Exercice Sous-partie 2 (choix B) - Transmission Bluetooth… · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2022 (sujet 2)

Partie 1 - sciences de l’ingénieur

Simulateur de pente pour home-trainer

Lors du premier confinement lié à la pandémie de la covid-19, les sportifs, amateurs comme professionnels, ont dû adapter leurs pratiques afin d’entretenir leur condition physique. Assez naturellement, les cyclistes ont remplacé leurs sorties d’entrainement sur route par des séances de home-trainer qui consistent à réaliser des exercices spécifiques sur son propre vélo en étant stationnaire (figure 1).

Depuis quelques années de nouveaux home-trainers, dits connectés, ont fait leur apparition et ont été très largement utilisés lorsqu’il était impossible de pratiquer le cyclisme en extérieur. L’intérêt d’utiliser un tel dispositif est d’avoir en temps réel un certain nombre de données (puissance développée, cadence de pédalage…) permettant de réaliser des exercices d’entrainement très spécifiques. Par ailleurs, lorsque le home-trainer est connecté à une plateforme d’entraînement en ligne, l’avatar du cycliste va pouvoir évoluer sur un parcours virtuel avec d’autres utilisateurs (figure 2). Ainsi, la pratique du cyclisme sur home-trainer devient ludique et interactive lors d’entrainements en groupe ou bien de compétitions.

Dans l’optique de rendre la pratique du cyclisme à la maison toujours plus réaliste, un constructeur de home-trainer a développé un dispositif appelé simulateur de pente. Ce dispositif va permettre d’incliner le vélo afin que le cycliste se trouve dans une position semblable à celle rencontrée lors d’ascensions de côtes ou de cols. Ainsi, le cycliste est amené à modifier naturellement sa position sur le vélo afin de faire travailler spécifiquement les muscles et d’améliorer sa technique de pédalage. La figure 3 illustre les cas d’utilisation du simulateur de pente.

Fixé sur l’axe de la fourche du vélo, à la place de la roue avant (figure 4), le dispositif va lever ou baisser de manière contrôlée l’avant du vélo afin d’obtenir la déclivité souhaitée.

Le simulateur de pente possède deux modes de fonctionnement (manuel ou piloté).

En mode manuel, au moyen d’un boitier (figure 5) fixé sur le guidon, le cycliste peut augmenter ou diminuer l’inclinaison à l’aide de deux boutons poussoirs.

En mode piloté, lorsque le cycliste utilise une plateforme d’entrainement, le simulateur va incliner le vélo afin de reproduire la déclivité de la route sur laquelle se trouve l’avatar. C’est le home-trainer qui, à partir des informations en provenance de l’application d’entrainement, commande le simulateur de pente.

La figure 6 présente les performances attendues du simulateur de pente.

Problématique

La problématique traitée dans ce sujet est la suivante:

Le simulateur de pente permet-il de reproduire des variations de déclivité réalistes pour le cycliste à partir des informations envoyées par le home-trainer ?

La réponse à cette problématique est traitée au travers de trois sous-parties visant à valider les exigences 1, 2, 1.2.2.1 et 1.2.2.2 (figure 6).

Sous-partie 2 – choix B: Communiquer avec le home-trainer et utiliser ses ordres de commande

Le protocole de communication Bluetooth entre le home-trainer et le simulateur de pente (figure 4) est assimilé à celui d'une liaison série de type RS232.

La transmission débute par un bit de START à 0 logique et se termine par un bit de STOP à 1 logique. Ces deux bits sont encadrés par l'émission de 8 bits de données. Au repos, la ligne est à 1 logique. Le bit de poids faible (LSB) est transmis en tête. Le codage utilisé fait correspondre un code numérique à chaque caractère transmis, le code standard s'appelle code ASCII et utilise un octet (8 bits) pour coder un caractère.

La table ASCII (figure 23) établit la correspondance entre le code numérique exprimé en décimal (colonne « Décimal ») ou en hexadécimal (colonne « Hex ») avec le caractère associé (colonne « Char »).

La figure 24 illustre la trame RS232 qui correspond à l'envoi du caractère « A », de code ASCII $(65)_{10} = (41)_{16} = (01000001)_2$.

La communication entre le home-trainer et le simulateur de pente a pour fonction de transmettre la valeur de l'angle de l'inclinaison (par exemple 12,3°) par module Bluetooth du home-trainer à celui du simulateur de pente sous la forme de quatre trames transmises dans l'ordre suivant:

1 ère trame qui correspond au caractère de la valeur de la dizaine de l'angle d'inclinaison;

2 ème trame qui correspond au caractère de la valeur de l'unité de l'angle d'inclinaison;

3 ème trame qui correspond au caractère du point décimal;

4 ème trame qui correspond au caractère de la valeur décimale de l'angle d'inclinaison.

Remarque: Le code correspondant à l'unité de l'angle d'inclinaison, soit « ° », est inutile et n'est donc pas transmis au simulateur de pente.

La figure 25 représente la transmission de la première trame.

Question 1.21

Donner le code binaire transmis par la 1 ère trame (figure 24). En déduire le code hexadécimal ainsi que le caractère correspondant à la valeur de la dizaine de l'angle de l'inclinaison à l'aide de la table ASCII (figure 23).

Question 1.22

À partir de la figure 25, déterminer le nombre de bits $N_{\text{bits}}$ pour transmettre un caractère. En déduire le nombre total de bits $N_{\text{tot}}$ pour transmettre l'ensemble des caractères lié à la valeur de l'angle de l'inclinaison.

Question 1.23

La vitesse de transmission du module Bluetooth étant de 57,6 kbits/sec, calculer le temps de transmission $t_{\text{trans}}$ pour la totalité des caractères liée à la valeur de l'angle de l'inclinaison. À l'aide de la figure 6, conclure quant au respect de l'exigence liée à ce temps de transmission.