OBSERVATOIRE et Autonomie: récupération d’eau de pluie

dans le cadre de mon projet d’observatoire privé fixe, celui ci étant loin de la maison et dans une partie de terrain non alimenté en électricité ni en eau , outre le problème de l’énergie (voir rubrique panneau photovoltaïque) , se pose la question de l’eau pour laquelle la réponse simple est la collecte des eaux de pluies .

pour la collecte des eaux pluviales, outre l’installation de chéneaux , il faudra prévoir une solution de stockage.

la solution la plus simple et économique pour le stockage est la cuves désignée sous l’anglicisme IBC soit Intermediate Bulk Container qui se traduit en français par GRV = Grand Récipient pour Vrac.

on trouve ce type de réservoir neuf en version 1000 litres pour un prix moyen de 180 a 200 euros ( tarifs 2022) et d’occasion pour environ 50 euros. ils existent posées sur palettes bois ou palettes plastique. pour une question de durabilité, préférer la version palette plastique.

afin d’éviter la formation de vase et d’algues dans l’eau , ici aussi si possible acheter une cuve noire ou sinon la recouvrir d’une bâche prévue a cet effet ( moins de 30 euros en achat en ligne début 2021).

pour les chéneaux de collecte , la aussi on trouve sur internet des dispositif type INEFA de petite section adaptée aux petites toitures des abris de jardin .

autre point a prendre en compte, prévoir un trop plein , ci dessous solution a partir d’un tube coudé prévu a cet effet et raccordé a un tuyau enterré:

ARDUINO: le CNC SHIELD

voyons ici comment utiliser le CNC SHIELD pour des applications de pilotage de moteurs pas a pas en dehors du domaine de la CNC de loisir.

nous avons vu dans la rubrique moteur pas a pas comment piloter un moteur type NEMA 17 a partir d’un driver type POLOLU A4988 , a partir de ce principe , il est possible de piloter plusieurs moteur NEMA sur un ARDUINO UNO . Dans la rubrique ARDUINO-CNC , est développé brièvement la description de l’utilisation d’un CNC SHIEL pour commander une petite CNC DIY de loisir , nous allons voir ici de façon plus approfondie son principe et ses utilisations potentielles dont aussi les utilisations autres que pour de la CNC.

DESCRIPTION

comme tous les shield , le CNC shield est prévu pour se monter sur un ARDUINO UNO mais aussi sur un ARDUINO MEGA.

vue de dessus

vue arriere

BROCHAGE

le shield est concu a la base pour etre utilisé en applications CNC sur un ARDUINO avec GRBL installé dessus . GRBL est un programme permettant de lire des instruction GCODE reçues d’un programme de conduite de CNC et de les transformer en trajectoires lineaires ou circulaires. pour les aspects CNC et GCODE voir les rubriques dédiées du site.

son architecture est donc prévue pour fonctionner selon le brochage arduino ci dessous:

le shield comporte des slot permettant de recevoir des drivers d’axe type POLOLU A4988 ou DRV8825 dont l’architecture de fonctionnement est la suivante :

le principe de fonctionnement est décrit avec des exemples de programme arduino simple dans la rubrique spécifique ICI

ALIMENTATION

le shield comporte un bloc de connexion bleu en bas a gauche permettant de faire l’alimentation en puissance (motor power supply 8-35V ) en orange dans le schéma ci dessus. pour les montage en alimentation 12V ( batterie auto ou moto) il est possible de combiner l’alimentation du shield et de l’arduino via un cable commun dont voici une proposition de conception avec des prises jack male/femelle standard de 5,5mm:

le shield est prévu pour recevoir jusqu’a 4 drivers type POLOLU dont les emplacements sont notés: X – Y – Z – A . visuellement , ils sont différenciés par des slot jaunes pour X,Y et Z et des slots ROUGE pour A. cette notation est en correspondance avec la notation des axes utilisé en CNC. chaque emplacement comporte son condensateur filtre de 100 micro farrad entre les 2 rangées de slot support

le 4° driver ( emplacement A, slot rouge) peut etre configuré pour une utilisation en synchronisation avec l’un des 3 autres soit en 4° axe propre. on peut donc piloter jusqu’a 4 moteurs pas a pas indépendamment avec un CNC SHIELD.

CONFIGURATION DU 4° DRIVER:

elle se fait au moyen de cavaliers a positionner sur les broches juste au dessus du connecteur d’alimentation

ici un exemple de config avec l’axe A en tandem de l’axe Y

et pour un fonctionnement en 4° axe , dans ce cas ce sont les broches 12 et 13 de l’arduino qui vont permettre de piloter le driver en DIR/STEP avec la broche 12 arduino pour le signal STEP et la broche 13 arduino pour le signal DIR.

le schema de brochage ARDUINO equivalent devient ainsi le suivant ( modifications en rouge):

LE MICRO STEPPING:

le micro stepping de chaque driver se configure indépendamment au niveau de chaque emplacement via des broche sur lesquelles on positionne des jumpers de court circuit permettant de mettre chaque position M0-M1-M2 au 5V avec un cavalier dédié. sans cavalier , le bloc correspondant est au niveau LOW, avec un cavalier il passe au niveau HIGH

le choix de configuration dépends du niveau de micro-stepping souhaité , par exemple avec un drive DRV8825 capable d’un micro-stepping jusqu’a 1/32 voici les config possibles :

le probleme avec le shield CNC c’est que le micro-stepping n’est pas commandable via une broche arduino. une fois les cavaliers positionnés , pas possible , a priori , de faire varier le micro-stepping avec un code arduino via une broche de l’UNO.

ceci dit si l’on reprends le brochage de l’UNO avec 4 moteurs :

les broches 8-9-10 et 11 , dédiées a la fonction Enable et aux limites d’axes en version shield CNC sont disponibles pour d’autres actions , il est donc possible de les utiliser pour une “config” globale du micro-stepping en renvoyant les pins de config des drivers sur ces sorties. pour cela il suffit de réaliser des câbles spécifiques entre les broches de micro-stepping des drivers et les broches 8-9-10-11.

