Aug.03

Piloter sa maison ? C’est facile !

Note : cet article a été initialement publié en deux parties dans le magazine Programmez de Juillet/Août 2012 (n°154) et Septembre 2012 (n°155).

prgorammez 154

La domotique du latin « domos » (domicile) est l’ensemble des techniques et technologies qui permet de superviser et d’automatiser les services de l’habitat comme l’éclairage, le chauffage, la sécurité mais aussi la consommation de l’habitat, ainsi que les différents services de détente et de loisirs comme la diffusion sonore et vidéo, la téléphonie et l’informatique au sens large.

Ses possibilités permettent aujourd’hui de concevoir des habitats confortables, évolutifs, sûrs, autonomes et économes. Mariée à des technologies d’agents intelligents, la domotique pose les fondations de la maison intelligente et communicante.

Imaginez une maison à qui on parle et qui nous parle, qui enregistre votre émission favorite quand elle sait que vous êtes absent, qui rallume le chauffage quand vous rentrez le soir d’hiver, qui vous accueille avec votre playlist musicale du moment toutes lumières allumées, ou tout simplement vous prévient de prendre votre parapluie lorsque vous sortez et que la météo annonce un orage en prenant le soin d’éteindre les lumières, chauffages, volets, musique et TV à votre place. Rêves ? Non, une réalité !

Pour cela on peut distinguer trois couches permettant de concevoir une maison intelligente : la 1ère est la couche « domotique » qui regroupe toutes les techniques et technologies pour piloter votre maison, comme l’éclairage, le chauffage, volets, prises électriques et mais aussi les différents capteurs pour la sécurité (détecteur de mouvement, d’ouverture, inondation, etc…), la météo et la consommation (électrique, eau, gaz, …). La 2ème couche est la « domotique multimédia », qui rassemble toutes les techniques et technologies pour diffuser et piloter l’audio, la vidéo, la téléphonie et l’informatique dans la maison. Enfin la dernière couche est « l’intelligence », où il est devient possible, grâce à un agent intelligent par exemple, d’humaniser la maison, de la rendre communicante, autonome et intelligente !

Dans cet article nous nous focaliserons uniquement sur les fondations de la maison intelligente, à savoir la couche « domotique » en découvrant les différentes technologies présentes sur le marché et de quelle manière nous pouvons développer avec !

Les technologies domotiques

Les différentes technologies domotiques peuvent être regroupées sous trois catégories en fonction de leur mode de communication :

· Les technologies « filaires »

· Les technologies « sans nouveau fil » (courant porteur)

· Les technologies « sans fil »

Nous pourrions aussi évoquer les technologies infrarouges, comme le SIRCS ou le RC5, mais ces technologies sont très limitées et s’adressent plutôt à l’automatisation des équipements électroniques audiovisuels.

Les technologies filaires

Dans une maison « classique », l’électricité est relativement simple. Elle est distribuée depuis le tableau électrique qui assure la protection des différents circuits et alimente l’ensemble des équipements au moyen de boites de dérivation. Les éclairages sont généralement contrôlés par des interrupteurs, simples dispositifs mécaniques qui « coupent » la phase de la prise/lampe contrôlée. Cette approche ne permet pas de contrôler les équipements et prolifère le 230V dans toute la maison. De plus elle rend difficile l’évolution dans le temps (les câbles étant ancrés dans les murs, le lien entre le contrôleur et l’action peut être difficilement changé !).

Pour résoudre cela des technologies par « bus de commande » sont arrivées il y a plus de quinze ans essentiellement pour les bâtiments industriels et immeubles de bureau. Elles s’implantent aujourd’hui de plus en plus dans les habitats hauts de gamme et commencent à apparaître dans les appartements de standing (dernièrement avec le « Smart Building » construit par Bouygues Telecom et Hager à Aubervilliers). L’idée est de séparer le réseau électrique du bus de commande sur lequel sera connecté les différents éléments de contrôle (interrupteur, thermostat, télécommande, écran tactile, etc…) sur des tensions à faible voltage. Grâce à cela, il nous est possible de contrôler l’ensemble des équipements de la maison depuis n’importe quel type d’interface et nous offre également la possibilité d’associer n’importe quelle commande à une action individuelle, groupée ou générale, et cela à n’importe quel moment (sans modifier le câblage).

Bus de commande

Les technologies les plus répandues étant le KNX et le Lonworks (aux États-Unis). Le KNX est devenu en 2006 un standard normalisé au niveau international et a été choisi par 90% des constructeurs d’équipements électriques en Europe comme Hager, Scheinder Electric ou encore Siemens.

En KNX, le bus de commande est un simple câble de type « paire torsadée » qui parcourt la maison et sur lequel sont connectés en série les éléments de contrôle comme les interrupteurs. L’ensemble des circuits d’éclairage, des volets et prises commandées sont ramenés individuellement au tableau électrique et connectés à des actionneurs KNX (module Rail DIN à installer dans le tableau électrique). Ces actionneurs KNX seront ensuite programmés pour répondre aux ordres émis par les interrupteurs/boutons-poussoirs connectés sur le bus de commande ou par des télécommandes sans fils (avec l’utilisation d’une passerelle radio).

Actionneur KNX

Cette architecture évite la prolifération du 230V dans la maison en scindant le réseau électrique du réseau de commande et permet d’adapter facilement le contrôle des différents circuits en fonction de l’utilisation réelle du logement ou en cas de modification interne. Par exemple, en changeant le lit de place dans une chambre, il est possible de reprogrammer individuellement les interrupteurs et les télécommandes afin de les réaffecter aux modules d’éclairage, de volet, … souhaités. Le protocole KNX supporte aussi le mode de communication sans fil, par courant porteur ou par Ethernet avec l’utilisation de passerelles. Il devient dès lors possible de compléter son installation par des interrupteurs sans fils par exemple. Il est a noté aussi que dans ce genre d’installation, l’intelligence n’est pas centralisée sur un seul équipement : chaque contrôleur connecté sur le bus (comme les interrupteurs) contient son propre microprogramme des ordres à envoyer sur le bus. Le seul « point of failure » du système réside au niveau de l’alimentation du bus de commande, mais il existe bien évidement des systèmes auxiliaires de secours permettant le remplacement de l’alimentation principale.

