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Domotique Ph. Calvisi / 4ème / Confort & domotique / RESSOURCES_X10 1. Sommaire 2. X10 -c'est quoi ? Le prêt à brancher 3. X10 -c'est quoi ? Historique Caractéristiques techniques 4. X10 -c'est quoi ? Les modules X10 Les avantages du X10 5. X10 -c'est quoi ? Les inconvénients de X10 6. L’infrarouge Définition 7. L’infrarouge Détecteurs d'intrusion, Communication 8. Les radiofréquences Définition 9. Les radiofréquences Utilisation des radiofréquences 10. Le courant porteur Définition 11. Le courant porteur Historique 12. USB Définition Historique Communication X10 Réseau électrique 220 V de l'habitation Câble USB

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URCES_X10

1. Sommaire

2. X10 -c'est quoi ? Le prêt à brancher

3. X10 -c'est quoi ? Historique Caractéristiques techniques

4. X10 -c'est quoi ? Les modules X10 Les avantages du X10

5. X10 -c'est quoi ? Les inconvénients de X10

6. L’infrarouge Définition

7. L’infrarouge Détecteurs d'intrusion, Communication

8. Les radiofréquences Définition

9. Les radiofréquences Utilisation des radiofréquences

10. Le courant porteur Définition

11. Le courant porteur Historique

12. USB Définition Historique

Communication X10

Réseau

électrique

220 V de

l'habitation

Câble

USB

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X10 -c'est quoi ?

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X10 -c'est quoi ?

Historique

Ce système est le fruit des travaux effectués par la société écossaise Pico Electronics

dans le but de pouvoir contrôler différents appareils électriques au sein d’une habita-

tion.

Caractéristiques techniques

Le signal numérique envoyé dans le courant secteur alternatif (230 V ou 110 V selon

les pays) est codé et transmis à une fréquence de 120 kHzà chaque passage à zéro

du courant alternatif du secteur (50 Hz ou 60 Hz selon les pays).

La trame est structurée avec une partie adresse et une partie commande envoyée à

tous les récepteurs en même temps. Seuls les récepteurs correctement adressés

exécutent les ordres donnés. Les différents ordres envoyés peuvent être :

des ordres de type marche ou arrêt ;

des ordres de type variation croissante ou décroissante de variateur de courant ;

des valeurs de températures issues de capteurs ;

Des remontées de capteurs de type détecteur de présence infra-rouge.

Le protocole X10 est constitué de paquets de 4 bits « house » (code « maison »

de A à P) suivis de 4 bits « unit » (code « unité » de 1 à 16) suivis de 4 bits com-

mande. Ce qui offre 256 possibilités d'adressage différentes pour chaque module

domotisé.

Chaque signal est envoyé plusieurs fois pour pallier d'éventuels échecs de trans-

mission.

Le protocole radio

Les modules de la gamme X10 peuvent être couplés avec des télécommandes radio

qui donnent des ordres à des modules pilotés par courants porteurs par l'intermédiai-

re d'un convertisseur fréquence radio (433 MHz) en fréquence porteuse.

Centrale de commande domotique X10

Il existe toute une gamme de centrales de commande domotique, des plus simples à des modèles plus évolués gérés par micro-informatique depuis des logiciels sous

Windows, Linux ou Mac OS, etc. Certaines centrales d'alarme permettent d'envoyer

des ordres en X10 (simulation de présence, fermeture des volets en cas d'alarme,

etc.). Ces mêmes centrales accessibles par téléphone permettent de piloter les appa-

reils reliés au réseau X10 (lumières, volets, chauffages, etc.) via les touches du télé-

phone.

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Les modules X10

Il existe des modules contrôleurs et d'autres récepteurs.

Les modules contrôleurs permettent d'envoyer des ordres en X10 sur le réseau filaire à destination des récepteurs : centrale domotique, récepteur radio convertissant les ordres radio en X10, interface infor-matique (PC en USB ou série), programmateur horaire, module universel (contact sec pour capteur), mo-dule d'échange pour les systèmes non X10, etc.

