Capteurs et actionneurs

Introduction

Un système embarqué, à lui tout seul, ne sert à rien : il faut qu'il perçoive quelque chose, puis qu'il agisse sur le monde extérieur. Pour cela, il dispose de deux types d'organes : les capteurs (ses « sens ») et les actionneurs (ses « muscles »). Le programme du microcontrôleur lit les capteurs, prend des décisions et active les actionneurs en conséquence. C'est cette chaîne que vous allez étudier ici, avec quelques exemples de code lisibles.

Capteurs : les sens de l'objet

Un capteur est un composant qui mesure une grandeur du monde physique (température, lumière, pression, mouvement, son…) et la transmet au microcontrôleur sous forme d'information numérique exploitable par le programme.

Actionneurs : les muscles de l'objet

Un actionneur est un composant qui agit sur le monde physique sur ordre du microcontrôleur. C'est le pendant du capteur : là où le capteur fait entrer une information, l'actionneur fait sortir une action.

La boucle : lire, décider, agir

Un système embarqué exécute en permanence une boucle très simple. Tant qu'il est sous tension, il répète :

1. Lire la valeur d'un (ou plusieurs) capteur(s).
2. Décider d'une action en fonction de cette valeur.
3. Agir en activant ou non un (ou plusieurs) actionneur(s).
4. Recommencer.

Cette boucle s'exécute souvent des centaines, voire des milliers de fois par seconde. À chaque tour, le programme prend la décision la plus adaptée à l'instant.

       ┌──────────────────────────────────────┐
       │                                      ▼
   ┌───┴────┐    ┌────────────┐    ┌──────────────┐
   │ lire   │───▶│  décider   │───▶│  agir sur    │
   │ capteur│    │ (programme)│    │ l'actionneur │
   └────────┘    └────────────┘    └──────────────┘

Un premier programme : lampe automatique

Imaginons un éclairage automatique qui s'allume quand il fait sombre. Il suffit d'une photorésistance (capteur de lumière) et d'une LED (actionneur). En pseudo-code :

# Lampe automatique : s'allume quand il fait sombre
while True:
    lumiere = lire_capteur_lumiere()   # valeur entre 0 et 100
    if lumiere < 30:
        allumer_led()
    else:
        eteindre_led()

Lisons ce programme ligne par ligne :

• while True: ouvre une boucle qui ne s'arrête jamais — exactement ce que fait un système embarqué.
• lire_capteur_lumiere() interroge la photorésistance et renvoie un nombre qui représente la luminosité ambiante.
• if lumiere < 30: est la décision : en dessous d'un certain seuil, le programme considère qu'il fait sombre.
• allumer_led() est l'action : la LED s'allume.
• else: eteindre_led() couvre le cas inverse : si la lumière est suffisante, la LED est éteinte.

Un second exemple : ventilateur thermostaté

Autre cas classique : un ventilateur qui s'enclenche quand il fait trop chaud.

# Ventilateur thermostaté
while True:
    temperature = lire_capteur_temperature()
    if temperature > 25:
        activer_ventilateur()
    else:
        arreter_ventilateur()

C'est exactement la même structure que l'éclairage automatique. C'est tout l'intérêt de la programmation : vous remplacez les composants et le seuil, mais la logique reste la même.

Avec deux capteurs : alarme intelligente

Les programmes deviennent intéressants quand vous combinez plusieurs capteurs. Une alarme qui ne se déclenche que la nuit, si un mouvement est détecté :

# Alarme nocturne
while True:
    lumiere = lire_capteur_lumiere()
    mouvement = lire_capteur_mouvement()
    if lumiere < 20 and mouvement == 1:
        declencher_alarme()
    else:
        arreter_alarme()

L'opérateur and exige que les deux conditions soient vraies : il faut qu'il fasse sombre et qu'il y ait un mouvement pour que l'alarme se déclenche. Si l'un des deux manque, rien ne se passe.

Pièges courants

Pour aller plus loin

Dans le chapitre suivant, vous verrez comment relier cette boucle perception-décision-action à un utilisateur humain, via l'IHM (interface homme-machine). C'est l'IHM qui permet à l'utilisateur de régler le seuil, d'afficher la mesure ou de changer le mode de fonctionnement de l'objet.