Capteur ou actionneur : comprendre ce qui les distingue vraiment

Oubliez la frontière nette entre “capteur” et “actionneur” : dans la pratique, la distinction se joue dans les détails techniques qui transforment une information captée en action concrète. Ici, pas de place pour l’abstraction : tout se manipule, se code, se teste, à la lumière vive des LED ou dans le silence attentif d’un capteur à l’affût du moindre mouvement.

Rappel de la précédente session

L’enseignant invite la classe à reproduire le montage et le programme réalisés la fois d’avant : faire clignoter une LED. Cette reprise sert à consolider les acquis essentiels, poser les bases avant de pousser l’expérience plus loin.

Situation déclenchante

Le projet : transformer une maison en espace intelligent, piloté par la technologie. Pour y parvenir, chaque groupe dresse la liste des capteurs et actionneurs qui serviront à donner vie aux fonctionnalités choisies. Selon les ambitions de la classe, les modules sélectionnés varient. Quelques exemples de modules compatibles Arduino/Shield Grove souvent retenus :

• • Capteurs de mouvement
  • Capteurs de son
  • Détecteurs de lumière
  • Capteurs de vibrations
  • Détecteurs de gaz ou de fumée
  • Contacteurs magnétiques (interrupteur ILS)
  • Boutons-poussoirs ou interrupteurs
• Servomoteurs, LED de différentes couleurs (verte, rouge, blanche)
• Modules pour simuler l’été

Parmi les options plus poussées, certains groupes peuvent ajouter une horloge pour gérer des alarmes ou simuler une présence, un haut-parleur à la place du buzzer pour varier les sons, ou même une caméra pour la vidéosurveillance (attention : la caméra Grove exige une carte SD Shield, en plus du Shield Grove).

La mission : chaque groupe enquête sur le fonctionnement de certains capteurs et actionneurs. L’enseignant précise : certains capteurs ne renvoient que deux valeurs nettes (par exemple : 0 ou 1), tandis que d’autres transmettent toute une plage de valeurs (par exemple, de 1 à 100). Les premiers portent le nom de capteurs numériques, les seconds de capteurs analogiques. À l’appui, il fait le lien avec les ports disponibles sur le Shield Grove :

• Les connecteurs A0 à A3 accueillent les capteurs analogiques (A pour Analog)
• Les connecteurs D2 à D8 sont réservés aux capteurs ou actionneurs numériques (D pour Digital)

Note scientifique : Un signal analogique varie sans interruption, offrant une infinité de valeurs possibles (par exemple, tous les nombres réels entre 1 et 100). Pour qu’un ordinateur puisse l’exploiter, ce signal doit être numérisé, c’est-à-dire découpé en valeurs discrètes. Ce processus limite donc le nombre de valeurs utilisables. Pour approfondir la numérisation, se référer à l’éclairage scientifique du projet EPI « Conception et programmation d’un synthétiseur ».

Recherche (par groupe) : Analogique ou Numérique ?

Chaque équipe reçoit deux capteurs différents, en plus de la carte Arduino et de ses accessoires, choisis parmi ceux utilisés dans le projet (ex : mouvement, son, lumière, vibration, gaz/fumée, magnétique, bouton-poussoir…).

Les élèves remplissent la feuille 4 et testent plusieurs branchements sur le Shield : analogique ou numérique, selon le type de capteur. Ils décrivent la fonction du capteur et identifient les valeurs qu’il transmet. Pour visualiser ces résultats, il leur faut écrire un programme sous MBLOCK adapté.

Selon la facilité de la classe, l’enseignant laisse les groupes avancer en autonomie sur la programmation, donne des instructions ciblées ou réalise une démonstration collective avant de laisser chacun expérimenter à sa façon.

Exemple 1 : Le capteur de lumière (analogique)

Ce composant se branche sur une entrée analogique, par exemple sur A03 :

Connexion du capteur de lumière

L’instruction permettant d’afficher la valeur renvoyée par ce capteur est d’une grande simplicité :

En cliquant sur cette instruction, la valeur mesurée s’affiche instantanément. Pour la faire apparaître en continu, deux options s’offrent à vous :

• Demander au lutin d’annoncer la valeur avec la commande « dire » (onglet « Apparence ») : elle apparaît alors dans une bulle.
• Créer une variable, y affecter la valeur captée, et afficher cette variable à l’écran.

