Brevet FR2912033A1 — publié le 20080808

L'invention concerne un dispositif d'arrosage automatique de jardins au jet reproduisant l'arrosage préalablement effectué manuellement. Le but de cette invention est de s'affranchir des problèmes rencontrés par les utilisateurs des dispositifs disponibles couramment sur le marché, et de réaliser une économie d'eau substantielle. Les dispositifs d'arrosages mis actuellement sur le marché sont rombreux et de types très divers. Pour ne citer que quelques types d'arrosages, la liste n'étant pas exhaustive : >Arrosage par irrigation - Arrosage goutte-à-goutte >Arrosage par tubes perforés ou poreux - Arrosage au jet. C'est dans cette catégorie que se classe l'invention. C'est le procédé le plus rapide et le plus souple à mettre en couvre, ne nécessitant pas d'infrastructure (tuyaux enterrés, tranchées . . . etc. Dans le domaine de l'arrosage de jardins au jet, plusieurs dispositifs sont couramment proposés sur le marché : - Arroseurs rotatifs horizontaux (tourniquets) > Arroseurs rotatifs à secteur angulaire réglable à balayage horizontal > Arroseurs rotatifs à secteur angulaire réglable à balayage vertical Bien que ces dispositifs soient bien adaptés pour l'arrosage de pelouses, par exemple, ils ne conviennent pas pour l'arrosage d'un jardin recevant les plantations les plus diverses demandant des arrosages très différents. Parmi tous ces dispositifs connus, un défaut commun : on n'arrose jamais comme on le souhaite. Certaines zones ou certaines plantes sont trop arrosées, voire inondées d'autres pas assez ou pas du tout, il est difficile de régler le dispositif pour arroser en bordure de plates-bandes sans arroser les allées ! , donc on n'arrive jamais, ni en qualité, ni en quantité à l'arrosage souhaité. D'où un défaut majeur: une mauvaise utilisation de l'eau, voire un gaspillage important. Objet de l'invention Obtenir un dispositif qui s'affranchisse de ces problèmes : la solution : un dispositif qui reproduit exactement l'arrosage manuel préalablement effectué. En effet celui qui arrose au jet, sait ce qu'il veut arroser (arrosage sélectif), la quantité d'eau à apporter à chaque plante, (fleurs, arbustes, légumes ou semis),et sait bien sûr comment il faut régler la finesse du jet. Principe de l'invention Généralités : Une lance dont le jet peut être réglé, est positionnée sur un trépied correctement ancré au sol, laquelle lance est mobile en azimut (rotation horizontale) et en site (déplacement vertical). Trois capteurs, d'azimut, de site, et de réglage de la finesse du jet fournissent en permanence à un micro contrôleur, interfacé à une mémoire, les informations de position en azimut, en site, et du réglage de la finesse du jet. Trois moto réducteurs permettent d'actionner la lance, et connectés au micro contrôleur par l'intermédiaire d'amplificateurs de puissance, assurent l'asservissement en azimut en site et en réglage de la finesse du jet. Dans une première phase, l'utilisateur arrose à sa convenance. Les positions successives en azimut, en site, et en réglage de la finesse du jet sont enregistrées. Ensuite le dispositif est mis en attente, et c'est à la mise en pression de l'eau d'alimentation qu'il se 'réveillera', et reproduira fidèlement en positions et dans le temps le cycle d'arrosage préalablement enregistré. Selon une première réalisation préférée mise en oeuvre et décrite dans ce document, les capteurs sont de type analogique (potentiomètres), les moto réducteurs sont équipés de moteurs à courant continu, et les interfaces capteurs/microcontrôleur sont des générateurs de temps variables en fonction des positions en azimut, en site, et en réglage de la finesse du jet. Ce choix a été préféré pour une raison de simplicité, une grande précision n'étant pas indispensable, mais d'autres réalisations peuvent être envisagées en mettant en oeuvre des technologies purement numériques, et en particulier : codeurs numériques pour les positions, moteurs pas à pas en remplacement des moto réducteurs à courant continu. De même des réalisations d'arrosages à caractère