Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Institut Supérieur du Génie Appliquée Projet fin d’étude 4ème année option : ingénierie des systèmes automatisé et contrôle qualité «  Système de contrôle et de commande d’accès à distance via GSM » Encadrés par : M.DIOURI Idriss M.GHOMARI Mohammed Réalisés par : KHADDI Youssef OUBARKA Othman OUCHARRA Houssaine OULDDAOUIA Abdelali Année Universitaire : 2013/2014

Plan de présentation Cahier des charges Protocole GSM Communication entre l’émetteur et récepteur via GSM Carte arduino et ses interfaces Modules extensible utilisés Conclusion

Envoie/Réception message CAHIER DES CHARGES Cahier des charges : Mobile Porte Envoie/Réception message GSM Système de commande LCD CLAVIER Gâche électrique

Historique du GSM 1979 : la WRC (World Radio Conference) réserve 2 * 25 Mhz dans la bande 900 Mhz pour les communications mobiles en Europe 1982 : la CEPT (Conférence Européenne des postes et Télécommunications) crée le Groupe Spéciale Mobile  GSM 1987 : 13 pays européens signent un accord pour l’ouverture d’un réseau de type GSM en 1991 1990 : première spécification. Réservation de 2*75 Mhz à 1800 Mhz pour DCS

Historique du GSM 1995 : spécification phase 2 : Europe, Asie, Moyen-Orient, Afrique : 69 2000 : 400 millions dans le monde Couverture quasi mondiale Etendu à la bande de fréquences de 1900 Mhz

GSM : Caractéristiques Système numérique N’accepte pas le dual-mode avec un système analogique Beaucoup d’interfaces spécifiées Roaming international Interconnexion efficace avec ISDN Qualité du signal ≥ systèmes existants Capacité du trafic ≥ systèmes existants Coût d’abonnement ≤ systèmes existants Services “non voix”

Architecture Générale PLMN (Public Land Mobile Network) Réseau mobile public terrestre relié au RTCP(Real-time Transport Control Protocol) Réseau GSM opéré par un opérateur particulier sur un territoire (ex : Maroc telecom, Méditel, ..) Se décompose en 3 sous-systèmes: radio (BSS Base Station Subsystem) réseau (NSS Network SubSystem) gestion et de maintenance (OSS Operation Support Subsystem)

Architecture générale PLMN ... MS BTS BSC MSC VLR HLR G M S C EIR AUC R T C P BSS NSS

Découpage géographico-administratif Cellule (Cell) aire géographique couverte par une antenne radio Zone de localisation (Location Area) ensemble de cellules dans lequel l’abonné est localisé Zone de commutation (Communication Area) ensemble de zones de localisation qui dépendent d’un même centre de commutation Réseau terrestre mobile (Public Land Mobile Network PLMN) ensemble des zones de commutation sous la responsabilité d’un opérateur une BTS par cellule 1 à n BSC par zone de localisation et 1 à p zones de localisation par BSC un MSC par zone de commutation

Le sous-système radio (BSS) ... MS BTS BSC MS (Mobile Station) : terminal mobile De plus en plus performants et légers Abonnement séparé du terminal Blocage par certain opérateurs Carte à puce SIM ( Subscriber Identity Module) Caractéristiques de l’abonnement, identités IMSI et le TMSI, et les algorithmes de chiffrement Identité propre au terminal : IMEI Puissance maximale d’émission de 0.8 à 8 W

Le sous-système radio (BSS) BTS (Base Transceiver Station) : station de base Emetteurs-récepteurs Chargée de la transmission radio : modulation, démodulation, égalisation,codage correcteur d’erreur Gère toute la couche physique : multiplexage TDMA, chiffrement, saut de fréquence… Réalise l’ensemble des mesures radio nécessaires pour vérifier qu’une communication se déroule normalement gère la couche liaison de données pour l’échange de signalisation entre les mobiles et l’infrastructure Plusieurs puissances possibles capacité maximale : 16 porteuses (~100 communications simultanées) ... MS BTS BSC

Exemples de BTS

Le sous-système radio (BSS) BSC (Base Station Controller) : Contrôleur de BTS le BSC contrôle plusieurs BTS organe ‘intelligent’ du BSS Gère : l’allocation des fréquences, le contrôle de puissance, le contrôle d’admission, le handover : décision et exécution les mesures reçues par les BTS ... MS BTS BSC

Le sous-système réseau (NSS) MSC (Mobile-services Switching Center) : commutateur du service mobiles gère les communications des mobiles sous sa couverture : gère l’établissement des communications entre un mobile et un autre MSC transmission des messages courts exécution du handover si hors BSC dialogue avec le VLR pour gérer la mobilité des usagers (vérification, transfert d’informsation de localisation …) MSC VLR HLR G M S C EIR AUC

