Module 2

Microcontrôleurs & IoT

Changelog — V0.1.1

• Correction calcul d'autonomie ESP32 : 250 j → 440 j (≈14 mois) (3000/0.282mA = 10638h). Courant moyen corrigé 0.27→0.28 mA.

Microcontrôleurs & IoT

Le Triangle de Contraintes IoT

Tout projet IoT embarqué est un compromis entre trois facteurs :

          Puissance de calcul
              
             /   \
            /     \
           /       \
   Énergie ——————— Coût

• Plus on veut de puissance → plus on consomme → plus c'est cher
• Un capteur autonome 10 ans sur pile = sacrifice de puissance
• Une passerelle traitant de la vidéo = sacrifice d'autonomie

Microcontrôleurs & IoT

Le Microcontrôleur (MCU)

Exemples : ESP32, ESP8266, Arduino (ATmega328), STM32, SAMD21

Architecture :

• CPU + RAM + Flash + Périphériques intégrés dans une seule puce
• Pas de système d'exploitation
• Code exécuté en boucle (bare metal ou RTOS léger)

Forces :

• Démarrage en millisecondes
• Consommation de quelques microampères en veille
• Coût unitaire : 1 € à 10 €

Microcontrôleurs & IoT

Le Microprocesseur (MPU)

Exemples : Raspberry Pi (BCM2835), BeagleBone, i.MX6

Architecture :

• CPU puissant + cache L2 + contrôleur mémoire externe
• Nécessite RAM externe, stockage (SD card), OS (Linux)
• Code exécuté dans un environnement complet

Forces :

• Traitement vidéo, IA embarquée, serveur web local
• Support de frameworks haute productivité (Python, Node.js)
• Matrice de connectivité riche

Microcontrôleurs & IoT

Comparatif MCU vs MPU

Microcontrôleurs & IoT

Tableau de décision

Microcontrôleurs & IoT

La Problématique Énergétique

Question : Comment faire durer un capteur 3 ans sur 3 piles AA ?

Une pile AA contient environ 2500 mAh. Si le capteur consomme :

• En fonctionnement Wi-Fi : ~80 mA → 31 heures
• En Deep Sleep : ~10 µA → 28 ans

La clé : minimiser le temps de fonctionnement actif.

Microcontrôleurs & IoT

Le cycle Deep Sleep

Microcontrôleurs & IoT

Protocoles réseau basse consommation

Protocole	Portée	Conso	Débit	Usage typique
Wi-Fi	~50m	Élevée	100 Mbps	Passerelles, caméras
BLE 5.0	~100m	Très basse	2 Mbps	Capteurs portables
LoRa	~10 km	Très basse	50 kbps	Capteurs ruraux, Smart City
Zigbee	~100m	Basse	250 kbps	Domotique mesh
NB-IoT	Cellulaire	Basse	100 kbps	Compteurs, tracking

Microcontrôleurs & IoT

L'ESP32 : le champion du rapport qualité/prix

Spécifications clés :

• CPU : Xtensa dual-core 240 MHz
• RAM : 520 KB SRAM
• Flash : 4 MB (externe)
• Wi-Fi 802.11 b/g/n intégré
• Bluetooth 4.2/BLE intégré
• 34 GPIO (ADC, DAC, I2C, SPI, UART, PWM...)
• Deep Sleep : 10 µA
• Prix : ~4-8 €

Microcontrôleurs & IoT

Calcul d'autonomie : l'ESP32 en capteur

Scénario : mesure toutes les 10 minutes + envoi MQTT + Deep Sleep

47 µAh × 6 cycles/h = 282 µAh/h → Batterie 18650 (3000 mAh) → ~440 jours ≈ 14 mois

Microcontrôleurs & IoT

Périphériques typiques d'un MCU

         +--------- ESP32 ----------+
         |                          |
GPIO --> | GPIO (34 broches)         | --> LED, Relais, Moteur
ADC  --> | ADC 12-bit (18 canaux)    | --> Capteurs analogiques
         | DAC 8-bit (2 canaux)      | --> Signal audio, tension
I2C  <-> | I2C (SDA/SCL)             | <-> OLED, BMP280, MPU6050
SPI  <-> | SPI (MOSI/MISO/CLK/CS)   | <-> SD Card, NRF24
UART <-> | UART (3 bus)              | <-> GPS, Modem GSM
PWM  --> | PWM (tous GPIO)           | --> Servo, LED dimmable
         +---------------------------+

Microcontrôleurs & IoT

Synthèse du Module 2

Prochain module → TP 1 — Premiers programmes avec PlatformIO