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Notre guide des ordinateurs embarqués
Les ordinateurs embarqués ont transformé notre mode de vie et de travail. Petits mais puissants, ces systèmes sont souvent conçus pour assurer un ensemble de fonctions prédéterminées lorsqu'ils sont intégrés dans un système ou une machine de plus grande taille. Ces fonctions peuvent comprendre le contrôle des processus, la gestion des données ou la communication.
Contrairement aux ordinateurs personnels, les ordinateurs embarqués sont conçus spécifiquement pour exécuter une seule fonction. C'est ce concept qui les rend très efficaces, rentables et fiables. Lisez la suite pour en savoir plus sur le fonctionnement des systèmes informatiques intégrés et sur la manière de choisir le bon type d'ordinateur pour votre application.
Qu'est-ce qu'un ordinateur embarqué ?
Vous cherchez peut-être à savoir ce qu'est un ordinateur embarqué parce que vous avez rencontré des problèmes avec des PC tour grand public ou des unités de petite taille et qu'on vous a recommandé de remplacer votre infrastructure par des solutions embarquées mieux adaptées. Les ordinateurs embarqués sont souvent désignés par de nombreux noms, tels que Fanless Box PC, Single Board Computers, Vehicle Controllers, Industrial PC, etc.
En termes simples, un ordinateur embarqué est un système informatique conçu pour effectuer des tâches spécifiques au sein d'un appareil ou d'un système plus grand. Ils sont généralement autonomes, ce qui signifie qu'ils ne nécessitent pas de composants externes tels que des claviers et des écrans. Au lieu de cela, ces appareils utilisent du matériel et des logiciels spéciaux pour fonctionner sans l'intervention de l'utilisateur. Malgré leur petite taille et leur faible consommation d'énergie, les ordinateurs embarqués offrent de puissantes capacités informatiques avec des processeurs dédiés, de la mémoire, des ports d'E/S, des interfaces de communication et bien plus encore.
À Quoi Servent Les Ordinateurs Embarqués ?
Les applications des ordinateurs embarqués se développent rapidement en raison de leur capacité à effectuer des tâches spécialisées avec une consommation d'énergie et un coût minimaux. Ils fournissent un large éventail de services vitaux, allant du contrôle des machines et de l'acquisition de données à la communication avec d'autres systèmes. Des produits de consommation courante aux applications d'automatisation industrielle, en passant par d'autres domaines spécialisés, les ordinateurs embarqués travaillent dur pour alimenter silencieusement notre vie quotidienne.
Exemples d'ordinateurs embarqués
Dans l'espace domestique, les systèmes informatiques intégrés peuvent être trouvés dans une variété d'articles de tous les jours tels que les systèmes de feux de circulation, les solutions CCTV, les contrôleurs de signalisation numérique, les systèmes epos et les kiosques. Ces ordinateurs intégrés permettent à ces solutions d'offrir des fonctionnalités avancées, telles que la connectivité internet et la programmation automatisée.
Automatisation industrielle
Dans le secteur industriel, les ordinateurs embarqués sont utilisés de multiples façons. Dans le domaine de l'automatisation des usines, les ordinateurs embarqués sont utilisés pour contrôler les processus de production, les systèmes de surveillance et la robotique. Ces systèmes deviennent également de plus en plus importants dans le secteur des soins de santé, car ils fournissent des capacités informatiques fiables, sécurisées et très performantes, nécessaires à diverses applications telles que la surveillance des signes vitaux, l'assistance aux traitements médicaux, le diagnostic à distance et d'autres équipements médicaux qui nécessitent un traitement précis des données. Pour garantir la sécurité et la fiabilité de ces ordinateurs embarqués, les fabricants doivent obtenir des certifications telles que ISO 13485 ou IEC 60601 afin de garantir que leurs systèmes informatiques de qualité médicale répondent à toutes les exigences de qualité fixées par les organismes de réglementation. Des fabricants tels que Axiomtek, Arbor TechnologyaValue, Winmate et bien d'autres fournissent une gamme d'ordinateurs embarqués certifiés et de Panel PC certifiés.