Modules KNX

Bien qu’à terme ce type d’installation risque de supplanter peu à peu les installations traditionnelles, il est encore aujourd’hui assez couteux à mettre en place et est très difficile à déployer sur un habitat existant. En effet ce type infrastructure demande à câbler individuellement chaque circuit pour le ramener directement sur le tableau électrique (principal ou secondaire) afin de le connecter sur des actionneurs KNX. Cette condition semble très difficile à mettre en place dans des habitats existants, et n’est souvent possible que pour des projets de construction. Le câblage en étoile du réseau de tension et le câblage du bus de commande en série entrainent une dépense importante (on compte environ 1,2Km de câble électrique pour une habitation de 100/150m²) et demandent des ajustements au niveau des plans de construction pour tenir compte de ce câblage important. De plus, le prix de ce genre d’installation est relativement couteux : environ 200€ pour l’alimentation du bus, entre 100 et 500€ pour les actionneurs gérant de 1 à 8 contacts, environs 600 euros pour une passerelle TCP/IP, de 70 à 250€ pour les interrupteurs. Il faut compter entre 5.000 et 20.000€ pour une installation « classique » (on estime en général une installation KNX à 10% du budget global).

À l’image des réseaux filaire Ethernet, la domotique filaire comme le KNX reste un gage de qualité et de fiabilité. Dans un projet de construction et si le budget le permet, la technologie KNX reste le meilleur choix, par contre pour un habitat existant, en maison comme en appartement, cette technologie reste très difficile à utiliser !

Enfin, on pourrait aussi citer les technologies 1-Wire et « web-relay ». La première conçue par Dallas Semiconductor permet de connecter des composants en série, parallèle ou en étoile sur deux fils, souvent utilisée pour des réseaux de capteurs. La seconde, les « cartes web relay » qui fonctionnent par le réseau Ethernet. C’est le cas de l’IPX800 de GCE Electronics (environ 180 euros) qui permet de contrôler 8 sorties sur un module Rail DIN embarquant son propre serveur web pour le contrôle à distance.

Carte "Web relay" 8 sorties

Les technologies « sans nouveaux fils »

Quand il n’est pas possible de passer de nouveaux câbles, une solution consiste à utiliser ceux déjà existants, c’est-à-dire le câblage du réseau de tension. On appelle cela « technologie par courant porteur » où l’on utilise le câblage électrique pour communiquer des informations à une fréquence et tension différentes. Aussi connu sous l’acronyme CPL (courant porteur en ligne), on l’utilise généralement dans les foyers pour mettre en réseau des équipements informatiques facilement sans configuration Wifi ni passage de nouveaux câbles RJ45 : d’où le surnom « sans nouveaux fils » !

Ce genre de technologie demande une bonne qualité de l’installation électrique existante, ce qui dans des vieux bâtiments est rarement le cas. La prolifération de boites de dérivation dans le foyer tend à affaiblir le signal. De plus, de nombreux appareils électroniques peuvent créer d’importantes perturbations sur le réseau électrique ce qui « brouille » la communication entre les équipements. En tête : la machine à laver, le sèche-cheveux, le micro-onde ou encore certaines alimentations des téléphones et ordinateurs. Il faut avant tout auditer son réseau électrique pour déterminer sa qualité, ajouter des filtres sur les équipements qui pourraient perturber le signal et supprimer les sources parasites bien que certaines technologies par courant porteur embarquent directement des filtres anti-bruit.

Parmi les technologies domotiques par courant porteur, on y trouve la solution « In One » de Legrand, le X2D de Delta Dore, le PCLBUS, des passerelles pour le protocole KNX et Lonworks ainsi que le protocole X10.

Le X10 est un excellent moyen de découvrir la domotique très facilement et à moindre frais. Ce protocole a été développé à l’origine par Pico Electronics en 1975. On trouve actuellement différents fabricants de produits X10 comme XDOM, Marmitek, Powerhouse ou Home System. Le protocole X10 supporte aussi le sans fils par transmission radio (433Mhz) grâce à un convertisseur radio/porteuse.

En X10 vous retrouvez trois types d’équipement : les émetteurs, les récepteurs et les contrôleurs.

Les émetteurs permettent d’envoyer des messages X10 sur le réseau comme les télécommandes, certains interrupteurs ou les capteurs (de météo ou de sécurité). En général, les émetteurs fonctionnent par radio.

Detecteur X10 (MS13)

Les récepteurs correspondent à des actionneurs répondant aux ordres X10 dans lequel on retrouve les modules d’Appliance (contact On/Off) et les modules Lampe (qui gère en plus la variation de la tension). Chaque module (émetteur ou récepteur), dispose d’une adresse comportant le code « maison », lettre de A à P, et un code « unité », chiffre de 0 à 16 permettant d’adresser jusqu’à 256 adresses différentes. Chaque adresse est définie physiquement sur chacun des modules, et plusieurs modules peuvent avoir la même adresse (et donc répondre aux mêmes ordres).

Récepteurs X10

Les récepteurs peuvent prendre la forme de module « gigogne », c’est-à-dire qu’ils s’intercalent entre la prise électrique et l’équipement à brancher (ou entre la douille et l’ampoule à viser) ou bien sous forme de module Rail DIN à installer dans le tableau électrique (ce qui rend l’installation plus discrète).

Installation des modules X10

Les contrôleurs permettent d’émettre et de recevoir des messages X10 sur le réseau électrique ou radio. Ils disposent généralement d’une interface USB ou TCP/IP pour être exploiter par un PC, une tablette, etc…

Bien que le X10 soit relativement peu couteux et très simple à mettre en œuvre, il souffre de sérieux inconvénient comme sa fiabilité et sa sécurité !

En effet, tout le monde peut émettre et écouter sur le réseau X10 ! Soit par les ondes soit par le réseau électrique, en branchant un simple contrôleur sur une prise électrique, vous pourrez donner n’importe quel ordre X10 sur le réseau ! Dans un immeuble on recommande d’ailleurs de mettre un filtre juste après l’arrivé EDF pour être sûr qu’aucun ordre émis dans l’appartement à côté ne peut arriver chez vous !

