Brevet FR3010587A1 — publié le 20150313

SYSTEME DE GESTION DE LA CONSOMMATION ELECTRIQUE D'UN LOCAL Domaine de l'invention L'invention concerne un système de gestion à distance de l'énergie électrique consommée dans un local. Ce système permet de créer un espace virtuel de la consommation électrique au sein du local et de contrôler, à distance, cette consommation électrique en activant ou en désactivant les prises d'alimentation électriques du local. L'invention trouve des applications dans le domaine de la surveillance de la consommation électrique afin de gérer au mieux la consommation énergétique d'un foyer ou d'une entreprise. Etat de la technique Actuellement le tarif de l'énergie électrique est très élevé et ne cesse d'augmenter. De plus, du fait du développement des appareils électriques et électroniques (appareils ménagers, appareils informatiques, appareils de téléphonie, etc.), la consommation des ménages et des entreprises en énergie électrique ne cesse d'augmenter. Il devient donc nécessaire, pour les foyers comme pour les entreprises, de contrôler leur consommation d'électricité. Pour cela, des normes obligent les fabricants d'appareils électriques et électroniques d'indiquer le niveau de consommation électrique des appareils. Toutefois, ces indications ne sont pas toujours faciles à comprendre et interpréter. Il est donc difficile, pour un utilisateur, de connaitre la consommation électrique réelle d'un appareil, en marche ou en veille, pendant une durée donnée. Pour aider les utilisateurs à connaitre la consommation réelle de leurs appareils électriques et électroniques, il existe, dans le commerce, des contrôleurs de consommation électrique. Ces contrôleurs de consommation électrique se présentent généralement sous la forme chacun d'un boîtier à connecter entre une prise d'alimentation électrique et l'appareil à mesurer. Un tel contrôleur de consommation électrique permet donc de connaitre la consommation effective en électricité du ou des appareils connecté(s) sur une prise d'alimentation électrique. Cependant, il ne permet pas de connaitre l'ensemble de la consommation électrique dans un local personnel ou commercial. Pour connaitre la consommation électrique totale dans un local, l'utilisateur doit placer un boîtier sur chaque prise d'alimentation électrique et contrôler une par une les prises d'alimentation électrique. Il existe par ailleurs des centrales de consommation électrique qui regroupent l'ensemble des informations mesurées par plusieurs contrôleur de consommation électrique et affichent, sur un même écran, les consommations mesurées sur chaque prise d'alimentation électrique. Cependant, les centrales de consommation électrique du commerce permettent uniquement de connaitre la consommation électrique de chaque prise d'alimentation électrique. Elles n'offrent aucun moyen d'agir à distance sur la consommation électrique de chaque prise d'alimentation électrique afin de gérer en temps réel la consommation électrique dans le local. Il existe également des boitiers de pilotage basiques à connecter entre la prise d'alimentation électrique et chaque appareil électrique. Cependant, ces boitiers de pilotage basiques permettent uniquement de mesurer la consommation électrique d'un appareil électrique. Ils ne permettent aucune communication vers l'utilisateur et n'ont pas d'écran d'affichage de données; ils n'offrent ni rapports de données, ni push d'informations, ni alertes, ni mécanisme de sécurité, etc.. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un système de gestion à distance de l'électricité consommée au sein d'un local commercial ou d'un local d'habitation. Ce système de gestion permet non seulement de connaitre la consommation instantanée de chaque prise d'alimentation électrique mais il permet également d'agir en temps réel sur cette consommation en activant ou désactivant une ou plusieurs prises d'alimentation électrique. Ce système de gestion de l'invention offre une interface homme/machine intuitive, facile d'utilisation. Pour cela, le système de gestion d'une énergie électrique consommée au sein d'un local se caractérise par le fait qu'il comporte : - une pluralité de boitiers de mesure montés chacun sur une prise d'alimentation électrique pour, d'une part, mesurer une consommation électrique de cette prise d'alimentation et, d'autre part, activer ou désactiver ladite prise d'alimentation, ces boitiers de mesure étant reliés en réseau les uns avec les autres, - une unité de commande, - un module central de gestion de la pluralité de boitiers de mesure relié par une liaison sans fil, d'une part, à chacun des boitiers de mesure et, d'autre part, à l'unité de commande pour gérer une communication entre ladite unité de commande et le réseau de boitiers de mesure. Le système selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - chaque boîtier de