Ingénierie, innovation et développement durable (STI2D) · Terminale · Approche fonctionnelle et structurelle d’une chaîne d’information
Acquisition, conversion et traitement de l’information
Du phénomène physique au nombre traité.
En bref
Pour piloter un produit, il faut mesurer : transformer un phénomène physique en un nombre que le programme peut traiter, avec une précision adaptée au besoin.
La chaîne d’acquisition
Grandeur physiqueCapteurConditionnementCANTraitement numérique
| L’étage | Rôle |
|---|---|
| Capteur | Traduire la grandeur (température, force, position) en signal électrique |
| Conditionnement | Amplifier, filtrer (passe-bas), décaler pour utiliser toute la plage du CAN |
| CAN | Transformer la tension en nombre entier |
| Traitement | Convertir en unité physique, comparer, décider |
Caractéristiques d’un capteur
Étendue de mesure, sensibilité (pente de la caractéristique), résolution, précision, linéarité, temps de réponse. On tient compte des grandeurs d’influence : un capteur de force peut dériver avec la température.
Le CAN
Quantum : q = pleine échelle / 2 puissance n
Nombre obtenu : N = partie entière de (U / q)
Tension reconstituée : U ≈ N × q
Exemple travaillé : mesurer un niveau d’eau
Un capteur de pression donne 0,5 V pour une cuve vide et 4,5 V pour 2 m d’eau (caractéristique linéaire). CAN 12 bits, pleine échelle 5 V.
- Sensibilité : (4,5 − 0,5) / 2 = 2 V/m.
- Quantum : 5 / 4 096 ≈ 1,22 mV.
- Résolution en hauteur : 1,22 mV ÷ 2 V/m ≈ 0,61 mm : largement suffisant.
- Le programme lit N = 2 048. U = 2 048 × 1,22 mV ≈ 2,5 V. Hauteur : (2,5 − 0,5) / 2 = 1 m.
Avec un CAN 8 bits, q ≈ 19,5 mV et la résolution tomberait à environ 1 cm.
Le filtrage
Un filtre passe-bas du premier ordre (résistance + condensateur) laisse passer les basses fréquences et atténue les hautes :
Fréquence de coupure : fc = 1 / (2π × R × C)
Avec R = 10 kΩ et C = 1 µF : fc = 1 / (2π × 10 000 × 0,000 001) ≈ 16 Hz. Un niveau d’eau varie lentement ; le bruit à 50 Hz du secteur est atténué.
Le filtrage peut aussi être numérique : moyenne glissante sur les dernières mesures.
Échantillonnage
Le CAN mesure à intervalles réguliers Te (fréquence fe = 1 / Te). Il faut échantillonner assez vite : au moins deux fois la plus haute fréquence utile du signal (théorème de Shannon). Trop lent, le signal reconstruit est faux ; inutilement rapide, on gaspille mémoire et calcul.
Traitement : attention aux effets de bord
- Un entier sur 8 bits déborde au-delà de 255 ; sur 16 bits signé, au-delà de 32 767.
- Une division entière perd la partie décimale : 7 / 2 donne 3.
- Le temps de calcul compte dans un système temps réel.
Le choix du type de variable (entier, flottant, taille) fait partie de la conception.
Restituer l’information
L’information est ensuite communiquée : afficheur, voyant, son, écran tactile (IHM), ou envoi vers un serveur. Une bonne IHM donne l’information utile, au bon moment, sans ambiguïté.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quel est le quantum d’un CAN 12 bits de pleine échelle 5 V ?
2.Capteur : 0,5 V à vide, 4,5 V pour 2 m. Sensibilité ?
3.Avec ce capteur, quelle hauteur correspond à 2,5 V ?
4.Quelle est la fréquence de coupure d’un filtre RC avec R = 10 kΩ et C = 1 µF ?
5.Un filtre passe-bas…
6.Selon Shannon, la fréquence d’échantillonnage doit être au moins…
0 / 6 questions
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La fiche de révision, sur une page
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