Hormis la sécurité, c’est son degré de fiabilité qui nous pousse à réfléchir quant à son installation à travers toute la maison ! Tout d’abord certaines perturbations générées par les appareils électriques (TV, Hifi, PC, électroménager) brouillent les signaux X10 et l’ordre n’arrive pas à destination ! Ces perturbations électriques peuvent également déclencher des ordres X10 non souhaités ! Il m’est déjà arrivé d’avoir une lampe qui s’éteint ou s’allume toute seule ! Les ordres sont relativement longs à être transmis sur le réseau (50 bits/sec), et comme le protocole ne gère pas le retour d’état (accusé de réception), lorsque l’on donne un ordre (éteindre une lumière par exemple), il faut « croiser les doigts » pourvu que l’ordre soit bien transmit, bien reçu et bien exécuté par le récepteur. Aucune garantie ne sera donnée si ce n’est la vérification visuelle par soi-même (il existe aussi la possibilité d’envoyer au récepteur X10 un message de type « Query » lui demandant de renvoyer un message indiquant son état).

Module X10 sur Rail DIN

Pour obtenir une bonne qualité de service avec le X10, la « best practice » est de privilégier l’usage des modules Rail DIN de manière à centraliser l’ensemble des récepteurs dans le tableau électrique afin de minimiser la distance à parcourir entre le contrôleur et les récepteurs (et éviter l’exposition aux perturbations électriques sur réseau). Mais cela demande comme pour une installation KNX, de câbler en étoile son réseau électrique pour ramener individuellement chaque prises/lampes au tableau. Dans le cas d’un logement existant il est donc impossible à mettre en œuvre sans entamer un lourd chantier de rénovation !

Les technologies « sans fil »

Comme il est difficile d’équiper son habitat avec une technologie filaire (demandant de revoir complètement le câblage) ou que son réseau électrique ne soit pas propice aux technologies par courant portant, la dernière possibilité reste l’utilisation du « sans fil » !

Comme nous l’avons vu, il existe des extensions aux technologies domotiques filaires ou par courant porteur pour fonctionner sans fil. C’est le cas du KNX qui propose une passerelle « KNX radio » permettant d’ajouter des interrupteurs (contrôleurs) sans fil lorsqu’il n’est pas possible de les connecter sur le bus de commande. Il en va de même avec le X10 qui laisse la possibilité de rajouter des équipements sans fil, pratiques pour les détecteurs de sécurité (souvent placés à des endroits où il n’y a pas de prise de courant à proximité). Aussi, les gammes de produits déjà citées, comme celles de Legrand (InOne), Insteon, Lonworks ou encore X2D de Deltadore, proposent des extensions sans fils. Il faut cependant les considérer comme des « extensions » venant étendre un réseau domotique filaires ou CPL, et non comme la possibilité de créer un réseau domotique 100% « sans fils ».

Produits DIO de Chacon

En entrée de gamme, il existe un ensemble de produits domotiques « grand public » que l’on trouve dans les grandes surfaces ou magasins spécialisés. Des packs généralement composés de prises gigognes et télécommandes permettent (pour moins de 30 euros) de télécommander quelques prises, très pratiques pour contrôler les lampes du salon. On y trouve la technologie HomeEasy utilisée notamment par les produits Chacon que l’on retrouve un peu partout en France. Cette technologie monodirectionnelle peut être pilotée « informatiquement parlant » grâce à des émetteurs/récepteurs de trame RF 433Mhz comme avec le RFXCOM (en version USB à 95 euros ou en version LAN pour 200 euros). Le RFXCOM permet de piloter des produits X10, Insteon, sondes Oregon Scientific, etc…

RFXCOM en version USB

Chez Somfy, Velux, Assa Abloy (serrure électronique) ou encore Honeywell, on utilise la technologie IO Homecontrol, plus haut de gamme, avec l’avantage d’être bidirectionnelle. On peut noter aussi l’arrivé en Janvier 2012 de Castorama sur le marché avec la gamme de produit Blyss (projet « liveez Technology »), qui propose une box domotique sans fils (nommé la Blyssbox) et d’un catalogue assez riche de module émetteur et récepteur sans fils.

Depuis 2010, on a pu voir apparaitre en France une technologie prometteuse : EnOcean. Cette société allemande a inventée une technologie de communication sans fil et sans pile ! Celle-ci est généralement utilisée pour les capteurs et émetteurs. Elle capte l’énergie de l’environnement, soit de la lumière (cellule photovoltaïque), soit d’une différence de température ou encore de la pression mécanique sur un interrupteur. Il n’y a donc plus besoin de câble ni de pile ! Il faut compter environ 70 euros pour des interrupteurs EnOcean et environ 500 euros pour la centrale.

Interrupteur EnOcean

La fiabilité reste le principal défi du « sans fil ». En effet comment pouvons-nous être certains que l’ordre arrive bien à sa destination ? Comment fait-on dans un grand logement, avec différentes contraintes (murs porteurs, canalisations, …) qui affaiblissent considérablement le signal ?

Lorsqu’il s’agit d’équiper une seule pièce pour piloter quelques lampes grâce à une télécommande, cela ne pose pas de problème (la proximité entre la télécommande et les lampes limite les problèmes de transmission et si la lampe ne reçoit pas l’ordre, elle ne s’allumera pas. J’aurai donc une confirmation visuelle et dans ce cas, j’appuierai à nouveau sur le bouton de la télécommande). Mais lorsqu’il s’agit d’équiper entièrement son habitat pour contrôler l’ensemble des équipements, il semble primordial d’avoir confiance sur le fait que l’action émise localement ou à distance sera quoiqu’il en soit bien exécutée ! Pour cela il est nécessaire d’utiliser une technologie bidirectionnelle à retour d’état, afin de confirmer au contrôleur et/ou à l’utilisateur que l’ordre a bien été réceptionné et exécuté par l’actionneur cible grâce à l’envoi d’un accusé de réception.

