2-Commande X10 et transmission WI-FI

2-1-Commande X10

Avant de présenter le travail réalisé lors de notre PDM, il convient de rappeler brièvement le fonctionnement de la norme X10. Ce rappel n’est en fait que la synthèse du travail de recherche effectué par l’équipe du PDM 2004 et qui apparaît dans leur rapport. Cette synthèse permettra au lecteur de comprendre ou de redécouvrir très rapidement les grands principes de fonctionnement du X10. Elle s’adresse avant tout à d’éventuels successeurs à notre projet.

2-1-2: L’essentiel sur la norme X10 du point de vue utilisateur.

La technologie X10 est une technologie fondée sur le principe du courant porteur

Le courant porteur :

Théorie

Le X10 est un protocole de transmission qui permet de faire communiquer des modules à travers une installation électrique.

Principe Le principe est de superposer au courant domestique distribué par EDF (220V / 50Hz) un signal de faible amplitude (2,5 V) et de fréquence 120 kHz.

Ce signal d’une durée de 1ms est émis 3 fois de suite. Ces 3 signaux sont émis aux instants où le courant s’annule (dans le cas du triphasé). Pour le monophasé, on garde les mêmes instants Ces 3 signaux constituent un 1 logique. Par opposition, l’absence de ces signaux constitue un 0 logique.

Remarques Le signal est transmis 3 fois de suite pour éviter les confusions au niveau des récepteurs. En effet, il peut exister des perturbations sur la ligne électrique et il vaut mieux qu’elles ne puissent pas être assimilée en tant qu’ordres X10.

Le code désignant un récepteur est composé d’une lettre (comprise entre A et P) et d’un nombre (compris entre 01 et 16). Cela permet de distinguer 256 récepteurs distincts ou groupes de récepteurs possibles.

Le disjoncteur arrête les signaux X10. Cette caractéristique permet d’éviter les confusions avec des appartements voisins qui pourraient aussi utiliser des modules X10.

Codage

L'ensemble du message est transmis sur onze cycles du courant électrique :
→L’émetteur envoie tout d’abord un code début sur 2 cycles pour faire comprendre aux récepteurs qu’il va donner un ordre. Ce code est 1110.
→Il envoie ensuite le « House Code » sur 4 cycles. Ce code binaire de 4 octets correspond à la lettre comprise entre A et P que l’on sélectionne sur le module X10. Le codage est détaillé plus bas.
→La suite du message est ensuite envoyée sur 5 cycles et non sur 4 comme on pourrait le croire (puisque 4 octets sont suffisants pour coder le « Unit Code » de 1 à 16). En fait le dernier code peut aussi être un code de fonction (On, Off, etc.) Si on a N1 = 1 alors le code [N2 N3 N4 N5] est un code fonction alors que si on a N1 = 0 le code [N2 N3 N4 N5] est un code numéro.

Exemple :

L’idée est de superposer au courant domestique délivré par EDF un signal de faible amplitude : 2.5V et de fréquence 120 kHz réinjecté sur le circuit électrique de la maison. Ce signal émit à partir d’un module X10 émetteur est donc le porteur de l’information. D’une durée de 1ms, il est émis 3 fois de suite pour ne pas qu’une perturbation réseau soit interprétée comme un ordre X10. Il correspond à un 1 logique alors que son absence correspond à un 0 logique Le code désignant un récepteur est composé d’une lettre (entre A et P) et d’un nombre compris entre 01 et 16) donc on peut distinguer 256 récepteurs distincts Par ce biais il est donc possible de commander n’importe quel récepteur de la maison avec un ordre précis.

Mise en œuvre

Il suffit de brancher sur les prises murales de la maison des modules X10 récepteurs et de les commander via une télécommande par infrarouge ou via un émetteur relié au PC.

