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Introduction aux systèmes embarqués et à l’internet des objets IoT 3 But Sensib

Introduction aux systèmes embarqués et à l’internet des objets IoT 3 But Sensibilisation à l’importance des SE et de l’IoT Présentation des concepts fondamentaux des SE et l’IoT Comprehension de la chaîne de conception des objets connectés. Concepts fondamentaux 21 Aujourd’hui, la baisse des coût des microcontrôleur ainsi que des puces de communication sans fil (WiFi, Bluetooth, Zigbee, etc.) permet de mettre une intelligence et des moyens de communication dans beaucoup d’objets de la vie courante ou professionnels. Exemple, systèmes fondés sur la puce esp8266 de ESPRESSIF. Coût : 3 € Exemple : allumage et extinction d’une LED 29 • Idée : comment commander l’état de la LED à distance (par exemple via le réseau internet) ? Internet R Système informatique Extension : déclenchement d’un dispositif quelconque à distance 30 • La commande d’une LED à distance ne présente qu’un intérêt limité. Cependant, il est possible d’étendre ce concept pour déclencher divers dispositifs à distance : éclairage, ventilation, climatisation, moteur, déverrouillage ou ouverture de sorties de secours, allumage d’un ordinateur… ou tout dispositif électrique. Internet Système informatique Circuit à relais (interupteur commandé par un niveau logique) Concepts fondamentaux •Acquisition de signaux issus du monde physique (capteurs, transcription de grandeurs physiques en grandeurs électriques, puis numérisation puis transmission vers des systèmes informatiques ou d’autres systèmes physiques •Action sur le monde physique (déclenchement du fonctionnement de dispositifs, chauffage, extinction de feux, ouverture d’une porte, mise en service d’une machine, régulation d’une grandeur physique, exécution d’une tâche robotique, etc.) •L’ordre peut provenir d’un système informatique ou d’autres objets physiques connectés 18 IoT devices vs. embedded systems 17 €embedded system = système incorporé, intégré, enfoui €Embarqué suggère mobile €Exemple d'embedded systems : panneau d’affichage urbain, feux tricolors, systèmes embarqués dans les véhicules,,,, € Embedded system = objet remplissant une ou plusieurs fonctionnalités dont certaines sont aidées par un petit système informatique €Les IoT devices sont des embedded systems Remarque sur les embedded systems: €Le logiciel et le matériel sont souvent conçus en même temps: CO-DESIGN €=> on doit avoir des compétences dans les deux domaines (logiciel et matériel) Architecture d'un embedded system 20 €capteur (sensor) = organe d'entrée. Par exemple, capteur de température , de luminosité (= photo résistance) microphone, capteur d'onde radio, etc.  € capteurs ADC reçoit des infos du monde extérieur DAC actuateurs informe le monde extérieur microcontrôleur IP FPGA Architecture d'un embedded system 21 €actuateur (actuator) = organe de sortie. Par exemple haut parleur, buzzer , led , petit écran LCD , etc. €LED = light-emitting diode €LCD = Liquid Crystal Display capteurs ADC reçoit des infos du monde extérieur DAC actuateurs informe le monde extérieur microcontrôleur IP FPGA Architecture d'un embedded system 22 €IP = Intellectual Property Core = circuit intégré (~processeur) dédié à une fonctionnalité €Par exemple :  € controleur réseau : ethernet, bus CAN (= Controller Area Network) dans les automobiles  € audio : CODEC (codage-décodage): codant et décodant un flux audio. Idem pour vidéo  € video : VGA controleur capteurs ADC reçoit des infos du monde extérieur DAC actuateurs informe le monde extérieur microcontrôleur IP FPGA Architecture d'un embedded system 23 €FPGA = Field Programmable Gate Array €( circuit logique programmable = un circuit intégré logique qui peut être reprogrammé après sa fabrication) €~ PROM pouvant chargé de nombreuses applications connues capteurs ADC reçoit des infos du monde extérieur DAC actuateurs informe le monde extérieur microcontrôleur IP FPGA Les capteurs 33 Grandeur communément mesurées : •Systèmes à deux états (0,1), (fermé,ouvert) (éteint,allumé), etc. •Comptage d’impulsions (tachymètre), cardio-fréquencemètre, •Température •Pression •Luminosité •Position •vitesse Les actionneurs 34 • Ils permettent d’agir dans le monde physique, c’est-à- dire, changer son état. • Par exemple : un actionneur peut allumer un appareil à distance (voir l’exemple donné dans les transparents précédents). Les actionneurs 35 Actionneurs couramment utilisés : • Allumage d’un éclairage • Déclenchement d’un avertisseur sonore • Allumage d’une machine • Génération de mouvements (ex. servomoteur) • Commande de robots • Commande de moteurs (à courant continu, pas-à-pas, etc.) • Contrôle de débits (air, pression, liquides, etc.) Le microcontrôleur 25  €Souvent le circuit intégré = une carte ~ ordinateur  €= processeur, ROM; RAM ;E/S €Très faible consommation électrique, petite taille (7,4 cm x 5,3 cm pour Arduino), très bon marché (~ quelques dizaines d'euro), €Vitesse de fonctionnement nettement plus faible qu'un PC Popular Microcontrollers • Intel 8051 • Microchip PIC • Atmel AVR • ARM Lots of manufacturers micro_controllers