exemple d’un cable simple :

qui une fois branché sur les broches END STOPS X+ et X- correspondant a la broche D9 permet de contrôler l’état de M2 via le programme . avec 3 cables communs sur les broches M0 , M1 et M2et sur les broches 9-10-11 de l’arduino il est donc possible de contrôler via le soft , de façon commune, l’état des 3 broches M0, M1 et M2 des drivers.

la photo ci dessous montre une configuration ou les 2 supports de POLOLU X et Y ont un cavalier vert sur M0 et jaune sur M1 et le cable de renvoi M2 sur les broches X+ X- soit D9 sur l’arduino Uno ( voir ci dessous descriptif des connecteurs) . ce câblage permet donc de switcher, des POLOLU DRV8825 par programme C++ entre une config M0-M1-M2 a niveau HIGH-HIGH-LOW ( 1/8step) et HIGH-HIGH-HIGH (1/32 step).

bien sur ces 3 broches peuvent être utilisée a d’autres contrôles que les drivers.

LA CONNECTIQUE LATÉRALE DROITE:

le connecteur latéral a droite de la carte permet de récupérer un certain nombre de broches de l’arduino uno sur lequel il est branché, et donc brancher des capteurs ou des actionneurs. en voici la description:

L’ INTERFACE I2C :

Vu le nombre de sortie Arduino utilisées pour commander 4 moteurs pas a pas en utilisant les broche D9 D10 et D11 pour commander le microstepping, il peut etre interressant d’utiliser l’interface I2C pour communiquer avec des composants exterieurs compatibles du protocole I2C . pour cela il suffit d’utiliser l’ensemble des broches du connecteur en haut ( colonnes jaunes et bleues) sur la photo précédente . on y trouve en renvoi les broches GND et 5V ainsi que SDA ( A4) et SCL (A5) de l’interface I2C.

avec 2 bloc Dupont 4 connexions collés dos a dos on peut ainsi réaliser une prise rapide, comme par exemple dans la photo ci dessous ou le câble va ensuite sur un connecteur RJ11 utilisant un câble torsadé de téléphone pour aller a un ensemble écran/clavier/joystick géré sous le protocole I2C:

.

REFROIDISSEMENT DES DRIVERS

il est possible de rajouter un petit ventilateur 5V sur le coté pour produire un flux d’air afin de refroidir les drivers (munis de radiateurs) , ceci ameliore l’efficacité des drivers. il faut donc réaliser un petit support pour fixer le ventilo sur le caté du bloc arduino/CNC shield.

exemple de réalisation : pour obtenir le fichier STL , voir ICI

ARDUINO transmission radio

dans le cadre de communications sans fil , une alternative au wifi est la comm radio.

nous allons voir ici l’utilisation d’émetteur et récepteur 433MHz avec dans un premier temps la communication dans un seul sens , de l’émetteur vers le récepteur

les deux éléments utilisé sont :

un émetteur 433 MHz

un récepteur 433MHz

pour utiliser ces 2 éléments , il faut bien évidemment un arduino Uno branché a chacun d’entre eux , voici les schémas de branchement respectifs:

circuit d’émission

circuit de réception

EXEMPLE :

pour montrer un exemple concret de transmission, nous allons tout simplement envoyer la valeur lue d’un potentiomètre via l’Arduino émetteur et la recevoir et l’afficher dans le moniteur série sur l’Arduino de réception.

branchement du potentiomètre :

en plus de l’émetteur , nous allons ajouter un potentiomètre sur l’entrée analogique 0 de l’arduino:

programme coté émetteur:

programme coté récepteur:

les deux programmes utilisent la bibliotheque RCswitch

https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/rc-switch/

charger le programme d’émission sur l’Arduino coté émetteur , débrancher l’Arduino du PC et ajouter une pile d’alimentation . brancher l’Arduino récepteur au port USB via le câble classique et charger le programme de réception .

démarrer le moniteur série et manipulez le potentiomètre coté Arduino émetteur, les valeurs sont lues puis envoyées par le circuit d’émission, reçues par ondes radio coté réception et affichées sur le moniteur série .

petite vidéo YouTube qui montre le processus complet:

voila rien de plus compliqué , on pourrait remplacer l’affichage par le pilotage d’un servo RC , voir par exemple ici l’utilisation d’un servo :

https://www.e-techno-tutos.com/2020/12/05/arduino-servo-libre/

il est possible de remplacer l’émetteur et le récepteur par deux circuits HC-12 qui ont la capacité de communication dans les 2 sens (modules bidirectionnels émission et réception) et ainsi bâtir des solutions de communication via onde radio…

SLIDER PHOTO pour TIMELAPSE 3 AXES

presentation d’un SLIDER 3 axes (PAN/TILT/Translation) DIY pour du timelapse photo .

le projet présenté ci dessous a pour objectif primaire de faire du timelapse photo mais en “dynamique” sur 3 axes , un axe de translation longitudinale et 2 axes de pivot PAN et TILT . il peut être utilisé de jour mais aussi de nuit pour du timelapse astro .

AVERTISSEMENT : ce projet est présenté a titre indicatif comme base d’inspiration a ceux qui voudraient faire un projet similaire . aucun fichier CAO , aucun fichier STL et aucun programme arduino ou autre ne sera fourni => pas la peine de déranger pour les demander

LES CONCEPTS DE BASE

l’idée originale du projet était de monter un appareil photo reflex, fixé sur un chariot muni de 2 axes PAN et TIL , le chariot se déplaçant lui meme sur une glissier a base de rail Alu Vslot l’ensemble commandé par un ARDUINO UNO , un CNC SHIELD avec des drivers POLOLU A4988 , des pas a pas 28BYJ-48 et programmé par un ecran clavier I2C

LE RAIL LONGITUDINAL

pour l’axe de translation longitudinal , le fil conducteur c’est de reprendre le principe de guidage et d’entrainement de bon nombre d’imprimantes 3D et de graveuses laser de type portique avec du rail alu Vslot sur lequel roule un chariot a galets (profil Vslot) entrainé par un moteur pas a pas 28BYJ-48 . l’écartement des 2 rails est réalisé par des cales faites sur imprimante 3D. le moteur pas a pas est logé dans une des 2 traverses du chariot , et comporte sur son axe une poulie GT2 qui engrène sur une courroie caoutchouc. la courroie est tendue dans la rainure du rail en profil Vslot entre les deux extrémités du rail et passe sous les deux galets Vslot mais par dessus la poulie Gt2 en bout de moteur . le comportement est identique a celui d’un pignon attaquant une crémaillère mais a un cout bien moindre .

la pièce rouge sur la vue CAO qui porte le moteur est imprimée 2 fois , ce sera l’autre coté du chariot mais sans moteur dessus .