professionnel peuvent être envisagées avec des motorisations puissantes pour travailler sous des pressions d'eau élevées ou des micro systèmes pour l'arrosage de semis ou de plantes fragiles sous de faibles pressions de jet. De même la rotation en azimut peut être remplacée par un mouvement linéaire ce translation nécessitant une infrastructure n'existant pas dans le dispositif préféré, mais permettant une couverture d'arrosage plus importante. Pour toutes ces variantes le principe de l'invention reste le même : une phase d'enregistrement pendant laquelle l'utilisateur arrose à sa convenance, et une phase d'arrosage automatique pendant laquelle l'arrosage est reproduit automatiquement à l'identique. 1' phase : l'enregistrement, ou initiation du dispositif. L'utilisateur positionne le dispositif en 'enregistrement'. C'est une commande mécanique et électrique (18). Dans cette phase, la lance est libre suivant les deux axes, le support des moto réducteurs (17) étant articulé autour de l'axe de pivotement(19). La roue dentée(6) qui transmet la rotation en azimut est désolidarisée de la roue dentée(7), et la roue dentée(14) qui assure le déplacement en site est éloignée de la crémaillère(15), les moto réducteurs(4 ,11 et 50) ne sont pas alimentés. Par contre, le réglage de la finesse du jet ne pourra être fait qu'en tirant vers soi la poignée de commande (25), ce qui désengrène les roues dentées (44) et(45). A l'ouverture de la vanne (26) positionnée sur le trépied, le manocontact (27) met sous tension les cartes électroniques (28), et l'utilisateur commence à arroser à sa convenance en manoeuvrant la poignée (25) dans une aire autorisée par la portée du jet. Le réglage de la finesse de ce jet pourra à tout moment être réalisé en tirant et tournant la poignée de commande (25). Dés la mise en pression, le dispositif équipé des capteurs d'azimut (9), de site (20) et de réglage de la finesse du jet (43), qui sont des capteurs de position, d'un micro contrôleur et de mémoires enregistrera les situations successives en azimut, en site, et en réglage de la finesse du jet. Le temps alloué à cette phase d'initiation dépend de la taille de la mémoire du dispositif (de 15 minutes à 1 heure). Un bip sonore annonce à l'utilisateur le départ, les passages au quart (1 bip), à la moitié (2 bips), au trois quart (3 bips), du temps alloué à l'enregistrement. La fin du processus est signalée par un signal sonore pulsé. Un autre type de bip sonore (plus court) avertit l'utilisateur de déplacements trop rapides en azimut ou en site, car des déplacements trop brusques seraient mal reproduits en mode `reproduction', sans toutefois perturber le cycle d'enregistrement. A la fin de cette phase, l'utilisateur coupe la vanne (26) positionnée sur le trépied, Le jet est arrêté et l'électronique est mise hors tension (aucune consommation de courant). L'arrêt peut être demandé à tout moment par l'utilisateur par la fermeture de la vanne (26). La commande reprise (30) est validée par un commutateur électrique placé sur le dispositif. Ceci permet à l'utilisateur de reprendre l'enregistrement au point d'arrêt, tout en conservant l'enregistrement qui vient d'être effectué, mais ultérieurement. Cette option est donc utile si l'utilisateur pour une raison quelconque devait interrompre la phase d'enregistrement. Notons toutefois que le passage de la phase d'enregistrement à la phase c.e reproduction fige le cycle complet enregistré 2' phase : Le dispositif est positionné en `reproduction' (c'est une commande mécanique et électrique (18)), la lance n'est plus libre ni en azimut ni en site, les roues dentées (6 et 7) qui transmettent le déplacement en azimut sont engrenées, et la roue dentée (14) qui assure le déplacement en site est engagée dans la crémaillère (15) ; la vanne (26) étant en position ouverte, le dispositif est en attente d'un arrosage automatique. Une alarme continue avertit l'utilisateur s'il a oublié d'ouvrir la vanne (26) en mode reproduction. Le dispositif, tel qu'il est décrit, est dépendant d'un programmateur d'arrosage de