Les modules récepteurs reçoivent les ordres X10 et actionnent l'élément raccordé (lumière, volet, chauf-fage ou tout appareil sur une prise X10 tel que cafetière, machine à laver...). Ces modules peuvent pren-dre la forme d'une sur-prise type prise contre la foudre (pour les appareils et les lumières), d'une douille, d'un interrupteur mural (lumière, volet), d'un module encastrable derrière un interrupteur existant, et même de module rail DIN à installer dans le tableau électrique (télécontacteur, télévariateur).

Les modules récepteurs sont adressables : l'adresse est constituée d'un code « maison » (A à P) et d'un code « unité » (1 à 16). Plusieurs récepteur peuvent avoir la même adresse afin de les actionner en même temps. On peut avoir jusqu'à 256 adresses différentes.

Il existe également d'autres modules spécialisés pour certaines fonctions sur les ordres X10 : filtres, cou-pleurs de phase, répéteurs...

Le module interface informatique permet également de faire des programmations horaires et d'enregis-trer des commandes « macro » en mémoire non volatile (suite de commande simple, par exemple fermer le volet 1 puis le volet 2). Ce module fonctionne même PC éteint.

Les avantages du X10

Le protocole X10 possède certains avantages :

X10 reste le protocole le moins cher dans le domaine des automatismes résidentiels.

La longévité de la technologie: Le X10 est utilisé depuis plus de 20 ans (Amérique du nord principale-ment)

Une communauté d'utilisateurs et de développeurs actifs, et de nombreux logiciels de gestion domo-tique payants, gratuits, et même open-source en licence GPL. L'accès direct gratuit au protocole X10 est possible et est décrit sur les sites spécialisés.

Une ouverture sur de nombreux systèmes : de nombreuses centrales d'alarme de marques différen-tes proposent de piloter des modules X10 (simulation de présence, etc.), pilotage des ordres X10 de-puis un PC avec de nombreux systèmes d'exploitations différents, pilotages des ordres X10 par télé-phone et par onde radio.

Une bonne distribution des produits: on trouve les produits X10 en vente sur des sites internet et dans les magasins spécialisés (électronique,etc.)

Une infrastructure souple : il existe des modules qui se posent sur rail DIN ainsi que des modules dits ambiants (exemple : prise gigogne).

X10 -c'est quoi ?

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Les inconvénients de X10

Le protocole X10 souffre de certains inconvénients :

Une incompatibilité entre des gammes de produits internationaux dans la mesure où beaucoup de pays ont des réseaux d'alimentation électrique très différent comme la France et les États-Unis par exemple avec 230 V~ 50 Hz pour la France et 110 V~ 60 Hz pour les États-Unis avec des types de pri-ses différentes qui impliquent certaines modifications importantes de chaque module en cas d'im-portation. Il est conseillé d'acheter ses produits sur son continent et vérifier le type de prise utilisé pour l'appareil.

Pas d'accusé de réception de l'ordre émis.

De nombreux appareils électroniques modernes du commerce tels que des téléviseurs, micro-ordinateurs, récepteurs satellite, etc. peuvent induire des perturbations ou des filtrages des trames X10 dans le courant secteur via leur alimentation à découpage par exemple qui brouille les signaux X10 de façon difficilement détectable. La conséquence est que certains modules peuvent interpré-ter des perturbations comme des ordres (ce qui provoque par exemple l'allumage de lumières en plein milieu de la nuit).

Un filtre X10 prévu à cet effet est censé filtrer toute forme de perturbation ou isoler électriquement tout éléments potentiellement perturbateur.

Le signal X10 ne peut pas passer à travers un transformateur ou une alimentation triphasée (à moins d'utiliser des coupleurs de phase type FD10).

Les signaux X10 doivent être filtrés à l'entrée ou sortie d'un domicile pour ne pas circuler sur les ins-tallations voisines et vice-versa (non obligatoire mais recommandé).

Il n'est possible d'envoyer qu'un seul ordre à la fois sur le secteur sous peine que ceux-ci se percu-tent et s'annulent mutuellement. Les collisions ne sont en effet pas gérées par le protocole.

La transmission d'un ordre X10 est lente. Il faut compter en moyenne 1 seconde pour transmettre un ordre. Ceci est dû au faible débit (50bps) disponible.

