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Programme(s) : 6557,7485,7885

Profils(s) : Tous les profils sauf Profil électrique

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Lokman Sboui

PLAN DE COURS

Hiver 2025
GPA767 : Microsystèmes (3 crédits)

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l'étudiant sera en mesure : de définir le fonctionnement interne des microcontrôleurs; d’appliquer les microcontrôleurs dans un contexte de systèmes embarqués.

Ce cours porte sur les microcontrôleurs Broadcom BCM2837 (SoC) de 64 bits à 4 coeurs ARM Cortex-A53 que l’on retrouve dans le Raspberry Pi 3 B. Architecture interne, périphériques. Concepts et outils de développement en langage évolué. Programmation en temps réel. Sécurité des systèmes basés sur les microcontrôleurs.

Interfaces intégrées dans les microcontrôleurs : interface série, compteur-temporisateur, convertisseur analogique-numérique et numérique-analogique.

Le principal but est de permettre à l’étudiante ou à l'étudiant d’acquérir des connaissances sur les microprocesseurs en particulier le BBCM2837. En outre, ce cours met en relief les circuits d’interface (parallèles, séries, analogiques/numériques et numériques/analogiques) et les circuits périphériques permettant au microprocesseur de communiquer avec le monde réel. En ce qui concerne le logiciel, l’étudiant sera familiarisé avec les techniques de programmation du langage C.

Séances de laboratoire : développer progressivement un système de commande; incorporer le réseau de terrain CAN dans la commande et dans l’acquisition des données.

Préalable :
Pour les profils M, I et P : GPA325

Objectifs du cours

Ce cours vise à fournir aux étudiants une compréhension approfondie des systèmes embarqués et du traitement numérique du signal, en mettant l'accent sur les applications pratiques avec le Raspberry Pi et l'Internet des Objets (IdO), avec des techniques de programmation du langage C. Les étudiants développeront des compétences en communication série, en conversion analogique/numérique, en filtrage numérique, en programmation concurrente, en réseaux et protocoles de communication, ainsi qu'en sécurité logicielle.

Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :

de définir le fonctionnement interne des microcontrôleurs et de ses périphériques,
de maîtriser le traitement numérique du signal : filtres, conversions A/N, N/A
d'utiliser le protocole MQTT (basé sur le TCP/IP) pour l'échange de données des objets connectés;
de concevoir et implémenter des systèmes de contrôle en temps réel et des interfaces homme-machine.

Éléments de contenu: Microcontrôleurs, architectures et jeux d'instructions, Raspberry Pi (Broadcom BCM2837). Filtres numériques et transformation de Fourier. Programmation en temps réel. Sécurité des systèmes basés sur les microcontrôleurs. Interfaces intégrées dans les microcontrôleurs : interface série, compteur-temporisateur, convertisseur analogique-numérique et numérique-analogique. Réseaux et communications TCP/IP, Protocole MQTT. Internet des Objets (IdO). Protocoles sans fil. Sécurité logicielle

Stratégies pédagogiques

Ce cours de trois crédits devrait comprendre, en moyenne, par semaine neuf (9) heures de travail partagées comme suit :

39 heures de cours magistral
36 heures de laboratoire
Cinq (5) heures de travail personnel (lectures, préparation des laboratoires, travail libre au labo, etc.)

Utilisation d’appareils électroniques

Le professeur permet l'utilisation d'appareils électroniques, en autant que cela ne dérange pas les autres étudiants ainsi que le professeur. Il est interdit d'enregistrer le professeur de quelques façons que ce soit, sans son accord écrit.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Lundi	13:30 - 16:30	Laboratoire
	Jeudi	08:30 - 12:00	Activité de cours

Coordonnées du personnel enseignant le cours

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Lokman Sboui	Activité de cours	Lokman.Sboui@etsmtl.ca	A-3593