Les modules existants

Récepteurs

Les prises commandées: éléments les plus simples, il suffit de les brancher sur une prise murale et de brancher l’appareil à commander sur ce dernier (Utilisation type: lampe)

Récepteur muraux: de la forme d’un interrupteur classique, il permet une commande classique ou commande à distance : c’est le module à adopter pour la commande montée et descente (Utilisation type: stores)

Modules de tableau: permet la commande de plusieurs applications, il est cependant plus difficile exploitation pour un utilisateur non averti

Modules mini: ils jouent le rôle d’émetteur/transmetteur mais sont difficiles à mettre en œuvre.

Douilles gigognes: il suffit de dévisser l’ampoule, visser le récepteur et revisser l’ampoule

Les émetteurs

Convertisseur IR/X10 : (Commande +Emetteur) : le fonctionnement est infrarouge. (via une télécommande infrarouge on commande le récepteur) (Le plus courant)

Convertisseur IR/X10 :(Commande +Emetteur) : utilise les ondes radios (Pour une utilisation avec des télécommande radio)

Emetteur PC : permet de commander l’installation X10 depuis un micro-ordinateur. Il est branché sur le port série du PC et directement sur une prise électrique. (C’est le module qui a servi dans le cadre de ce projet puisqu’il permet : de commander les modules X10 depuis Internet et différentes programmations)

Module X10 SM10E : permet de commander les appareils électriques à l’aide d’une information binaire donc type fermé ouvert. (Via ce module on peut commander les appareils électriques à l’ouverture d’une porte par exemple)

Avantages/Inconvénients

Avantages

Aucun câblage supplémentaire dans la maison. Au contraire des autres installations domotiques, pour créer son réseau X10, il suffit de brancher ses modules sur le réseau électrique existant. Il n’y a donc pas de gros travaux à mettre en œuvre et toutes les maisons peuvent être équipées.

Faible tension du signal. L’amplitude réduite des signaux, c'est-à-dire 2,5 Volts, ne met en danger aucun appareil électrique. Ces signaux vont passer inaperçu sur le réseau vis-à-vis des appareils en place.

Très peu de compétences requises à l’installation et à l’utilisation. Le branchement de prises électriques est à la portée de tous, tout comme l’utilisation d’une télécommande dans le cas de modules très simples, type commande infrarouge et récepteur module prise. Quant à l’installation des modules X10 tels les interrupteurs muraux ou sectionneurs dans un tableau électrique, leur mise en place est identique à celle d’un interrupteur classique ou d’un sectionneur classique. En ce qui concerne la commande par le PC, la compréhension des logiciels de contrôle existants est assez aisée. On peut noter que la commande par PC n’apporte pas un grand avantage par rapport à une télécommande classique. Cependant si on le combine à un dispositif de contrôle à distance plus performant type Pocket PC en liaison Wifi, cela devient particulièrement efficace.

Possibilité de contrôler n’importe quel appareil électrique. Tout appareil électrique peut être commandé par le X10. Rappelons-en quelques exemples :

Inconvénients

Lenteur relative. Il existe un délai non négligeable (de l’ordre de la seconde) entre l’instant de la commande et l’instant de déclenchement du module récepteur.

Problème avec la variation Les modules pris étant d’une génération ancienne, ils ne se souviennent pas de l’état de commande précédent l’extinction. Ils obligent à repasser par un l’état 100% avant de diminuer. Les télécommandes classiques X10 en IR ou RF ne permettent pas de commander directement des modules récepteurs X10. Il est nécessaire d’associer une centrale de domotique qui relaie les ordres aux récepteurs.

La plupart des produits X10 sont fabriqués pour les normes Américaines. Plus de 90 % des modules X10 sont produits pour les standards des réseaux des USA, c'est-à-dire au 110 Volts / 60 Hertz. En effet, le marché est beaucoup plus développé aux Etats-Unis qu’en Europe. Ainsi, les prix des modules X10 sont encore assez élevés en France mais leur utilisation tend à se démocratiser. On trouve ainsi désormais des modules X10 dans les magasins spécialisés en domotique mais aussi dans les magasins de bricolage.

Module spécifique en cas de courant triphasé. Cette technologie impose l’utilisation de modules spécifiques dans le cas d’un réseau triphasé. Dans notre étude, ce n’est pas un inconvénient majeur puisque l’utilisation de ces modules se fera dans un cadre domestique mais le développement de cette technologie se voit limité par ce point.

