Par abus de langage, TCP/IP peut donc désigner deux choses : le modèle

TCP/IP et la suite de deux protocoles TCP et IP. Dans ce qui suit nous présentons les

protocoles TCP et IP et non pas le modèle de référence qui est décrit à l'annexe 2 de ce

mémoire.

Figure II. 3 : L’architecture des protocoles OSI et TCP/IP

Entant que protocole, TCP fait partie de la couche transport des deux modèles (de

référence et OSI). En effet cette couche comprend les deux protocoles : TCP (Transmission

Control Protocol) et le protocole UDP (User Datagram Protocol). Le TCP est un protocole

fiable, orienté connexion, qui permet l’acheminement sans erreur de paquets issus d’une

machine à une autre machine. Son rôle est de fragmenter le message à transmettre de manière

à pouvoir le faire passer sur la couche internet. A l’inverse, sur la machine destination, TCP

replace dans l’ordre les fragments transmis sur la couche internet pour reconstruire le

message initial. Le protocole TCP s’occupe également du contrôle de flux de la connexion.

Le protocole UDP est en revanche un protocole plus simple que TCP : il est non fiable

et sans connexion. Son utilisation présuppose que l’on n’a pas besoin ni du contrôle de flux,

ni de la conservation de l’ordre de remise des paquets. Par exemple, on l’utilise lorsque la

couche application se charge de la remise en ordre des messages. Dans le modèle OSI,

http://www.frameip.com/entete-ip/


19

plusieurs couches ont à charge la vérification de l’ordre de remise des messages. Une autre

utilisation d’UDP : la transmission de la voix. De manière plus générale, UDP intervient

lorsque le temps de remise des paquets est prédominant.

Concernant le protocole IP (appelé également Protocole inter-réseau) il est

responsable de la récupération des segments formatés à partir du protocole TCP, de leur

encapsulation en paquets, de l’affectation des adresses appropriées et de la sélection du

meilleur chemin vers l’hôte de destination.

II.3.4. Protocole HTTP :

Le protocole HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) est le protocole le plus utilisé sur

Internet. La version 0.9 était uniquement destinée à transférer des données sur Internet (en

particulier des pages Web écrites en HTML. La version 1.0 du protocole permet désormais

de transférer des messages avec des en-têtes décrivant le contenu du message.

Le but du protocole HTTP est de permettre un transfert de fichiers (essentiellement au

format HTML) localisés grâce à une chaîne de caractères appelée URL (Uniform Resource

Locator, 'localisateur uniforme de ressource') entre un navigateur (le client) et un serveur

Web.

Figure II.4 : Représentation de protocole HTTP

II.3.4.1. La requête http :

Une requête HTTP est un ensemble de lignes envoyé au serveur par le navigateur. Elle

comprend :

‒ Une ligne de requête : Précisant le type de document demandé, la méthode qui doit être

appliquée, et la version du protocole utilisée. Elle comprend trois éléments séparés par

un espace : la méthode ; l’URL ; la version du protocole utilisé par le client

(généralement HTTP/1.0).

‒ Les champs d'en-tête de la requête : Un ensemble de lignes facultatives permettant de

donner des informations supplémentaires sur la requête et/ou le client (Navigateur,

http://web.maths.unsw.edu.au/~lafaye/CCM/internet/protocol.htm


20

système d'exploitation, ...). Chacune de ces lignes est composée d'un nom qualifiant le

type d'en tête, suivi de deux points (:) et de la valeur de l'en-tête.

‒ Le corps de la requête : Ensemble de lignes optionnelles devant être séparées des lignes

précédentes par une ligne vide et permettant par exemple un envoi de données par une

commande POST lors de l'envoi de données au serveur par un formulaire.

II.3.4.2. La repense :

Une réponse HTTP est un ensemble de lignes envoyées au navigateur par le serveur.

Elle comprend :

‒ Une ligne de statut : Précisant la version du protocole utilisé et l'état du traitement de

la requête à l'aide d'un code et d'un texte explicatif. Elle comprend trois éléments devant

être séparés par un espace : la version du protocole utilisé ; le code de statut ; la

signification du code

‒ Les champs d'en-tête de la réponse : Ensemble de lignes facultatives permettant de

donner des informations supplémentaires sur la réponse et/ou le serveur. Chacune de ces

lignes est composée d'un nom qualifiant le type d'en tête, suivi de deux points (:) et de la

valeur de l'en-tête.

‒ Le corps de la réponse : il contient le document demandé. [22]

II.3.5. Protocole MQTT :

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) est un protocole de connectivité

(machine-to-machine (M2M) / "Internet of Things") basé sur le protocole TCP/IP. Il a été

conçu comme un transport de messagerie de publication. Il est utile pour les connexions avec

des emplacements distants où une empreinte de code réduite est requise et/ou si la bande

passante du réseau est prioritaire.

MQTT est efficace pour les applications mobiles en raison de sa petite taille, de sa

faible consommation d'énergie, de la réduction des paquets de données et de la distribution

efficace des informations à un ou plusieurs récepteurs.

Il est devenu très utilisé surtout avec la croissance exponentielle de l'Internet des

objets, et la nécessité de se connecter et de communiquer entre les appareils intelligents de

faible puissance. MQTT a été conçu pour être un protocole à faible surcharge qui tenait

compte de la bande passante et des limitations du processeur. Il a été conçu avec la capacité

de fonctionner dans un environnement intégré où il constituerait une voie de communication

fiable et efficace. [23]


21

II.3.5.1. Fonctionnement du MQTT :

MQTT offre un mécanisme de messagerie Souscription/Publication très léger. Il est

très utile pour se connecter aux sites distants, sur lesquels l'empreinte hardware est très

légère. MQTT utilise le principe de "Publisher/Subscriber" pour connecter les systèmes entre

eux. Il assure ce fonctionnement en segmentant totalement l'émetteur (Publisher) du

récepteur (Subscriber). L'émetteur transmet un message à un système central (appelé aussi

Broker MQTT) auquel s'abonne tous les systèmes souhaitant récupérer des données

provenant des émetteurs (figure II.5). Les Publishers et Subscribers sont totalement

autonomes, ils n'ont pas besoin de s'identifier respectivement pour échanger des données.

[24] [25]

Figure II. 5 : Représentation de fonctionnement de protocole MQTT

Plusieurs applications utilisent actuellement le MQTT tel que : Facebook Messenger

et les dernières versions du système de contrôle de signalisation d’IECC (Integrated

Electronic Control Centre).

II.3.6. Protocol XMPP :

XMPP (eXtensible Messaging and Presence Protocol, protocole extensible de

présence et de messagerie), est un ensemble de protocoles standards ouverts de l’Internet

Engineering Task Force (IETF) pour la messagerie instantanée, et plus généralement une

architecture décentralisée d’échange de données. XMPP est également un système de

collaboration en quasi-temps-réel et d’échange multimédia par son extension Jingle, dont

la voix sur réseau IP (téléphonie sur Internet), la visioconférence et l’échange de fichiers

sont des exemples d’applications.

XMPP est constitué d'un protocole TCP/IP basé sur une architecture client-

serveur permettant les échanges décentralisés de messages instantanés ou non, entre clients,

https://fr.wikipedia.org/wiki/Protocole_de_communication

https://fr.wikipedia.org/wiki/Messagerie_instantan%C3%A9e


22

au format Extensible Markup Langage (XML). XMPP est en développement constant et

ouvert. [24]

II.3.6.1. L’architecture :

XMPP fonctionne sur une architecture client/serveur. De ce fait, toutes les données

envoyées d'un client à un autre passent nécessairement par un serveur Jabber (serveur de

communication). Le client établit une connexion TCP avec le serveur en utilisant le port.

La connexion ainsi établie perdure durant toute la durée de la communication, ce qui

évite au client de demander confirmation au serveur de la réception des messages.

