Informatique embarquée - Exercices¶

Exercice 1 - Définitions¶

Répondre en une phrase à chaque question.

a. Qu'est-ce qu'un système embarqué ? Donner deux exemples.

Solution

Un système embarqué est un système électronique et informatique autonome, spécialisé dans une tâche précise. Exemples : le système ABS d'une voiture (gestion du freinage), le programme d'une machine à laver (gestion des cycles de lavage).

b. Qu'est-ce qu'un objet connecté ? En quoi diffère-t-il d'un système embarqué classique ?

Solution

Un objet connecté est un objet du quotidien équipé de capteurs et capable de communiquer de façon autonome avec d'autres objets ou avec Internet. Il diffère d'un système embarqué classique par sa connectivité : il peut envoyer et recevoir des données via un réseau (Wi-Fi, Bluetooth...) et interagir avec le Cloud.

c. Que signifie IoT ? Expliquer le concept.

Solution

IoT signifie Internet of Things (Internet des Objets). C'est le concept d'étendre le réseau Internet au monde physique en y connectant des objets du quotidien qui collectent des informations sur leur environnement et les transmettent via les réseaux.

d. Qu'est-ce qu'une interface homme-machine (IHM) ? Donner deux exemples.

Solution

Une IHM est le moyen par lequel un utilisateur peut interagir avec une machine : la contrôler et consulter les informations qu'elle fournit. Exemples : l'écran tactile d'un smartphone, l'application mobile pilotant un thermostat connecté.

Exercice 2 - Capteurs et actionneurs¶

1. Classer les composants suivants en deux catégories : capteurs et actionneurs.

Thermomètre, LED, microphone, moteur, photorésistance, buzzer, accéléromètre, servomoteur, GPS, écran.

2. Pour chaque capteur identifié, indiquer la grandeur physique mesurée.

3. Pour chaque actionneur identifié, indiquer l'action réalisée.

Solution

1.

Capteurs	Actionneurs
Thermomètre	LED
Microphone	Moteur
Photorésistance	Buzzer
Accéléromètre	Servomoteur
GPS	Écran

2. Grandeurs mesurées :

Thermomètre : température
Microphone : son (ondes sonores)
Photorésistance : luminosité
Accéléromètre : accélération et inclinaison
GPS : position géographique (coordonnées)

3. Actions réalisées :

LED : émission de lumière
Moteur : mouvement rotatif
Buzzer : émission d'un son
Servomoteur : mouvement angulaire précis
Écran : affichage d'informations

Exercice 3 - Schéma d'un objet connecté¶

On considère un thermostat connecté qui mesure la température d'une pièce et allume/éteint le chauffage automatiquement.

1. Identifier le(s) capteur(s) et le(s) actionneur(s) de ce système.

2. Dessiner un schéma montrant le fonctionnement du système (capteur → microcontrôleur → actionneur, avec les flèches de données).

3. Écrire l'algorithme en pseudo-code qui gère le chauffage avec une température de consigne de 20 °C.

4. Quel est le rôle de l'IHM dans ce système ?

Solution

1.

Capteur : capteur de température (thermomètre numérique)
Actionneur : relais qui commande le chauffage (allumer/éteindre)

2. Schéma :

Capteur température → Microcontrôleur → Relais chauffage
                          ↕
                 IHM (application)
                          ↕
                     Cloud

3. Algorithme :

température_consigne = 20
Répéter indéfiniment :
    température_mesurée = lire_capteur()
    Si température_mesurée < température_consigne :
        allumer_chauffage()
    Sinon :
        éteindre_chauffage()
    Attendre 60 secondes

4. L'IHM (application mobile) permet à l'utilisateur de : consulter la température actuelle, modifier la température de consigne, programmer des plages horaires, consulter l'historique des températures, allumer/éteindre le chauffage à distance.