LE SYSTEME PAN/TILT

ici , il s’agit de réaliser deux axes de pivot perpendiculaires , un axe vertical et un axe horizontal et de prendre a nouveau des pas a pas 28BYJ-48 pour mouvoir/tourner l’ensemble . la partie complexe de l’ensemble a été de concevoir une équerre support permettant de monter le pas a pas de l’axe horizontal et d’y loger également des roulements a billes pour la fluidité des mouvements :

compte tenu des contraintes d’impression 3D , le bras pivot a été fait en 2 parties goupillées et collées ensembles selon le concept de la vue CAO 3D ci dessus et donne comme résultat réel l’ensemble de la photo ci dessous .

LE CHARIOT SUPPORT

au final , le chariot support est simple a faire , 2 tube alu de section carré et quelques vis font la jonction des 2 traverses porte galet du chariot. un bloc support pas a pas imprimé 3D pour loger le moteur de l’axe de rotation vertical vient compléter l’ensemble ( piece en bleu sur la vue ci dessous).

une poutre support d’axe vertical avec un logement porte roulements vient compléter le mécanisme du chariot :

LE CHARIOT COMPLET

reste a assembler l’ équerre/bras support pan/tilt sur le chariot et y fixer une plaque alu pliée pour porter l’APN reflex:

test de mise en place de l’APN (ici un NIKON D3200) pour valider les implantations.

L’ ÉLECTRONIQUE DE COMMANDE

le coeur du systeme est un ARDUINO UNO surmonté d’un Shield CNC ( carte support pour 3 drivers POLOLU A4988) permettant de commander 3 moteurs pas a pas . ici aussi on ne réinvente pas l’eau chaude , c’est du materiel standard du commerce utilisé dans les CNC DIY a base d’ARDUINO et controle via GRBL (pour ceux éventuellement intéressés voir ici ) :

reste a mettre tout ça dans un boitier intégré sous le chariot :

le boitier se clippe tout simplement dans une plaque support histoire de pouvoir démonter facilement si panne et/ou besoin d’accès au dispositif.

la plaque est rivetée ( rivets pop) sous les traverse alu du chariot. Les 2 trous oblongs de part et d’autre de la plaque servent au passage de la vis de fixation du systeme pan tilt en partie supérieure.

ci dessous petite photo qui permet de comprendre que c’est l’intégration du boitier support arduino et son shield CNC qui a déterminé l’écartement des 2 rails alu profil Vslot .

LE BOITIER DE SAISIE:

ici pour faire compact et léger , reprise d’un principe utilisé sur d’autre projets ARDUINO , à savoir un boitier Ecran/clavier I2C maison.

on complete avec un petit support en tôle alu et on fixe le clavier sur le chariot avec un velcro pour qu’il soit amovible mais reste bien en place pendant les mouvements de translation de l’ensemble une fois reposé sur le support.

DERNIERS PRÉPARATIFS et TEST :

reste a mettre les courroies GT2 , un câble d’alimentation et une batterie 12V lithium ion embarquée, un câble avec jack pour le déclenchement prise de vue photo ( branché sur une broche de l’arduino UNO) , un gros bout de programme ARDUINO ( plusieurs dizaines d’heures de “jus de cervelle” pour faire fonctionner tout ça) , 2 trépieds photo pour supporter l’ensemble et c’est parti pour un Test en live :

les paramètres de fonctionnement a saisir ( debut de la video) , sont le nombre de point d’arrêt sur la trajectoire, les angles pan et tilt et le temps d’arret entre chaque point . pour que le mouvement et les points d’arrêts soient soit visibles surla video , un nombre de point de trajectoire réduit a été utilisé dans la démo ci dessous .

prochaine étape , une version ou le clavier I2C est remplacé par un module bluetooth HC-05 sur l’arduino et un smartphone avec l’appli REMOTE XY (voir ici )

etape ulterieure , un raspberry PI pour de la video en mouvement continu et des évolutions sur les possibilités de programmation (way point, suivi automatique de cible avec PIcamera, , recuperation des photos et des videos, controle des parametres APN via USB avec la librairie GPHOTO etc…).

les systèmes a base d’ARDUINO montrent vite leurs limites en terme de capacité mémoire programme, et possibilité de calculs complexes ainsi que les limites en terme d’Interface Homme-Machine, il est en effet plus commode d’utiliser des mini PC ou des calculateurs type Raspberry PI associé a des mini écrans tactiles et des mini claviers avec trackpad de façon a conserver l’aspect nomade .