Si le client est toujours connecté : Tous les messages destinés au client en question

lui sont directement adressés.

Si le client n'est plus connecté : Le serveur mémorise les messages qui lui sont

adressés afin de pouvoir les lui transmettre lors de la prochaine connexion

‒ Les clients Jabber : Dans une architecture Jabber, le client n'a que très peu de

restrictions. En effet, un client Jabber est simple à mettre en œuvre. Il doit simplement

être capable :

D'établir une connexion TCP avec un serveur XMPP

D'analyser les messages XML qu'il reçoit afin de pouvoir les interpréter

Supporter les types de données de bases de XMPP, tel que la présence par exemple.

‒ Les serveurs Jabber : La flexibilité est une composante cruciale du protocole XMPP.

Ainsi, sur un serveur Jabber, les administrateurs ont la possibilité d'ajouter des

fonctionnalités au serveur d'origine. Dans le cas d'ajout de tels composants, la simplicité

du serveur en lui-même n'est pas affectée. [26] [6]

II.3.6.2. Exemples des applications :

Le Jabber un serveur libre permettant aux logiciels clients de se connecter pour

discuter. Ce serveur permet soit de créer un réseau Jabber privé (derrière un pare-feu), soit

de rejoindre d’autres serveurs publics fédérés sur Internet, pour dialoguer en ligne avec ses

correspondants. De très nombreuses applications Jabber peuvent être créées :

‒ Messagerie instantanée et présence

‒ Notifications

‒ Diffusion par push

‒ Transferts de fichiers

‒ Travail collaboratif en temps-réel

‒ Echange de données

‒ Jeux en ligne

https://fr.wikipedia.org/wiki/Extensible_Markup_Language

https://fr.wikipedia.org/wiki/Jabberd

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pare-feu_(informatique)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Server_push


23

Grâce à Jingle, extension multimédia de XMPP, il est possible d’étendre les flux à tout

contenu binaire : téléphonie sur Internet, visioconférence, etc. [27]

II.4. Conclusion :

La communication par internet a besoin de certains matériels et de protocoles. En IoT

les protocoles les plus utilisés sont HTTP et MQTT et pour réaliser un système d’objets

connectés nous avons besoin de circuit pour communiquer va internet. Dans ce chapitre nous

avons présentés des exemples de circuits qui peuvent communiquer sans fil et plus

particulièrement nous avons présenté la carte NodeMCU (esp8266) que nous avons utilisé

dans notre réalisation pratique. Dans le prochain chapitre nous présentons en détail le

système réalisé avec les différents composants matériels et logiciels.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Jingle_(protocole)

Chapitre III Outils de développement

25

III.1. Introduction

Dans ce travail nous avons réalisé un système de réception de données à distance via

internet et délivrer des commandes également à distance via internet. La réalisation de ce travail

a demandé la lecture et la maitrise de plusieurs notions et protocoles liés aux concepts de

communication et de contrôle à distance via internet et la domotique. Dans ce chapitre nous

présentons la partie réalisation ainsi que la partie simulation effectuée par le logiciel Packet

Tracer de Cisco. La réalisation pratique est effectuée en utilisant une carte électronique de type

« NodeMCU, ESP8266».

III.2. Partie 1 : Simulation d'un système de réception et de commande à distance

III.2.1. Présentation du simulateur Packet Tracer de Cisco

Un bref aperçu du simulateur Packet Tracer est présenté dans l'annexe 3 de ce mémoire.

III.2.2. Détection de mouvement et vidéo surveillance à distance

Dans cette partie nous simulant un système d’alarme domestique qui détecte un

mouvement et qui déclenche automatiquement le fonctionnement de la caméra IP (webcam)

qui transmet les images en temps réel au Smartphone pour informer le propriétaire de la

personne intruse. Pour cela nous avons besoin des éléments suivants : Détecteur de Mouvement,

Caméra IP (Webcam), Smartphone et Passerelle Maison (Home Gateway) (figure III.1).

a) Configuration du récepteur distant : Le Smartphone

Pour configurer le Smartphone nous avons suivi les étapes suivant :

‒ Cliquez sur ‘Home Gateway’ puis sur ‘Config’ puis ensuite sur ‘Wireless’.

‒ Copier le ‘SSID’ et fermer la fenêtre puis cliquez sur ‘Smartphone’ puis ‘Config’.

‒ On peut changer le nom de Smartphone, cependant il est nécessaire de choisir le

mode d’adressage en DHCP.

Figure III. 1 : les éléments pour système d'alarme


26

‒ Cliquez sur ‘wireless0’ et collez le SSID du ‘Home Gateway’ et fermez la fenêtre.

b) Configuration des capteurs : La caméra IP et le détecteur de mouvement

Pour ces deux capteurs les étapes de configuration sont mêmes :

‒ Cliquez sur ‘Webcam’ (ou ‘Motion Detector’) et encore sur ‘Config’.

‒ On peut changer le nom du Webcam et confirmée que le mode d’adressage en

‘DHCP’ et IoT server en ‘Home Gateway’ puis cliquez sur ‘Advanced’ et sur ‘I/O

Config’ et dans la fenêtre qui apparaît changez le Network Adapter au ‘PT-IOT-

NM-1W’ et fermer la fenêtre.

‒ Cliquez sur le Smartphone et puis sur ‘Desktop’ et encore sur ‘IoT Monitor’.

‒ Dans la fenêtre qui apparaît cliquez sur ‘login’ ensuit sur Conditions.

‒ Donner un nom à l’action qui ouvre la Webcam puis mettre la condition ‘IF’ « if

‘Motion detector’ ‘on’ is ‘true’ then ‘Webcam’ ‘on’ to ‘true’ » comme montré dans

la figure et puis cliquez sur OK.

‒ Cliquez sur ‘Add’ et ajoutez la condition pour éteindre la Webcam : « if ‘Motion

detector’ ‘on’ is ‘false’ then ‘Webcam’ ‘on’ to ‘false’ » et puis cliquez sur OK.

Test de fonctionnement : Pour vérifier la présence d'un mouvement, cliquez sur ‘Home’,

si c'est le cas, la couleur du point rouge devient vert et une image apparaît sur la ‘Webcam’

(figure III.2). Appuyez sur le bouton ‘Alt’ du clavier et déplacez la souris sur le détecteur de

mouvement afin de simuler un mouvement.

Figure III.2 : Test de fonctionnement de système d'alarme


27

III.2.3. Détection de fumée et déclenchement de l'arroseur et la sirène

Dans cette partie nous simulons un système de détection d’incendie avec une action de

déclenchement automatique de la sirène et de l'arroseur afin d'éteindre la fumée avec contrôle

à distance du système. Pour cela nous utilisons les éléments suivants : détecteur de fumée,

Passerelle maison, arroseur et une sirène et un Smartphone (figure III.3).

Figure III. 3 : les éléments pour un système de détection de fumée

La configuration de la sirène, le détecteur de fumée et l'arroseur est pratiquement

identique de celle de la ‘Webcam’ présentée ci-dessus. De même, la configuration de

‘Smartphone’ est la même, la différence réside seulement aux 'conditions'. Afin de lier le

détecteur de fumée avec la sirène et l’arroseur nous avons utilisé les conditions suivantes :

‒ Déclenchement de la sirène: IF ‘Smoke Detector’ ‘Level’>=0.15 then ‘siren’ ‘on’

to ‘true’.

‒ Arret de sirène: IF ‘Smoke Detector’ ‘Level’ < 0.15 then ‘siren’ ‘on’ to ‘false’.

‒ Déclenchement de l’arroseur: IF ‘Smoke Detector’ ‘Level’ >= 0.17 then ‘sprinkler’

‘on’ to ‘true’.

