FR3113556A1 - SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATED CONTROL OF THE OPENING AND CLOSING OF A DOOR OF AN ANIMAL SHELTER - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système de contrôle automatisé (10) de l’ouverture et de la fermeture d’une porte (20) d’un abri pour animaux (1) comprenant un transducteur photovoltaïque (13) opérant comme unique source d’énergie électrique d’une unité de contrôle (11) de l’ouverture et de la fermeture de ladite porte (20), le système de contrôle automatisé (10) comprenant en outre un unique réservoir (110) de stockage de l’énergie électrique, de type supercondensateur, l’unité de contrôle (11) étant configurée pour opérer une fermeture de ladite porte (20) au coucher du soleil et pour opérer une ouverture de ladite porte (20) au lever du soleil, à partir d’un signal (1060) représentatif d’une tension délivrée par ledit transducteur photovoltaïque (13). L’invention concerne également un procédé de contrôle automatisé de l’ouverture et de la fermeture de ladite porte, exécuté par le système. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2The invention relates to an automated control system (10) for the opening and closing of a door (20) of an animal shelter (1) comprising a photovoltaic transducer (13) operating as the sole energy source control unit (11) for opening and closing said door (20), the automated control system (10) further comprising a single reservoir (110) for storing electrical energy, of the supercapacitor type, the control unit (11) being configured to operate a closing of said door (20) at sunset and to operate an opening of said door (20) at sunrise, from a signal (1060) representative of a voltage delivered by said photovoltaic transducer (13). The invention also relates to a method for automated control of the opening and closing of said door, executed by the system. Figure to be published with abstract: Fig. 2
Description
Au moins un mode de réalisation concerne le domaine des abris pour animaux. Au moins un mode de réalisation concerne un système et un procédé de contrôle d’une porte d’accès à un tel abri en fonction des cycles de jour et de nuit. Au moins un mode de réalisation concerne plus particulièrement un système et un procédé de contrôle d’une porte d’un poulailler en fonction des cycles de jour et de nuit.At least one embodiment relates to the field of animal shelters. At least one embodiment relates to a system and a method for controlling an access door to such a shelter according to the day and night cycles. At least one embodiment relates more particularly to a system and a method for controlling a door of a chicken coop according to the day and night cycles.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
De nombreuses personnes témoignent d’un intérêt croissant pour l’écologie et pour la préservation des espaces naturels et des espèces animales. Ces personnes sont généralement soucieuses d’avoir recours à des circuits courts pour ce qui concerne leur alimentation, d’avoir une alimentation saine et leur offrant une bonne connaissance des origines de leurs denrées, ainsi que par exemple de limiter la production de déchets et la pollution des espaces naturels au sens large. Dans ce contexte, de plus en plus de foyers possèdent aujourd’hui un poulailler et une ou plusieurs poules. Les avantages qui en découlent sont nombreux et le fait d’avoir son propre poulailler permet de manger des œufs frais sans requérir beaucoup d’entretien. De plus, il est connu que les poules débarrassent les jardins des mauvaises herbes et des insectes nuisibles et participent activement au recyclage des déchets de la cuisine en ingérant les restes de légumes ou de pain. Avoir son poulailler présente aussi un aspect éducatif et ludique important pour les enfants, qui offre un rapprochement au quotidien avec la nature.Many people show a growing interest in ecology and in the preservation of natural areas and animal species. These people are generally concerned about having recourse to short circuits with regard to their food, having a healthy diet and offering them a good knowledge of the origins of their foodstuffs, as well as, for example, limiting the production of waste and the pollution of natural areas in the broad sense. In this context, more and more households now have a chicken coop and one or more hens. The benefits that flow from this are numerous and having your own chicken coop allows you to eat fresh eggs without requiring a lot of maintenance. In addition, chickens are known to rid gardens of weeds and harmful insects and actively participate in the recycling of kitchen waste by ingesting leftover vegetables or bread. Having a chicken coop also has an important educational and playful aspect for children, which offers a daily connection with nature.
Malheureusement, les poules sont vulnérables et sont habituellement les proies de prédateurs comme la fouine, la belette, le renard ou encore le chien. Les poussins sont, quant à eux, régulièrement les proies de chats, de rats, ou encore de serpents. Afin de protéger au mieux les poules, il est connu d’équiper les poulaillers de portes ou de trappes d’accès, par exemple coulissantes, pour empêcher les prédateurs de pénétrer dans le poulailler durant la nuit. La nuit est en effet la période pendant laquelle les poules sont le plus vulnérables, puisque leurs prédateurs ne se montrent que peu ou pas pendant la journée. De façon naturelle, les poules qui disposent d’un abri le rejoignent à la tombée de la nuit et n’en sortent qu’après le lever du jour. Ainsi, en empêchant l’accès du poulailler aux prédateurs, entre le crépuscule et l’aurore, les poules sont mieux protégées.Unfortunately, hens are vulnerable and are usually the prey of predators such as weasels, weasels, foxes or even dogs. The chicks are regularly the prey of cats, rats, or even snakes. In order to best protect the hens, it is known to equip henhouses with doors or access hatches, for example sliding doors, to prevent predators from entering the henhouse at night. The night is indeed the period during which the hens are most vulnerable, since their predators show themselves little or not during the day. Naturally, the hens who have a shelter join it at nightfall and do not come out until daybreak. Thus, by preventing predators from accessing the henhouse between dusk and dawn, the hens are better protected.