type quelconque : programmateur commandant une pompe, ou programmateur branché sur le circuit d'eau (certain de ces programmateurs peuvent recevoir une sonde d'humidité qui autorise ou inhibe l'arrosage), et il ne se `réveillera' qu'à l'arrivée de l'eau. A la mise en pression de l'eau, le manocontact (27) met automatiquement sous tension le système électronique, qui lis séquentiellement, et à la même cadence, les valeurs stockées lors de l'enregistrement, et les compare aux valeurs fournies par les capteurs des positions d'azimut de site et de réglage de la finesse du jet. Le micro contrôleur pilote alors simultanément les trois motorisations, soit : en azimut le moto réducteur(4), les roues dentées(6 et 7), en site le moto réducteur(11), la vis sans fin(13) la roue dentée(14), et la crémaillère(15),et pour le réglage de la finesse cu jet le moto réducteur (50), les roues dentées(45), (44), (41) et (40), et assure ainsi les asservissements de telle manière que les positions en azimut, en site et en réglage de la finesse du jet soient reproduites fidèlement en valeurs et dans le temps. Si le temps de mise en pression de l'eau est supérieur au temps qu'a duré l'enregistrement, la lecture des positions en azimut, en site, ou en réglage de la finesse du jet, reprendra en début d'acquisition. Si par contre le temps de mise en pression de l'eau est inférieur au temps qu'a duré l'enregistrement, la lecture des positions en azimut, en site, ou en réglage de la finesse du jet reprendra à ce point d'arrêt lors de la prochaine mise en pression. Ceci assure un arrosage conforme à l'enregistrement, mais étalé dans le temps. Il est important de noter : que bien sûr, le trépied ne doit pas 15 être déplacé entre la phase `enregistrement' et la phase `reproduction' et qu'il doit être solidement positionné. Description de la partie mécanique voir PL 1/2 20 L'ensemble est contenu dans un boîtier cylindrique (1) étanche au ruissellement monté sur un robuste trépied (12). L'arrivée d'eau est contrôlée par une vanne (26) monté sur le trépied. L'eau passe successivement par le tuyau d'arrivé(31),la vanne(26), le manocontact(27), le tube souple(2), le raccord tournant(3),le tube 25 rigide(10), le tube souple(23) et la lance(24). Le tube rigide (10) constitue l'axe central du dispositif. Cet axe est solidaire en azimut de la lance (24) et de la poignée de commande (25). Le tube souple (23), permet les déplacements en site ou élévation de la lance (24). La rotation en azimut est 30 assurée dans la phase de reproduction par le moto réducteur d'azimut (4), la roue dentée (6) qui engrène sur la roue dentée(7) solidaire du tube(10). En position enregistrement , les roues dentées (6) et (7) sont désolidarisées grâce à la plaque pivotante (17). La commande (18) est en position tirée pendant la phase d'enregistrement et en position poussé pendant la phase reproduction . Cette commande (18) actionne également un commutateur (5) qui fournit l'information au microcontrôleur. Le déplacement en site de la lance, pendant la phase de reproduction est actionné par le moto réducteur de site (11), la vis sans fin (13) qui entraîne la roue dentée (14) dont l'axe est solidaire de la plaque pivotante (17). Cette roue dentée (14) fait déplacer verticalement la crémaillère (15), elle-même solidaire du tube coulissant (16) sur le tube d'arrivée d'eau (10). Le curseur d'un potentiomètre à déplacement rectiligne (20) est solidaire du tube coulissant, qui, par l'intermédiaire d'une bague tournante(21) et d'une biellette(22) assure le déplacement en site de la lance(24). Le réglage de la finesse du jet de la lance est assuré par le moto réducteur(50) via les roues dentées(45)et(44), l'axe(42),les roues dentées(41) et(40), laquelle est solidaire de la lance. Pendant la phase d'enregistrement une traction de la poignée de commande (25) par l'intermédiaire du fourreau (47) coulissant uniquement axialement sur l'axe (42), et du cône(52), désolidarisera le moto réducteur(50),fixé sur le support(57) articulé sur l'axe(48). La rotation de la poignée (25) permettra