‒ Arret de l'arroseur: IF ‘Smoke Detector’ ‘Level’ < 0.17 then ‘sprinkler’ ‘on’ to

‘false’.

Test de fonctionnement : Pour vérifier le bon fonctionnement de notre système, nous

avons ajouté un élément 'car' (véhicule) proche du détecteur afin de simuler la présence de la

fumée, en appuyant sur 'Alt' et la souris, la fumée est dégagée, lorsqu'elle dépasse le niveau

0.15, la sirène se déclenche, et si elle dépasse le niveau 0.17, l’arroseur se déclenche également.

Les deux s'arrêtent dans le cas contraire (figure III.4).


28

Figure III. 4: test de fonctionnement pour le système de détection de fumée

III.2.4. Système d'arrosage automatique de pelouse pour jardin

Dans cette partie nous simulons un système d'arrosage automatique de pelouse d'un jardin

avec contrôle de niveau d'eau, le système est contrôlé également à distance. Pour cela nous

utilisons les éléments suivants : un Moniteur de niveau d'eau (relié avec un détecteur de niveau

d'eau), Passerelle maison, Évacuateur d'eau, Arroseur de pelouse et un Smartphone (figure

III.5).

Figure III. 5 : les éléments pour un système d'arrosage

La configuration des éléments de ce système est identique de ce qui est présenté

précédemment seulement les 'conditions' de fonctionnement changent comme suit.

‒ Déclenchement et arête de l'évacuateur d'eau:

IF ‘Level Monitor’ ‘Water Level’ >= 10cm then ‘Water Drain’ ‘on’ to ‘true’.


29

IF ‘Level Monitor’ ‘Water Level’ <= 5cm then ‘Water Drain’ ‘on’ to ‘false’.

‒ Déclenchement et arête de l’arroseur:

IF ‘Level Monitor’ ‘Water Level’ <= 3cm then ‘sprinkler’ ‘on’ to ‘true’.

IF ‘Level Monitor’ ‘Water Level’ > 10cm then ‘sprinkler’ ‘on’ to ‘false’.

Test de fonctionnement : Pour vérifier le bon fonctionnement du système, nous

déclenchons l'arroseur à partir du Smartphone via la passerelle maison et nous vérifions le

niveau d'eau, lorsqu'il atteint un niveau de 10 cm, l'évacuateur s'ouvre et l'arroseur se met à

l'arrêt et si le niveau d'eau devient inférieur à 5 cm, l'évacuateur se ferme, lorsqu'il atteint 3 cm

ou moins l'arroseur se démarre. Tout le processus peut être contrôlé à distance via le

Smartphone (figure III.6).

Figure III. 6 : test de fonctionnement du système d'arrosage

III.2.5. Contrôle à distance d’un smart home

Le regroupement des systèmes précédent avec l'ajout de certains éléments nous a permis

de concevoir une maison intelligente avec un système de commande à distance en plus de la

commande de porte, de fenêtre, d'une machine à café, d'un ventilateur, d'une veilleuse et d'un

volet de garage. Pour nous avons ajouté les éléments suivants : une porte, une fenêtre, un volet

de garage, une lampe et un ventilateur de plafond (figure III.7).


30

Figure III. 7 : les éléments pour contrôle à distance d’un smart home

Après configuration de tous les éléments (comme il a été présenté précédemment), la

commande de la maison intelligente est faite par un Smartphone via la passerelle maison

(figures III.8, figure III.9).

Figure III. 8 : les éléments du smart home après les configurations


31

Figure III. 9 : liste des éléments du smart home dans le smartphone

Test de fonctionnement : les tests que nous avons effectués ont montrés le bon

fonctionnement de notre système, en effet tous les éléments peuvent être contrôlés à distance

en plus de fonctionnement automatique à savoir l'ouverture et la fermeture de la porte. La

fenêtre et du volet de garage, le contrôle de la machine à café, le contrôle de l'éclairage et du

ventilateur en plus de la détection de mouvement, de fumée et la vidéo surveillance avec

déclenchement de l'arroseur et l'alarme par la sirène (figure III.10).


32

Figure III. 10 : test de fonctionnement du smart home

III.3. Partie 2 : Réalisation d'un système de réception et de commande à distance

III.3.1. Introduction

Dans cette partie nous allons concevoir un système d'objets connectés et le commander

via internet pour configurer et faire fonctionner une procédure IoT réelle. Ce système peut être

exploité dans le domaine de la domotique pour une maison intelligente. Dans ce qui suit, nous

allons présenter la mise en œuvre d'un système de réception de données et un système de

commande à distance via internet. Les composants utilisés pour la réception des données sont :

Un capteur de fuite de gaz et de la fumée, un capteur ultrason et capteur de température et

d'humidité. La commande à distance concerne un servomoteur, l'activation d'une alarme sonore

et visuelle (ici Buzer et Leds) en plus de l'activation et la désactivation des capteurs. Le circuit

de commande est à base de la carte NodeMCU (esp8266) présentée dans le chapitre précédent.

La réalisation de ce système comprend deux parties, Matériel et Logiciel.

III.3.2. Partie Hardware :

III.3.2.1. Capteur de gaz MQ2

Le capteur de gaz analogique MQ-2 (figure III.11) est utilisé dans les équipements de

détection de fuite de gaz. Ce capteur est adapté pour détecter le GPL, l’i-butane, le propane, le

méthane, l’alcool, de l’hydrogène, de la fumée. Il dispose une sortie analogique et d’un réglage

de la sensibilité par potentiomètre. Les Caractéristiques techniques de ce capteur sont

présentées à l'annexe 3 de ce mémoire.


33

Figure III. 11 : Capteur de gaz MQ2

Figure III. 12 : Branchement du capteur MQ2 avec la carte de commande NodeMCU

III.3.2.2. Capteur Ultrason HC-SR04

Un capteur à ultrasons HC-SR04 (figure III.12) émet à intervalles réguliers de courtes

impulsions sonores à haute fréquence. Ces impulsions se propagent dans l’air à la vitesse du

son. Lorsqu’elles rencontrent un objet, elles se réfléchissent et reviennent sous forme d’écho au

capteur qui calcule ainsi la distance le séparant de la cible sur la base du temps écoulé entre

l’émission du signal et la réception de l’écho [28]. Les Caractéristiques de ce capteur sont

présentées à l'annexe 3 de ce mémoire.

Figure III. 13 : capteur Ultrason


34

Figure III. 14 : Fonctionnement de capteur Ultrason

Figure III. 15 : Branchement du capteur Ultrason avec la carte de commande

NodeMCU

III.3.2.3. Le servomoteur

Un servomoteur (figure III.16) est un système qui a pour but de produire un mouvement

précis en réponse à une commande externe. Les composants du servomoteur utilisé sont : un

moteur à courant continu ; un axe de rotation ; un capteur de position de l’angle d’orientation

de l’axe et une carte électronique pour le contrôle de la position de l’axe et le pilotage du moteur

à courant continu [29]. Ses avantages sont présentés dans l'annexe 3 de ce mémoire.

Figure III. 16 : Servomoteur


35

Figure III.17 : Branchement du Servomoteur avec la carte de commande NodeMCU

III.3.2.4. Capteur température et d'humidité DHT11

Le DHT11 est un capteur de température et d'humidité simple à mettre en œuvre et son

coût relativement faible. Sa programmation est facile à l'aide aux librairies disponibles pour

l'Arduino, le Raspberry Pi et l'ESP8266 [30]. Ses caractéristiques sont présentées à l'annexe 3.

Figure III. 18 : Branchement du capteur DHT11 avec la carte de commande NodeMCU

III.3.2.5. Le Buzzer

Le Buzzer est un composant électromécanique ou électronique qui produit un son quand

on lui applique une tension. Dans ce travail nous l'avons utilisé pour remplacer une sirène en

cas d’alerte.


