Partie 2 : Capteurs, microcontrôleur et IHM

B.O. spécial n° 1 du 22 janvier 2019 - SNT Seconde

Contenus	Capacités attendues
Systèmes informatiques embarqués	Identifier des systèmes embarqués dans des objets du quotidien. Comprendre le principe de fonctionnement d'un système embarqué.
Interface homme-machine (IHM)	Décrire les interactions entre l'utilisateur et un objet connecté via une IHM. Réaliser une IHM simple d'un objet connecté.
Capteurs, actionneurs, microcontrôleurs	Identifier les composants d'un système embarqué (capteurs, actionneurs, microcontrôleur). Écrire des programmes simples d'acquisition de données ou de commande d'un actionneur.
Internet des objets (IoT)	Connaître les enjeux de l'IoT en termes de données personnelles et de sécurité.

3. Capteurs et actionneurs

3.1. Les capteurs

Un capteur est un composant électronique qui mesure une grandeur physique de l'environnement et la convertit en signal électrique exploitable par le microcontrôleur.

Capteur	Grandeur mesurée	Exemple d'utilisation
Thermomètre	Température	Thermostat connecté
Photorésistance (LDR)	Luminosité	Éclairage automatique
Accéléromètre	Accélération, inclinaison	Compteur de pas, rotation de l'écran du smartphone
Gyroscope	Orientation	Stabilisation d'image, jeux
Capteur de proximité	Distance	Aide au stationnement
Microphone	Son	Commande vocale
GPS	Position géographique	Navigation
Capteur de pression	Pression atmosphérique	Station météo

3.2. Les actionneurs

Un actionneur est un composant qui transforme un signal électrique en action physique.

Actionneur	Action	Exemple
LED	Émission de lumière	Témoin lumineux, éclairage
Moteur	Mouvement rotatif	Roue de robot, volet roulant
Buzzer	Émission de son	Alarme, signal sonore
Servomoteur	Mouvement angulaire précis	Bras robotique
Écran	Affichage	Montre connectée
Relais	Commutation électrique	Allumer/éteindre un appareil

4. Le microcontroleur

Le microcontrôleur est le « cerveau » du système embarqué. C'est un petit circuit intégré qui contient un processeur, de la mémoire et des ports d'entrée/sortie, le tout sur une seule puce.

La carte Arduino

La carte Arduino est une plateforme de prototypage électronique très répandue en éducation. Elle permet de connecter facilement des capteurs et des actionneurs et de les programmer.

Composants principaux d'une carte Arduino Uno :

Composant	Rôle
Microcontrôleur	Exécute le programme
Port USB	Transférer le programme depuis l'ordinateur et alimenter la carte
Entrées/sorties numériques	Brancher des actionneurs et capteurs numériques (0 ou 1)
Entrées analogiques	Brancher des capteurs analogiques (valeurs continues)
Alimentation (5V, GND)	Fournir l'électricité aux composants

Exemple de programme Arduino

Programme pour faire clignoter une LED :

void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT);  // La broche 13 est une sortie
}

void loop() {
    digitalWrite(13, HIGH);  // Allumer la LED
    delay(1000);             // Attendre 1 seconde
    digitalWrite(13, LOW);   // Éteindre la LED
    delay(1000);             // Attendre 1 seconde
}

5. L'interface homme-machine (IHM)

5.1. Définition

Une interface homme-machine (IHM) est le moyen par lequel un utilisateur peut interagir avec une machine : la contrôler, lui envoyer des commandes et consulter les informations qu'elle fournit.

5.2. IHM physique et IHM logicielle

On distingue deux types d'IHM :

IHM physique (matérielle)
IHM logicielle (virtuelle)

Ce sont les éléments tangibles que l'on peut toucher ou manipuler pour interagir avec la machine.

Élément	Fonction	Exemple
Boutons poussoirs	Envoyer une commande	Bouton d'allumage, interrupteur
Voyants LED	Indiquer un état	Témoin de charge, LED de veille
Potentiomètres / curseurs	Régler une valeur	Volume d'une enceinte, luminosité
Écran à segments	Afficher des chiffres	Afficheur de micro-ondes, réveil
Clavier physique	Saisir des données	Digicode, clavier d'ordinateur

Ce sont les éléments affichés sur un écran, avec lesquels on interagit via un écran tactile, une souris ou un clavier.

Élément	Fonction	Exemple
Boutons virtuels	Déclencher une action	Bouton « Valider » dans une application
Menus déroulants	Choisir une option	Menu de réglages d'un smartphone
Jauges / graphiques	Visualiser des données	Courbe de température dans une appli domotique
Curseurs virtuels	Ajuster une valeur	Réglage du thermostat sur une application
Notifications	Alerter l'utilisateur	Alerte de détection de mouvement

5.3. Concevoir une IHM

La conception d'une IHM pour un objet connecté suit trois étapes :

Design : concevoir l'apparence de l'interface (boutons, affichages, dispositions).
Programmation : coder le comportement de l'interface (que se passe-t-il quand on appuie sur un bouton ?).
Test : vérifier le fonctionnement sur un émulateur puis sur l'appareil réel.

6. Enjeux et risques de l'IoT

6.1. Avantages

Confort : domotique, maison intelligente, commande à distance.
Santé : suivi médical en continu, alertes automatiques.
Sécurité : caméras connectées, détecteurs de fumée intelligents.
Économie d'énergie : thermostats adaptatifs, éclairage automatique.

6.2. Risques

Risque	Description
Données personnelles	Les objets connectés collectent en permanence des données sur nos habitudes, notre santé, nos déplacements.
Piratage	Un objet connecté mal sécurisé peut être piraté : caméra espionnée, serrure connectée ouverte à distance...
Dépendance	Panne d'Internet ou du Cloud = objets inutilisables.
Obsolescence	Le fabricant peut cesser de mettre à jour le logiciel, rendant l'objet vulnérable ou inutilisable.
Impact environnemental	Fabrication (métaux rares), consommation électrique, déchets électroniques.