Uploaded by Slim Msehli

ilovepdf merged

advertisement
République Tunisienne
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Université de Sousse
Institut Supérieur des Sciences
Appliquées et de Technologie
de Sousse
[METTRE NOM
DEPARTEMENT
]
DEPARTEMENT
GENIE
ELECTRONIQUE
RAPPORT DE STAGE DE FIN D’ETUDES
En vue de l’obtention du diplôme de Licence Appliquée en :
[Mettre Filière]et Automatique
Electronique Electrotechnique
Option
: [Mettre option]
Electronique
et Informatique
Industrielle
[Titre dude
SFE]
Étude d'un compteur
consommation
d'électricité intelligent
Elaboré par :
[Nom & Prénom
Etudiant 1]
Slim Msehli
Dhaouadi Dhia Eddine
[Nom & Prénom Etudiant 2]
Encadré par :
Belgacem
HamdiEncadreur]
[Nom
& Prénom
Institut
Institut Supérieur
Supérieur des
des Sciences
Sciences Appliquées
Appliquées et
et
de
Technologie
de Technologie de
de Sousse
Sousse
[Nom & Prénom Encadreur
Industriel]
Année Universitaire :
[Nom Entreprise]
2017 / 2018
Code Sujet: [mettre
le code du sujet]
LA-EII18-007
DEDICACES
Nous dédie ce travail à tous ceux qui ont forgé l’histoire de l’humanité par la
grandeur de leurs exploits.
REMERCIEMENTS
Tout d’abord, nous tiens à remercier Dieu le tout puissant de nous avoir guidés
dans la réalisation de ce travail
Ensuit nous adressant cette travaille à nos chère parents qui ont toujours été là
et qui nous avons donnés toujours l’espoir et le courage pour réussir.
Nos vifs remerciements vont à notre promoteur, Mr B.Hmadi pour avoir accepté
de nous encadrer, pour son disponibilité sans limites et ses précieux conseils au
cours de l'élaboration de ce projet.
Nos gratitudes vont aussi aux enseignants qui nous ont suivis tout au long de
notre cursus universitaire.
Nos remerciements vont aux membres du jury qui ont accepté de juger notre
modeste travail.
Enfin, nous exprime nos sincères reconnaissances à tous ceux qui ont contribué
d’une manière ou d’une autre à l’élaboration de ce travail.
Table des matières
LISTE DES FIGURES........................................................................................... 3
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................. 3
CHAPITRE I: LES COMPTEURS ELECTRIQUES .............................................. 6
I.2 Le compteur d’électricité .................................................................................. 7
I.2.1 Historique ...................................................................................................... 7
I.2.2 La suivi de consommation: ........................................................................... 8
I-2 Les Différents types des compteurs d’électricité .............................................. 9
I.2.1 Le compteur électromagnétique « à disque » ............................................... 9
I.2.2 Le compteur électronique a afficheur numérique ..................................... 10
I.3Les compteurs nouveaux génération .............................................................. 12
I.4Conclusion ....................................................................................................... 12
CHAPITRE II: LE COMPTEUR INTELLIGENT ............................................... 13
II.1 Introduction .................................................................................................. 14
II.2 Historique ..................................................................................................... 15
II.3 Fonctionnement du compteur intelligent ................................................... 16
II.4 Les avantages du compteur intelligent ....................................................... 17
II.5 Les inconvénients du compteur intelligent ................................................. 17
II.6 Exemples dans le monde .............................................................................. 18
II.7Conclusion ...................................................................................................... 19
CHAPITRE III : ETUDE ET ANALYSE DU COMPTEUR ................................. 21
III.1 Introduction ................................................................................................. 22
III.2 Cahier de Charge du compteur .................................................................... 22
III.2 Dispositif de mesure .................................................................................... 23
III.2.1 Mesure de tension .................................................................................... 23
III.2.2 Mesure de courant ................................................................................... 25
III.3 L’acquisition des données: ........................................................................... 28
III.3.1 Le convertisseur Analogique Numérique ................................................ 28
III.3.2 Tension et courant.................................................................................... 29
III.3.3 Le Facteur de puissance .......................................................................... 30
III.3.3 Le Calcul de la consommation ................................................................. 31
III.4Affichage de consommation .......................................................................... 32
III.5 Gestion de coupure de l’alimentation : ........................................................ 33
III.5.1 - Relais électromagnétique :..................................................................... 34
III.5.2 - Disjoncteur électrique : .......................................................................... 35
III.6 Communication et envoi des données : ........................................................ 36
III.6.1 Le CPL (courant porteur en ligne) .......................................................... 36
III.6.2 WIFI- GSM ............................................................................................... 37
III.7 Conclusion ................................................................................................... 41
CHAPITRE IV : REALISATION ......................................................................... 42
IV.1 Introduction : ............................................................................................... 43
IV.2 Environnement de développement .............................................................. 43
IV.2.1 Environnement matériel .......................................................................... 43
IV.2.1 Environnement logiciel et simulation ..................................................... 46
CONCLUSION GENERALE ............................................................................... 49
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................... 50
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Système d'énergie intelligent .................................................................. 3
Figure 2 : Le compteur électrique a disque schallenberg 1894............................... 8
Figure 3: Compteur électromagnétique (à disque) .................................................. 9
Figure 4 : compteur électronique a afficheur numérique...................................... 11
Figure 5 : schéma synoptique d’un compteur numérique ..................................... 11
Figure 6 : Exemple du compteur communiquant « compteur linky en France ».. 16
Figure 7 : avancement des pays européen pour les projets des compteurs
intelligent ................................................................................................................ 19
Figure 8 : schéma fonctionnel du compteur intelligent......................................... 23
Figure 9 : graph du signal de tension en ligne domestique .................................. 24
Figure 10 : Circuit de Mesure de Tension ............................................................. 24
Figure 11 : un Transformateur AC-AC .................................................................. 25
Figure 12 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur ..................... 26
Figure 13 : Transformateur de courant 100A ........................................................ 27
Figure 14 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur ..................... 27
Figure 15 : exemple de deux ADC .......................................................................... 29
Figure 16 : Organigramme de calcul des puissances ............................................ 31
Figure 17 : Ecran LCD 16x2 ................................................................................... 32
Figure 18 : Branchement d’un ’écran LCD LM016 ............................................... 33
Figure 19 : Relais électromagnétique .................................................................... 34
Figure 20 : composition d’un relais électromagnétique......................................... 34
Figure 21 : disjoncteur magnétothermique ........................................................... 35
Figure 22 : symbole d’un disjoncteur magnétothermique ..................................... 35
Figure 23 : Modulation du signal d’électricité 50Hz avec un courant CPL .......... 36
Figure 24 : Exemple du réseau CPL pour les compteurs d’électricité .................. 37
Figure 25 : Diagramme d’envoi des données par WIFI ou GSM .......................... 38
Figure 26 : Diagramme de fonctionnement de la carte SIM intelligent ............... 39
Figure 27: Organigramme de Progamme Principale ............................................ 40
Figure 28 : Carte CHIP .......................................................................................... 44
Figure 29 : Carte Arduino UNO ............................................................................. 44
Figure 30 : Module WIFI ESP8266-1 ..................................................................... 45
Figure 31 : Câblage du module WIFI avec carte Arduino ..................................... 46
Figure 32 : logiciel de simulation ........................................................................... 46
Figure 33 : circuit de mesure .................................................................................. 47
Figure 34 : simulation de déphasage ..................................................................... 48
Figure 35 : circuit de cablage ecran LCD............................................................... 48
INTRODUCTION GENERALE
L’électricité est une forme d’énergie dont les applications se sont
multipliées dans tous les domaines de l’activité économique et dans les foyers
domestiques. Comme elle n’est pas stockable, il a fallu inventer un moyen de
mesurer au fur et à mesure sa consommation, à savoir le compteur d’électricité.
Alors Avec l’augmentation de la consommation mondiale en énergie il
devient imposé le développement d’équipements de production, distribution et
transformation d’électricité adaptés. Le renforcement des interconnexions entre
pays, le déploiement de smart grid capables d’optimiser le recours aux
infrastructures en place selon la consommation ou encore l’augmentation de la
part des énergies renouvelables dans le mix des ressources énergétique utilisé.
Un des grands programmes énergétiques dans le monde est l’extension de
l’infrastructure intelligente. Le compteur intelligent est un grand partie du cette
extension cette qui permet de recevoir les instructions et transmettre des
informations sans l’intervention physique d’un technicien, c’est un outil de
contrôle de l’utilisation d’énergie d’un client qui donne la possibilité de partager
des informations énergétiques.
Figure 1 : Système d'énergie intelligent
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 3

Le compteur intelligent et l’IoT
L'Internet des Objets (IoT) est maintenant en passe d'être la force la plus
transformatrice de l'industrie de l'énergie. Mais, comme pour toutes les
révolutions, la transformation numérique est perturbatrice et l'innovation est
nécessaire pour obtenir un avantage concurrentiel. L'adoption de la technologie
IoT signifie que l'industrie a un accès croissant aux données et de manière
instantané.
Pour rester compétitives, de nombreuses entreprises de services publics se
sont tournées vers les différents compteurs intelligents. Ces appareils
compatibles avec l'IoT sont plus efficaces et garantissent des diagnostics et une
facturation plus précis. Mais l'une des contradictions de la vie moderne est que la
technologie qui nous permet de faire des choses incroyables nous laisse souvent
plus vulnérables à un dysfonctionnement. Et bien que les compteurs intelligents
soient une excellente idée en théorie, ils peuvent échouer sans une connexion
cellulaire
cohérente,qui
manque
actuellement
dans
de
nombreux
environnements.
Les services publics d'électricité utilisent de plus en plus l'Internet des objets
(IoT) pour surveiller, coordonner et synchroniser la transmission et la
distribution de l'énergie électrique sur de vastes zones géographiques. Un article
précédent expliquait comment National Grid utilise l'IoT pour surveiller et
maintenir en phase les centrales électriques distantes.