36

Figure III. 19 : Branchement du Buzzer avec la carte de commande NodeMCU

III.3.2.6. Les Leds

Les diodes lumineuses sont utilisées dans ce travail pour servir d'alerte visuelle. La LED

verte indique que tout va bien alors que et la LED rouge indique l'existence de problème.


37

III.3.3. Partie Software :

Afin de faire fonctionner les objets connectés à distance, nous avons besoin d’une

interface qui connecte à distance le circuit de commande avec l’utilisateur. Dans ce travail nous

avons utilisé le service web IFTTT (If This, Then, That : Si Ceci Alors Cela) qui fonctionne

avec le protocole Http pour la réception d’une information. Pour la commande à distance, nous

avons besoin d'une plateforme qui fonctionne avec le protocole MQTT telle que Adafruit,

Raspberry, Mosquito, etc. dans ce travail nous avons utilisé l'Adafruit avec le software IDE de

l’Arduino.

III.3.3.1. Le service web IFTTT

IFTTT est un service web gratuit permettant à ses utilisateurs de créer des chaînes

d'instructions simples appelées applets. Une applet est déclenchée par des changements qui

interviennent au sein de services web tels que Gmail, Facebook, Instagram ou Pinterest. Par

exemple une applet peut envoyer un e-mail si l'utilisateur Tweete avec un Hashtag donné, ou

encore sauvegarder les photos publiées sur Facebook dans un service de stockage comme le

Dropbox, ou bien envoyer un mail pour avertir qu'il va pleuvoir demain.

IFTTT a renommé en 2015 l'application d'origine IF et a publié une nouvelle suite

d'applications appelée Do qui permet aux utilisateurs de créer des raccourcis d'applications et

des actions [31].

III.3.3.2. Alerter à distance

Comme le site IFTTT nous fournit le service de lier des objets entre eux, nous avons relié

notre circuit électronique avec les services SMS et Gmail (figure III.20).

Figure III. 20 : Représentation du fonctionnement d’IFTTT

III.3.3.2.1. Recevoir un e-mail

Pour recevoir un e-mail en cas d’alerte suivez ces étapes :

‒ Accédez au site web https://ifttt.com et créer un compte.

‒ Cliquez sur ‘My Applets’ et dans la fenêtre qui apparaît cliquez sur ‘New Applet’.

‒ Cliquez sur ‘this’ et cherchez sur ‘Webhooks’

‒ Ensuite cliquez sur ‘Webhooks’ et encore sur ‘Receive a web request’

‒ Sélectionnez un nom pour événement et cliquez sur ‘Create trigger’

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gmail

https://fr.wikipedia.org/wiki/Facebook

https://fr.wikipedia.org/wiki/Instagram

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pinterest

https://fr.wikipedia.org/wiki/Twitter

https://ifttt.com/


38

‒ Cliquez sur ‘that’ et cherchez sur ‘Gmail’

‒ Ensuite cliquez sur ‘Gmail’ et encore sur ‘Send an email’

‒ Dans la case ‘To address’ cliquez sur ‘add intredient’ ensuit sur ‘Value1’, puis dans

‘Sabject’ cliquez sur ‘add intredient’ puis ‘Value2’ et dans la case ‘Body’ cliquez

sur ‘add intredient’ puis ‘Value3’, ensuit cliquez sur ‘Create action’.

‒ Confirmez que les notifications sont actives et cliquez sur ‘Finish’

‒ Retourner à la fenêtre précédente et cliquez sur l’application d’e-mail ensuit cliquez

sur ‘Check now’ et encore sur ‘Setting’ (figures III.21)

‒ Copier la clé que vous allez utiliser dans le code Arduino (figures III.22)

Figure III. 21 : Les étapes pour prendre la clé

Figure III. 22 : La clé de Webhooks

III.3.3.2.2. Recevoir un SMS

Pour recevoir un SMS en cas d’alerte suivez ces étapes :

‒ Les premières étapes de la condition ‘this’ sont les mêmes que précédemment.

‒ Dans la deuxième étape, cliquez sur ‘that’, ensuite sélectionnez ‘Android sms’.


39

‒ Cliquez sur ‘Send an SMS’, ensuite sélectionnez ‘value1’ pour le numéro de

téléphone et ‘value1’ pour le message, puis cliquez sur ‘Create action’

‒ Confirmez que les notifications sont actives et cliquez sur ‘Finish’

‒ Pour la clé, c’est identique que la méthode de recevoir un e-mail.

Remarque : Pour recevoir un SMS nous devons installer une application Android

spéciale d’IFTTT sur le Smartphone. Le SMS peut être reçu directement sur le téléphone sans

avoir besoin d'une application Android, en changeant dans la 2ème étape, au lieu de choisir

‘Android sms’ choisir ‘sms’, mais le nombre de SMS est limité à 100 par mois.

III.3.3.5. Contrôler des objets à distance

Pour contrôler des objets à distance, nous devons faire le lien de trois plateformes web,

la 1ère est ‘io.adafruit’ qui fonctionne avec le protocole MQTT, la 2ème est ‘IFTTT’ qui lie le

circuit de commande avec le site de protocole ‘io.adafruit’ et la 3ème est ‘Dashboard’ qui joue

un rôle d’interface de communication entre le IFTTT et Messenger de Facebook (figure III.23).

Figure III. 23 : Liens entre les plates-formes

a) Etape 1 : Les opérations sur « io.adafruit »

‒ S'inscrire sur le site io.adafruit.com, ensuite cliquez sur ‘Feeds’ et encore ‘Actions’.

‒ Cliquez sur ‘Create a New Feed’, sélectionnez un nom et cliquez sur ‘create’

‒ Cliquez sur le nom de l'application que vous avez créée, ensuite sur ‘View AIO Key’,

Copiez la clé et Garde-la, car elle sera utilisée pour le code Arduino (figure III.24)

https://io.adafruit.com/


40

Figure III. 24 : La clé de l'application

b) Etape 2 : Les opérations sur « IFTTT»

‒ Allez au site ifttt.com et créer un compte puis cliquez sur ‘My Applets’ et ensuite sur

‘New Applet’, cliquez sur ‘this’ et sur ‘webhooks’ cliquez sur ‘Receive a web request’.

Sélectionnez un nom pour événement et cliquez sur ‘Create trigger’

‒ Cliquez sur ‘that’ et cherchez sur ‘Adafruit’, puis sélectionnez-le.

‒ Cliquez sur ‘Send data to Adafruit IO’, sélectionnez ‘myfeed1’ pour ‘Feed name’ et

‘Value1’ pour ‘Data to save’, ensuite cliquez sur ‘Create action’.

‒ Confirmez que les notifications sont actives et cliquez sur ‘Finish’ (figure III.25)

Figure III. 25 : la dernière étape pour l'IFTTT

c) Etape 3 : les opérations sur « Dashboard»

‒ Après inscription dans le site dashboard.chatfuel.com cliquez sur ‘Create a blank bot’,

ensuite sur ‘CONNECT TO FACEBOOK’.

https://ifttt.com/

https://dashboard.chatfuel.com/


41

‒ Sélectionnez une page en cliquant sur ‘CONNECT TO PAGE’, et créé une page en

cliquant sur ‘CEATE FACEBOOK PAGE’ puis revenez à la page précédente (Figure

III.26).

‒ Le message de bienvenue (Welcome message) peut être changé, ensuite cliquez sur

‘ADD SEQUENCE OR GROUP’ et sélectionnez ‘add group’.

‒ Sélectionnez un nom pour le bloc on (ex : blockon), ensuite cliquez sur ‘+’ et choisissez

‘JSON API.

