Grâce à un circuit imprimé à la pointe de la technologie, le thermostat Nest transforme l'habitat

June 6, 2017 CircuitStudio
Round dial thermostat
 

J'ai grandi dans le Nord-Ouest des États-Unis, et le thermostat a toujours été une source de conflit à la maison. Le thermostat n'était jamais réglé à mon goût, et il faisait à peine 15 degrés en plein mois de janvier ! Mes parents sont des gens pragmatiques, soucieux d'économiser l'énergie. Si tout le monde est à l'école ou au travail, il n'y a aucune raison de laisser le chauffage à fond. « Tu n'as qu'à enfiler une couche supplémentaire », me disaient-ils.

 

Je n'étais pas d'accord. En tant qu'adolescent, je pensais qu'une famille normale était parfaitement capable de payer une facture de chauffage. Comme la plupart des adolescents, je ne connaissais pas grand-chose de la vie. En vérité, chauffer une maison vide pour la rendre chaleureuse et accueillante n'est pas bon marché. À l'époque, je ne savais pas que la technologie, soutenue par les avancées en matière de circuits imprimés, allait se pencher sur le problème.

 

Les thermostats ne sont pas souvent des phénomènes de mode

 

Pendant bien longtemps, le banal thermostat a été ignoré par les startups et les concepteurs de hardware. Les thermostats traditionnels ne proposaient que des options limitées : lire et réguler la température. Avec un peu de chance, vous aviez un programmateur et un écran LCD. En vérité, un thermostat de 2005 n'est pas fondamentalement différent d'un thermostat de 1965. Bien sûr, les thermostats sont passés de l'analogique au digital avec un design un peu amélioré, mais les fonctionnalités et les commandes restent identiques. C'est un appareil qu'on ne peut qu'allumer ou éteindre. Si on y réfléchit, les thermostats étaient figés dans le temps. Ce n'est qu'à partir de la fin des années 2000 qu'ils ont enfin reçu une attention bien méritée.

 

C'est là que Nest intervient. En tant que développeur ou concepteur de circuits imprimés, vous avez probablement suivi l'émergence de l'« habitat intelligent », que Nest se propose de définir. Fondée en 2011, l'entreprise a été créée par deux anciens ingénieurs d'Apple, Tony Fadell et Matt Rogers. Alors que T. Fadell construisait une résidence secondaire, il s'est mis à rechercher un thermostat dans le commerce. Fidèle à l'histoire de Steve Jobs, Fadell ne put se satisfaire des thermostats qu'il avait trouvés,estimant qu'il pouvait faire mieux.ll rejoignit Rodgers, une petite entreprise ambitieuse de la division iPod d'Apple, et s'appliqua à concevoir le thermostat du XXIe siècle. Le résultat était révolutionnaire pour la domotique : un thermostat qui « apprend » vos habitudes de chauffage et d'air conditionné. Il remarque quand vous réduisez le chauffage pour aller travailler, et quand vous le relancez à votre retour. Si vos habitudes s'installent, le thermostat Nest les applique automatiquement à votre place. Il estime également le temps nécessaire pour chauffer ou rafraîchir une pièce et l'amener à une certaine température. Il se tient informé de la météo dans votre région pour relancer la chaudière lorsqu'une masse d'air froid s'abat sur votre domicile. En outre, à l'instar de nombreux produits de « l'habitat intelligent », le thermostat Nest est relié à un panneau de contrôle dans le cloud, qui vous permet de contrôler votre système en ligne.

 

Digital thermostat
Voilà qui est plus intéressant ! Même du point de vue esthétique, le Nest se démarque des modèles plus anciens.
 
 

Il n'y a pas de doute, le thermostat Nest a évincé la concurrence. Mais comment sait-il quand il faut allumer l'air conditionné ? C'est là que l'apprentissage automatique entre en jeu. Grâce à des algorithmes d'auto-apprentissage, le thermostat Nest « apprend » les habitudes de la maisonnée et note le moment où vous augmentez ou diminuez le chauffage ou l'air conditionné. Après avoir accumulé des données suffisantes, le Nest est capable d'anticiper et ajustera automatiquement la température en fonction de vos habitudes et du moment de la journée. Du point de vue du concepteur de circuits imprimés, le thermostat Nest est une application des technologies de pointe du secteur.

 

Un débouché intéressant des technologies de circuits imprimés modernes

 

Le thermostat Nest a été rendu possible par les dernières avancées en matière de circuits imprimés. Si Nest avait tenté de réinventer les thermostats dix ans plus tôt, en 2001, la technologie n'aurait pas été capable de respecter les contraintes de taille et de performance. Certes, Nest aurait peut-être été capable de concocter un prototype fonctionnel, mais sa taille et son apparence auraient été bien éloignées des appareils domotiques actuels. Et bien évidemment, le prix aurait été autrement plus élevé ! Les techniques telles que les circuits imprimés haute densité, les puces avec matrice de billes et les approches de conception centrées sur l'efficacité étaient balbutiantes. Elles n'étaient pas encore prêtes pour le marché de la consommation. Nest était sur le point de chambouler le marché des thermostats, mais la technologie ne suivait pas encore.


 

Processor with BGAs
Le circuit intégré avec matrices de billes compactes (BGA) est l'une des techniques exploitées par Nest.
 
 
Il faut savoir que la technologie du thermostat Nest n'a pas été rendue possible par l'économie d'échelle. Faire tenir tous les circuits imprimés sur une carte complexe haute densité n'a rien d'évident. Dès lors, il faut souligner les efforts de conception qui ont rendu ce produit possible. Grâce à un démontage du thermostat proposé par Sparkfun, nous voyons ce qu'il est possible de faire avec les techniques de conception de circuits imprimés modernes. La carte-mère est basée sur une approche multicouche avec un grand nombre de puces montées en surface, ce qui permet de respecter la contrainte spatiale.
 
On trouve également plusieurs circuits imprimés, qui tirent parti d'une matrice de billes pour réduire la taille de l'ensemble et maximiser le nombre de broches d'interconnexion. Un quad flat package plus conventionnel, par exemple, aurait été trop volumineux et pas assez efficace. Pour gagner encore plus de place, Nest a utilisé les contacts de la carte elle-même, plutôt que des câbles plats encombrants. Dans le cas de l'une des cartes filles, on a utilisé les vis de montage elles-mêmes pour fournir l'alimentation, la terre et le signal. Dans l'ensemble, le thermostat Nest est un exemple de conception compacte haute densité. Grâce aux techniques utilisées, Nest allie forme et performance, deux conditions nécessaires pour créer un thermostat efficace.

 

Les techniques employées par Nest ouvrent la voie à une nouvelle catégorie d'appareils destinés à l'habitat intelligent. En réalité, de nombreuses startups et les concepteurs indépendants tentent de reproduire ce succès domotique. Certes, vous ne réaliserez peut-être pas le prochain thermostat révolutionnaire, mais un logiciel de conception de circuits imprimés puissant peut vous aider à concrétiser votre projet. Althium propose CircuitStudio, un logiciel de conception de circuits imprimés facile à utiliser qui propose une interface intuitive capable de gérer tous les pièges actuels du hardware. Vous assurez un contrôle visuel et remplissez les objectifs de conception des projets les plus exigeants. CircuitStudio offre une solution clé en main, parfaite pour les startups et les professionnels du secteur. Avec cette solution Alitium, vous pouvez faire couver votre prochain projet bien au chaud.

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