Séance : Le Lave-vitre DMS - Un système domotique intelligent

1. PARTIE 1 : Le lave-vitre dans l'écosystème domotique (30 min)

Activité 1.1 : Analyse du besoin domotique

Question 1 : Listez les avantages d'un lave-vitre connecté pour un utilisateur.

Exemples attendus :

• Programmation automatique du nettoyage
• Déclenchement à distance
• Notification de fin de cycle
• Alerte en cas de problème
• Intégration avec la météo (ne pas nettoyer s'il va pleuvoir)

Question 2 : Complétez le diagramme des cas d'utilisation du lave-vitre domotique

Activité 1.2 : Architecture domotique

Question 3 : Quel(s) protocole(s) de communication pourrait utiliser le lave-vitre ?

• Wi-Fi
• Zigbee
• Z-Wave
• Bluetooth
• Modbus
• KNX

Justifiez votre choix en fonction de :

• La portée nécessaire
• La consommation énergétique
• La bande passante requise
• Le coût

Schéma à compléter : Architecture de communication

2. PARTIE 2 : Intégration technique (40 min)

Activité 2.1 : Ajout d'un module de communication

Rappel TP1 : Le lave-vitre possède une carte de contrôle avec microcontrôleur.

Question 4 : Proposez une solution pour rendre le lave-vitre communicant

Option A : Module Wi-Fi ESP32

• Avantages :
• Inconvénients :
• Coût estimé :

Option B : Module Zigbee

• Avantages :
• Inconvénients :
• Coût estimé :

Activité 2.2 : Interface de communication

Travail pratique : Vous allez concevoir l'interface entre le lave-vitre et le module Wi-Fi

Rappel TP2 & TP3 : Le lave-vitre fonctionne avec une machine à états

États principaux :

1. ARRET
2. ATTENTE
3. ASPIRATION_VENTOUSE
4. DEPLACEMENT_HORIZONTAL
5. DEPLACEMENT_VERTICAL (TP6)
6. NETTOYAGE
7. FIN_CYCLE

Question 5 : Complétez le tableau des informations à transmettre

Activité 2.3 : Protocole MQTT pour la domotique

Introduction : MQTT est un protocole léger idéal pour l'IoT et la domotique

Architecture MQTT :

Question 6 : Proposez une structure de topics MQTT pour le lave-vitre

Exemple :

Activité 2.4 : Code Python - Communication MQTT

Travail à réaliser : Complétez le code Python pour publier les données du lave-vitre

Rappel TP2 : Vous avez déjà utilisé Python pour programmer les états

import paho.mqtt.client as mqtt
import time

# Configuration MQTT
BROKER = "192.168.1.100"  # Adresse de la box domotique
PORT = 1883
TOPIC_BASE = "maison/exterieur/lavevitre"

# Connexion au broker
client = mqtt.Client("LaveVitre_DMS")
client.connect(BROKER, PORT, 60)

# Fonction pour publier l'état
def publier_etat(etat):
    topic = f"{TOPIC_BASE}/etat"
    client.publish(topic, etat)
    print(f"État publié : {etat}")

# Fonction pour publier la position
def publier_position(x, y):
    # À COMPLÉTER
    pass

# Fonction callback pour les commandes
def on_message(client, userdata, message):
    topic = message.topic
    commande = message.payload.decode()
    
    if "commande/start" in topic:
        # À COMPLÉTER : démarrer le cycle
        pass
    elif "commande/stop" in topic:
        # À COMPLÉTER : arrêter le lave-vitre
        pass

# Abonnement aux topics de commande
client.subscribe(f"{TOPIC_BASE}/commande/#")
client.on_message = on_message

# Boucle principale
try:
    while True:
        # Simulation : lecture des capteurs
        etat_actuel = lire_etat_systeme()
        position_x, position_y = lire_position()
        
        # Publication MQTT
        publier_etat(etat_actuel)
        publier_position(position_x, position_y)
        
        time.sleep(1)  # Rafraîchissement 1 Hz
        
except KeyboardInterrupt:
    client.disconnect()
    print("Déconnexion MQTT")

3. PARTIE 3 : Automatisation et intelligence (30 min)

Activité 3.1 : Scénarios domotiques

Scénario 1 : Nettoyage programmé

Créez un scénario qui :

• Déclenche le lave-vitre tous les samedis à 8h00
• Seulement si météo = "ensoleillé" ou "nuageux"
• Pas si météo = "pluie" ou "orage"
• Envoie une notification de fin

Organigramme à compléter :

Scénario 2 : Mode économie d'énergie

Question 8 : Le lave-vitre consomme beaucoup d'énergie pour maintenir la dépression de la ventouse (rappel TP4 - asservissement de vitesse consomme aussi)

Proposez un algorithme qui :

• Détecte les panneaux solaires en production
• Lance le lave-vitre en priorité quand surplus solaire
• Diffère le nettoyage si pas assez d'énergie disponible

Pseudo-code à compléter :

Activité 3.2 : Interface utilisateur domotique

Question 9 : Concevez l'interface mobile de contrôle du lave-vitre

Éléments à inclure :

• Bouton START / STOP
• Affichage état en temps réel
• Visualisation position sur la vitre
• Historique des cycles
• Programmation horaire
• Paramètres (vitesse, mode, etc.)

