Idées en vrac : domotique

Sujet de ce billet : Comment gérer et anticiper les ressources d’une maison autarcique avec l’aide de l’Informatique ?

Les maisons intelligentes sont un concept totalement marketing, appelé « smarthome ». Rien n’est intelligent en Informatique. Par contre, nous pouvons avoir des programmes (Informatique) qui nous aident à gérer notre maison. La maison est autarcique, donc indépendante de toutes énergies, mais des programmes peuvent ou doivent nous aider à gérer ces énergies. Pas question ici d’un réfrigérateur qui parle…

Exemple complet

Il y a beaucoup d’idées, donc un exemple pour démarrer peut être utile.

La voiture électrique est chargée. Du monde est attendu à la maison dans la soirée, plusieurs téléphones seront branchés, le lave-vaisselle va probablement tourner. Le lendemain sont prévus des déplacements pour plusieurs membres de la famille, du matin pour le travail à tard le soir pour des activités sportives ou sociales. Une autre soirée est prévue car de la famille en visite loge à la maison, et ce sera le weekend.

Voici les questions que nous pouvons nous poser et que les programmes devront y répondre :

  • Aurons-nous assez d’électricité pour alimenter tous les besoins de la maison le soir ?
  • Ainsi que pour charger la voiture complètement la nuit ?
  • Et encore assez d’énergie pour le weekend ?
  • Pourrons-nous en plus faire des lessives (besoin en électricité et en eau) ?
  • Aurons-nous assez d’eau pour toute la famille en visite ?
  • Si le temps est mauvais, il est probable que tout le monde reste à la maison, la ventilation va être plus sollicitée, avec tout ce que ça implique.

Mesurer et se souvenir

Des capteurs pour l’électricité, l’air, la température, l’eau, la météo permettent de mesurer l’état de la maison à un instant t.

Tous ces capteurs vont générer des données qui seront stockées pour calculer des prévisions à court et long terme. Court terme comme une soirée ou un weekend, long terme comme une saison (type hiver).

Il y a un travail important à formaliser un modèle sur comment vit la maison. Des modèles d’apprentissages sont nécessaires pour pouvoir calculer des prévisions, et y réagir (délestage —mettre hors-tension certains appareils —, en émettant des notifications etc.).

Vie privée

Tout d’abord, nous parlons d’une maison. C’est le cœur de notre vie privée. Toutes les solutions apportées doivent fonctionner localement. Aucun service tiers ne devra être utilisé, comme par exemple commander la maison avec la parole ne doit pas envoyer notre voix sur un service en ligne, comme Google Cloud Speech API ou Wit. Si des calendriers ou des contacts sont nécessaires à la maison, ils doivent être héberger sur une machine stockée dans la maison et sécurisée bien entendu. Je ne détaille pas tout, mais vous l’aurez compris : c’est notre/votre maison, c’est notre/votre vie privée.

Météo

Une maison autarcique dépend de la météo. Il est important d’avoir une station météo locale, en plus d’avoir des données sur des prévisions météorologiques.

Construire sa propre station météo n’est pas compliquée. On peut s’aider d’un Raspberry Pi Zero W (très basse consommation avec 1.25Wh) couplé à un capteur solaire, et de plusieurs capteurs pour la pluviométrie, humidité, vitesse et sens du vent etc.

Pour connaître les prévisions métérologiques, il existe le site Open Weather Map qui est excellent, avec une API HTTP très simple.

Connaître le passé pour anticiper le futur

Sans l’histoire, nous recommencerions les même bêtises encore et encore. L’histoire nous apporte beaucoup de données pour éviter de faire des erreurs à l’avenir. C’est pareil ici.

Toutes les données météorologiques seront stockées et réutilisées à plusieurs endroits dans la maison (voir ci-dessous).

Électricité

Il est important de connaître la production courante, journalière, hebdomadaire, mensuelle et annuelle de la maison, c’est à dire connaître le foisonnement de la maison. Nous pouvons stocker toutes ces données —encore une fois— pour anticiper le futur.

