Numérique et sciences informatiques

Mesure de CO2 avec une carte Pycom

Philippe Leclerc — 2021-06-03T18:43:58Z

En situation Covid-19, l'aération régulière d'une pièce est préconisée comme geste barrière pour réduire les aérosols. La mesure de la concentration en CO2 est un indicateur sur la qualité de la ventilation.

Bien qu'il n'existe pas officiellement de seuil, Florence Elias Professeur de Physique, Chercheuse et enseignante à l'Université Paris Diderot fait les recommandation suivantes :

Sans masque la concentration ne doit pas dépasser 600ppm, et avec masque, il est recommandé que la concentration ne dépasse pas 800 ppm.
Sur le système étudié ici, nous utiliserons la led RGB de la carte pycom comme indicateur pour qualité de la ventilation

Utilisation d'un capteur bon marché : SCGP30

Il s'agit d'un capteur de qualité d'air avec une précision typique de 15% des valeurs mesurées.
Le capteur de gaz peut détecter une large gamme de composés organiques volatiles (COV) et H2 et est destiné à la surveillance de la qualité de l'air intérieur. Une fois connecté à votre microcontrôleur, il renverra une lecture de Composé Organique Volatile Total (TVOC) et une lecture équivalente de dioxyde de carbone (eCO2) sur I2C.
La mesure de la concentration d'eCO2 (équivalent en dioxyde de carbone calculé) se fait dans une plage de 0 à 60 000 parties par million (ppm) et la concentration de TVOC (composé organique volatil total) dans une plage de 0 à 60 000 parties par milliard (ppb).
Noter que l'eCO2 est calculé sur la base de la concentration en H2, il ne s'agit pas d'un capteur de CO2 « idéal » pour une utilisation en laboratoire.

Le raccordement
Le capteur nécessite que 2 fils d'alimentation (Vcc =3,3V) et 2 fils pour le bus I2C
La programmation
Avec le logiciel ATOM, on crée un projet avec un dossier lib pour stocker les librairies
La librairie du sgp30 est téléchargeable ici
Dans le fichier boot.py, on désactive la fonction heartbeat, puis on initialise le bus I2C

Dans le fichier main.py,
- on crée un « objet » sgp30 à partir de la libraire importée
- on initialise le capteur
- après quelques secondes, on dispose de 2 attributs (co2eq et tvoc) de l'objet précédemment créé qui fournissent respectivement les concentrations en c02 et composants volatiles
- en fonction de la valeur renvoyée pour le co2, on allume la led RGB d'une couleur différente

Test
Dans la vidéo ci-dessous, on observe le résultat d'un test effectué dans une grande pièce, fenêtres fermées avec un seul occupant.
- Dans un premier temps on mesure une concentration légèrement supérieure à 400, ce qui est cohérent puisque 400 est la concentration en co2 de l'air extérieur.
- Simplement en soufflant sur le capteur, on voit ( à 25s) que la concentration monte à environ 3000 ppm puis redescend rapidement à une valeur proche de 400.
- Ensuite ( à 54s ) en approchant près du capteur, un papier sur lequel on a versé une goutte de gel hydro-alcoolique, on voit qu'on arrive à des concentrations très élevées de co2 et de tvoc. Il faudrait vérifier avec un capteur de meilleur qualité s'il est cohérent que la concentration en co2 augmente à ce point.

Utilisation d'un afficheur Oled

Pour rendre le système autonome, on affiche les résultats sur un écran Oled 128x64 qui fonctionne aussi en I2C.

Le raccordement
La programmation
On commence par ajouter la librairie disponible ici dans le dossier lib
Le fichier boot.py est inchangé
Dans le fichier main.py, on ajoute la gestion de l'afficheur
- on crée un « objet » oled à partir de la libraire importée. 0x3c est l'adresse I2C fournie par le connstructeur
- puis dans la boucle while, on initialise la mémoire écran à 0
- on positionne la première ligne (co2) du message dans la mémoire écran
- on positionne la seconde ligne (tvoc) du message dans la mémoire écran
- on rafraîchit l'affichage sur l'écran

Test

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Utilisation d'un capteur infrarouge non dispersif (NDIR) :

Pour une mesure plus précise et plus fiable, il est nécessaire d'utiliser un capteur NDIR qui mesure la concentration de CO2, contrairement au capteur précédent (sgp30) qui calcule une concentration (eqCO2) à partir de la mesure d'hydrogène.

D'ailleurs, la législation impose l'utilisation de capteurs NDIR pour la mesure du CO2 dans les ERP.