Limitation des compteurs traditionnels
Les limites sur les bords de la grille proviennent des limitations des
compteurs électriques traditionnels qui ne fournissent pas d'informations sur la
consommation
d'énergie
jusqu'à
ce
qu'un
lecteur
de
compteurs
entre
manuellement les informations dans une base de données. Aujourd'hui, les
services d'électricité veulent suivre la consommation d'énergie en temps réel
pour mieux gérer et optimiser les sources de production d'électricité et le réseau
de transport et de distribution. Un autre avantage du suivi en temps réel est le
temps que les équipes pourraient économiser la puissance de rétablissement
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 4
après une panne en déterminant rapidement et facilement quelles parties du
réseau de distribution fonctionnaient et lesquelles ne fonctionnaient pas. Enfin,
les compteurs traditionnels ne mesurent que l'électricité consommée alors
qu'aujourd'hui, il devient de plus en plus nécessaire de suivre également la
puissance générée par les utilisateurs via d'autres méthodes telles que l'énergie
solaire sur les toits qui sont injectées dans le réseau électrique.
Dans
ce
rapport
nous
distinguerons
trois
grandes
parties.
Nous
commencerons par décrire les différents compteurs d’énergie électriques
(diffèrent type et leurs fonctionnement, les avantages et les inconvénients de
chacun). Par la suite nous étudiant le compteur intelligent, historique définition
avantages et inconvénients et aussi des exemples d’usages des compteur
intelligent utilisées dans les différents pays du monde, la troisième partie est
l’étude et l’analyse du compteur intelligent, la mesure, l’acquisition des données
et la communication avec le distributeur, la partie finale est la partie
expérimentale et la réalisation qu’on a fait.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 5
CHAPITRE I:
LES COMPTEURS
ELECTRIQUES
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 6
I.2 Le compteur d’électricité
I.2.1 Historique
Avant l'apparition des compteurs électriques, dans les années 1880, les
heureux abonnés à l'électricité se voyaient facturer au forfait via une redevance
mensuelle établie selon le nombre et la puissance des lampes installées dans le
logement.
Inutile de préciser que cette formule était loin de répondre à une exigence de
vérité des prix.
C'est en 1880 que le génial Thomas Edison mit au point un système
beaucoup plus fiable, mais très contraignant : le compteur électrolytique.
Le compteur électrolytique comprenait notamment deux électrodes de cuivre. La
première était immergée dans une solution acide qui créait une matière
lorsqu'elle était traversée par de l'électricité. Cette matière se déposait sur la
deuxième électrode.
Plus l'abonné avait consommé d'électricité et plus la masse de matière
déposée sur la deuxième électrode était importante.
Il ne suffisait plus qu'à peser la matière accumulée pour calculer la quantité
d'énergie consommée !
Pour relever les consommations, le technicien d'électricité devait chaque
mois récupérer les électrodes usagées et aller les apporter dans les locaux de la
société de distribution pour les faire peser !
C'est en 1894 qu'un ingénieur de la compagnie Westinghouse imagine un
système de comptage de l'électricité reposant sur un disque mu par induction
magnétique et qui tournait d'autant plus vite que la quantité d'énergie
consommée était grande. C’est le compteur a disque qui prenant le relevé pour
presque tout le 20eme siècle
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 7
Figure 2 : Le compteur électrique a disque schallenberg 1894
Figure 1 : Le compteur électrique à disque Schallentberger 1894.
Au début des années 60, EDF entreprend d'équiper tous les abonnés
français à l'électricité d'une nouvelle génération de compteur électromécanique à
disque particulièrement robuste et facile d'installation: c'est le fameux Compteur
Bleu qui permet enfin de faire fonctionner simultanément la plupart des
appareils sans risque de faire sauter les fusibles.
Le Compteur Bleu et ses diverses déclinaisons développées depuis 1963
équipent encore un grand nombre de foyers partout.
I.2.2 La suivi de consommation:
La relève du compteur est une opération obligatoire dans le cas d’un
déménagement, où le rendez-vous effectué théoriquement chaque semestre ou
trimestre avec un technicien envoyé par le fournisseur d’électricité. Les factures
d’électricité sont basée sur une estimation de la consommation, que vient ajuster
la facture de régularisation en fin de contrat. Le gestionnaire de réseau procède à
la relève des compteurs deux fois dans l’année. Le fournisseur d’énergie se base
ensuite sur cette relève pour établir une facture qui laisse apparaître.
Cette opération s’effectue simplement en notant les chiffres du compteur
correspondant à la consommation électrique, exprimée en kWh. Il faut cependant
à veiller à bien relever les chiffres à la bonne date.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 8
I-2 Les Différents types des compteurs d’électricité
I.2.1 Le compteur électromagnétique « à disque »
I.2.1.1 – fonctionnement
Durant la seconde moitié du XIXe siècle l’utilisation d’énergies comme
l’électricité et le charbon se démocratise. Afin de réguler et de mesurer la
consommation électrique dans les foyers, on utilisait alors des grilles forfaitaires
qui prenaient en considération le nombre de lampes et la puissance qui leur était
due.
Le système connait un véritable bond en avant en 1880 lorsqu’un concours lancé
par la ville de Paris récompense un lauréat le compteur d’Edison. Le compteur
électromécanique était né. Mais le système des grilles est maintenu jusqu’en
1889. Date à laquelle apparaît le premier compteur électrique sur courant
alternatif.
En 1894 le premier compteur électrique à disque apparaît, et est encore utilisé à
l’heure actuelle. Son fonctionnement est possible au moyen de la rotation d’un
disque fait en métal. La vitesse de la rotation du disque installé sur le compteur
est relative à la consommation.
Figure 3: Compteur électromagnétique (à disque)
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 9
I.2.1.1 avantages et inconvénients
L’affichage mécanique est le plus ancien des affichages il présente
l’avantage de pouvoir être lu y compris lors de la coupure de courant. De plus en
cas de détérioration ou de vandalisme, la dernière valeur enregistrée reste
affichée ce qui rend sa lecture toujours possible.
On outre son intérêt est sa grande robustesse et sa facilité d’installation.
Tandis que cette compteur est utilisé depuis longtemps et partout dans le monde
il procure un grand problème, c’est la facilité de le truquer et par la suite
diminuer la facture d’électricité après tout sa comptage est basé sur le flux du
champ électromagnétique et en utilisant des différentes méthodes comme un
aimant…, en peut abaisser leur vitesse de rotation et gagner le prix des quelques
kilo wattheures.
I.2.2 Le compteur électronique a afficheur numérique
I.2.1.1 fonctionnement
Apparu dans les années 90, ce compteur nouveau génération a peu à peu
remplacé le compteur à disque.
L'affiche digitale et les touches de sélection permettent à chacun de
vérifier sa consommation. Son principe de comptage est l’effet Hall.
Le compteur renferme un conducteur en forme de "U". L'électricité
envoyée par le distributeur d’électricité local rentre dans la première branche et
ressort vers
l’installation électrique en quantité nécessaire à l’utilisation en
temps réel.
Le conducteur est en son milieu entouré d'un capteur à effet Hall qui
produit une tension à l'image exacte du courant sortant.
L'action de ce capteur permet de déduire par calcul la consommation
d'électricité consommée et de l'afficher en kWh sur l'écran digital.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 10
Le
compteur
électronique
peut
également
afficher,
entre
autres
informations, la puissance souscrite et l'option tarifaire de l’abonnement.
Un voyant lumineux sur la façade du compteur indique qu'il fonctionne
bien. Ce voyant clignote plus ou moins vite selon la quantité d'électricité
consommée. Plus vous consommez et plus il tourne vite.
Figure 4 : compteur électronique a afficheur numérique
Figure 5 : schéma synoptique d’un compteur numérique
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 11
I.2.1.1 avantages et inconvénients
Le compteur numérique (affichage LCD) présente l’avantage de pouvoir
afficher différentes informations : (tarifs du KWh, Watt, tension). Le système de
comptage électronique et souvent moins encombrant que les compteurs
classiques et Les données calculées ainsi que les paramètres programmés sont
enregistrés sur une mémoire non-volatile permettant leur sauvegarde en cas de
coupure d’alimentation. Le compteur permet l’affichage de plus de 100 données
parmi une liste disponible de plusieurs centaines. Le choix des données à afficher
est programmable par l’utilisateur.
Le compteur numérique nous offre plusieurs possibilités de raccordements selon
les types de réseau d'alimentation (réseau conventionnel).
Ces compteurs sont plus sensibles aux surintensités et surtensions, et tout
particulièrement la foudre.
Les pannes de courant pourront être détectées plus rapidement.
I.3Les compteurs nouveaux génération
Les compteurs nouveaux génération sont plus intelligents et plus
communicants. Le compteur électronique à affichage digital qui apporte un plus
grand nombre d'informations et incorpore un système anti-foudre plus efficace.
I.4Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons parlé sur les compteurs d’énergie électrique
présent dans la plus part des installations électriques et nous avons donné une
vision globale sur ces compteurs et sur leur fonctionnement ainsi ses avantages
et ses problèmes.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 12
CHAPITRE II:
LE COMPTEUR
INTELLIGENT
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 13
II.1 Introduction
Les systèmes de comptage évolué (appelés également comptage «
communicant », « intelligent » ou « smart metering ») permettent d’afficher le
comptage, de réaliser des opérations à distance (en particulier la relève) et de
mieux maitriser le réseau.
Les pouvoirs publics ont la volonté de remplacer l’ensemble des compteurs
électriques et gaz actuels par des compteurs « évolués ». Ces compteurs sont
avant tout utiles pour les gestionnaires de réseau car cela leur permet de mieux
contrôler le réseau et de réaliser des opérations à distance telles que le relevé des
consommations ou le changement de puissance ou d’option tarifaire, sans
déplacement d’un technicien. Ils sont également intéressants pour les
fournisseurs d’électricité qui vont pouvoir proposer des offres tarifaires
différentes selon les moments de la journée ; ils vont également pouvoir proposer,
ainsi que d’autres prestataires de services, des box payants pour mieux connaitre
sa consommation en temps réel ou des services domotiques plus élaborés.
Pour le consommateur, cela le dispense d’être présent lors des opérations
ne nécessitant plus le déplacement d’un technicien. C’est le seul avantage
certain. Les autres avantages possibles dépendent de la décision du législateur
ou de la bonne volonté des fournisseurs.
Le comptage évolué peut permettre une facturation sur consommation
réelle et non plus estimée. Il peut également apporter des informations ou
services complémentaires. Mais aujourd’hui il n’y a aucune garantie que cela
sera fait ni qu’un minimum d’information sera accessible gratuitement. De plus,
le déploiement de ce type de compteurs comporte un certain nombre de risques
liés à la confidentialité des données et aux nouvelles possibilités qu’ils offrent
aux fournisseurs (coupure à distance, prépaiement, complexification des offres
tarifaires…).
Le déploiement des compteurs eux-mêmes, couplés ou non avec l’ajout de
boîtiers représente un budget important. Les investissements nécessaires au
déploiement des compteurs seuls sont estimés à 4 à 8 milliards selon les sources
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 14
pour l’électricité et à 1,1 milliard pour le gaz. Il est donc nécessaire de vérifier les
apports de ces nouveaux compteurs pour le consommateur, d’en mesurer les
risques et de réaliser un bilan des bénéfices et de les mettre en regard des coûts
pour vérifier leur pertinence.
II.2 Historique
Le comptage évolué se développe pour l’énergie au niveau mondial, surtout
pour l’électricité, compte tenu des enjeux liés à la consommation en période de
pointe. Les deux expériences les plus significatives ont été réalisées en Italie (30
millions de compteurs) et en Suède (8 millions de compteurs). Aujourd’hui, le
développement du comptage évolué est un nouveau marché qui aiguise les
appétits que ce soit au niveau de la fabrication des compteurs, des systèmes
informatiques et télécoms (pour la transmission et le traitement des données) et
pour les nouveaux services énergétiques.
Dans plusieurs pays, des réticences fortes sont apparues. Aux Pays-Bas,
sous la pression des consommateurs, le premier projet présenté en 2009 qui
oblige à l’installation de nouveaux compteurs a été retiré. Le nouveau projet
prévoit l’installation de compteurs communicants mais uniquement sur la base
de volontariat. En Belgique, on observe le même type de réticences. Aux EtatsUnis, c'est le risque de piratage du réseau qui est craint. En France, des
expérimentations sont en cours pour les deux énergies :
Une expérimentation massive qu’il convient plutôt d’appeler un prédéploiement pour l’électricité : 300 000 compteurs à Lyon et en Indre-et-Loire.
Une expérimentation à une échelle beaucoup plus restreinte pour le gaz :
20 000 compteurs à Auch (32), Saint Omer (62), Etampes (91) et Saint Genis
Laval Pierre Bénite (69).
Pour le comptage d’électricité, bien que l’expérimentation en cours ne soit
pas finie et rencontre des problèmes et retards, la décision de généralisation a
été prise par le décret 31 août 2010. Et un planning de généralisation a été fixé :
Dès 2012 pour les nouveaux raccordements, 50% des compteurs d’ici fin 2014 et
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 15
95% des compteurs d’ici 2016 pour les gestionnaires de réseau gérant plus de 100
000 clients, ERDF en tête, Le délai est prolongé de 2 ans pour les gestionnaires
de réseau de plus petites tailles (moins de 5% du territoire). Ce planning est
beaucoup plus ambitieux que celui indiqué par la commission européenne (80%
de compteurs communicants d’ici 2020, sous réserve d’une expérimentation
concluante). On peut dire qu’il est à marche forcée. Seules les fonctionnalités
techniques restent à définir.
Malheureusement, compte tenu du délai très serré, voire intenable, il ne sera pas
possible de réaliser des évolutions importantes. En particulier, la possibilité de
donner à tous les consommateurs, quel que soit le lieu du compteur, une
information en temps réel, n’a pas été explorée. Elle doit absolument l’être avant
toute généralisation.
Figure 6 : Exemple du compteur communiquant « compteur linky en France »
II.3 Fonctionnement du compteur intelligent
Le but premier du compteur intelligent est identique à celui des autres appareils
: calculer la consommation d’électricité. La différence réside en fait dans la
technologie utilisée : ici, l’équipement est relié à un réseau de communication. Et
c’est justement cette connectivité qui lui confère tout son intérêt. En effet, grâce
à elle, l’appareil peut par exemple être piloté à distance.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 16
Cet équipement permet également d’envoyer des informations et des ordres.
Il devient alors possible de communiquer des relevés à la fréquence souhaitée :
chaque mois, semaine, jour, heure ou même en temps réel.
II.4 Les avantages du compteur intelligent
Les compteurs intelligents permettent d’établir une facturation différenciée.
Cela signifie que les tarifs varient en fonction de la demande en électricité. Si
vous utilisez de l’énergie à des moments de la journée où la consommation est
faible, vous profiterez de prix avantageux. En bref, il faut éviter les pics
importants. En plus, la précision du compteur est telle que les plages horaires
peuvent être adaptées à la minute près.
Ce compteur constitue également une aubaine pour les producteurs
d’électricité verte. C’est votre cas ? Sachez alors qu’il vous permettra de revendre
ce que vous réinjectez sur le réseau au meilleur prix selon les tarifs belges de
l’électricité en temps réel. Toutefois, cette opportunité doit encore être négociée
avec les fournisseurs d’énergie.
Des relevés plus précis et réguliers, ce sont aussi des avantages propres aux
compteurs intelligents. Grâce à leur connectivité, il devient possible d’élaborer
des factures basées sur vos consommations réelles. Les erreurs liées aux relevés
manuels des compteurs analogiques sont ainsi contournées et surtout, vous
pouvez garder à l’œil votre consommation. Dès que celle-ci vous semble élevée, à
vous d’adopter les gestes adéquats pour la faire diminuer. Parfait pour réaliser
des économies tout en réduisant vos émissions de CO2.
II.5 Les inconvénients du compteur intelligent
Le compteur intelligent comporte plusieurs inconvénients dont certains
sont même qualifiés de dangereux par quelques associations. Faisons le point
ensemble.
Pollution électromagnétique néfaste à terme : pour communiquer, les
compteurs électriques utilisent le même type d’onde que celui des GSM. Les
radiofréquences en question auraient même été classées par l’OMS dans la
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 17
catégorie des « cancérogènes probables ». Cependant, il est difficile de réellement
évaluer les dégâts pour la santé que génèrent ces technologies. Elles sont en effet
encore trop récentes que pour avancer des données avec certitude ;
Atteinte à la vie privée : sans réglementation claire, il est certain qu’un
pan de votre vie privée sera dévoilé. Les compteurs intelligents rassemblent des
informations très détaillées concernant votre consommation d’énergie et
inévitablement, celles-ci permettent de connaître beaucoup de choses sur les
occupants d’un logement. Il est par exemple possible de savoir votre heure de
réveil, le moment où vous prenez une douche, quand vous utilisez certains
appareils, si vous êtes absent… En clair, votre mode de vie peut être décrypté
rapidement. Pas très réjouissant…
II.6 Exemples dans le monde
Le déploiement de compteurs évolués concerne surtout l'électricité. Pour le
gaz les projets sont beaucoup moins avancés ; seule l’Italie a mis au point un
déploiement.
Dans le monde, environ 50 millions de compteurs d'électricité évolués ont
été installés. Les déploiements les plus massifs ont eu lieu en Europe en Italie
(30 millions de compteurs sont communicants) et en Suède (8 millions de
compteurs). Mais des expérimentations sont en cours partout dans le monde,
notamment en Californie et au Canada. On n’en dénombre pas moins de 250.
Le coût, par compteur, dépend de l'ampleur des projets et du niveau de
sophistication du compteur. En électricité, le projet le moins coûteux est celui qui
a été réalisé par Enel en Italie. C'est un compteur développé par le fournisseur
lui-même, non interopérable. Le budget affiché est de 70-80 euros par compteurs
(2,1 millions d'euros pour 30 millions de compteurs). En Europe, les budgets sont
plutôt de l'ordre de 120 à 250 euros par compteurs, comme ce qui est annoncé en
France. Les budgets sont plus élevés pour les projets outre-Atlantique. En
termes de financement, là aussi les situations sont très différentes. En Italie, le
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 18
fournisseur Enel dit avoir rentabilisé son projet en 5 ans, grâce notamment, à la
réduction de la fraude. En Suède et en Espagne, le financement est à la charge
des consommateurs, avec une charge de l'ordre de 5 à 10 euros par an. Ce qui est
certain, c'est qu'il s'agit d'un enjeu économique majeur au niveau mondial : 500
millions de compteurs évolués sont prévus dans les prochaines années. La
précipitation du gouvernement pour un déploiement rapide est très clairement
liée aux marchés possibles : c'est un marché pour les compteurs eux-mêmes mais
également sur les systèmes informatiques.
Figure 7 : avancement des pays européen pour les projets des compteurs
intelligent
II.7Conclusion
Les compteurs intelligents proposent de caractéristiques attrayantes, un gain de
temps, d’argent et une meilleure estimation de la consommation. Mais la
majorité des programmes étant toujours dans une étape expérimentale, il est
difficile de prévoir la réaction au déploiement de ces compteurs intelligents.
Les compteurs intelligents ont des avantages comme relever à distance, les
contacts qui permettent d’actionner ou d’interrompre des appareils électriques.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 19
Ils sont mieux que les anciens, et aussi, puisqu’ils peuvent économiser de la
consommation, c’est mieux d’utiliser des compteurs intelligents. Pourtant les
compteurs intelligents demeurent également des défis - est-ce qu’ils permettent
l’intrusion dans la vie privée ou est-ce qu’ils préservent la santé des citoyens. Ce
sont une partie des questions dont on cherche encore à répondre, malgré qu’on
ait déjà certaines conclusions.
Sur la version de ces compteurs intelligents en électricité, plusieurs sociétés
désirent agrandir le prototype aux compteurs en eau et en gaz. Le but de tous les
projets reste le même, une meilleure gestion des réseaux électrique pour réduire
la consommation et un développement vers les villes intelligentes de futur.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 20
CHAPITRE III :
ETUDE ET ANALYSE
DU COMPTEUR
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 21
III.1 Introduction
Comme les précédents compteurs, le compteur communicant permet la
mesure de consommation d’énergie en premier lieu mais aussi il faut avoir des
caractéristiques standard et des taches à réaliser en parallèle avec la procédure
de mesure. Pour cela le compteur doit disposer des différentes parties qui sont
responsable des différentes taches telles que la mesure, la conversion des
grandeurs, le traitement et le calcul des différents consommations, l’envoi des
donnés vers le serveur de distributeur d’électricité.
III.2 Cahier de Charge du compteur
Dans tout projet de qualité, un cahier de charge décrivant les différents
éléments du système à créer ainsi que les fonctionnalités désirées est essentiel
pour la mise en March fonctionnel et la bien réalisation du projet. Dans notre cas
de compteur intelligent, l’appareil de conception doit comporter des différentes
fonctionnalités:
Mesure de tension.
Mesure de courant.
Calcul de déphasage.
Calcule de l’énergie électrique.
Affichage numérique.
Contrôle de la rupture d’alimentation.
Communication et envoi des données.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 22
Figure 8 : schéma fonctionnel du compteur intelligent
III.2 Dispositif de mesure
Ces sont les deux parties responsable
de la réduction des grandeurs
principale de mesure (courant et tension) de valeur utile ex : 220V 20A jusqu’aux
valeurs qui peuvent être traité par le processeur. Ce sont des outils qui peuvent
être deux transformateur l’un de courant et l’autre un transformateur de tension
avec deux coefficient de réduction bien déterminer. Ou pour le cas du courant en
peut utiliser un capteur de courant que va donner un signal en tension qui est
une image linéaire du courant qui passe en ligne.
III.2.1 Mesure de tension
La tension en ligne monophasé est une tension sinusoïdale de valeur
efficace 220v et une fréquence de 50 Hz.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 23
Figure 9 : graph du signal de tension en ligne domestique
Pour créer une image du cette signal mais avec une petite amplitude en
utilise un transformateur de tension 220/xV qui a un coefficient de
transformation k.
Figure 10 : Circuit de Mesure de Tension
Dans la figure au-dessus :
T : est un transformateur de tension AC-AC avec un coefficient k
R1 et R2 : sont deux résistances pour le diviseur de tension
R3 et R4 : sont deux résistances pour le diviseur de tension qui assure l’addition
de 2.5v au signal
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 24
C : est un condensateur de filtrage pour assure le filtrage de signal dc de 2.5
A l’entrée du transformateur on a un signal sinusoïdal de 220v amplitude,
à sa sortie on va avoir un signal proportionnel au signal d’entrée à la fréquence
mais avec une amplitude plus faible égal a xV en utilise R1 et R2 pour avoir au
point milieu un signal de valeur efficace égal à 1v centrée sur 0v, alors on peut
prend R1 = 10 R2 puis on ajout au signal une tension continue égal à 2.5 avec la
deuxième diviseur de tension qui va faire centrer le signal sur 2.5 v pour cela en
prend les deux résistances R3 = R4.
Le condensateur c est utiliser comme un filtre passe bas pour assure le
filtrage des perturbations a haut fréquences.
Figure 11 : un Transformateur AC-AC
III.2.2 Mesure de courant
Pour la Mesure de Courant en ligne il faut avoir l’une des différents choix,
un transformateur de courant porté en série avec le circuit d’alimentation ou
avec un capteur de courant comme le capteur ACS712.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 25
III.2.2.1 Transformateur de Courant
Dans la figure n :
T : transformateur de courant
R1 et R2 deux résistances pour le diviseur de tension
C : condensateur de filtrage
Burder : résistance
Figure 12 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur
Le transformateur de courant va mesurer le courant en ligne et le
transformer a un courant égal à la fréquence mais avec une amplitude
proportionnel à l‘entrée avec le nombre de spire du transformateur, pour
transformer le courant à la sortie du transformateur a une tension on utilise une
résistance dite Burder, c’est une résistance qui sert à transformer le courant du
transformateur a une tension bien déterminée.
Ex : si on a un transformateur qui a une valeur maximale du courant mesuré
égal à 100A avec un nombre de spire égal à 2000 alors on à la sortie un courant
égal à 100/2000 = 0.05A pour avoir une tension de valeur max égal 2.5v on
choisit le Burder tel que Burder*0.05A = 2.5V alors doit avoir une Burder de
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 26
2.5/0.05 = 50Ω.
Figure 13 : Transformateur de courant 100A
III.2.2.1 Capteur de Courant (ACS712-20A)
Pour La mesure avec un capteur de courant on peut utiliser un capteur
comme l’ACS712, c’est un capteur de courant qui a une valeur maximal de
courant d’entrée de -20A à 20A et qui donne à sa sortie une tension image du
courant qui varie entre 0.5V et 4.5V avec un offset du 2.5V.
Figure 14 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 27
III.3 L’acquisition des données:
A l’aide du dispositif du mesure et après le premier traitement du courant
et tension pour les deviennent des grandeurs utilisable par le système, la partie
suivant est le traitement du ces signal a ’l’aide d’un processeur, pour cela on peut
utiliser un processeur qui a déjà des entrée analogique ou par l’utilisation d’un
convertisseur analogique numérique
extérieur qui peut communique avec le
processeur avec l’un des Protocol de communication série comme le I2C, RS232,
SPI ou UART.
III.3.1 Le convertisseur Analogique Numérique
Le choix du l’utilisation d’ADC est très important car tous les mesure va
être convertir en des valeurs numériques pour être traité, la précision et
l’étalonnage des valeurs mesurer et calculer va dépend fortement de l’ADC
utiliser, donc il faut choisie bien le type de convertisseur à base de ces
caractéristiques, l’un le plus important d’eux est la résolution.
La résolution d'un ADC est sa capacité à encoder une valeur à n'importe
quel point d'un signal analogique sur un nombre définie de bits,
Ex : ADC à 10 bits permet de coder un signal de 5v sur 1024 valeur qui
nous donne un pas de sensibilité égal à 5/1024 = 0.00488v
Pour cela l’utilisation d’un ADC à une grande résolution est préférée.
Ex : MCP3008 est un convertisseur 8 chaines de résolution de 10 bit
MCP3421 est un convertisseur 8 chaines de résolution de 18 bit qui
utilise le Protocol de communication I2C
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 28
Figure 15 : exemple de deux ADC
III.3.2 Tension et courant
Pour la tension et courant on doit mesurer la valeur efficace de chacune.
La valeur efficace d’un signal alternative quelconque est le racine du l’intégral
sur une période du signal au carrée
√∫
En applique alors cette équation sur les deux grandeurs tension et courant pour un
système numérique on obtient alors :
∑
√
∑
√
Avec : Ii et Vi sont les mesures instantanées de l’Ième échantillon
n est le nombre des échantillons pour le même période
Alors on doit prend les mesures n fois par période, compter le nombre
d’échantillons, puis appliquer le formule pour chaque période
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 29
III.3.3 Le Facteur de puissance
Le facteur de puissance : ou
est par calcule l’angle entre la vectrice
tension et le vecteur courant, il permet d’identifier la nature du charge dans le
circuit, et par la suite la nature de la puissance consommée (active ou réactive)
Le facteur de puissance diffère d’un installation a un autre selon les
appareils connecté au circuit plus les appareil résistifs plus que le facteur de
puissance s’approche de 1 le puissance active augment et le puissance réactive
tant vers 0, et plus que le nombre des appareils inductif augmente, le facteur de
puissance tans vers 0 le puissance réactive augment et le puissance active
diminue.
Le calcul de facteur de puissance est une estimation d’après les valeurs
instantanées des valeurs mesurées ultérieurement de la tension et courant. Pour
cela on faire le calcul de puissances instantanées et la puissance apparente.
La puissance instantanée est égal a :
∫
∫
Alors on a :
∑
Avec : Ii et Vi sont les mesures instantanées de l’Ième échantillon
n est le nombre des échantillons pour le même période
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 30
Le calcul de la puissance apparente se fait avec la multiplication des
valeurs efficace de courant et de la valeur efficace de la tension.
La dernière partie est la calcule du facteur de puissance en faire la
division de la puissance instantané par la puissance apparent.
III.3.3 Le Calcul de la consommation
La dernière partie pour le traitement des données est le calcul des
différentes consommations en puissance du circuit pour cela on calcule la
puissance active du circuit
, puissance apparent
Puis le calcul de la puissance accumulée en kWh.
Figure 16 : Organigramme de calcul des puissances
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 31
III.4Affichage de consommation
Le compteur doit afficher les données de consommation au client et pour
cela il doit disposer d’un écran qui va assurer l’affichage des différentes valeurs,
avec deux bouton poussoir, l’un est responsable sur le changement de valeur à
afficher sur l’écran, l’autre est responsable à éteindre au allumer l’écran du
compteur, donc on peut utiliser un écran Crystal LCD.
Figure 17 : Ecran LCD 16x2
L’écran LCD LM016 est un écran de type Crystal liquide qui permet
l’affichage d’un texte de 32 caractère décompose en deux lignes.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 32
Figure 18 : Branchement d’un ’écran LCD LM016
III.5 Gestion de coupure de l’alimentation :
L’une des fonctions du compteur d’électricité est de contrôler le March
arrêt de l’installation, et pour cela il faut inclus dans le système un dispositif qui
permet de gérer l’isolement du circuit interne du réseau électrique externe, et
aussi qui doit être commandé par le système et par le client manuellement.
Pour avoir ces fonctions il faut créer un système de deux interrupteur l’une
est commandée par le processeur du système électriquement et l’autre un
interrupteur commandée manuellement par le client, ces deux interrupteur doit
être superposé en série pour assurer que la connexion de l’installation électrique
au réseau ne doit se fait que par la volonté de deux partie le distributeur
d’électricité
et
le
client
lui-même,
alors
on
peut
utiliser
un
relais
électromagnétique commander par le système, et un disjoncteur pour isoler
l’installation manuellement.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 33
III.5.1 - Relais électromagnétique :
Figure 19 : Relais électromagnétique
Un relais électromagnétique est un interrupteur a deux partie électrique
et mécanique dont la manouvre est effectuée électriquement par un circuit de
commande ou circuit d’excitation contient une bobine qui l’ors de sa expiation
avec un courant i permet l’ouverture ou la fermeture d’un contact mécanique qui
par la suite commander le circuit principale.
Figure 20 : composition d’un relais électromagnétique
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 34
III.5.2 - Disjoncteur électrique :
Figure 21 : disjoncteur magnétothermique
Un disjoncteur est un interrupteur électromécanique qui sert à la
protection contre un surcharge, court-circuit dans une installation électrique ou
les deux au cas d’un disjoncteur magnétothermique, il est essentiellement
caractérisé par une valeur de tension max de fonctionnent et une valeur max de
courant supporté pour une température ambiant bien spécifié.
Figure 22 : symbole d’un disjoncteur magnétothermique
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 35
III.6 Communication et envoi des données :
Apres le traitement des données et le calcul des différentes puissances du
circuit maintenant on doit configurer la phase de transmission des données. Il y
a des différents outils qui permettent de l’envoi des données, avec CPL (courant
porteur en ligne), WIFI, GSM.
III.6.1 Le CPL (courant porteur en ligne)
Le courant porteur en ligne est un0e technologie qui permet la
superposition d’un signal haut fréquence et basse amplitude au signal 50Hz/230v
délivré par le distributeur d’électricité. S'appuyant sur les câbles électriques déjà
présents dans la plupart des habitations, le CPL permet la transmission des
données numérique sur le réseau d’électricité avec un débit théorique de
transfert des données de l'ordre de plusieurs centaines de mégabits par second.
Figure 23 : Modulation du signal d’électricité 50Hz avec un courant CPL
Pour les compteurs d’électricité communiquant. Chaque compteur envoie
ces donné a ’laide du CPL au concentrateur qui se trouve un pour chaque
Chartier, puis le concentrateur va envoyer les données des plusieurs maison au
distributeur principale pour le traité.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 36