Souvent, la porte ou la trappe d’accès du poulailler est ouverte et fermée manuellement par le propriétaire du poulailler qui veille en outre à ce que la porte ou la trappe d’accès soit correctement verrouillée lorsque les poules sont logées à l’intérieur. Parfois, les poulaillers sont équipés d’un système automatisé de contrôle de la porte qui réalise alors les opérations quotidiennes d’ouverture et de fermeture de l’accès au poulailler. De tels systèmes sont connectés sur le réseau d’alimentation électrique de la propriété où se situe le poulailler, ou fonctionnent au moyen d’une batterie électrochimique classique rechargée par un panneau solaire. Les heures d’ouverture et de fermeture sont préenregistrées dans un module de contrôle ou encore déterminées à partir d’un signal en provenance d’un capteur de lumière dédié à cet effet. Il est estimé qu’une batterie électrochimique classique présente un bilan carbone de l’ordre de 150 à 200 kg de CO2par kWh de capacité. Ainsi, ces configurations ne sont pas optimales et pas très écologiques et la situation peut être améliorée.Often the chicken coop door or hatch is manually opened and closed by the coop owner who further ensures that the door or hatch is properly locked when the hens are housed inside. Sometimes poultry houses are equipped with an automated door control system which then performs the daily operations of opening and closing access to the poultry house. Such systems are connected to the power supply network of the property where the chicken coop is located, or operate using a conventional electrochemical battery recharged by a solar panel. The opening and closing times are pre-recorded in a control module or determined from a signal from a light sensor dedicated to this purpose. It is estimated that a conventional electrochemical battery has a carbon balance of the order of 150 to 200 kg of CO 2 per kWh of capacity. Thus, these configurations are not optimal and not very ecological and the situation can be improved.
A cet effet, l’invention a pour objet un système de contrôle automatisé de l’ouverture et de la fermeture d’une porte d’un abri pour animaux, le système comprenant un transducteur photovoltaïque opérant comme unique source d’énergie électrique d’une unité de contrôle de l’ouverture et de la fermeture de ladite porte, le système de contrôle automatisé comprenant un unique réservoir de stockage de ladite énergie électrique fournie par le transducteur photovoltaïque, de type supercondensateur, et l’unité de contrôle étant configurée pour opérer une fermeture automatique de la porte au coucher du soleil et pour opérer une ouverture automatique de la porte au lever du soleil, à partir d’un signal représentatif d’une tension délivrée par le transducteur photovoltaïque.To this end, the subject of the invention is an automated control system for the opening and closing of a door of a shelter for animals, the system comprising a photovoltaic transducer operating as the sole source of electrical energy of a unit for controlling the opening and closing of said door, the automated control system comprising a single reservoir for storing said electrical energy supplied by the photovoltaic transducer, of the supercapacitor type, and the control unit being configured to to operate an automatic closing of the door at sunset and to operate an automatic opening of the door at sunrise, from a signal representative of a voltage delivered by the photovoltaic transducer.
Un premier avantage est que le système de contrôle automatisé est complètement autonome et ne requiert pas l’usage d’une batterie classique de type électrochimique. Le système est ainsi plus écologique. Un second avantage est que le système utilise le transducteur photovoltaïque à la fois comme source d’énergie électrique et comme capteur de luminosité utile à la détermination des instants d’ouverture et de fermeture. Il est ainsi plus simple, plus économique et plus fiable, et s’inscrit dans une démarche d’éco-conception de systèmes.A first advantage is that the automated control system is completely autonomous and does not require the use of a conventional electrochemical type battery. The system is thus more ecological. A second advantage is that the system uses the photovoltaic transducer both as a source of electrical energy and as a light sensor useful for determining opening and closing times. It is thus simpler, more economical and more reliable, and is part of a system eco-design approach.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’unité de contrôle du système automatisé comprend un moteur électrique mécaniquement couplé à la porte de l’abri pour animaux.According to one embodiment of the invention, the automated system control unit comprises an electric motor mechanically coupled to the door of the animal shelter.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’abri pour animaux est un poulailler comprenant un système de contrôle automatisé tel que précédemment décrit.According to one embodiment of the invention, the animal shelter is a chicken coop comprising an automated control system as previously described.
L’invention a également pour objet un procédé de contrôle automatisé de l’ouverture et de la fermeture d’une porte d’un abri pour animaux, le procédé étant exécuté dans un système de contrôle automatisé comprenant un transducteur photovoltaïque pour unique source d’énergie électrique, une unité de contrôle de l’ouverture et de la fermeture de ladite porte, le procédé comprenant un stockage de l’énergie électrique produite et fournie par le transducteur photovoltaïque dans un unique réservoir de stockage, le réservoir étant de type supercondensateur, une fermeture de ladite porte au coucher du soleil et une ouverture de ladite porte au lever du soleil, sous contrôle de l’unité de contrôle, à partir d’un signal représentatif d’une tension délivrée par le transducteur photovoltaïque .The invention also relates to a method for automated control of the opening and closing of a door of an animal shelter, the method being carried out in an automated control system comprising a photovoltaic transducer for single source of electrical energy, a unit for controlling the opening and closing of said door, the method comprising storing the electrical energy produced and supplied by the photovoltaic transducer in a single storage tank, the tank being of the supercapacitor type, a closing of said door at sunset and an opening of said door at sunrise, under control of the control unit, from a signal representative of a voltage delivered by the photovoltaic transducer.
Avantageusement, le procédé comprend une détermination d’un instant de coucher du soleil ou d’un instant de lever du soleil à partir du signal représentatif d’une tension délivrée par le transducteur photovoltaïque, cette détermination comprenant des étapes de traitement numérique de filtrage, de décimation, de lissage, de dérivation et de détection de seuil, appliquées à un ensemble de valeurs numériques obtenues par conversion analogique vers numérique du signal représentatif d’une tension.Advantageously, the method comprises a determination of a sunset instant or a sunrise instant from the signal representative of a voltage delivered by the photovoltaic transducer, this determination comprising digital filtering processing steps, decimation, smoothing, derivation and threshold detection, applied to a set of digital values obtained by analog-to-digital conversion of the signal representative of a voltage.
Selon un mode de réalisation, l’étape de lissage du procédé comprend l’utilisation d’une fonction mathématique nommée fonction sigmoïde.According to one embodiment, the smoothing step of the method comprises the use of a mathematical function called sigmoid function.
L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de codes de programme pour exécuter les étapes du procédé décrit lorsque le programme est exécuté par un processeur, ainsi qu’un support de stockage d’informations comprenant un tel produit programme d’ordinateur.The invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for executing the steps of the method described when the program is executed by a processor, as well as an information storage medium comprising such a computer program product. 'computer.