‒ Dans TYPE, sélectionnez ‘POST’ et dans URL coller le lien :

https://maker.ifttt.com/trigger/chat/with/key/(la clé de Webhooks)/?value1=on

‒ Cliquez sur ‘+’ et ajouter le bloc off avec la même manière, ensuite cliquez sur ‘+’ et

ajouter les blocs des textes

‒ Sélectionnez un nom pour le bloc, cliquez sur ‘text’ et ajoutez un texte pour la discussion

sur la page Facebook (ex : blockon text), répétez la même opération avec le message

texte off.

‒ Cliquez sur ‘Set Up AI’ et sélectionnez des messages de la bienvenue, ensuite cliquez

sur ‘BLOCK’ et choisissez ‘Welcome message’

‒ Ensuite cliquez sur ‘ADD AI RULE’ et sélectionnez des mots spéciaux que vous

utiliserez pour le « ON », ensuite clique sur ‘BLOCK’ et choisissez ‘blockon’, cliquez

encore sur ‘BLOCK’ et choisissez ‘blockon text’.

‒ Répétez les mêmes étapes pour le «off» (figures III.27).

Figure III. 26 : présentation de site Dashboard


42

Figure III. 27 : La configuration entre les utilisable et les fonctions

III.3.4. Réalisation de la Smart Home

Afin de bien expliquer les étapes suivis durant la réalisation pratique de la Smart Home

et le fonctionnement du programme adopté, nous avons présenté un organigramme de

fonctionnement avec :

C1 : le capteur de gaz et fumée

C2 : le capteur ultrason

C3 : le capteur de température

SM : le servomoteur


43

Figure III. 28 : Organigramme globale de système


44

III.3.4.1. Le montage globale

Figure III. 29 : Représentation de montage globale par Fritzing

Figure III. 30 : Image réelle de montage

III.3.4.2. Mise en marche du système

Ce système reflète bien le mécanisme de l’internet des objets dans la domotique. Nous

avons utilisé trois types de capteurs. Le premier c’est le capteur de fumée et gaz, qui alerte par

SMS et email en cas une fuite de gaz s'est produite ou s'il y avait du feu. Le deuxième est le

capteur ultrason mis à côté de la porte et contrôlé à travers le Messenger (activation et

désactivation), si le capteur est actif, il alerte par SMS en cas d'ouverture de la porte. Le


45

troisième est le capteur de température et d'humidité, contrôlé également à travers le Messenger,

s'il est actif, il envoie à l'utilisateur la valeur de température et de l'humidité par email. Nous

avons utilisé aussi un servomoteur afin de contrôler l'ouverture et la fermeture de la porte à

distance également.

Figure III. 31 : présentation du recevoir des emails

Figure III. 32 : commande des capteurs à distance par Messenger


46

Figure III. 33 : Représentation du commande de servomoteur et recevoir des SMS

III.4. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté les étapes de simulation d'une maison intelligente

en utilisant le simulateur Packet Tracer de Cisco, dans cette partie nous avons connecté et

contrôler à distance des objets (capteurs, actionneurs et avertisseurs). Dans la partie réalisation

pratique, nous avons présenté le système conçu d'objets connectés en utilisant la carte

électronique NodeMCU avec des capteurs, actionneurs et avertisseurs. Ces composants

électroniques contrôlés à distance via internet, ne pouvant fonctionner sans la configuration

Soft où nous avons fait appel à trois plates-formes disponibles sur internet afin d'atteindre notre

objectif. Les tests de simulation ainsi que les tests pratiques sont tous montrés le bon

fonctionnement de tous les systèmes et la Smart Home est efficacement gérée via internet en

appliquant ainsi les concepts de l'IoT.

Conclusion générale

48

L’Internet des objets marque le début d’une nouvelle ère en matière de connectivité et de

mobilité, qui transforme les affaires et la vie quotidienne. Grâce à l’Internet des objets, les objets

courants deviennent des actifs intelligents, s’intègrent de façon transparente à un réseau

mondial et sont en mesure de produire et d’échanger des données utiles sans intervention

humaine. L’internet des objets est appliqué beaucoup plus dans les smart homes, mais elle existe

aussi dans d'autres domaines comme l’industrie (IIOT) et l’agriculture.

Dans ce contexte, nous avons développé dans ce travail un système de domotique géré à

instance, il contient un capteur de gaz et de fumé qui détecte plusieurs types de gaz (méthane,

butane…) en cas de fuites, et la présence du fumé en cas de feu avec alerte à distance par email

et SMS. Le système contient également un capteur de température et d’humidité contrôlé par le

Messenger, et il transmit le degré de température par email. Un capteur ultrason est aussi utilisé,

ce dernier est mis à l’entrée de la maison et son activation et désactivation est faite à distance

par Messenger au lieu d’utilisation d’un clavier fixe (Keypade). Une alerte est transmise par

SMS en cas il y a une intrusion de suspect à la maison. Le système réalisé permet aussi de

commander l’ouverture et la fermeture de la porte de maison à distance par Messenger.

Ce projet nous a permis de faire le lien entre l’étude théorique d’un montage électronique

et sa réalisation pratique avec un aspect pluridisciplinaire, de prendre en compte l’ergonomie

de système. Pour développer cette application, nous avons débuté par le développement du

système en simulation puis nous avons passé à la réalisation en utilisant le circuit électronique

NodeMCU et des protocoles de communication utilisés dans les réseaux informatiques et dans

les réseaux IoT. Les tests de simulation et pratiques ont montrés les bons fonctionnements de

tous les systèmes et ont montrés la gestion fiable de la Smart Home via internet par l'utilisation

des techniques et des concepts de l'IoT.

Comme perspectives, nous envisagerons l’amélioration des performances de notre

application par l'utilisation des énergies renouvelables telle que l'énergie solaire afin

d'économiser de plus en plus l'énergie électrique consommée et assurer l'autonomie des

composants qui ne vont pas nécessiter de câblage électrique. Aussi nous pouvons améliorer

notre système pour surveiller et gérer à distance les installations à énergies renouvelables et le

matériel utilisé afin de prédire les pannes avant qu'elles apparaissent et assurer la maintenance

préventive.

49

[1] «Mooc systemes embarques et objets connectes 2016».

[2] «www.smartgrids-cre.fr/index.php?p=objets-connectes-definition».

[3] «www.objetconnecte.com/guide-objets-connectes/quest-ce-quun-objet-

connecte/».

[4] «https://gladiacteur.com/iot-linternet-des-objets/».

[5] Mark Hung, chez Leading the IoT, 2017.

[6] D. Norri, chez Internet of Tings.

[7] «www.cisco.com/c/dam/global/en_ca/solutions/.../internet-of-things-fr».

[8] «www.intel.fr/content/www/fr/fr/internet-of-things/industry-solutions.html».

[9] «www.maison-et-domotique.com/47895-la-domotique-cest-quoi/».

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«igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2007/aessaidi-ndiop_LA-

DOMOTIQUE/intro.htm».

[11

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[12

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everything-ioe».

[13

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«www.journaldunet.com/web-tech/expert/62428/avancees-et-avantages-de-l-

internet-des-objets.shtml».

[14

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«http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Arduino/fr-fr/».

[15

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«http://automacile.fr/definition-arduino-quest-ce-quun-arduino/».

[16

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[17

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50

[18

]

N. Kolban, chez Kolban's book on ESP8266, 2015, p. 14.

[19

]

B. Santos, chez ESP8266 web server with arduino IDE , p. 2.

[20

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«https://halshs.archives-ouvertes.fr/hal-00405070/».

[21

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«http://protocole-tcpip.over-blog.com/article-le-protocole-tcp-ip-definition-

69189059.html».

[22

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«https://edutechwiki.unige.ch/fr/Le_fonctionnement_du_protocole_HTTP».

[23

]

S. S. Sahoo, chez chez Getting Started With MQTT A Practical Guide, p. 5.,

p. 5.