Avantages et inconvénients du CPL
Comme tout système viable, les CPL présentent des avantages par rapport
aux technologies concurrentes, mais également des inconvénients. Parmi les
inconvénients, citons en premier lieu :
Dans le cas du haut débit, le problème est essentiellement lié à la
compatibilité électromagnétique et au respect des contraintes d’émission. Les
principaux avantages des CPL sont :
• utilisation du réseau électrique existant, ce qui implique une couverture
potentielle de la totalité du pays considéré ;
• déploiement rapide ;
• pas de câblage supplémentaire ;
• méthode de cryptage robuste.
Figure 24 : Exemple du réseau CPL pour les compteurs d’électricité
III.6.2 WIFI- GSM
Deux autre solution pour la transmission des données vers le distributeur
est l’envoie par internet, pour cela on doit utiliser un module de connexion. Cette
solution facilite la transmission des données de compteur elle aussi permet son
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 37
utilisation pour tous le compteur direct sans besoin d’un concentrateur et sans
l’implémentation des modeleurs CPL. Les diffèrent données du compteur tel les
différents puissances consommes, les différents valeurs des courant, tension et
l’identifiant sont envoyées dans des intervalles de temps plus détaillés.
La connexion au réseau peut se fait par la connexion a un point d’accès
WIFI. Ou la connexion à l’aide d’un module GSM qui permet la même méthode
de transfert des données
Figure 25 : Diagramme d’envoi des données par WIFI ou GSM
Comme pour tous les autres appareils IoT, le système de comptage
intelligent nécessite une connexion constante. Le manque de connexion signifie
une diminution du niveau de service convenu et, dans les régions avec une
topographie particulièrement difficile, comme les zone géographique avec des
montagnes la transmission devrait difficile avec les cartes SIM traditionnelles.
Une autre technologie utiliser c’est Sierra Wireless et Smart SIM pour une
solution de réseau étendu fiable et optimale.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 38