Le sous-système réseau (NSS) HLR (Home Location Register) : BD de localisation nominale gère les abonnés d’un PLMN donné mémorise le profile de l’abonné : MSISDN : numéro de téléphone IMSI : identité nationale de l’abonné Informations chiffrement Localisation courante MSC VLR HLR G M S C EIR AUC

Le sous-système réseau (NSS) VLR (Visitor Location Register ): BD de localisation locale mémorise les informations concernant les abonnés présents dans une zone données identiques au HLR avec TMSI (identité temporaire) en plus Les informations suivent le mobile lors de ses déplacements séparation matérielle entre MSC et VLR rarement respectée MSC VLR HLR G M S C EIR AUC

Le sous-système réseau (NSS) EIR (Equipment Identity Register) BD annexe contenant les identités des terminaux IMEI peut refuser l’accès au réseau parce que le terminal n’est pas homologué ou qu’il a fait l’objet d’une déclaration de vol AUC (Authentification Center) mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer les communications EIR et AUC sont souvent considérés dans le sous-système d’exploitation et de maintenance OSS MSC VLR HLR G M S C EIR AUC

Communication entre L ’émetteur et le récepteur via GSM Les composants d’un t téléphone portable: ¤ La carte SIM : permet de garder en mémoire des numéros et les informations relatives à l’abonnement. ¤ L’écran pour ondes radio : Il s’agit d’un écran en aluminium qui sépare la carte supportant les circuits . ¤ Le clavier . ¤ L’afficheur . ¤  Il y a encore d’autres éléments comme l’écouteur, l’émetteur-récepteur, le micro…  

Communication entre l’émetteur et le récepteur via GSM - SuitE Comment sa se passe la communication entre Mobile et BTS ? Pour commencer, la partie mobile, c’est juste le lien entre téléphone/smartphone et les antennes. Tout le reste fonctionne grâce à des kilomètres et des kilomètres de câbles en fibre optique, enterrés sous nos pieds. Les antennes sont placées en hauteur afin de capter un maximum de signaux. Il faut savoir que chaque antenne a une capacité maximale de captation, donc quand le réseaux est saturé, c’est que les antennes sont « pleines ». Au pied de ces fameuses antennes, il y a de grosses boîtes appelées BTS (Base Transceiver Station) dont le rôle est d’acheminer vos appels téléphoniques vers le data center, via les fameuses fibres optiques.

Communication entre l’émetteur et le récepteur via GSM - SuitE Comment sa se passe l’envoie d’un appel ou bien d’un message ? Le Handover (transfert intercellulaire) permet le transfert automatique des voies de parole entre cellules pour maintenir une communication établie, lorsqu'un mobile se déplace. Le principe de handover repose sur : • Les mesures effectuées par le terminal mobile et transmises au BSC courant. • La décision prise par le BSC d'effectuer un handover après identification d'une ou plusieurs cellules utilisables. • La réservation d'un nouveau canal de trafic entre la nouvelle BTS et le mobile. Au cœur du réseau, les BSC sont tous reliés à un centre de gestion des appels, ou MSC (Mobile service Switching Center) qui est, en gros, le centre téléphonique.

Communication entre l’émetteur et le récepteur via GSM - SuitE

Plan de présentation-Arduino Qu’est ce que c’est Arduino ? Le but & l’utilité. Applications. Pourquoi choisir l’Arduino? Le prix. La liberté. La compatibilité. La communauté. Les outils de l’Arduino. Le matériel. Le logiciel. Les différentes cartes Arduino. Arduino mega2560.

Qu’est ce que c’est Arduino ? le "système Arduino". C’est un outil qui va permettre aux débutants, amateurs ou professionnels de créer des systèmes électroniques plus ou moins complexes. voici l’équipe qui a développé Arduino justement en Italie à l’interaction Design Institue d’Ivrea. (derrière) David Mellis, Tom Igoe, (devant) Gianluca Martino, David Cuartielles, Massimo Banzi ainsi que Nicholas Zambetti

Qu’est ce que c’est Arduino ? Le But : Arduino a été conçu pour l’enseignement de l’électronique et de l’informatique. Il a été optimisé dès sa création pour être accessible à tous les « bricoleurs » les adeptes du « Do It Yourself » (ou DIY) : système pas cher, simple,  multiplateforme, … mais performant ! L’Utilité: Il permet de développer très rapidement et simplement une maquette fonctionnelle pour un projet.

