La chaîne d'information : acquérir, traiter, communiquer

Les notions à connaître

Chaîne d'information

Ensemble des fonctions d'un produit dédiées à l'information : acquérir (capter les grandeurs), traiter (calculer, décider) et communiquer (transmettre), représenté par un schéma blocs. Exemple : dans un thermostat connecté, la sonde acquiert la température, le microcontrôleur la compare à la consigne et le module radio communique avec le serveur.

Capteur

Constituant qui prélève une grandeur physique (température, pression, vitesse, état logique) et la restitue sous forme d'un signal exploitable ; il se caractérise par son étendue de mesure, sa résolution, sa sensibilité, sa précision, sa fonction de transfert et sa linéarité. Exemple : une sonde PT 100 mesure de $-50$ à $+150\,^{\circ}\text{C}$ avec une précision de $\pm 0{,}3\,^{\circ}\text{C}$.

Conditionnement du signal

Mise en forme d'une grandeur électrique issue du capteur : amplification pour ajuster le niveau, filtrage passe-bas du premier ordre pour lisser le signal ou atténuer le bruit parasite. Exemple : le signal de quelques millivolts d'une jauge de contrainte est amplifié avant d'attaquer le convertisseur d'une balance industrielle.

Conversion analogique-numérique (CAN)

Transformation d'un signal analogique en valeurs numériques, caractérisée par sa grandeur d'entrée, son nombre de bits $n$, son quantum $q$ (plus petite variation détectable) et sa valeur pleine échelle. Exemple : le CAN 10 bits d'un microcontrôleur sous $3{,}3\,\text{V}$ distingue $1\,024$ niveaux d'environ $3{,}2\,\text{mV}$ chacun.

Encodage de l'information

Représentation de l'information en binaire, en hexadécimal ou en code ASCII pour les caractères ; en première, on se limite aux règles de numération et aux changements de base $binaire/d$écimal. Exemple : la température $25$ s'écrit $11001$ en binaire et le caractère « A » est codé $65$ en ASCII.

Algorithmique

Description structurée d'un traitement : variables typées, structures conditionnelles (si... alors... sinon) et itératives (tant que, pour), appels de procédures et de sous-programmes. Exemple : l'algorithme d'une serre déclenche l'arrosage SI l'humidité du sol est inférieure au seuil ET si la réserve d'eau n'est pas vide.

Réseau informatique

Interconnexion d'équipements pour échanger des informations : connexions point à point filaires ou sans fil, topologies (étoile, anneau), modèle en couches OSI, protocoles avec encapsulation des données, adresse physique (MAC [Media Access Control, contrôle d'accès au support]) et adresse logique (IPv 4). Exemple : les capteurs d'un bâtiment communiquent en étoile autour d'un commutateur, chaque équipement ayant son adresse IPv 4.

Architecture $client/serveur$

Organisation où un client envoie des requêtes à un serveur qui héberge services et données (serveur web AMP [Apache, MySQL, PHP : serveur, base de données et langage de programmation web], serveur DHCP [protocole d'attribution automatique des adresses IP], serveur DNS [système de noms de domaine]) et renvoie des réponses. Exemple : l'application du thermostat (client) interroge le serveur web du fabricant pour afficher l'historique des températures.

Les erreurs à éviter en ingénierie et développement durable

• ✗ Confondre résolution et précision d'un capteur.

  ✓ La résolution est la plus petite variation détectable ; la précision est l'écart garanti entre la mesure et la valeur vraie. Un capteur peut être très résolu mais peu précis.

• ✗ Écrire que le quantum d'un CAN vaut $U_{\text{PE}}/n$.

  ✓ Le quantum vaut $q = U_{\text{PE}}/2^n$ : c'est le nombre de niveaux $2^n$ qui divise la pleine échelle, pas le nombre de bits.

• ✗ Confondre adresse physique (MAC) et adresse logique (IP [Internet Protocol]).

  ✓ La MAC est fixée par le fabricant de la carte réseau ; l'adresse IPv 4 est attribuée par le réseau (souvent par le serveur DHCP) et peut changer.

• ✗ Croire que le filtrage passe-bas supprime le signal utile.

  ✓ Le passe-bas du premier ordre laisse passer les variations lentes (signal utile) et atténue les hautes fréquences (bruit parasite).

• ✗ Mélanger chaîne d'information et chaîne de puissance.

  ✓ L'information commande, la puissance agit : le variateur reçoit un ordre (information) et module l'énergie (puissance). Les deux chaînes se rejoignent à la commande.

Sais-tu répondre à ces questions ?

Les corrigés détaillés sont dans le quiz du chapitre.

1. Quelles sont les trois fonctions de la chaîne d'information ?
2. Quel constituant assure la fonction « acquérir » ?
3. Le nombre binaire $1010$ vaut en décimal :
4. Un CAN de $n = 10$ bits distingue :
5. Le rôle d'un filtre passe-bas du premier ordre en conditionnement de signal est de :