Introduction
Allumer une lampe depuis son téléphone, ouvrir un portail à distance ou suivre la température d’une pièce sur une application : ces gestes simples reposent sur des principes essentiels de la SNT. Au cœur de ces usages se trouvent une interface homme-machine (IHM) et un programme embarqué. L’IHM permet à l’utilisateur de dialoguer avec l’objet, tandis que le programme contrôle les capteurs et les actionneurs. Ensemble, ils rendent les machines capables de percevoir, d’agir et de communiquer.
Ces dispositifs s’inscrivent dans la logique de l’informatique embarquée temps réel. Ce terme désigne des systèmes capables de réagir en un délai très court et prévisible. Même si, dans un objet connecté domestique, quelques millisecondes de retard ne sont pas critiques, la réactivité du système reste un principe fondamental : une commande doit être exécutée dès qu’elle est envoyée.
Concevoir une interface homme-machine : faire dialoguer l’humain et la machine
L’interface homme-machine (IHM) est la partie visible d’un objet connecté. Elle permet à l’utilisateur de communiquer avec le système embarqué et de visualiser les données transmises par les capteurs.
Elle peut prendre plusieurs formes : une application mobile, une page web, un écran tactile ou même une commande vocale. Par exemple, une application de domotique affiche la température d’une pièce et permet d’allumer ou d’éteindre le chauffage d’un simple appui sur un bouton.
Concevoir une IHM simple est à la portée des élèves : avec des outils comme App Inventor, on peut créer en quelques minutes une application capable d’allumer une LED ou de faire varier l’intensité d’un ventilateur relié à une carte micro:bit ou à un microcontrôleur Arduino. L’IHM devient alors une passerelle entre l’humain et la machine : elle envoie les ordres et affiche les résultats.
Dans une lampe connectée, par exemple, un bouton « Allumer » envoie un signal au microcontrôleur qui active l’actionneur (la lampe). L’IHM peut aussi afficher des données reçues d’un capteur de luminosité et ajuster automatiquement la lumière selon l’éclairement ambiant.
À retenir
L’IHM permet à l’utilisateur d’interagir avec la machine. Grâce à des outils simples comme App Inventor, micro:bit ou Arduino, il est possible de créer une interface qui envoie des commandes et affiche les données des capteurs en temps quasi réel.
Programmer le contrôle d’un capteur ou d’un actionneur
Derrière chaque objet connecté, il y a un programme embarqué : un ensemble d’instructions que le microcontrôleur exécute pour interpréter les données des capteurs et contrôler les actionneurs.
Prenons un exemple concret : un capteur de température associé à un ventilateur. Le capteur mesure la chaleur ambiante et transmet une valeur numérique au microcontrôleur. Le programme embarqué analyse cette donnée et décide de l’action à effectuer. Si la température dépasse 25 °C, il active le moteur du ventilateur ; sinon, il l’éteint.
Ce type de programme peut être écrit dans un langage comme Python (via l’environnement Thonny) ou en C, souvent utilisé sur les cartes Arduino. Le code repose sur une boucle d’acquisition et de commande : observer l’environnement, décider d’une action, puis agir.
Voici un pseudocode simplifié illustrant cette logique :
Tant que le système est en marche : Lire la température Si la température > 25 : Allumer le ventilateur Sinon : Éteindre le ventilateur
Cette boucle, exécutée en continu, permet au système de s’adapter automatiquement à son environnement. On parle de comportement réactif, typique de l’informatique embarquée temps réel.
À retenir
Le programme embarqué pilote les capteurs et actionneurs. Il recueille, traite et compare les données pour agir en conséquence, selon une boucle continue « observer – décider – agir ».
Relier l’IHM et le programme : la communication au cœur des objets connectés
Pour qu’un objet connecté fonctionne, il faut que l’IHM et le programme embarqué communiquent. Cette communication se fait souvent par un réseau local (comme le Wi-Fi ou le Bluetooth) ou par Internet.
Chaque appareil connecté possède une adresse IP (Internet Protocol, « protocole Internet ») qui l’identifie dans le réseau. Les échanges de données se font grâce à des protocoles de communication, c’est-à-dire des règles qui définissent comment les messages sont envoyés et reçus. Par exemple, le protocole HTTP (HyperText Transfer Protocol, « protocole de transfert hypertexte ») est utilisé pour transmettre des données entre un microcontrôleur et une page web.
Prenons l’exemple d’un volet roulant connecté. L’application mobile affiche deux boutons : « Monter » et « Descendre ». Lorsqu’on appuie sur « Monter », un message est envoyé par Wi-Fi au microcontrôleur, qui active le moteur. Si un capteur de luminosité détecte que le soleil se couche, le programme peut aussi refermer automatiquement le volet et envoyer l’information à l’application.
Ces échanges nécessitent une sécurité renforcée. Les données circulant entre l’IHM et le microcontrôleur sont protégées par des techniques de chiffrement, qui rendent les messages illisibles sans clé, et d’authentification, qui vérifient l’identité des appareils avant toute communication. Ces précautions évitent qu’un pirate ne prenne le contrôle d’un objet connecté.
Enfin, les objets connectés ne se contentent pas de réagir : ils collectent et traitent des données. Celles-ci peuvent être stockées localement (dans le microcontrôleur) ou envoyées vers le cloud (un serveur distant sur Internet). Elles y sont analysées, triées et visualisées dans des tableaux ou des graphiques. Par exemple, une station météo connectée peut stocker les températures de la semaine et afficher leur évolution sur une application.
À retenir
L’IHM et le programme échangent des données via un réseau (Wi-Fi, Bluetooth ou Internet). Ces données peuvent être sécurisées, stockées localement ou dans le cloud, puis analysées pour mieux comprendre ou automatiser les actions de l’objet connecté.
Conclusion
Créer et piloter un objet connecté, c’est unir la programmation embarquée et la conception d’interfaces interactives. L’IHM permet à l’utilisateur de commander et d’observer, tandis que le programme embarqué contrôle les capteurs et les actionneurs.
Ces systèmes reposent sur la logique du temps réel, où la réactivité et la fiabilité sont essentielles. Ils s’appuient sur les réseaux de communication et le stockage des données, local ou dans le cloud, pour fonctionner de manière fluide et intelligente.
Enfin, leur sécurité repose sur le chiffrement et l’authentification des échanges. Grâce à des outils pédagogiques comme Arduino, micro:bit, Thonny ou App Inventor, chacun peut expérimenter concrètement cette union entre programmation, données et communication, et ainsi comprendre le cœur du monde connecté d’aujourd’hui.