Une Girouette Arduino Basique

nous allons voir ici le principe de réalisation d’une girouette Arduino basique.

l’idée est de combiner l’utilisation d’un codage type CODE GRAY avec des diodes émettrice/réceptrices infrarouge.

sur la base de 4 couples de diodes , on a un codage sur 16 secteurs soit une position angulaire tous les 22,5 ° ce qui est déjà tres largement suffisant pour une girouette de station météo basique DIY.

concernant le codage GRAY , voici le schéma du codeur utilisé , il diffère de celui trouvé sur WIKIPEDIA parce qu’il permet d’avoir un calcul simple de l’angle correspondant en fonction des valeurs “binaires” combinées (voir plus bas dans le pgme C++) en utilisant le principe de décomposition binaire <=> décimal ( dans le programme plus bas, le résultat est arrondi a l’entier sans la décimale) .

voici le tableau binaire correspondant avec en partie basse la valeur décimale correspondant:

pour la réalisation, il aurait été possible d’utiliser des bloc OPB704 ( voir ici ) mais pour rendre le montage plus pratique , une roue codeuse imprimée 3D a été réalisée pour utiliser directement des diodes émettrices et réceptrices. l’idée c’est d’intégrer le codeur GRAY dans le plateau supérieur et de coller derrière une feuille de papier alu de cuisine comme réflecteur .

le programme ARDUINO:

cette version permet un affichage de l’angle directement sur ecran LCD I2C:

# include <Wire.h>
# include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);

void setup() { 
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  pinMode(5, INPUT);
  Serial.begin(9600); 
  lcd.init();
  lcd.backlight(); 
}

void loop() {
  int x1 = digitalRead(2);
  int x2 = digitalRead(3);
  int x3 = digitalRead(4);
  int x4 = digitalRead(5);
  int A = 360 -((x1*8 + x2*4 + x3*2 + x4)*22.5);
  lcd.clear() ;
  lcd.setCursor(9,1);
  lcd.print(A);
  delay (50);   
}

et pour conclure ce petit tuto , une petite video de démo:

panneaux solaires et Autonomie Énergétique

les panneaux solaires sont une alternative maintenant devenue classique pour l’alimentation d’un observatoire en mode autonome.

SCHÉMA BASIQUE D’UN DISPOSITIF PHOTOVOLTAÏQUE:

les éléments constitutif d’une installation photovoltaïque standard sont:

  • les panneaux photovoltaïques qui produisent le courant continu
  • le contrôleur qui adapte et régule la tension de sortie pour la charge des batteries .
  • les batteries qui stockent le courant
  • l’onduleur , qui produit du courant alternatif 230V a partir du courant continu.

pour les panneaux photovoltaïques, il existe 2 grandes catégories sur le marché: les panneaux polycristallins et les panneau monocristallins. les panneaux monocristallins ont un meilleur rendement ( 1 a 5% de plus) mais sont plus cher . concernant la durée de vie , pas de différence significative . le choix se fait donc surtout a partir de la dimension des panneaux vis a vis de la surface a couvrir disponible et des besoins en puissance .

concernant le contrôleur , 2 grandes catégories sur le marché , les contrôleurs PWM ( Pulse Width Modulation) et les contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking). comme pour les panneau et les batteries , les deuxièmes sont plus cher mais plus efficaces ( meilleur rendement), ici l’écart de rendement peut aller jusqu’à 30 % suivant les modèles . c’est le point a travailler le plus surtout en fonction des options disponibles sur le controleur et des possibilités éventuelles d’évolution de l’installation. sont a prendre en compte aussi les aspect communication avec le monde extérieur ( affichage, port Ethernet, wifi , etc ..) . les deux leader du marcher sont EPEVER et VICTRON . tous les deux proposent des solutions PWM ou MPPT .

pour les batteries , il est possible d’utiliser au choix des batterie auto classiques plomb/acide, des batteries auto plomb/acide a décharge lente , des batteries 12V au gel ou des batterie lithium-ion . comme les panneaux , le choix se fera en prenant en considération les aspect budget et durée de vie souhaitée. a noter qu’en général on évite les batteries au plomb acide classiques peu adaptée a de la décharge constante et longue mais plutôt au démarrage de puissance ( démarreur de voiture) . on met en général au moins des batteries plomb/acide a décharge lente plus adaptées a fournir une tension de façon continue sur un temps long . dernier point a noter , pour optimiser la durée de vie des batteries , on considère une décharge de 20% maximum . la dimension et le nombre de batteries nécessaires a la consommation recherchée doit donc être calculé en fonction de ce paramètre . quand on ne sait pas comment débuter au niveau de l’installation , on installe une seule batterie , on prévoit la place pour une ou deux de plus et on dimensionne le contrôleur pour pouvoir rajouter une ou deux batteries ensuite => largement surdimensionner le contrôleur a l’achat ( qui peut le plus , peut le moins) .

concernant l’Onduleur, c’est un appareil qui a un rendement plus ou moins efficace et génère donc des pertes de puissances par effet joules . il n’est donc pas indispensable si les appareils en aval du dispositif fonctionnent en courant continu . par exemple pour alimenter un PC portable qui fonctionne basiquement avec du 19V CC , il est possible de se passer d’onduleur et d’utiliser un adaptateur 12V/19V CC a la place du transfo secteur 230V/19V du PC. pareil pour un écran d’ordinateur . il est en effet asses facile de comprendre que le rendement de la chaine globale d’alimentation directe en Courant Continu sera bien meilleurs qu’une chaine de transformation 12V CC -> 230V AC -> 19V CC d’où des économies d’énergie ou de la capacité et de la durabilité a la clé.

DIMENSIONNEMENT SOMMAIRE DU PARC SOLAIRE

le dimensionnement du parc solaire (nombre de panneaux et caractéristiques des panneaux) se fait de façon sommaire a partir du calcul prévisionnel de votre consommation avec les équipements connectés au systeme photovoltaïque.

etape 1: listez la consommation en Watts de tous les appareils prévus d’etre connectés sur le parc solaire. si vous n’avez pas la consommation en W de chaque appareil , vous pouvez la calculer en multipliant la tension par l’ampérage.

etape 2: multiplier la consommation en Watts de chaque appareils par le temps d’utilisation prévu , vous obtenez une consommation individuelle en Watt-heure (Wh)

etape 3: Faites la somme de la consommation en Watt-heure pour tous vos appareils, et vous obtenez votre besoin en électricité

etape 4: Divisez votre besoin énergétique en Watt-heure par le temps pendant lequel le parc solaire produit de l’électricité pour obtenir la puissance en Watt dont vous avez besoin. En France, on estime qu’un panneau solaire produit en moyenne l’équivalent de 3 heures à 100%. Cependant, ce temps varie en fonction de votre zone géographique, des conditions météorologiques et du positionnement des panneaux solaires. prévoir une marge de sécurité d’au moins 15%..

