Centrale de régulation : de l'ATmega2560 à l'ESP32 IoT

Monorepo retraçant l'évolution complète d'une centrale de régulation critique pour serre. Le projet présente deux générations d'architecture : un firmware bare-metal en C pour ATmega2560 (V1), puis une migration vers une architecture IoT basée sur ESP32 et FreeRTOS (V2).

🎬 Démonstrations

V1 : Serre automatisée sur ATmega2560

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• Firmware bare-metal en C
• Régulation par hystérésis (température & humidité du sol)
• Gardes de pompe indépendantes et gestion des erreurs capteurs
• Interface série (CLI) avec sauvegarde de la configuration en EEPROM

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V2 : Serre connectée sur ESP32

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• Architecture multithreadée sous FreeRTOS
• Communication MQTT sécurisée sur TLS
• Télémétrie au format JSON vers un broker Cloud

Le problème initial

La gestion d'une serre repose sur des paramètres critiques : température, humidité de l'air et du sol. Une défaillance peut entraîner des pertes de récolte. Un système de régulation doit donc être fiable, prévisible, et capable de fonctionner en autonomie tout en signalant les anomalies.

La solution : deux générations, une même rigueur

V1 : Maîtrise du temps réel contraint

La première version a été conçue comme un exercice de style bare-metal :

• Firmware C pur sans framework Arduino, drivers écrits depuis la datasheet.
• Super-boucle non bloquante avec sommeil IDLE et watchdog matériel.
• Régulation par hystérésis pour le ventilateur (26/24 °C) et la pompe (30/60 %).
• Deux gardes indépendantes sur la pompe : niveau d'eau et irrigation diurne uniquement.
• Validation rigoureuse : 12 suites de tests hôte, 98 cas, 100 % de couverture lignes et fonctions, analyse de pile par désassemblage réel (63/8192 octets, 99,2 % de marge).

V2 : L'extension IoT sécurisée

La deuxième version conserve la logique métier et l'étend vers le Cloud :

• Architecture FreeRTOS : 4 tâches préemptives (Sensors, Logic, Network, Display) réparties sur 2 cœurs.
• Communication inter-tâches par Queues et Mutex pour protéger le bus I2C.
• Chaîne Edge-to-Cloud sécurisée : Wi-Fi WPA2, MQTT sur TLS 1.2/1.3, authentification par Root CA, payload JSON.
• Double environnement PlatformIO : simulation Wokwi et carte ESP32 réelle.
• Isolation des secrets : secrets.h non versionné, template .example fourni pour la CI.

Le cœur de décision reste en C pur, portable et testable sur PC, indépendamment de la cible matérielle.

Difficultés rencontrées

• Portage des drivers : le protocole 1-Wire du DHT22, sensible au timing, ne fonctionnait pas correctement dans le simulateur Wokwi. Solution : deux implémentations distinctes (bit-bang pour le matériel, DHTesp pour la simulation) sélectionnées par filtre de sources PlatformIO.
• Synchronisation des tâches : le partage du bus I2C entre la RTC, le LCD et les capteurs nécessitait un Mutex pour éviter les conflits d'accès.
• Gestion des secrets : la configuration CI devait générer un secrets.h factice à partir d'un template pour compiler l'environnement matériel sans exposer les vrais identifiants.
• Limites de la simulation : Wokwi gratuit ne ponte pas le Wi-Fi vers Internet, ce qui empêche la validation Cloud en simulation.

Perspectives

• Validation du client MQTT/TLS sur une carte ESP32 physique.
• Ajout de QoS 1/2 pour une fiabilité industrielle (via ESP-MQTT).
• Configuration de la fenêtre horaire jour/nuit en EEPROM.
• Intégration d'un dashboard Cloud (HiveMQ Web Client ou Grafana).
• Ajout d'un mode économie d'énergie avec réveil périodique.

Contenu du dépôt

Dossier	Description
firmware_v1_bare_metal/	V1 : firmware C pur sur ATmega2560, drivers depuis la datasheet
firmware_v2_rtos_iot/	V2 : migration ESP32 + FreeRTOS, MQTT/TLS, double environnement

Comparaison V1 / V2

	V1 Bare-metal	V2 RTOS / IoT
Cible	ATmega2560, 8 bits	ESP32, 32 bits dual-core
Architecture	Super-boucle non bloquante	4 tâches FreeRTOS préemptives
Communication	Modules C appelés en séquence	Queues et mutex inter-tâches
Réseau	Aucun	Wi-Fi WPA2, MQTT sur TLS 1.2/1.3
Sécurité	Watchdog, checksum, EEPROM	Watchdog, TLS, Root CA, secrets isolés
Tests hôte	12 suites, 98 cas	4 suites, 11 cas
CI	6 jobs	4 jobs
Simulation	Wokwi CLI	Wokwi CLI
Sortie locale	LCD 1602 I2C	LCD 1602 I2C
Sortie distante	Port série	Broker Cloud HiveMQ

Démarrage rapide

V1

cd firmware_v1_bare_metal
pio run

V2, simulation

cd firmware_v2_rtos_iot
pio run -e esp32dev_wokwi
wokwi-cli .

La documentation détaillée de chaque version est disponible dans son dossier respectif.

Auteur

Projet personnel réalisé par Horacia Azonhoumon.