mesure comporte : - une unité de mesure de la consommation électrique instantanée de la prise d'alimentation, - une unité d'alimentation apte à activer ou désactiver la prise d'alimentation, - une unité de communication pour communiquer avec le module central et/ou les boitiers de mesure du réseau. - l'unité de communication est un émetteur/récepteur radio émettant dans une bande passante de 2,4 GHz. - l'unité de mesure de la consommation électrique instantanée est une puce apte à mesurer une tension instantanée et un courant instantané. - le module central est une clé USB munie d'un émetteur/récepteur 25 radio. - le boîtier de mesure comporte un connecteur apte à être connecté sur une prise d'alimentation, le boitier de mesure étant monté entre la prise d'alimentation et un connecteur d'appareil électrique. - le boîtier de mesure est intégré dans un mur, en amont de la prise 30 d'alimentation. - l'unité de commande et/ou le module central sont embarqués à bord d'un robot mobile. - le robot mobile comporte un système de navigation comprenant : - un dispositif de visualisation d'un environnement, et - un dispositif neuronal d'intégration de chemins parcourus dans l'environnement, le dispositif neuronal et le dispositif de visualisation étant combinés pour assurer un apprentissage de l'environnement. - le système de navigation comporte une pluralité de capteurs ultrasons répartis sur un contour du robot pour assurer un déplacement sans heur dudit robot. Brève description des dessins La figure 1 représente schématiquement un système de gestion de l'énergie électrique consommée au sein d'un local selon l'invention. La figure 2 représente le circuit électrique des unités d'alimentation et de mesure d'un boitier de mesure du système de l'invention. La figure 3 représente le circuit électrique de l'unité de communication d'un boîtier de mesure du système de l'invention. La figure 4 représente un schéma électrique d'une unité de secours du système de l'invention. La figure 5 représente un schéma électrique du module central. La figure 6 représente schématiquement un robot supportant une partie du système de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention concerne un système de gestion de l'énergie électrique qui permet non seulement de connaitre la consommation électrique instantanée consommée au sein d'un local commercial ou d'habitation mais également d'agir sur cette consommation en temps réel. Un exemple d'un tel système est représenté sur la figure 1. Ce système comporte une pluralité de boîtiers de mesure 10 installés chacun sur une prise d'alimentation électrique 1 du local 2, cette prise d'alimentation électrique étant une prise de secteur. Chaque boîtier de mesure 10, appelé aussi noeud, est connecté à une prise d'alimentation électrique, par exemple une prise murale. Le système de l'invention comporte en outre un module central 20 dont le rôle est de réceptionner les données mesurées par les boitiers de mesure 10 et transmettre des commandes émises par l'utilisateur aux dits boitiers de mesure. Ce module central 20 est relié à l'ensemble des boitiers de mesure 10 par une liaison sans fil, par exemple une liaison Wifi ou Zigbee. Ce module central peut se présenter sous la forme, par exemple, d'une clé USB. Le système de l'invention comporte également une unité de commande 30 formant une interface entre l'utilisateur et les boitiers de mesure 10. Cette unité de commande peut être un ordinateur ou un serveur de données qui assure l'analyse des données mesurées par les boitiers de mesure 10 et peut offrir des aides à la prise de décision de l'utilisateur. Selon une variante, le serveur peut être connecté à un Smartphone ou autre tablette permettant à l'utilisateur de gérer la consommation électrique du local via une interface Web ou une interface applicative. Le boîtier de mesure 10 comporte une unité de mesure 100, une unité d'alimentation 160 et une unité de communication 140. Un schéma électrique correspondant à l'unité de mesure 100 est représenté sur la figure 2. Ce schéma montre en particulier le bloc 101 de mesure du courant consommé par l'appareil électrique et le bloc 102 de mesure de la tension consommée par ledit appareil électrique. La figure 2 montre également le schéma électrique correspondant à l'unité d'alimentation 160. Cette unité d'alimentation assure l'activation ou la désactivation de la prise d'alimentation électrique. Autrement dit, cette unité d'alimentation 160 correspond à un interrupteur marche/arrêt permettant la délivrance ou non de courant électrique à l'appareil électrique. La figure 2 montre de plus le bloc de connexion 110 assurant la connexion électrique entre l'unité de mesure 100, l'unité d'alimentation 160 et une unité de communication 140 dont le schéma électrique est représenté sur la figure 3. Cette unité de communication 140 comporte un