Brevet FR2911189A1 — publié le 20080711

DISPOSITIF FLOTTANT AUTONOME DE MESURE DE PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DE LIQUIDES COMMUNIQUANT PAR UNE LIAISON SANS FIL AVEC UN EMETTEUR/RECEPTEUR DISTANT. La présente invention concerne un système de mesure utilisant un dispositif flottant de mesure autonome transmettant ces mesures par radiofréquence à l'aide d'un émetteur/récepteur vers un autre émetteur/récepteur distant. Aujourd'hui la mesure des paramètres physico-chimiques d'un bain nécessite d'intervenir sur les contenants pour permettre le positionnement correct du dispositif de mesure et dans beaucoup de cas, apporter l'énergie nécessaire à son fonctionnement. Ce type d'installation nécessite lors des interventions de maintenance un démontage au moins partiel d'un système de fixation pour l'extraire de l'environnement dans lequel il effectue ses mesures. On peut remédier à ces inconvénients en plaçant les moyens de mesure dans un dispositif embarquant sa propre source d'énergie, de taille limitée, manipulable aisément par une personne, et transmettant par radiofréquence les mesures effectuées vers un (ou des) émetteur/récepteur(s) qui les présente(nt) de façon appropriée au personnel en charge de la surveillance et/ou de la conduite d'un procédé industriel. Cette invention trouve particulièrement son application dans les domaines industriels mettant en œuvre des bains chimiques dont la dégradation impacte directement la qualité des produits issus du processus industriel. Cette invention trouvera également son application dans le suivi des caractéristiques physico-chimiques de liquides conditionnant leur traitement (par exemple des effluents industriels ou des eaux usées domestiques lors de leur traitement dans une station d'épuration), mais de par son universalité ne pourrait être limité à ces applications. De ce fait, cette invention constitue une solution innovante, efficace et robuste pour corriger les inconvénients des systèmes de prise de mesures des caractéristiques physico-chimiques des bains actuellement existants. Un exemple élémentaire de mise en œuvre de la présente invention, illustrée en figure 1, concerne un système de mesure des paramètres physico-chimiques d'un bain industriel comprenant au moins un dispositif flottant (1) transmettant ses mesures par radiofréquence (2) et un émetteur/récepteur distant (3) transmettant via une interface (4) ces mesures dans un format compréhensible par une entité externe (5) par exemple un ordinateur personnel et/ou un système d'information. La figure 2 détaille la structure du système embarqué dans le dispositif flottant. Le dispositif flottant comprend une alimentation électrique autonome (11), un microcontrôleur (13) qui entre autre permet l'acquisition et le traitement des sondes de mesures et des capteurs embarqués (12) et élabore le résultat à transmettre. Les sondes et les capteurs (12) sont immergés dans le bain afin de mesurer ses paramètres physico-chimiques par exemple la température, le PH et la conductivité. Ces mesures sont acquises par le microcontrôleur (13) qui réalise des traitements (dépassement de seuils, filtrages numériques, ...) dont les instructions sont contenues dans la mémoire embarquée (14) et transmet les résultats par radiofréquence à l'aide d'un émetteur/récepteur embarqué (15). L'alimentation électrique autonome du dispositif flottant peut être constitué de piles ou d'accumulateur électrique couplé ou non avec des panneaux solaires. Les instructions contenues dans la mémoire embarquée (14) du dispositif flottant permettant de définir son fonctionnement peuvent être modifiées lors d'une communication sans fil avec un dispositif externe de paramétrage. Cette liaison peut utiliser par exemple l'émetteur/récepteur embarqué (15) offrant ainsi une grande souplesse dans l'utilisation du système. Chaque dispositif flottant dispose en interne d'un identifiant qui lui est propre et qui permet à un émetteur externe d'établir une communication radio exclusive. Ainsi plusieurs dispositifs flottants peuvent être mis en oeuvre simultanément et transmettre leurs résultats vers plusieurs émetteur/récepteur distants fixes ou mobiles. Un exemple d'un tel déploiement d'un système mettant en oeuvre le dispositif objet de cet invention est illustré en figure 3. Les mesures issues d'un ou de plusieurs dispositifs flottants(l) sont transmises par radiofréquence et sont collectées directement (2) par un ou plusieurs émetteur/récepteurs (3) ou indirectement (7) en passant par un ou plusieurs relais radiofréquence (8). Les données reçues par un émetteur/récepteur (3) sont mises dans un format exploitable par une personne ou par un système d'information et transmise par une interface (4). Par exemple, cette interface (4) peut être une liaison série avec un ordinateur du site industriel (5) ou un afficheur autonome. Les dispositifs flottants et/ou les émetteur/récepteurs distants peuvent disposer de connexion avec des réseaux de communication plus étendus et peuvent ainsi relayer les mesures ou le résultat d'une exploitation de ces mesures vers des opérateurs distants par exemple à travers une liaison GSM, GPRS ou une liaison radio vers d'autres périphériques radio. Le déclenchement de la prise de mesures et/ou la transmission des résultats par un dispositif flottant peut être réalisé de façon autonome (mode programmé) ou être déclenchée par un émetteur/récepteur distant (mode commandé). Le déclenchement des mesures pouvant alors être issu d'un périphérique qui est interfacé avec l'émetteur / récepteur distant faisant partie du dispositif objet de cette invention. Un déclenchement de la prise de mesures et/ou la transmission des résultats peut être spécifique à une bouée de mesure ou à un groupe de dispositifs flottants ou à la totalité des dispositifs flottants de mesure pouvant être atteints par l'émetteur / récepteur distant. Les paramètres de fonctionnement des dispositifs flottants peuvent être modifiés par un émetteur / récepteur distant, par exemple, la fréquence des prises de mesure s'adapte en fonction des dérives constatées des mesures reçues. L'émetteur / récepteur distant peut lui-même être activable