Stores intelligents : contrôle automatisé de la lumière avec Arduino et énergie solaire

Composants et fournitures

SparkFun Arduino Pro Mini 328 – 5 V/16 MHz	×	1
Arduino UNO (pour programmer le Pro Mini)	×	1
Capteur de température LM35DZ	×	1
Transistor PNP PN2907A	×	1
Résistance dépendante de la lumière (LDR)	×	1
Résistance 10 kΩ	×	1
Résistance 1 kΩ	×	1
Panneau solaire 5 V 1,5 W	×	1
Convertisseur DC-DC booster 5 V	×	1
Module de charge LiPo	×	1
Connecteurs JST	×	1
Batterie lithium rechargeable 3,6 V	×	1
Support de batterie 18650	×	1
Servomoteur (ex. Hitec HS-325HB ou Tower Pro MG996R)	×	1
Accouplement de servomoteur	×	1
Condensateur 100 nF	×	1
Fil de câblage assorti	×	1
PCB personnalisé (OSH Park)	×	1

Outils nécessaires

• Fer à souder
• Perceuse
• Fil à souder
• Pinces coupantes
• Dénudeur de fils
• Multimètre
• Dremel ou outil de coupe similaire
• Plaque d'essai / circuit imprimé
• Gaine thermorétractable

Applications et services en ligne

• Arduino IDE

À propos de ce projet

Ce projet présente les améliorations apportées à mon premier projet : des stores horizontaux automatisés et alimentés par l'énergie solaire. La version initiale a fonctionné correctement pendant près de 4 mois avant que des défauts de conception n'apparaissent.

Objectifs

• Ouvrir (rotation à 85°) le matin pour laisser entrer la lumière.
• Fermer (rotation à 0°, lames vers le bas) le soir pour l'intimité.
• Fermer (rotation à 165°, lames vers le haut, face au soleil) si la température dépasse 30 °C (seuil arbitraire, ajustable).
• Fonctionner sans câblage externe, boîtier ni dispositif apparent – respecter le « Wife Acceptance Factor ».
• Être suffisamment autonome pour ne pas avoir à changer les piles fréquemment.
• Coûter environ 50 $ US (hors outillage et temps de développement).

Problèmes identifiés et solutions

• Orientation de la maison : la fenêtre ne fait pas face au sud exact. En hiver, le soleil brille toute la journée ; en été, il passe au-dessus de la maison vers midi, réduisant la charge solaire. Solution : repositionner le panneau solaire.
• Consommation du servomoteur : 13 mA en continu même au repos. Solution : interrupteur côté haut (High-Side Switch) avec transistor PNP.
• Panneau solaire 6 V incompatible : le module de charge LiPo accepte 4,5–5,5 V ; à 6 V il se coupe. Solution : panneau 5 V correctement dimensionné.
• Absence de journalisation : diagnostic difficile. Solution : fonction de log sur EEPROM.
• Pas de connecteurs démontables : impossible de déconnecter batterie ou panneau pour maintenance. Solution : connecteurs JST entre batterie/circuit et panneau/circuit.
• Référence de tension instable : les mesures analogiques (température, lumière) doivent utiliser le 5 V régulé de l'Arduino Pro Mini, pas la sortie non régulée du booster. Solution : utiliser la broche VCC de l'Arduino.

Étape 1 : Liste des composants

Voir le tableau ci-dessus. Les fournisseurs principaux : SparkFun (local, retrait rapide), Banggood (économique, délai jusqu'à 1 mois), Tayda Electronics (bons prix sur les composants passifs).

Étape 2 : Outils

Voir la liste ci-dessus.