le réglage de la finesse du jet. Un ressort de rappel (46) assure l'engrènement des roues dentées (44) et(45) en permanence et permet l'entraînement par le moto réducteur(50 si la poignée(25) n'est pas tirée. Pendant la phase d'enregistrement, la direction du jet en azimut et en site est définie par l'utilisateur par l'intermédiaire de la poignée de commande (25), et le réglage de la finesse du jet par la traction et la rotation de cette poignée (25). Pendant cette phase d'enregistrement, les roues dentées (6) et (7) sont séparées, ainsi que la roue (14) et la crémaillère (15). Les moteurs ne sont pas alimentés électriquement, par contre, les potentiomètres indiquant les positions azimut et site sont entraînés. Description de la partie électronique voir PL 2/2 et PL 1/2 Le dispositif est organisé autour d'un micro contrôleur dont les principales caractéristiques minima sont: - Microcontrôleur 8 bits à jeu réduit d'instruction > Mémoire flash ROM de 1kO pour le programme (minimum) -Mémoire RAM de 64 octets (minimum) - Entrées/sorties:17 T.O.R.s (Tout Ou Rien) (minimum) > Possibilité d'interfacer une mémoire flash à accès série - Horloge de 4 MHz (minimum) - Alimentation en basse tension et faible consommation Acquisition: les 3 capteurs (potentiomètres), d'azimut(9), de site(20) et de réglage de jet(43) sont connectés à 3 monostables de précision qui génèrent un temps proportionnel à la résistance, donc à la position. Chaque entrée utilise donc un T.O.R. du micro contrôleur Mémoire: une mémoire non volatil à accès série est connectée à 2 T.O.R.s du micro contrôleur. Cette mémoire de capacité maximum de 256 K bits, soit 32 K octets a plusieurs fonctions: -Mémorisation séquentielle des positions en azimut, site, et réglage de la finesse du jet en mode enregistrement. >Restitution séquentielle des positions en azimut, site, et réglage de la finesse du jet en mode reproduction. - Mémorisation lors de l'arrêt de l'adresse de reprise de reproduction ou d'enregistrement. - Restitution au démarrage de l'adresse de reprise. Horloges: >L'horloge de cadencement d'une fréquence de l'ordre de 40 Hz envoie en permanence des impulsions de déclenchement aux trois générateurs de temps (monostables). - L'horloge de comptage d'une fréquence de l'ordre de 10 KHz est connectée à un T.O.R. du micro contrôleur. Sa période est l'unité de comptage des temps des trois créneaux générés par les trois générateurs de temps (monostables). Circuiterie de commande: elle assure les fonctions suivantes: >Gestion du manocontact (27) pour la mise sous tension du dispositif. >Gestion de l'arrêt à la retombée du manocontact (27). - Déclenchement de l'alarme si la vanne est ouverte en position reproduction . >Gestion du commutateur enregistrement/reproduction (18). Alimentation: C'est une batterie 12 Volts 0,5 Ah minimum, extérieure au dispositif, rechargée par panneau solaire. Ce peut être aussi une alimentation secteur traditionnelle. Un régulateur 5 Volts alimente tout le dispositif, hormis les amplis de puissance qui sont alimentés par un deuxième régulateur, ceci pour éviter toute perturbation des circuits sensibles par les appels de courant des moteurs. L'entrée 12 Volts est protégée en surcharge et en inversion de polarité. A la mise en pression, la circuiterie de commande alimente pendant une fraction de seconde tout le dispositif. Un T.O.R. du micro contrôleur utilisé en sortie et excitant un relais assure la fonction d'auto alimentation. Ce relais contrôlant le 12 Volts d'entrée permet donc une consommation nulle en période de veille du dispositif et une coupure `propre' de l'alimentation, commandée par le micro contrôleur pour assurer la sauvegarde de l'adresse de reprise. -Amplificateurs de puissance: chaque amplificateur de puissance est connecté respectivement à deux T.O.R.s du micro contrôleur. Si les deux entrées d'un amplificateur de puissance sont à `zéro' (OV) le moteur n'est pas alimenté. Si une entrée est mise à `un' (+5V), le moteur tourne dans un sens et réciproquement. Si les deux entrées passent à `un', le moteur ne tourne