Développement d’un logiciel embarqué pour un appareil de mesure électrique prépayé

Ce document traite du développement d’un logiciel embarqué pour un compteur électrique prépayé. Il s’adresse principalement aux étudiants et professionnels en électronique, informatique embarquée et gestion de l’énergie, qui souhaitent comprendre comment concevoir un système permettant de mesurer et contrôler la consommation électrique tout en assurant le paiement anticipé de l’énergie.

La question

Le travail aborde le problème de la fourniture d’électricité sans paiement préalable, ce qui représente un risque financier pour les fournisseurs d’énergie. Du côté des clients, cela peut engendrer des factures imprévues et difficiles à gérer. La question centrale est donc : comment concevoir un compteur électrique prépayé qui permette au client d’acheter de l’électricité avant consommation, garantissant ainsi le paiement pour le fournisseur tout en offrant au client un contrôle financier sur sa consommation ?

Concepts de base

Pour comprendre ce projet, il est essentiel de saisir plusieurs notions clés :

• Compteur électrique prépayé : un dispositif qui mesure la consommation d’électricité et qui nécessite que le client achète un crédit d’énergie à l’avance. Le compteur déduit la consommation du crédit disponible.
• Jeton STS (Spécification de Transfer Standard) : un code sécurisé de 20 chiffres généré à partir d’un jeton de 66 bits crypté avec une clé propre au compteur. Ce jeton sert à recharger le crédit sur le compteur.
• Cryptage et décryptage : le jeton est crypté pour garantir la sécurité des transactions et décrypté au niveau du compteur pour valider le crédit.
• Validité du jeton : un jeton est considéré valide si sa date de création est plus récente que celle du compteur, si son ID est différent des 50 derniers jetons utilisés, et si son ID est supérieur à celui du jeton le plus ancien.
• Calibration : processus d’ajustement du compteur pour assurer la précision des mesures d’énergie consommée.
• Microcontrôleurs MSP430AFE253 et MSP430F6638 : composants électroniques utilisés dans le compteur pour gérer la métrologie, la communication SPI, l’affichage LCD et le traitement des jetons STS.

Approche

Le projet a consisté à développer un logiciel embarqué capable de gérer plusieurs fonctions essentielles du compteur prépayé. Le logiciel doit :

• Mesurer l’énergie consommée avec précision grâce à un module de métrologie.
• Afficher les données importantes sur un écran LCD, notamment la consommation, le solde restant et la validité du jeton.
• Permettre la calibration du compteur pour garantir la fiabilité des mesures.
• Gérer la recharge du solde via l’entrée d’un code à 20 chiffres, correspondant au jeton STS.
• Assurer la sécurité des transactions en cryptant et décryptant les jetons avec la clé unique du compteur.

Pour cela, le système utilise deux microcontrôleurs MSP430 : l’un dédié à la métrologie et l’autre à la gestion des données, de la communication SPI, et de l’interface utilisateur. Une application Windows a également été développée pour faciliter la calibration et la gestion des jetons.

Résultats

Au terme du projet, les objectifs principaux ont été atteints :

• Le compteur peut mesurer avec précision l’énergie consommée.
• La calibration du compteur est possible via l’interface prévue.
• Le rechargement du solde fonctionne grâce à la saisie et la validation des jetons STS.
• Les données sont affichées clairement sur l’écran LCD, permettant au client de suivre sa consommation et son crédit restant.

Ces résultats montrent que le logiciel embarqué développé répond aux besoins fondamentaux d’un compteur électrique prépayé sécurisé et fonctionnel.

Limitations et questions ouvertes

Le projet mentionne la possibilité d’améliorer l’application en y ajoutant un module sans fil, ce qui n’a pas été réalisé dans le cadre de ce travail. Cette extension permettrait une communication plus facile et une gestion à distance du compteur, mais soulève aussi des questions de sécurité et de complexité technique non abordées ici.

Glossaire

• Compteur prépayé : dispositif mesurant la consommation électrique et fonctionnant avec un crédit acheté à l’avance.
• Jeton STS : code sécurisé de 20 chiffres généré à partir d’un jeton de 66 bits, utilisé pour recharger le crédit.
• Cryptage/Décryptage : processus de sécurisation des données pour garantir la validité et l’authenticité des jetons.
• Calibration : ajustement du compteur pour assurer la précision des mesures.
• Microcontrôleur MSP430 : composant électronique programmable utilisé pour gérer les fonctions du compteur.
• SPI (Serial Peripheral Interface) : protocole de communication utilisé entre les microcontrôleurs et les modules du compteur.