Nous utiliserons ici le SCD30 fabriqué par SENSIRION

Le raccordement

La broche Ready permet de savoir si des données de mesures sont disponibles dans le scd30

La programmation
On commence par ajouter la librairie disponible ici dans le dossier lib
On modifie le fichier boot.py précédent en diminuant la vitesse de transmission du bus i2c à 40000 bauds pour la rendre compatible avec le scd30.

Dans le fichier main.py
- ligne 5 : on crée un objet scd30 en précisant l'adresse (0x61) sur le bus i2c fournie par le constructeur. on peut l'obtenir en exécutant la commande i2c.scan()
- ligne 6 : On crée on objet Pin qui permet de lire l'information « datas available » sur la broche ready du capteur. On configure la broche en PULLDOW pour qu'elle soit à zéro en l'absence de connexion physique avec le broche du capteur
- ligne 7 : On configure le capteur pour qu'il effectue des mesures en continu dès qu'il est sous tension. Cette commande peut être lancée qu'une seule fois. Si on la lance manuellement, on peut la supprimer du programme. L'intervalle de mesure est par défaut de 2s.
- ligne 12 : On vérifie physiquement (lecture de la broche P11) que les données sont prêtes avant de faire la vérification logicielle (get_status_ready()). Si on ne fait que la vérification logicielle, un conflit apparait sur le bus i2c au bout de quelques centaines de mesures. C'est un bon exemple ici de l'utilité du caractère « séquentiel » de la fonction And en Python (le 2ème opérande n'est évalué que si le 1er est à 1). Donc dans notre cas, on ne fera pas de lecture (donc pas de conflit) sur le bus i2c tant que la broche P11 est à 0. Ce programme a fonctionné plus de 24h sans générer de conflit.
- ligne 14 : on récupère les données dans un tuple (CO2, Température, % humidité).
- ligne 15 on affiche les données dans un message préformaté.

Calibration du capteur
- Placer le capteur à l'extérieur à l'abri du soleil et de la pluie
- Faire fonctionner le capteur pendant 10 minutes
- Interrompre CTRL+C) le programme pour reprendre la main
- lancer la commande scd30.set_forced_recalibration(416). 416 étant la valeur moyenne de la teneur en CO2 en mars 2021. source
Test
Dans ce test réalisé en intérieur, fenêtres fermées :
- après la mesure 10, le capteur a été placé dans un sac rempli d'air expiré.
- après la mesure 37, le programme a été interrompu pour modifier manuellement l'intervalle entre 2 mesures.

Cliquer sur l'image pour afficher les conditions de mesure.

Cartes Pycom

Philippe Leclerc — 2021-05-25T21:02:23Z

Pour les projets conséquents, les performances de la carte micro-bit se révèlent rapidement insuffisantes, principalement au niveau de la mémoire RAM qui ne fait que 16 ko. Avec cette capacité, si on importe des librairies ou modules de quelques ko, la 'compilation' se termine souvent par un message MemoryError : memory allocation failed, allocating xxxx bytes.

Pendant la compilation, le code source des librairies/modules et le résultat de la compilation sont stockés en RAM. De ce fait, tous les commentaires et espaces occupent de l'espace mémoire et contribuent à la saturation de celle-ci.

Une alternative intéressante pour rester en micro-python est d'utiliser les cartes pycom https://pycom.io/

Avec leurs nombreux modules réseau sans fil, ces cartes sont particulièrement adaptées au développement d'IOT

Mémoire

Basées sur un ESP32 avec 520 ko de RAM, les cartes pycom sont dotées de 4 Mo de RAM externe et 8 Mo de mémoire flash repoussant très loin les limitations dues aux capacités 'mémoire'.

Interfaces
On retrouve les interfaces de l'ESP32

ADC (12 bits) jusqu'à 18 canaux ;
2 × 8 bits DAC ;
10 × capteurs de touché (GPIO de capteur capacitif ) ;
4 × SPI ;
2 × interfaces I²C ;
3 × UART ;
contrôleur SD
PWM (jusqu'à 16 canaux) ;

Programmation

La programmation se fait en micro-python avec le logiciel multi-platformes ATOM sur lequel on installe le plugin Pymakr.

Connexion physique

Les échanges avec l'ordinateur se font par la liaison série. On peut utiliser son propre convertisseur USB/UART, mais pour la phase de développement, il est fortement recommandé d'utiliser une carte d'extension.

