La chaîne d’information : acquérir, traiter, communiquer

Dans un couloir, la lumière s’allume toute seule quand quelqu’un passe, mais seulement la nuit. Pour cela, l’éclairage doit savoir qu’une personne est là et qu’il fait nuit, puis décider d’allumer la lampe. Ce travail sur l’information est fait par la chaîne d’information de l’objet.

Elle comporte trois fonctions :

• acquérir : prélever une information sur l’environnement ou sur l’utilisateur. Ce sont les capteurs (de présence, de luminosité, de température, de distance) et les boutons de l’interface humain-machine ;
• traiter : à partir des informations reçues, décider ce qu’il faut faire. C’est le rôle du microcontrôleur, circuit intégré placé sur une carte programmable, qui exécute le programme ;
• communiquer : transmettre une information ou un ordre. Vers l’utilisateur (un afficheur, un voyant, une sirène), vers un autre appareil (un module Wi-Fi), ou vers la chaîne d’énergie (l’ordre d’allumer, de démarrer le moteur).

Dans ce modèle fonctionnel, la chaîne d’information fournit les ordres et les messages ; la chaîne d’énergie représente l’alimentation et l’action utile. Cela ne signifie pas que les circuits d’information ne consomment aucune énergie : capteurs, carte et afficheur doivent aussi être alimentés.

Un capteur traduit une grandeur physique en signal. Une sonde de température ne « voit » pas la chaleur : elle délivre un signal électrique qui dépend de la température. La chaîne d’acquisition fournit une donnée exploitable : un nombre, codé en binaire. Si le signal est analogique, une conversion analogique-numérique est nécessaire ; elle peut être intégrée au microcontrôleur ou réalisée par un autre composant.

Deux sortes d’informations d’entrée :

• une information logique, qui ne prend que deux valeurs : un bouton appuyé ou non, une présence détectée ou non ;
• une information analogique, qui varie continûment : une température, une distance, une luminosité. Elle doit être convertie en nombre pour être traitée par le programme.

Le programme fait le lien. Le microcontrôleur exécute une suite d’instructions du type « SI une présence est détectée ET qu’il fait nuit ALORS allumer la lampe ». Changer le programme peut modifier le comportement dans les limites des capteurs, des sorties et du matériel disponibles ; toutes les nouvelles fonctions ne deviennent pas possibles par le seul logiciel.

L’interface humain-machine (IHM) regroupe ce par quoi l’utilisateur agit sur l’objet (boutons, écran tactile) et ce par quoi l’objet l’informe (afficheur, voyant, son). Ses boutons sont des entrées de la chaîne d’information ; ses afficheurs en sont des sorties.

Un thermostat connecté commande le radiateur d’une pièce. On repère ses constituants : une sonde de température, des boutons pour régler la température voulue (la consigne), un microcontrôleur, un écran, un module Wi-Fi qui envoie les mesures au téléphone, et un relais qui alimente ou coupe le radiateur.

Acquérir : la sonde de température (mesure de la pièce) et les boutons (consigne choisie par l’utilisateur).

Traiter : le microcontrôleur compare la température mesurée à la consigne et décide s’il faut chauffer.

Communiquer : l’écran affiche la température et la consigne ; le module Wi-Fi envoie les mesures au téléphone ; l’ordre de chauffer est envoyé au relais.

Et le radiateur ? Le relais et la résistance chauffante du radiateur font partie de la chaîne d’énergie : le relais distribue l’énergie électrique, la résistance la convertit en énergie thermique, ensuite transférée à la pièce par les échanges avec le radiateur. Ils obéissent à l’ordre représenté par la chaîne d’information.

On représente l’objet par deux rangées de blocs, l’une au-dessus de l’autre.

Chaîne d’information (rangée du haut) : sonde de température, boutons (acquérir) → mesures et consigne → microcontrôleur (traiter) → ordres et messages → écran, module Wi-Fi (communiquer).

Chaîne d’énergie (rangée du bas) : réseau électrique (fournir) → relais (distribuer) → résistance chauffante (convertir en énergie thermique) → transfert thermique vers la pièce.

Une flèche verticale part du microcontrôleur et descend jusqu’au relais : c’est l’ordre de chauffer ou d’arrêter. C’est le seul lien dessiné dans ce schéma simplifié. L’alimentation de l’électronique et les mesures de retour ne sont pas détaillées ; leur omission ne prouve pas leur absence physique.

Ce qu’il faut lire : les flèches du haut représentent des informations et celles du bas des transferts d’énergie utile. Les signaux ont eux aussi un support physique ; le dessin distingue des fonctions, pas deux mondes matériels séparés. Le relais est le point de rencontre : il reçoit un ordre et laisse passer, ou non, l’énergie.