Exercice 4 - Systèmes embarqués du quotidien¶

Pour chacun des objets suivants, indiquer s'il contient un système embarqué et, si oui, décrire brièvement sa fonction :

a. Un four à micro-ondes

b. Un vélo classique (sans assistance électrique)

c. Un distributeur automatique de boissons

d. Une montre connectée

e. Un feu de circulation

Solution

a. Oui : le système embarqué gère la puissance de chauffe, le minuteur, l'affichage et les programmes de cuisson préprogrammés.

b. Non : un vélo classique est un système purement mécanique, sans composant électronique ni programme.

c. Oui : le système embarqué gère la sélection du produit, le paiement (pièces, carte), la distribution, l'affichage des prix et le contrôle des stocks.

d. Oui : c'est un objet connecté qui intègre de nombreux capteurs (accéléromètre, cardiaque, GPS) et communique avec un smartphone via Bluetooth pour afficher des notifications, compter les pas, mesurer la fréquence cardiaque, etc.

e. Oui : le système embarqué gère les cycles de couleurs (vert, orange, rouge), la synchronisation avec les autres feux du carrefour, et peut s'adapter au trafic grâce à des capteurs de véhicules.

Exercice 5 - Smartphone : objet connecté ultime¶

1. Lister au moins six capteurs présents dans un smartphone.

2. Quels services le smartphone peut-il rendre sans connexion Internet ? Et avec connexion ?

3. Un smartphone est-il un objet connecté ? Justifier.

Solution

1. Capteurs d'un smartphone : accéléromètre (détection de mouvement et rotation de l'écran), gyroscope (orientation précise), GPS (géolocalisation), caméra (lumière et images), microphone (son), capteur de proximité (détection du visage lors d'un appel), capteur de luminosité ambiante (réglage automatique de la luminosité de l'écran), boussole numérique (magnétomètre), capteur d'empreinte digitale (authentification).

2.

Sans Internet : téléphone, SMS, appareil photo, calculatrice, réveil, lecteur de musique (fichiers locaux), GPS (si les cartes sont téléchargées), jeux hors ligne.
Avec Internet : navigation web, email, réseaux sociaux, streaming vidéo/musique, applications de messagerie, mise à jour des cartes GPS, téléchargement d'applications, Cloud.

3. Oui, le smartphone est un objet connecté car il : possède de nombreux capteurs, est équipé d'une connectivité (Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G), communique avec le Cloud pour stocker et échanger des données, propose des IHM (écran tactile, commande vocale).

Exercice 6 - Risques de l'IoT¶

1. Citer trois risques liés à l'utilisation des objets connectés.

2. Une famille équipe sa maison de : caméra de surveillance connectée, serrure connectée, thermostat connecté, enceinte vocale. Quels risques spécifiques chacun de ces objets présente-t-il s'il est piraté ?

3. Donner quatre conseils pour sécuriser ses objets connectés.

Solution

1. Trois risques : (1) atteinte à la vie privée par la collecte permanente de données personnelles (habitudes, localisation, santé) ; (2) piratage des objets mal sécurisés donnant accès au réseau domestique ; (3) dépendance au Cloud et à Internet (panne = objets inutilisables).

2.

Caméra piratée : un intrus peut espionner l'intérieur de la maison en temps réel, savoir si les habitants sont absents.
Serrure piratée : un intrus peut déverrouiller la porte à distance et pénétrer dans le domicile.
Thermostat piraté : un intrus peut modifier le chauffage (risques de confort ou de surconsommation), et déduire la présence/absence des habitants.
Enceinte vocale piratée : un intrus peut écouter les conversations de la famille, accéder aux comptes associés, effectuer des achats.

3. Quatre conseils : changer les mots de passe par défaut dès l'installation, mettre à jour régulièrement le logiciel (firmware) des objets, désactiver les fonctionnalités inutiles (caméra, micro quand non utilisés), vérifier les autorisations et les données collectées dans les paramètres.

Exercice 7 - QCM¶

Pour chaque question, indiquer la ou les bonnes réponses.

1. L'IoT désigne :

a) l'Importance Officielle de la Technique
b) l'Internet des Objets
c) l'Innovation Officielle des Tâches
d) l'Informatique des Objets Terrestres

2. Les objets connectés collectent des informations grâce à :

a) des capteurs
b) des actionneurs
c) des écrans
d) des claviers

3. Un actionneur d'un objet connecté peut être commandé par :

a) l'humain via l'IHM
b) un programme dans le Cloud
c) un programme embarqué
d) toutes les réponses précédentes

4. Un poste radio classique (non connecté) est un objet connecté :

a) Vrai
b) Faux

5. Le développement de l'IoT implique de nouvelles préoccupations concernant :

a) le traitement de nos données personnelles
b) le piratage des objets connectés
c) la confidentialité et la sécurité des données
d) toutes les réponses précédentes

Solution

1. b) l'Internet des Objets (Internet of Things)

2. a) des capteurs

3. d) toutes les réponses précédentes - un actionneur peut être commandé localement par le programme embarqué, à distance via le Cloud, ou manuellement par l'utilisateur via l'IHM.

