Image de couverture par \enquote{oomlout}, sous licence Creative Commons Attribution-Share like 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0)
\tableofcontents
\chapter{Introduction}
\section{Motivations}
J'ai décidé de faire mon travaille de maturité sur ce sujet car je suis passionné de robotique depuis tout petit. J'ai commencé en participant à un atelier de soudures à la Maison Picson\footnote{Établissement servant de cantine proposant aussi des activités à Blonay}. Je suis aussi allé à la première édition du Festival de Robotique à l'EPFL en 2008 et ai participé à deux ateliers (introduction à la programmation de microcontrôleur et soudure d'un robot DIDEL).
Je suis aussi passionné par l'informatique en général, la programmation ainsi que les logiciels libres.
\item la liberté d'exécuter le programme, pour tous les usages (liberté 0) ;
\item la liberté d'étudier le fonctionnement du programme, et de le modifier pour qu'il effectue vos tâches informatiques comme vous le souhaitez (liberté 1) ; l'accès au code source est une condition nécessaire ;
\item la liberté de redistribuer des copies, donc d'aider votre voisin (liberté 2) ;
\item la liberté de distribuer aux autres des copies de vos versions modifiées (liberté 3) ; en faisant cela, vous donnez à toute la communauté une possibilité de profiter de vos changements ; l'accès au code source est une condition nécessaire.
On retrouve aussi le terme \enquote{\emph{open source}}. Le terme logiciel libre est définit par la \gls{FSF} tandis que le terme open source est définit par l'\gls{OSI}. En pratique, ces deux termes désignent la même chose.
Les sources du logiciels sont soumis à des licences spécifiques garantissant ces libertés. Les plus connues sont la \gls{GPL}, la \gls{BSD} ou la MIT (une copie de cette dernière est disponible à l'annexe \ref{app:mit}).
Ce \gls{TM} est donc entièrement articulé autour de logiciels et matériels libres : \LaTeX et vim pour l'écriture de ce rapport, Arduino comme plate-forme, CMake et gcc pour la \gls{compilation}, gnuplot pour les graphiques. Tout le code produit est donc placé sous licence MIT.
Les mots en \textbf{gras} sont des mots expliqués dans le glossaire ou des acronymes.
Les textes écrits avec \verb|cette police d'écriture| sont des extraits de code.
\chapter{Le matériel}
\section{Le choix de la plate-forme}
Il existe de nombreuse \gls{plate-forme} en robotique~: par exemple, le Boe-Bot de Parallax, utilisé dans les cours facultatifs de robotique de M. \textsc{Gardon}. J'ai fait le choix d'un Arduino car cette un plate-forme de plus en plus répandue, peu chère (20 € pour une carte programmable) et puissante. On trouve de nombreux exemples de \gls{DIY}, elle est programmable en \gls{C++} (donc il est possible d'utiliser des \glspl{bibliotheque}) et c'est du \gls{materiel libre}.
Il a été décidé de faire une station météo. Nous avons donc besoin d'un thermomètre (figure \ref{fig:BMP085}), d'un hygromètre (figure \ref{fig:BMP085} aussi), d'un baromètre (figure \ref{fig:TSL2561}) et d'un capteur de luminosité (figure \ref{fig:DHT22}). J'ai ajouté une horloge (figure \ref{fig:ChronoDot}) qui nous permettra d'avoir l'heure à laquelle les mesures ont été prises. Tous les capteurs ont été commandé sur le site d'Adafruit. L'hygromètre ne se connecte malheureusement pas en I²C, aucun capteur de ce type n'étant disponible.
J'ai vite été confronté a quelques limitations : la mémoire de l'Arduino ne peux contenir seulement 32256 octets de code compilé. Il ne peux donc pas contenir en même temps les \glspl{bibliotheque} pour utiliser les capteurs en I²C, utiliser le port RJ45 et utiliser la carte SD. La solution a été de couper le programme en deux : il y a donc un code pour afficher les mesures en direct à travers un navigateur web et un code pour prendre des mesures de manière régulière et les enregistrer.
Les deux programmes sont composés de deux fonctions principales. La fonction \verb|setup()| qui s'exécute une fois au démarrage du programme et la fonction \verb|loop()| qui est exécutée en boucle. La première sert donc à initialiser et configurer les capteurs et les puces. La deuxième sert à traiter les informations.
