Objets connectés

a) Un capteur transforme une grandeur physique en signal électrique ; un actionneur transforme un ordre électrique en action physique.

b) Pour afficher la vitesse, la trottinette doit la mesurer : un capteur de rotation de la roue (ou un contact sur le levier de frein, qui détecte le freinage). Actionneurs : le moteur électrique de la roue et le feu arrière (LED) ; l'afficheur de vitesse en est un troisième.

c) L'appui sur le bouton est une action physique ; le bouton la transforme en signal électrique (0 ou 1) lu par le programme. C'est donc bien un capteur, de type tout-ou-rien : un capteur ne mesure pas forcément une grandeur continue, il peut détecter un état.

a) Un système embarqué est un ensemble électronique et informatique intégré à un objet et dédié à une tâche précise. Un objet connecté est un système embarqué qui peut en plus échanger des données avec d'autres appareils ou avec Internet.

b)

Les quatre objets contiennent un système embarqué ; seuls la montre et la sonnette sont connectés.

c) Un smartphone communique (réseau mobile, Wi-Fi, Bluetooth) : c'est un objet connecté. Il contient aussi plusieurs sous-systèmes dédiés à une tâche, chacun avec son électronique : gestion de la batterie, appareil photo, GPS, capteur d'empreinte. Il regroupe donc plusieurs systèmes embarqués dans un objet connecté.

a) Le capteur est le bouton A (lu par button_a.is_pressed()). L'actionneur est la matrice de LED (commandée par display).

b) Tant que A est enfoncé, la condition est vraie : un cœur s'affiche. Dès que A est relâché, c'est le else qui s'exécute et l'écran s'efface. Le cœur est visible uniquement pendant l'appui.

c) while True: crée une boucle infinie : les instructions indentées sont répétées sans fin, ce qui permet de surveiller le bouton en permanence. Sans elle, le bouton ne serait testé qu'une seule fois, au démarrage.

d) Chaque tour de boucle dure environ 50 ms (le test et l'affichage sont quasi instantanés). En une seconde, soit 1 000 ms : 1 000 / 50 = 20. Le bouton est testé environ 20 fois par seconde.

a) Avec 10 bits, on peut écrire 2¹⁰ = 1 024 nombres différents. Comme on commence à 0, ces nombres vont de 0 à 1 024 − 1 = 1 023.

b) La tension est proportionnelle à la valeur lue : 1 023 correspond à 3,3 V, donc U = N × 3,3 / 1 023. Pour N = 310 : U = 310 × 3,3 / 1 023 = 1 023 / 1 023 = 1,0 V. C'est bien la tension annoncée.

c) Conversion inverse : N = U × 1 023 / 3,3. Or 1 023 / 3,3 = 310, donc N = 2,5 × 310 = 775.

d) Passer d'une valeur à la suivante correspond à un écart de 3,3 / 1 023 ≈ 0,003 226 V, soit environ 3,2 mV. Deux tensions qui diffèrent de moins de 3,2 mV peuvent donner la même valeur lue.

a) Répéter indéfiniment : lire la température T ; si T > 27, mettre le ventilateur en marche, sinon l'arrêter ; attendre 2 secondes.

b) 2 s = 2 000 ms.

from microbit import *
while True:
    if temperature() > 27:
        pin0.write_digital(1)
    else:
        pin0.write_digital(0)
    sleep(2000)

c) On teste T > 27 à chaque mesure.

d) 27 > 27 est faux, car une inégalité stricte exclut l'égalité : le programme exécute le else. Pour inclure 27 °C, on écrit if temperature() >= 27:.

a) Entrées : bouton A (ajouter une minute) et bouton B (lancer le décompte). Sortie : la matrice de LED, qui affiche le nombre de minutes puis « FIN ».

b) Après trois appuis sur A, minutes vaut 3 et l'écran affiche successivement 1, 2 puis 3. L'appui sur B lance la boucle : affichage de 3 pendant une minute, puis 2, puis 1 ; quand minutes vaut 0, la boucle s'arrête et « FIN » défile. Le décompte dure 3 × 60 000 ms = 180 000 ms, soit 3 minutes.

c) sleep(60000) met le programme en pause pendant 60 000 ms, c'est-à-dire une minute : chaque tour de la boucle interne correspond à une minute écoulée.

d) Pendant le décompte, le programme est enfermé dans la boucle while minutes > 0 et presque tout le temps en pause : aucun bouton n'y est testé, donc rien ne peut l'arrêter. De plus, was_pressed() mémorise les appuis : un appui sur A pendant le décompte sera compté après « FIN », ce qui surprend l'utilisateur. Amélioration : découper chaque minute en 600 pauses de 100 ms et tester button_b.was_pressed() à chaque pause ; si B est pressé, remettre minutes à 0 et sortir de la boucle.

a) 3 h = 3 × 3 600 = 10 800 s. Un point toutes les 5 s : 10 800 / 5 = 2 160 points.

b) Chaque point occupe 4 + 4 + 4 = 12 octets. Volume : 2 160 × 12 = 25 920 octets, soit environ 25,9 ko.

c) Les points sont rattachés au compte d'une personne identifiable et décrivent ses déplacements avec la date et l'heure : ce sont des données personnelles au sens du RGPD. Un tiers pourrait en déduire l'adresse du domicile (point de départ et d'arrivée récurrent) et les habitudes horaires (heures où la personne est absente de chez elle).

d) Par exemple : activer une zone de confidentialité qui masque les points proches du domicile ; régler le partage des sorties en privé ; protéger le compte par un mot de passe robuste ; exiger que les données soient chiffrées lors de l'envoi. Deux de ces mesures suffisent.