4. b) Faux - un poste radio classique reçoit des ondes radio mais ne possède pas de capteurs collectant des données sur l'environnement et ne communique pas via Internet.

5. d) toutes les réponses précédentes

Exercice 8 - Simuler un capteur de température (Python)¶

On simule un capteur de température qui relève la température d'une pièce toutes les heures. Le thermostat doit allumer le chauffage si la température descend en dessous de 19 °C et l'éteindre si elle dépasse 21 °C.

1. Écrire une fonction simuler_capteur() qui génère une température aléatoire entre 15 et 25 °C.

2. Écrire une fonction gerer_chauffage(temperature) qui affiche "Chauffage ON" ou "Chauffage OFF" selon les seuils.

3. Écrire un programme qui simule 24 heures de relevés et affiche pour chaque heure la température et l'état du chauffage.

Solution

import random

# 1. Simuler un capteur
def simuler_capteur():
    return round(random.uniform(15, 25), 1)

# 2. Gérer le chauffage
def gerer_chauffage(temperature):
    if temperature < 19:
        return "ON"
    elif temperature > 21:
        return "OFF"
    else:
        return "maintenu"  # entre 19 et 21, on ne change pas

# 3. Simulation sur 24 heures
print("Simulation thermostat connecté - 24 heures")
print("-" * 45)

chauffage_actif = False
for heure in range(24):
    temp = simuler_capteur()
    état = gerer_chauffage(temp)

    if état == "ON":
        chauffage_actif = True
    elif état == "OFF":
        chauffage_actif = False

    statut = "ON" if chauffage_actif else "OFF"
    print(f"  {heure:02d}h00 | Température : {temp:5.1f} °C "
          f"| Chauffage : {statut}")

Exercice 9 - Programmer une LED en pseudo-Arduino (Python)¶

On simule le comportement d'une carte Arduino avec une LED et un capteur de luminosité. Si la luminosité est faible (valeur < 300 sur une échelle de 0 à 1023), la LED s'allume. Sinon, elle s'éteint.

Écrire un programme Python qui :

1. Simule 10 lectures du capteur de luminosité (valeurs aléatoires entre 0 et 1023).

2. Pour chaque lecture, décide si la LED doit être allumée ou éteinte.

3. Affiche un récapitulatif : combien de fois la LED a été allumée et combien de fois éteinte.

Solution

import random

seuil = 300
nb_allumee = 0
nb_éteinte = 0

print("Simulation capteur de luminosité + LED")
print("-" * 45)

for i in range(10):
    luminosité = random.randint(0, 1023)
    if luminosité < seuil:
        etat_led = "ALLUMÉE"
        nb_allumee += 1
    else:
        etat_led = "ÉTEINTE"
        nb_éteinte += 1
    print(f"  Lecture {i+1:2d} | Luminosité : {luminosité:4d} "
          f"| LED : {etat_led}")

print("-" * 45)
print(f"LED allumée  : {nb_allumee} fois")
print(f"LED éteinte  : {nb_éteinte} fois")

Ce programme illustre le principe fondamental d'un système embarqué : un capteur mesure l'environnement, le programme prend une décision, et un actionneur (la LED) agit en conséquence.

🧪 Activité 1 - Frise chronologique de l'informatique embarquée¶

Objectif

Situer les grandes étapes de l'informatique embarquée dans leur contexte historique et comprendre l'évolution technologique.

Travail individuel (20 min)¶

À l'aide du cours et de vos connaissances, construisez une frise chronologique couvrant la période 1960-2025, sur laquelle vous placerez :

Les dates de l'informatique embarquée :

Date	Événement
1967	Ordinateur de guidage Apollo (premier système embarqué spatial)
1971	Premier microprocesseur Intel 4004
1984	Airbus A320 (commandes de vol électriques)
1998	Métro automatique Meteor (ligne 14, Paris)
1999	Kevin Ashton invente le terme « Internet des Objets »
2005	Nabaztag, premier objet connecté grand public
2007	Premier iPhone (smartphone moderne)

Des événements historiques mondiaux pour le contexte :

Date	Événement mondial
1969	Premier pas sur la Lune
1989	Chute du mur de Berlin
1990	Invention du World Wide Web par Tim Berners-Lee
2004	Création de Facebook
2020	Pandémie mondiale de Covid-19

Travail en groupe (25 min)¶

Par groupes de 3-4 élèves, choisissez un objet emblématique de la frise et préparez un mini-exposé de 3 minutes :

Présentation de l'objet et de son contexte de création
Quels problèmes résolvait-il ?
Quels capteurs / actionneurs / systèmes embarqués utilise-t-il ?
En quoi a-t-il marqué une avancée dans l'informatique embarquée ?