[24

]

S. S. Sahoo, chez Getting Started With MQTT A Practical Guide, p. 5.

[25

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[27

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51

[35

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ultrason-hc-sr04-avec-larduino/».

[36

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[37

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humidite.html».

[38

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«http://dictionnaire.sensagent.leparisien.fr/Arduino/fr-fr/».

[39

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[40

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«http://on.wonderware.fr/mqtt-iot-industriel».

[41

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l».

[42

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«https://wapiti.telecom-

lille.fr/commun/ens/peda/options/st/rio/pub/exposes/exposesrio2009/claerhout-

ricord/fonctionnement.html».

[43

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«https://www.microsonic.de/fr/support/capteurs-%C3%A0-

ultrasons/principe.htm».

[44

]

«MOOC SYSTEMES EMBARQUES ET OBJETS CONNECTES,» 2016.

[45

]

«https://wapiti.telecom-

lille.fr/commun/ens/peda/options/st/rio/pub/exposes/exposesrio2009/claerhout-

ricord/fonctionnement.html».

51

Imagination d’une vie à la ville intelligente (smart city) :

‒ chaque jour, tu te réveilles, tu brosses tes dentes avec une brosse à dent intelligent qui

t’informe combien de temps que tu as utilisé, et si tu as bien brosse tes dents avec une

façon correcte ou non.

‒ Tu portes ton smart T-shirt qui contrôle les sécrétions sudorales, et les niveaux de sel

dans votre corps et qu’il va les envoyé au data base utilisé par les médecins

‒ Avant de sortir, tu pause un moment devant ton mémoire intelligent qu’elle va

t’informer sur la météo et l’information sur la route

‒ Dans la route, tu vas stopper chez un café pour prendre un Thé, tu demandes un tasse

de Thé intelligente qui va t’informer que ce qui est versé c’est vraiment du Thé et aussi

il te donne sa concentration-Et à la fin du jour tu obtiens un rapport à propos que tu as

bu toute la journée.

‒ Si tu décides de prendre un bus, tu iras à la station de transit intelligente qui a un écran

d’affichage qui contient tous les rendez –vous des bus, et qui t’informe combien de

temps reste pour l’arrivage de ton bus

‒ Si tu as une voiture spéciale, elle mèchera des routes intelligent, qui sont fournier avec

un éclairage qui détermine et d’évaluer la nature du climat et qui va aussi contrôler la

pollution, et la circulation routière .de plus les feux de circulation intelligentes c’est un

gagné de temps, tu ne vas pas attendre tant sauf dans les rues opposées.

‒ Dès l’accès au travail , tu ne droit pas chercher un endroit pour ton voiture , avec une

application dans ton smartphone , tu trouveras le plus proche coin pour garer ton

voiture

‒ Si tu veux contacter les institutions gouvernementales tu ne droit pas quitter ton bien-c

’est juste d’avoir un smartphone ou la tablette pour transformer les gouvernements aux

systèmes intelligents.

‒ Avant de quitter ton travail, tu fais marcher le climatiseur avec une application du

climatiseur liée avec l’internet dans ton maison

‒ Tu es dans la route, tu vas arrêter chez un supermarché et pour acheter quelque trucs,

des que tu rentres, tu vas recevoir des notifications dans ton smart phone de réductions

de prix et les offres. tu n’es pas sûr qu’il y a suffisamment des œufs dans le réfrigérateur,

52

tu vas ouvrir une application des œufs intelligente qui est liée avec l’internet qui va

t’informer combien des œufs sont restés, et s’il existe d’autre insalubre.

‒ sans oublier les notifications que tu les reçu toute la journée partout dans ton maison

intelligente qui est fournis avec des caméras intelligentes et d’un système de sécurité

intelligent .si tu as un animal domestique dans la maison, tu peux le contrôler et s’il est

besoin de nourriture ou bien il est des que malade avec une puce, liée avec l’internet,

collé sur lui

‒ Des que tu rentres à la maison, un appareil «la mère affectueuse « te donne un résumé

sur ta famille, quand les enfants sont rentres a la maison, qui a brossé ses dents, et si ta

maman a pris leur médicaments ?

‒ après un repos, tu veux pratiquer du gymnastique tu portes ton T-shirt sportif qui sont

fournis par des stéréoscopies qu’elles vont analyser ton performance et ton condit ion

physique cardiaque et respiratoire d’une application spéciale du T-shirt sur ton mobile

‒ Dans ce moment, la femme au foyer prépas le diner, elle utilise un récipient électronique

connecté à l’internet qui va la suggérer des recettes et qu’il va préciser la quantité

propice de chaque plat.

‒ Appris la prière de l’Itcha, des que tu rentres, ton mobile va t’informer sur la poubelle

qui est connectée à l’internet qu’elle est pleine et que tu dois la vider avant de rentrer à

la maison.

‒ Tu t’assis avec la famille pour le diner tu es en train de manger ton plat préféré avec

une fourchette intelligente connectée à l’internet qui va suivre ton style et la façon de

manger et qu’elle va t’aider de manger doucement et sainement .

‒ Maintenant, tu vas dormir, avec ton smartphone, tu vas fermer tous les portes extérieures

qui sont fournis avec serrures électroniques liées à l’internet .qui permettez-nous de

préciser les horaires d’ouverture et de fermeture automatiquement, et d’avertir en cas

une personne essayera d’ouvrir la porte.

53

1. Présentation de quelques modèles de la carte Arduino :

Les figures ci-dessous représentent les cartes Arduino les plus connus :

Arduino UNO

Arduino MEGA

The Arduino WiFi Shield

Arduino pro

Netduino

Maple

54

NodeMCU

Arduino uno wifi

Arduino Due

Arduino nano

Arduino Robot

Arduino GSM

2. Historique du microprocesseur ESP8266

NodeMCU a été créé peu de temps après l'apparition commerciale de l'ESP8266. Le 30

décembre 2013, la société chinoise « Espressif Systems » a commencé la production du

modèle : ESP8266.

L'ESP8266 est un Wi-Fi gratuit intégré à un Tensilica Xtensa LX106 de base, largement

utilisé dans les applications IoT. NodeMCU a commencé le 13 octobre 2014, lorsque Hong a

publié le premier fichier de nodemcu-firmware sur GitHub. Deux mois plus tard, le projet a été

étendu pour inclure une plate-forme ouverte (open-hardware). Dans le mois courant, Tuan PM a

mis à disposition de téléchargement la bibliothèque client MQTT de Connecter vers la plate-

forme ESP8266 et l'a inséré au projet NodeMCU. Dès lors NodeMCU a été en mesure de

supporter le protocol MQTT, à l'aide de Lua pour accéder au broker MQTT.

55

Une autre mise à jour importante a été faite le 30 janvier 2015, lorsque Devsaurus a porté

l’u8glib vers le projet NodeMCU permettant ainsi au NodeMCU de gérer facilement les écrans

LCD, OLED et même des écrans VGA.

Durant l'été 2015, les créateurs ont abandonné ce projet de firmware et un groupe

indépendant de contributeurs a pris le relais. À l'été 2016, le NodeMCU incluait plus de 40

modules différents [32].

3. La raison de choisir l’Arduino :

Arduino a été utilisé dans des milliers de projets et d'applications grâce à ca simple

utilisation. Le logiciel Arduino est facile à utiliser pour les débutants, mais suffisamment

flexible pour les utilisateurs avancés. Les enseignants et les étudiants l'utilisent pour construire

des instruments scientifiques à faible coût, pour prouver les principes de chimie et de physique,

ou pour commencer avec la programmation et la robotique. Les concepteurs et les architectes

construisent des prototypes interactifs, des musiciens et des artistes l'utilisent pour des

installations et pour expérimenter de nouveaux instruments de musique. Les fabricants, bien

sûr, l'utilisent pour construire de nombreux projets exposés à la Maker Faire, par exemple.

