Surveillance de la température pour les installations de chauffage – 1ère partie

Le choix d’une nouvelle installation de chauffage est une décision complexe. Sans aide extérieure, il est généralement difficile de choisir la technologie la mieux adaptée au bâtiment. En général, on fait appel soit à un chauffagiste de confiance, soit à un conseiller en énergie. Les recommandations obtenues sont parfois plus ou moins adaptées à la structure existante du bâtiment.

Dans le cas d’une structure relativement récente, elles sont généralement pertinentes. En revanche, pour les bâtiments de plus de 40 ans, il est difficile de recommander les mesures appropriées. Par manque de connaissances, on recommande souvent des transformations radicales, comme l’installation d’un chauffage au sol. Certes, cela permettra de chauffer l’ancien bâtiment, mais les coûts s’élèveront rapidement à plusieurs dizaines de milliers d’euros.

Pour choisir la technologie appropriée, il suffit de surveiller l’installation de chauffage existante et d’enregistrer les températures de départ et de retour qu’elle fournit. On sait ainsi rapidement ce que la nouvelle installation doit fournir. Un deuxième appareil permet également d’enregistrer la température ambiante et la température extérieure, puis de les mettre en relation avec la température de départ. C’est précisément là qu’intervient le projet suivant : l’automatisation du processus de collecte des données. En effet, les anciens systèmes de chauffage ne disposent que de thermomètres analogiques, voire pas du tout, ce qui complique la mesure de la température.

Effort

Convient pour : débutants ayant une expérience en soudure et de bonnes connaissances en Arduino

Coût : ca. 35,00 € sans boîtier

Temps nécessaire :

• Assemblage/câblage de la carte : 2 heures
• Fabrication de la carte : 1 heure
• Installation du logiciel : 1/4 d’heure

Matériel nécessaire :

• Liste des pièces (panier reichelt) sans les pièces mécaniques (boîtier, vis, etc.)

• Fichiers du projet (à télécharger ici) :

• Outils :
  • Fer à souder, tournevis, pince coupante
  • Appareils pour la fabrication de la carte (photogravure, installation de gravure) ou montage sur une carte perforée
    
• Sprint Layout Viewer (version freeware) & fichier de mise en page à partir du répertoire de téléchargement

• Logiciel
  • Arduino IDE 1.8.19 avec bibliothèques selon Sketch
  • Sketch à partir du répertoire de téléchargement, y compris les données
  • WinSCP (client FTP)
  • Tableur ou Mathplot (Phyton)

Logiciel

D1 MINI

1. Client NTP

Pour l’horodatage des mesures, il est nécessaire d’avoir l’heure exacte. Cette heure est obtenue sur Internet à partir d’un groupe de serveurs Round Robin en Allemagne. Le principe de Round Robin est le suivant : si un serveur tombe en panne, un autre prend le relais. Le serveur concerné est défini dans la liste Round Robin. Aucune bibliothèque supplémentaire n’est nécessaire pour utiliser ce service, car cette fonction fait partie intégrante de l’environnement Arduino.

2. Serveur FTP

Pour pouvoir récupérer les données de mesure de la mémoire Arduino, un logiciel de communication est nécessaire. Dans notre cas, le protocole FTP, intégré comme extension dans l’environnement Arduino, est utilisé.

Le logiciel peut être téléchargé à partir du lien suivant : https://github.com/xreef/SimpleFTPServer. La commande #include <SimpleFTPServer.h> permet d’ajouter cette fonction à l’environnement Arduino.

Astuce : un programme tel que WinSCP permet de transférer les données vers un PC pour une utilisation ultérieure. La communication est protégée par mot de passe via le port 21. Le mot de passe est indiqué dans le code source du logiciel et peut y être modifié.

3. Serveur Web

Tout comme le serveur FTP, le serveur Web doit également être installé. Cela se fait à l’aide de la commande : #include <ESP8266WebServer.h>.  Le logiciel nécessaire à cet effet peut être téléchargé ici:

Le SSID et le mot de passe doivent être saisis directement dans le code source aux lignes 56 et 57, car aucun gestionnaire Wi-Fi n’est utilisé en raison d’une question d’espace mémoire. Le code source du serveur web est consultable ici.

4. Little FS File System

La prochaine extension importante sera un système de fichiers permettant de gérer les données de mesure. Dans l’environnement Arduino, ce logiciel s’appelle Little FS. Il gère les données de mesure et les transmet au serveur FTP afin qu’elles soient transférées vers l’ordinateur. Voici le lien vers le logiciel : https://randomnerdtutorials.com/install-esp8266-nodemcu-littlefs-arduino/

L’installation est quelque peu inhabituelle ; voici donc une brève explication pour les PC sous Windows :

• Pour installer la mise à jour du système de fichiers, rendez-vous sur https://github.com/earlephilhower/arduino-esp8266littlefs-plugin/releases, puis cliquez sur le fichier ESP8266LittleFS-X.zip pour le télécharger.
  