Correction - Éléments attendus

Frise : les dates doivent être correctement positionnées et espacées proportionnellement. Les événements de l'informatique embarquée et les événements mondiaux doivent être visuellement distingués (couleurs différentes, placement au-dessus/en dessous de l'axe...).

Observation attendue : on remarque une accélération des innovations à partir des années 1990-2000, en parallèle avec le développement d'Internet et de la miniaturisation des composants.

Mini-exposé : l'évaluation porte sur la clarté de la présentation, l'identification correcte des composants embarqués, et la capacité à expliquer l'importance historique de l'objet choisi.

🧪 Activité 2 - La voiture autonome : étude documentaire¶

Objectif

Comprendre le fonctionnement d'un objet connecté complexe, identifier ses composants et réfléchir aux enjeux éthiques et sécuritaires.

Partie 1 : Les capteurs (10 min)¶

1. Listez les cinq types de capteurs principaux utilisés dans une voiture autonome.

2. Pour chaque capteur, expliquez en une phrase son principe de fonctionnement et son rôle dans la conduite autonome.

3. Pourquoi une voiture autonome a-t-elle besoin de plusieurs types de capteurs différents plutôt qu'un seul très performant ?

Correction

1. Les cinq capteurs principaux : caméras, radars, lidars, ultrasons, GPS.

2.

Caméras : captent des images de l'environnement ; elles permettent de détecter les panneaux, les feux tricolores, les piétons et les lignes de marquage au sol.
Radars : émettent des ondes radio et analysent leur réflexion ; ils mesurent la distance et la vitesse des véhicules environnants, même par mauvais temps.
Lidars : émettent des faisceaux laser et mesurent leur temps de retour ; ils créent une carte 3D précise de l'environnement autour du véhicule (portée jusqu'à 200 m).
Ultrasons : émettent des ondes sonores à haute fréquence ; ils détectent les obstacles proches lors du stationnement ou des manoeuvres à basse vitesse.
GPS : reçoit des signaux de satellites ; il permet la localisation géographique du véhicule et le suivi de l'itinéraire.

3. Chaque type de capteur a ses forces et ses faiblesses. Par exemple, les caméras sont inefficaces la nuit ou par temps de brouillard, mais les radars fonctionnent dans ces conditions. Les lidars donnent une carte 3D précise mais coûtent cher. Les ultrasons sont précis à courte distance mais inutiles au-delà de quelques mètres. En combinant plusieurs capteurs (redondance), le système est plus fiable et plus sûr : si un capteur défaille, les autres compensent.

Partie 2 : Les niveaux d'autonomie (10 min)¶

4. Complétez le tableau suivant :

Niveau	Le conducteur doit-il rester attentif ?	Exemple de situation
0	?	?
2	?	?
4	?	?
5	?	?

5. Quel est le niveau d'autonomie maximal actuellement atteint en conditions réelles sur les routes publiques ?

Correction

4.

Niveau	Le conducteur doit-il rester attentif ?	Exemple de situation
0	Oui, il contrôle entièrement le véhicule	Voiture classique sans aide à la conduite
2	Oui, il doit pouvoir reprendre le contrôle à tout moment	Pilote automatique sur autoroute (gère direction et vitesse)
4	Non, dans un périmètre géographique défini	Navette autonome dans un quartier ou un campus
5	Non, jamais, en toutes circonstances	Véhicule complètement autonome partout (pas encore atteint)

5. En 2024-2025, le niveau maximal atteint en conditions réelles est le niveau 3 (dans certains pays comme l'Allemagne, pour des situations spécifiques comme les embouteillages sur autoroute à vitesse limitée). Le niveau 4 existe pour des navettes autonomes dans des zones très délimitées. Le niveau 5 n'a pas encore été atteint.

Partie 3 : Débat (20 min)¶

6. En cas d'accident impliquant une voiture autonome, qui devrait être responsable ? Proposez au moins trois acteurs possibles et justifiez.