La première méthode, la plus directe, suffit bien pour cette tâche. Pour suivre la valeur en temps réel, le programme mblock prend cette forme :

Programme simple pour afficher la valeur retournée par le capteur de lumière.

Lorsque le capteur se retrouve dans la paume de la main ou exposé à une lumière vive, on observe qu’il délivre des valeurs comprises entre 0 et environ 800, selon l’intensité lumineuse.

Notes scientifiques :

• Les capteurs analogiques compatibles Arduino transmettent des valeurs allant de 0 à 1023 (soit 2¹⁰ valeurs possibles, en raison de l’encodage sur 10 bits).
• Certains modules, analogiques ou numériques, disposent d’un potentiomètre pour ajuster leur sensibilité. Ce réglage se fait généralement à l’aide d’un petit tournevis cruciforme.

Exemple 2 : Le commutateur solénoïde ILS (numérique)

Ce capteur numérique ne renvoie que deux états : 1 lorsqu’il détecte un aimant à proximité, 0 dans le cas contraire.

Connexion et programme pour tester le commutateur à solénoïde ILS. Dès que l’aimant s’approche, la valeur passe de 0 à 1. D’autres capteurs fonctionnent sur le même principe : deux états, pas de demi-mesure.

Mise en commun (Collective)

L’enseignant orchestre une synthèse : chaque groupe expose ses résultats, on compare les capteurs testés. Certains délivrent une gamme continue de valeurs (capteurs analogiques), d’autres se contentent de deux possibilités (capteurs numériques). Le concept de signal prend alors tout son sens : il s’agit d’une information qui évolue dans le temps, comme la température ou la luminosité ambiante. Selon sa variation, on parlera de signal analogique ou numérique.

Recherche (en groupes) : Commander un actionneur avec un capteur

Le défi monte d’un cran : les groupes disposent à présent de capteurs et reçoivent des instructions pour piloter un actionneur dès que la valeur mesurée franchit un seuil. Quelques cas concrets :

• Le buzzer se déclenche uniquement si la luminosité dépasse 500 (sur une échelle de 0 à 1023).
• La LED s’allume seulement lorsque le bouton-poussoir est activé (ce dernier pouvant renvoyer deux états : vrai si pressé, faux sinon).
• D’autres scénarios sont possibles.

Le montage associe ainsi deux modules Grove connectés simultanément : un capteur, un actionneur.

À chaque boucle du programme, la valeur de la luminosité est testée : si elle franchit le seuil, la LED s’illumine ; sinon, elle reste éteinte. L’initialisation en début de programme n’est pas obligatoire, mais elle permet de garder de bonnes habitudes en programmation.

L’enseignant adapte l’accompagnement : les élèves expérimentés définissent l’algorithme et codent de façon autonome, les autres reçoivent des indications pour assembler et ordonner les instructions nécessaires.

Évaluation et récapitulatif

La séance se termine par une synthèse collective. Les points marquants :

• Plusieurs familles d’éléments se connectent à la carte Arduino : les capteurs (qui transmettent des signaux) et les actionneurs (qui influent sur l’environnement, en produisant de la lumière, du son, etc.).
• Un signal résume la variation d’une information dans le temps. Les analogiques offrent une infinité de valeurs, les numériques oscillent entre quelques possibilités, souvent deux.

Les élèves identifient aussi les nouvelles commandes mblock apprises :

• Dire…
• Lire l’état logique… sur la broche…
• Lire la valeur du capteur… sur la broche…
• Si… alors… sinon…

Comme lors des séances précédentes, chacun consigne ses notes et les photos prises, pour préparer la restitution finale.

Extrait de « 1, 2, 3… code ! », numéro Le Pommier, 2016-2017. Publié sous licence CC By-NC-ND 3.0.