microcontrôleur 141 qui constitue l'intelligence du boîtier de mesure 10. Ce microcontrôleur 141 communique avec l'unité de mesure 100 pour collecter les valeurs de tension et de courant mesurées par chaque boîtier de mesure. II communique également avec l'unité d'alimentation 160 soit pour couper l'alimentation électrique de la prise d'alimentation électrique lorsque l'utilisateur commande la désactivation de ladite prise, soit pour contrôler ladite unité d'alimentation de façon planifiée (par exemple à certaines heures de la journée ou certains jours de la semaine). L'unité de communication assure également la communication sans fil avec le module central 20 pour envoyer des données relatives aux mesures de courant et de tension et pour recevoir des instructions et commandes de l'utilisateur. Cette unité de communication 140 assure également la réception de données de mises à jour transmises par l'unité de commande 30. Pour une mesure fiable et répétée, l'unité de communication 140 comporte une horloge qui assure une mesure et un envoi de ces mesures à un intervalle périodique régulier prédéterminé. L'unité de communication 140 a, de plus, pour rôle de coordonner le boitier de mesure 10 avec les autres boitiers de mesure. Les boitiers de mesure 10 ne sont ainsi pas des boitiers indépendants mais des boitiers reliés en un réseau coordonné par les unités de communication de chacun desdits boitiers. Un tel réseau permet de simplifier la gestion de la consommation électrique. Cette unité de communication permet, par exemple, de désactiver plusieurs prises d'alimentation sur une seule instruction de l'utilisateur. Elle permet aussi de réaliser un état des lieux précis et en temps réel de la consommation. Elle permet également de réaliser des statistiques et des prévisions de la consommation future. Elle permet également d'émettre des alertes et des contrôles, tels que la détection d'une panne, d'une surconsommation, d'une coupure en cas de dépassement d'un seuil fixé par l'utilisateur, etc. Par ailleurs, l'unité de communication a un rôle d'interrupteur sans fil universel : elle permet d'allumer ou d'éteindre n'importe quel appareil électrique relié au réseau à partir de n'importe quelle unité de commande (Smartphone, tablette, etc.) reliée à l'unité de communication. Il est ainsi possible, par exemple, de simuler la présence d'une personne dans un local lorsque celui-ci est vide de toute présence humaine (en mettant en action une lumière, un téléviseur, ou tout autre appareil électrique sonore et/ou visuel). Selon un mode de réalisation de l'invention, les unités de communication des boitiers de mesure 10 communiquent les unes avec les autres par une liaison radio qui opère dans une bande passante de 2,4 GHz, cette bande ayant l'avantage d'offrir une portée relativement longue tout en étant peu consommatrice en énergie. 30105 8 7 7 Le boîtier de mesure 10 du système de l'invention peut comporter également une unité de secours dont le rôle est de fonctionner comme une batterie dans le cas où le système de l'invention ne serait plus alimenté électriquement, par exemple dans le cas d'une panne de secteur. Cette unité 5 de secours permet notamment de maintenir l'alimentation de l'horloge de l'unité de communication afin que le système puisse reprendre un fonctionnement normal dès la fin de la panne. Cette unité de secours 120 est représentée sur la figure 4. Elle peut comporter, par exemple, un super-condensateur CSUP1. 10 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les unités de mesure 100, d'alimentation 160 et de communication 140 du boîtier de mesure 10 sont réalisées chacune sur un circuit imprimé de type PCB superposable afin de réduire au maximum les dimensions du boîtier de mesure. Les dimensions totales des circuits imprimés formant un boîtier de 15 mesure sont de l'ordre de 46,5 x 71 mm, ce qui permet aisément d'intégrer un tel boîtier dans une prise d'alimentation électrique classique. Dans un mode de réalisation, le boîtier de mesure 10 peut être connecté sur la prise d'alimentation électrique 10 par un connecteur classique à 3 broches. Dans ce cas, le ou les appareils électriques dont on 20 cherche à mesurer la consommation électrique (appelés par la suite simplement « appareil électrique ») sont connectés sur le boîtier de mesure 10. Autrement dit, le boîtier de mesure 10 se trouve monté entre la prise d'alimentation électrique 1 et le connecteur de l'appareil électrique. Dans ce cas, le boîtier de mesure 10 comporte, en plus des blocs qui seront décrits 25 par la suite, un connecteur mâle 11 destiné à être inséré dans la prise d'alimentation électrique et un connecteur femelle 12 destiné à recevoir le connecteur de l'appareil électrique. Dans un autre mode de réalisation, le boîtier de mesure 10 est intégré dans le mur, en amont de la prise d'alimentation électrique. Le