Étape 3 : Prototypage

1. Vérifiez la sortie du booster DC-DC avec la batterie LiPo (≈ 5,04 V).
2. Montez tous les composants sur plaque d'essai pour écrire le code et mesurer courant/tension.
3. Câblage détaillé :
   • Module de charge LiPo : batterie et panneau solaire (polarité respectée).
   • Fil du panneau vers A0 (tension panneau pour log).
   • Batterie vers booster DC-DC.
   • Fil de la batterie vers A1 (tension batterie pour log).
   • Sortie 5 V du booster vers broche RAW de l'Arduino.
   • Masse commune.
   • Broche VCC de l'Arduino (5 V régulé) vers tous les composants nécessitant 5 V stables.
   • Servomoteur alimenté via le transistor PNP (voir ci-dessous).
   • LDR + résistance 10 kΩ vers masse ; point milieu vers A3.
   • LM35DZ : VCC → 5 V Arduino, GND → masse, sortie → A2.
   • Transistor PNP PN2907A : émetteur → sortie 5 V du booster, base → résistance 1 kΩ → broche 11, collecteur → alimentation servomoteur.
   • Masse servomoteur → masse.
   • Signal servomoteur → broche 10 (PWM).
4. Mesurez le courant au repos sans servomoteur, puis avec. Le servomoteur ajoute ~14 mA au repos.
5. Le montage Low-Side Switch (NPN) a échoué. Le High-Side Switch avec PNP élimine le courant résiduel du servomoteur au repos.

Étape 4 : Programmation

Programmez l'Arduino Pro Mini via un Arduino UNO (puce ATmega328P retirée) :

• Uno 5 V → Pro Mini VCC
• Uno GND → Pro Mini GND
• Uno TX → Pro Mini TX0
• Uno RX → Pro Mini RXI
• Uno RESET → Pro Mini RST

Dans l'IDE, sélectionnez « Arduino Pro or Pro Mini ». Le sketch SmartBlinds et la classe de log EEPROM sont disponibles sur GitHub.

Étape 5 : Assemblage

• Soudez des fils rigides sur les connecteurs JST pour gagner en longueur (panneau solaire ~60 cm).
• Découpez le PCB aux dimensions du rail de store.
• Câblez proprement, pré-formez les fils, attention à la hauteur du connecteur du servomoteur.
• Grattez la piste de la LED indicatrice du booster DC-DC pour économiser ~1 mA.

Étape 6 : Assemblage final et dernier téléversement

• Réactivez la journalisation EEPROM (désactivée pendant les tests).
• L'EEPROM du Pro Mini (1024 octets) stocke ~42 entrées (22 octets + 2 octets de synchronisation), soit < 1 mois à 2 actions/jour.
• Mesure finale du courant : ~1,5 mA en veille (bibliothèque LowPower). Avec une batterie 900 mAh → ~600 h sans charge. En mouvement : 200–500 mA.

Étape 7 : Installation

1. Retirez le mécanisme de cordon (trop de résistance pour le servomoteur).
2. Percez un trou pour la LDR (côté extérieur).
3. Découpez au Dremel l'emplacement du servomoteur (côté extérieur, ajusté).
4. Lissez les bords, insérez le PCB, alignez la LDR.
5. Fixez le servomoteur sur l'axe, serrez la vis de blocage. Au démarrage, le servo va à 90° pendant 10 s : alignez manuellement les lames à 90°, puis coupez l'alimentation pour bloquer la position.
6. Montez le store à la fenêtre.
7. Placez le panneau solaire au centre de la vitre, tiers supérieur, câbles le long des meneaux, fixez avec du ruban discret.
8. Connectez le panneau, insérez la batterie dans le rail, clipsez le store. Il se centre, attend 10 s, puis prend la position adéquate.
9. Remettez la finition décorative.
10. Profitez !

Étape 8 : Profitez !

Les stores fonctionnent parfaitement depuis plusieurs mois. Particularité amusante : si les lumières du couloir à l'étage et de l'entrée en bas sont allumées, les stores restent ouverts après la tombée de la nuit – idéal pour les démonstrations. Par forte chaleur estivale, ils se ferment à une température intérieure encore confortable (la vitre chauffe plus que la pièce).

Code

Disponible sur GitHub :

• Bibliothèque EEPROMLog
• Sketch SmartBlinds

Schémas

Fichier Fritzing : SmartBlinds.fzz