Le fait que le stockage de l’énergie électrique produite par le transducteur photovoltaïque soit réalisé « dans un unique réservoir de stockage, de type supercondensateur » est à interpréter ici par opposition à l’utilisation d’un système ou d’un élément de stockage comprenant un dispositif de type batterie électrochimique classique, pour le stockage de l’énergie électrique issue de la source d’énergie. En effet, si un supercondensateur est utilisé pour réaliser une fonction de stockage d’énergie en provenance d’une source d’énergie, et aux fins d’alimenter le système de contrôle 10 comprenant l’unité de contrôle 11, des condensateurs classiques de bien plus faible capacité peuvent exister dans le système, utiles au bon fonctionnement des différents circuits, notamment pour le filtrage des lignes d’alimentations locales. Ces condensateurs d’une capacité bien inférieure à celle du supercondensateur dédié à la fonction de stockage, ne sont pas considérés ici comme participant à cette fonction de stockage.The fact that the storage of the electrical energy produced by the photovoltaic transducer is carried out "in a single storage tank, of the supercapacitor type" is to be interpreted here as opposed to the use of a storage system or element comprising a device of the conventional electrochemical battery type, for storing the electrical energy from the energy source. Indeed, if a supercapacitor is used to perform a function of storing energy from an energy source, and for the purpose of powering the control system 10 comprising the control unit 11, conventional capacitors of much lower capacitance may exist in the system, useful for the correct operation of the various circuits, in particular for the filtering of the local supply lines. These capacitors, with a capacity much lower than that of the supercapacitor dedicated to the storage function, are not considered here as participating in this storage function.
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of at least one embodiment, said description being made in relation to the attached drawings, among which:
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
LaFig. 1illustre schématiquement un abri pour animaux 1 selon un mode de réalisation. L’abri pour animaux 1 comprend une unité de contrôle 11 pour commander l’ouverture et la fermeture d’une porte 20. La porte 20 autorise ou non, selon sa position, un accès à l’intérieur de l’abri pour animaux 1. Selon un mode de réalisation de l’invention, la porte 20 est un volet coulissant configuré pour coulisser selon une direction de haut en bas et de bas en haut, de sorte qu’une position basse de la porte 20 obture une ouverture 21 agencée dans une cloison de l’abri pour animaux 1, et une position haute de la porte 20 autorise un accès à l’intérieur de l’abri pour animaux 1, à travers l’ouverture 21. Selon ce mode de réalisation, l’unité de contrôle 11 comprend un moteur électrique 1140 (non représenté sur la Fig.1), mécaniquement couplé à la porte 20 par l’intermédiaire d’un lien mécanique 22, et configuré pour opérer une descente ou une montée de la porte 20 le long de glissières 23. Les glissières 23 sont disposées de part et d’autre de la porte 20, de sorte à guider longitudinalement le déplacement de la porte 20 lors des mouvements d’ouverture (de bas en haut) et de fermeture (de haut en bas) tout en maintenant la porte 20 dans un plan parallèle à l’ouverture 21, agencée dans l’une des cloisons de l’abri pour animaux 1. Ainsi, il est possible de garantir une bonne obturation de l’ouverture 21 lorsque la porte 20 est en position de fermeture. Toujours selon ce mode de réalisation, l’unité de contrôle 11 et son moteur 1140 sont alimentés électriquement par un transducteur photovoltaïque 13 orienté pour capter les rayons du soleil. Le transducteur photovoltaïque 13 est un dispositif appelé communément « panneau solaire » configuré pour délivrer de l’énergie électrique à partir de la lumière émise par le soleil. Astucieusement, l’énergie électrique produite par le transducteur photovoltaïque 13 est emmagasinée dans un réservoir de stockage 110 d’énergie électrique, de type supercondensateur, non représenté sur la Fig.1 (visible sur la Fig. 2). Fig. 1 schematically illustrates an animal shelter 1 according to one embodiment. The animal shelter 1 comprises a control unit 11 for controlling the opening and closing of a door 20. The door 20 authorizes or not, depending on its position, access to the interior of the animal shelter 1 According to one embodiment of the invention, the door 20 is a sliding shutter configured to slide in a direction from top to bottom and from bottom to top, so that a low position of the door 20 closes an opening 21 arranged in a partition of the animal shelter 1, and a high position of the door 20 allows access to the interior of the animal shelter 1, through the opening 21. According to this embodiment, the unit control 11 comprises an electric motor 1140 (not shown in Fig.1), mechanically coupled to the door 20 via a mechanical link 22, and configured to operate a descent or an ascent of the door 20 along slides 23. The slides 23 are arranged on either side of the door 20, so as to guide longitudi nally the movement of the door 20 during the opening (from bottom to top) and closing (from top to bottom) movements while maintaining the door 20 in a plane parallel to the opening 21, arranged in one of the partitions of the animal shelter 1. Thus, it is possible to guarantee good sealing of the opening 21 when the door 20 is in the closed position. Still according to this embodiment, the control unit 11 and its motor 1140 are electrically powered by a photovoltaic transducer 13 oriented to capture the rays of the sun. The photovoltaic transducer 13 is a device commonly called a “solar panel” configured to deliver electrical energy from the light emitted by the sun. Cleverly, the electrical energy produced by the photovoltaic transducer 13 is stored in a storage reservoir 110 of electrical energy, of the supercapacitor type, not shown in Fig.1 (visible in Fig. 2).