boîtier de 30 mesure 10 est alors transparent pour l'utilisateur. L'appareil électrique est alors monté directement sur la prise d'alimentation électrique. Dans ce cas, le boîtier de mesure 10 comporte une entrée 13 et une sortie 14 de câblage. Sur la figure 5, on a représenté un exemple de schéma électrique d'un module central 20 dont le rôle a été décrit précédemment. Ce module central 35 20 comporte un microcontrôleur associé à un premier module de communication sans fil destiné à communiquer avec le réseau de boitiers de mesure 10. Ce module central comporte un second module de communication destiné à communiquer avec l'unité de commande 30 à savoir un ordinateur ou un serveur. Dans une variante de l'invention, une partie du système de gestion de l'invention peut être embarquée à bord d'un robot mobile. Dans un exemple, le module central 20 est monté sur un robot mobile apte à se déplacer au sein du local, ce qui a pour avantage de diminuer sensiblement la distance des transmissions sans fil entre les boitiers de mesure 10 et le module central 20 puisque le robot se déplace de prise d'alimentation électrique en prise d'alimentation électrique. Dans un autre exemple, l'unité de commande 30 est directement installée sur le robot mobile, ce qui permet au robot de traiter lui-même les données mesurées et, le cas échéant, d'apporter ces données traitées directement à l'utilisateur si celui-ci est dans le local. On comprend qu'une telle variante est particulièrement bien adaptée à la gestion de la consommation électrique d'un local de grandes dimensions (tel qu'une usine) ou d'un local où réside un utilisateur qui ne peut se déplacer. En particulier, cette variante peut être mise en oeuvre sur un robot mobile dédié à la sécurité et au bien-être des personnes évoluant dans le local. Un tel robot peut permettre de surveiller si la qualité de l'atmosphère ambiante d'un local a un niveau suffisant pour permettre un accueil sain des personnes ou, au contraire, si le niveau de qualité est insuffisant et qu'il est nécessaire de procéder à une purification de l'air et/ou d'alerter un opérateur, par exemple dans des cas extrêmes où il serait nécessaire d'évacuer les personnes du local. Il peut, dans ce cadre de surveillance, contrôler la consommation en électricité au sein du local. Sur la figure 6, on a représenté schématiquement un tel robot mobile 100 évoluant dans un environnement clos EC, appelé aussi local. Dans l'exemple de la figure 6, le robot mobile 200 est relié par une liaison sans fil à un serveur relais 300 qui lui-même est relié à un périphérique distant 400 pouvant constituer une interface de commande pour un opérateur à distance. Ce robot mobile 200 comporte un système de navigation qui lui permet d'évoluer au sein local EC par reconnaissance des lieux. Ce système de navigation fonctionne en combinant des données visuelles obtenues par un dispositif de visualisation 230 avec un apprentissage des chemins parcourus effectué par un dispositif neuronal 220. Le système de navigation 220 peut comporter une pluralité de capteurs ultrasons 160 répartis sur tout le contour du robot 200. Ces capteurs ultrasons sont aptes à détecter la présence d'objets ou de personnes, ce qui permet au robot de contourner ces objets ou personnes de façon à réaliser son parcours sans heur ni blocage. Le système de navigation du robot mobile de l'invention permet d'établir la trajectoire dudit robot au sein local EC et d'associer, aux différents lieux de cette trajectoire, les valeurs des consommations électriques mesurées sur les prises d'alimentation électriques. Le robot mobile peut ainsi établir en temps réel une carte de la consommation électrique dudit environnement clos. La cartographie de la consommation électrique peut être affichée en temps réel soit directement sur le robot, par exemple sur un écran installé sur le robot mobile, soit sur un périphérique distant 300 tel qu'un ordinateur, un Smartphone ou tout autre dispositif d'affichage connecté, via une liaison sans fil, au module central ou à l'unité de commande embarqué à bord du robot. Comme expliqué précédemment, le système de navigation dans le robot de l'invention permet à la fois au robot de se déplacer dans le local mais également de reconnaître les lieux dans lesquels il évolue afin de pouvoir associer la consommation électrique au lieu où elle est mesurée. Le système de navigation selon l'invention comporte un dispositif de visualisation 230 apte à réaliser des images du chemin parcouru par le robot et un dispositif neuronal 220 permettant d'intégrer ces chemins parcourus. Le dispositif neuronal 220 et le dispositif de visualisation 230 combinés assurent un apprentissage de l'environnement. Le dispositif de visualisation 230 peut être une caméra panoramique multifonction positionnée de préférence sur la tête du robot mobile 200 afin de