Notion d'informatique embarquée

Historique succinct

Regardez la vidéo suivante en essayant de mémoriser les grandes dates :

A l'issue du visionnage, répondez au QCM sur Socrative pour tester si vous avez retenus les dates essentielles.

Vous pouvez retrouver le diaporama ayant servi de support à la vidéo en le téléchargeant ici.

Système informatique embarqué

Fonctionnement simplifié d'un ordinateur

schéma éclairant ce qui suit

Lorsque vous utilisez votre ordinateur portable, vous saisissez des informations sur le clavier ou déplacez votre doigt sur le pavé tactile.

Un système informatique (embarqué) peut être vu de la même manière :

  1. Le système capte une information physique

  2. elle est converti en binaire

  3. l'information est traitée par un (micro)processeur en permanence

  4. l'information traitée est reconverti en signal électrique

  5. Ce signal électrique conduit à l'action d'un élément du sytème qui agit sur l'extérieur.

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

Associer à chaque définition suivante, le mot lui correspondant :

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

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

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

  4. objet qui traite des données numériques de manière automatique.

  5. objet qui en modifiant son état peut agir sur le monde physique qui l'environne.

Code de déblocage de la correction :

Un système informatique embarqué est une machine dédiée à une tâche définie. Il peut être vu comme une chaîne d'opérations en boucle traitées en permanence, chaîne entre le monde physique/réel et l'objet contenant ce système informatique embarqué.
Il est composé de :

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

schéma

Convertisseur A/N signifie convertisseur analogique/numérique : objet qui transforme un signal électrique (tension, intensité, ...) en un numérique (en bits : 0 ou 1) ou inversement.

Code de déblocage de la correction :

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 ?

Code de déblocage de la correction :

Interface Homme Machine

un Interface Homme/Machine, d'acronyme IHM, est un dispositif permettant à un humain de communiquer avec une machine.

Voici un thermostat régulant la température d'une maison :

thermostat
  1. Citer des capteurs en lien avec ce thermostat ?

  2. Citer au moins un actionneur en lien avec ce thermostat ?

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

Code de déblocage de la correction :

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 est 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()
  • c'est un code simplifiée fondée sur une pseudo-bibliothèque non énoncée : il n'a pas pour but d'être implémenté tel quel dans un processeur, mais est là pour donner à voir la structure globale d'un tel programme ;

  • temperatureExterieure() est une fonction servant à obtenir la température extérieure mesurée par un capteur extérieur ;

  • temperatureInterieure() est une fonction servant à obtenir la température intérieure mesurée par un capteur intérieur ;

  • radiateur.run() est une fonction mettant en marche l'actionneur radiateur.

  • radiateur.sleep() est une fonction mettant en pause l'actionneur radiateur.

  1. 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 ?

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

  3. 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()
    

Code de déblocage de la correction :

Principe du système antoblocage ABS (de l'allemand Antiblockiertsystem) :

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.

Voici un schéma représentant le système :

schéma
  1. Citer les capteurs en lien avec le système ABS.

  2. Citer les actionneurs en lien avec le système ABS.

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

  4. 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 ?

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

Code de déblocage de la correction :

Voici un exercice qui vous permet de vérifier votre maîtrise des notions vues dans cette partie.
Un corrigé est accessible ici afin que vous puissiez vérifier votre travail autonome.
Pour un travail autonome, quoi de tel qu'une voiture "autonome" !

Lancé en 2014 sur la Model S, l’Autopilot Tesla n’a cessé d’évoluer grâce aux mises à jour, combinées à une technologie en progression constante. Tesla est un des constructeurs pionniers de l’automobile électrique moderne. Parmi les domaines où elle est en avance par rapport aux autres constructeurs figure la conduite semi-automatique. Baptisée Autopilot sur ses modèles depuis 2014, elle est en passe de devenir totalement autonome si l’on en croit le dirigeant. Ce serait pour 2022, où les voitures deviendraient de véritables « robotaxis »…

Quels sont les équipements de l’Autopilot ? L’Autopilot est la dénomination des systèmes d’aides à la conduite semi-autonome de Tesla. Selon les modèles, la date de construction et la version du logiciel installée, les capacités sont différentes. Depuis avril 2019, tous les véhicules Tesla sont équipés de la 3ème génération du système. Un dispositif qui serait compatible avec l’option «Capacité de conduite entièrement autonome». Dans le détail, cette V3 de l’Autopilot intègre :

Pour traiter les données reçues par les différents dispositifs, il faut un outil de calcul puissant. Entre 2014 et octobre 2016, Tesla a intégré des puces MobilEye, puis des nVidia jusqu’en avril 2019. Désormais, Tesla conçoit ses propres processeurs, avec la puce FSD autoproclamée «la plus puissante du monde».

Enfin, autre avantage des Tesla, c’est que le logiciel n’est pas figé. Le constructeur met à jour régulièrement le système embarqué, et améliore ainsi progressivement l’efficacité.

  1. Pourquoi les voitures Autopilot de Tesla peuvent être considérées comme un système informatique embarqué ?

  2. Citer des capteurs utiles à l’autopilote Tesla.

  3. Citer des actionneurs utiles aux voitures Autopilot de Tesla.

  4. Pourquoi peut-on parler d'objets connectés concernant les voitures Autopilot de Tesla ?

  5. Quels inconvénients peuvent avoir les objets connectés en général ?

Proposer une trace écrite de la séance :

Code de déblocage de la correction :

Un des domaines où l'informatique embarquée va se généraliser dans les années à venir est surement la domotique.
Visualiser ci-dessous une vidéo du CEA qui illustre le fonctionnement simplifié d'une maison connectée.
accès à la vidéo.

domotique avec Somfy

Historique succinct

Home I/O

Installations

Pour les TP des séances suivantes vous allez avoir besoin de télécharger trois logiciels :

Installation de Home I/O

A compléter

Installation de Scratch2

A compléter

Installation de Foxit reader

A compléter

TP sur Home I/O

Arduino

Présentation

Voici un document qui présente Arduino.

Premier TP

Voici la fiche correspondant au premier TP sur Arduino à effectuer.

Vous aurez besoin de ce programme en lanage Python.

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