La sécurité peut aussi être une problématique. Par exemple, une télécommande de la marque IDK permettant de piloter jusqu’à 16 prises est sécurisée par la programmation d’un « code maison/unité » entre la télécommande et les prises. Mais sur ce produit, le code n’a que 16 combinaisons possibles ! Autant vous dire qu’il parait très facile de piloter le réseau de votre voisin en essayant toutes les combinaisons de code un à par un (comme avec le X10 d’ailleurs, où il n’y a que 16 codes « maison » possibles, les lettres de A à P !).

Prises télécommandables IDK

Enfin, pour résoudre les problèmes liés à la distance de transmission et contrer les différents obstacles, il est nécessaire d’utiliser des répétiteurs/relais ou routeurs afin de couvrir l’ensemble de l’habitat. Dans cette lignée, il existe deux technologies très intéressantes : le ZigBee et le Z-Wave qui permettent de créer des réseaux maillés. Dans cette topologie certains éléments du réseau (émetteurs ou récepteurs) peuvent se comporter comme des relais et ainsi créer un réseau de maillage. Dans le cas où le contrôleur ne parvient pas à joindre directement le récepteur cible, il peut transmettre l’ordre à d’autres équipements, physiquement plus proche, qui se chargeront de router le message jusqu’à « bon port » en utilisant un ou plusieurs nœuds. À l’image des protocoles de routage sur internet, chaque équipement échange avec ses voisins la liste des équipements qu’ils peuvent joindre directement et ainsi définir une table de routage pour joindre l’ensemble des nœuds du réseau. Lors de l’installation du réseau Z-Wave, il faudra garder à l’esprit cet aspect pour placer judicieusement ces équipements afin de couvrir au mieux son habitat et éviter les « zones d’ombres ».

Réseau maillé

Nous nous arrêterons sur la technologie Z-Wave que nous mettrons en pratique dans la suite de cet article. Pour la partie théorique, le Z-Wave a été développé par une société danoise Zensys, rachetée en 2008 par Sigma Design qui utilise la bande de fréquence de 868,42Mhz pour l’Europe. Bien que propriétaire, une alliance a été créée en 2008 et réunit aujourd’hui plus de 160 fabricants commercialisant des produits Z-Wave. Cela permet de garantir une certaine pérennité du protocole mais aussi un large choix de produits (on compte aujourd’hui plus de 600 produits Z-Wave sur le marché).

Le Z-Wave se définit comme une technologie bidirectionnelle à retour d’état permettant de garantir la bonne exécution des ordres. Très rapide (environ 50ms pour émettre un ordre et obtenir l’accusé de réception) et beaucoup plus sûre par l’utilisation d’un code sur 32 bits (soit plus de 4 milliards de combinaisons possibles) qui bloque tout équipement ne disposant pas du bon code. Enfin, comme décrit précédemment, sa topologie en réseau de maillage permet de couvrir aisément l’ensemble de l’habitat en prenant compte des différentes contraintes physiques.

Un réseau Z-Wave se compose d’un ou plusieurs contrôleurs (clé USB, box Wifi/Ethernet, interrupteurs ou télécommande) « maitre » gérant la sécurité ainsi que le routage. Il est possible de gérer jusqu’à 232 périphériques Z-Wave (au-delà il faudra créer un autre réseau Z-Wave et établir un pont entre les réseaux). Les périphériques peuvent être des actionneurs (prises gigognes, relais encastrables, sirène, module pour volets, ou actionneur de chaudière …) ou des émetteurs (de consommation, de sécurité, météo, interrupteurs, ou télécommandes). Pour lier les émetteurs/récepteurs au réseau Z-Wave (géré par un contrôleur), il faut les appairers en entrant dans le mode « association » sur le contrôleur et en activant le périphérique à ajouter au réseau (appuie sur un bouton ou une séquence de bouton en fonction du produit) dans un rayon de moins de 2 mètres afin de garantir une certaine sécurité quant à l’inclusion de périphériques étrangers ! C’est à ce moment-là que seront recalculées les tables de routage en tenant compte des nouveaux périphériques. C’est pourquoi il est préférable d’associer les périphériques à leurs emplacements définitifs.

ZWave

Contrairement au ZygBee, à l’heure actuelle, le Z-Wave offre un large catalogue de produit et permet d’équiper sa maison pour un budget bien inférieur à certaines technologies filaires tout en garantissant une bonne fiabilité et sécurité (même si rien ne pourrait égaler les technologies filaires, l’utilisation d’un brouilleur à proximité bloquerait l’ensemble du réseau Z-Wave !).

Pour finir, nous citerons les récentes percées d’Orange dans la domotique : il y a quelques mois par l’annonce du support du protocole ZigBee dans la dernière LiveBox Pro qui offrira à terme la possibilité de contrôler des équipements (et arrivera très certainement dans la prochaine LiveBox grand public) mais aussi la dernière solution d’Orange nommée « My Plug », sortie en Mai 2012 qui se compose d’un module avec 2 prises de courants (dont une commandée) et d’une prise d’alimentation USB. Le module dispose d’une carte SIM intégré et donc d’un numéro de téléphone associé, permettant de lui envoyer des SMS pour allumer ou éteindre la prise commandée ou de lui demander son état et sa consommation électrique (le module vous répondra par SMS). Vous pourrez définir jusqu’à 7 numéros de téléphone pour définir les personnes ayant le droit de piloter chaque « MyPlug ». De plus, elle dispose d’une batterie intégrée pour vous avertir par SMS lors de coupure et du rétablissement du courant. Enfin, il existe une fonction localisant un porte-clés ZigBee : en envoyant « qui », le MyPlug peut vous répondre s’il « voit » ou non le porte clé dans son champs ! Cette solution est disponible pour 79,99€ avec un module « MyPlug », un porte-clés et 3 ans de SMS illimités.

MyPlug d'Orange

Solutions retenues

Le choix de la technologie doit s’étudier avec sérieux car il est difficile d’en changer ! Le plus important consiste à choisir en fonction de ses besoins, en privilégiant la facilité d’utilisation : peu importe les différents moyens de contrôle (télécommande, Smartphone, tablette ou même agent intelligent), il est important de conserver les traditionnels interrupteurs qui ne manquerons jamais de piles et seront facilement localisables et utilisables par tous de manière intuitive !