CARACTERISTIQUES DES PANNEAUX SOLAIRES :

elles sont données dans la fiche technique des panneaux , et en général a l’arriere des panneaux sur une étiquette dédiée du type de celle ci dessous:

les 2 données importantes qui serviront pour dimensionner le régulateur et les batteries de stockage ( voir ci dessous) sont: Voc ( Open Circuit Voltage) et Isc (Short Circuit Current).

NOTA : la puissance crete (Wc) soit le Max Power at STC (Pmax) est une donnée qui stipule la puissance maxi délivrée par le panneau en conditions standard (STC = Standard Test Conditions) soit par exemple sur l’étiquette ci dessus , 175 W a une temperature de 25° avec une irradiance de 1000W/m² et un coefficient air-Masse de 1,5 . la puissance crête réelle que vous obtiendrez dépendra bien entendu de l’irradiance locale réelle de l’endroit ou seront utilisés les panneaux solaires ainsi que des conditions meteo, elle sera donc sans doute bien en dessous de celle mentionnée sur le panneau en conditions STC. Influent donc sur le résultat, l’ensoleillement de votre localisation, l’angle des panneaux par rapport a la position du soleil dans le ciel, la temperature , l’humidité, la transparence de l’air et les conditions nuageuses . cette puissance crête va donc varier en fonction de la période de l’année , du climat du moment , et du moment de la journée… attendez vous a un résultat réel au moins 20% en dessous du théorique et encore , les meilleures journées d’été a midi avec le soleil au zénith et le panneau bien perpendiculaire au soleil.

DIMENSIONNEMENT DU REGULATEUR DE CHARGE / PARC SOLAIRE

le dimensionnement du régulateur de charge se fait en fonction de la configuration de votre parc solaire ( nombre de panneaux, caractéristiques, et type de branchement) et ceci pour la production de pointe ( courant produit au point haut). Les données à prendre en compte sont : la tension de circuit (Voc) et le courant de court-circuit (Isc), ces données sont en général disponibles dans la fiche produit, dans le manuel ou directement sur les panneaux solaires. Ensuite il faudra calculer le Voc et le Isc resultant du type de montage des panneaux ; Serie, parallele ou hybride (mix série et parallèle). suivant le type les Voc et Isc resultant se calculent de la meme façon qu’un montage de resistances electriques en parallele ou en serie . le regulateur choisi devra donc etre dimensionné avec une marge de securité par rapport aux caracteristiques calculées ( au moins 10% de marge)

montage des panneaux en parallèle:

le Voc resultant est le Voc d’un seul panneau , et le Isc resultant est la somme des Isc individuels.

par exemple , avec 6 panneaux de Voc 19V et Isc 6A le Voc resultant est de 19V et le Isc resultant de 6×6=36 Amperes

montage des panneaux en série:

ici , le Voc resultant est la somme des Voc de chaque panneau , et le Isc resultant est l’ Isc d’un seul panneau.

avec les 6 panneaux de l’exemple précédent (Voc 19V et Isc 6A) le Voc resultant est de 6x19V= 114 Volts et le Isc resultant de 6 Amperes

montage Hybride:

dans le cas d’un montage hybride , par exemple le schema ci dessus avec 12 panneaux montés en parallele par groupe de 3 les caractéristiques résultantes seront:

Voc = 19+19+19= 57 Volts et Isc = 6+6+6 + 6 = 24Amperes

DIMENSIONNEMENT DU COUPLE REGULATEUR/BATTERIES

nous avons vu précédemment le dimensionnement du régulateur en fonction du parc solaire ( panneaux) , il faut également prendre en compte l’aspect stockage de l’énergie donc les batteries.

batteries: au niveau des batteries , ce sont les paramètres tension (V) et capacité ( Ah) dont il faut tenir compte . et la aussi , attention a la façon dont sont montées les batteries s’il y en a plusieurs . comme pour les panneaux solaires, ils est possible de monter des batteries de 12V en série ou en parallele . en parallele , la tension résultante reste de 12V mais en serie , les tensions s’additionnent donc si par exemple on met 2 batteries de 12V en série , la tension aux bornes de l’ensemble sera de 24V . il faudra donc veiller a charger ce couple de batteries avec un régulateur acceptant du 24 volt en sortie . les régulateurs actuel sont en général capable d’accepter 12 ou 24V mais si vous avez besoin de plus il faudra un régulateur de plus forte capacité .

courant de charge : Le contrôleur de charge va fonctionner comme un chargeur classique de batterie auto. mais au lieu d’être alimenté par une prise secteur , il est alimenté par des panneaux solaires. comme pour un chargeur de batterie classique, il faut que le courant de charge soit adapté à la batterie. Pour une batterie plomb (électrolyte liquide ou Gel), le courant de charge doit être situé entre 10 et 20% de la capacité en Ah de la batterie. Pour le bien et la longévité de la batterie, un courant de charge situé autour de 10% est préférable.Pour une batterie lithium, le courant de charge doit être situé entre 25 et 50% de la capacité de la batterie. ainsi par exemple , un controleur de 30 Amperes de capacité maximum peut charger idéalement un pack de batteries plomb d’une capacité totale de 300Ah ,soit 3 batteries de 100Ah chacune montées en parallèle .

DIMENSIONNEMENT DES CABLES

coté câbles , il y a également lieu de faire attention a la section de cuivre. en électricité , on considère en général que la capacité maximum d’un câble est de 10A par mm² de section. ensuite entre en compte la longueur du câble qui détermine une résistance correspondante et donc une perte de puissance par effet joules. vous trouverez ci dessous comment dimensionner vos câbles de façon plus optimisée en fonction de la partie de l’installation concernée . n’hésitez pas a prendre une marge de sécurité et surdimensionner vos câble , plus la section est importante moins il y a deperte.

NOTA: la longueur de câble est la longueur Aller + retour , soit pour un panneau et un régulateur a 3m l’un de l’autre , la distance a prendre en compte fait 3m + 3M = 6m

formule de calcul:

pour ceux qui souhaitent faire le calcul voici la formule :

tableau/abaque pour ceux pas a l’aise avec les calculs

Photovoltaïque: alimenter de l’électronique

présentation ici de différentes manières d’alimenter de l’électronique a partir d’un parc photovoltaïque sur batterie 12V.

