Chaîne d’information : capteurs, microcontrôleur et boutons
Rappels de 6e sur le signal et l’information (émetteur, récepteur, code) ; les entrées et les sorties d’un objet ; les fonctions acquérir, traiter et communiquer ; les capteurs (température, présence, distance, luminosité) et les détecteurs ; le microcontrôleur et son programme ; l’interface humain-machine (boutons, afficheurs) ; lire une chaîne d’information fournie et trouver son lien avec la chaîne d’énergie.
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés : la station météo du collège, le distributeur de croquettes, l’éclairage d’une allée de parking souterrain, le compteur de vélos et le robot qui évite les obstacles. On y range les constituants, on lit un programme et on calcule des durées et des distances.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis tout l’énoncé et je souligne chaque constituant de l’objet.
Je range chaque constituant : acquérir, traiter, communiquer (chaîne d’information) ; alimenter, distribuer, convertir (chaîne d’énergie).
Je lis le programme condition par condition : « inférieur à » et « dépasser » excluent la valeur du seuil.
Je calcule en convertissant d’abord les unités (kg en g, minutes en heures) et je vérifie que le résultat est vraisemblable.
Je réponds avec le mot exact du cours et l’unité.
Problème 1 · La station météo du collège★★★Facile
Sur le toit du collège, une station météo comporte un capteur de température, un capteur d’humidité, un anémomètre (il mesure la vitesse du vent) et un pluviomètre (il mesure la hauteur de pluie tombée). Une carte à microcontrôleur relève toutes les mesures toutes les 10 minutes, les affiche sur un écran installé dans le hall et les envoie par Wi-Fi au site internet du collège.
1. Combien de capteurs la station comporte-t-elle ?
Température, humidité, vent, pluie : 4 capteurs.
2. Quelle fonction de la chaîne d’information ces capteurs réalisent-ils ?
Ils prélèvent des informations sur l’environnement : acquérir.
3. Le capteur de température donne-t-il une valeur ou deux états ?
Il donne une valeur (par exemple 14,5 °C) : c’est un capteur qui mesure, pas un détecteur.
4. Pour la station, la température de l’air est-elle une entrée ou une sortie ?
La station la reçoit de son environnement : c’est une entrée.
5. L’écran du hall réalise la fonction .
Il informe les élèves et les visiteurs : communiquer.
6. Combien de relevés la carte fait-elle en une journée de 24 heures ?
Un relevé toutes les 10 minutes : 6 relevés par heure ; 6 × 24 = 144 relevés.
Problème 2 · Le distributeur de croquettes programmable★★★Facile
On règle l’heure et la taille des repas d’un chat avec les boutons « + », « − » et « OK », en lisant un petit écran. La carte électronique garde les réglages en mémoire ; à l’heure prévue, elle envoie un ordre au moteur qui fait tomber les croquettes dans la gamelle, puis fait jouer par un haut-parleur un message enregistré qui appelle le chat. Réglage : 3 repas par jour de 40 g chacun. Le réservoir contient 1,5 kg de croquettes.
1. Les boutons « + », « − » et « OK » réalisent la fonction .
Ils prélèvent les consignes de l’utilisateur : acquérir. Avec l’écran, ils forment l’interface humain-machine (IHM).
2. Quelle puce de la carte électronique décide qu’il est l’heure du repas ? Le
Le microcontrôleur compare l’heure à celle des réglages : fonction traiter.
3. Le message enregistré, joué par le haut-parleur, réalise la fonction .
Il s’adresse au chat et à son maître : communiquer.
4. Le moteur qui fait tomber les croquettes appartient à la chaîne d’.
Il agit : c’est un actionneur de la chaîne d’énergie (convertir).
5. Masse de croquettes distribuée en une journée : g
3 × 40 = 120 g.
6. Pendant combien de jours complets le réservoir plein suffit-il ?
1,5 kg = 1 500 g ; 1 500 ÷ 120 = 12,5 : le réservoir suffit pour 12 jours complets (le 13e jour, il manque des croquettes).
Problème 3 · L’éclairage d’une allée de parking souterrain★★★Moyen
Dans une allée de parking souterrain, un détecteur de présence infrarouge est relié à une carte électronique, qui commande des lampes à LED par l’intermédiaire d’un relais. Programme de la carte : « quand le détecteur repère une présence, allumer les lampes ; les éteindre 90 s après la dernière détection ». Un matin, en comptant le temps en secondes depuis la première détection, le détecteur repère une présence aux instants 0 s, 40 s, 90 s et 400 s.