Pour installer des récepteurs X10 encastrés sur un réseau électrique existant (interrupteur mural par exemple), il faut vérifier que le neutre arrive également au niveau de l'interrupteur à remplacer car le X10 à besoin du neutre pour circuler. L'idéal étant d'installer les modules X10 sous forme de module rail DIN sur le tableau électrique afin d'avoir un libre choix des interrupteurs muraux parmi tous les constructeurs du marché (en bouton poussoir pour un télévariateur ou télécontacteur).

Le X10 est un standard industriel, non une norme. Des différences existent donc entre construc-teurs, qui peuvent rendre l'interopérabilité impossible.

Des incompatibilités sont suspectées vis à vis du réseau électrique, la plupart des modules vendus ne portent aucune indication de validation de (NF ou CE). Certains scientifiques ont émis des inquié-tudes quant aux niveaux des signaux de communications, jugés supérieurs aux normes en vigueur au sein de l'union européenne.

Fonctions limitées : X10 étant vieillissant, de nombreux constructeurs le délaissent au profit de nor-mes plus fiables et complètes. Les fonctions disponibles sont donc restreintes principalement à l'éclairage et aux contacts secs.

X10 -c'est quoi ?

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L’infrarouge

Définition

Le nom signifie « en deçà du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car l'infrarouge

est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière rouge .

La longueur d'onde de l'infrarouge est comprise entre 780 nm et 1 000 000

nm . L'infrarouge est subdivisé en IR proche , IR moyen et IR lointain . Cette classi-

fication n'est cependant pas universelle : les frontières varient d'un domaine de

compétence à l'autre sans que l'on ne puisse donner raison à qui que ce soit. Le dé-

coupage peut être lié à la longueur d'onde (ou à la fréquence) des émetteurs, des

récepteurs (détecteurs), ou encore aux bandes de transmission atmosphéri-

que. L'infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge . Cette as-

sociation entre l'infrarouge et la chaleur n'est cependant due qu'à la gamme de tem-

pérature observée à la surface de la Terre. Il est parfaitement possible de générer

un rayonnement infrarouge qui ne soit pas thermique ... les diodes électrolumines-

centes utilisées dans les télécommandes « n'émettent pas de chaleur ».

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Communication

Télécommande à infrarouge Une utilisation plus commune des rayon-nements infrarouges est leur usage dans les commandes à distance

(télécommandes), où ils sont préférés aux ondes radio, car ils n'interfè-

rent pas avec les autres signaux électromagnétiques comme les signaux

de télévision. Dans ce domaine, il existe plusieurs codages des informa-

tions (RC5 pour Philips, SIRCS pour Sony, etc.). Les infrarouges sont

aussi utilisés pour la communication à courte distance entre les ordina-

teurs et leurs périphériques. Les appareils utilisant ce type de communi-

cation sont généralement conformes aux standards publiés par l'Infra-

red Data Association (IrDA). La lumière utilisée dans les fibres optiques

est généralement de l'infrarouge. Pour cette application, on exploite les

longueurs d'onde où l'absorption propre du matériau constituant la fibre

est minimale : 1,3 µm et 1,55 µm. Ils sont très utilisés dans le domai-ne de la robotique ou dans les appareils nécessitant des transmissions

de données à courte distance sans obstacle.

Détecteurs d'intrusion

Détecteur de mouvements à infrarouge Certains détecteurs

de mouvements (associés aux systèmes de détection d'intru-

sion) appelés IRP (pour Infra Rouge Passif), utilisent le rayon-

nement en infra rouge émis par l'ensemble des objets du lo-

cal surveillé (y compris les murs). La pénétration d'un indivi-

du provoque une modification du rayonnement. Lorsque cette

modification est constatée sur plusieurs faisceaux (découpage

du rayonnement total de la pièce par une lentille de Fresnel),

un contact électrique envoie une information d'alarme à la

centrale.

L’infrarouge

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Définition

Comme toutes les ondes électromagnétiques, les ondes radio se propagent dans l'es-

pace vide à la vitesse de la lumière et avec une atténuation proportionnelle au carré

de la distance parcourue selon l'équation des télécommunications ...