Les termes « ouverture de la porte » et « fermeture de la porte » doivent être respectivement interprétés ici comme des opérations permettant et empêchant un accès à l’intérieur de l’abri pour animaux 1. En effet, selon une variante du mode de réalisation, la porte 20 peut être un volet articulé autour d’une charnière et rappelé en position fermée par un ressort de rappel, l’unité de contrôle opérant alors non pas un mouvement de la porte 20, mais un déverrouillage ou un verrouillage de la porte par l’intermédiaire d’un verrou électromécanique, par exemple. Selon cette variante, un animal souhaitant entrer dans l’abri pour animaux 1, ou encore sortir de celui-ci, exerce une légère pression sur la porte 20 qui peut s’ouvrir indifféremment vers l’intérieur ou vers l’extérieur de l’abri pour animaux 1, selon le principe d’une porte battante. Selon une autre variante, le moteur 1140 déplace un bras articulé (ou biellette) permettant le maintien de la porte 20 en position ouverte ou fermée. Ces exemples d’implémentation ne sont bien évidemment pas limitatifs.The terms “opening the door” and “closing the door” must be interpreted here respectively as operations allowing and preventing access to the interior of the animal shelter 1. Indeed, according to a variant of the embodiment , the door 20 can be a flap articulated around a hinge and returned to the closed position by a return spring, the control unit then operating not a movement of the door 20, but an unlocking or a locking of the door via an electromechanical lock, for example. According to this variant, an animal wishing to enter the animal shelter 1, or to leave it, exerts a slight pressure on the door 20 which can open indifferently towards the inside or the outside of the animal shelter 1, according to the principle of a hinged door. According to another variant, the motor 1140 moves an articulated arm (or connecting rod) allowing the maintenance of the door 20 in the open or closed position. These examples of implementation are obviously not limiting.
Selon un mode de réalisation, l’abri pour animaux 1 est un poulailler et les dimensions de l’ouverture 21 sont adaptées à la morphologie des poules. Selon une première variante, l’abri pour animaux 1 est configuré pour le logement et la protection d’oiseaux, tels que par exemple des canards. Selon une autre variante, l’abri pour animaux 1 est prévu pour le logement et la protection de lapins. Ces exemples d’utilisation n’étant bien évidemment pas limitatifs et le système de verrouillage automatique et autonome de l’accès à l’abri pour animaux 1 est d’autant plus utile que le ou les animaux qui l’occupent sont naturellement enclins à s’y réfugier dès le coucher du soleil, voire même un peu avant, lorsque la luminosité de la lumière naturelle décline sensiblement.According to one embodiment, the animal shelter 1 is a chicken coop and the dimensions of the opening 21 are adapted to the morphology of the hens. According to a first variant, the animal shelter 1 is configured for housing and protecting birds, such as for example ducks. According to another variant, the animal shelter 1 is provided for housing and protecting rabbits. These examples of use obviously not being limiting and the automatic and autonomous locking system for access to the animal shelter 1 is all the more useful when the animal(s) occupying it are naturally inclined to take refuge there as soon as the sun sets, or even a little before, when the luminosity of the natural light declines noticeably.
LaFig. 2est un schéma de principe illustrant un système de contrôle automatisé 10 de la porte 20 de l’abri pour animaux 1. Le système de contrôle 10 comprend l’unité de contrôle 11 et le transducteur photovoltaïque 13. Le système de contrôle automatisé 10 comprend également un microcontrôleur 111 alimenté par une ligne d’alimentation 112, laquelle est reliée à la sortie d’un premier commutateur d’alimentation 113. Le premier commutateur d’alimentation 113 est lui-même relié à une ligne d’alimentation 105. La ligne d’alimentation 105 est connectée à la sortie du transducteur photovoltaïque 13 qui fournit l’énergie électrique pour l’ensemble du système de contrôle automatisé 10. Le transducteur photovoltaïque 113 est l’unique source d’énergie électrique du système de contrôle automatisé 10. Le terme « source d’énergie » est à interpréter ici comme un moyen de création d’énergie électrique et ne concerne pas la notion de stockage d’énergie, l’énergie électrique produite n’étant pas stockée dans le transducteur photovoltaïque 13. Le système de contrôle automatisé 10 comprend également une unité motorisée 114 alimentée depuis la ligne d’alimentation 112 et à travers un second commutateur d’alimentation 116 vers la ligne d’alimentation 115. L’unité motorisée 114 comprend un moteur électrique 1140 ainsi qu’une circuiterie d’alimentation et de contrôle du moteur électrique 1140, non représentée sur la Fig.2. Le moteur électrique 1140 est mécaniquement lié à la porte 20 de l’abri pour animaux 1, par le biais du lien mécanique 22. Ainsi, l’unité motorisée est configurée pour positionner la porte 20 de l’abri pour animaux en position fermée ou en position ouverte. Le microcontrôleur 111 est configuré pour contrôler le moteur électrique 1140 à travers un bus de contrôle 117. Le bus de contrôle 117 achemine notamment un signal de consigne de vitesse et un signal de consigne de direction au moteur électrique 1140. Le bus de contrôle 117 entre le microcontrôleur 111 et l’unité motorisée 114 comprend également un signal de mesure du courant consommé par le moteur électrique 1140 de l’unité motorisée 114. Fig. 2 is a block diagram illustrating an automated control system 10 of the door 20 of the animal shelter 1. The control system 10 comprises the control unit 11 and the photovoltaic transducer 13. The automated control system 10 comprises also a microcontroller 111 powered by a power supply line 112, which is connected to the output of a first power supply switch 113. The first power supply switch 113 is itself connected to a power supply line 105. The power line 105 is connected to the output of the photovoltaic transducer 13 which provides electrical energy for the entire automated control system 10. The photovoltaic transducer 113 is the sole source of electrical energy for the automated control system 10 The term "source of energy" is to be interpreted here as a means of creating electrical energy and does not concern the concept of energy storage, the electrical energy produced not being stored in photovoltaic transducer 13. Automated control system 10 also includes a motorized unit 114 powered from power line 112 and through a second power switch 116 to power line 115. Motorized unit 114 includes a electric motor 1140 as well as a circuitry for supplying and controlling the electric motor 1140, not shown in Fig.2. The electric motor 1140 is mechanically linked to the door 20 of the animal shelter 1, by means of the mechanical link 22. Thus, the motorized unit is configured to position the door 20 of the animal shelter in the closed position or in the open position. The microcontroller 111 is configured to control the electric motor 1140 through a control bus 117. The control bus 117 routes in particular a speed setpoint signal and a direction setpoint signal to the electric motor 1140. The control bus 117 enters the microcontroller 111 and the motorized unit 114 also includes a signal for measuring the current consumed by the electric motor 1140 of the motorized unit 114.
