Informatique embarquée et objets connectés

Ajouter à mes favoris

Système informatique embarqués

Introduction

 Les systèmes informatiques embarqués sont utilisés dans tous les domaines : 

  • l’industrie (robots), 

  • le transport (avionique, automobile, métro . . . ), 

  • la médecine (pacemakers, imagerie . . . ), 

  • la maison (domotique, appareils ménagers . . . ), 

  • les télécommunications (téléphonie . . . ), 

  • le monde du travail (contrôle d’accès . . . ), 

  • les loisirs (vélo électrique . . . ).

 

On parle d’informatique ubiquitaire pour désigner cette omniprésence de l’informatique dans notre environnement.

 

Repères Historiques

Historiquement, le secteur industriel des transports (automobile, aéronautique, aérospatiale, ferroviaire, etc.) a été le pionnier dans leur conception et leur utilisation.
Mais depuis quelques années, les nouveaux secteurs d’applications des objets connectés – considérés comme la troisième évolution de l’internet – offre de nouvelles opportunités.

1967

Premier système embarqué de guidage lors de la mission lunaire Apollo

Apollo Guidance Computer

Odoo- Echantillon n° 2 pour trois colonnes

1971

Premier processeur produit par Intel

Odoo- Echantillon n° 3 pour trois colonnes

1984

Sortie de l’Airbus 320, premier avion équipé de commandes électriques informatisée

Odoo- Echantillon n° 3 pour trois colonnes

1998

Mise en service du métro informatisé sans conducteur Météor (ligne 14 à Paris)

Odoo- Echantillon n° 3 pour trois colonnes

1999

Introduction de l’expression « internet des objets » par Kevin Ashton

Odoo- Echantillon n° 3 pour trois colonnes

2007

Arrivée du smartphone

Définitions

Les systèmes embarqués sont des systèmes électroniques et informatiques autonomes, souvent temps réel, spécialisés dans une tâche bien précise capable d’acquérir une donnée, la traiter et la communiquer. 
Le terme désigne aussi bien le matériel (Hardware) que le logiciel (Software) utilisé.

 

Interface Homme-Machine

Une Interface Homme-Machine (IHM) est une interface utilisateur permettant de connecter une personne à une machine, à un système ou à un appareil.

 

Le flux d’informations à travers les IHM permet une interaction continue entre l’homme et la machine.

 

 

 
 

 Les IHM peuvent prendre différentes formes : écrans directement intégrés aux machines, écrans d’ordinateur, tablettes tactiles ou smartphones, etc


Structure d’un Système embarqués

On peut distinguer deux parties au sein des systèmes, l’une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information, l’autre agissant sur les flux de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie.

 Exemple : Système d’éclairage automatique

Carte programmable - Microcontrôleur

Les ordinateurs miniatures des systèmes embarqués s’appellent des microcontrôleurs.
Ils ont un mémoire, un processeur, des entrées-sorties comme un ordinateur mais se caractérisent par une miniaturisation accrue, une plus faible consommation électrique et des performances moindres, mais suffisantes pour des applications toujours plus nombreuses avec les progrès techniques.




Capteurs

Un capteur permet d’acquérir une grandeur physique pour la transformer en grandeur « utilisable » par un système.
Cette information logique ou analogique acquise sera portée par un signal analogique ou numérique. 

Information analogique








Information logique



Actionneurs

Les Actionneurs permettent de transformer l’énergie reçue en un phénomène physique (déplacement, dégagement de chaleur, émission de lumière …) pour répondre à un besoin donné.
Exemple : un moteur, une lampe, une DEL, un buzzer, …







Objets connectés

Internet des objets

Un objet connecté est un système informatique embarqué disposant d’une connexion à un réseau local ou à L’Internet.

Avec la baisse des coûts des microcontrôleurs et des puces Wifi, les objets connectés se multiplient. On peut en fabriquer facilement à partir de cartes Arduino, de Raspberry Pi ou de cartes Wifi ESP8266. Actuellement, il existe plus d’objets que d’humains connectés à Internet et leur nombre va augmenter fortement dans les prochaines années.

Les Interfaces Homme Machine des objets connectés sont souvent des applications Web disponibles sur Smartphone.


 
 

Exercices


Exercice 1

Voici une liste de différentes définitions. Chacune correspond à un des mots suivants : actionneur, capteurs, logiciel, mémoire, processeur.