products 18 Utilisation d'un microcontrôleur 27 €possède un microprocesseur (16 à 500 Mhz) (cf. un PC portable 2,60 Ghz), connecté à d'autres composants (cf. entrées-sorties), reçoit des données, envoie des commandes €une petite UC, carte mère très peu chère €Peu être programmé (en langage C, C++, Python, etc.). Le programme est chargé en mémoire €Le code est construit sur une machine de développement et téléchargé dans le microcontrôleur (sa mémoire flash non volatile) par cable USB €Le code pourra être exécuté en amenant de l'électricité (pile ou par la machine de développement par le cable USB) Exploitation du réseau internet Module IoT 1 Module IoT 2 Module IoT 3 Réseau de collecte de données Serveur Base de donnée Poste d’interrogation et Internet Module IoT 4 Module IoT 5 de contrôle 38 WiFi Solutions technologiques 40 Caractéristiques générales d’une plateformes pour l’IoT Intelligence Capteur Actionneurs Energie Communication Interaction Transmission Monde physique Réseau informatique Solutions technologiques 41 Caractéristiques générales d’une plateformes pour l’IoT Intelligence Capteur Actionneurs Energie Communication Traduction d’une grandeur physique en un signal électrique Modification de l’état de l’environnement Traitement local des données (simple ou complexe) Alimentation de la plateforme en énergie électrique. Doit être adaptée à l’application Codage et transmission des données, protocoles standards ou dédiés, communication filaire ou sans fil. 4 Sommaire 1 Introduction 2 Le marché de l’IoT 3 Concepts fondamentaux 4 Interactions entre le « monde numérique » et le « monde physique » 5 Infrastructures pour l’IoT 6 Solutions technologiques 7 Exemples d’application Telegarden : juin 1995 (Univ. Of California) 6 Agriculture – art - internet Le concept d’ « objet connecté » n’est pas nouveau. Exemple : Telegarden. 1- Introduction Pourquoi l’IoT ? 8 • Evolution naturelle des technologies : lien inévitable entre le monde numérique et le monde physique, • Assistance à nos activités professionnelles et personnelles. • Permet une réduction considérable des dépenses dans l’économie d’aujourd’hui (industrie, santé, sécurité, etc.). • L’IoT est ici et il évolue rapidement ! Domaines d’applications de l’IoT ? 9 • Ville intelligente : circulation routière intelligente, transports intelligents, collecte des déchets, cartographies diverses (bruit, énergie, etc.). • Environnements intelligents : prédiction des séismes, détection d’incendies, qualité de l’air, etc. • Sécurité et gestion des urgences : radiations, attentats, explosions. • Logistique : aller plus loin que les approches actuelles. • Contrôle industriel : mesure, pronostic et prédiction des pannes, dépannage à distance. • Santé : suivi des paramètres biologiques à distance (ex. MySignal) • Agriculture intelligente, domotique, etc. Quelques définitions 10 • Objet connecté : objet possédant la capacité d’échanger des données avec d’autres entités physiques ou numériques. • Internet des objets (IdO) : expansion du réseau internet à des objets et/ou des lieux du monde physique. « L’Internet des Objets est un réseau de réseaux qui permet, via des systèmes d’identification électronique normalisés et unifiés, et des dispositifs mobiles sans fil, d’identifier directement et sans ambiguïté des entités numériques et des objets physiques et ainsi de pouvoir récupérer, stocker, transférer et traiter, sans discontinuité entre les mondes physiques et virtuels, les données s’y rattachant. » Le M2M €M2M = machine to machine = communication entre machines = technologie donnant des moyens à des objets "intelligents" (= dotés de possibilités de calcul) d'obtenir des informations et d'(inter)agir sans intervention humaine €Domaines proches :  € les réseaux sans fil (Wi-Fi 802.11abg, Bluetooth, Zigbee)  € les technologies sans contact (RFID, NFC)  € QR Code €Exemple : système ABS, régulateur de vitesse des automobiles, temps d'attente des transports en commun, télésurveillance de lieux…. 3 Historique : du M2M à l'IoT Du M2M à l'IoT •€IoT = Internet Of Things • = M2M + le réseau internet (TCP/IP) •€L'objet devient un acteur de l'internet •€Domaines associés : •  € la programmation •  € l'intelligence artificielles •  € le big data •  € le cloud 4 Technologies proches pour IoT •€Pour l'identification : RFID, URI, coordonnées GPS • €Capteurs : Luxmètre, Thermomètre, hydromètre, accéléromètre, gyroscope • €Connexion réseau : Bluetooth, RFID, NFC (= Near Field Communication), Wi-Fi, ZigBee,SMS, réseau téléphonique, ethernet, TCP/IP • €Intégration de données : domaine des middlewares, des systèmes décisionnels, Datawarehouses… 5 Les contraintes technologiques •€On rencontre souvent des contraintes technologiques comme : •  €Consommer peu d'énergie => peu de puissance électrique surtout si l'objet est mobile •€De petite taille :miniaturisation •€D'IHM très réduit (souvent sans clavier ni écran) • €Fait un travail très simple et communique ses résultats par le réseau • => nécessite une bonne couche réseau, du cache, un protocole de service de sauvegarde, parfois crypté 8 IoT : Exemples 9 Internet uploads/Philosophie/ es-iot-chap0.pdf