Capteurs et actionneurs
- Fiche de cours
- Quiz et exercices
- Vidéos et podcasts
- Distinguer capteurs et actionneurs.
- Connaitre quelques capteurs et actionneurs courants.
- Identifier un algorithme de contrôle.
- Écrire un programme simple sur une carte programmable.
- Un capteur est un dispositif qui transforme une grandeur physique en un signal électrique.
- Un capteur est soit Tout ou Rien (TOR), soit analogique.
- Un actionneur est un dispositif capable de produire une action physique à partir de l’énergie qu’il reçoit.
- Un système informatique embarqué reçoit des informations du monde réel par le moyen de capteurs. Il mémorise et traite ces informations par le microprocesseur, puis renvoie des informations vers le monde réel par l’intermédiaire des actionneurs.
- Le programme présent sur la carte est en permanence exécuté (boucle infinie) lorsque le système informatique embarqué est alimenté électriquement.
Principe d’un capteur
Ce sont les capteurs qui envoient les informations en entrée du système informatique embarqué.
Il existe deux types de capteur.
Les capteurs logiques adressent un signal qui ne peut prendre que 2 états possibles (oui/non, 0/1, absence/présence d’un phénomène).
On appelle les capteurs de ce type les T.O.R. (Tout Ou Rien).
Les capteurs analogiques adressent un signal qui est proportionnel au phénomène physique détecté (température, luminosité, longueur, etc.).
Le signal de sortie est analogique, il n’est donc pas directement exploitable par le microprocesseur. Pour palier à cela, il faut ajouter un Convertisseur Analogique Numérique (CAN). Certains capteurs en possèdent un et donnent une sortie numérique.
Il existe une multitude de capteurs pour un usage
varié.
Voici quelques capteurs courants.
Il permet par exemple la gestion des événements.
Lorsqu’un piéton appuie sur le bouton d’un feu tricolore, cela va permettre de faire passer le feu tricolore au rouge.
Bouton poussoir
Sa résistance est proportionnelle à la quantité de lumière qu'elle reçoit.
Ce composant est présent partout, notamment pour les fonctions d’économiseur d’énergie : appareil photo, smartphone.
Photorésistance
Ce capteur comporte un émetteur et un récepteur d'onde, ce qui permet de calculer la distance d'un objet en face de lui en comparant les temps d'émission et de réception de l'écho (en connaissant la vitesse de propagation du son : environ 340 m/s).
On le retrouve pour la détection des obstacles sur les robots aspirateurs.
Capteur ultrason
On la trouve dans les stations météo.
Thermistance
Principe d’un actionneur
Les actionneurs transforment les informations reçues du programme du système informatique embarqué pour activer un moteur, une LED, etc.
Tout comme les capteurs, il existe un grand nombre d’actionneurs, en voici quelques exemples.
On l'utilise pour avertir l'utilisateur de l'état de fonctionnement d'une machine (vert, rouge).
Exemples de LED
On l'utilise pour une alarme sonore dans les détecteurs de fumée.
Petit buzzer
On l’utilise pour faire tourner les roues d’un robot.
Petit moteur à courant continu
On l'utilise dans un système d'arrosage automatique.
Électrovanne
Avant d’écrire le programme d’un système informatique embarqué, il est primordial de connaitre les fonctionnalités et les paramètres de la carte programmable.
Il faut donc parcourir de manière attentive la documentation technique de cette dernière. Il est ensuite nécessaire d’exprimer le problème à résoudre sous la forme d’un algorithme.
On prend le cas d’une problématique simple : on souhaite afficher sur la matrice de LED (25 petites LEDs situées au centre) d’une carte micro:bit le chiffre 0 si la bouton A n’est pas appuyé et le chiffre 1 s’il est appuyé.
Carte micro:bit avec son bouton A (à gauche)
et la matrice LED (au centre)
On notera que tous les éléments sont bien présents pour faire un système informatique embarqué : le bouton poussoir A comme capteur, la matrice LED comme actionneur et le microprocesseur de la carte.
L’algorithme (on parle d’algorithme de contrôle) correspondant à notre problème est le suivant en pseudo-code.
Si le bouton A est appuyé Alors
Afficher 1 sur la matrice de LEDs
Sinon
Afficher 0 sur la matrice de LEDs
Il reste maintenant à le programmer dans le langage de programmation compris par la carte : dans notre cas il s’agit du langage Python. Il faut pour cela repérer dans la documentation technique les instructions spécifiques aux capteurs et aux actionneurs.
Programme Python correspondant
Pour tester ce programme et l'exécuter sur la carte, il faut d’abord l’implanter dans le microprocesseur. Cette action s’appelle généralement le téléversement ou le flashage. Il se réalise le plus souvent à l’aide d’un câble USB.
Résultat lorsque le bouton A est relâché (à gauche)
et lorsqu’il est appuyé (à droite)
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