Partie 3 : Applications et protocoles IoT
7. La voiture autonome : un objet connecté complexe
Section intitulée « 7. La voiture autonome : un objet connecté complexe »La voiture autonome est l'un des exemples les plus impressionnants d'objet connecté. Elle illustre parfaitement la convergence entre systèmes embarqués, capteurs multiples, intelligence artificielle et connectivité.
7.1. Les capteurs d'une voiture autonome
Section intitulée « 7.1. Les capteurs d'une voiture autonome »Une voiture autonome utilise de nombreux capteurs pour « percevoir » son environnement :
| Capteur | Principe de fonctionnement | Rôle |
|---|---|---|
| Caméras | Captent des images de l'environnement | Détection des panneaux, feux, piétons, lignes de marquage au sol |
| Radars | Émettent des ondes radio et analysent leur réflexion | Mesure de la distance et de la vitesse des véhicules environnants |
| Lidars | Émettent des faisceaux laser et mesurent leur temps de retour | Création d'une carte 3D précise de l'environnement (portée : jusqu'à 200 m) |
| Ultrasons | Émettent des ondes sonores à haute fréquence | Détection d'obstacles proches (stationnement, manoeuvres à basse vitesse) |
| GPS | Reçoit des signaux de satellites | Localisation géographique du véhicule |
7.2. Le système de décision
Section intitulée « 7.2. Le système de décision »Le « cerveau » de la voiture autonome repose sur l'intelligence artificielle, et plus précisément sur des réseaux de neurones artificiels. Ces programmes sont entraînés sur des millions d'images et de situations de conduite pour apprendre à :
- Reconnaître un piéton, un cycliste, un autre véhicule
- Interpréter les panneaux de signalisation et les feux tricolores
- Anticiper le comportement des autres usagers de la route
- Prendre des décisions de conduite (freiner, accélérer, tourner)
7.3. Les niveaux d'autonomie
Section intitulée « 7.3. Les niveaux d'autonomie »L'industrie automobile classe l'autonomie des véhicules en 6 niveaux :
| Niveau | Description | Exemple |
|---|---|---|
| 0 | Aucune automatisation : le conducteur contrôle tout | Voiture classique sans aide à la conduite |
| 1 | Assistance à la conduite : aide sur la direction OU la vitesse | Régulateur de vitesse adaptatif |
| 2 | Automatisation partielle : aide sur la direction ET la vitesse | Pilote automatique sur autoroute (le conducteur doit rester attentif) |
| 3 | Automatisation conditionnelle : le véhicule gère tout dans certaines conditions | Conduite autonome en embouteillage (le conducteur peut se désengager temporairement) |
| 4 | Haute automatisation : conduite autonome dans un périmètre défini | Navettes autonomes dans une zone urbaine limitée |
| 5 | Automatisation complète : aucune intervention humaine nécessaire | Véhicule entièrement autonome en toutes circonstances (pas encore atteint) |
7.4. Enjeux et questions éthiques
Section intitulée « 7.4. Enjeux et questions éthiques »8. La domotique
Section intitulée « 8. La domotique »La domotique désigne l'ensemble des techniques permettant d'automatiser et de piloter les équipements d'un bâtiment : chauffage, éclairage, volets, alarme, électroménager...
Un système domotique se compose de :
- Capteurs : détecteurs de mouvement, de température, de luminosité...
- Actionneurs : volets motorisés, ampoules connectées, vannes de chauffage...
- Centrale : contrôleur qui reçoit les informations des capteurs et commande les actionneurs selon des règles programmées.
- IHM : application smartphone ou tablette pour contrôler le système à distance.
9. Le protocole MQTT : la communication des objets IoT
Section intitulée « 9. Le protocole MQTT : la communication des objets IoT »9.1. Pourquoi un protocole spécifique ?
Section intitulée « 9.1. Pourquoi un protocole spécifique ? »Les objets IoT sont souvent de petits appareils avec peu de mémoire et une connexion réseau limitée. Ils ont besoin d'un protocole de communication léger et efficace. Le protocole MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) a été conçu spécialement pour cela.
9.2. Le modèle Publisher / Subscriber
Section intitulée « 9.2. Le modèle Publisher / Subscriber »MQTT fonctionne selon un modèle publication / abonnement (publish / subscribe), très différent du modèle client-serveur classique du Web.
Trois rôles interviennent :
- Le publisher (éditeur) : un appareil qui publie (envoie) des données.
- Le subscriber (abonné) : un appareil qui s'abonne pour recevoir certaines données.
- Le broker (courtier) : un serveur intermédiaire qui reçoit les messages des publishers et les redistribue aux subscribers concernés.
