Choisir le matériel, c’est la deuxième étape de la réalisation du sous-système embarqué. À partir des fonctions chiffrées au cadrage du besoin, tu sélectionnes les capteurs, les actionneurs et la carte qui les réaliseront, puis tu vérifies que l’ensemble tient — entrées-sorties, calcul, énergie. Le livrable est un matériel retenu et justifié, prêt à être câblé à l’étape 3.
Posture attendue
La tentation est de choisir la carte d’abord, par habitude ou par réputation (« on prendra un ESP32 »), puis de plier les besoins autour d’elle. Fais l’inverse : pars des fonctions, déduis ce qu’il faut mesurer et actionner, et choisis le matériel qui répond, pas celui que tu connais le mieux. Et ne choisis jamais un composant sur sa fiche commerciale : c’est la datasheet qui dit s’il est compatible. Un choix matériel se justifie par une matrice, pas par une intuition. C’est ce qui te permet de le défendre en revue.
Objectif de l’étape
Produire un choix matériel justifié qui :
- associe à chaque fonction du cadrage le capteur ou l’actionneur qui la réalise ;
- retient une plateforme (microcontrôleur ou ordinateur monocarte, puis famille) dimensionnée aux besoins ;
- justifie le choix de plateforme par une matrice de décision tracée ;
- vérifie que la carte tient : entrées-sorties suffisantes, périphériques requis, marge de calcul, alimentation possible.
Démarche
1. Traduire les fonctions en besoins matériels
Reprends la liste chiffrée du cadrage du besoin et traduis chaque fonction en besoin concret : qu’y a-t-il à mesurer (donc un capteur), à actionner (donc un actionneur), à calculer (donc de la ressource) ? Chaque besoin hérite des grandeurs de l’étape 1 — résolution, plage, cadence, effort — qui deviendront les critères de choix. Tu obtiens une liste de besoins matériels, fonction par fonction, sans encore nommer de référence.
Exemple : projet bras 3 axes
Les quatre fonctions du bras, traduites en besoins :
Fonction Besoin matériel Grandeur dimensionnante Positionner 3 axes 3 actionneurs rotatifs couple (chiffré au CdCF), précision ± 0,5° Connaître la position 3 capteurs d’angle résolution, plage 0–270° Sécuriser les fins de course 6 contacts tout-ou-rien détection < 5 ms Dialoguer avec l’opérateur 1 liaison de commande quelques dizaines de kbit/s Sortie : 3 actionneurs, 3 capteurs, 6 contacts, 1 liaison. Chacun porte sa grandeur dimensionnante. C’est la commande du choix de composants.
Livrable 1/4 — Besoins matériels par fonction
- Pour chaque fonction : ce qu’il faut mesurer, actionner ou calculer, et la grandeur dimensionnante
2. Choisir les capteurs et les actionneurs
Pour chaque besoin, identifie un type de composant (capteur d’angle potentiométrique ou magnétique, moteur à courant continu ou stepper, relais ou transistor…), puis une référence candidate. C’est ici que tu lis les datasheets : tension d’alimentation, plage et résolution, courant consommé, interface de sortie (analogique, logique, bus). Le composant doit être compatible avec une carte raisonnable. Inutile de choisir un capteur exotique qui imposera une électronique d’interface lourde.
Attention
Un composant ne se choisit pas sur sa photo ni sur son prix. Deux capteurs d’angle « identiques » peuvent différer sur la tension (3,3 V ou 5 V), l’interface (analogique ou I²C) ou la plage. Ces détails décident de toute l’électronique d’interface. Lis la datasheet avant de retenir une référence, pas après l’avoir commandée.
Exemple : projet bras 3 axes
Pour l’actionnement, deux types confrontés : moteur à courant continu + réducteur, ou stepper + driver. Le stepper l’emporte sur la précision en boucle ouverte (pas besoin de capteur pour positionner finement). La référence retenue est un stepper NEMA 17 piloté par driver A4988. Pour la mesure d’angle, un capteur magnétique à sortie analogique 0–3,3 V, lu directement par le convertisseur de la carte. Cette mesure est conservée malgré la boucle ouverte du stepper, pour le calibrage à la mise sous tension et la surveillance d’écart en fonctionnement. Les fins de course sont de simples contacts mécaniques.
Sortie : 3 steppers NEMA 17 + drivers A4988, 3 capteurs d’angle analogiques 3,3 V, 6 contacts. Toutes les tensions et interfaces sont relevées sur datasheet.
Livrable 2/4 — Capteurs et actionneurs retenus
- Pour chaque besoin : type, référence, et caractéristiques clés relevées sur datasheet (tension, interface, plage, courant)
3. Choisir la plateforme
Les capteurs et actionneurs fixent une grande partie du cahier des charges de la carte : combien d’entrées-sorties, quels périphériques (convertisseur analogique-numérique, sorties PWM), quelle connectivité. Décide d’abord du type : un microcontrôleur (réactif, temps réel, peu coûteux, suffisant pour piloter des moteurs et lire des capteurs) ou un ordinateur monocarte sous Linux (puissant, pour de la vision, du réseau, une interface riche). Puis choisis la famille à l’aide d’une matrice de décision. Le panorama des familles et l’aide au choix sont portés par le hub microcontrôleur et la fiche Raspberry Pi pour l’option monocarte.
Astuce
Ne refais pas le panorama des familles : sers-t’en. Le hub microcontrôleur compare déjà Arduino, ESP32, STM32, Teensy, PIC et l’option monocarte. Ton travail ici n’est pas de réécrire cette comparaison, mais de la confronter à tes besoins dans une matrice. C’est l’étape qui transforme un panorama générique en un choix justifié.
