Projet BTS CIEL-Système embarqué de monitoring pour GRDF

Contexte du projet

Dans le cadre de mon BTS CIEL, j'ai développé un projet technique en collaboration avec GRDF.

L'objectif était de concevoir un système embarqué capable de surveiller les concentrateurs Gazpar afin de mieux comprendre les anomalies d'alimentation électrique.

Lorsqu'un concentrateur présente une panne, il est parfois difficile d'identifier la cause exacte : coupure électrique, baisse de tension, problème environnemental ou perte de communication. Ce projet vise donc à ajouter un module autonome permettant d'analyser ces situations.

Objectif principal

Le système développé permet de :

  • Mesurer la tension secteur (AC 230V)
  • Mesurer la tension d'alimentation interne (16V DC)
  • Relever la température, l'humidité et la pression
  • Récupérer l'heure et la position GPS
  • Stocker les données localement
  • Transmettre les données vers un serveur web
  • Générer une alerte en cas d'anomalie
Architecture du système
Le coeur du système repose sur un microcontroleur ESP32.
 
Pourquoi l'ESP32 ?
  • Wi-Fi intégré
  • Nombreuses entrées/sorties
  • Communication I2C, SPI, UART
  • Bonne puissance de calcul
  • Faible consommation
Il centralise toutes les données des capteurs et gère la communication réseau.
Capteur environnemental - BME280
Le capteur BME280 permet de mesurer :
  • La température
  • L'humidité relative
  • La pression atmosphérique
Il communique en I2C, ce qui simplifie le cablage et permet de partager le bus avec d'autres composants comme l'écran.
Mesure de la tension secteur - ZMPT101B

Le module ZMPT101B permet de mesurer la tension secteur 230V en toute sécurité grace à une isolation interne.

Problème rencontré:
La lecture initiale était incorrecte (environ 190V au lieu de 230V).

Solution :
Une calibration logicielle a été appliquée en ajustant un facteur multiplicateur afin d'aligner les valeurs mesurées avec celles d'un multimetre de référence.

Mesure de la tension 16V DC

Pour mesurer la tension 16V fournie par le concentrateur, j'ai utilisé un pont diviseur de tension.

Formule utilisée :

Vout = Vin*(R2 / (R1 + R2))

Cette méthode permet de réduire la tension à un niveau compatible avec l'entrée analogique 3.3V de l'ESP32.

Un probléme de surchauffe a été observé au départ. Il a été résolu en augmentant la valeur des résistances afin de réduire le courant traversant le diviseur.

Stockage des données
Deux versions matérielles ont été développées.
 
Version standard :
  • ESP32-WROOM
  • Carte microSD
  • Régulateur LM2576
Version compacte :
  • ESP32-C3
  • Mémoire Flash SPI Winbond
  • Régulateur MP1584EN
  • PCB personnalisé
Les données sont enregistrées au format CSV pour permettre une exploitation simple sous Excel ou via des scripts Python.
Exemple :
timestamp,temperature,humidity,voltage_ac,voltage_dc
2025-05-20T08:41:00,23.7,45.2,229.4,16.0
Communication vers un serveur Django
Une API a été développée avec Django afin de recevoir les données envoyées par l'ESP32.
Fonctionnement :
  1. L'ESP32 se connecte au Wi-Fi.
  2. Il envoie les données au format JSON via HTTP POST.
  3. Le serveur Django enregistre les données en base.
  4. Une interface web permet de consulter les mesures.
Exemple de données envoyées :
{
"temperature": 24.5,
"tension_ac": 229.8,
"tension_dc": 16.03,
"latitude": 48.8566,
"longitude": 2.3522
}
Système d'alerte
Un module logiciel surveille en permanence la tension.
En cas de coupure ou de variation critique :
  • Une requ"te d'alerte est envoyée au serveur.
  • L'événement est enregistré.
  • Une notification peut étre générée.
Tests réalisés
Chaque composant a été :
  • Testé individuellement
  • Calibré si nécessaire
  • Intégré progressivement
  • Validé en conditions réelles

Le systéme a été testé dans un environnement proche de celui du concentrateur.

Compétences développées
Ce projet m'a permis de travailler sur :
  • électronique embarquée
  • Calibration analogique
  • Conception de PCB
  • Programmation C++ sous PlatformIO
  • Développement d'API avec Django
  • Gestion de la communication réseau
  • Tests et validation en environnement réel
Il s'agit d'un projet complet combinant matériel, firmware et développement web.
Perspectives d'amélioration
Améliorations possibles :
  • Passage en HTTPS sécurisé
  • Mise à jour OTA (Over The Air)
  • Interface graphique avec courbes en temps réel
  • Ajout d'une batterie tampon
  • Intégration dans un boitier industriel

 

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