1. Le détecteur de présence donne-t-il une valeur ou deux états ?
Quelqu’un ou personne : deux états, c’est un détecteur.
2. À quel instant les lampes s’éteignent-elles pour la première fois ? s
Chaque détection relance les 90 s : la dernière détection avant la pause est à 90 s ; 90 + 90 = 180 s.
3. Pendant combien de secondes au total les lampes sont-elles allumées ce matin-là ? s
De 0 à 180 s : 180 s ; de 400 à 490 s : 90 s ; 180 + 90 = 270 s.
4. On règle la durée à 60 s au lieu de 90 s. Durée totale d’éclairage avec les mêmes détections : s
Les lampes sont encore allumées à 40 s (extinction prévue à 60 s) et à 90 s (prévue à 100 s) : elles brillent de 0 à 150 s (90 + 60), soit 150 s, puis de 400 à 460 s, soit 60 s ; 150 + 60 = 210 s.
5. Avec le réglage de 90 s, combien de fois les lampes s’allument-elles ce matin-là ?
Allumées à 0 s, elles le restent jusqu’à 180 s (les détections de 40 s et 90 s arrivent pendant l’éclairage), puis se rallument à 400 s : 2 fois.
6. Le relais réalise la fonction de la chaîne d’énergie.
Sur ordre, il laisse passer l’énergie vers les lampes : distribuer.
Problème 4 · Le compteur de vélos de la piste cyclable★★★Moyen
Une boucle électromagnétique enterrée sous une piste cyclable repère chaque vélo qui passe au-dessus. Un boîtier à microcontrôleur compte les passages et les envoie à un grand panneau, un « totem », qui affiche le nombre de vélos du jour et le total depuis le 1er janvier ; le boîtier transmet aussi les comptages à la mairie par le réseau de téléphonie mobile. Le totem affiche 1 248 vélos du jour à 17 h et 1 395 vélos à 18 h.
1. Pour le compteur, le passage d’un vélo est-il une entrée ou une sortie ?
Le compteur reçoit cette information : entrée.
2. La boucle enterrée réalise la fonction .
Elle prélève le passage des vélos : acquérir.
3. Le boîtier à microcontrôleur, qui compte, réalise la fonction .
Compter, c’est calculer : traiter.
4. Combien de vélos sont passés entre 17 h et 18 h ?
1 395 − 1 248 = 147 vélos.
5. À 20 h, le totem affiche 1 520 vélos du jour. Nombre moyen de vélos par heure entre 18 h et 20 h :
1 520 − 1 395 = 125 vélos en 2 h ; 125 ÷ 2 = 62,5 vélos par heure en moyenne.
6. Ce compteur ne commande aucun actionneur : ses sorties sont toutes des (ordres ou messages).
Affichage du totem et envoi à la mairie : ce sont des messages, pour les cyclistes et pour un autre système.
Problème 5 · Le robot qui évite les obstacles★★★Difficile
Un robot de la salle de technologie porte un capteur à ultrasons à l’avant, une carte micro:bit, deux moteurs de roues commandés par une carte de commande des moteurs, et une LED rouge. Document du capteur : la distance de l’obstacle est proportionnelle à la durée de l’écho ; 1 ms d’écho correspond à 17 cm. Programme : « si la distance est inférieure à 20 cm, alors allumer la LED rouge, reculer puis tourner ; sinon éteindre la LED et avancer ».
1. L’écho revient au bout de 2,4 ms. Distance de l’obstacle : cm
2,4 × 17 = 40,8 cm.
2. Que fait alors le robot : il avance ou il recule ?
40,8 cm n’est pas inférieur à 20 cm : il avance.
3. L’écho revient au bout de 0,8 ms. La LED rouge est-elle allumée ou éteinte ?
0,8 × 17 = 13,6 cm, inférieur à 20 cm : la LED est allumée et le robot recule.
4. Durée de l’écho qui correspond exactement au seuil de 20 cm : ms (arrondie au centième)
20 ÷ 17 ≈ 1,176, soit 1,18 ms environ.
5. La LED rouge réalise la fonction .
Elle informe l’élève que le robot a vu un obstacle : communiquer.
6. La carte de commande des moteurs réalise la fonction de la chaîne d’énergie.
Elle reçoit les ordres de la carte micro:bit et laisse passer l’énergie vers les moteurs : distribuer.
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