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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Lokman Sboui


PLAN DE COURS

Hiver 2024
GPA767 : Microsystèmes (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7485,7885
             
  Profils(s) : Tous les profils sauf Électricité  
             
    GPA325    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 33,0 % 67,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
 Qualité visée dans ce cours  
Qn
   Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Au terme de ce cours, l’étudiant ou l'étudiante 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 numériqueanalogique.

L'objectif principal est de permettre 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.

Précision sur le préalable : il concerne les étudiants et étudiants des profils M, I et P



Objectifs du cours

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

  • de définir le fonctionnement interne des microcontrôleurs et de ses périphériques,
  • d’appliquer les microcontrôleurs dans un contexte de systèmes embarqués;
  • d'utiliser le protocole MQTT (basé sur le TCP/IP) pour l'échange de données.

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'étudiant d'acquérir des connaissances sur les microprocesseurs en particulier le BCM2837. En outre, ce cours met en relief les circuits d'interface (parallèles, séries, analogique/numérique  et  numérique/analogique) 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. On introduira certins concepts utiles pour l'Internet des objets.



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 Mercredi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Jeudi 13:30 - 16:30 Laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Lokman Sboui Activité de cours Lokman.Sboui@etsmtl.ca A-3593
01 Mohamed Karaa Laboratoire mohamed.karaa.1@ens.etsmtl.ca



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

 

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

 11 janvier 2024

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"

 18 janvier 2024

25 janvier 2024

  1 février 2024

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

 8 février 2024

 15 février 2024

 22 février 2024

Laboratoire #3 : 

  • Commande d'asservissement en température
    • PWM pour commander une lampe
    • Commande ON/OFF
    • Commande PID
    • Interface HMI avec librairie GTK+

 29 février 2024

14 mars 2024

 

21 mars 2024

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

 

 28 mars 2024

 

 11 avril 2024
 



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 21 février 2024



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/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 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par 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 un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen 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 étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-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 les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



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