Esquisse de l'interface : (faire un croquis)

Activité 3.3 : Maintenance préventive intelligente

Rappel TP4 : L'asservissement de vitesse permet de détecter des anomalies

Question 10 : Comment utiliser les données du lave-vitre pour anticiper les pannes ?

Indicateurs de maintenance à surveiller :

4. PARTIE 4 : Validation et optimisation (20 min)

Activité 4.1 : Tests d'intégration

Question 11 : Proposez un protocole de test pour valider l'intégration domotique

Tests fonctionnels :

1. Test connexion Wi-Fi/MQTT
2. Test commande à distance START
3. Test commande à distance STOP
4. Test remontée d'informations
5. Test scénario programmé
6. Test réaction en cas de perte de connexion

Créez un tableau de test :

Activité 4.2 : Analyse énergétique comparative

Rappel TP4 & TP7 : Vous avez modélisé la consommation du lave-vitre

Question 12 : Comparez la consommation en mode manuel vs mode domotique optimisé

Hypothèses :

• Nettoyage manuel : 1 fois par semaine à n'importe quel moment
• Nettoyage domotique : 1 fois par semaine au moment optimal (surplus solaire)

Calculs à réaliser :

Coût annuel mode manuel = ...
Coût annuel mode domotique = ...
Économie réalisée = ...
ROI du module Wi-Fi (coût 15€) = ... mois

Activité 4.3 : Évolutions possibles

Question 13 : Proposez 3 évolutions pour améliorer le système

Idées d'évolutions :

1. Intégration caméra :
   • Vision artificielle pour détecter saleté
   • Nettoyage uniquement des zones sales
   • Économie d'énergie et d'eau
2. Multi-lave-vitres :
   • Coordination de plusieurs robots
   • Gestion de flotte
   • Optimisation des trajets
3. Intelligence artificielle :
   • Apprentissage des meilleurs moments
   • Prédiction de la saleté (pollen, pollution)
   • Adaptation automatique des paramètres

À développer : Choisissez une évolution et détaillez :

• Capteurs/actionneurs supplémentaires nécessaires
• Modifications logicielles
• Coût estimé
• Bénéfices attendus

5. SYNTHÈSE ET ÉVALUATION

Bilan de compétences

Auto-évaluation : Évaluez votre maîtrise (A/B/C/D)

Questions de synthèse

Question 14 : Résumez en 5 points clés l'intérêt d'intégrer le lave-vitre dans la domotique

Question 15 : Reliez vos 7 TP précédents à cette séance domotique :

6. TRAVAIL À RENDRE

Livrable final

Rapport de synthèse (4 pages max) contenant :

1. Introduction : Contexte et objectifs de l'intégration domotique
2. Architecture technique : Schéma complet de l'intégration
3. Code Python commenté : Programme MQTT fonctionnel
4. Scénario domotique détaillé : Au choix (programmé ou économie énergie)
5. Protocole de test : Tableau complété avec résultats
6. Évolution proposée : Description détaillée d'une amélioration
7. Conclusion : Bilan technique et économique

7. RESSOURCES COMPLÉMENTAIRES

Documentation

• MQTT : https://mqtt.org/
• Paho MQTT Python : https://pypi.org/project/paho-mqtt/
• Jeedom : https://doc.jeedom.com/
• Home Assistant : https://www.home-assistant.io/

Vidéos

• Tutoriel MQTT avec Python
• Intégration d'un objet connecté dans Home Assistant
• Protocoles domotiques : comparaison

Logiciels utilisés

• Python 3.x avec bibliothèque paho-mqtt
• MQTT Explorer (pour visualiser les messages)

8. Mini-projet (4h) : "Ma maison connectée"

Créez un écosystème domotique complet avec :

• Le lave-vitre DMS
• 2 autres systèmes de la salle (ESP32, Arduino, Raspberry Pi)
• Une box domotique simulée (Raspberry Pi + Home Assistant)
• Une interface utilisateur Web

Objectif : Démontrer l'intégration de plusieurs systèmes et créer des scénarios intelligents

9. Préparation BAC

Préparation BAC

Cette séance couvre les compétences BAC suivantes :

• Analyser un système pluritechnologique
• Valider un modèle ou une solution
• Concevoir ou modifier une chaîne d'information
• Réaliser et valider un prototype

Exemples de questions BAC :

• "Proposez une solution pour connecter le lave-vitre à Internet"
• "Justifiez le choix du protocole MQTT pour la domotique"
• "Calculez le coût énergétique annuel du système"

CRITÈRES D'ÉVALUATION