LE CONVERTISSEUR 12V DC/230V AC

c’est un dispositif qui va transformer du courant continu 12Volts en courant alternatif 230 volts de façon a pouvoir utiliser des appareils électriques ou électroniques fonctionnant habituellement sur le réseau domestique 230V.

il en existe différents modèles a différents prix dépendant de la puissance a installer , ils ressemblent a ceci (modèle 1000W pur sinus) :

il faut privilégier les convertisseur dits “pur sinus” fournissant un courant sinusoïdal identique a celui du réseau EDF. ils sont bien entendus plus chers que les convertisseurs “pseudo sinus” qui eux, avec une électronique simplifiée moins couteuse, fournissent un signal dégradé voir proche d’un signal carré qui peut se traduire par un dysfonctionnement voir une destruction des éléments connectés dessus.

les convertisseurs sont maintenant en general munis aussi de prise USB 5V => vérifier l’ampérage disponible sur ces prises USB surtout si vous envisager d’y brancher un Raspberry PI qui en général nécessite au moins 3 Amperes.

L’ ONDULEUR :

sous la dénomination d’Onduleur se cache plusieurs types de convertisseur . chez les vendeurs de matériels photovoltaïque c’est en fait souvent le nom donné a un convertisseur 12V / 230V ( point précédent) mais de forte puissance ( au dessus de 1000W) , il en existe meme capable de transformer du courant continu en courant triphasé. en informatique , c’est un convertisseur muni d’une batterie de sécurité et d’un switch ultra rapide prenant le relai du secteur en cas de coupure d’alimentation du domicile . bien entendu , sur un dispositif photovoltaïque , pas besoin d’onduleur type informatique puisque l’énergie est déjà fournie par des batteries de stockage et non pas par le secteur, donc pas de risque de coupure du réseau a cause d’une panne EDF …

LE CONVERTISSEUR 12V DC / 19V DC :

pour connecter un PC portable sur une installation photovoltaïque 12V , il n’est pas nécessaire de passer par un onduleur , en effet les PC portable fonctionnent en général sur courant continu fourni par un transformateur (livré avec le portable) qui converti le 230 V secteur en une tension Continue adaptée au PC.

la majorité des PC portables fonctionnent en 19,5 Volts et on trouve sur le net des convertisseurs 12V / 19V tels que celui ci qui feront le travail sans utiliser le transfo secteur du PC portable. il faudra juste trouver le connecteur adéquat pour relier le convertisseur au PC: ce type de convertisseur existe dans une gamme de courant tres variable (3A-5A-8A-10A- etc ..)

LE CONVERTISSEUR 12V DC / 5V DC :

un bon nombre de composant électronique nécessitent du 5V pour fonctionner , heureusement il existe des convertisseurs 12V / 5V permettant de répondre au besoin. il en existe pléthore sur les site de ventes en ligne mais l’un des plus courant et moins cher du marché , est le HW-468 que l’on trouve pour environ 2€ sur les sites de vente en ligne (amazone, aliexpress, bangood) :

il a la particularité d’accepter en entrée une tension courant continu entre 9 et 35V et de donner en sortie du 5V et ceci jusqu’à 5 Ampères .

LE CONVERTISSEUR A TENSION DE SORTIE RÉGLABLE:

l’autre composant courant en électronique est le HW-411 aussi désigné sous la référence LM2596:

il accepte une tension d’entrée CC entre 3,2V et 40V et a la particularité de posséder un potentiomètre réglable( bloc bleu sur la photo) permettant de régler la tension de sortie dans les limites de la tension d’entrée => si 12V en entrée on peut régler la sortie a volonté entre 0v et 12V … inconvénient par rapport au HW-468, il est limité a 3 Ampères en sortie .

CHARGE DE BATTERIES Li-Ion ou Li-Po:

un petit circuit bien utile pour faire vos propres chargeurs de batteries , ou votre power bank perso: le J5019.

ci dessous le diagramme de branchement. la tension d’entrée peut être comprise entre 4 et 8V sur les broches Input et typiquement du 5 Volts via le connecteur Micro USB. la sortie OUTPUT est réglable entre 4,5 et 24V via le potentiomètre réglable (utiliser un multimètre pour la calibration de la tension de sortie)

aménager la partie vie d’un observatoire

ici quelques idées pour l’aménagement de la partie vie d’un observatoire autonome, avec des elements basiques pour un confort minimal de l’astronome.

CHAUFFAGE / CUISINE

pour les nuits fraiches d’été ou carrément froides d’hiver, quelques éléments permettant de procurer une source de chaleur plutôt ponctuelle pour l’astronome mais aussi pourquoi pas de faire de la cuisine basique pendant une nuit d’observation complète. il est a noter , que la partie vie de l’observatoire devra être isolée de la zone instrument de façon a éviter les turbulence de convection dues a la chaleur autour des instruments d’observation ou de prise de vues.

cuisinière gaz équipée d’un radiant :

pas besoin de longues explications , voici le campingaz Bistro 2 ; 20€ sur AMAZONE fin 2021 , équipé d’une cloche radiante elle aussi au prix d’environ 20 € aussi sur AMAZONE. l’un vous permettra de faire de la cuisine type camping ou bouillir de l’eau pour un café ou une soupe et l’autre permettra de transformer le Bistro 2 en radiant d’appoint . dans les 2 cas , penser a avoir de bonnes aérations de votre local , et ne pas dormir ou s’absenter en laissant tourner l’ensemble.

