Informatique physique: Explorer la vision par ordinateur dans l'informatique physique

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que l'informatique physique

Le terme « informatique physique » fait référence à l'utilisation de systèmes interactifs capables de percevoir et de réagir à l'environnement qui les entoure. Cependant, bien que cette définition soit suffisamment large pour inclure des systèmes tels que les systèmes intelligents de contrôle de la circulation des véhicules ou les processus d'automatisation des usines, elle n'est généralement pas utilisée pour définir ce type de produits. Dans une perspective plus large, l’informatique physique peut être comprise comme un paradigme innovant permettant de comprendre le lien que les humains entretiennent avec l’environnement numérique. Les projets d'art, de design ou de bricolage faits à la main qui utilisent des capteurs et des microcontrôleurs pour traduire une entrée analogique en un système logiciel et/ou contrôler des appareils électromécaniques tels que des moteurs, des servos, de l'éclairage ou d'autres matériels sont les exemples les plus courants. de ce à quoi le nom « maker » fait référence dans les applications pratiques.

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Informatique physique

Chapitre 2 : Microcontrôleur

Chapitre 3 : Système embarqué

Chapitre 4 : Microcontrôleurs AVR

Chapitre 5 : Système sur puce

Chapitre 6 : Langage de programmation visuel

Chapitre 7 : Entrées/sorties à usage général

Chapitre 8 : Arduino

Chapitre 9 : Microcontrôleur monocarte

Chapitre 10 : Caméra aux feux rouges

(II) Répondre aux principales questions du public sur l'informatique physique.

(III) Exemples concrets d'utilisation de l'informatique physique dans de nombreux domaines.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels, étudiants de premier cycle et les étudiants diplômés, les passionnés, les amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type d'informatique physique.

 

 

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 5 mai 2024

Aperçu du livre

Informatique physique

Exploration de la vision par ordinateur dans l'informatique physique

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information, de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines professionnelles internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One Billion Knowledge.

Un milliard de connaissances

Informatique physique

Exploration de la vision par ordinateur dans l'informatique physique

Fouad Sabry

Copyright

Physical Computing © 2024 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen électronique ou mécanique que ce soit, y compris les systèmes de stockage et de récupération d'informations, sans l'autorisation écrite de l'auteur. La seule exception est celle d'un critique, qui peut citer de courts extraits dans une critique.

Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans le présent document.

Table des matières

Chapitre 1 : Informatique physique

Chapitre 2 : Microcontrôleur

Chapitre 3 : Système de transport intelligent

Chapitre 4 : Microcontrôleurs AVR

Chapitre 5 : Système sur puce

Chapitre 6 : Langage de programmation visuel

Chapitre 7 : Entrées/sorties à usage général

Chapitre 8 : Arduino

Chapitre 9 : Microcontrôleur monocarte

Chapitre 10 : Caméra aux feux rouges

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Informatique physique

L'informatique physique implique l'utilisation de systèmes interactifs capables de percevoir et de réagir à leur environnement. Bien que cette définition soit suffisamment large pour englober des systèmes tels que les systèmes intelligents de contrôle de la circulation pour les automobiles et les processus d'automatisation des usines, elle n'est généralement pas utilisée pour les définir. L'informatique physique est un cadre créatif pour comprendre le lien entre l'humain et le monde numérique. Dans l'usage courant, l'expression fait généralement référence à des projets d'art, de design ou de bricolage artisanaux qui utilisent des capteurs et des microcontrôleurs pour traduire l'entrée analogique vers un système logiciel et/ou pour faire fonctionner des composants électromécaniques tels que des moteurs, des servomoteurs, de l'éclairage et d'autres matériels.

L'informatique physique recoupe une variété de disciplines et d'industries, notamment le génie électrique, la mécatronique, la robotique, l'informatique et le développement embarqué.

Physical computing

L'informatique physique est utilisée dans de nombreux domaines et applications.

Les avantages de l'aspect physique et du plaisir dans l'éducation se sont reflétés dans divers contextes d'apprentissage informels. En tant que pionnier de l'apprentissage basé sur la recherche, l'Exploratorium a créé certaines des premières expositions interactives sur ordinateur et continue d'incorporer de plus en plus d'exemples d'informatique physique et d'interfaces tactiles à mesure que les technologies connexes progressent.

Scott Snibbe, Daniel Rozin, Rafael Lozano-Hemmer, Jonah Brucker-Cohen et Camille Utterback ont intégré l'informatique physique dans leurs projets artistiques.

Dans le domaine de la conception de produits et d'interactions, des systèmes embarqués fabriqués à la main sont parfois utilisés pour prototyper rapidement de nouveaux concepts de produits numériques de manière rentable. Des entreprises telles qu'IDEO et Teague sont connues pour adopter cette approche de la conception de produits.

Les applications commerciales vont des gadgets grand public tels que Sony Eyetoy ou des jeux vidéo tels que Dance Dance Revolution à des applications plus ésotériques et pragmatiques telles que la vision industrielle utilisée pour automatiser l'inspection de la qualité le long d'une chaîne de fabrication. L'informatique physique comprend les jeux d'exercice, tels que Wii Fit de Nintendo. La reconnaissance vocale, qui détecte et interprète les ondes sonores à l'aide de microphones ou d'autres dispositifs de détection d'ondes sonores, et la vision par ordinateur, qui applique des algorithmes à un riche flux de données vidéo souvent acquises par une caméra, sont d'autres implémentations de l'informatique physique. Dans le cas des interfaces haptiques, l'ordinateur génère le stimulus physique plutôt que de le détecter. La capture de mouvement et la reconnaissance gestuelle s'appuient toutes deux sur la vision par ordinateur pour effectuer leur enchantement.