Capteur température ──publish──→ ┌──────────┐ ──notify──→ Application mobile (publisher) │ BROKER │ (subscriber) Capteur humidité ──publish──→ └──────────┘ ──notify──→ Écran tableau de bord (publisher) (subscriber)9.3. Les topics (sujets)
Section intitulée « 9.3. Les topics (sujets) »Les messages MQTT sont organisés par topics (sujets), structurés de manière hiérarchique avec des barres obliques / :
| Topic | Signification |
|---|---|
maison/salon/temperature | Température du salon |
maison/salon/luminosite | Luminosité du salon |
maison/cuisine/temperature | Température de la cuisine |
maison/jardin/humidite | Humidité du jardin |
ecole/salle101/co2 | Taux de CO2 de la salle 101 |
Un subscriber peut s'abonner à un topic précis (maison/salon/temperature) ou utiliser un joker (maison/salon/#) pour recevoir tous les messages concernant le salon.
10. Repères historiques
Section intitulée « 10. Repères historiques »L'informatique embarquée a connu une évolution spectaculaire : partie de systèmes volumineux et coûteux réservés aux domaines militaire et spatial, elle s'est progressivement miniaturisée et démocratisée jusqu'à se glisser dans les objets les plus courants de notre quotidien.
| Date | Événement | Signification |
|---|---|---|
| 1967 | Mission Apollo : premier ordinateur embarqué spatial | L'ordinateur de guidage Apollo (AGC) pesait 32 kg et disposait de seulement 74 Ko de mémoire. Il a permis de guider les astronautes jusqu'à la Lune. C'est le premier véritable ordinateur embarqué de l'histoire. |
| 1971 | Premier microprocesseur Intel 4004 | Cette puce révolutionnaire intègre pour la première fois un processeur complet sur un seul circuit intégré. Elle ouvre la voie à la miniaturisation des systèmes embarqués. |
| 1984 | Airbus A320 : commandes de vol électriques (fly-by-wire) | Premier avion civil dont les commandes de vol sont entièrement gérées par des systèmes informatiques embarqués, remplaçant les câbles mécaniques par des signaux électroniques. |
| 1998 | Ligne 14 du métro parisien (Meteor) : métro automatique | Premier métro entièrement automatisé à Paris, sans conducteur. Des capteurs et des systèmes embarqués gèrent la conduite, les arrêts et la sécurité des passagers. |
| 1999 | Kevin Ashton invente le terme « Internet des Objets » | Ce chercheur britannique propose l'expression Internet of Things lors d'une présentation chez Procter & Gamble, imaginant un monde où les objets physiques communiquent entre eux via Internet. |
| 2005 | Nabaztag : lapin connecté en Wi-Fi | Précurseur des objets connectés grand public, ce petit lapin pouvait lire des messages, annoncer la météo et réagir à des informations reçues par Internet. |
| 2007 | Premier iPhone (Apple) : le smartphone moderne | En réunissant téléphone, appareil photo, GPS, accéléromètre et connexion Internet dans un seul objet à écran tactile, l'iPhone a popularisé le concept d'objet connecté universel. |
11. Tableau récapitulatif
Section intitulée « 11. Tableau récapitulatif »| Notion | Définition |
|---|---|
| Système embarqué | Système électronique autonome spécialisé dans une tâche précise |
| Objet connecté | Objet équipé de capteurs et capable de communiquer via Internet |
| IoT | Internet des Objets : extension d'Internet au monde physique |
| Capteur | Composant qui mesure une grandeur physique (température, lumière...) |
| Actionneur | Composant qui transforme un signal électrique en action physique (LED, moteur...) |
| Microcontrôleur | Circuit intégré programmable qui pilote capteurs et actionneurs |
| Arduino | Plateforme de prototypage électronique pour l'apprentissage |
| IHM | Interface homme-machine : moyen d'interaction entre utilisateur et machine |
| IHM physique | Éléments matériels d'interaction (boutons, voyants, curseurs) |
| IHM logicielle | Éléments virtuels d'interaction affichés sur écran (application, menus) |
| Domotique | Automatisation et pilotage des équipements d'un bâtiment |
| Voiture autonome | Véhicule équipé de capteurs et d'IA pour se déplacer sans conducteur |
| Lidar | Capteur laser mesurant les distances pour créer une carte 3D de l'environnement |
| MQTT | Protocole de communication léger pour les objets IoT (publication / abonnement) |
| Broker | Serveur intermédiaire qui redistribue les messages MQTT aux abonnés |
| Topic | Sujet hiérarchique utilisé pour organiser les messages MQTT |
| Périphérique | Appareil fonctionnant uniquement relié à un ordinateur (clavier, souris...) |
| Objet IoT | Objet autonome qui capte, traite et transmet des données sans intervention humaine |
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