Qu’est ce que c’est Arduino ? Applications: Le système Arduino nous permet de réaliser un grand nombre de choses, qui ont une application dans tous les domaines ! Pour vous donner quelques exemples, vous pouvez : contrôler les appareils domestiques. fabriquer votre propre robot. faire un jeu de lumières. communiquer avec l'ordinateur. télécommander un appareil mobile (modélisme). etc.

Qu’est ce que c’est Arduino ? Applications: * contrôler les appareils domestiques. (source : jeromeabel.net)

Qu’est ce que c’est Arduino ? Applications: * fabriquer votre propre robot( un robot intégrant une carte Arduino Leonardo). (source : mhobbies.com)

Qu’est ce que c’est Arduino ? Applications: * Partie commande d’un système électrique. (source : developpez.com)

Pourquoi choisir Arduino ? Le Prix : En vue des performances qu’elles offrent, les cartes Arduino sont relativement peu couteuses, ce qui est un critère majeur pour le débutant. * Arduino store : - Arduino Uno = €20.00+ VAT = 270 DHS TTC. - Arduino Mega = €39.00 + VAT = 525 DHS TTC. * Ardwtech store : - Arduino Uno = 370DHS TTC. - Arduino Mega = 630DHS TTC.

Pourquoi choisir Arduino ? La Liberté : Le logiciel : gratuit et open source, développé en Java, dont la simplicité d'utilisation relève du savoir cliquer sur la souris. Le matériel : cartes électroniques dont les schémas sont en libre circulation sur internet. condition : le nom « Arduino » ne doit être employé que pour les cartes « officielles » .

Pourquoi choisir Arduino ? La Compatibilité : Le logiciel, tout comme la carte, est compatible sous les plateformes les plus courantes (Windows, Linux et Mac). contrairement aux autres outils de programmation du commerce qui ne sont, en général, compatibles qu'avec Windows.

Pourquoi choisir Arduino ? La Communauté : La connectique des cartes Arduino est conçue pour pouvoir y connecter des cartes additionnelles en les empilant sur la carte à microcontrôleur. A cause du succès des cartes Arduino, cette connectique est aujourd’hui un standard de fait, ce qui a facilité l’apparition d’un très grand nombre de cartes additionnelles compatibles, appelées shields Arduino (shield = bouclier en anglais). Ces cartes sont fournis avec une bibliothèque de fonctions logicielles pour faciliter son utilisation dans un programme.

Les outils de l’ARDUINO ? Le Matériel : Il s'agit d'une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur Atmega du fabricant Atmel, dont le prix est relativement bas pour l'étendue possible des applications.

Les outils de l’ARDUINO ? Le Logiciel : Le logiciel va nous permettre de programmer la carte Arduino (le langage de programmation c’est le langage C).

Différentes cartes Arduino

ARDUIno mega2560 Vue d'ensemble : Cette carte dispose : de 54 broches numériques d'entrées/sorties( 14 PWM ), de 16 entrées analogiques (qui peuvent également être utilisées en broches entrées/sorties numériques), de 4 UART (port série matériel), d'un quartz 16Mhz, d'une connexion USB, d'un connecteur d'alimentation jack, d'un connecteur ICSP (programmation "in-circuit"), et d'un bouton de réinitialisation (reset).

ARDUIno mega2560 Brochage :

ARDUIno mega2560 Synthèse des caractéristiques: Microcontrôleur ATmega2560 Tension de fonctionnement 5V Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V Tension d'alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 54 (dont 14 disposent d'une sortie PWM) Broches d'entrées analogiques 16 (utilisables en broches E/S numériques) Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA (ATTENTION : 200mA cumulé pour l'ensemble des broches E/S) Intensité maxi disponible pour la sortie 3.3V 50 mA Intensité maxi disponible pour la sortie 5V Fonction de l'alimentation utilisée - 500 mA max si port USB utilisé seul Mémoire Programme Flash 256 KB dont 8 KB sont utilisés par le bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) 8 KB Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 4 KB Vitesse d'horloge 16 MHz

LES Modules extensibles utilisés Clavier matriciel Afficheur LCD alphanumérique 2*16 Module GSM pour Arduino

LES Modules extensibles utilisés Le clavier matriciel

LES Modules extensibles utilisés Problème de programmation liés au clavier : Ils sont au nombre de 3 : Détection : détecter qu’au moins une touche est pressé Anti-rebond : éliminer la phénomène du rebond ( ne pas prendre en compte plusieurs fois le fait qu’une touche est pressé ou relâchée ) . 3) Codage : coder la touche par une valeur donnée .