Exemple : projet bras 3 axes
Trois candidats confrontés aux besoins (≈ 15 entrées-sorties, dont 3 voies analogiques et 3 sorties d’impulsions STEP en PWM/timer, plus une liaison opérateur) :
Critère Pond. Arduino Uno ESP32 STM32 Entrées-sorties et PWM 30 % 3/5 5/5 5/5 Voies analogiques 20 % 4/5 5/5 5/5 Connectivité opérateur 20 % 2/5 5/5 3/5 Écosystème et prise en main 20 % 5/5 4/5 3/5 Prix 10 % 3/5 5/5 4/5 Score pondéré 3,4 4,8 4,1 L’ESP32 sort en tête : assez de PWM et de voies analogiques pour les trois axes, Wi-Fi intégré pour la liaison opérateur, marge de calcul pour l’asservissement. Deux notes sont à tracer pour la revue : l’Uno perd un point en analogique (résolution 10 bits, marge juste face au ± 0,5° demandé) et en connectivité face au STM32 (un seul UART via pont USB, contre USB natif et UART multiples). Décision retenue : ESP32.
Livrable 3/4 — Plateforme retenue (matrice de choix)
- Le type (microcontrôleur ou monocarte) et la famille retenus, justifiés par une matrice de décision pondérée selon les besoins
4. Vérifier l’adéquation et l’alimentation
Avant de figer le choix, vérifie qu’il tient pour de bon. Compte les entrées-sorties réellement nécessaires et confronte-les à celles de la carte. Vérifie qu’elle porte les périphériques requis (assez de canaux PWM, de voies analogiques, d’entrées à interruption). Garde une marge de calcul. Esquisse enfin le besoin d’alimentation — source, tensions, courant approximatif — pour t’assurer qu’il est réalisable. Le détail viendra à l’étape 3 avec la conception de l’alimentation. Si un point ne passe pas, reviens au choix de plateforme : mieux vaut le corriger ici que sur une carte déjà commandée.
Attention
Sous-dimensionner les entrées-sorties ou oublier l’alimentation se paie par un re-choix tardif. Une carte retenue sans compter les broches se révèle trop juste au câblage, quand la commande est déjà passée. Compte les entrées-sorties et pose le besoin d’énergie avant de figer. Ce sont les deux oublis qui obligent à recommencer le choix.
Exemple : projet bras 3 axes
Vérification de l’ESP32 : 3 × (STEP, DIR) = 6 sorties (3 impulsions STEP générées par PWM/timer, 3 directions en logique simple), 3 voies analogiques pour les capteurs d’angle, 6 entrées à interruption pour les fins de course. Le total fait 15 broches utiles, dans les capacités de la carte. Périphériques : assez de canaux pour générer les signaux STEP, convertisseur analogique-numérique présent. Alimentation : une source 12 V pour les drivers, régulée en 5 V et 3,3 V pour la logique. C’est réalisable, le détail est renvoyé à l’étape 3.
Sortie : entrées-sorties suffisantes, périphériques présents, alimentation faisable. Le choix matériel est figé.
Livrable 4/4 — Vérification entrées-sorties, ressources et énergie
- Le décompte des entrées-sorties et périphériques confronté à la carte, et l’esquisse du besoin d’alimentation
Conclusion
Ton matériel est choisi et justifié : capteurs, actionneurs, carte, et vérification d’adéquation. La suite bascule vers la conception de l’électronique qui reliera tout cela. L’arbitrage de ce choix en revue, son inscription à la nomenclature et le planning de commande sont portés par la phase concept du cycle en V.
Pièges fréquents
Choisir la carte avant de connaître les besoins. Partir de la carte qu’on connaît et plier les besoins autour fige des contraintes avant de les avoir comprises. Les besoins commandent le matériel, pas l’inverse.
Retenir un composant sans lire sa datasheet. Tension, interface, plage, courant : ces détails décident de toute l’électronique d’interface. La fiche commerciale ne suffit pas.
Sous-dimensionner les entrées-sorties. Une carte trop juste en broches se découvre au câblage, commande déjà passée. Compte les entrées-sorties avant de figer.
Oublier l’alimentation dans le choix. Un matériel séduisant mais gourmand peut rendre l’alimentation impossible ou l’autonomie ridicule. Le besoin d’énergie fait partie du choix.
Confondre microcontrôleur et ordinateur monocarte. Le premier est réactif et temps réel. Le second est puissant, mais sous système d’exploitation. Piloter trois moteurs en temps réel n’a pas les mêmes besoins que faire de la vision.
Noter tout pareil dans la matrice. Une matrice qui met 4/5 partout ne décide rien : le choix est alors fait à l’intuition et la matrice n’est qu’un habillage. Une vraie matrice fait émerger des écarts.
Ce qui relève d’ailleurs
L’arbitrage, c’est le cycle en V. Le choix matériel est validé en revue à la phase concept, inscrit à la nomenclature (BOM) et planifié pour commande. Cette fiche donne la méthode technique, le V l’inscrit dans le projet.
L’outil de choix, la matrice de décision, est une notion de conduite de projet, partagée avec toutes les disciplines.
L’impact écoconception du matériel (consommation, durée de vie, réparabilité, origine) entre dans la matrice comme critère pondéré : voir écoconception.
Voir aussi
- Réalisation du sous-système embarqué
- Étape précédente : Cadrer le besoin embarqué
- Étape suivante : Concevoir l’électronique
- Microcontrôleur
- Raspberry Pi
- Lire une datasheet
- Concevoir une alimentation
- Matrice de décision (outil projet)
- Concept (arbitrage, cycle en V)
- Écoconception (fil transverse)