Informatique embarquée et objets connectés

Exercices corrigés

1. Qu'est-ce qu'un système embarqué ?

   • A.Un ordinateur portable que l'on transporte avec soi
   • B.Un programme stocké dans le cloud plutôt que sur l'appareil
   • C.Un système informatique intégré dans un objet dont il commande le fonctionnementBonne réponse
   • D.Un réseau reliant plusieurs objets connectés entre eux

   Réponse : C — Un système informatique intégré dans un objet dont il commande le fonctionnement

   Un système embarqué est une informatique intégrée à un objet — machine à laver, feu tricolore, voiture — et invisible pour son utilisateur, qui n'a pas l'impression de manipuler un ordinateur. Le mot « embarqué » ne signifie pas « transportable » : un feu tricolore est parfaitement immobile, et c'est pourtant un système embarqué. Un ordinateur portable, lui, reste un ordinateur classique, perçu comme tel.

2. Parmi ces composants, lequel est un capteur ?

   • A.Un thermomètre électroniqueBonne réponse
   • B.Un moteur électrique relié aux roues
   • C.Une diode électroluminescente
   • D.Un buzzer qui émet un signal sonore

   Réponse : A — Un thermomètre électronique

   Le thermomètre électronique transforme une grandeur physique, la température, en signal électrique exploitable par le programme : c'est une entrée, donc un capteur. Le moteur, la LED et le buzzer sont tous des actionneurs : ils reçoivent une commande et produisent un effet physique (mouvement, lumière, son). Le bon réflexe est de se demander dans quel sens circule l'information : elle entre pour un capteur, elle sort pour un actionneur.

3. Quel est l'ordre correct de la chaîne d'un système embarqué ?

   • A.Actionneur → capteur → microcontrôleur
   • B.Microcontrôleur → capteur → actionneur
   • C.Capteur → actionneur → microcontrôleur
   • D.Capteur → microcontrôleur → actionneurBonne réponse

   Réponse : D — Capteur → microcontrôleur → actionneur

   On acquiert, on traite, puis on agit : le capteur fournit l'information, le microcontrôleur la traite selon son programme et prend une décision, l'actionneur exécute cette décision sur le monde physique. Les autres ordres sont impossibles : un actionneur ne peut rien déclencher tant qu'aucune décision n'a été prise, et le microcontrôleur ne peut pas décider avant d'avoir mesuré quoi que ce soit.

4. Dans un système d'arrosage automatique, quels sont respectivement le capteur et l'actionneur ?

   • A.Capteur : la pompe ; actionneur : le capteur d'humidité
   • B.Capteur : le microcontrôleur ; actionneur : la pompe
   • C.Capteur : l'application mobile ; actionneur : le capteur d'humidité
   • D.Capteur : le capteur d'humidité du sol ; actionneur : la pompeBonne réponse

   Réponse : D — Capteur : le capteur d'humidité du sol ; actionneur : la pompe

   Le capteur d'humidité mesure l'état du sol et transmet cette information au programme : c'est l'entrée. La pompe reçoit la commande et arrose : c'est la sortie, donc l'actionneur. Le microcontrôleur n'est ni l'un ni l'autre, il occupe le maillon central, celui du traitement. Quant à l'application mobile, elle relève de l'IHM.

5. Un objet connecté embarque une batterie de 800 mAh et consomme en moyenne 4 mA. Quelle est son autonomie approximative ?

   • A.3 200 heures
   • B.200 heuresBonne réponse
   • C.20 heures
   • D.2,0 heures

   Réponse : B — 200 heures

   L'autonomie en heures s'obtient en divisant la capacité par la consommation : 800 / 4 = 200 heures. Convertissons : 200 / 24 ≈ 8,3 jours. Vérifions dans l'autre sens : 4 mA pendant 200 h consomment bien 4 × 200 = 800 mAh, la batterie est vidée, c'est cohérent. Répondre 3 200 heures revient à multiplier au lieu de diviser — le réflexe à éviter absolument.

6. Pourquoi les concepteurs limitent-ils au maximum les émissions radio d'un capteur connecté sur batterie ?

   • A.Parce que les ondes radio perturbent les mesures du capteur
   • B.Parce que la loi limite le nombre de messages envoyés par jour
   • C.Parce que la mémoire du microcontrôleur se remplit à chaque émission
   • D.Parce que l'émission radio est le poste qui consomme de loin le plus d'énergieBonne réponse

   Réponse : D — Parce que l'émission radio est le poste qui consomme de loin le plus d'énergie

   Émettre coûte cher en énergie : bien plus que mesurer ou calculer. C'est pourquoi un capteur connecté n'émet pas en continu mais regroupe ses données et les transmet à intervalles espacés, par exemple toutes les dix minutes, en restant en veille le reste du temps. Cette sobriété logicielle peut multiplier l'autonomie par dix sans changer la batterie. Les autres explications sont inventées : ni la mémoire ni la loi ne sont en cause.