Selon un mode de réalisation, le lien mécanique 22 est un filin qui s’enroule ou se déroule selon le sens de rotation du moteur 1140. Astucieusement, la fin de course de la porte 20 lors d’un mouvement en descente est déterminée par le biais d’un contacteur à galet qui détecte une diminution de la tension sur le filin, le galet étant positionné en contact avec le filin. Afin de limiter l’énergie requise aux mouvements de la porte 20, une démultiplication par renvois d’angles est réalisée sur le filin pour accroître la force exercée par le moteur 1140 sur la porte 20 lors de la montée. Un supercondensateur 110 opère une fonction de réservoir de stockage de l’énergie électrique produite par le transducteur photovoltaïque 13. La charge du supercondensateur 110, communément appelé «supercap», s’effectue à travers les lignes d’alimentation 105, le commutateur électrique 113, ainsi qu’une portion de la ligne d’alimentation 112. La décharge du supercondensateur 110 s’effectue principalement au travers des lignes d’alimentation 112 et 115, essentiellement pour l’alimentation du microcontrôleur 111 et de ses circuits connexes, et de l’unité motorisée 114 (comprenant le moteur électrique 1140) et de ses circuits connexes. Bien évidemment le schéma de la Fig.2 est un schéma de principe et ne représente pas tous les détails d’implémentation d’un microcontrôleur et d’une unité motorisée, la description de ces éléments n’étant pas utile à la bonne compréhension de l’invention. La ligne d’alimentation 105, directement connectée à la sortie du transducteur photovoltaïque, est connectée à un module de filtrage 106 qui comprend un pont diviseur de tension et un filtre passe-bas interne. Une sortie 1060 du module de filtrage 106 est connectée à une entrée d’un convertisseur analogique-numérique du microcontrôleur 111, de sorte que la sortie 1060 porte un signal représentatif de la tension délivrée en sortie du transducteur photovoltaïque 13. Dans la suite de la description, on nomme indifféremment la sortie 1060 et le signal porté par la sortie 1060. Astucieusement, le système de contrôle automatisé 20 est ainsi configuré pour opérer une fermeture automatique de la porte 20 de l’abri pour animaux 1 au coucher du soleil et une ouverture automatique de la porte 20 de l’abri pour animaux 1 au lever du soleil, à partir du signal porté par le lien 1060, lu et analysé par le microcontrôleur 111 pour déterminer des instants de coucher et de lever du soleil. En effet, la variation de la tension disponible à vide en sortie du transducteur photovoltaïque 13 est utilisée pour détecter les variations de la lumière naturelle (ensoleillement) et notamment pour déterminer des instants de coucher et de lever du soleil. Le premier commutateur électrique 113 est utilisé pour isoler le transducteur photovoltaïque de l’ensemble de la circuiterie du système de contrôle automatisé 10, en dehors de ce qui est requis pour la mesure de la tension qu’il délivre en sortie. Ainsi, le microcontrôleur 111 opère une supervision de la tension à vide du transducteur photovoltaïque 13. Le second commutateur de tension 116 est utilisé pour isoler la ligne d’alimentation en puissance 115 de l’unité motorisée, de sorte à éviter une consommation électrique inutile en dehors des phases de fonctionnement du moteur électrique 1140 de l’unité motorisée 114, dans les différents éléments de circuiterie connexes au moteur 1140. Les premier et second commutateurs électriques 113 et 116 sont respectivement contrôlés par des lignes de contrôle 1130 et 1160, sous contrôle du microcontrôleur 111. Au démarrage du système de contrôle automatisé 10, le commutateur électrique 113 est configuré en position fermée, de sorte à permettre la charge du supercondensateur 110 et à pouvoir alimenter le microcontrôleur 111 en énergie électrique. Le commutateur électrique 113 est ensuite utilisé en position ouverte lors des opérations de mesure de la tension délivrée en sortie du transducteur photovoltaïque 13. Selon un mode de réalisation de l’invention, le supercondensateur 110 a une capacité de 60F et une tension nominale de 3V. Préférentiellement, le supercondensateur 110 a une capacité comprise entre 40F et 80F.According to one embodiment, the mechanical link 22 is a rope which winds up or unwinds according to the direction of rotation of the motor 1140. Cleverly, the end of travel of the door 20 during a downward movement is determined by the through a roller contactor which detects a decrease in the tension on the rope, the roller being positioned in contact with the rope. In order to limit the energy required for the movements of the door 20, a reduction by bevel gears is carried out on the rope to increase the force exerted by the motor 1140 on the door 20 during the ascent. A supercapacitor 110 performs a storage reservoir function for the electrical energy produced by the photovoltaic transducer 13 . , as well as a portion of the power supply line 112. The discharge of the supercapacitor 110 is carried out mainly through the power supply lines 112 and 115, essentially for the power supply of the microcontroller 111 and its associated circuits, and of motorized unit 114 (including electric motor 1140) and its related circuitry. Obviously the diagram of Fig.2 is a block diagram and does not represent all the details of implementation of a microcontroller and a motorized unit, the description of these elements not being useful for the good understanding of the invention. The supply line 105, directly connected to the output of the photovoltaic transducer, is connected to a filter module 106 which includes a voltage divider bridge and an internal low-pass filter. An output 1060 of the filter module 106 is connected to an input of an analog-digital converter of the microcontroller 111, so that the output 1060 carries a signal representative of the voltage delivered at the output of the photovoltaic transducer 13. description, the output 1060 and the signal carried by the output 1060 are called interchangeably. Cleverly, the automated control system 20 is thus configured to operate an automatic closing of the door 20 of the animal shelter 1 at sunset and a automatic opening of the door 20 of the animal shelter 1 at sunrise, from the signal carried by the link 1060, read and analyzed by the microcontroller 111 to determine times of sunset and sunrise. Indeed, the variation of the voltage available off-load at the output of the photovoltaic transducer 13 is used to detect the variations of natural light (sunshine) and in particular to determine times of sunset and sunrise. The first electrical switch 113 is used to isolate the photovoltaic transducer from all of the circuitry of the automated control system 10, apart from what is required for the measurement of the voltage which it outputs. Thus, the microcontroller 111 supervises the no-load voltage of the photovoltaic transducer 13. The second voltage switch 116 is used to isolate the power supply line 115 from the motorized unit, so as to avoid unnecessary electrical consumption. apart from the operating phases of the electric motor 1140 of the motorized unit 114, in the various circuitry elements connected to the motor 1140. The first and second electric switches 113 and 116 are respectively controlled by control lines 1130 and 1160, under control of the microcontroller 111. When the automated control system 10 is started, the electrical switch 113 is configured in the closed position, so as to allow the charging of the supercapacitor 110 and to be able to supply the microcontroller 111 with electrical energy. The electrical switch 113 is then used in the open position during operations for measuring the voltage delivered at the output of the photovoltaic transducer 13. According to one embodiment of the invention, the supercapacitor 110 has a capacity of 60F and a nominal voltage of 3V . Preferably, the supercapacitor 110 has a capacity of between 40F and 80F.