Il existe d'autres cartes d'extension avec capteur de température, d'humidité, accéléromètre, GPS, RFID, etc

Premier pas

Pour débuter et changer du célèbre Blink, on va commander la Led RGB qui est intégrée à la carte.

import pycom import time pycom.heartbeat(False) for cycles in range(2): # Arreter apres 2 cycles pycom.rgbled(0x007f00) # vert time.sleep(4) pycom.rgbled(0x7f7f00) # jaune time.sleep(3) pycom.rgbled(0xee0000) # rouge time.sleep(2) pycom.rgbled(0x000000) #eteint

Mini-projets Grove/Micro:bit

Philippe Leclerc — 2021-02-05T12:35:11Z

Le kit Grove présenté dans cet autre article, est accompagné d'un livret d'initiation sous forme de mini-projets en programmation par « blocs ».

Ce livret a été adapté à la programmation en lignes de code python avec mu-editor.

Pour chaque mini-projet, on donne un objectif, le schéma de raccordement , le code, les observations à faire, un défi à relever pour tester la compréhension du code, des éléments de réponse et une vidéo du résultat attendu pour le défi.

Extrait

Ce livret est disponible :

en version ebook pour tous les appareils Apple, sur Itunes à l'adresse suivante : http://books.apple.com/us/book/id1545910837

en version ePub ici : https://misterphi.fr/piton/Livret_grove-mu_editor.epub.zip

Maqueen avec mu-editor

Philippe Leclerc — 2021-01-18T10:27:38Z

Maqueen est un petit robot basé sur une carte micro:bit. Il se programme initialement avec les applications habituelles de programmation par blocs.

Pour le programmer en lignes de code Python, une librairie a été développée permettant d'utiliser facilement les différents éléments du robot (Moteurs, leds, leds RGB, capteur ultra-sons, connecteurs servomoteurs, …). Sauf le capteur infra-rouge !

Pour faciliter leur usage, chaque fonction de la librairie est commentée.

Un programme de démonstration est attaché à cet article.

Kit Grove pour micro:bit et applications en SNT

Philippe Leclerc — 2020-03-05T12:00:21Z

La description du kit se trouve ici sur le site du revendeur

Particulièrement utiles en SNT, les connecteurs avec « détrompeur » permettent de connecter les composants fournis (capteurs/actionneurs) à la carte micro:bit en toute sécurité, sans risque d'erreur de câblage.

La programmation de la carte micro:bit peut se faire sous forme de blocs avec l'application MakeCode après avoir ajouté le package Grove.

La carte peut se programmer aussi en python, notamment avec l'éditeur Mu-editor. Par contre, il n'existait pas de librairie pour utiliser les modules Groves (capteurs/actionneurs) avec mu-editor.

Vous trouverez ci-dessous les liens de téléchargement de la dernière version des librairies..

librairie de gestion des capteurs du kit
librairie de gestion de l'afficheur 4digits
librairie du capteur de gestes

Néanmoins, la plupart des composants fonctionnent avec les modules natifs MicroPython ( Input/Output Pins, Music, ...). Par exemple, pour le ruban à Leds, on utilise le module NeoPixel du MicroPython/Microbit.

Serveur portatif PI-SIN

Philippe Leclerc — 2019-11-21T16:41:51Z

Avec les nouveaux enseignement NSI et SNT qui viennent s'ajouter au SIN de STI2D, de nombreuses activités « informatiques » autour du web et du codage (HTML, CSS, PHP, PYTHON, bases de données,..) nécessitent l'installation/utilisation de logiciels et/ou de matériels dans des salles « spécialisées ».

Il en résulte des difficultés à élaborer les emplois du temps, un surcroît des tâches d'administration du parc informatique. Il est donc pertinent de disposer d'un dispositif permettant de réaliser ces activités dans n'importe quelle salle informatique et sans intervention préalable. Il suffit d'une prise réseau et d'une prise secteur.

Développé par la Dane de Caen, ce dispositif portatif destiné à l'apprentissage des fondamentaux a été conçu pour :

être facile à transporter par l'enseignant
être simple et rapide à mettre en oeuvre
être simple à administrer
être performant et fiable
permettre à des élèves de pratiquer des activités diverses et variées dans une salle informatique banalisée sans nécessiter de manipulations complexes de leur part
avoir un coût à l'acquisition et à l'usage peu élevé ( 100€ )

L'utilisation en technologie au collège est envisageable

Depuis le 13/06/2020, les fichiers à télécharger ont été déplacés sur un autre serveur.
Les URLs dans les documents (joints à cet article) téléchargés avant cette date sont donc obsolètes.

La dernière version a été publiée le 06/12/2020.
SHA256 du zip = 7af7dc256ae81dbb6f338d56787335b4867b8f6431937748c774f2adcc33c1da

Si vous avez des questions, suggestions, ou si vous souhaitez partager des retours d'usages, n'hésitez pas à utiliser le forum de cet article (modéré)