  
• Emplacement du carnet de croquis : dans Arduino IDE, allez dans Fichier > Préférences (Voreinstellungen) et vérifiez l’emplacement de votre carnet de croquis.
  
  
• Créez ensuite un dossier « tools » dans l’emplacement du carnet de croquis.

• Le dossier ZIP téléchargé doit ensuite être décompressé. Une fois ouvert, copiez le dossier ESP8266LittleFS dans le dossier tools créé à l’étape précédente. La structure des dossiers devrait ressembler à ceci :
  C:\Sketche\tools\ESP8266LittleFS\tool


• L’étape suivante consiste à redémarrer l’IDE Arduino.
  
  Pour vérifier que le plugin a bien été installé, ouvrez l’IDE Arduino, puis sélectionnez la carte ESP8266. L’option « ESP8266 LittleFS Data Upload » doit alors être disponible dans le menu Outils.

Le code source du système étant très complet, il permet de se familiariser avec celui-ci. La documentation originale est bien sûr importante.

5. Mise à jour logicielle OTA (Over the Air)

La fonction OTA n’a en réalité rien à voir avec le projet en soi ; elle peut plutôt être considérée comme un gain de confort pendant la programmation. En effet, cette fonction permet de mettre à jour le logiciel via WiFi. Une connexion par câble USB au D1 MINI n’est donc nécessaire qu’une seule fois au début.

Pour utiliser la fonction OTA, il faut d’abord installer l’environnement de programmation Python sur l’ordinateur Arduino. Il est disponible ici : https://www.python.org/downloads/. La version 2.7.14 est requise.

Il faut ensuite redémarrer l’ordinateur. Les exemples fournis dans l’environnement Arduino comprennent un programme de test permettant de vérifier l’installation. Aucune programmation supplémentaire n’est nécessaire pour le projet de contrôle du chauffage, car tout est déjà présent dans le code source. Il suffit d’ajouter #include <ArduinoOTA.h> pour activer la fonction OTA.

Si l’installation est réussie, vous pouvez désormais sélectionner le serveur Web dans la liste des ports.

Fonctionnement

Deux capteurs de température mesurent la température de départ et de retour de l’installation de chauffage existante. Les données enregistrées sont ensuite envoyées par Wi-Fi à n’importe quel navigateur Web.

Le serveur FTP permet de récupérer les données enregistrées au format CSV, puis de les importer dans n’importe quel tableur. Pour ce faire, l’enregistrement peut être lancé soit à l’aide d’un bouton sur le module, soit via le site Web. Une fois l’enregistrement arrêté, les données collectées peuvent être lues via WinSCP. L’enregistrement peut contenir au maximum 2 Mo de données. Les mesures sont effectuées toutes les 60 secondes. Le séparateur CSV est le point-virgule.

Structure de la phrase :
Capteur1;Capteur2;Différence;Heure;Date
26.06;26.75;-0.69;17:44;11.8.2024
26.06;26.56;-0.50;17:45;11.8.2024
26.13;26.63;-0.50;17:46;11.8.2024

L’alimentation électrique est assurée par un chargeur USB (5 V). Comme seuls 70 mA sont nécessaires, un chargeur classique suffit. La connexion peut se faire via la prise micro USB du module ESP8266 ou une borne à vis.

Hardware

Le circuit peut être construit en deux versions. La méthode la plus simple consiste à faire traiter les données de configuration disponibles en téléchargement par un fournisseur de circuits imprimés. Il est également possible de réaliser la construction très simple sur une carte perforée.

Le cœur du circuit est un D1 MINI. Il contrôle toutes les fonctions nécessaires à l’enregistrement des données.

Les deux températures sont mesurées à l’aide de deux capteurs installés dans des douilles métalliques. Ils sont montés sur les deux tuyaux du circuit de chauffage. La transmission des données s’effectue via un bus One-Wire de Dallas Instruments. Ce bus peut atteindre une longueur de 100 mètres, mais ce n’est pas nécessaire dans le cadre de ce projet.

L’écran OLED affiche les températures actuellement mesurées. Il n’est pas allumé en permanence, car cette technologie d’affichage a tendance à se brûler et à devenir « aveugle » en cas d’utilisation continue. L’écran ne s’allume que lorsque le circuit est activé et s’éteint au bout de 15 secondes. Il est commandé via le bus I²C. Il faut être particulièrement attentif à l’alimentation électrique, car les écrans disponibles sur le marché ont des affectations différentes pour le signal de masse (GND) et le signal de tension (Vcc). Ils sont également proposés en 0,96 et 0,98 pouces. La résolution de 128 x 64 pixels est déterminante.

Les trois boutons ont les fonctions suivantes :

• La touche S1 réinitialise le processeur
• La touche S2 allume l’écran pendant 15 secondes
• La touche S3 démarre et arrête l’enregistrement des données

Résumé

Les données recueillies dans le cadre de ce projet facilitent le choix de la technologie de chauffage la mieux adaptée. La deuxième partie du guide pratique portera sur le traitement des données collectées et la bonne disposition des mesures.