Ainsi, avantageusement et astucieusement, du fait de l’utilisation d’un supercondensateur dans l’architecture précitée, le système de contrôle automatisé 10 ne requiert pas de branchement sur le réseau d’alimentation électrique communément appelé « secteur » et ne requiert pas non plus l’usage d’une batterie électrochimique traditionnelle à électrolytique, onéreuse, complexe à produire et surtout polluante à la fabrication et au recyclage.Thus, advantageously and cleverly, due to the use of a supercapacitor in the aforementioned architecture, the automated control system 10 does not require connection to the power supply network commonly called "mains" and does not require either more the use of a traditional electrochemical battery with electrolytic, expensive, complex to produce and especially polluting with the manufacture and the recycling.
En outre, la supervision de la tension à vide délivrée en sortie du transducteur photovoltaïque 13 permet astucieusement de s’affranchir d’avoir à utiliser un capteur de luminosité dédié à une analyse des variations de la lumière naturelle pour déterminer les instants de coucher et lever du soleil, et donc les instants de fermeture et d’ouverture automatisées de la porte 20 de l’abri pour animaux 1.In addition, the supervision of the no-load voltage delivered at the output of the photovoltaic transducer 13 cleverly makes it possible to dispense with having to use a luminosity sensor dedicated to an analysis of variations in natural light to determine the times of sunset and sunrise. of the sun, and therefore the instants of automated closing and opening of the door 20 of the animal shelter 1.
Bien évidemment, le système détermine des instants de lever et de coucher du soleil, et les opérations d’ouverture et de fermeture peuvent être réalisées à ces instants précisément, ou encore à d’autres instants définis à partir du lever et du coucher du soleil. En d’autres termes, un décalage temporel peut être réalisé («offset»), éventuellement en tenant compte des heures de lever et de coucher du soleil précédemment calculées (la veille, par exemple).Of course, the system determines sunrise and sunset times, and the opening and closing operations can be carried out at these exact times, or at other defined times from sunrise and sunset. . In other words, a time shift can be made (“ offset ”), possibly taking into account the previously calculated sunrise and sunset times (the day before, for example).
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moteur électrique 1140 est un motoréducteur contrôlé par un circuit intégré de contrôle de moteur de type DRV8838, de sorte à pouvoir être en capacité de lever une charge maximale de 1,5 Kg à une vitesse de translation verticale d’au moins 0,5 mètre par minute. Le circuit intégré de contrôle du moteur est configuré pour alimenter un moteur entre 0 et 11V avec une intensité maximale de 1,8 A. Selon ce mode de réalisation, le microcontrôleur est un élément de la famille STM32L0 du constructeurSTqui présente une faible consommation, un faible encombrement, un coût réduit et dispose de toutes les fonctions requises (communication, conversion analogique vers numérique, contrôle d’un signal modulé en largeur de créneaux, etc.). Bien évidemment ces caractéristiques ne sont pas limitatives et des éléments équivalents peuvent être utilisés pour l’implémentation du système de contrôle automatique de la porte 20 de l’abri pour animaux 1.According to one embodiment of the invention, the electric motor 1140 is a gear motor controlled by an integrated motor control circuit of the DRV8838 type, so as to be able to lift a maximum load of 1.5 kg at a speed vertical translation of at least 0.5 meters per minute. The motor control integrated circuit is configured to power a motor between 0 and 11V with a maximum current of 1.8 A. According to this embodiment, the microcontroller is an element of the STM32L0 family from the manufacturer ST which has low consumption , small footprint, low cost and has all the required functions (communication, analog to digital conversion, control of a slot width modulated signal, etc.). Of course, these characteristics are not limiting and equivalent elements can be used for the implementation of the automatic control system for the door 20 of the animal shelter 1.
Selon une variante, le système de contrôle automatisé 10 de la porte 20 comprend des moyens de connexion à une source d’énergie extérieure aux fins de précharger le réservoir de stockage 110, de type supercondensateur. Par exemple, ces moyens peuvent comprendre un connecteur USB pour une connexion à un chargeur extérieur. Ainsi, le système peut être opérationnel dès son installation.According to a variant, the automated control system 10 of the door 20 comprises means of connection to an external energy source for the purpose of precharging the storage tank 110, of the supercapacitor type. For example, these means may include a USB connector for connection to an external charger. Thus, the system can be operational as soon as it is installed.
Selon un mode de réalisation, l’analyse de la tension à vide délivrée aux bornes du transducteur photovoltaïque 13 se décompose en plusieurs étapes aux fins de déterminer des instants de coucher et de lever du soleil.According to one embodiment, the analysis of the no-load voltage delivered to the terminals of the photovoltaic transducer 13 is broken down into several steps for the purpose of determining sunset and sunrise times.
LaFig.3illustre des étapes d’un procédé de détermination des heures de lever et de coucher du soleil à partir des informations échantillonnées en entrée du microcontrôleur 111, représentatives de la tension à vide délivrée par le transducteur photovoltaïque 13 (signal porté par le lien 1060). FIG. 3 illustrates the steps of a method for determining the times of sunrise and sunset from the information sampled at the input of the microcontroller 111, representative of the no-load voltage delivered by the photovoltaic transducer 13 (signal carried by the link 1060).