Dans l'atmosphère, elles subissent en outre des atténuations liées aux précipitations,

et peuvent être réfléchies ou guidées par la partie de la haute atmosphère appelée

ionosphère.

Elles sont atténuées ou déviées par les obstacles, selon leur longueur d'onde, la na-

ture du matériau, sa forme et sa dimension. Pour simplifier, un matériau conducteur

aura un effet de réflexion, alors qu'un matériau diélectrique produira une déviation, et l'effet est lié au rapport entre la dimension de l'objet et la longueur d'onde.

Les radiofréquences ne représentent qu’une partie des champs électromagnétiques

observés couramment dans notre quotidien, qu’ils soient d’origine naturelle ou pro-

duits par les activités humaines.

Les radiofréquences

Tous les champs électromagnétiques ne sont pas artificiels : il existe des champs

électromagnétiques d’origine naturelle comme le champ magnétique terrestre, ce-

lui qui fait dévier l’aiguille de la boussole, comme les rayons cosmiques provenant

des étoiles ou les rayonnements émis par la foudre

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Les radiofréquences

sont utilisées pour de

nombreux usages

auxquels des fré-

quences particulières

ont été accordées

afin d’assurer leur

fonctionnement. Le

tableau ci-après illus-

tre quelques-uns des usages les plus cou-

rants actuellement.

Les radiofréquences

Utilisation des radiofréquences

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Définition

La technologie des courants porteurs en ligne (CPL, PLC outre atlantique) permet de

transmettre des informations numériques sur le réseau électrique existant. Son ar-

chitecture s'apparente très fortement aux réseaux filaires RJ45 et sans-fil WiFi. Ici au

lieu d'utiliser un câble réseau ou les ondes radio pour transmettre les informations,

c'est le réseau électrique existant qui fait office de support de communication.

Il faut bien comprendre que pour répondre à différents objectifs, la technologie PLC

est basée sur différents segments de marché, composés de :

« l'Outdoor » (ou Access) : Qui permet d'apporter un accès Internet à une

habitation

En amont du compteur électrique, transmission sur des réseaux électriques moyenne

et basse tension externes à la maison, au bâtiment. Ce réseau appartenant général-

lement aux collectivités locales est exploité par EDF ou des régies d'électricité. Le

terme BLE, pour Boucle Locale Electrique, est aussi utilisé.

Ce type d'architecture ne se met pas en place individuellement mais à

l'échelle d'une ville, d'un village. Il est donc inutile de chercher un fournis-

seur d'accès CPL pour votre habitation.

Il est en revanche possible de se renseigner auprès de sa municipalité pour savoir si

un accès est proposé. En ile de France 1,5 millions de foyers sont desormais concer-

nés.

« l'Indoor » (ou Inhome) : Permettant de partager une connexion existante

ou de constituer un réseau local LAN dans un ou plusieurs batiments sur son

réseau électrique privé.

En aval du compteur électrique, transmission sur les réseaux électriques à l'intérieur

d'une maison, d'un bâtiment. Vous disposez déja ou pouvez disposer d'une

connexion à Internet, par ADSL, câble ou satellite, et partagez cet accès grâce à vo-

tre réseau électrique privé. Ou bien vous constituez un réseau informatique LAN per-

mettant de partager des fichiers entre plusieurs ordinateurs, de faire de la vidéosur-

veillance ou encore de la téléphonie sur IP (VoIP).

Dans le cas de l'indoor, on retrouve deux cas de figures :

bas débit généralement utilisé pour le transfert d'informations de commande/

contrôle d'équipements. On retrouve des produits utilisant le CPL bas débit dans la

domotique (X10). De 3 à 148 kHz.

- haut débit utilisé pour le transfert de l'Internet haut débit, de la vidéo, de fichiers.

De 4,3 à 20,9 Mhz.

CPL France traite principalement du CPL haut débit. 1,6 à 30 Mhz.

Le courant porteur

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Le courant porteur

Historique

L'idée d'utiliser le réseau électrique moyenne et basse tension comme medium de

communication n'est pas nouvelle. La technologie sur courants porteurs existe de-

puis longtemps à bas débit, pour des applications de controle à distance ou de su-

pervision par exemple. Le haut débit sur CPLest lui plus récent et n'a commencé

qu'en fin des années 1990.