Les cartes SIM intelligent
Les cartes SIM intelligentes sont optimisées pour l'IoT, avec ses nombreuses
connexions, ainsi qu'avec les structures cellulaires existantes. C'est parce qu'ils
ne sont pas redevables à un réseau. Au lieu de cela, ils sont programmés pour
sélectionner automatiquement le meilleur disponible. Si un signal est faible, la
Smart SIM peut facilement passer à la suivante, assurant une communication
ininterrompue avec les systèmes dorsaux.
Pour cela chaque compteur est équipé d’une carte SIM intelligent qui permet
d'accéder à presque tous les opérateurs dans n'importe quel endroit, partout
dans le monde. En utilisant une technologie de pilotage de réseau intelligent
brevetée, les cartes SIM intelligentes peuvent se connecter dynamiquement au
réseau de porteuse idéal chaque fois qu'une défaillance du service de données est
détectée.
Il y a aussi un élément de choix: le profil électronique du Smart SIM peut
être défini en fonction des préférences du client. En d'autres termes, il peut faire
plus que simplement sélectionner le signal le plus fort - il peut être programmé
pour sélectionner le signal qui convient le mieux à vos compteurs.
Cela élimine les problèmes de pilotage et élimine les temps d'arrêt coûteux
qui surviennent lorsqu'un périphérique doit rechercher à plusieurs reprises une
connexion appropriée.
Figure 26 : Diagramme de
fonctionnement de la carte
SIM intelligent
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 39
Figure 27: Organigramme de Progamme Principale
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 40
III.7 Conclusion
Le compteur électrique est l’un des équipements le plus important dans un
réseau électrique c’est un dispositif qui mesure la quantité d'énergie électrique
consommée. Dans ce chapitre nous avons présenté l’étude et l’analyse d’un compteur
intelligent, son cahier de charge, les différentes parties qui le constitue et les
différentes fonctions qu’il doit réaliser.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 41
CHAPITRE IV :
REALISATION
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 42
IV.1 Introduction :
Ce chapitre constitue le dernier volet de ce rapport, il traite la phase de création
d’un prototype du compteur. Nous commençons tout d’abord par la description de
l’environnement de travail matériel et logiciel utilisé pour le développement, ensuite
nous donne un aperçu sur le travail réalisé.
IV.2 Environnement de développement
IV.2.1 Environnement matériel
 Processeur
Tout au long de la phase initial de ce projet, nous avons essayé d’utiliser une
nouveau carte de développement, la carte « CHIP » fabriquer par la société next
thing, et qui est une carte encours de développement, Après une étude sur la carte,
ces caractéristique et fonctionnalités nous finissons à conclure qu’elle a des
problème pour utiliser au sein de notre projet, c’est son convertisseur interne qui a
un résolution de 6 bit et pour notre projet on a fortement préférable d’utiliser un
convertisseur de haut résolution possible, on a suggéré d’utiliser comme on a cité
dans l’étudeun convertisseur externe avec communication série, qui est le
convertisseur mcp3008 qui utiliser le Protocol spi, un autre problème apparait pour
cette carte qui est la difficulté d’utiliser ce Protocol de communication entre la carte
et le convertisseur.
Tous d’abord La carte chip est un mini-ordinateur très intéressant qui intègre un
processeur de type cortex a8 de fréquence 1Ghz avec un GPU mali400 qui permet de
l’utiliser avec un écran, câblé avec son adaptateur RCA, un mémoire interne de
4Gb,port de communication spi,i2c et rs232,et un port d’entrée analogique muni
d’un convertisseur a 6 bit, elle a aussi un i2c GPIO expander qui permet d’utiliser
une série de pin GPIO comme des entrée sorties numérique, la carte a aussi un
module de connexion wifi et Bluetooth.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 43
Figure 28 : Carte CHIP
Apres la carte chip on essayer d’utiliser une autre carte pour créer le model
du compteur, c’est la carte Arduino, c’est une plateforme (open source) électronique
muni d’un environnement de programmation informatique, qui a des capacités
étendu et des variétés des capteurs fabriquer pour l’utiliser avec, tous cela pour
permet de créer des prototypes et systèmes mieux performant.
Figure 29 : Carte Arduino UNO
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 44
La carte Arduino utiliser pour ce projet est de type Arduino UNO, la carte a 6
pins entrée/sortie analogique, 11 pin entrée sortie numérique dont 6 pins sont des
sorties PWM. Controller par un microprocesseur de type ATmega328Pde fréquence
16 Mhz, et un mémoire de program de 32 kb.
Pour La partie mesure, on a utilisé :
-
Un transformateur de type SB41-120 d’entrée 230V/50Hz et de 9v 800mA
sortie
-
Capteur ACS712-A20 de valeur maximal du courant d’entrée -20/20A
-
Deux circuits de traitement de tension et courant à base des composants
passifs
 Connexions et envoi des données
La carte Arduino ne dispose pas d’un module interne de connexion wifi donc on a
utilisé un Module externe WIFI ESP2866-1b, qui communique avec la carte a l’aide
du Protocol RS232.
Figure 30 : Module WIFI ESP8266-1
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 45
Pin de communication
Vers Arduino RX, TX
CH_PD : pin d’activation
RESET : pin de reset
Pin de communication
Vers Arduino RX, TX
Figure 31 : Câblage du module WIFI avec carte Arduino
IV.2.1 Environnement logiciel et simulation
Avons de passer au partie pratique on a utilisé le programme proteus Isis
professionnel et la plateforme informatique de programmation de l’Arduino pour
créer un circuit de simulation et pour tester et manipuler le programme avons de le
transfert vers le matériel.
Figure 32 : logiciel de simulation
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 46

Mesure
Dans un circuit réel d’une installation électrique le déphasage courant
tension est créé par les différents composants installés, dans la simulation et pour
simuler le déphasage on a utilisé deux sources d’alimentation avec le même
caractéristique 220v/50Hz mais pour le circuit de capteur de courant on a modifié le
« time Delay », qui est le délai créé entre ce signal et l’axe du temps à t=0 de
simulation, ex : pour créer un déphasage de on fixe le time Delay sur 0.0025.
Figure 33 : circuit de mesure
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 47
Figure 34 : simulation de déphasage