Selon un mode de réalisation, la valeur du signal porté par le lien 1060 est échantillonnée toutes les trente secondes. Chaque échantillon est mémorisé dans une zone mémoire tampon du microcontrôleur 111. Les différentes étapes du procédé de détermination des heures de lever et de coucher du soleil à partir des informations échantillonnées en entrée du microcontrôleur 111 sont réalisées sous contrôle logiciel du microcontrôleur 111. La fréquence d’échantillonnage est donc égale à 2 Hz. La mémoire tampon utilisée pour l’essentiel des traitements numériques est gérée selon le principe dit de « buffer circulaire ». Les phénomènes de lever et de coucher du soleil durent traditionnellement plus de 30 minutes sous des latitudes moyennes, telles que, par exemple, en France. Ainsi, par exemple, les différents traitements opérés sur les données sont réalisés sur 24 échantillons successifs du buffer circulaire et une fonction de moyenneur / décimation est utilisée antérieurement à l’enregistrement des 24 valeurs du buffer circulaire afin de réduire les opérations de calcul. Ainsi, lorsque 10 échantillons successifs de la valeur du signal porté par le lien 1060 ont été enregistrés dans une zone de mémoire tampon (soit sur une fenêtre temporelle de 300 secondes), la valeur moyenne de ces 10 échantillons successifs est enregistrée comme une donnée d’entrée du buffer circulaire. Le buffer circulaire comprend 24 valeurs ainsi définies pour les opérations postérieures à la décimation ainsi réalisée et la fenêtre temporelle « glissante » qui correspond au buffer est donc de 24 x 30 x 10 secondes, soit encore 7200 secondes, ou 2 heures. Une étape initialeS0correspond au terme d’une phase d’initialisation du système lorsque le microcontrôleur 111 est normalement opérationnel et a procédé à l’enregistrement de suffisamment de données en zone mémoire tampon pour exécuter le procédé d’analyse. Une première étapeS1de traitement consiste à appliquer un filtrage numérique passe-bas de type anti-repliement et d’ordre 24 aux échantillons enregistrés avant l’opération de décimation. Une seconde étapeS2consiste à appliquer le traitement de type décimateur-moyenneur aux données obtenues, pour réduire la quantité de données, tel que précédemment expliqué. L’étape S2 comprend l’enregistrement d’une valeur moyenne obtenue à partir de 10 échantillons successifs dans le buffer circulaire. Le signal numérisé du buffer circulaire est ensuite filtré numériquement par un filtre numérique passe-bas lors d’une troisième étapeS3. Une opération de lissage et de centrage est ensuite effectuée lors d’une quatrième étapeS4pour éliminer certaines variations indésirables de la luminosité, observées pendant la journée. Une fonction mathématique sigmoïde est utilisée dans le but d’aplanir les valeurs limites. Les coefficients de paramétrage de la fonction sigmoïde utilisée ont été définis par expérimentation. L’utilisation de la fonction sigmoïde permet avantageusement d’obtenir une amélioration du lissage des données, ce qui permet ensuite d’effectuer une détection de seuil avec une précision accrue. Toujours à l’étape S4, un calcul de dérivation est ensuite opéré sur les valeurs obtenues après lissage à l’aide de la fonction sigmoïde, de sorte que les valeurs dans le buffer circulaire, représentatives des variations de la lumière naturelle, soient comprises entre -1 et 1. Une détection de « valeur seuil » est ensuite opérée sur les données résultantes de cette suite d’opérations lors d’une étapeS5. Les valeurs obtenues sont comparées aux seuils respectivement définis pour le lever du soleil et pour le coucher du soleil. Les seuils sont définis de manière empirique lors d’une phase de développement. Avantageusement, les seuils sont ainsi les mêmes quelle que soit la période de l’année, puisqu’ils correspondent à un niveau de clarté. Puis, lors d’une étapeS6, un contrôle de la porte 20 de l’abri pour animaux 1 est opéré. Si un coucher du soleil est détecté, à l’étape S5, alors le système de contrôle automatisé 10 opère une fermeture de la porte 20 de l’abri pour animaux 1 en agissant sur les signaux de contrôle de vitesse et de direction du moteur 1140. Dans le cas où l’évènement détecté à l’étape S5 est un lever du soleil, alors le système de contrôle automatisé 10 opère une ouverture de la porte 20 de l’abri pour animaux 1, là aussi en agissant sur les signaux de contrôle de vitesse et de direction du moteur. Si aucun de ces deux évènements n’est détecté à l’étape S5, la porte 20 de l’abri pour animaux 1 est maintenue dans sa position courante et il n’y a aucune action sur le moteur 1140. Les seuils de détection utilisés à l’étape S5 sont prédéterminés lors de tests comparant des assombrissements ou éclaircissements liés à des passages nuageux avec des assombrissements ou éclaircissements respectivement liés au coucher et au lever du soleil.According to one embodiment, the value of the signal carried by the link 1060 is sampled every thirty seconds. Each sample is stored in a buffer memory zone of the microcontroller 111. The different steps of the method for determining the times of sunrise and sunset from the information sampled at the input of the microcontroller 111 are carried out under software control of the microcontroller 111. The frequency sampling is therefore equal to 2 Hz. The buffer memory used for most digital processing is managed according to the so-called “circular buffer” principle. Sunrise and sunset phenomena traditionally last more than 30 minutes in mid-latitudes, such as, for example, in France. Thus, for example, the various processing operations carried out on the data are carried out on 24 successive samples of the circular buffer and an averaging/decimation function is used prior to the recording of the 24 values of the circular buffer in order to reduce the calculation operations. Thus, when 10 successive samples of the value of the signal carried by the link 1060 have been recorded in a buffer memory zone (i.e. over a time window of 300 seconds), the average value of these 10 successive samples is recorded as data d circular buffer entry. The circular buffer comprises 24 values thus defined for the operations subsequent to the decimation thus carried out and the “sliding” time window which corresponds to the buffer is therefore 24×30×10 seconds, that is still 7200 seconds, or 2 hours. An initial step S0 corresponds to the end of a system initialization phase when the microcontroller 111 is normally operational and has recorded sufficient data in the buffer memory zone to execute the analysis method. A first processing step S1 consists in applying low-pass digital filtering of the anti-aliasing type and of order 24 to the samples recorded before the decimation operation. A second step S2 consists in applying the decimator-averaging type processing to the data obtained, to reduce the quantity of data, as explained previously. Step S2 includes the recording of an average value obtained from 10 successive samples in the circular buffer. The digitized signal from the circular buffer is then digitally filtered by a low-pass digital filter during a third step S3 . A smoothing and centering operation is then carried out during a fourth step S4 to eliminate certain undesirable variations in luminosity