pas et la consommation de l'amplificateur reste faible. Cette particularité est exploitée pour accroître les possibilités de sorties du micro contrôleur, et en particulier l'excitation du buzzer lors de la phase d'enregistrement, alors que les moteurs de sont pas sollicités. L'asservissement étant de type proportionnel (voir descriptif du logiciel), et le comptage s'effectuant sur un octet, le micro contrôleur transmet aux amplificateurs des créneaux de largeur variant de 0,1 à 25 m secondes. Les moteurs n'étant pas sensibles à des créneaux inférieurs à quelques milli secondes, les amplificateurs de puissance générerons ce créneau minimum pour s'affranchir de la zone morte des moteurs. Analyse du logiciel A la mise sous tension, les tâches suivantes sont exécutées: -Initialisation des ports d'E/S du micro contrôleur >Mise à 1 du T.O.R. d'excitation du relais d'auto alimentation. >Lecture du T.O.R. d'enregistrement/reproduction, et aiguillage vers 2 programmes distincts (ces 2 programmes font toutefois appel à des sous programmes communs. Programme d'enregistrement- execution des tâches suivantes: - Lecture de l'adresse de départ (dépendant de l'enregistrement précédent) --Si l'arrêt précédent était, lors d'un enregistrement, sans "reprise", l'enregistrement redémarrera en début de mémoire -Si l'arrêt précédent était, lors d'un enregistrement, avec "reprise", l'enregistrement reprendra à la dernière adresse mémoire. > Début d'enregistrement par détection du passage à 1 du signal du générateur de temps du capteur d'azimut pris en référence (tous les générateurs de temps montent à 1 simultanément). > Comptage des trois durées des signaux des générateurs, avec pour unité de comptage la période de l'horloge de comptage. - Comptage du nombre de cycles d'acquisition de ces trois variables. - contrôle permanent de la vitesse de déplacements en azimut, site et réglage de la finesse du jet, et émission de BIPs brefs si ces vitesses dépassent les consignes prédéfinies. (cette fonction n'est pas indispensable, mais utile pour guider l'utilisateur). > Tous les N cycles, soit environ toutes les 250 mS si l'horloge de cadencement est ajustée à 40 Hz et N = 10, enregistrement des trois paramètres dans la mémoire avec incrémentation de l'adresse. - Comparaison avant chaque mémorisation de l'adresse mémoire courante, et des adresses prédéfinies correspondant au '4, , et maximum de la capacité mémoire. -au '4 de la capacité mémoire, émission d'un BIP long - à la moitié de la capacité mémoire, émission de 2 BIPs longs - au 34 de la capacité mémoire, émission de trois BIPs longs -A saturation de la mémoire émissions de BIPs courts répétés pour demander à l'utilisateur de couper la vanne d'arrivée d'eau. >Surveillance permanente du T.O.R. correspondant à la demande d'arrêt. -S'il y a demande d'arrêt, lecture du T.O.R. correspondant à la demande de reprise . - - Enregistrement de l'adresse de début d'écriture -Enregistrement de l'adresse de fin d'enregistrement - Remise à zéro du T.O.R. d'excitation du relais d'auto alimentation donc coupure totale de l'alimentation. Programme de reproduction- exécution des tâches suivantes: - Lecture de l'adresse de départ - Lecture de l'adresse de fin d'enregistrement -Lecture séquentielle des valeurs enregistrées des positions 10 d'azimut, de site et de réglage de jet, à la même cadence qu'a l'enregistrement (l'horloge de cadencement est la même, et lecture séquentielle des valeurs toutes les N périodes). - Comparaison après chaque série de lectures des valeurs enregistrées, de l'adresse courante et de l'adresse de fin 15 d'enregistrement, avec re-bouclage en début de mémoire si cette valeur est atteinte. - Commande des moteurs -Détection du passage à 1 du T.O.R. du signal du temps d'azimut(pris en référence). 