Arduino Écloserie & Capsule Terra Forma

Contexte & Objectifs

Les mésocosmes sont des reproductions simplifiées de milieux naturels, utilisées pour étudier l’écotoxicologie dans des conditions contrôlées, car intervenir directement dans un écosystème naturel peut être difficile et perturbant.

Un premier programme Arduino, développé en partie par Arnaud Elger, permettait de mesurer la température, la conductivité, le pH, l’oxygène dissous et le redox, des paramètres représentatifs de l’état d’une colonne d’eau. Cependant, ce programme ne gérait pas complètement les calibrations et n’offrait pas d’interface adaptée aux utilisateurs non spécialistes.

Le projet vise donc à créer une interface simplifiée destinée aux laborantins, notamment Jérôme Silvestre, pour faciliter l’utilisation et la calibration des capteurs. Cette interface permettra également à des étudiants ou à un public non initié de manipuler les données et de s’initier à l’acquisition de mesures environnementales. Une capsule vidéo pédagogique complète ce projet, présentant le fonctionnement du système Arduino et l’utilisation des capteurs, pour servir à la fois de support d’enseignement et de guide pratique accessible au plus grand public.

Objectifs principaux

• Correction des valeurs par la température
• Enregistrement des données brutes et corrigées sur carte SD
• Affichage des valeurs sur l’écran OLED
• Réparation de la transmission LoRaWAN
• Ajout et réglage de l’heure
• Paramétrage des boutons
• Création d’une interface avec menu mesure et menus d’étalonnage
• Création d’une capsule pédagogique pour apprendre à utiliser Arduino

Matériel

Sondes et capteurs

Électronique et modules

Méthodes

Architecture du système

Le système repose sur une machine à états permettant la gestion efficace de l'affichage, de la calibration des capteurs et de la transmission LoRaWAN. Cette approche modulaire facilite la maintenance et l'évolution du code.

États principaux du système

• État de veille – Mode basse consommation entre les mesures
• État d'acquisition – Lecture des données des capteurs
• État d'affichage – Visualisation des données sur l'écran OLED
• État de calibration – Procédure de calibration guidée des sondes
• État de transmission – Envoi des données via LoRaWAN
• État de configuration – Paramétrage du système via interface boutons

Processus de développement

Les étudiants finalisent le firmware existant en intégrant les différents modules fonctionnels. Le développement suit une approche itérative avec tests réguliers sur le terrain pour valider la robustesse du système.

En parallèle, un support vidéo explicatif est produit pour documenter l'utilisation du système, la procédure de calibration et les bonnes pratiques de déploiement.

Livrables

1. Modification du code Arduino

Demandes prioritaires

• Correction des valeurs par la température
• Enregistrement des données brutes et corrigées sur carte SD
• Affichage des valeurs sur l’écran OLED

Demandes ajoutées en cours de projet

• Réparation de la transmission LoRaWAN
• Ajout et gestion de l’heure sur la carte

Demandes facultatives

• Paramétrage des boutons
• Interface avec menu principal "Mesure" et menus d’étalonnage par sonde

2. Feuille de route et problèmes rencontrés

Affichage des valeurs

• Mise en place de l’affichage en temps réel sur OLED

Réglage de l’heure

• Décalage progressif de l’heure lorsque le dispositif est éteint

Correction des valeurs

• Application de la correction température sur les valeurs mesurées

Enregistrement des données

• Problème : absence de stockage des valeurs corrigées en mémoire
• Ordre d’enregistrement :

voltage / O2 brut / redox brut / pH brut / conductivité brut / température brut / O2 corrigé / redox corrigé / pH corrigé / conductivité corrigée / température corrigée

Réparation LoRaWAN

• Mauvaise bibliothèque utilisée
• Mauvaise clé utilisateur sur carte SD (refus d’accès)
• Tentative de connexion sur serveur US au lieu de EU

Paramétrage boutons

• Bouton B déjà utilisé par le LoRaWAN
• Bouton A détecté mais fonction non exécutée

Interface & calibration

• Dérive des sondes due à un mauvais protocole d’étalonnage
• Calibration effectuée alors que la valeur n’était pas stabilisée

Capsule vidéo pédagogique

Contenu de la capsule

La vidéo pédagogique est structurée en plusieurs chapitres pour faciliter l'apprentissage :

• Introduction – Présentation d’Arduino
• PARTIE 1 – C’est quoi Arduino ?
  Carte électronique programmable fonctionnant comme le corps humain :
  capteur (sens) → Arduino (cerveau) → action
• PARTIE 2 – Arduino en sciences environnementales
  Exemples d’applications et envoi de données à distance
• PARTIE 3 – Pourquoi c’est accessible ?
  Coût faible et grande communauté
• PARTIE 4A – Arduino IDE : l’interface de programmation
  Présentation du logiciel
• PARTIE 4B – Les broches : où brancher quoi ?
  Les 4 familles de broches
• PARTIE 4C – Exemple pratique : DHT22
  Montage du capteur et visualisation des données
• Conclusion

Cette ressource vidéo est conçue pour être accessible aux débutants tout en fournissant suffisamment de détails techniques pour les utilisateurs avancés. Elle constitue un complément indispensable à la documentation écrite.

Script de la capsule vidéo

Le script complet de la capsule est disponible ici :

Consulter le script (Markdown)

Encadrants du projet

Contact principal

Jérôme Sylvestre

Email : jerome.silvestre@ensat.fr

Arnaud Elger

Email : arnaud.elger@toulouse-inp.fr

À propos du projet

Ce projet est réalisé dans le cadre du module CNUM (Conception Numériques) de l'ENSAT (École Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse). Il s'inscrit dans une démarche d'innovation pédagogique visant à former les étudiants aux technologies de l'Internet des Objets (IoT) appliquées à l'environnement.