le poêle a bois :

autre solution intéressante si vous avez du bois , le poêle a bois . comme la cuisinière gaz , il permet de combiner chauffage et cuisson . il en existe beaucoup de modèles , mais je vous propose ici l’un des modèles les plus connus des campeurs : le mini poêle a bois OUTBACKER modèle “Original” que l’on trouve en vente sur les sites de matériel de camping mais aussi directement chez OUTBACKER pour 180€ ( hors livraison):

site OUTBACKER

de dimension extrêmement compact : 250mm x 250mm de section par 360 mm de long il peut se longer facilement dans un petit recoin de votre observatoire , il est fourni avec une cheminée qu’il faudra raccorder a l’extérieur et il possède des pieds qui se replient sous le caisson. pour finir , il est fourni avec un sac de transport pour ceux qui souhaiteraient l’utiliser en camping ( c’est a l’origine un poêle de tente de bivouac):

POINT D’EAU / ÉVIER BASIQUE :

voici comment faire un évier basique a cout compétitif : un bac inox , une bonde d’evacuation et une douchette , les 3 trouvés comme d’habitude sur AMAZONE pour 23 euros le bac inox 265 X 325 X 100 mm, 6 € la bonde d’evacuation et 13 euros la douchette avec son tuyau soit 42 euros au total. il vous restera a percer le bac inox pour y adapter la bonde d’évacuation. la douchette peut être raccordée a un bidon placé en hauteur et l’évier a un autre bidon placé en dessous pour récupérer les eaux grises.

SIÈGE COUCHETTE:

histoire d’éventuellement dormir sur place en cas de coup de pompe pendant la nuit , ci dessous , pour les bricoleurs, petite vue CAO pour un principe de siège couchette avec 2 matelas de 70cm par 1m . nécessite de réaliser un caisson bois auquel on adjoint une planche d’extension qui sert de dossier en position “repliée” . le caisson peut être doté de logements inférieurs pour y mettre des caisses plastiques de rangement.

ESP32cam: systeme PAN TILT

voyons ici comment implémenter un systeme PAN TILT a base de servo et d’un petit kit support. l’ensemble commandé via une page internet ( PC ou smartphone).

ce qui donnera le montage suivant:

et le résultat attendu :

pour réaliser ce montage , il est nécessaire de commander le module suivant :

on peut le trouver chez Bangood , Aliexpress ou Amazone . la version utilisée a été commandée chez Amazone pour un peu moins de 17 euros (aout 2021) avec les 2 servos G90 inclus . ce support peut également être utilisé pour des PIcam .

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

l’ ESP32cam va héberger non seulement le programme Arduino de commande de la partie servo mais aussi la page HTML qui permettra l’affichage et la commande de mouvement . l’ESP32cam agira donc en serveur . la visualisation via un navigateur pourra donc se faire aussi bien sur PC que sur smartphone ou sur raspberry PI.

BIBLIOTHEQUE ARDUINO

pour le fonctionnement du programme arduino , il faudra la bibliotheque ESP32servo. pour l’installer , ouvrir le menu Outils >Gestionnaire de bibliotheque> puis dans la fenetre de recherche , tapper ESP32Servo puis installer la bibliothèque .

LE PROGRAMME ARDUINO:

ci dessous le programme arduino au format txt a copier/coller dans l’IDE arduino . pour plus d’info sur la configuration voir la rubrique dédiée a l’ESP32cam ICI.

IDENTIFICATION RÉSEAU:

pour utiliser le réseau domestique de votre box , il faudra fournir au programme votre identifiant et mot de passe réseau . cela se fait dans les lignes ci dessous:

CABLAGE

ci dessous le cablage des servos sur l’ ESP32cam.

CONNEXION

pour la connexion, ne reste plus qu’a ouvrir un navigateur web et saisir l’adresse IP de l’ESP32cam sur votre réseau ( faire une recherche via votre profil administrateur box) et une page devrait s’ouvrir avec la vidéo live view en partie haute et en dessous les touches de contrôle de mouvements PAN/TILT .

serveur WEB APACHE sur RPI

créer un serveur WEB APACHE avec votre raspberry PI c’est possible , nous allons voir ici comment faire tout cela.

MISE A JOUR DU PI:

comme toujours avant toute manip d’installation , faire une mise a jour de votre systeme:

sudo apt update
sudo apt upgrade 

INSTALLER APACHE :

nous allons commencer par installer la couche logicielle du serveur WEB , à savoir APACHE2 . rien de plus facile , taper:

sudo apt install apache2

TESTER L’INSTALLATION:

une fois l’installation faite , pour vérifier que tout fonctionne, essayer une connexion sur votre RPI via un PC lui aussi connecté sur votre réseau domestique . tout d’abord , récupérer l’adresse IP de votre RPI. pour cela positionner le pointeur de votre souris sur l’icône de connexion réseau dans la barre de menu du RPI ( en haut ou en bas a droite suivant le type d’affichage choisis).

vous devriez voir apparaitre quelque chose du genre:

eth0: Configured 193.168.1.17

c’est l’adresse IP de votre RPI sur votre reseau domestique.

ouvrez votre navigateur WEB et taper dans la barre de navigation l’adresse IP trouvée avec devant “http://” :

http://193.168.1.17

si tout est OK vous devriez voir apparaitre une page de ce type signe que tout fonctionne:

APACHE est donc installé et il utilise le répertoire /var/www/html comme racine pour le site.

l’installation a déposé dans le repertoire /var/www/html un fichier Index.html qui est la page d’exemple qui s’affiche .

quand on contact l’adresse IP du RPI , on se connecte sur le port 80 du RPI (commande http://…) et apache va cherche dans le repertoire /var/www/html/.

par exemple , si vous tappez : http:// 193.168.1.17/monsite apache cherchera automatiquement le fichier “monsite” dans le repertoire /var/www/html/ et si on ne rajoute pas de nom de fichier et juste la commande: http:// 193.168.1.17/ , apache va chercher le fichier index.html comme tout appel classique a un site internet .