20 -Décrémentation à la fréquence de l'horloge de comptage, des valeurs enregistrées correspondant aux positions (azimut, site, jet), et génération de créneaux de commande (sur les 6 T.O.R.s d'attaque des amplis de puissance), proportionnels aux écarts entre les valeurs courantes et les valeurs 25 enregistrées. Il y a donc pour chaque moteur un signal de commande à chaque période de l'horloge de cadencement sauf lorsque les positions enregistrées et les positions courantes sont les mêmes. -Surveillance permanente du T.O.R. correspondant à la demande 30 d'arrêt. -Si demande d'arrêt: mémorisation de l'adresse courante pour la reprise de lecture5 - -Remise à zéro du T.O.R. d'excitation du relais d'auto alimentation donc coupure totale de l'alimentation. Variante du dispositif Les asservissements en azimut et en site sont bien sur indispensables, par contre le réglage asservi de la finesse du jet peut être exclu,et l'utilisateur peut se contenter pour bien des applications d'un jet fixe préréglé à sa convenance. Dans cette configuration la poignée (25) est solidaire de la lance (24) et les items 40 à 57 de la planche 1/2 n'existent pas. Ceci représente une simplification importante du dispositif, et un coût de revient plus bas. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'arrosage automatique de jardin au jet caractérisé en ce que l'arrosage automatique reproduit à 5 l'identique l'arrosage préalablement effectué manuellement. 2- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une arrivée d'eau(31), un manocontact(27), une lance(24) montée sur un trépied(12), des 10 capteurs de mesure des positions en azimut(9) et en site(20) de cette lance, ainsi qu'un capteur de mesure du réglage de la finesse du jet(43), un microcontrôleur(28) associé à une mémoire non volatil, des horloges, des moto réducteurs(4,11 et 50) assurant les déplacements et le réglage de la finesse du jet de 15 cette lance, et d'une alimentation constituée par une batterie, des régulateurs et d'un panneau solaire. 3- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite lance (24) est solidaire du trépied 20 (12), mais articulée, qu'elle est libre pendant la phase d'arrosage manuel correspondant à la phase d'enregistrement, et qu'elle est actionnée par les moto réducteurs(4,11 et 50) pendant la phase de reproduction d'un cycle d'arrosage préalablement enregistré. 25 4- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'activation du microcontrôleur et de l'électronique associée autant en mode enregistrement qu'en mode reproduction est assurée par un manocontact (27) qui détecte la 30 mise en pression de l'arrivée d'eau. 5- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif est géré par unmicrocontrôleur associé à une mémoire, lequel microcontrôleur assure l'acquisition des positions successives de la lance en azimut, en site, et en réglage de la finesse du jet, la mémorisation des valeurs correspondantes, et la commande des moto réducteurs(4,11,50) assurant les déplacements de la lance, l'horloge de cadencement permettant une parfaite reproduction dans le temps du cycle d'arrosage préalablement enregistré. 6- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 3 caractérisé en ce que pendant la phase d'enregistrement l'opérateur est guidé par des bips sonores l'informant du temps écoulé depuis le début de l'arrosage, et l'avertissent de déplacements trop rapides de la lance. 7- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la phase d'enregistrement peut être interrompue à tout moment et reprise à la demande grâce à la fonction reprise, ceci évitant d'avoir à reprendre la phase d'enregistrement au début dans le cas ou l'opérateur serait obligé de l'interrompre. 8- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alimentation électrique est constitué par une batterie de faible capacité connectée à un panneau solaire, que ladite batterie ne débite aucun courant en période d'attente, ceci étant assuré par l'auto alimentation de l'électronique grâce a un relais excité par une sortie tout ou rien du microcontrôleur. 9- Dispositif d'arrosage automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments constituant le réglage de la finesse du jet, peuvent être exclus, et l'utilisateur peut se contenter d'un jet fixe préréglé à sa convenance, ceci représentant une simplification importante du dispositif.