observed during the day. A sigmoid mathematical function is used for the purpose of smoothing the boundary values. The parameterization coefficients of the sigmoid function used were defined by experimentation. The use of the sigmoid function advantageously makes it possible to obtain an improvement in the smoothing of the data, which then makes it possible to perform threshold detection with increased precision. Still at step S4, a derivation calculation is then performed on the values obtained after smoothing using the sigmoid function, so that the values in the circular buffer, representative of the variations in natural light, are between −1 and 1. A “threshold value” detection is then performed on the data resulting from this sequence of operations during a step S5 . The values obtained are compared with the thresholds respectively defined for sunrise and for sunset. The thresholds are defined empirically during a development phase. Advantageously, the thresholds are thus the same regardless of the time of year, since they correspond to a level of clarity. Then, during a step S6 , the door 20 of the animal shelter 1 is checked. If a sunset is detected, in step S5, then the automated control system 10 closes the door 20 of the animal shelter 1 by acting on the speed and direction control signals of the motor 1140 In the case where the event detected in step S5 is a sunrise, then the automated control system 10 operates an opening of the door 20 of the animal shelter 1, again by acting on the signals of motor speed and direction control. If neither of these two events is detected at step S5, the door 20 of the animal shelter 1 is maintained in its current position and there is no action on the motor 1140. The detection thresholds used in step S5 are predetermined during tests comparing darkenings or brightenings linked to cloudy periods with darkenings or brightenings respectively linked to sunset and sunrise.
Plus précisément, un coucher de soleil est détecté si la variation de la lumière naturelle moyenne, déduite de l’analyse opérée sur des valeurs successives représentatives de la tension à vide délivrée par le transducteur photovoltaïque 13, est conséquente, durable, et aboutit à une valeur moyenne inférieure à un premier seuil prédéterminé. Selon un raisonnement inverse, un lever de soleil est détecté si la variation de la lumière naturelle moyenne est conséquente, durable, et aboutit à une valeur moyenne supérieure à un second seuil prédéterminé, lequel second seuil est supérieur au premier seuil.More specifically, a sunset is detected if the variation in the average natural light, deduced from the analysis carried out on successive values representative of the open-circuit voltage delivered by the photovoltaic transducer 13, is substantial, lasting, and results in a average value below a first predetermined threshold. According to an inverse reasoning, a sunrise is detected if the variation in average natural light is substantial, lasting, and results in an average value greater than a second predetermined threshold, which second threshold is greater than the first threshold.
LaFig. 4illustre schématiquement un exemple d’architecture interne du microcontrôleur 111 de l’unité de contrôle 11. Selon l’exemple d’architecture matérielle représenté à la Fig. 4, le microcontrôleur 111 comprend alors, reliés par un bus de communication 1110 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 1111; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en anglais) 1112 ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en anglais) 1113 ; une interface de connexion à une unité de stockage telle qu’un disque dur (ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) 1114 ; au moins une interface de communication 1115 permettant à l’unité de contrôle 11 de communiquer avec un dispositif distant pour des opérations de configuration ou de maintenance, par exemple. Fig. 4 schematically illustrates an example of internal architecture of the microcontroller 111 of the control unit 11. According to the example of hardware architecture represented in FIG. 4, the microcontroller 111 then comprises, connected by a communication bus 1110: a processor or CPU (“Central Processing Unit” in English) 1111; a random access memory RAM (Random Access Memory) 1112; a read-only memory ROM 1113; an interface for connection to a storage unit such as a hard disk (or a storage medium reader, such as an SD ("Secure Digital" in English) card reader 1114; at least one communication interface 1115 allowing the control unit 11 to communicate with a remote device for configuration or maintenance operations, for example.
Le processeur 1111 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 1112 à partir de la ROM 1113, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque le système de contrôle 10 est initialisé après mise sous tension, le processeur 1111 est capable de lire de la RAM 1112 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la mise en œuvre, par le processeur 1111, de tout ou partie du procédé décrit en relation avec la Fig.3.Processor 1111 is capable of executing instructions loaded into RAM 1112 from ROM 1113, external memory (not shown), storage media (such as an SD card), or a communications network. When control system 10 is initialized after power-up, processor 1111 is able to read instructions from RAM 1112 and execute them. These instructions form a computer program causing the implementation, by the processor 1111, of all or part of the method described in relation to Fig.3.
Tout ou partie du procédé décrit en relation avec la Fig.3 peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais). En général, l’unité de contrôle 11 comprend de la circuiterie électronique configurée pour mettre en œuvre les procédés décrits en relation avec le système de contrôle automatisé 10 de la porte 20 de l’abri pour animaux 1. Bien évidemment l’unité de contrôle 11 comprend en outre tous les éléments usuellement présents dans un système comprenant une unité de contrôle et ses périphériques, tels que, un circuit d’alimentation, un circuit de supervision d’alimentation, un ou plusieurs circuits d’horloge, un circuit de remise à zéro, des ports d’entrées-sorties, des entrées d’interruptions, des drivers de bus. Cette liste étant non exhaustive.All or part of the method described in relation to FIG. 3 can be implemented in software form by execution of a set of instructions by a programmable machine, for example a DSP (“Digital Signal Processor” in English) or a microcontroller, or be implemented in hardware form by a dedicated machine or component, for example an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). In general, the control unit 11 comprises electronic circuitry configured to implement the methods described in connection with the automated control system 10 of the door 20 of the animal shelter 1. Obviously the control unit 11 further comprises all the elements usually present in a system comprising a control unit and its peripherals, such as a power supply circuit, a power supply supervision circuit, one or more clock circuits, a reset circuit to zero, input-output ports, interrupt inputs, bus drivers. This list is not exhaustive.
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