Plusieurs \glspl{bibliotheque} sont utilisées. Comme bibliothèques tierces, sont utilisés : \verb|BMP085| pour le capteur de température et de pression, \verb|Chronodot| pour l'horloge, \verb|DHT| pour le capteur d'humidité, \verb|TSL2561| pour le capteur de luminosité et, pour finir, \verb|WebServer| pour servir les pages web. Comme bibliothèques internes (fournie avec l'Arduino), sont utilisés : \verb|Ethernet| pour la puce de contrôle du port RJ45, \verb|SD| ainsi que \verb|SPI| pour la carte SD et \verb|Wire| pour l'I²C.
La partie logicielle est coupée en deux programmes : un enregistreur et un serveur web. Les sources sont disponibles respectivement à l'annexe \ref{app:logger} et à l'annexe \ref{app:web}.
La fonction \verb|setup()| commence par initialiser la carte SD puis initialise les différents capteurs. Il configure ensuite le capteur de luminosité et finit par vérifier si le fichier DATA.TSV existe, le crée si il n'existe pas et y enregistre les en-tête (un exemple de se fichier est disponible à l'annexe \ref{app:data}).
La fonction \verb|loop()| récupère les différentes données des capteurs puis les enregistre. Elle finit en faisant une pause d'un temps définit.
\section{Le serveur web}
La fonction \verb|setup()| commence par initialiser la puce de contrôle du port RJ45 et le serveur web et configure ce dernier, puis initialise les différents capteurs. Il configure ensuite le capteur de luminosité. Elle finit par appeler \verb|sendNtpPacket()| qui va interroger un serveur \gls{NTP} pour mettre à jour l'heure de l'horloge.
La fonction \verb|loop()| se contente de demander au serveur de s'occuper des connections entrantes. Ce dernier peux appeler deux fonctions : \verb|defaultCmd()| si la page d'index est demandée ou \verb|sensorsJsonCmd()| si c'est la page \enquote{sensors.json} qui est demandée.
La fonction \verb|defaultCmd()| se contente d'envoyer la page d'index dont le code source est disponible à l'annexe \ref{app:index}.
La fonction \verb|sensorsJsonCmd()| récupère les valeurs des capteurs puis les envoie dans le format \gls{JSON}. Un exemple est fourni à l'annexe \ref{app:sensors}.
\subsection{La page d'index}
Une fois téléchargée par le navigateur web, du JavaScript est exécuté. Ce JavaScript va télécharger la page \enquote{sensors.json} de manière régulière, analyser son contenu puis mettre à jour le tableau qui contient les valeurs.
J'ai essayé de réunir les deux programmes en un seul en allégeant les \glspl{bibliotheque} concernant la partie web. J'ai essayé de supprimer tous les références au \gls{DHCP} et au \gls{DNS}. Cela a permis de faire passer le programme final en dessous des 32256 octets, mais il est apparu de drôles de choses : la programme gelait au bout de quelques secondes et la fonction \verb|setup()| était appelée en boucle.
J'ai aussi cherché s'il était possible de mettre un système d'exploitation sur l'Arduino et qu'il puisse charger les programmes sur la carte SD, mais je n'ai rien trouvé.
Pour réaliser cette expérience, la station météo a été placée dans un sachet plastique contenant du silica gel ainsi qu'une rallonge pour l'hygromètre pour qu'il puisse être exposé à l'humidité du frigo. La station météo a ensuite été placée pendant une heure au frigo. Voici les premières constatations : premièrement, l'humidité ne dépassait jamais 70\%, deuxièmement, la température ne descendait jamais au dessous de 8°.
Un deuxième essais a donc été réalisé, sans sachet plastique cette fois ci. Le montage a été placé deux heures au frigo. Cette fois ci, la température s'est stabilisée à environ 5° Celsius mais on constate une chute de la puissance après environ une heure. Cela est probablement dû au fait que les piles ne fournissent plus d'énergie à basse température, la puissance raugmentant une fois sortie du frigo.
Un autre essais a ensuite été réalisé. Cette fois-ci, les piles ont été remplacées par un adaptateur qui fournissait du 9 volts. La satation météo a été placée dans le frigo, pendant une nuit. Cette fois-ci, l'expérience c'est bien déroulée : il n'y a pas eu de perte de puissance.