Il faut surtout prendre en compte les contraintes techniques et budgétaires pour choisir sa technologie et envisager l’utilisation de plusieurs technologies pour répondre à besoins différents bien que cela ait tendance à complexifier l’installation.

L’idéal serait l’utilisation du KNX pour son standard et sa fiabilité, mais d’un point de vue technique (impossible de modifier le câblage sans engendrer de lourds travaux) et budgétaire (environ 10% du prix de l’habitat), cela parait difficile à mettre en œuvre.

La 2ème solution retenue peut être aisément déployée à l’ensemble de l’habitat : la technologie Z-Wave que nous mettrons en pratique dans la 3ème partie de cet article.

Néanmoins, pour démarrer à moindres frais dans la domotique, intéressons-nous au développement avec la technologie X10.

Cas pratique n°1 : piloter sa chambre en X10

Pour démarrer il nous faut un contrôleur X10 pour émettre et recevoir des messages X10 sur le réseau électrique et/ou radio. Pour piloter notre réseau depuis un PC, je vous conseille le contrôleur CM15Pro chez Marmitek ou XDom qui propose via une interface USB la possibilité de communiquer en radio ou par courant porteur (disponible pour environ 80 euros). Il existe aussi d’autres contrôleurs comme le CM11 mais il ne gère pas l’interface radio.

 Contrôleur X10 (CM15)

Concernant les récepteurs, il existe une multitude d’équipements possibles : modules de prise de courant, interrupteurs, micromodules à encastrer derrière l’interrupteur existant, modules Rail DIN à installer dans le tableau électrique, etc… Pour notre chambre, nous allons simplement utiliser les modules en prise de courant. Il existe le module AM12 (pour Appliance) qui gère le On/Off, et le module LM12 (pour Lampe) qui supporte en plus la variation de l’intensité de la lampe. Ces deux produits se commercialisent aux environs de 30 euros par module.

Module Lampe X10 (LM12)

Pour l’installation, il suffit de définir l’adresse pour chacun de nos modules en choisissant le code « maison » et le code « unité » et de le connecter sur une prise de courant puis d’y brancher votre équipement à piloter (par exemple une lampe). Pour l’exemple, nous avons installés trois LM12 sur le code maison « A » : A1, A2 et A3 !

Pour piloter tout cela, nous avons le choix entre l’usage d’une télécommande X10, l’utilisation d’une centrale X10 ou dans notre cas, d’un contrôleur X10 pour PC sur lequel il faudra installer une application de contrôle (comme le logiciel d’ActiveHome) ou créer notre propre programme !

Pour développer avec le CM15, rien de plus simple, il suffit d’écrire un programme en .NET en référençant le composant COM d’ActiveHome. Vous le trouverez après avoir installé le SDK ActiveHome dans le dossier « C:\Program Files (x86)\AHSDK\bin », le fichier se nomme « ahscript.dll ».

Il suffit ensuite de créer une instance de classe « ActiveHome ». Vous disposerez sur cette instance de deux membres fondamentaux :

· Une méthode « SendAction » pour envoyer un message X10 sur le réseau

· Un événement « RecvAction » déclenché quand le contrôleur reçoit un message

Ces deux membres comportent dans leurs arguments le type de l’action (SendPLC, QueryPLC, RecvPLC, SendRF ou RecvRF pour définir l’émission, l’interrogation ou la réception, par courant porteur ou radio fréquence), l’adresse du récepteur (A1 à P16), le type de l’ordre (On, Off, Dim, Bright, AllLightOn, AllLightOff) et des paramètres optionnels (comme la valeur du « Dim » ou « Bright » en pourcentage lorsqu’on fait varier l’intensité d’une lampe).

Pour allumer la lampe A1 :

Pour la réception, il suffit de s’abonner à l’événement « RecvAction ». Par exemple :

J’ai développé en 2008 une API complète pour l’environnement .NET par la définition des objets de base du protocole (décrivant ce qu’est un message, un contrôleur et un device X10 de manière abstraite) et des différents produits X10 : le CM15, les modules AM10, AM12, SW10 mais aussi d’autres équipements comme le détecteur de mouvement MS13, etc… Cette librairie supporte aussi de manière native un mode « proxy » de manière à pouvoir utiliser un contrôleur à distance par l’usage de WCF.

Ainsi, le développement .NET d’une application de contrôle d’un réseau domotique X10 est très facile à mettre en œuvre et peu couteux ! L’idéal pour démarrer ou équiper quelques pièces. Mais comme indiqué plus haut, ses lacunes sur les points de sécurité et surtout de fiabilité (mais aussi de discrétion, ne passant pas le label « WAF ») m’a personnellement freiné quant au déploiement à l’ensemble de l’habitat.

Cas pratique n°2 : piloter sa maison en Z-Wave

La solution que j’ai retenue donc pour mon habitat est le Z-Wave. Sa topologie en réseau de maillage permet de d’obtenir une bonne fiabilité et rapidité dans la transmission des ordres (quasiment instantanée) et sa capacité bidirectionnelle permet d’assurer la bonne exécution des ordres donnés !

Pour commercer, il nous faut un contrôleur « maitre » pour gérer l’ensemble de notre réseau Z-Wave. Nous pouvons utiliser des télécommandes ou interrupteur comme contrôleurs « maitres », des interfaces PC avec l’usage d’une partie logicielle, ou bien opter pour une box domotique embarquant un mini pc généralement à base de Linux y associant la partie hardware et software dans une solution packagée. Dans notre cas, les télécommandes et interrupteurs seront considérés comme des contrôleurs « secondaires » et nous choisirons une solution par box ou PC comme contrôleur « maître ».

Utilisation de contrôleur USB Z-Stick S2 comme contrôleur « maître »

Une 1ère solution consiste à utiliser une interface PC, généralement en USB. C’est le cas notamment du contrôleur Z-Stick S2 d’Aeon Labs commercialisé autour de 65 euros. Ressemblant à une simple clé USB, il comporte une batterie intégrée pour permettre d’inclure ou d’exclure vos périphériques Z-Wave sans avoir à déplacer votre ordinateur ! Pour la partie software, vous pouvez utiliser des logiciels comme HomeSeer, mControl ou encore ControlThink (tous payant). Certains d’entre eux mettent à disposition des API pour contrôler votre réseau Z-Wave depuis vos applications.