Cours

Cours	Contenu
1	Présentation et plan du cours. Microcontrôleurs: architectures / jeu d'instructions Systèmes embarqués / temps réel Présentation du Raspberry Pi / Matériel de laboratoire
2	Communication sérielle via I2C Conversion analogique/numérique Conversion numérique/analogique Chaine de traitement numérique Introduction sur les Threads
3	Introduction aux signaux et au filtrage Rappel de notions sur la transformée en z Filtres numériques vs filtres analogiques Filtres numériques FIR
4	Les fonctions de fenêtres Diverses implémentations des filtres IIR Les filtres basés sur la transformation bilinéaire Les filtres de Butterworth et de Chebyshev
5	Transformation de Fourier des signaux; Transformation de Fourier discrète - DFT; Transformation de Fourier rapide -FFT; Applications de la FFT
6	Protocole SPI; Modulation PWM avec Raspberry Pi; Commande de procédé - Asservissement PID.
-	Examen de mi-session
-	Examen de mi-session
7	Notions de base sur les réseaux Modèle OSI et Modèle TCP/IP Transmission des données Les sockets TCP/UDP
8	Protocole MQTT MQTT sur le Raspberry Pi Interface Homme-Machine (HMI) avec GTK/Cairo
9	l’Internet des Objets (IdO) Conception d'un objet intelligent Alimentation électrique Principes des communications sans fil
10	Protocoles sans fil: LoRaWAN - Bluetooth Low Energy (BLE) Edge / Fog / Cloud Computing Environnement Node-RED
11	Dimensionnement d’une source d’énergie Programmation Concurrente
12	Problèmes de sécurité avec le logiciel

Laboratoires et travaux pratiques

Date des laboratoires	Contenu
13 janvier 2025	Laboratoire #1 : Prise de contact avec le matériel et traitement de signal GPIO Activation des DEL Utilisation des boutons poussoirs I2C Communication avec un convertisseur numérique analogique Communication avec un convertisseur analogique numérique Génération de signaux sinusoïdaux Modulation et démodulation d'amplitude (AM) Filtre à moyenne mobile Programmation de "threads"
20 janvier 2025
27 janvier 2025
03 février 2025	Laboratoire #2 : Filtres numériques Filtres à réponse impulsionnelle finie (FIR) Fonction de fenêtres Filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR) Transformation bilinéaire Filtres de Butterworth Filtres de Chebyshev Filtres de Bessel
10 février 2025
17 février 2025
24 février 2025	Laboratoire #3 : Commande d'asservissement en température PWM pour commander une lampe Commande ON/OFF Commande PID Interface HMI avec librairie GTK+
10 mars 2025
17 mars 2025
24 mars 2025	Laboratoire #4 : Projet de session - Internet des objets Échange de données avec le protocole MQTT Publication et abonnement MQTT en C Interface Node-Red Configuration et usage Extraction des données Transmission d'information à distance via BLE (Bluetooth Low Energy) et LoRaWAN Configuration de passerelle BLE-LoRaWAN Node-RED avec le Websocket Importation des données à partir du Cloud
31 mars 2025
07 avril 20245
07 avril 20245

Utilisation d'outils d'ingénierie

L'étudiant devra utiliser:

Calculatrice;
Raspberry Pi avec les équipements dédiés.
Logiciels :
- MATLAB
- Geany
- Glade
- Node-Red

Évaluation

Pondération des évaluations du cours


Activité	Proportion
Lab01	8 %
Lab02	6 %
Lab03	9 %
Lab04 - Projet session IoT	12 %
Examen de mi-session	30 %
Examen final	35 %

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	13 février 2025

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Un malus de 20 % est applicable par jour de retard.

Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-nature-academique) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.

Documentation obligatoire

Notes du cours disponibles sur le site Moodle.

Ouvrages de références

FAIRHEAD, Harry (2016). Raspberry Pi IoT in C, I/O Press.
MOLLOY, Derek (2016). Exploring Raspberry Pi, Wiley.
CHASSAING, R. (1992). Digital Signal Processing with C and the TMS320C30, John Wiley and Sons.
SMITH, S. W. (1997-2011). The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing, Ebook : http://www.dspguide.com/pdfbook.htm
DOWNEY, A. B. (2008). The Little Book of Semaphores, Ebook:http://www.greenteapress.com/semaphores/index.html
MAGEE, J. et KRAMER, J. (2006). Concurrency : State Models and Java Program, Wiley.
BOULET, B. (2006). Fundamentals of Signal and Systems, Da Vinci Engineering Press.
MUDRY, F. (2011). Traitement des Signaux, Université des Montagnes, Haute École d’Ingénierie et de Gestion du Canton de vaud.
HILLAR, Gaston C. (2017). MQTT Essentials - A Lightweight IoT Protocol, Packt.
UPTON, Eben et HALFACREE, Gareth (2012) Ebook: http://www.cs.unca.edu/~bruce/Fall14/360/RPiUsersGuide.pdf, Wiley.
LALITTE, Éric (2019), Apprenez le fonctionnement des réseaux TCP/IP, Éditions Eyrolles.
MONK, Simon (2014), Raspberry Pi Cookbook, O'Reilly Media.
HAINE, David et al. (2017), IoT Funcamentals : Networking Technologies, Protocols, and Uses Cases for the Internet of Things, Cisco Press.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Voir le Site Moodle du cours