MODIFIER LES DROITS D’ACCÈS:

nous allons donner des droits d’accès au dossier d’apache , ce qui permettra d’administrer les sites installés ( modification et création de fichiers => voir plus bas). Pour cela, lancez les commandes suivantes :

sudo chown -R pi:www-data /var/www/html/
sudo chmod -R 770 /var/www/html/

INSTALLER PHP:

pour pouvoir faire fonctionner votre serveur et par exemple installer un site internet , il faudra pour interpréter des commandes PHP. pour cela nous allons devoir installer l’interpréteur PHP qui exécutera ces commandes PHP.

pour installer PHP sur votre RPI, taper:

sudo apt install php php-mbstring

TESTER PHP:

avant de continuer plus loin, comme pour apache, nous allons tester le fonctionnement de PHP. pour cela avec l’explorateur du RPI ou en ligne de commande , aller supprimer le fichier Index.html qui est dans le répertoire /var/www/html/ puis créer un fichier index.php avec un éditeur de texte et mettez y la commande simple suivante:

echo "<?php phpinfo(); ?>" > /var/www/html/index.php

NOTA : les modif précédentes ne peuvent être faites qu’a condition d’avoir modifié les droits d’accès.

ouvrir le navigateur web sur sotre PC connecté sur le reseau et connectez vous a l’adresse IP du RPI , vous devriez voir apparaitre ceci :

INSTALLER MySQL et mariadb-server

nous allons maintenant installer le moteur/gestionnaire de base de données MySQL, et mariadb-server, pour cela taper:

NOTA: mariadb-server remplace mysql-server

sudo apt install mariadb-server php-mysql

TEST DE MySQL:

le test se fait en ligne de commande avec : sudo mysql –user=root

cette commande démarre mariadb qui va nous permetre queluqes config de base, pour cela taper les commandes suivantes derrière le prompt MariaDB [(none)]>:

DROP USER 'root'@'localhost';
CREATE USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY 'password';
GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'localhost' WITH GRANT OPTION;

dans la deuxieme ligne de commande , remplacer ‘password’ par un mot de passe de votre choix. ce mot de passe servira avec PHPmyAdmin

INSTALLER PHPMyAdmin:

PHPMyadmin est une interface plus simple qu’une console pour gerer une base de donnée MySQL. pour l’installer :

sudo apt install phpmyadmin

pendant l’installation, des fenêtres de configuration de paquet s’ouvre , réponses aux différentes questions:

serveur web a reconfigurer: apache2

config de phpmyadmin: repondre non

puis activer l’extension de mysqli avec :

sudo phpenmod mysqli
sudo /etc/init.d/apache2 restart

TEST de PHPmyadmin:

avec le navigateur internet de votre PC , connectez vous avec la commande:

http://193.168.1.17 /phpmyadmin

si vous avez un message d’erreur c’est parce que probablement le répertoire d’installation de phpmyadmin n’est pas dans var/www/html , en général , Phpmyadmin est installé dans usr/share/ , alors taper la commande ci dessous qui va créer un lien entre les 2 répertoires :

sudo ln -s /usr/share/phpmyadmin /var/www/html/phpmyadmin

normalement tout devrait rentrer dans l’ordre et avec l’adresse plus haut on obtiens le

résultat suivant:

CONFIGURATION/CHANGEMENT DU MOT DE PASSE PHPmyAdmin:

en ligne de commande Bash, aller dans le repertoire var/www/html/phpmyadmin et copier/coller le fichier “config.sample.inc.php” en le renommant avec la commande shell ci dessous:

cp config.sample.inc.php config.inc.php

ensuite ouvrir le fichier config.inc.php avec l’editeur nano :

sudo nano config.inc.php

une fois le fichier ouvert en mode éditeur , au debut on trouve un ensemble de ligne sous le commentaire /* serveur parameter */ qui commencent toutes par $cfg[Servers’][$i][‘wxyz’]

aller sous la ligne : $cfg[‘Servers’][$i][‘host’] = ‘localhost’; et ajouter les 2 lignes suivantes ( a la place de password reprendre le mot de passe de la config mariaDB.:

$cfg['Servers'][$i]['user'] = 'root';
$cfg['Servers'][$i]['password'] = 'password';

enregistrer la modification (ctrl + O) et quitter l’éditeur (CTRL + X) , nous allons maintenant tester l’ouverture de PHPmyadmin. relancer la commande de test :

http://193.168.1.17 /phpmyadmin

puis saisissez l’identifiant root et votre mot de passe si tout est ok vous devriez avoir un écran de ce type :

RENDRE VOTRE RPI accessible depuis le WEB

le serveur Web est prêt mais il n’est pas encore accessible via le web , uniquement en local. pour cela il va falloir que la box redirige les requêtes entrantes vers le RPI qui héberge le serveur. Pour mettre ces redirections en place, nous allons devoir accéder a l’interface de configuration de la Box.

pour accéder a l’interface de config de votre box voir les documents relatif fournis par votre fournisseur d’accès . une fois dans l’interface via vos identifiants et mot de passe d’administration, il vous faudra trouver l’option qui permet de rediriger les connexions entrante . sur une box orange, il faut activer l’option “réseau” dans les préférences et créer/activer les service et port correspondants .

.une fois fait , votre RPI est accessible depuis l’extérieur via l’adresse IP de votre box .

DYN DNS:

votre fournisseur d’acces vous affecte une adresse dynamique , pour résoudre ce problème , il faut utiliser les service d’un fournisseur de nom de “domaine” reliant le nom de domaine a l’adresse dynamique . il en existe plusieurs , un des plus connus est le suivant:

http://noip.com

vous pouvez créer un compte et un nom de domaine fixe en quelques clic et faire le lien de ce nom de domaine fixe avec votre paramétrage DYN/DNS chez votre fournisseur d’accès .

pour cela , vous vous connectez a votre compte administrateur de box et saisissez les données de connexion a votre compte noip et le tour est joué (voir copie écran ci dessous dans le cas de la livebox orange) . il ne reste plus qu’a vous connecter au nom de domaine pour avoir accès a votre serveur web RPI quelque soit votre adresse IP dynamique …

ne reste plus qu’a créer votre site internet et donc les pages hébergées sur le serveur du RPI dans le repertoire var/www/html . ce sera l’objet d’un ou plusieurs autres tutos …

NOTA: si vous vous connectez de façon distante avec un http://domaine.ddns.net/phpmyadmin , vous pouvez aller configurer votre base de donnée de façon distante …