Contrôleur Z-Wave (Z-Stick S2)

Autres possibilités, l’achat du SDK directement chez Sigma Design ou développer soi-même son API mais la tâche est beaucoup plus ardue ! La clé Aeon Labs, simple interface COM, est pilotable par un SerialPort en C#.

Dans la pratique, pour contrôler la marche ou l’arrêt d’une simple prise Z-Wave (que nous avons préalablement ajouté à notre réseau Z-Wave), il faut ouvrir le port COM de notre contrôleur Aeon (dans notre exemple connecté sur le port COM7) pour écrire le message suivant :

Le « nodeId » sera l’ID de notre prise Z-Wave à allumer et « state » l’action à exécuter qui sera 0xFF pour allumer la prise ou 0x00 pour l’éteindre. Enfin un checksum sera calculé en faisant un XOR sur les octets du message à l’exception du premier.

Chaque envoi de message avec le contrôleur doit être associé à un accusé de réception par l’envoi d’un « ACK » dont le code est « 0x06 ». Ainsi dans notre cas, après l’envoi de notre message pour allumer le nœud n°6, le contrôleur écrira sur le « SerialPort » du COM7 l’octet « 0x06 ». En plus de l’accusé de réception entre le client C# et le contrôleur, le nœud accusera lui aussi réception de l’ordre émis. Votre programme C# recevra donc un 2ème message du contrôleur pour indiquer le résultat de l’exécution du nœud cible qu’il faudra à notre tour « accuser » en émettant un ACK sur le port série !

Il faudra donc créer un thread séparé pour lire les messages arrivant sur les contrôleurs USB et gérer nativement les « ACK » sur le port série. Il faudra également implémenter un à un les différents formats de message propre à chaque périphérique ce qui peut représenter un très long travail. De plus, nous devrons ajouter le support de la découverte des nœuds sur le réseau, la gestion des messages de configuration pour chaque produit Z-Wave, ainsi que toutes les fonctions d’un contrôleur (gestion du pooling des devices, du routing, des copies du réseau entre les contrôleurs, des mise à jours des SUC/SIS, etc..). Les spécifications du protocole Z-Wave se trouvent sur Internet, bien que le document soit classé « confidentiel » et il est aussi possible d’utiliser le site « ZWave Device Library » pour retrouver tous les détails techniques des différents périphériques Z-Wave du marché.

Il existe aussi des projets open-source d’API Z-Wave, notamment le projet Open-ZWave disponible sur Google Code, écrit en C++ pour plateforme Windows, Mac et Linux et dispose en plus d’un wrapper .NET en C++/CLI pour une utilisation dans l’environnement .NET.

Utilisation de la Vera Lite comme contrôleur « maitre »

Pour simplifier son utilisation, nous pouvons nous tourner vers une « box domotique » qui intègre un contrôleur Z-Wave et une interface Web pour piloter et configurer son réseau. Parmi les différents produits sur le marché (eeDomus, les Vera, Home Center, ZiBase, etc…), la Vera Lite de MiCasaVerde offre un bon contrôleur pour 175 euros environ. Cette petite boite (11cm x 9,5cm pour 4,4cm d’épaisseur) dispose d’un connecteur RJ-45, d’une alimentation et d’un port USB. De plus, elle intègre un logement de 4 piles AA pour faciliter les taches d’inclusion et d’exclusion des périphériques Z-Wave et consomme très peu d’électricité (6W).

Contrôleur Vera Lite de MiCasaVerde

Accessible depuis un navigateur Web, l’interface UI5 permettra de configurer son réseau, de contrôler ses périphériques et de créer des scénarios. Elle intègre aussi une « marketplace » pour ajouter de nouvelles fonctionnalités et propose un langage de script basé sur le Lua.

Interface Web UI5 de la Vera Lite

La Vera Lite expose un service web JSON pour piloter son réseau Z-Wave depuis des applications tierces. Par un simple appel HTTP, nous pouvons récupérer dans un objet JSON, la liste des différents périphériques du réseau ainsi que leurs états. Pour lancer un ordre, il suffira d’appeler une URL en précisant dans l’URL l’adresse et l’action à réaliser. Bien plus simple qu’écrire sur un port COM car ici, toute la logique et l’implémentation du protocole du Z-Wave et des périphériques, sont encapsulées par la Vera.

Grâce à cela, il est possible de trouver sur les différents marchés (Apple Store, Google Play ou Marketplace WP7), des applications de pilotage de la Vera permettant le contrôle de son habitat depuis son mobile ou sa tablette, localement ou à distance.

Client sur Windows Phone 7 Client Android

Client pour tablette Android

Contrôler des prises électriques, l’éclairage et le chauffage

Pour les prises électriques, je vous conseille le modèle AN157-6 chez Everspring (environ 35 euros) pour le contrôle de la marche/arrêt. Il existe aussi le modèle AN142-6 (45 euros) pour la fonction variateur. J’utilise aussi le modèle AN158-6 (45 euros) qui remonte au contrôleur la consommation électrique de la prise.

Module AN158-6 avec conso-mètre

Pour l’éclairage, le chauffage ou les volets, je vous recommande les micromodules chez Fibaro à encastrer. Il existe quatre modèles : le FGS-211 (relai 3kW), le FGS-221 (double relai 2×1,5kW), le FGR-221 (pour volet électrique) et le FGD-211 (variateur). Comptez environ 60 euros par module.

Micromodule Z-Wave chez Fibaro

Pour l’éclairage, j’installe derrière mes interrupteurs des modules FGD-211 qui fonctionnent sans le neutre (en général, dans un habitat, un interrupteur va-et-vient ne fait que couper la phase, il n’y a donc pas de neutre qui arrive jusque-là).