7. Un pirate informatique prend le contrôle d'une voiture autonome à distance. Listez au moins quatre actions dangereuses qu'il pourrait réaliser.

8. Débat en classe : « Les voitures autonomes devraient-elles être autorisées sur les routes ? » Préparez deux arguments pour et deux arguments contre.

Correction

6. Trois acteurs possibles :

Le constructeur automobile : il a conçu le véhicule et ses systèmes de sécurité. Si le système a un défaut de conception, c'est sa responsabilité.
L'éditeur du logiciel / développeur de l'IA : si l'algorithme de décision a pris une mauvaise décision dans une situation qu'il aurait dû gérer, c'est un défaut logiciel.
Le propriétaire du véhicule : s'il n'a pas effectué les mises à jour de sécurité ou s'il a utilisé le véhicule hors des conditions prévues (par exemple, en mode autonome sur une route non cartographiée).
On pourrait aussi évoquer le législateur (qui a autorisé la circulation) ou l'assureur.

7. Actions dangereuses d'un pirate :

Désactiver les freins ou l'ABS
Prendre le contrôle de la direction (tourner le volant)
Accélérer brusquement dans une zone piétonne
Désactiver les capteurs (le véhicule « ne voit plus » son environnement)
Verrouiller les portes et prendre les passagers en otage
Modifier la destination de navigation

8. Arguments pour : réduction des accidents (90 % des accidents sont dus à des erreurs humaines), mobilité pour les personnes qui ne peuvent pas conduire (handicap, âge), réduction des embouteillages grâce à une conduite optimisée.

Arguments contre : risque de piratage et de prise de contrôle à distance, questions juridiques non résolues sur la responsabilité, perte d'emplois (chauffeurs de taxi, routiers), dépendance à la technologie.

🧪 Activité 3 - Classer des objets numériques¶

Objectif

Savoir distinguer les périphériques d'ordinateur, les interfaces connectées et les objets IoT, et justifier la classification.

Consigne¶

Classez chacun des objets suivants dans l'une des trois catégories : Périphérique d'ordinateur, Interface connectée ou Objet IoT. Justifiez chaque réponse en une phrase.

N°	Objet
1	Souris sans fil
2	Thermostat Nest
3	Tablette iPad
4	Imprimante USB
5	Capteur d'humidité du sol connecté
6	Montre connectée Apple Watch
7	Webcam USB
8	Ampoule connectée Philips Hue
9	Smartphone
10	Détecteur de fumée connecté
11	Clavier Bluetooth
12	Enceinte vocale Amazon Echo
13	Scanner à plat
14	Bracelet d'activité Fitbit
15	Station météo connectée
16	Console Nintendo Switch
17	Caméra de surveillance connectée
18	Serrure connectée

Correction

N°	Objet	Catégorie	Justification
1	Souris sans fil	Périphérique	Fonctionne uniquement reliée à un ordinateur (même sans fil, elle nécessite un récepteur USB). Pas de connexion Internet propre.
2	Thermostat Nest	Objet IoT	Mesure la température (capteur), ajuste le chauffage (actionneur), communique via Wi-Fi et fonctionne de manière autonome.
3	Tablette iPad	Interface connectée	Appareil autonome avec écran, connexion Internet, utilisé directement par l'utilisateur.
4	Imprimante USB	Périphérique	Fonctionne uniquement connectée à un ordinateur, pas de connexion réseau propre.
5	Capteur d'humidité du sol connecté	Objet IoT	Mesure l'humidité de manière autonome et transmet les données via un réseau sans fil, sans intervention humaine.
6	Montre Apple Watch	Interface connectée	Appareil autonome avec écran, interaction directe avec l'utilisateur, connexion réseau.
7	Webcam USB	Périphérique	Fonctionne uniquement branchée sur un ordinateur.
8	Ampoule Philips Hue	Objet IoT	Reçoit des commandes via un réseau (Zigbee/Wi-Fi), s'allume ou change de couleur de manière automatisée.
9	Smartphone	Interface connectée	Appareil autonome doté d'un écran, de multiples capteurs et d'une connexion Internet, utilisé directement par l'utilisateur.
10	Détecteur de fumée connecté	Objet IoT	Capte la fumée, déclenche une alarme et envoie une alerte sur le réseau, de manière autonome.
11	Clavier Bluetooth	Périphérique	Sert uniquement de périphérique d'entrée pour un autre appareil (ordinateur, tablette).
12	Enceinte vocale Echo	Objet IoT	Capte la voix (capteur), traite les commandes via le Cloud, déclenche des actions (musique, domotique) de manière autonome.
13	Scanner à plat	Périphérique	Fonctionne uniquement connecté à un ordinateur pour numériser des documents.
14	Bracelet Fitbit	Interface connectée	Appareil autonome porté par l'utilisateur, avec capteurs et écran, qui affiche des informations et se synchronise avec un smartphone.
15	Station météo connectée	Objet IoT	Mesure température, humidité, pression de manière autonome et transmet les données via Wi-Fi.
16	Console Nintendo Switch	Interface connectée	Appareil autonome avec écran, interaction directe avec l'utilisateur, connexion réseau pour le jeu en ligne.
17	Caméra de surveillance connectée	Objet IoT	Capture des images en continu, les transmet via le réseau, peut détecter des mouvements et alerter de manière autonome.
18	Serrure connectée	Objet IoT	Actionneur (verrouillage/déverrouillage) commandé via un réseau, fonctionnant de manière autonome.

