Déployer un réseau de capteurs sans fil dans un moulin à grain du 18e siècle

Surveiller des processus industriels centenaires est un défi, mais un réseau d'émetteurs RF nRF24L01 le rend plus sûr, plus rapide et plus fiable.

Histoire

Les usines modernes s'appuient sur la surveillance numérique pour améliorer la sécurité, la productivité et la facilité d'exploitation. En revanche, un moulin à grain du 18e siècle — alimenté principalement par des arbres de transmission et des poulies en bois — fonctionne encore avec un minimum d'électricité. Quand on m'a confié la conception d'un réseau de capteurs pour ce site historique, j'ai vu une opportunité de mélanger patrimoine et technologie de pointe.

Le moulin fonctionne comme une grande machine avec de nombreux processus simultanés. Pour gérer cette complexité, nous avons installé divers capteurs qui surveillent les niveaux de grain, la sortie moteur, la température, l'humidité, et, dans les phases futures, le flux de grain et les températures de roulements. Le flux de données résultant élimine le besoin d'inspections manuelles à travers les quatre étages du bâtiment et fournit des métriques quantitatives pour l'analyse statistique.

Le réseau comprend des nœuds standards alimentés par Arduino, un nœud central de base, et un Raspberry Pi qui sert de serveur et d'interpréteur de données.

Aperçu matériel

Chaque nœud utilise un Arduino Nano associé à un module nRF24L01 (RF24). Le module RF24 peut fonctionner à 3,3 V pour une performance optimale ; j'ai ajouté un condensateur électrolytique 10 µF près de ses broches d'alimentation pour éviter les pertes de puissance sporadiques.

J'ai conçu un PCB personnalisé intégrant l'Arduino Nano, le module RF24, le condensateur, deux LEDs indicateurs et un port micro‑USB. La carte assemblée est logée dans un boîtier imprimé en 3D pour un montage mural ou sur surface facile.

Pour étendre la portée au-delà des 1,5–3 m standards, j'ai soudé un fil de 18 AWG de 17 cm sur la piste d'antenne du RF24, atteignant 6–9 m. Une généreuse quantité de colle chaude fixe l'antenne, prévenant la déformation de la piste.

Programmation des nœuds et de la base

La bibliothèque RF24Network (par Tmrh20) structure le maillage en arbre. L'adresse de chaque nœud est en octal ; un nœud peut se brancher vers au maximum cinq enfants. Par exemple, les nœuds 011 et 022 se branchent tous deux depuis le nœud 02. Les nœuds répéteurs (ex. 01, 011, 0111, 01111) transmettent les données, tandis que les nœuds capteurs (ex. 03, 0211, 0311) génèrent les mesures pour le nœud de base (00).

Les programmes nœud et base partagent des structures C identiques pour les charges utiles de message, assurant une sérialisation/désérialisation transparente à travers le réseau.

Attacher des capteurs à un nœud

Détection niveau grain

Des capteurs ultrasoniques positionnés au sommet des silos à grain mesurent la profondeur. Trois capteurs partagent une seule broche de déclenchement mais utilisent des broches d'écho séparées pour une isolation temporelle claire.

Détection température et humidité

Les modules DHT11 fournissent des données de température et d'humidité dans tout le bâtiment. Maintenir des conditions environnementales stables est critique pour une finesse de farine constante.

Lire plus de détails : Construire un réseau de capteurs pour un moulin à grain du 18e siècle