Installation d'un FGD-211 pour l'éclairage

Pour le chauffage électrique, j’utilise un double relai (le FGS-221) couplé avec deux diodes de redressement pour contrôler le radiateur par son fil pilote. Le fil pilote permet de commander le mode du radiateur (Arrêt, Hors gel, Eco et Confort) par un courant alternatif. Pour créer ces ordres nous utiliserons des diodes de redressement 1N4007.

Diode de redressement 1N4007

Micromodule FGS221 et ses diodes de redressement

Le module Fibaro et le radiateur sont alimentés par le 230V. La 1ère sortie du module Fibaro est connectée au fil pilote du radiateur par l’intermédiaire d’une diode 1N4007, et la 2ème sortie, elle aussi connectée au fil pilote mais dans le sens inverse.

Installation du FGS221 derrière le chauffage Les micromodules se placent facilement dans les boites d'encastrementSchéma d'installation du FGS221 pour le contrôle du fil pilote

Ainsi, si les deux relais sont sur Off, le radiateur est en mode Confort, si les deux relais sont sur On, c’est le mode Eco. Pour le mode arrêt il faut le relai 1 sur On et le relai 2 sur Off. Enfin, le mode Hors gel est déclenché avec le relai 1 sur Off et le relai 2 sur On.

Pour faciliter l’usage du fil pilote, vous trouverez sur le market de la Vera le module « Pilot wire controller ».

Plugin "Pilot Wire Controller"

Ajouter des capteurs

Pour la température et l’humidité, le modèle ST814 (chez Everspring, env. 50 euros) est un hygromètre-thermomètre radio avec affichage intégré fonctionnant par piles. Pour les conditions extérieures il est possible d’installer depuis le market le plugin Google Weather.

Capteur ST814 chez Everspring

Pour la consommation électrique de l’ensemble du logement, le Home Energy Meter chez Aeon Labs (100 euros) est un module qui utilise des pinces ampèremétriques à installer dans le tableau électrique sur la phase afin de déduire la consommation instantanée et totale (avec une marge d’erreur d’environ 10%).

Pince ampèremétrique connecté sur la phase Module HEM en dehors du tableau pour communiquer au contrôleur la consommation électrique des pinces

Citons aussi les modules de détection d’ouverture de porte (le HSM02 chez Everspring pour 50 euros) ou de mouvement dont certain inclut un capteur de luminosité (chez Express Controls).

Détecteur d'ouverture HSM02

Ajouter des contrôleurs « secondaires »

En plus des interfaces informatiques (web, smartphone, tablette, …) nous pouvons rajouter des télécommandes ou « interrupteurs contrôleurs » pour faciliter l’usage au quotidien.

 Télécommande Minimote chez Aeon Labs

Aeon Labs propose la Minimite (env. 70 euros), petite télécommande qui contrôle jusqu’à 8 scénarios. Et pour ne pas « perdre » le contrôle, il est possible de rajouter ou remplacer nos vieux interrupteurs par des « interrupteurs contrôleurs Z-Wave ». Le ZME 06443 (50 euros) peut s’installer sans boîte d’encastrement et fonctionne avec deux piles ce qui laisse le choix de l’installer sans aucune contrainte. Il permet de déclencher les scénarios par simple clic ou double clic, avec bouton du haut ou du bas.

Interrupteur Z-Wave ouvert Interrupteur Z-Wave installé

Automatiser et surveiller votre maison

La Vera Lite propose une interface pour créer vos scénarios. Les scénarios sont un enchaînement d’actions (ou de scripts Lua), comme par exemple ouvrir un volet, mettre le chauffage, allumer une lampe, etc… Ces scénarios pourront être déclenchés manuellement, par un événement ou de manière planifiée.

Nous voulons par exemple, couper le chauffage quand une fenêtre est ouverte, ou allumer la lumière de l’entrée lorsqu’une présence est détectée et qu’il fait noir.

On peut aussi utiliser les tâches planifiées pour publier l’ensemble des variables de l’habitat sur un service comme Cosm (ex-Pachube) et ainsi suivre l’évolution des différentes informations sur l’utilisation de l’habitat.

Où « datas » serait notre tableau de valeur contenant les différents états de nos périphériques Z-Wave :

Le code complet se trouve à l’adresse http://pastebin.com/mHLzmRDB.

 Interface Web de Cosm.com

Interface Web personnalisée pour l'affichage des différents "feeds"

Développer avec la Vera Lite

Pour finir cet article, voyons de quelle manière développer avec une Vera Lite. Il est possible de d’utiliser le Lua, soit pour écrire des scénarios planifiés ou soit pour créer des devices virtuels (comme avec les plugins pour le fil pilote ou la météo Google). Pour contrôler sa Vera Lite depuis sa propre application, nous pouvons utiliser l’API http, en invoquant l’URL http://ip:3480/data_request?id=lu_sdata.

Le service nous retournera un objet JSON qui contiendra la liste et le détail de chaque pièce, la liste des scénarios et bien sûr la liste et le détail des différents équipements Z-Wave de notre réseau. Par exemple, pour le capteur ST817 du salon :

Chaque réponse contiendra dans l’objet JSON les champs « loadtime » et « dataversion ». Grâce à cela, vous pourrez lors d’un prochain appel au service, lui définir quelle version vous avez déjà reçu afin d’obtenir seulement les valeurs modifiées.

Pour invoquer des scénarios ou un device en particulier, comme par exemple allumer une prise On/Off (un SwitchPower), il suffit de lancer une requête sur l’URL : http://ip:3480/data_request?id=lu_action&DeviceNum=3&serviceId=urn:upnp-org:serviceId:SwitchPower1&action=SetTarget&newTargetValue=1

Pour expérimenter cela, créons une page HTML avec un peu de jQuery pour contrôler notre logement de manière visuelle. Pour modéliser votre habitat, rendez-vous sur HomeStyler.com. Une fois les visuels réalisés, nous les positionnerons sur notre page Web et rajouterons par-dessus des images représentant les lumières allumées ou éteintes.

Côté Javascript, on charge la première fois les informations de la Vera et on vient définir un évènement sur le clic des images pour allumer ou éteindre la lampe.