Cas ambigus

Certains objets peuvent être à la frontière entre deux catégories. L'enceinte vocale Echo, par exemple, peut être vue comme une interface connectée (on lui parle directement) ou comme un objet IoT (elle fonctionne en partie de manière autonome). L'important est de justifier son choix avec des critères cohérents : autonomie, présence d'un écran, interaction directe avec l'utilisateur, connexion réseau.

🧪 Activité 4 - Simuler le protocole MQTT (activité débranchée)¶

Objectif

Comprendre le mécanisme de publication / abonnement du protocole MQTT à travers une simulation physique en classe.

Mise en place¶

Matériel nécessaire : des petits papiers (messages), des enveloppes ou boîtes (une par topic), un tableau pour afficher les topics.

Rôles (à distribuer aux élèves) :

Rôle	Nombre d'élèves	Description
Broker	1	Reçoit les messages des publishers et les distribue aux subscribers. Il gère le tableau des abonnements.
Publishers	4-5	Chaque publisher représente un capteur. Il écrit des messages et les envoie au broker en indiquant le topic.
Subscribers	4-5	Chaque subscriber s'abonne à un ou plusieurs topics auprès du broker. Il reçoit les messages correspondants.
Observateurs	Le reste	Ils notent sur une feuille tous les échanges observés et dessinent un schéma des communications.

Déroulement¶

Étape 1 - Inscription des abonnements (5 min)

Le broker affiche au tableau les topics disponibles :

maison/salon/temperature
maison/salon/luminosite
maison/cuisine/temperature
maison/jardin/humidite

Chaque subscriber vient s'inscrire auprès du broker en indiquant le(s) topic(s) qui l'intéresse(nt). Le broker note les abonnements dans un tableau :

Subscriber	Topics abonnés
Élève A (application mobile)	`maison/salon/temperature`, `maison/cuisine/temperature`
Élève B (thermostat)	`maison/salon/temperature`
Élève C (écran tableau de bord)	tous les topics
...	...

Étape 2 - Publication des messages (10 min)

Chaque publisher écrit un message sur un papier au format :

Topic : maison/salon/temperature
Message : 22.5 °C
Expéditeur : Capteur salon

Il le remet au broker. Le broker consulte son tableau d'abonnements et recopie le message pour chaque subscriber concerné, puis le leur distribue.

Étape 3 - Vérification et questions (10 min)

1. Le subscriber « thermostat » a-t-il reçu les messages concernant le jardin ? Pourquoi ?

2. Le subscriber « écran tableau de bord » a-t-il reçu tous les messages ? Pourquoi ?

3. Si un nouveau capteur de CO2 publie sur le topic maison/salon/co2, quels subscribers recevront le message ?

4. Quel est l'avantage du système publisher/subscriber par rapport à une communication directe entre chaque capteur et chaque appareil ?

Correction

1. Non, le thermostat n'a pas reçu les messages du jardin car il n'est abonné qu'au topic maison/salon/temperature. Le broker ne lui transmet que les messages correspondant à ses abonnements.

2. Oui, l'écran tableau de bord a reçu tous les messages car il est abonné à tous les topics. Le broker lui transmet donc chaque message publié.

3. Seuls les subscribers abonnés au topic maison/salon/co2 (ou à un joker comme maison/salon/# ou maison/#) recevront le message. Si aucun subscriber n'est abonné à ce topic, le message est transmis au broker mais n'est redistribué à personne.