L'informatique physique peut également être utilisée pour décrire la fabrication et l'utilisation de capteurs ou de collecteurs personnalisés pour la recherche scientifique, bien que cette utilisation soit rare. Le projet Illustris, qui cherche à imiter parfaitement l'évolution de l'univers depuis le Big Bang jusqu'à aujourd'hui (13,8 milliards d'années plus tard), est une illustration de la modélisation de l'informatique physique.

L'informatique physique repose en grande partie sur le développement de prototypes. I-CubeX avec des outils tels que le câblage, Arduino et Fritzing permet aux concepteurs et aux artistes de prototyper rapidement leurs idées interactives.

{Fin du chapitre 1}

Chapitre 2 : Microcontrôleur

MCU pour unité de microcontrôleur) est un microcontrôleur, également MC, UC ou μC) est un petit ordinateur sur une seule puce de circuit intégré (IC) VLSI.

En plus de la mémoire et des périphériques d'entrée/sortie programmables, un microcontrôleur intègre un ou plusieurs CPU (cœurs de processeur).

La RAM ferroélectrique est utilisée comme mémoire de programme, la mémoire flash NOR ou la ROM OTP sont également fréquemment mises sur la puce, en plus d'une petite quantité de RAM.

Contrairement aux microprocesseurs utilisés dans les ordinateurs personnels et autres applications à usage général, qui sont composés de nombreuses puces discrètes, les microprocesseurs utilisés dans les superordinateurs sont des circuits intégrés.

Un microcontrôleur est apparenté, mais moins sophistiqué, qu'un système sur puce en termes modernes (SoC). Un SoC peut relier des puces de microcontrôleur externes à la carte mère, mais intègre généralement des périphériques avancés tels que l'unité de traitement graphique (GPU) et le contrôleur d'interface Wi-Fi en tant que circuits internes de l'unité de microcontrôleur.

Les microcontrôleurs sont utilisés dans les produits et équipements à commande automatique, y compris les systèmes de contrôle du moteur des véhicules, les dispositifs médicaux implantables, les télécommandes, les machines de bureau, les appareils électroménagers, les outils électriques, les jouets et autres systèmes embarqués. Les microcontrôleurs rendent le contrôle numérique d'encore plus d'appareils et de processus rentable en réduisant la taille et le coût par rapport à une conception qui utilise un microprocesseur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie séparés. Les microcontrôleurs qui intègrent les composants analogiques nécessaires au contrôle des systèmes électroniques non numériques sont très répandus. En tant qu'appareils de périphérie dans le contexte de l'Internet des objets, les microcontrôleurs sont un moyen peu coûteux et répandu de collecter des données, de détecter et de contrôler le monde physique.

Pour une faible consommation d'énergie, certains microcontrôleurs peuvent utiliser des mots de quatre bits et fonctionner à des fréquences aussi basses que 4 kHz (milliwatts ou microwatts à un chiffre). En général, ils sont capables de conserver des fonctionnalités en attendant un événement tel qu'une pression sur un bouton ou une autre interruption ; La consommation d'énergie en veille (horloge du processeur et la plupart des périphériques éteints) peut être aussi faible que les nanowatts, ce qui rend beaucoup d'entre eux bien adaptés aux applications alimentées par batterie avec une longue durée de vie. D'autres microcontrôleurs peuvent remplir des fonctions critiques en termes de performances qui les obligent à se comporter davantage comme des processeurs de signaux numériques (DSP), avec des fréquences d'horloge et une consommation d'énergie plus élevées.

Plusieurs puces MOS LSI ont été utilisées pour créer les premiers microprocesseurs multi-puces, les systèmes triphasés AL1 en 1969 et le Garrett AiResearch MP944 en 1970. 1971 a vu la sortie du premier microprocesseur monopuce, l'Intel 4004 sur une seule puce MOS LSI. Federico Faggin, en collaboration avec les ingénieurs d'Intel Marcian Hoff et Stan Mazor, et l'ingénieur de Busicom Masatoshi Shima, l'a créé à l'aide de sa technologie MOS à porte de silicium. L'Intel 4040 4 bits a été remplacé par l'Intel 8008 8 bits et l'Intel 8080 8 bits. Pour créer un système fonctionnel, chacun de ces processeurs nécessitait plusieurs puces supplémentaires, y compris des puces de mémoire et d'interface périphérique. Par conséquent, le coût total du système s'élevait à plusieurs centaines de dollars dans les années 1970, ce qui rendait impossible l'informatisation d'appareils modestes à peu de frais.

1975 a vu l'introduction des microprocesseurs à moins de 100 $ de MOS Technology, les 6501 et 6502. Leur objectif principal était d'abaisser cette barrière de coût, mais ces microprocesseurs nécessitaient toujours un support externe, de la mémoire et des puces périphériques, ce qui maintenait le coût de l'ensemble du système à des centaines de dollars.

En 1971, les ingénieurs de TI Gary Boone et Michael Cochran ont créé le premier microcontrôleur, selon un livre. 1974 a vu la sortie commerciale du TMS 1000, le produit de leurs efforts. Il intégrait une mémoire en lecture seule, une mémoire en lecture/écriture, un processeur et une horloge sur une seule puce pour les systèmes embarqués. Il combinait la RAM et la ROM avec un processeur sur une seule puce. Cette puce finira par se frayer un chemin dans plus d'un milliard de claviers de PC, entre autres applications. Luke J. Valenter, président d'Intel à l'époque, a fait remarquer que le microcontrôleur était l'un des produits les plus réussis de l'entreprise, et il a augmenté le budget de la division des microcontrôleurs de plus de 25 %.

À cette époque, la majorité des microcontrôleurs présentaient des variations concurrentes. L'un d'eux était équipé d'une mémoire de programme EPROM et d'un verre de quartz transparent dans