1. Capteur : le capteur à ultrasons (il transforme l'écho reçu en durée mesurée). Actionneurs : les moteurs des roues, qui avancent, ralentissent ou s'arrêtent selon l'ordre du programme.

2. Pendant la durée t, le son fait l'aller et le retour : il parcourt 2d. Avec d = v × t pour un trajet simple, on a ici 2d = 340 × t, donc d = 340 × t / 2 = 170 × t.

3. On convertit t en secondes (1 ms = 0,001 s), puis on applique d = 170 × t.

4. On teste d'abord le cas le plus urgent ; le elif n'est examiné que si d ≥ 0,30.

def decision(d):
    if d < 0.30:
        return 'arret'
    elif d < 0.50:
        return 'ralentir'
    else:
        return 'avancer'

5. 200 ms = 0,2 s. Distance parcourue entre deux mesures : 0,4 × 0,2 = 0,08 m, soit 8 cm. Le robot ne « voit » l'obstacle qu'au moment des mesures : entre deux mesures, il avance à l'aveugle. Avec 8 cm, il ne peut pas sauter la zone de ralentissement, large de 20 cm. Si l'on mesurait seulement toutes les secondes, il parcourrait 40 cm à l'aveugle et pourrait passer de 0,55 m à 0,15 m sans avoir ralenti. Plus le robot est rapide, plus la période de mesure doit être courte.

1. Règle : allumé (A) si T < 20, éteint (E) sinon.

L'état change à chaque relevé à partir de t = 10 min : 9 commutations en 90 minutes.

2. À t = 70 min, T = 20,0 °C. La condition « T < 20 » est stricte : 20,0 < 20 est faux, donc le chauffage est éteint.

3. Le relais s'use à chaque commutation (durée de vie réduite, bruit de claquement) ; la température oscille sans cesse autour de la consigne, ce qui nuit au confort ; les démarrages répétés peuvent augmenter la consommation de certains appareils.

4.

etat = 0
while True:
    T = lire_temperature()
    if T < 19.5:
        etat = 1
    elif T > 20.5:
        etat = 0
    pin0.write_digital(etat)
    sleep(600000)

Entre 19,5 et 20,5 °C, aucune branche ne s'exécute : etat garde sa valeur précédente, ce qui est exactement le principe de l'hystérésis. La pause de 600 000 ms correspond à 10 minutes.

5.

Commutations à 30, 60 et 90 min : 3 commutations contre 9 avec le seuil unique, pour une température qui reste proche de 20 °C (entre 19,3 et 20,7 °C). L'hystérésis réduit fortement l'usure du relais au prix d'une oscillation un peu plus large.

6. Supposons que le chauffage s'allume au relevé k (commutation), donc T_k < 19,5, et s'éteigne pour la première fois ensuite au relevé m, donc T_m > 20,5. Alors T_m − T_k > 20,5 − 19,5 = 1 °C. En m − k intervalles, la température augmente d'au plus 0,5 × (m − k). Il faut donc 0,5 × (m − k) > 1, soit m − k > 2, donc m − k ≥ 3. Le raisonnement est le même pour passer d'éteint à allumé. Deux commutations successives sont donc séparées d'au moins 3 intervalles, soit au moins 30 minutes, ce que confirme le document 2.

1. Un jour = 24 × 60 = 1 440 min, donc 1 440 / 15 = 96 messages par jour. Volume : 96 × 14 = 1 344 octets par jour.

2. Durée d'émission par jour : 96 × 1,5 = 144 s = 144 / 3 600 h = 0,04 h. Charge : 40 × 0,04 = 1,6 mAh.

3. Un jour dure 86 400 s ; la station est en veille 86 400 − 144 = 86 256 s, soit 86 256 / 3 600 = 23,96 h. Charge : 0,02 × 23,96 = 0,4792 ≈ 0,48 mAh.

4. Consommation par jour : 1,6 + 0,4792 = 2,0792 mAh. Autonomie : 2 400 / 2,0792 ≈ 1 154 jours, soit 1 154 / 365 ≈ 3,2 ans.

5. Messages par jour : 1 440. Émission : 1 440 × 1,5 = 2 160 s = 0,6 h, d'où 40 × 0,6 = 24 mAh. Veille : 86 400 − 2 160 = 84 240 s = 23,4 h, d'où 0,02 × 23,4 = 0,468 mAh. Total : 24,468 mAh par jour. Autonomie : 2 400 / 24,468 ≈ 98 jours. En émettant 15 fois plus souvent, la station tient environ 12 fois moins longtemps (un peu plus de 3 mois au lieu de 3 ans) : la consommation est alors presque entièrement due à la radio.

6. Le calcul montre que l'émission radio consomme 2 000 fois plus que la veille (40 mA contre 0,02 mA) : c'est elle qui fixe l'autonomie. Les concepteurs espacent donc les envois et gardent l'objet en veille le reste du temps. Enjeu environnemental : une batterie vidée plus vite doit être rechargée ou remplacée plus souvent, ce qui multiplie les déchets et l'extraction de métaux (lithium, cobalt) ; émettre moins, c'est aussi polluer moins.