Arduino est un outil clé pour apprendre de nouvelles choses. N'importe qui - enfants, amateurs,

artistes, programmeurs - peut commencer à bricoler en suivant les instructions étape par étape

d'un kit, ou en partageant des idées en ligne avec d'autres membres de la communauté Arduino :

Peu coûteux : Les cartes Arduino ainsi que leurs modules sont relativement peu

coûteuses par rapport aux autres plates-formes de microcontrôleurs.

Multiplateformes : Le logiciel Arduino (IDE) fonctionne sur les systèmes d'exploitation

Windows, Macintosh OSX et Linux. La plupart des systèmes de microcontrôleur sont

limités à Windows.

Environnement de programmation simple et clair - Le logiciel Arduino (IDE) est facile

à utiliser pour les débutants, mais suffisamment flexible pour que les utilisateurs

avancés puissent en profiter. Pour les enseignants, il est idéalement basé sur

l'environnement de programmation Processing, donc les étudiants qui apprennent à

programmer dans cet environnement seront familiers avec le fonctionnement de l'IDE

Arduino.

Logiciels open source et extensibles - Le logiciel Arduino est publié en tant qu'outil open

source, disponible pour extension par des programmeurs expérimentés. Le langage peut être

étendu à travers des bibliothèques C ++, et les personnes voulant comprendre les détails

techniques peuvent faire le saut d'Arduino au langage de programmation AVR C sur lequel il

56

est basé. De même, vous pouvez ajouter le code AVR-C directement dans vos programmes

Arduino si vous le souhaitez.

Matériel Open Source et matériel extensible - Les plans des cartes Arduino sont publiés

sous licence Creative Commons, de sorte que les concepteurs de circuits expérimentés peuvent

créer leur propre version du module, l'étendre et l'améliorer. Même les utilisateurs relativement

inexpérimentés peuvent construire la version maquette du module afin de comprendre comment

cela fonctionne et économiser de l'argent.Source spécifiée non valide.

4. Le Modèle de référence TCP/IP

4.1. Bref historique du protocole TCP/IP

Le modèle TCP/IP, s’est progressivement imposé comme modèle de référence en lieu et

place du modèle OSI. Cela tient tout simplement à son histoire. En effet, contrairement au

modèle OSI, le modèle TCP/IP est né d’une implémentation ; la normalisation est venue

ensuite. Cet historique fait toute la particularité de ce modèle, ses avantages et ses

inconvénients.

L’origine du modèle TCPIP remonte au réseau ARPANET. ARPANET est un réseau de

télécommunication conçu par l’ARPA (Advanced Research Projects Agency), l’agence de

recherche du ministère américain de la défense (le DOD : Department of Defense). Outre la

possibilité de connecter des réseaux hétérogènes, ce réseau devait résister à une éventuelle

guerre nucléaire, contrairement au réseau téléphonique habituellement utilisé pour les

télécommunications mais considéré trop vulnérable. Il a alors été convenu qu’ARPANET

utiliserait la technologie de commutation par paquet (mode datagramme), une technologie

émergeante promettant. C’est donc dans cet objectif et ce choix technique que les protocoles

TCP et IP furent inventés en 1974. L’ARPA signa alors plusieurs contrats avec les constructeurs

(BBN principalement) et l’université de Berkeley qui développait un Unix pour imposer ce

standard, ce qui fut fait.

4.2. Les couches du modèle de référence

Le but d'un système en couches est de séparer le problème en différentes parties (les

couches) selon leur niveau du concept. Chaque couche du modèle communique avec une

couche adjacente (celle du dessus ou celle du dessous). Chaque couche utilise ainsi les services

des couches inférieures et en fournit à celle de niveau supérieur. Source spécifiée non valide.

TCP/IP, un modèle en 4 couches :

57

Le modèle TCP/IP peut en effet être décrit comme une architecture réseau à 4 couches

(figure II.3) :

Le modèle OSI (Open System Interconnection) a été mis à côté pour faciliter la

comparaison entre les deux modèles.

a) La couche Accès au réseau (hôte réseau)

Cette couche (appelée également hôte réseau) semble regrouper les couches physiques et

liaison de données du modèle OSI. Elle permet à un hôte d’envoyer des paquets IP sur le réseau.

Cette couche contrôle les périphériques matériels et les supports qui constituent le réseau.

b) La couche internet

Cette couche réalise l’interconnexion des réseaux (hétérogènes) distants sans connexion.

Son rôle est de permettre l’injection de paquets dans n’importe quel réseau et l’acheminement

de ces paquets indépendamment les uns des autres jusqu’à destination. Comme aucune

connexion n’est établie au préalable, les paquets peuvent arriver dans le désordre ; le contrôle

de l’ordre de remise est éventuellement la tâche des couches supérieures.

Du fait du rôle imminent de cette couche dans l’acheminement des paquets, le point

critique de cette couche est le routage. C’est en ce sens que l’on peut se permettre de comparer

cette couche avec la couche réseau du modèle OSI.

La couche internet possède une implémentation officielle : le protocole IP (Internet

Protocol).

Remarquons que le nom de la couche (« internet ») est écrit avec un i minuscule, pour la

simple et bonne raison que le mot internet est pris ici au sens large (littéralement,

« interconnexion de réseaux »), même si l’Internet (avec un grand I) utilise cette couche.

c) La couche transport

Son rôle est le même que celui de la couche transport du modèle OSI : permettre à des

entités paires de soutenir une conversation.

Cette couche n’a que deux implémentations : Le protocole TCP (Transmission Control

Protocol) et le protocole UDP (User Datagram Protocol). TCP est un protocole fiable, orienté

connexion, qui permet l’acheminement sans erreur de paquets issus d’une machine d’un internet

à une autre machine du même internet. Son rôle est de fragmenter le message à transmettre de

manière à pouvoir le faire passer sur la couche internet. A l’inverse, sur la machine destination,

58

TCP replace dans l’ordre les fragments transmis sur la couche internet pour reconstruire le

message initial. TCP s’occupe également du contrôle de flux de la connexion.

UDP est en revanche un protocole plus simple que TCP : il est non fiable et sans

connexion. Son utilisation présuppose que l’on n’a pas besoin ni du contrôle de flux, ni de la

conservation de l’ordre de remise des paquets. Par exemple, on l’utilise lorsque la couche

application se charge de la remise en ordre des messages. On se souvient que dans le modèle

OSI, plusieurs couches ont à charge la vérification de l’ordre de remise des messages. C’est là

un avantage du modèle TCP/IP sur le modèle OSI, mais nous y reviendrons plus tard. Une autre

utilisation d’UDP : la transmission de la voix. En effet, l’inversion de 2 phonèmes ne gêne en

rien la compréhension du message final. De manière plus générale, UDP intervient lorsque le

temps de remise des paquets est prédominant.

d) La couche application

Contrairement au modèle OSI, c’est la couche immédiatement supérieure à la couche

transport, tout simplement parce que les couches présentation et session sont apparues inutiles.

On s’est en effet aperçu avec l’usage que les logiciels réseau n’utilisent que très rarement ces 2

couches, et finalement, le modèle OSI dépouillé de ces 2 couches ressemble fortement au

modèle TCP/IP.

Cette couche contient tous les protocoles de haut niveau, comme par exemple Telnet,

TFTP (trivial File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), HTTP

(HyperText Transfer Protocol). Le point important pour cette couche est le choix du protocole

de transport à utiliser. Par exemple, TFTP (surtout utilisé sur réseaux locaux) utilisera UDP, car

on part du principe que les liaisons physiques sont suffisamment fiables et les temps de

transmission suffisamment courts pour qu’il n’y ait pas d’inversion de paquets à l’arrivée. Ce

choix rend TFTP plus rapide que le protocole FTP qui utilise TCP. A l’inverse, SMTP utilise

TCP, car pour la remise du courrier électronique, on veut que tous les messages parviennent

intégralement et sans erreurs.