Sensibilité aux défauts de certains câblages électriques. Si les signaux X10 sont bloqués par les disjoncteurs, ce qui nous arrange beaucoup, ils peuvent aussi l’être par d’autres appareils. En effet, certains transformateurs peuvent atténuer les signaux X10 voire même les bloquer totalement. Il est ainsi possible d’ajouter des filtres spéciaux qui empêchent l’absorption de ces signaux. Ces filtres sont aisément insérables sur l’installation et il faut peu de connaissances pour bien les placer.

2-1-3 : La commande X10 en C#

Afin de bien comprendre le fonctionnement de la programmation en C# sous Visual.Net des modules X10, une première application destinée à regrouper les 3 commandes possibles en X10 ( allumer, éteindre, faire varier) a été établies.

Présentation de l’application de commande X10 en C #

Voici l’interface de cette première application

Cette application est hébergée par le PC.

Pour commander un module X10 de la maison, il suffit de rentrer son code maison et son code appareil dans les textbox prévues à cet effet et d’allumer, éteindre ou faire varier à l’aide des boutons et du Scrollbar.

Notifications importantes :

Compte tenu du fonctionnement du mode de variation prévu par le concepteur, la variation d’une lampe ne s’effectue que si elle a été allumée auparavant. En clair on ne peut pas allumer progressivement une lampe en partant d’une lampe éteinte. De plus même si la lampe parait éteinte, elle peut en fait être allumée avec une intensité non perceptible. Ainsi la commande allumer ne fonctionnera pas, il faut d’abord éteindre la lampe.
En clair, si la commande allumer ne fonctionne pas, essayer tout d’abord d’éteindre la Plus en détail dans la programmation en C#

En ce qui concerne la commande X10, la programmation en C# n’est pas très différente de la programmation en VB. Pour exploiter la commande X10 en C#, on peut donc largement s’inspirer de la syntaxe en VB des méthodes et propriétés du composant communication (DDL) destinée à la programmation des modules téléchargeable sur le site de HomeSeer. La syntaxe complète de toutes les propriétés et toutes les méthodes nécessaires est disponible également sur le site de HomeSeer mais également dans l’annexe du rapport du PDM 2004.

Le formalisme lié au développement sous Visual.Net est quant à lui nettement plus délicat à aborder notamment pour la déclaration de la classe lié au composant installé et pour la déclaration d’une nouvelle instance de cette classe.

Pour plus de détail, se référer à nos différents programmes puisque la méthode est toujours la même que l’on utilise les DDL d’une Webcam ou encore une classe quelconque que l’on a pu créer

Après avoir réussi à effectuer une commande via le PC, la prochaine étape est de pouvoir effectuer cette commande via un PDA. Il faut donc établir une connexion WI-FI entre PDA et PC

2-2-Commande X10 via le PDA

De même que pour la commande X10, avant de présenter le travail effectué, il convient de rappeler les principes fondamentaux du WIFI. Ce qui suit est également un travail de synthèse du rapport du PDM 2004 qui lui même s’inspirait très fortement de la source http://www.commentcamarche.net

2-2-2 : Plus en détail

Description des différents modes

Mode infrastructure

Dans ce mode chaque ordinateur station se connecte à un point d’accès via une liaison sans fil. L’ensemble point accès et stations situées dans la zone de couverture constitue une cellule et est notée BSS. Chaque BSS est identifié par un identifiant noté BSSID correspondant à l’adresse Mac du point d’accès. Lors de l’entrée d’une station dans une cellule, celle-ci diffuse une requête de sondage contenant l’identifiant pour lequel elle est configurée ainsi que son débit maximale. Si aucun identifiant n’est configuré, la station recherche automatiquement le réseau. A chaque requête de sondage reçue le point d’accès vérifie l’identifiant et le débit maximale et si toutes les données correspondent une réponse est envoyée à la station.