Affichage
Figure 35 : circuit de cablage ecran LCD
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 48
CONCLUSION GENERALE
Dans ce travail, nous avons réalisé une étude sur les différents types des
compteurs d’énergie électrique utilisée dans le monde. Grâce à une étude
bibliographique, nous avons présenté un bref aperçu sur les différentes
technologies utilisées dans le comptage de l’électricité, et parmi elles, nous avons
choisi le type numérique de comptage et le compteur intelligent spécifiquement
pour l’étudier. Selon les besoins, nous avons établi un cahier des charges dans
lequel nous avons précisé les spécificités du compteur intelligent et les différents
organes qui le constituent.
En partant de ce cahier de charge, nous avons dimensionné des différents
organes et choisi les composants adéquats pour le bon fonctionnement du
compteur.
Faute de moyens pratiques et de temps pour cette PFE, nous n’avons pas pu
achever totalement la partie expérimentale du projet.
Comme perspective, il serait intéressant d’achever la réalisation pratique on
l’exploitant cette étude, le dimensionnement et la simulation seront plus efficace
en vue de la future commercialisation du dispositif.
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 49
BIBLIOGRAPHIE
[1] https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/developpement-durablecompteur-intelligent-6952/
[2]
https://www.happ-e.fr/actualites-electricite/univers-electricite/evolution-usages-
electricite
[3]
https://www.futura-sciences.com/maison/definitions/maison-compteur-electricite-
10598/
[4]
https://www.60millions-mag.com/2017/12/11/linky-des-cas-d-incendies-qui-
inquietent-11492
[5]
L.HASNAOUI,S.GABBADI « Etude des compteurs d’énergie électrique » rapport PFE,
UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES, 2017
[6]
P.P. Machado Jr , T. P. Abud , Power factor metering system using Arduino , Electric and
Telecommunications Engineering Master Program – PPGEET, brazil
[7]
E. Aravind, G. Karthick, S. Harithaa, B. RamyaSundaram et Shriram K. Vasudevan,
Improvised Energy Meter Supporting Wireless Data Transfer, Research Journal of Applied Sciences,
Engineering and Technology, 2014
[8]
Mrs, N.Saranya, Mrs, V. Shanmugapriya , “WIRELESS SMART ENERGY METER” , Periyar
University, Salem, Tamilnadu, India
[9]
http://www.schema-electrique.be/francais/compteur.html
Compteur de Consommation d’électricité intelligent
Page 50
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Système d'énergie intelligent .................................................................. 3
Figure 2 : Le compteur électrique a disque schallenberg 1894............................... 8
Figure 3: Compteur électromagnétique (à disque) .................................................. 9
Figure 4 : compteur électronique a afficheur numérique...................................... 11
Figure 5 : schéma synoptique d’un compteur numérique ..................................... 11
Figure 6 : Exemple du compteur communiquant « compteur linky en France ».. 16
Figure 7 : avancement des pays européen pour les projets des compteurs
intelligent ................................................................................................................ 19
Figure 8 : schéma fonctionnel du compteur intelligent......................................... 23
Figure 9 : graph du signal de tension en ligne domestique .................................. 24
Figure 10 : Circuit de Mesure de Tension ............................................................. 24
Figure 11 : un Transformateur AC-AC .................................................................. 25
Figure 12 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur ..................... 26
Figure 13 : Transformateur de courant 100A ........................................................ 27
Figure 14 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur ..................... 27
Figure 15 : exemple de deux ADC .......................................................................... 29
Figure 16 : Organigramme de calcul des puissances ............................................ 31
Figure 17 : Ecran LCD 16x2 ................................................................................... 32
Figure 18 : Branchement d’un ’écran LCD LM016 ............................................... 33
Figure 19 : Relais électromagnétique .................................................................... 34
Figure 20 : composition d’un relais électromagnétique......................................... 34
Figure 21 : disjoncteur magnétothermique ........................................................... 35
Figure 22 : symbole d’un disjoncteur magnétothermique ..................................... 35
Figure 23 : Modulation du signal d’électricité 50Hz avec un courant CPL .......... 36
Figure 24 : Exemple du réseau CPL pour les compteurs d’électricité .................. 37
Figure 25 : Diagramme d’envoi des données par WIFI ou GSM .......................... 38
Figure 26 : Diagramme de fonctionnement de la carte SIM intelligent ............... 39
Figure 27: Organigramme de Progamme Principale ............................................ 40
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 1
Figure 28 : Carte CHIP .......................................................................................... 44
Figure 29 : Carte Arduino UNO ............................................................................. 44
Figure 30 : Module WIFI ESP8266-1 ..................................................................... 45
Figure 31 : Câblage du module WIFI avec carte Arduino ..................................... 46
Figure 32 : logiciel de simulation ........................................................................... 46
Figure 33 : circuit de mesure .................................................................................. 47
Figure 34 : simulation de déphasage ..................................................................... 48
Figure 35 : circuit de cablage ecran LCD............................................................... 48
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 2
INTRODUCTION GENERALE
L’électricité est une forme d’énergie dont les applications se sont
multipliées dans tous les domaines de l’activité économique et dans les foyers
domestiques. Comme elle n’est pas stockable, il a fallu inventer un moyen de
mesurer au fur et à mesure sa consommation, à savoir le compteur d’électricité.
Alors Avec l’augmentation de la consommation mondiale en énergie il
devient imposé le développement d’équipements de production, distribution et
transformation d’électricité adaptés. Le renforcement des interconnexions entre
pays, le déploiement de smart grid capables d’optimiser le recours aux
infrastructures en place selon la consommation ou encore l’augmentation de la
part des énergies renouvelables dans le mix des ressources énergétique utilisé.
Un des grands programmes énergétiques dans le monde est l’extension de
l’infrastructure intelligente. Le compteur intelligent est un grand partie du cette
extension cette qui permet de recevoir les instructions et transmettre des
informations sans l’intervention physique d’un technicien, c’est un outil de
contrôle de l’utilisation d’énergie d’un client qui donne la possibilité de partager
des informations énergétiques.
Figure 1 : Système d'énergie intelligent
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 3

Le compteur intelligent et l’IoT
L'Internet des Objets (IoT) est maintenant en passe d'être la force la plus
transformatrice de l'industrie de l'énergie. Mais, comme pour toutes les
révolutions, la transformation numérique est perturbatrice et l'innovation est
nécessaire pour obtenir un avantage concurrentiel. L'adoption de la technologie
IoT signifie que l'industrie a un accès croissant aux données et de manière
instantané.
Pour rester compétitives, de nombreuses entreprises de services publics se
sont tournées vers les différents compteurs intelligents. Ces appareils
compatibles avec l'IoT sont plus efficaces et garantissent des diagnostics et une
facturation plus précis. Mais l'une des contradictions de la vie moderne est que la
technologie qui nous permet de faire des choses incroyables nous laisse souvent
plus vulnérables à un dysfonctionnement. Et bien que les compteurs intelligents
soient une excellente idée en théorie, ils peuvent échouer sans une connexion
cellulaire
cohérente,qui
manque
actuellement
dans
de
nombreux
environnements.
Les services publics d'électricité utilisent de plus en plus l'Internet des objets
(IoT) pour surveiller, coordonner et synchroniser la transmission et la
distribution de l'énergie électrique sur de vastes zones géographiques. Un article
précédent expliquait comment National Grid utilise l'IoT pour surveiller et
maintenir en phase les centrales électriques distantes.