7. En 1971, Intel commercialise le 4004. De quoi s'agit-il ?

   • A.Du premier objet connecté à Internet
   • B.Du premier capteur numérique
   • C.Du premier microprocesseurBonne réponse
   • D.Du premier ordinateur personnel

   Réponse : C — Du premier microprocesseur

   Le 4004 est le premier microprocesseur : toute l'unité de calcul tient désormais sur une seule puce. C'est ce qui a rendu possible l'intégration de l'informatique dans des objets du quotidien, donc l'essor de l'embarqué. Attention aux repères voisins : les calculateurs embarqués des missions Apollo datent de la fin des années 1960, l'expression « Internet des objets » est employée par Kevin Ashton en 1999, et les premiers ordinateurs personnels arrivent au milieu des années 1970.

8. Un thermostat programmé « si t < 19 alors chauffer sinon couper » fait claquer le chauffage plusieurs fois par minute quand la température avoisine 19 °C. Quelle correction est la plus pertinente ?

   • A.Utiliser deux seuils : chauffer sous 18,5 °C, couper au-dessus de 19,5 °C, et ne rien changer entre les deuxBonne réponse
   • B.Remplacer le capteur de température défectueux par un capteur d'humidité relié au même système
   • C.Supprimer complètement la condition et laisser le chauffage allumé en permanence toute la journée
   • D.Augmenter la consigne de température à 25 °C afin d'éloigner davantage le seuil de déclenchement

   Réponse : A — Utiliser deux seuils : chauffer sous 18,5 °C, couper au-dessus de 19,5 °C, et ne rien changer entre les deux

   Le problème vient du seuil unique : dès que la mesure oscille de quelques dixièmes autour de 19 °C, la décision bascule sans arrêt. La solution est l'hystérésis, c'est-à-dire une zone neutre entre deux seuils : on chauffe en dessous de 18,5 °C, on coupe au-dessus de 19,5 °C, et entre les deux on conserve l'état courant. Le chauffage fonctionne alors par cycles longs. Chauffer en permanence gaspille l'énergie et ne régule plus rien, et monter la consigne ne fait que déplacer le même problème à 25 °C.

9. Un capteur effectue une mesure toutes les 200 millisecondes. Combien de mesures réalise-t-il en une minute ?

   • A.12
   • B.60
   • C.200
   • D.300Bonne réponse

   Réponse : D — 300

   Raisonnons en deux temps. Une seconde vaut 1 000 ms, et 1 000 / 200 = 5 : le capteur effectue 5 mesures par seconde. Sur une minute, cela donne 5 × 60 = 300 mesures. Vérifions autrement : une minute vaut 60 000 ms, et 60 000 / 200 = 300. Répondre 12 revient à confondre millisecondes et secondes (60 / 5), et répondre 200 consiste à recopier le nombre de l'énoncé sans le convertir.

10. Qu'est-ce qui distingue un objet connecté d'un simple système embarqué ?

    • A.Il possède obligatoirement un écran tactile
    • B.Il dispose d'une connexion réseau lui permettant d'échanger des donnéesBonne réponse
    • C.Il fonctionne sur batterie et non sur secteur
    • D.Il contient plusieurs capteurs au lieu d'un seul

    Réponse : B — Il dispose d'une connexion réseau lui permettant d'échanger des données

    La connexion réseau est le seul critère : elle permet à l'objet d'échanger avec d'autres appareils ou des serveurs distants, d'être piloté à distance et mis à jour. Le nombre de capteurs, la source d'alimentation et la présence d'un écran ne changent rien à l'affaire. Une machine à laver dotée de dix capteurs mais sans antenne reste un système embarqué non connecté.

11. Que désigne l'IHM d'un objet technique ?

    • A.L'ensemble des capteurs qu'il embarque
    • B.Le protocole de connexion à Internet qu'il utilise
    • C.L'interface homme-machine : tout ce par quoi l'utilisateur perçoit l'objet et agit sur luiBonne réponse
    • D.L'identifiant unique attribué à l'objet sur le réseau

    Réponse : C — L'interface homme-machine : tout ce par quoi l'utilisateur perçoit l'objet et agit sur lui

    IHM signifie interface homme-machine : boutons, écran, voyants, sons, vibrations, commande vocale, application mobile associée. C'est le point de contact entre l'utilisateur et l'objet, et il détermine largement le sentiment de qualité du produit. À ne pas confondre avec les capteurs, qui perçoivent le monde physique et non les intentions de l'utilisateur, ni avec l'adressage réseau.

12. Quel composant regroupe sur une seule puce un processeur, de la mémoire et des entrées-sorties ?

    • A.Le microcontrôleurBonne réponse
    • B.Le capteur
    • C.L'actionneur
    • D.Le serveur

    Réponse : A — Le microcontrôleur

    Le microcontrôleur est un ordinateur complet miniaturisé : unité de calcul, mémoire et broches d'entrées-sorties sur lesquelles on branche directement capteurs et actionneurs. Attention à ne pas le confondre avec le microprocesseur, qui n'est que l'unité de calcul et exige des composants externes pour fonctionner. Le serveur, lui, est une machine distante : il n'est pas dans l'objet.