Le mode ad hoc

En mode ad hoc, les machines sans fil se connectent les unes aux autres afin de constituer un réseau point par point dans lequel elle joue à la fois le rôle de station et de point d’accès. L’ensemble formé par les différentes stations est appelé IBSS. Il est constitué au minimum de deux stations n’utilisant pas de point d’accès et est identifié par un identifiant noté SSID

Les caractéristiques du WIFI utilisé

Les caractéristiques du WIFI sont un débit de 54 Mbps une portée de 300m dans un environnement dégagé, 30 à 50m à travers béton, bois... ,11g USB Adapter 3COM .

Techniques de transmission des données

Les canaux de transmission

Un canal de transmission est une bande étroite de fréquence utilisable pour une communication. C’est le gouvernement qui régulent l’utilisation des bandes de fréquences mais ils proposent également des bandes de fréquences libres.

Les technologies de transmission

Les réseaux locaux radioélectriques utilisent des ondes radio ou infrarouges pour transmettre les données. la norme 802.11 définit plusieurs techniques de transmission :
La technique de l’étalement du spectre
La technique de l’étalement de spectre à séquence directe
La technologie infrarouge
Matériels de connexion

• Liste à puces
• Les routeurs
• Les adaptateurs USB
• Les adaptateurs au format PC card.
• Les cartes Compact Flash
• Les cartes PCI
• Les clés USB

2-2-3: La commande X10 en C# via un PDA

Afin d’établir une connexion entre PC et PDA il est nécessaire de développer deux applications différentes. Une application serveur hébergée par le PC Une application cliente hébergée par le PDA

Présentation des deux interfaces de l’application

Application serveur

Application cliente

Détail de l’établissement d’une connexion entre PC et PDA et plus généralement entre un serveur et un client

Le schéma suivant résume les différentes étapes de programmation. Cependant chaque étape correspond à une instruction particulière. Ces instructions sont détaillées dans nos programme et notamment l’application Client / Serveur.

Une aide précieuse a été trouvée dans la bibliothèque MSDK en tapant Socket, classe mais aussi sur le site http://www.csharpfr.fr qui propose un forum de discussion sur lequel on trouve des informations précises.

Commentaires

Ce schéma montre qu’une application serveur et client possède une base commune. On définit en effet dans les deux cas une nouvelle instance de la classe Socket. On définit également dans les deux cas le même pont d’accès (même adresse IP, même port) La différenciation s’opère par la suite. Pour la partie serveur, on lie se point d’accès à la Socket crée et on lui demande d’écouter sur ce point d’accès. Lors de la connexion de la partie cliente, cette Socket renvoie une nouvelle Socket avec laquelle on peut envoyer ou recevoir des informations avec la Socket cliente

Pour la partie cliente, on demande à la Socket crée de se connecter au point d’accès définie. Il est alors possible d’envoyer et de recevoir des informations si la connexion à la partie serveur est acceptée. Si la connexion est acceptée, on envoie le code souhaité sous forme de chaîne de caractère préalablement convertie en ASCII puis en bits.

Par contre il existe une grosse difficulté pour recevoir les informations en continue sur la partie serveur. On pense en effet tout naturellement à une boucle infinie du type While(true). Cependant à l’exécution on s’aperçoit que les lignes de code dans la boucle ne sont pas appliquées. La recherche d’information sur des forum de discussion dédiés au C# nous ont permis de voir qu’avec l’adjonction d’un Tread que l’on démarre lors de la connexion de la partie cliente au serveur et dans lequel on exécute notre boucle infinie le problème pouvait être résolu.

2-2-4: Application de cette démarche pour transférer l’image du PC au PDA

C’est le même schéma qui a servi à développer le transfert d’image. Seule une différence majeure intervient. En effet on effectue dans ce cas encore une réception en continue des informations qui cette fois proviennent du PC et non plus du PDA. Cela signifie une boucle infinie et un Thread d’écoute sur le PDA. Cependant, l’envoi d’information n’est plus ponctuel comme précédemment. Cela signifie une boucle infinie et un Thread pour envoyer l’information, en l’occurrence l’image en continu.

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