Associer à chaque définition suivante, le mot lui correspondant :

  • objet qui recueille des données provenant de ce que qui l'environne.

  • objet qui stocke une information binaire composée de 0 et de 1.

  • programme permettant de savoir comment traiter une information pour un objectif précis.

  • objet qui traite des données numériques de manière automatique.

  • objet qui en modifiant son état peut agir sur le monde physique qui n'evironne.

Exercice 2

Réaliser un schéma résumant visuelement un système informatique embarqué en précisant où se trouvent dans la boucle les capteurs et les actionneurs.

Exercice 3

Voici une liste d'objets, certains sont des capteurs, d'autres des actionneurs :

gyrophare ; Sonde d’humidité ; détecteur de présence ; lumière ; télécommande ; bouton poussoir ; sirène ; moteur électrique ; détecteur de lumière.


Dans cette liste, quels sont les capteurs ? Justifier

Exercice 4

Voici un thermostat régulant la température d'une maison :

Nest Learning Thermostat, 3e génération, acier: Amazon.fr: Bricolage 

Citer des capteurs en lien avec ce thermostat ?

Citer au moins un actionneur en lien avec ce thermostat ?

Pourquoi ce thermostat peut être vu comme une Interface Homme Mechine (IHM) ?

Exercice 5

Le thermostat régulant la température d'une maison fonctionne suivant des programmes précis.


thermostat

Voici un algorithme, intégré au logiciel de gestion du processeur du thermostat, qui permet de gérer la température d'une pièce :

(il et écrit en langage "courant" afin de faciliter son fonctionnement).


Tant que vrai :
lire et stocker la température extérieure
lire et stocker la température intérieure
si la température intérieure est inférieure à 18 °C :
mettre en chauffe les radiateurs
sinon :
mettre ou laisser les radiateurs en pause

Comme un ordinateur ne comprend pas un algorithme écrit ainsi, différents langage de programmation ont été développés afin de pouvoir faire comprendre à un processeur l'ensemble des tâches à réaliser. Python est un de ces langages de programmation.


Voici l'algorithme précédent réécrit en python :


while true :
tempExt = temperatureExterieure()
tempInt = temperatureInterieure()
if tempInt < 18 :
radiateur.run()
else :
radiateur.sleep()

Quelle ligne dans l'algorithme écrit en Python permet de voir le système informatique embarqué comme une chaîne d'opérations en boucle traitées en permanence ?

Sur quelle température est réglée l'algorithme du thermostat contrôlant la température intérieure ?

On veut modifier cet algorithme écrit en Python pour que le radiateur ne se mette en marche que dans le cas où la température intérieure est inférieure à 16°C et est supérieure à celle extérieure (sinon, plutôt que d'allumer le radiateur, il suffit d'ouvrir une fenêtre pour réchauffer la maison : geste écologique et économique !).

Compléter le script ci-dessous en remplaçant la ligne de pointillés :

while true :
    tempExt = temperatureExterieure()
    tempInt = temperatureInterieure()
    ......................................................
        radiateur.run()
    else :
        radiateur.sleep()

Exercice 6

Un véhicule est équipé sur chacune de ses roues d'un mesureur de vitesse de rotation de la roue. Si, lors d'un freinage, la vitesse mesurée en temps réel est nulle, l'information est transmise au calculateur qui va alors commander de relâcher la pression hydraulique sur les freins afin que la roue se remmette à tourner. Le système va ainsi, jusqu'à vingt-quatre fois par seconde, bloquer et débloquer les freins, quand bien même le conducteur continue à appuyer à fond sur la pédale de frein. Ces réajustements répétés peuvent être ressentis par le conducteur au niveau de la pédale de freinage.

Citer les capteurs en lien avec le système ABS.

Citer les actionneurs en lien avec le système ABS.

Écrire en langage naturel un programme permettant de décrire le fonctionnement du système ABS.

Dans la seconde phrase décrivant le principe de fonctionnement, quel est le groupe de mot qui permet d'assurer que le pilotage du système se fait à une vitesse adaptée à l'évolution du système ?

Est-ce à la base un "objet connecté" ? Pourquoi ? 

140 vues
Evaluez ce cours
0 0

Evaluations

Propositions 2e1

Proposition 2e3

Laisser un commentaire

Vous devez être Connecté en tant que pour poster un commentaire.