par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans un support portatif du type carte à puce permettant de conserver un code et de n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. L'historique des mesures issues des dispositifs flottants peut être conservé afin de pouvoir être exploité ultérieurement, soit dans la mémoire interne des dispositifs flottants soit dans la mémoire des équipements destinataires de ces données. L'ensemble de ces données pouvant être protégées contre un accès non autorisé dans une mémoire protégée en accès et pouvant même être chiffrée pour garantir leur confidentialité. Dans certains cas les informations issues des dispositifs flottants peuvent constituer des données sensibles qui ne peuvent être accessibles que si le demandeur est lui même autorisée, celui-ci faisant par ailleurs l'objet d'une procédure d'authentification. Les échanges d'information s'effectuant par radio, cette précaution se révèle insuffisante si les données transportées ne sont pas elles-mêmes chiffrées pour garantir leur confidentialité. Ainsi tout ou partie des données échangées peuvent donc être chiffrées soit par un algorithme à clés secrètes ou à clés publiques. La figure 4 illustre un exemple de mise en oeuvre de ces échanges chiffrés. Les données échangées entre l'émetteur / récepteur distant (3) faisant par exemple une demande de mesures, et le dispositif flottant (1) transite par un réseau radio (9) qui peut selon les besoins être composé de plusieurs émetteurs / récepteurs relais (8). Les échanges suivent par exemple la logique suivante. L'émetteur / récepteur distant (3) émet vers le dispositif flottant (1) via la liaison radio (9) une demande de mesures (25). Seules les informations (26) de transport (adresse, CRC, ...) contenant l'identifiant du dispositif flottant restant en clair, les autres informations contenues dans la demande étant chiffrées (27). Le dispositif flottant (1) reçoit cette demande (25) qui lui est adressée et procède à son déchiffrement (28) avec le mécanisme de chiffrement pré convenu pour cet échange. Si la demande est déchiffrée (29), celle-ci est validée (30) par le dispositif flottant qui exécute les commandes correspondantes(31) et élabore le résultat. Ce résultat est ensuite chiffré (32) avec le mécanisme de chiffrement pré convenu pour cet échange et retournées par radio (33) vers le l'émetteur / récepteur distant. L'information est transmise par radio (34) dans une trame où seule les informations de transport (adresse, ...) du demandeur sont en clair (35), les données contenant notamment les mesures permettant la localisation sont, quant à elles, chiffrées (36). Il est tout aussi envisageable que le dispositif flottant soit instigateur de la communication avec l'émetteur/récepteur distant tout en gardant la même logique de chiffrement. Dans ce cas la demande (25) n'existe pas, et est remplacée par un événement généré en interne du dispositif flottant par exemple un instant programmé ou suite à un dépassement d'un seuil mémorisé. L'activation des mesures peut donc être protégée par un mécanisme d'authentification et la confidentialité des données échangées assurée par un chiffrement. Reste que ces données peuvent être sauvegardées en mémoire afin de pouvoir être accédées ultérieurement, ainsi il est également possible de chiffrer les données mémorisées et que leur accès soit activable par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans un support portatif du type carte à puce permettant de conserver un code et de n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. REVENDICATIONS 1. Dispositif flottant autonome de mesure de paramètres physico-chimiques de liquides communiquant par une liaison sans fil avec un récepteur distant caractérisé en ce qu'il comporte sa propre réserve d'énergie, des sondes et/ou des capteurs permettant de mesurer les paramètres physico-chimiques du liquide dans lequel il flotte et d'au moins un émetteur permettant d'assurer une communication avec un récepteur distant. 2. Dispositif flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un microcontrôleur qui selon un paramétrage ou un programme mémorisé puisse être lui-même instigateur des mesures ou des transmissions des résultats de façon programmée et/ou suite à une modification de son environnement extérieur. 3. Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte un récepteur radio lui permettant de recevoir des commandes distantes qui modifient le paramétrage ou le programme mémorisé du calculateur . 4. Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire interne permettant d'enregistrer les mesures et/ou les résultats à des fins de traitements ultérieurs. 5 Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un identifiant unique utilisable dans sa communication avec un émetteur/récepteur distant lui permettant d'être mis en oeuvre simultanément avec d'autres dispositifs flottants. 6 Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il dispose d'une interface permettant de transmettre ses données directement et/ou indirectement sur un réseau de communication étendu utilisant un réseau téléphonique, un réseau local informatique (Ethernet), un réseau GSM et/ou GPRS. 7 Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le calculateur dispose de moyens permettant de chiffrer tout ou partie les données mémorisées dans sa mémoire interne à l'aide d'un algorithme à clé secrète ou à clés publiques pour en assurer leur confidentialité. 8 Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est activable par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans le dispositif portatif ou un support portatif indépendant du type carte à puce permettant de conserver un code et de 6 n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. 9. Dispositif flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs moyens de collecte ou d'accumulation d'énergie pour fonctionner ; par exemple l'effet photovoltaïque, micro-onde, couplage électromagnétique, transformation d'énergie mécanique en énergie électrique ou par transformation d'énergie chimique en énergie électrique. 10. Réseau de dispositif flottants autonome et d'émetteurs / récepteur distants selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.