La technologie PLC est basée sur la transmission de données de type IP au travers

des câbles électriques de basse tension (220 - 380 volts). Les premiers problèmes

qui ont dû être résolus sont les perturbations et les atténuations au niveau du ré-

seau électrique. Sachant que ceux-ci n'ont pas été conçus à l'origine pour trans-porter ce type de média, il a fallu plusieurs années avant que des recherches per-

mettent d'obtenir des résultats satisfaisants et de transmettre des données sur des

fréquences hautes (en dessus du MHz) sans perturbations.

Bref historique de l'évolution de la technologie :

1950 : Sur fréquence de 100 Hz à 1kHz , puissance 10 kW, unidirection-

nel Application : allumages des lumières en ville, télécommande de relais, chamgement des horaires jour/nuit. Pulsadis (1960).

Milieu des années 80 : début des recherches pour utiliser l'électricité comme

support de transport de données, sur la bande 1 – 148 kHz, toujours en unidi-

rectionnel. (X10) 1997 : Premiers tests de transmission de signaux de données sur réseau élec-

trique en bidirectionnel, et début des recherches pour Ascom (Suisse) et Nor-

web (UK). 2000 : Premières expérimentations outdoor en France par EDF R&D et Ascom

et premiers déploiement indoor . 2002 : Arrivée sur le marché des produits à la norme Homeplug 1.01 14 Mbits

2005 : Arrivée sur le marché des produits à la norme Homeplug 1.1 (Turbo) 85

MbitsEt commercialisation du chipster DS2 à 200 Mbits Encadrement legislatif français et européen du CPL (ART)

2007 : Arrivée sur le marché des produits à la norme Homeplug AV 200

Mbits Ajout de nouvelles fonctionnalités (QoS, VLAN...)

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USB : Universal Serial Bus

Définition

L’Universal Serial Bus (USB) est une norme relative

à un bus informatique(système de communication

entre les composants d'un ordinateur) en transmis-

sion série qui sert à connecter des périphériques in-

formatiques à un ordinateur. Le bus USB permet de

connecter des périphériques à chaud (quand l'ordi-

nateur est en marche) et en bénéficiant du Plug and

Play (le système reconnaît automatiquement le péri-

phérique). Il peut alimenter certains périphériques en énergie, et dans sa version 2, il autorise des débits allant de 1,5 Mbit/s à 480 Mbit/s. La version 3 propose des dé-

bits jusqu'à 5 Gbit/s.

un peu d'histoire

L’USB a été conçu au milieu des années 1990 afin de remplacer les nombreux ports

externes d’ordinateurs lents et incompatibles. Différentes versions de la norme fu-

rent développées au fur et à mesure des avancées technologiques.

La première version de la norme, l'USB 1.0, voit ses

spécifications publiées en 1996. En 1998 la version

USB 1.1 lui apporte des corrections. Deux vitesses

de communication sont possibles dans ces normes :

1,5 Mbit/s (faible vitesse, ou Low Speed), et 12

Mbit/s (soit 1.5 Mo/s) (pleine vitesse ou Full

Speed). En 2000 sort la version USB 2.0 qui ajoute des communications à 480 Mbit/s (haute vitesse ou

High Speed) (soit 60 Mo/s). En 2005, le Wireless

USB Promoter Group publie les spécifications d'une

version sans-fil de l'USB : le Wireless USB.

En 2008 c'est au tour de l'USB 3.0 de voir ses spé-

cifications publiées. Elle introduit les communica-

tions à 4,8 Gbit/s (soit env. 600 Mo/s) . Les nou-

veaux périphériques disposeront de connexions à 8 contacts au lieu de 4, mais la

compatibilité ascendante des prises et câbles avec les versions précédentes est as-

surée. L'introduction de l'USB 3 dans des produits grand public a commencé début

2010.

Différents types de connecteurs USB, de gauche à droite :

micro B mâle, mini B mâle 8 pin, mini B mâle 5 pin, A femelle, A mâle et B mâle.