Limitation des compteurs traditionnels
Les limites sur les bords de la grille proviennent des limitations des
compteurs électriques traditionnels qui ne fournissent pas d'informations sur la
consommation
d'énergie
jusqu'à
ce
qu'un
lecteur
de
compteurs
entre
manuellement les informations dans une base de données. Aujourd'hui, les
services d'électricité veulent suivre la consommation d'énergie en temps réel
pour mieux gérer et optimiser les sources de production d'électricité et le réseau
de transport et de distribution. Un autre avantage du suivi en temps réel est le
temps que les équipes pourraient économiser la puissance de rétablissement
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 4
après une panne en déterminant rapidement et facilement quelles parties du
réseau de distribution fonctionnaient et lesquelles ne fonctionnaient pas. Enfin,
les compteurs traditionnels ne mesurent que l'électricité consommée alors
qu'aujourd'hui, il devient de plus en plus nécessaire de suivre également la
puissance générée par les utilisateurs via d'autres méthodes telles que l'énergie
solaire sur les toits qui sont injectées dans le réseau électrique.
Dans
ce
rapport
nous
distinguerons
trois
grandes
parties.
Nous
commencerons par décrire les différents compteurs d’énergie électriques
(diffèrent type et leurs fonctionnement, les avantages et les inconvénients de
chacun). Par la suite nous étudiant le compteur intelligent, historique définition
avantages et inconvénients et aussi des exemples d’usages des compteur
intelligent utilisées dans les différents pays du monde, la troisième partie est
l’étude et l’analyse du compteur intelligent, la mesure, l’acquisition des données
et la communication avec le distributeur, la partie finale est la partie
expérimentale et la réalisation qu’on a fait.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 5
CHAPITRE I:
LES COMPTEURS
ELECTRIQUES
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 6
I.2 Le compteur d’électricité
I.2.1 Historique
Avant l'apparition des compteurs électriques, dans les années 1880, les
heureux abonnés à l'électricité se voyaient facturer au forfait via une redevance
mensuelle établie selon le nombre et la puissance des lampes installées dans le
logement.
Inutile de préciser que cette formule était loin de répondre à une exigence de
vérité des prix.
C'est en 1880 que le génial Thomas Edison mit au point un système
beaucoup plus fiable, mais très contraignant : le compteur électrolytique.
Le compteur électrolytique comprenait notamment deux électrodes de cuivre. La
première était immergée dans une solution acide qui créait une matière
lorsqu'elle était traversée par de l'électricité. Cette matière se déposait sur la
deuxième électrode.
Plus l'abonné avait consommé d'électricité et plus la masse de matière
déposée sur la deuxième électrode était importante.
Il ne suffisait plus qu'à peser la matière accumulée pour calculer la quantité
d'énergie consommée !
Pour relever les consommations, le technicien d'électricité devait chaque
mois récupérer les électrodes usagées et aller les apporter dans les locaux de la
société de distribution pour les faire peser !
C'est en 1894 qu'un ingénieur de la compagnie Westinghouse imagine un
système de comptage de l'électricité reposant sur un disque mu par induction
magnétique et qui tournait d'autant plus vite que la quantité d'énergie
consommée était grande. C’est le compteur a disque qui prenant le relevé pour
presque tout le 20eme siècle
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 7
Figure 2 : Le compteur électrique a disque schallenberg 1894
Figure 1 : Le compteur électrique à disque Schallentberger 1894.
Au début des années 60, EDF entreprend d'équiper tous les abonnés
français à l'électricité d'une nouvelle génération de compteur électromécanique à
disque particulièrement robuste et facile d'installation: c'est le fameux Compteur
Bleu qui permet enfin de faire fonctionner simultanément la plupart des
appareils sans risque de faire sauter les fusibles.
Le Compteur Bleu et ses diverses déclinaisons développées depuis 1963
équipent encore un grand nombre de foyers partout.
I.2.2 La suivi de consommation:
La relève du compteur est une opération obligatoire dans le cas d’un
déménagement, où le rendez-vous effectué théoriquement chaque semestre ou
trimestre avec un technicien envoyé par le fournisseur d’électricité. Les factures
d’électricité sont basée sur une estimation de la consommation, que vient ajuster
la facture de régularisation en fin de contrat. Le gestionnaire de réseau procède à
la relève des compteurs deux fois dans l’année. Le fournisseur d’énergie se base
ensuite sur cette relève pour établir une facture qui laisse apparaître.
Cette opération s’effectue simplement en notant les chiffres du compteur
correspondant à la consommation électrique, exprimée en kWh. Il faut cependant
à veiller à bien relever les chiffres à la bonne date.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 8
I-2 Les Différents types des compteurs d’électricité
I.2.1 Le compteur électromagnétique « à disque »
I.2.1.1 – fonctionnement
Durant la seconde moitié du XIXe siècle l’utilisation d’énergies comme
l’électricité et le charbon se démocratise. Afin de réguler et de mesurer la
consommation électrique dans les foyers, on utilisait alors des grilles forfaitaires
qui prenaient en considération le nombre de lampes et la puissance qui leur était
due.
Le système connait un véritable bond en avant en 1880 lorsqu’un concours lancé
par la ville de Paris récompense un lauréat le compteur d’Edison. Le compteur
électromécanique était né. Mais le système des grilles est maintenu jusqu’en
1889. Date à laquelle apparaît le premier compteur électrique sur courant
alternatif.
En 1894 le premier compteur électrique à disque apparaît, et est encore utilisé à
l’heure actuelle. Son fonctionnement est possible au moyen de la rotation d’un
disque fait en métal. La vitesse de la rotation du disque installé sur le compteur
est relative à la consommation.
Figure 3: Compteur électromagnétique (à disque)
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 9
I.2.1.1 avantages et inconvénients
L’affichage mécanique est le plus ancien des affichages il présente
l’avantage de pouvoir être lu y compris lors de la coupure de courant. De plus en
cas de détérioration ou de vandalisme, la dernière valeur enregistrée reste
affichée ce qui rend sa lecture toujours possible.
On outre son intérêt est sa grande robustesse et sa facilité d’installation.
Tandis que cette compteur est utilisé depuis longtemps et partout dans le monde
il procure un grand problème, c’est la facilité de le truquer et par la suite
diminuer la facture d’électricité après tout sa comptage est basé sur le flux du
champ électromagnétique et en utilisant des différentes méthodes comme un
aimant…, en peut abaisser leur vitesse de rotation et gagner le prix des quelques
kilo wattheures.
I.2.2 Le compteur électronique a afficheur numérique
I.2.1.1 fonctionnement
Apparu dans les années 90, ce compteur nouveau génération a peu à peu
remplacé le compteur à disque.
L'affiche digitale et les touches de sélection permettent à chacun de
vérifier sa consommation. Son principe de comptage est l’effet Hall.
Le compteur renferme un conducteur en forme de "U". L'électricité
envoyée par le distributeur d’électricité local rentre dans la première branche et
ressort vers
l’installation électrique en quantité nécessaire à l’utilisation en
temps réel.
Le conducteur est en son milieu entouré d'un capteur à effet Hall qui
produit une tension à l'image exacte du courant sortant.
L'action de ce capteur permet de déduire par calcul la consommation
d'électricité consommée et de l'afficher en kWh sur l'écran digital.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 10
Le
compteur
électronique
peut
également
afficher,
entre
autres
informations, la puissance souscrite et l'option tarifaire de l’abonnement.
Un voyant lumineux sur la façade du compteur indique qu'il fonctionne
bien. Ce voyant clignote plus ou moins vite selon la quantité d'électricité
consommée. Plus vous consommez et plus il tourne vite.
Figure 4 : compteur électronique a afficheur numérique
Figure 5 : schéma synoptique d’un compteur numérique
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 11
I.2.1.1 avantages et inconvénients
Le compteur numérique (affichage LCD) présente l’avantage de pouvoir
afficher différentes informations : (tarifs du KWh, Watt, tension). Le système de
comptage électronique et souvent moins encombrant que les compteurs
classiques et Les données calculées ainsi que les paramètres programmés sont
enregistrés sur une mémoire non-volatile permettant leur sauvegarde en cas de
coupure d’alimentation. Le compteur permet l’affichage de plus de 100 données
parmi une liste disponible de plusieurs centaines. Le choix des données à afficher
est programmable par l’utilisateur.
Le compteur numérique nous offre plusieurs possibilités de raccordements selon
les types de réseau d'alimentation (réseau conventionnel).
Ces compteurs sont plus sensibles aux surintensités et surtensions, et tout
particulièrement la foudre.
Les pannes de courant pourront être détectées plus rapidement.
I.3Les compteurs nouveaux génération
Les compteurs nouveaux génération sont plus intelligents et plus
communicants. Le compteur électronique à affichage digital qui apporte un plus
grand nombre d'informations et incorpore un système anti-foudre plus efficace.
I.4Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons parlé sur les compteurs d’énergie électrique
présent dans la plus part des installations électriques et nous avons donné une
vision globale sur ces compteurs et sur leur fonctionnement ainsi ses avantages
et ses problèmes.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 12
CHAPITRE II:
LE COMPTEUR
INTELLIGENT
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 13
II.1 Introduction
Les systèmes de comptage évolué (appelés également comptage «
communicant », « intelligent » ou « smart metering ») permettent d’afficher le
comptage, de réaliser des opérations à distance (en particulier la relève) et de
mieux maitriser le réseau.
Les pouvoirs publics ont la volonté de remplacer l’ensemble des compteurs
électriques et gaz actuels par des compteurs « évolués ». Ces compteurs sont
avant tout utiles pour les gestionnaires de réseau car cela leur permet de mieux
contrôler le réseau et de réaliser des opérations à distance telles que le relevé des
consommations ou le changement de puissance ou d’option tarifaire, sans
déplacement d’un technicien. Ils sont également intéressants pour les
fournisseurs d’électricité qui vont pouvoir proposer des offres tarifaires
différentes selon les moments de la journée ; ils vont également pouvoir proposer,
ainsi que d’autres prestataires de services, des box payants pour mieux connaitre
sa consommation en temps réel ou des services domotiques plus élaborés.
Pour le consommateur, cela le dispense d’être présent lors des opérations
ne nécessitant plus le déplacement d’un technicien. C’est le seul avantage
certain. Les autres avantages possibles dépendent de la décision du législateur
ou de la bonne volonté des fournisseurs.
Le comptage évolué peut permettre une facturation sur consommation
réelle et non plus estimée. Il peut également apporter des informations ou
services complémentaires. Mais aujourd’hui il n’y a aucune garantie que cela
sera fait ni qu’un minimum d’information sera accessible gratuitement. De plus,
le déploiement de ce type de compteurs comporte un certain nombre de risques
liés à la confidentialité des données et aux nouvelles possibilités qu’ils offrent
aux fournisseurs (coupure à distance, prépaiement, complexification des offres
tarifaires…).
Le déploiement des compteurs eux-mêmes, couplés ou non avec l’ajout de
boîtiers représente un budget important. Les investissements nécessaires au
déploiement des compteurs seuls sont estimés à 4 à 8 milliards selon les sources
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 14
pour l’électricité et à 1,1 milliard pour le gaz. Il est donc nécessaire de vérifier les
apports de ces nouveaux compteurs pour le consommateur, d’en mesurer les
risques et de réaliser un bilan des bénéfices et de les mettre en regard des coûts
pour vérifier leur pertinence.
II.2 Historique
Le comptage évolué se développe pour l’énergie au niveau mondial, surtout
pour l’électricité, compte tenu des enjeux liés à la consommation en période de
pointe. Les deux expériences les plus significatives ont été réalisées en Italie (30
millions de compteurs) et en Suède (8 millions de compteurs). Aujourd’hui, le
développement du comptage évolué est un nouveau marché qui aiguise les
appétits que ce soit au niveau de la fabrication des compteurs, des systèmes
informatiques et télécoms (pour la transmission et le traitement des données) et
pour les nouveaux services énergétiques.
Dans plusieurs pays, des réticences fortes sont apparues. Aux Pays-Bas,
sous la pression des consommateurs, le premier projet présenté en 2009 qui
oblige à l’installation de nouveaux compteurs a été retiré. Le nouveau projet
prévoit l’installation de compteurs communicants mais uniquement sur la base
de volontariat. En Belgique, on observe le même type de réticences. Aux EtatsUnis, c'est le risque de piratage du réseau qui est craint. En France, des
expérimentations sont en cours pour les deux énergies :
Une expérimentation massive qu’il convient plutôt d’appeler un prédéploiement pour l’électricité : 300 000 compteurs à Lyon et en Indre-et-Loire.
Une expérimentation à une échelle beaucoup plus restreinte pour le gaz :
20 000 compteurs à Auch (32), Saint Omer (62), Etampes (91) et Saint Genis
Laval Pierre Bénite (69).
Pour le comptage d’électricité, bien que l’expérimentation en cours ne soit
pas finie et rencontre des problèmes et retards, la décision de généralisation a
été prise par le décret 31 août 2010. Et un planning de généralisation a été fixé :
Dès 2012 pour les nouveaux raccordements, 50% des compteurs d’ici fin 2014 et
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 15
95% des compteurs d’ici 2016 pour les gestionnaires de réseau gérant plus de 100
000 clients, ERDF en tête, Le délai est prolongé de 2 ans pour les gestionnaires
de réseau de plus petites tailles (moins de 5% du territoire). Ce planning est
beaucoup plus ambitieux que celui indiqué par la commission européenne (80%
de compteurs communicants d’ici 2020, sous réserve d’une expérimentation
concluante). On peut dire qu’il est à marche forcée. Seules les fonctionnalités
techniques restent à définir.
Malheureusement, compte tenu du délai très serré, voire intenable, il ne sera pas
possible de réaliser des évolutions importantes. En particulier, la possibilité de
donner à tous les consommateurs, quel que soit le lieu du compteur, une
information en temps réel, n’a pas été explorée. Elle doit absolument l’être avant
toute généralisation.
Figure 6 : Exemple du compteur communiquant « compteur linky en France »
II.3 Fonctionnement du compteur intelligent
Le but premier du compteur intelligent est identique à celui des autres appareils
: calculer la consommation d’électricité. La différence réside en fait dans la
technologie utilisée : ici, l’équipement est relié à un réseau de communication. Et
c’est justement cette connectivité qui lui confère tout son intérêt. En effet, grâce
à elle, l’appareil peut par exemple être piloté à distance.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 16
Cet équipement permet également d’envoyer des informations et des ordres.
Il devient alors possible de communiquer des relevés à la fréquence souhaitée :
chaque mois, semaine, jour, heure ou même en temps réel.
II.4 Les avantages du compteur intelligent
Les compteurs intelligents permettent d’établir une facturation différenciée.
Cela signifie que les tarifs varient en fonction de la demande en électricité. Si
vous utilisez de l’énergie à des moments de la journée où la consommation est
faible, vous profiterez de prix avantageux. En bref, il faut éviter les pics
importants. En plus, la précision du compteur est telle que les plages horaires
peuvent être adaptées à la minute près.
Ce compteur constitue également une aubaine pour les producteurs
d’électricité verte. C’est votre cas ? Sachez alors qu’il vous permettra de revendre
ce que vous réinjectez sur le réseau au meilleur prix selon les tarifs belges de
l’électricité en temps réel. Toutefois, cette opportunité doit encore être négociée
avec les fournisseurs d’énergie.
Des relevés plus précis et réguliers, ce sont aussi des avantages propres aux
compteurs intelligents. Grâce à leur connectivité, il devient possible d’élaborer
des factures basées sur vos consommations réelles. Les erreurs liées aux relevés
manuels des compteurs analogiques sont ainsi contournées et surtout, vous
pouvez garder à l’œil votre consommation. Dès que celle-ci vous semble élevée, à
vous d’adopter les gestes adéquats pour la faire diminuer. Parfait pour réaliser
des économies tout en réduisant vos émissions de CO2.
II.5 Les inconvénients du compteur intelligent
Le compteur intelligent comporte plusieurs inconvénients dont certains
sont même qualifiés de dangereux par quelques associations. Faisons le point
ensemble.
Pollution électromagnétique néfaste à terme : pour communiquer, les
compteurs électriques utilisent le même type d’onde que celui des GSM. Les
radiofréquences en question auraient même été classées par l’OMS dans la
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 17
catégorie des « cancérogènes probables ». Cependant, il est difficile de réellement
évaluer les dégâts pour la santé que génèrent ces technologies. Elles sont en effet
encore trop récentes que pour avancer des données avec certitude ;
Atteinte à la vie privée : sans réglementation claire, il est certain qu’un
pan de votre vie privée sera dévoilé. Les compteurs intelligents rassemblent des
informations très détaillées concernant votre consommation d’énergie et
inévitablement, celles-ci permettent de connaître beaucoup de choses sur les
occupants d’un logement. Il est par exemple possible de savoir votre heure de
réveil, le moment où vous prenez une douche, quand vous utilisez certains
appareils, si vous êtes absent… En clair, votre mode de vie peut être décrypté
rapidement. Pas très réjouissant…
II.6 Exemples dans le monde
Le déploiement de compteurs évolués concerne surtout l'électricité. Pour le
gaz les projets sont beaucoup moins avancés ; seule l’Italie a mis au point un
déploiement.
Dans le monde, environ 50 millions de compteurs d'électricité évolués ont
été installés. Les déploiements les plus massifs ont eu lieu en Europe en Italie
(30 millions de compteurs sont communicants) et en Suède (8 millions de
compteurs). Mais des expérimentations sont en cours partout dans le monde,
notamment en Californie et au Canada. On n’en dénombre pas moins de 250.
Le coût, par compteur, dépend de l'ampleur des projets et du niveau de
sophistication du compteur. En électricité, le projet le moins coûteux est celui qui
a été réalisé par Enel en Italie. C'est un compteur développé par le fournisseur
lui-même, non interopérable. Le budget affiché est de 70-80 euros par compteurs
(2,1 millions d'euros pour 30 millions de compteurs). En Europe, les budgets sont
plutôt de l'ordre de 120 à 250 euros par compteurs, comme ce qui est annoncé en
France. Les budgets sont plus élevés pour les projets outre-Atlantique. En
termes de financement, là aussi les situations sont très différentes. En Italie, le
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 18
fournisseur Enel dit avoir rentabilisé son projet en 5 ans, grâce notamment, à la
réduction de la fraude. En Suède et en Espagne, le financement est à la charge
des consommateurs, avec une charge de l'ordre de 5 à 10 euros par an. Ce qui est
certain, c'est qu'il s'agit d'un enjeu économique majeur au niveau mondial : 500
millions de compteurs évolués sont prévus dans les prochaines années. La
précipitation du gouvernement pour un déploiement rapide est très clairement
liée aux marchés possibles : c'est un marché pour les compteurs eux-mêmes mais
également sur les systèmes informatiques.
Figure 7 : avancement des pays européen pour les projets des compteurs
intelligent
II.7Conclusion
Les compteurs intelligents proposent de caractéristiques attrayantes, un gain de
temps, d’argent et une meilleure estimation de la consommation. Mais la
majorité des programmes étant toujours dans une étape expérimentale, il est
difficile de prévoir la réaction au déploiement de ces compteurs intelligents.
Les compteurs intelligents ont des avantages comme relever à distance, les
contacts qui permettent d’actionner ou d’interrompre des appareils électriques.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 19
Ils sont mieux que les anciens, et aussi, puisqu’ils peuvent économiser de la
consommation, c’est mieux d’utiliser des compteurs intelligents. Pourtant les
compteurs intelligents demeurent également des défis - est-ce qu’ils permettent
l’intrusion dans la vie privée ou est-ce qu’ils préservent la santé des citoyens. Ce
sont une partie des questions dont on cherche encore à répondre, malgré qu’on
ait déjà certaines conclusions.
Sur la version de ces compteurs intelligents en électricité, plusieurs sociétés
désirent agrandir le prototype aux compteurs en eau et en gaz. Le but de tous les
projets reste le même, une meilleure gestion des réseaux électrique pour réduire
la consommation et un développement vers les villes intelligentes de futur.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 20
CHAPITRE III :
ETUDE ET ANALYSE
DU COMPTEUR
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 21
III.1 Introduction
Comme les précédents compteurs, le compteur communicant permet la
mesure de consommation d’énergie en premier lieu mais aussi il faut avoir des
caractéristiques standard et des taches à réaliser en parallèle avec la procédure
de mesure. Pour cela le compteur doit disposer des différentes parties qui sont
responsable des différentes taches telles que la mesure, la conversion des
grandeurs, le traitement et le calcul des différents consommations, l’envoi des
donnés vers le serveur de distributeur d’électricité.
III.2 Cahier de Charge du compteur
Dans tout projet de qualité, un cahier de charge décrivant les différents
éléments du système à créer ainsi que les fonctionnalités désirées est essentiel
pour la mise en March fonctionnel et la bien réalisation du projet. Dans notre cas
de compteur intelligent, l’appareil de conception doit comporter des différentes
fonctionnalités:
Mesure de tension.
Mesure de courant.
Calcul de déphasage.
Calcule de l’énergie électrique.
Affichage numérique.
Contrôle de la rupture d’alimentation.
Communication et envoi des données.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 22
Figure 8 : schéma fonctionnel du compteur intelligent
III.2 Dispositif de mesure
Ces sont les deux parties responsable
de la réduction des grandeurs
principale de mesure (courant et tension) de valeur utile ex : 220V 20A jusqu’aux
valeurs qui peuvent être traité par le processeur. Ce sont des outils qui peuvent
être deux transformateur l’un de courant et l’autre un transformateur de tension
avec deux coefficient de réduction bien déterminer. Ou pour le cas du courant en
peut utiliser un capteur de courant que va donner un signal en tension qui est
une image linéaire du courant qui passe en ligne.
III.2.1 Mesure de tension
La tension en ligne monophasé est une tension sinusoïdale de valeur
efficace 220v et une fréquence de 50 Hz.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 23
Figure 9 : graph du signal de tension en ligne domestique
Pour créer une image du cette signal mais avec une petite amplitude en
utilise un transformateur de tension 220/xV qui a un coefficient de
transformation k.
Figure 10 : Circuit de Mesure de Tension
Dans la figure au-dessus :
T : est un transformateur de tension AC-AC avec un coefficient k
R1 et R2 : sont deux résistances pour le diviseur de tension
R3 et R4 : sont deux résistances pour le diviseur de tension qui assure l’addition
de 2.5v au signal
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 24
C : est un condensateur de filtrage pour assure le filtrage de signal dc de 2.5
A l’entrée du transformateur on a un signal sinusoïdal de 220v amplitude,
à sa sortie on va avoir un signal proportionnel au signal d’entrée à la fréquence
mais avec une amplitude plus faible égal a xV en utilise R1 et R2 pour avoir au
point milieu un signal de valeur efficace égal à 1v centrée sur 0v, alors on peut
prend R1 = 10 R2 puis on ajout au signal une tension continue égal à 2.5 avec la
deuxième diviseur de tension qui va faire centrer le signal sur 2.5 v pour cela en
prend les deux résistances R3 = R4.
Le condensateur c est utiliser comme un filtre passe bas pour assure le
filtrage des perturbations a haut fréquences.
Figure 11 : un Transformateur AC-AC
III.2.2 Mesure de courant
Pour la Mesure de Courant en ligne il faut avoir l’une des différents choix,
un transformateur de courant porté en série avec le circuit d’alimentation ou
avec un capteur de courant comme le capteur ACS712.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 25
III.2.2.1 Transformateur de Courant
Dans la figure n :
T : transformateur de courant
R1 et R2 deux résistances pour le diviseur de tension
C : condensateur de filtrage
Burder : résistance
Figure 12 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur
Le transformateur de courant va mesurer le courant en ligne et le
transformer a un courant égal à la fréquence mais avec une amplitude
proportionnel à l‘entrée avec le nombre de spire du transformateur, pour
transformer le courant à la sortie du transformateur a une tension on utilise une
résistance dite Burder, c’est une résistance qui sert à transformer le courant du
transformateur a une tension bien déterminée.
Ex : si on a un transformateur qui a une valeur maximale du courant mesuré
égal à 100A avec un nombre de spire égal à 2000 alors on à la sortie un courant
égal à 100/2000 = 0.05A pour avoir une tension de valeur max égal 2.5v on
choisit le Burder tel que Burder*0.05A = 2.5V alors doit avoir une Burder de
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 26
2.5/0.05 = 50Ω.
Figure 13 : Transformateur de courant 100A
III.2.2.1 Capteur de Courant (ACS712-20A)
Pour La mesure avec un capteur de courant on peut utiliser un capteur
comme l’ACS712, c’est un capteur de courant qui a une valeur maximal de
courant d’entrée de -20A à 20A et qui donne à sa sortie une tension image du
courant qui varie entre 0.5V et 4.5V avec un offset du 2.5V.
Figure 14 : Circuit de Mesure de Courant avec un transformateur
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 27
III.3 L’acquisition des données:
A l’aide du dispositif du mesure et après le premier traitement du courant
et tension pour les deviennent des grandeurs utilisable par le système, la partie
suivant est le traitement du ces signal a ’l’aide d’un processeur, pour cela on peut
utiliser un processeur qui a déjà des entrée analogique ou par l’utilisation d’un
convertisseur analogique numérique
extérieur qui peut communique avec le
processeur avec l’un des Protocol de communication série comme le I2C, RS232,
SPI ou UART.
III.3.1 Le convertisseur Analogique Numérique
Le choix du l’utilisation d’ADC est très important car tous les mesure va
être convertir en des valeurs numériques pour être traité, la précision et
l’étalonnage des valeurs mesurer et calculer va dépend fortement de l’ADC
utiliser, donc il faut choisie bien le type de convertisseur à base de ces
caractéristiques, l’un le plus important d’eux est la résolution.
La résolution d'un ADC est sa capacité à encoder une valeur à n'importe
quel point d'un signal analogique sur un nombre définie de bits,
Ex : ADC à 10 bits permet de coder un signal de 5v sur 1024 valeur qui
nous donne un pas de sensibilité égal à 5/1024 = 0.00488v
Pour cela l’utilisation d’un ADC à une grande résolution est préférée.
Ex : MCP3008 est un convertisseur 8 chaines de résolution de 10 bit
MCP3421 est un convertisseur 8 chaines de résolution de 18 bit qui
utilise le Protocol de communication I2C
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 28
Figure 15 : exemple de deux ADC
III.3.2 Tension et courant
Pour la tension et courant on doit mesurer la valeur efficace de chacune.
La valeur efficace d’un signal alternative quelconque est la racine du l’intégral
sur une période du signal au carrée
√∫
En applique alors cette équation sur les deux grandeurs tension et courant pour un
système numérique on obtient alors :
∑
√
∑
√
Avec : Ii et Vi sont les mesures instantanées de l’nième échantillon
n est le nombre des échantillons pour le même période
Alors on doit prend les mesures n fois par période, compter le nombre
d’échantillons, puis appliquer le formule pour chaque période
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 29
III.3.3 Le Facteur de puissance
Le facteur de puissance : ou
est par calcule l’angle entre la vectrice
tension et le vecteur courant, il permet d’identifier la nature du charge dans le
circuit, et par la suite la nature de la puissance consommée (active ou réactive)
Le facteur de puissance diffère d’un installation a un autre selon les
appareils connecté au circuit plus les appareil résistifs plus que le facteur de
puissance s’approche de 1 le puissance active augment et le puissance réactive
tant vers 0, et plus que le nombre des appareils inductif augmente, le facteur de
puissance tans vers 0 le puissance réactive augment et le puissance active
diminue.
Le calcul de facteur de puissance est une estimation d’après les valeurs
instantanées des valeurs mesurées ultérieurement de la tension et courant. Pour
cela on faire le calcul de puissances instantanées et la puissance apparente.
La puissance instantanée est égal a :
∫
∫
Alors on a :
∑
Avec : Ii et Vi sont les mesures instantanées de l’nième échantillon
N est le nombre des échantillons pour le même période
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 30
Le calcul de la puissance apparente se fait avec la multiplication des
valeurs efficace de courant et de la valeur efficace de la tension.
La dernière partie est la calcule du facteur de puissance en faire la
division de la puissance instantané par la puissance apparent.
III.3.3 Le Calcul de la consommation
La dernière partie pour le traitement des données est le calcul des
différentes consommations en puissance du circuit pour cela on calcule la
puissance active du circuit
, puissance apparent
Puis le calcul de la puissance accumulée en kWh.
Figure 16 : Organigramme de calcul des puissances
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 31
III.4Affichage de consommation
Le compteur doit afficher les données de consommation au client et pour
cela il doit disposer d’un écran qui va assurer l’affichage des différentes valeurs,
avec deux bouton poussoir, l’un est responsable sur le changement de valeur à
afficher sur l’écran, l’autre est responsable à éteindre au allumer l’écran du
compteur, donc on peut utiliser un écran Crystal LCD.
Figure 17 : Ecran LCD 16x2
L’écran LCD LM016 est un écran de type Crystal liquide qui permet
l’affichage d’un texte de 32 caractère décompose en deux lignes.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 32
Figure 18 : Branchement d’un ’écran LCD LM016
III.5 Gestion de coupure de l’alimentation :
L’une des fonctions du compteur d’électricité est de contrôler le March
arrêt de l’installation, et pour cela il faut inclus dans le système un dispositif qui
permet de gérer l’isolement du circuit interne du réseau électrique externe, et
aussi qui doit être commandé par le système et par le client manuellement.
Pour avoir ces fonctions il faut créer un système de deux interrupteur l’une
est commandée par le processeur du système électriquement et l’autre un
interrupteur commandée manuellement par le client, ces deux interrupteur doit
être superposé en série pour assurer que la connexion de l’installation électrique
au réseau ne doit se fait que par la volonté de deux partie le distributeur
d’électricité
et
le
client
lui-même,
alors
on
peut
utiliser
un
relais
électromagnétique commander par le système, et un disjoncteur pour isoler
l’installation manuellement.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 33
III.5.1 - Relais électromagnétique :
Figure 19 : Relais électromagnétique
Un relais électromagnétique est un interrupteur a deux partie électrique
et mécanique dont la manouvre est effectuée électriquement par un circuit de
commande ou circuit d’excitation contient une bobine qui l’ors de sa expiation
avec un courant i permet l’ouverture ou la fermeture d’un contact mécanique qui
par la suite commander le circuit principale.
Figure 20 : composition d’un relais électromagnétique
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 34
III.5.2 - Disjoncteur électrique :
Figure 21 : disjoncteur magnétothermique
Un disjoncteur est un interrupteur électromécanique qui sert à la
protection contre un surcharge, court-circuit dans une installation électrique ou
les deux au cas d’un disjoncteur magnétothermique, il est essentiellement
caractérisé par une valeur de tension max de fonctionnent et une valeur max de
courant supporté pour une température ambiant bien spécifié.
Figure 22 : symbole d’un disjoncteur magnétothermique
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 35
III.6 Communication et envoi des données :
Apres le traitement des données et le calcul des différentes puissances du
circuit maintenant on doit configurer la phase de transmission des données. Il y
a des différents outils qui permettent de l’envoi des données, avec CPL (courant
porteur en ligne), WIFI, GSM.
III.6.1 Le CPL (courant porteur en ligne)
Le courant porteur en ligne est un0e technologie qui permet la
superposition d’un signal haut fréquence et basse amplitude au signal 50Hz/230v
délivré par le distributeur d’électricité. S'appuyant sur les câbles électriques déjà
présents dans la plupart des habitations, le CPL permet la transmission des
données numérique sur le réseau d’électricité avec un débit théorique de
transfert des données de l'ordre de plusieurs centaines de mégabits par second.
Figure 23 : Modulation du signal d’électricité 50Hz avec un courant CPL
Pour les compteurs d’électricité communiquant. Chaque compteur envoie
ces donné a ’laide du CPL au concentrateur qui se trouve un pour chaque
Chartier, puis le concentrateur va envoyer les données des plusieurs maison au
distributeur principale pour le traité.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 36