59

1. Présentation du simulateur Packet Tracer de Cisco

Comme les systèmes réseaux continuent d'évoluer en complexité, des programmes

d'études et les outils pédagogiques émergent pour faciliter l'enseignement et apprendre sur la

technologie de réseautage le réseau de Cisco.

Le programme Academy est conçu pour suivre l'évolution des réseaux en fournissant des

programmes d'études innovants et des outils pédagogiques qui aident les élèves à comprendre

les complexités des technologies de l'information et de la communication (TIC). Dans ce cadre,

le logiciel e-learning Cisco Packet Tracer était développé pour aider les étudiants de

Networking Academy à acquérir compétences en technologie de réseautage dans un

environnement en évolution rapide.

Les étudiants à la recherche de compétences en TIC peuvent désormais bénéficier de

l'accessibilité des programmes d'études en ligne et de nouvelles possibilités d'apprentissage

social, de collaboration, et la concurrence.

Cisco Packet Tracer est un puissant programme de simulation de réseau qui permet aux

étudiants d'expérimenter le comportement du réseau et de demander "what if" des questions.

En tant que partie intégrante de l'Académie de réseautage expérience d'apprentissage complète,

Packet Tracer fournit simulation, visualisation, création, évaluation et collaboration capacités

pour faciliter l'enseignement et l'apprentissage de complexes concepts technologiques Fiche

technique de Cisco Packet Tracer.

Packet Tracer complète l'équipement physique dans la salle de classe en permettant aux

étudiants de créer un réseau avec un nombre presque illimité nombre d'appareils, encourageant

la pratique, la découverte et le dépannage.

L'environnement d'apprentissage basé sur la simulation aide les élèves développent des

compétences du 21ème siècle telles que la prise de décision, pensée créative et critique, et

résolution de problèmes.

Packet Tracer complète les cursus de la Networking Academy, permettant aux

instructeurs d'enseigner et de démontrer facilement concepts techniques et conception de

systèmes de réseaux. Instructeurs peut personnaliser des activités individuelles ou multi-

utilisateurs, en fournissant leçons pratiques pour les étudiants qui offrent de la valeur et de la

60

pertinence leurs salles de classe. Les étudiants peuvent créer, configurer et dépanner réseaux

utilisant un équipement virtuel et des connexions simulées, seul ou en collaboration avec

d'autres étudiants. Packet Tracer offre un environnement efficace et interactif pour apprendre

le réseautage concepts et protocoles. Plus important encore, Packet Tracer aide les étudiants et

les instructeurs créent leurs propres «mondes réseau» virtuels pour l'exploration,

l'expérimentation et l'explication du réseautage concepts et technologies. [33]

2. Caractéristiques techniques du capteur MQ-2 :

Capteur de gaz et de fumée

Puce principale : LM393, ZYMQ-2 détecteur de gaz

Haute sensibilité et bonne sélectivité

Tension de fonctionnement : 5V DC

Tension de sortie analogique : 0 ~ 5V

Plage de détection : 200 à 10000ppm

Longue durée de vie et stabilité fiable

Connexions :

VCC : alimentation positive (5V)

GND : alimentation négative

DO : sortie du signal du commutateur TTL

AO : sortie du signal analogique

Quatre trous de vis pour un positionnement facile

Dimensions : 32 x 22 x 27mm [34]

3. Caractéristiques techniques du capteur Ultrason HC-SR04

Pratiquement tous les matériaux qui reflètent le son peuvent être détectés par ce capteur

et ce, quelle que soit leur couleur. Même les matériaux transparents ou les feuilles minces ne

représentent aucun problème pour un capteur à ultrasons. Les capteurs à ultrasons peuvent voir

à travers l'air chargé en poussières et les brouillards d'encre. Même les dépôts minces sur la

membrane du capteur ne nuisent pas à son fonctionnement

Alimentation : 5v.

Consommation en utilisation : 15 mA.

Gamme de distance : 2 cm à 5 m.

Résolution : 0.3 cm.

Angle de mesure : < 15°. [35]

61

4. Avantages du servomoteur

Un servomoteur est capable d'attendre des positions prédéterminées dans les

instructions qui lui on était donné, puis de les maintenir.

Le servomoteur à l’avantage d’être asservi en position angulaire, cela signifie que

l’axe de sortie du servomoteur respectera la consigne d’instruction que vous lui avez

envoyée en son entrée.

Le fil signale à faible courant peut être raccordé directement à une sortie du PIC, pas

besoin de circuit d'interface

On peut commander l'arrêt, la marche, le sens de rotation et la vitesse du servomoteur

à l'aide d'un seul fil, Economie d'E/S

Le servomoteur tourne à la bonne vitesse pour notre robot

Le servomoteur offre un couple important sous un volume réduit [36]

5. Caractéristiques du capteur température et d'humidité DHT11

Alimentation : 3-5.5V DC

Signal de Sortie : Signal Numérique via single-bus

Capteur : Résistance Polymère

Plage de Mesure : Humidité : 20-90%RH ; Température : 0-50°C

Précision : Humidité +-4%RH (Max +-5%RH) ; Température +-2.0°C

Résolution : Humidité 1%RH ; Température 0.1°C

Dimensions : 12x15.5x5.5mm [37]

62

Dans ce projet, nous présentons une étude sur les objets connectés et nous réalisation d'un

système de Smart Home il contient un capteur de gaz et de fumé en cas de fuites ou en cas de

feu avec alerte à distance par email et SMS. Le système contient également un capteur de

température et d’humidité contrôlé par le Messenger, et il transmit le degré de température par

email. Un capteur ultrason est aussi utilisé, ce dernier est mis à l’entrée de la maison et son

activation et désactivation est faite à distance par Messenger. Une alerte est transmise par SMS

en cas il y a une intrusion de suspect à la maison. Le système réalisé permet aussi de commander

l’ouverture et la fermeture de la porte de maison à distance par Messenger.

نظام المنزل الذكي الذي يحتوي على من خلالها احققنالتي انترنت الاشياءدراسة حول ناقدم، مشروعفي هذا ال

أو في حالة نشوب حريق عن طريق البريد الإلكتروني والرسائل للغاز حدوث تسربمع تنبيه عند مستشعر غاز ودخان في

جة ، وينقل درالماسنجر المستخدم عن طريق فيه يتحكم القصيرة. يحتوي النظام أيضًا على مستشعر درجة حرارة ورطوبة

يتم وضع هذا الأخير في مدخل المنزلي، ما يستخدم جهاز استشعار فوق صوتيالحرارة عن طريق البريد الإلكتروني. ك

. يتم إرسال تنبيه عبر الرسائل القصيرة في حالة وجود أي تدخل مريب باستعمال الماسنجرعن بعد تفعيله وإلغاء تنشيطه

الماسنجر. ية التحكم في فتح وإغلاق باب المنزل عن بعُد بواسطةفي المنزل. كما يتيح النظام المتحقق إمكان

In this project, we present a study on Internet of

Things and we realize a Smart Home system it contains

a gas and smoke sensor in case of leaks or in case of fire

with remote alert by email and SMS. The system also

contains a temperature and humidity sensor controlled by the Messenger, and it transmits the

degree of temperature by email. An ultrasonic sensor is also used, the latter is put at the entrance

of the house and its activation and deactivation is done remotely by Messenger. An alert is sent

by SMS in case there is a suspicious intrusion at home. The realized system also makes it

possible to control the opening and closing of the home door remotely by Messenger.

ملخص

63

Arduino, NodeMCU, MQ2, DHT11, HC-SR04, Servomoteur, http, MQTT, IFTTT, IoT.

Développement d'un système de gestion d'objets connectés

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