4. L'avantage principal est le découplage : les publishers n'ont pas besoin de connaître les subscribers (et inversement). On peut ajouter de nouveaux capteurs ou de nouveaux appareils sans modifier les connexions existantes. Le broker centralise la distribution. Dans un système de communication directe, chaque capteur devrait connaître l'adresse de chaque appareil destinataire, ce qui deviendrait très complexe avec de nombreux objets.

Analogie

On peut comparer le broker MQTT à un bureau de poste : les expéditeurs (publishers) déposent leur courrier, et le bureau de poste (broker) le distribue aux destinataires (subscribers) qui ont une boîte aux lettres enregistrée pour ce type de courrier (topic).

🎯 Projet final - Concevoir un objet connecté¶

Objectif

Mobiliser l'ensemble des notions du chapitre pour imaginer et concevoir un objet connecté original répondant à un besoin réel.

Consigne générale¶

Par groupes de 2-3 élèves, vous allez imaginer un objet connecté utile dans l'un des domaines suivants :

Maison (confort, énergie, sécurité)
École (apprentissage, vie scolaire, bien-être)
Santé (suivi médical, bien-être, sport)
Environnement (écologie, agriculture, météo)
Transport (sécurité routière, mobilité)

Étape 1 : Définir le besoin (10 min)¶

Répondez aux questions suivantes :

Quel problème votre objet résout-il ?
À qui s'adresse-t-il (public cible) ?
Où sera-t-il utilisé ?
En quoi est-il différent de ce qui existe déjà ?

Étape 2 : Schéma technique (20 min)¶

Dessinez un schéma de votre objet connecté en identifiant clairement :

Composant	Ce que vous devez préciser
Capteur(s)	Quel(s) capteur(s) ? Quelle grandeur mesurée ?
Microcontrôleur	Quel traitement effectue-t-il ? Quelles décisions prend-il ?
Communication	Quel protocole réseau ? (Wi-Fi, Bluetooth, MQTT...)
Actionneur(s)	Quelle(s) action(s) physique(s) ?
IHM	Comment l'utilisateur interagit-il ? (Application, boutons, écran...)
Alimentation	Batterie, secteur, panneau solaire ?

Étape 3 : Cahier des charges simplifié (15 min)¶

Rédigez un cahier des charges en complétant le tableau suivant :

Rubrique	Votre réponse
Nom de l'objet	...
Problème résolu	...
Public cible	...
Capteur(s) utilisé(s)	...
Actionneur(s)	...
Mode de communication	...
Type d'IHM	...
Source d'alimentation	...
Données collectées	...
Fréquence de collecte	...
Risques pour la vie privée	...
Mesures de sécurité prévues	...

Étape 4 : Présentation orale (5 min par groupe)¶

Présentez votre objet connecté à la classe en expliquant :

Le besoin identifié et la solution proposée
Le fonctionnement technique (à l'aide du schéma)
Les données collectées et les précautions prises pour la vie privée
Les limites ou les améliorations possibles

Correction - Grille d'évaluation

Critère	Points
Le besoin est clairement identifié et pertinent	/3
Le schéma technique est complet (capteurs, microcontrôleur, communication, actionneurs, IHM)	/5
Le cahier des charges est rempli de manière cohérente	/4
Les enjeux de vie privée et de sécurité sont pris en compte	/3
La présentation orale est claire et bien structurée	/3
Originalité et créativité de la proposition	/2
Total	/20

Exemples de projets attendus :

Pot de fleur connecté : capteur d'humidité du sol + capteur de luminosité, alerte via application quand la plante a besoin d'eau, conseils d'entretien personnalisés. Communication en MQTT via Wi-Fi.
Cartable intelligent : capteur de poids + lecteur NFC pour vérifier que les bons cahiers sont présents. Alerte sur le smartphone si le cartable est trop lourd ou s'il manque un cahier. Communication Bluetooth.
Brassard de sécurité pour piétons : accéléromètre + GPS + LEDs, détecte la marche en conditions de faible luminosité et allume automatiquement les LEDs. Envoie la position à un proche en cas d'immobilité prolongée. Communication 4G.
Station de qualité de l'air en classe : capteurs de CO2, température, humidité. Affichage sur écran LCD en classe + données envoyées via MQTT au tableau de bord de l'école. Alerte quand il faut aérer.