La fonction “resfreshState” boucle indéfiniment et permet de recevoir de la Vera les changements de valeurs afin de mettre à jour notre interface HTML (états des prises, des lampes ou des chauffages, consommation et valeurs des capteurs de température, d’humidité, de consommation et de sécurité).

Vue partielle de la page Web représentant l'habitat (salon + terrasse). Les ampoules sont cliquables pour éteindre ou allumer les lampes. De plus l’interface affiche la consommation électrique, les capteurs météo et d’ouverture de la porte de la terrasse.

Conclusion

La domotique est un sujet passionnant qui ouvre beaucoup de possibilités. Ce tour d’horizon des différentes technologies vous donnera matière pour imaginer votre projet en fonction de votre habitat, de vos besoins et de votre budget. Les technologies filaires comme le KNX restent l’un des meilleurs choix mais ses contraintes d’installation et de budget rendent difficile leur démocratisation. Les technologies par courant porteur sont intéressantes mais peuvent souffrir d’un manque de fiabilité sur des réseaux électriques peu récents. Le « sans fils » semble être la solution la plus simple à mettre en place et des technologies comme le ZigBee ou le Z-Wave permettent de répondre à ses principaux défauts (réseau maillé pour une large couverture, retour d’état, sécurité, etc…).

Cependant, peu importe la technologie utilisée, le principal défi reste de privilégier l’usage à la technique. Il faut centrer son projet domotique sur l’objectif souhaité et choisir une ou plusieurs technologies pour y répondre en favorisant la simplicité d’utilisation.

De plus, l’utilisation au sein de vos applications s’avère relativement simple comme présentée à travers cet article. Les technologies de développement habituelles combinées à votre installation domotique vous permettront de réaliser une maison communicante et autonome.

La prochaine étape vers un habitat intelligent reste l’automatisation des équipements multimédia et l’orchestration de toutes ces tâches par une IA ou un agent intelligent, ce qui donnera une dimension supplémentaire à vos projets.

Dev,HighTech,Domotique
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Comments(8)

  1. BELLANGER
    le 3 décembre 2014 à 17:19

    Bonjour,
    Merci pour votre très bon exposé.
    Je souhaite installer la domotique dans ma maison équipée de volets roulant somfy en io homecontrol.
    J’ai regroupé sur une télécommande 5 volets de la partie jour, et souhaiterais gérer ces volets lors de mes absences par smartphone.
    En dehors de la tahoma de chez somfy avez vous la solution pour gérer en zwave.
    Merci de votre suite
    Cordialement

  2. Sebastien
    le 15 décembre 2014 à 17:56

    Bonjour et merci pour votre commentaire.
    La techno IO homecontrol de Somfy est assez fermée. J’aurai bien recommandé l’utilisation d’un RFXcom mais même la dernière version (avec support du protocole Somfy RTS) n’est pas compatible avec le homecontrol. De même que la ZiBase qui visiblement ne supporte pas non plus ce protocole.
    Dans ce cas, je vous conseille d’installer des micro-modules Fibaro FGRM-222 (version 2 qui contrôlera les volets à butées électroniques) derrière vos interrupteurs de volets ce qui permettra de les contrôler en Z-Wave.
    L’utilisation d’une box domotique vous permettra de prendre le contrôle de vos volets facilement depuis sur smartphone à l’extérieure). Je préconise une Vera Lite (plug & play) ou si vous êtes « bricoleur », un RPi avecune clé Aeon Z2 avec Domoticz par exemple.
    Cordialement,

  3. Trackback: The Mirror – Votre miroir domotique connecté – Geek is in da House 2014 | Sebastien.warin.fr

  4. khalid
    le 5 août 2015 à 19:57

    Bonjour,
    Merci pour votre très bon exposé
    Je souhaite installer la domotique dans ma maison
    avec un automate schneider m241
    Est ce que c est possible de faire communiquer m241 avec la Vera Lite comme contrôleur « maitre » par réseau wifi ou un port Ethernet?
    envoyé demande marche
    réservoir l état…..
    ..?
    envoyé la température a l automate
    merci d avance
    cordialemen

  5. Fred Viard
    le 25 janvier 2016 à 20:26

    Bonjour,
    Je trouve également votre exposé très complet. De mon coté c est un peu moins simple, je tente de commander ma vielle chaudière a fuel de ma maison de campagne avec le termostat Netatmo. Je l ai branché sur l’accélérateur, qui de consomme que 90 Watt, c’est donc compatible avec le termostat qui peux contrôler jusqu a 150 W. en revanche, ma chaudiere continue de se déclencher toutes les deux heures pour se remettre en température. il faudrait que je conditionne l alimentation électrique de la chaudiere à celle de l’accelerateur.
    si vous avez 2 ou trois min pour me donner un conseil, je suis preneur.
    Merci d avance

  6. JRF
    le 21 février 2016 à 23:44

    bonjour merci pour votre page très instructive.

    Je suis à la recherche d’un moyen de transformer un courant faible (provenant d’un thermostat filaire) qui serait émis en radio vers un récepteur a cote de ma chaudière afin de transformer le signal radio vers ma chaudière . j’ai une vieille maison et je ne peux pas tirer de nouveaux fils. Pensez vous qu’il existe une solution ?

  7. David H
    le 29 août 2016 à 08:29

    Bonjour

    Tout d’abord félicitations pour votre article! Je n’y connais pas grand chose en domotique, et là je suis impressionné par toutes ses possibilités!
    Je cherche actuellement une solution pour piloter une hotte Novy à moteur déporté à l’aide d’une télécommande. Pouvez vous me dire si c’est faisable et si oui, avec quel matériel et comment? Comme dit, je suis vraiment plus que novice dans ce domaine.
    Merci d’avance

  8. Dominique S.
    le 20 décembre 2016 à 09:17

    Bonjour,
    Ayant l’intention de me lancer de l’aventure domotique, je viens de lire votre article qui est très intéressant. J’ai une installation existante IN One de Legrand à reprendre, et j’envisage des extensions avec du Z-Wave, mais est ce qu’un CM15PRO peut me permettre de reprendre mon IN One?
    Avez vous un lien dédié à la discutions sur ce sujet?
    Merci par avance.

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