pouvoir réaliser des vues panoramiques de la totalité de l'environnement situé autour du robot. Cette caméra panoramique comporte une caméra numérique actionnée par un bloc moteur installé à l'intérieur du robot. La caméra numérique est reliée au bloc moteur par un arbre de transmission apte à entrainer ladite caméra numérique en rotation. La caméra numérique est protégée par une cloche translucide appelée capuchon. Les données visuelles fournies par la caméra panoramique 230 sont intégrées dans le dispositif neuronal 220 pour permettre l'apprentissage et la reconnaissance de l'environnement. Le système de navigation utilise une méthode bio-inspirée qui combine l'utilisation de la vision, c'est-à-dire des données visuelles, avec un réseau de neurones non supervisés. Ainsi des marques de l'environnement sont extraites des données visuelles par l'ordinateur du robot puis fusionnées avec une localisation dans l'environnement, grâce à une matrice de neurones. Pour extraire les marques de l'environnement, les images de la caméra panoramique sont filtrées au moyen d'un ensemble de filtres tels qu'un filtre de gradient et un filtre DOG (Différence De Gaussiennes). Une fois l'image filtrée, les marques d'environnement sont récupérées à partir d'images de quelques pixels, sur lesquelles une transformée Log polaire a été appliquée. L'activité de la matrice de neurones est apprise dans un groupe de neurones supérieurs où chaque neurone caractérise un lieu. Chaque cellule de lieu (qui correspond à un neurone) est couplée à une action (orientation du robot au moment de l'apprentissage). Avec un tel système, même si la vision de l'environnement est partielle ou qu'il y a un bruit important, le robot est capable de discriminer les différents lieux. Selon l'invention, le système de navigation construit un graphe des transitions où chaque noeud représente une transition de lieu puis il associe à chaque transition l'action effectuée pour la réaliser. On obtient ainsi une carte topologique qui permet au robot de réaliser des planifications de trajectoires, de revenir à un des lieux déjà visités, de revenir à sa base de recharge, etc. En effet, pour être mobile, le robot de l'invention comporte une batterie rechargeable. Cette batterie rechargeable est connectée à l'ordinateur du robot qui est apte à déterminer si le niveau d'énergie de la batterie est suffisant pour que le robot poursuive sa trajectoire ou, au contraire, si le niveau d'énergie est insuffisant. Dans ce cas, l'ordinateur commande au robot de rejoindre la station de recharge la plus proche dont l'emplacement est mémorisé dans le système de navigation. Ainsi, le robot mobile est énergiquement autonome. REVENDICATIONS1 - Système de gestion d'une énergie électrique consommée au sein d'un local, caractérisé en ce qu'il comporte : - une pluralité de boitiers de mesure (10) montés chacun sur une prise d'alimentation électrique pour, d'une part, mesurer une consommation électrique de cette prise d'alimentation et, d'autre part, activer ou désactiver ladite prise d'alimentation, ces boitiers de mesure étant reliés en réseau les uns avec les autres, - une unité de commande (30), - un module central (20) de gestion de la pluralité de boitiers de mesure relié par une liaison sans fil, d'une part, à chacun des boitiers de mesure (10) et, d'autre part, à l'unité de commande (30) pour gérer une communication entre ladite unité de commande et le réseau de boitiers de mesure. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boîtier de mesure (10) comporte : - une unité de mesure (100) de la consommation électrique instantanée de la prise d'alimentation, - une unité d'alimentation (160) apte à activer ou désactiver la prise d'alimentation, - une unité de communication (140) pour communiquer avec le module central et/ou les boitiers de mesure du réseau. 25 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de communication (140) comporte un émetteur/récepteur radio émettant dans une bande passante de 2,4 GHz. 30 4 - Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l'unité de mesure (100) de la consommation électrique instantanée est une puce apte à mesurer une tension instantanée et un courant instantané. 5 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module central (20) est une clé USB munie d'un émetteur/récepteur radio. 6 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier de mesure (10) comporte un connecteur apte à être connecté sur une prise d'alimentation, le boitier de mesure étant monté entre la prise d'alimentation et un connecteur d'appareil électrique. 7 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier de mesure (10) est intégré dans un mur, en amont de la prise d'alimentation. 8 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de commande (30) et/ou le module central (20) sont embarqués à bord d'un robot mobile (200).