LES Modules extensibles utilisés Principe du clavier matriciel Comme montre la figure , une matrice 4x4 est reliée à deux ports . Les lignes sont reliés à un port entrant et les colonnes à un port sortant . Pour détecter la touche pressé, on va mettre initialement à la masse toutes les colonnes, en appliquant ‘’0000’’ au port de sortie, puis on lit les lignes . Si la données lue sur les lignes L1-L4 = ‘’1111’’, c’est qu’aucune touche n’est pressés. Si un des bits de lignes est à ‘0’, c’est qu’une touche est pressé. On passe donc à l’identification de celle-ci .

LES Modules extensibles utilisés Principe du clavier matriciel Par exemple : L4-L1 = ‘’1110 ’’, ceci signifie qu’une touche de la ligne L1 est pressé . Pour identifier cette touche, on va mettre à la masse la seul colonne du bas C1 par exemple et on lit les lignes . Si la donnée lu n’est constituée que de 1, c’est que la touche pressé ne se situe pas sur cette colonne et on passe à la colonne suivante . Ce processus continue jusqu’à l’identification de la colonne et par la suite l’identification de la touche.

Touche C1 C2 C3 C4 L1 L2 L3 L4 Hexa 1 $77 2 $B7 3 $D7 A $E7 4 $7B 5 $BB 6 $DB B $EB 7 $7D 8 $BD 9 $DD C $ED * $7E $BE # $DE D $EE

LES Modules extensibles utilisés Connexion du clavier avec l’arduino

LES Modules extensibles utilisés Afficheur LCD ( Liquid Crystal Display ) Visualisation des paramètres Interface Homme/Machine Il existe de nombreux types d’afficheurs avec contrôleur intégré. Les plus répandus sont ceux avec 2 lignes de 16 caractères et Les afficheurs de 4 lignes de 20 caractères Ils sont quasiment normalisés au niveau des broches et des commandes

LES Modules extensibles utilisés Afficheur LCD alphanumérique 2*16 : Pin Symbol Description 1 GND Ground 0V 2 Vcc Power supply +5V 3 Vo Contrast Adjust 4 RS H = Data , L= Command 5 R/W H = Read , L = Write 6 E Enable signal (falling edge) 7-14 D0-D7 Data bus line 15 LEDA Backlight (+5v) 16 LEDK Backlight (0v)

LES Modules extensibles utilisés Structure interne d’un Afficheur LCD alphanumérique 2*16 :

LES Modules extensibles utilisés Structure interne d’un Afficheur LCD alphanumérique 2*16 : Registre de donnés : bidirectionnel, il reçoit les codes ASCII des caractères à afficher. Les codes seront ensuite stockés dans la DD-RAM. Il permet aussi de lire le contenu de la DD- RAM. Sa taille est de 80 octets. Registre d’instruction : destiné à recevoir les consignes de contrôle, comme effacer l‘écran, déplacer le curseur, etc... (accessible uniquement en écriture). Registre d‘état : destiné à indiquer à l'utilisateur si le contrôleur interne du LCD est prêt à recevoir une instruction ou une donnée (accès en lecture seule).

LES Modules extensibles utilisés Structure interne d’un Afficheur LCD alphanumérique 2*16 : On trouve deux Mémoires CG ( Character Generator ) : La CG-ROM : c'est une ROM génératrice de caractères qui fournit 192 motifs de caractères différents en matrices de 5 x 8 ou 5 x 10 points. La CG-RAM : c'est une RAM génératrice de caractères à programmer qui ne peut fournir que 8 caractères. On peut ainsi obtenir un jeu de 8 caractères personnalisés.

LES Modules extensibles utilisés CG-ROM : N.B : On peut remarquer que pour une série de caractères (allant de $20 à $7D), la table de l'afficheur LCD correspond au code ASCII des caractères.

LES Modules extensibles utilisés Code ASCII :

LES Modules extensibles utilisés DD-RAM : ( Display Data RAM ) stocke les caractères que l'on veut afficher à l'écran. Chaque position d'un caractère affiché à l'écran est caractérisée par une adresse, qui est définie de la manière suivante :

LES Modules extensibles utilisés Configuration des Transferts : RS R/W Fonctions Ecriture d’une commande dans le registre d’instruction 1 Lecture du registre d’état : BF ( Busy Flag = D7 ) AC ( compteur d’adresse = D0 – D6) Ecriture d’une donnée dans la DDRAM ou CGRAM Lecture d’une donnée de la DDRAM ou CGRAM

Jeu d’instructions :

LES Modules extensibles utilisés Connexion du LCD avec l’arduino

LES Modules extensibles utilisés Module GSM pour Arduino : IComSat v1.1 – SIM900 GSM/GPRS Shield

Conclusion Les points à traiter pour la semaine prochaine : Organigramme de fonctionnement du clavier Organigramme de fonctionnement du LCD Affichage de la touche pressé du clavier sur l’afficheur LCD Module GSM arduino