Il est aussi important de connaître où va l’électricité : quels sont les objets sous tension qui consomment actuellement. L’historique de chaque prise de la maison peut être intéresssant. Chaque prise peut avoir deux statuts :

  1. prise libre, signifie que l’on peut brancher n’importe quel objet ;
  2. prise réservée, signifie qu’il y a un objet branché de manière permanente, comme un réfrigérateur, machine à laver, lave-vaisselle…

Délestage automatique

Les appareils sous tension mais en « stand-by » sont nombreux : micro-onde, lave-vaisselle, machine à laver, des chargeurs de téléphones non utilisés etc. Il doit sûrement exister un moyen accessible de mettre hors-tension ces prises, comme avec un interrupteur derrière la prise. L’idée est de faire du délestage automatique.

Un système d’horloge ou une commande vocale pourrait permettre de remettre ces prises sous tension. Par exemple, le micro-onde peut être mis hors-tension entre 23h et 6h sans problème. Pareil pour le réfrigérateur : avec une bonne classe énergétique (A+ par exemple), il est possible de tenir plus de 6h sans perdre un degré à l’intérieur. Par conséquent, il est possible de mettre hors-tension le réfrigérateur entre 23h et 6h.

Eau

La quantité d’eau stockée doit être enregistrée. Un parallèle avec la météo est très important. Connaître la quantité d’eau utilisée en fonction du nombre de personnes dans la maison, les horaires, les vacances, les fêtes (ça implique plus de personnes) etc. est très important. Connaître aussi la qualité de l’eau.

Un système d’apprentissage de la consommation d’eau est nécessaire pour pouvoir faire des prévisions correctes.

Comme pour l’électricité, il est important de savoir où l’eau s’écoule : quel volume est utilisé par quel appareil, quel volume est récupéré etc. Mais aussi : croiser les données de l’eau avec les données sur l’électricité ou la température pour connaître et anticiper la capacité à produire de l’eau chaude.

Ventilation

La ventilation est nécessaire pour avoir un air bon pour la santé à l’intérieur dans la maison. Autrement dit, très concrètement, éviter l’accumulation de CO2. Il est possible de placer plusieurs capteurs de CO2 dans la maison qui vont agir comme des sondes. Ces sondes vont envoyer toutes leurs données à la ventilation qui va agir en fonction. Pas besoin de connaître le nombre de personnes dans la maison, la réelle donnée importante est la quantité de CO2.

Où placer ces capteurs ? Comment les tester régulièrement ? Quelle inertie a la ventilation, i.e. combien de temps faut-il pour renouveler l’air dans la maison ? Des questions qui restent encore ouvertes. L’inertie est importante s’il faut par exemple 6h pour renouveller l’air mais la nuit tombe, la température extérieure va chutter et cela aura un impact sur la température de l’air entrant.

Température et chauffage

Dans une maison autarcique, pas besoin de chauffage, sauf un chauffage d’appoint si l’hiver est joueur.

Néanmoins, mesurer la température tout au long de la journée et enregistrer toutes ces données sont importants. Nous pouvons les coupler avec les données météorologiques pour anticiper des froids à venir, contrôler le stock de bois/pellet, d’eau chaude etc.

Transport

Connaître les déplacements des membres de la famille est important pour anticiper l’énergie nécessaire à fournir à la voiture. Les calendriers vont ici jouer un rôle important : connaître le lieux de chaque événement de la semaine, déduire les trajets, et anticiper la capacité de la voiture. OpenStreetMap et MapZen (ou MapBox) seront des alliés précieux.

Jardin

Des capteurs dans le sol pour savoir s’il faut arroser automatiquement le jardin ou pas ? Il faut coupler ces données avec la météo (s’il pleut dans 1h ou demain, pas besoin d’arroser), et les réserves d’eau : avons-nous assez d’eau pour se permettre d’arroser le jardin ?

Commandes vocales

Commander la maison avec la voix serait un plus très appréciable. Les solutions que j’étudie en ce moment sont DeepSpeech et Kaldi pour traduire la voix en texte. Ensuite il faudra mettre en place un système de reconnaissance de commande, mais ça n’est pas le plus compliqué.

N’oublions pas que les données sont privées. Tous les calculs doivent être faits localement, sur une machine non-gourmande en électricité.

Extras

Je n’ai pas parlé des différentes alarmes (incendies, innondations…), ou encore de l’ouverture automatique de la porte si des personnes sont attendues à la maison (reconnaissance faciale, lecture du calendrier, correspondance), contrôler la lumière par la parole ou avec un téléphone, des tableaux de bords pour consulter toutes les données (et pourquoi pas dans un miroir)… Bref, nous avons des dizaines d’idées en tête !

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