Avantages et inconvénients du CPL
Comme tout système viable, les CPL présentent des avantages par rapport
aux technologies concurrentes, mais également des inconvénients. Parmi les
inconvénients, citons en premier lieu :
Dans le cas du haut débit, le problème est essentiellement lié à la
compatibilité électromagnétique et au respect des contraintes d’émission. Les
principaux avantages des CPL sont :
• utilisation du réseau électrique existant, ce qui implique une couverture
potentielle de la totalité du pays considéré ;
• déploiement rapide ;
• pas de câblage supplémentaire ;
• méthode de cryptage robuste.
Figure 24 : Exemple du réseau CPL pour les compteurs d’électricité
III.6.2 WIFI- GSM
Deux autre solution pour la transmission des données vers le distributeur
est l’envoie par internet, pour cela on doit utiliser un module de connexion. Cette
solution facilite la transmission des données de compteur elle aussi permet son
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 37
utilisation pour tous le compteur direct sans besoin d’un concentrateur et sans
l’implémentation des modeleurs CPL. Les diffèrent données du compteur tel les
différents puissances consommes, les différents valeurs des courant, tension et
l’identifiant sont envoyées dans des intervalles de temps plus détaillés.
La connexion au réseau peut se fait par la connexion a un point d’accès
WIFI. Ou la connexion à l’aide d’un module GSM qui permet la même méthode
de transfert des données
Figure 25 : Diagramme d’envoi des données par WIFI ou GSM
Comme pour tous les autres appareils IoT, le système de comptage
intelligent nécessite une connexion constante. Le manque de connexion signifie
une diminution du niveau de service convenu et, dans les régions avec une
topographie particulièrement difficile, comme les zone géographique avec des
montagnes la transmission devrait difficile avec les cartes SIM traditionnelles.
Une autre technologie utiliser c’est Sierra Wireless et Smart SIM pour une
solution de réseau étendu fiable et optimale.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 38

Les cartes SIM intelligent
Les cartes SIM intelligentes sont optimisées pour l'IoT, avec ses nombreuses
connexions, ainsi qu'avec les structures cellulaires existantes. C'est parce qu'ils
ne sont pas redevables à un réseau. Au lieu de cela, ils sont programmés pour
sélectionner automatiquement le meilleur disponible. Si un signal est faible, la
Smart SIM peut facilement passer à la suivante, assurant une communication
ininterrompue avec les systèmes dorsaux.
Pour cela chaque compteur est équipé d’une carte SIM intelligent qui permet
d'accéder à presque tous les opérateurs dans n'importe quel endroit, partout
dans le monde. En utilisant une technologie de pilotage de réseau intelligent
brevetée, les cartes SIM intelligentes peuvent se connecter dynamiquement au
réseau de porteuse idéal chaque fois qu'une défaillance du service de données est
détectée.
Il y a aussi un élément de choix: le profil électronique du Smart SIM peut
être défini en fonction des préférences du client. En d'autres termes, il peut faire
plus que simplement sélectionner le signal le plus fort - il peut être programmé
pour sélectionner le signal qui convient le mieux à vos compteurs.
Cela élimine les problèmes de pilotage et élimine les temps d'arrêt coûteux
qui surviennent lorsqu'un périphérique doit rechercher à plusieurs reprises une
connexion appropriée.
Figure 26 : Diagramme de
fonctionnement de la carte
SIM intelligent
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 39
Figure 27: Organigramme de Progamme Principale
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 40
III.7 Conclusion
Le compteur électrique est l’un des équipements le plus important dans un
réseau électrique c’est un dispositif qui mesure la quantité d'énergie électrique
consommée. Dans ce chapitre nous avons présenté l’étude et l’analyse d’un compteur
intelligent, son cahier de charge, les différentes parties qui le constitue et les
différentes fonctions qu’il doit réaliser.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 41
CHAPITRE IV :
REALISATION
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 42
IV.1 Introduction :
Ce chapitre constitue le dernier volet de ce rapport, il traite la phase de création
d’un prototype du compteur. Nous commençons tout d’abord par la description de
l’environnement de travail matériel et logiciel utilisé pour le développement, ensuite
nous donne un aperçu sur le travail réalisé.
IV.2 Environnement de développement
IV.2.1 Environnement matériel
 Processeur
Tout au long de la phase initial de ce projet, nous avons essayé d’utiliser une
nouveau carte de développement, la carte « CHIP » fabriquer par la société next
thing, et qui est une carte encours de développement, Après une étude sur la carte,
ces caractéristique et fonctionnalités nous finissons à conclure qu’elle a des
problème pour utiliser au sein de notre projet, c’est son convertisseur interne qui a
un résolution de 6 bit et pour notre projet on a fortement préférable d’utiliser un
convertisseur de haut résolution possible, on a suggéré d’utiliser comme on a cité
dans l’étudeun convertisseur externe avec communication série, qui est le
convertisseur mcp3008 qui utiliser le Protocol spi, un autre problème apparait pour
cette carte qui est la difficulté d’utiliser ce Protocol de communication entre la carte
et le convertisseur.
Tous d’abord La carte chip est un mini-ordinateur très intéressant qui intègre un
processeur de type cortex a8 de fréquence 1Ghz avec un GPU mali400 qui permet de
l’utiliser avec un écran, câblé avec son adaptateur RCA, un mémoire interne de
4Gb,port de communication spi,i2c et rs232,et un port d’entrée analogique muni
d’un convertisseur a 6 bit, elle a aussi un i2c GPIO expander qui permet d’utiliser
une série de pin GPIO comme des entrée sorties numérique, la carte a aussi un
module de connexion wifi et Bluetooth.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 43
Figure 28 : Carte CHIP
Apres la carte chip on essayer d’utiliser une autre carte pour créer le model
du compteur, c’est la carte Arduino, c’est une plateforme (open source) électronique
muni d’un environnement de programmation informatique, qui a des capacités
étendu et des variétés des capteurs fabriquer pour l’utiliser avec, tous cela pour
permet de créer des prototypes et systèmes mieux performant.
Figure 29 : Carte Arduino UNO
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 44
La carte Arduino utiliser pour ce projet est de type Arduino UNO, la carte a 6
pins entrée/sortie analogique, 11 pin entrée sortie numérique dont 6 pins sont des
sorties PWM. Controller par un microprocesseur de type ATmega328Pde fréquence
16 Mhz, et un mémoire de program de 32 kb.
Pour La partie mesure, on a utilisé :
-
Un transformateur de type SB41-120 d’entrée 230V/50Hz et de 9v 800mA
sortie
-
Capteur ACS712-A20 de valeur maximal du courant d’entrée -20/20A
-
Deux circuits de traitement de tension et courant à base des composants
passifs
 Connexions et envoi des données
La carte Arduino ne dispose pas d’un module interne de connexion wifi donc on a
utilisé un Module externe WIFI ESP2866-1b, qui communique avec la carte a l’aide
du Protocol RS232.
Figure 30 : Module WIFI ESP8266-1
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 45
Pin de communication
Vers Arduino RX, TX
CH_PD : pin d’activation
RESET : pin de reset
Pin de communication
Vers Arduino RX, TX
Figure 31 : Câblage du module WIFI avec carte Arduino
IV.2.1 Environnement logiciel et simulation
Avons de passer au partie pratique on a utilisé le programme proteus Isis
professionnel et la plateforme informatique de programmation de l’Arduino pour
créer un circuit de simulation et pour tester et manipuler le programme avons de le
transfert vers le matériel.
Figure 32 : logiciel de simulation
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 46

Mesure
Dans un circuit réel d’une installation électrique le déphasage courant
tension est créé par les différents composants installés, dans la simulation et pour
simuler le déphasage on a utilisé deux sources d’alimentation avec le même
caractéristique 220v/50Hz mais pour le circuit de capteur de courant on a modifié le
« time Delay », qui est le délai créé entre ce signal et l’axe du temps à t=0 de
simulation, ex : pour créer un déphasage de on fixe le time Delay sur 0.0025.
Figure 33 : circuit de mesure
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 47
Figure 34 : simulation de déphasage

Affichage
Figure 35 : circuit de cablage ecran LCD
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 48
CONCLUSION GENERALE
Dans ce travail, nous avons réalisé une étude sur les différents types des
compteurs d’énergie électrique utilisée dans le monde. Grâce à une étude
bibliographique, nous avons présenté un bref aperçu sur les différentes
technologies utilisées dans le comptage de l’électricité, et parmi elles, nous avons
choisi le type numérique de comptage et le compteur intelligent spécifiquement
pour l’étudier. Selon les besoins, nous avons établi un cahier des charges dans
lequel nous avons précisé les spécificités du compteur intelligent et les différents
organes qui le constituent.
En partant de ce cahier de charge, nous avons dimensionné des différents
organes et choisi les composants adéquats pour le bon fonctionnement du
compteur.
Faute de moyens pratiques et de temps pour cette PFE, nous n’avons pas pu
achever totalement la partie expérimentale du projet.
Comme perspective, il serait intéressant d’achever la réalisation pratique on
l’exploitant cette étude, le dimensionnement et la simulation seront plus efficace
en vue de la future commercialisation du dispositif.
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 49
BIBLIOGRAPHIE
[1] https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/developpement-durablecompteur-intelligent-6952/
[2]
https://www.happ-e.fr/actualites-electricite/univers-electricite/evolution-usages-
electricite
[3]
https://www.futura-sciences.com/maison/definitions/maison-compteur-electricite-
10598/
[4]
https://www.60millions-mag.com/2017/12/11/linky-des-cas-d-incendies-qui-
inquietent-11492
[5]
L.HASNAOUI,S.GABBADI « Etude des compteurs d’énergie électrique » rapport PFE,
UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES, 2017
[6]
P.P. Machado Jr , T. P. Abud , Power factor metering system using Arduino , Electric and
Telecommunications Engineering Master Program – PPGEET, brazil
[7]
E. Aravind, G. Karthick, S. Harithaa, B. RamyaSundaram et Shriram K. Vasudevan,
Improvised Energy Meter Supporting Wireless Data Transfer, Research Journal of Applied Sciences,
Engineering and Technology, 2014
[8]
Mrs, N.Saranya, Mrs, V. Shanmugapriya , “WIRELESS SMART ENERGY METER” , Periyar
University, Salem, Tamilnadu, India
[9]
http://www.schema-electrique.be/francais/compteur.html
Etude d’un compteur de consommation d’électricité intelligent
Page 50
Download
Random flashcards
Arab people

15 Cards

Radiobiology

39 Cards

Radioactivity

30 Cards

Nomads

17 Cards

Create flashcards