Sources d'énergie renouvelables
Les ordinateurs embarqués jouent un rôle clé dans les avancées du secteur des énergies renouvelables, car ils permettent de contrôler et de surveiller une série de processus afin d'en optimiser l'efficacité. Par exemple, grâce aux ordinateurs embarqués, il est possible de contrôler les panneaux solaires et les éoliennes, afin de s'assurer qu'ils fonctionnent correctement et efficacement. Ils peuvent également être utilisés pour automatiser diverses tâches telles que le réglage de l'angle du panneau solaire ou des pales de l'éolienne pour une production d'énergie maximale. Les ordinateurs embarqués ont donc le potentiel de réduire les coûts associés à la production d'énergie tout en augmentant la fiabilité et les performances. Des fabricants tels que Neousys, ASRock, AAEON, Cincoze proposent une gamme de systèmes qui peuvent être conçus pour être utilisés dans le secteur de l'énergie, tels que les ordinateurs sur rail DIN et les PC industriels.
Ordinateurs embarqués militaires
Les ordinateurs embarqués font partie intégrante de nombreux systèmes et applications militaires, qu'il s'agisse de systèmes de contrôle des armes ou de réseaux de communication. Ils permettent aux soldats d'interagir efficacement avec leur environnement tout en garantissant la précision et la sécurité des données. Pour que ces ordinateurs embarqués soient utilisés par l'armée, ils doivent répondre aux exigences de certification requises dans un environnement militaire sécurisé. L'exigence la plus courante est la norme MIL-STD-810G, qui couvre les considérations d'ingénierie environnementale telles que les températures extrêmes, les niveaux d'humidité, la résistance aux chocs, la tolérance aux vibrations et la compatibilité électromagnétique (CEM). D'autres certifications peuvent également inclure la protection contre la falsification ou les tentatives de piratage malveillant. En répondant à ces exigences strictes, les ordinateurs embarqués peuvent fournir des services précieux aux forces armées sans compromettre la sécurité ou la fiabilité. Avec des fabricants tels que Winmate, Arbor Technology, Cincoze et Neousys, les ingénieurs en informatique embarquée sont en mesure de fournir des solutions informatiques militaires complexes destinées à de nombreuses applications militaires.
Ordinateurs embarqués certifiés pour le secteur ferroviaire
Les ordinateurs embarqués ont révolutionné les applications ferroviaires ces dernières années, offrant une série d'avantages qui peuvent rendre les voyages en train plus sûrs, plus efficaces et plus rentables. Ils fournissent des analyses sophistiquées qui aident les opérateurs à identifier les problèmes et à optimiser les performances, tout en permettant une meilleure communication entre les composants tels que les capteurs et les contrôleurs pour une fiabilité accrue. En outre, ces dispositifs puissants peuvent réduire les coûts de maintenance tout en contribuant à accroître les marges de sécurité pour les passagers et le personnel. Toutefois, pour fonctionner efficacement sur les réseaux ferroviaires, les ordinateurs embarqués doivent disposer de certaines certifications garantissant leur aptitude à l'emploi. L'une de ces certifications est l'EN50155, qui définit la norme pour les systèmes informatiques embarqués utilisés dans le matériel roulant et d'autres applications ferroviaires. Cet ensemble complet d'exigences permet de garantir que les ordinateurs sont adaptés à une utilisation dans des environnements potentiellement difficiles, notamment des températures et des niveaux de vibration extrêmes. En outre, il couvre divers paramètres de performance tels que la gestion de l'alimentation et la tolérance aux pannes afin d'assurer une fiabilité maximale tout en garantissant la compatibilité avec d'autres composants du réseau. En adhérant à cette norme rigoureuse, les fabricants peuvent être sûrs que leurs produits répondent aux normes de sécurité et de qualité les plus strictes lorsqu'ils sont utilisés dans des applications ferroviaires.
Une autre certification est la norme européenne EN 45545, qui spécifie les exigences en matière de protection contre l'incendie sur les véhicules ferroviaires. Elle a été élaborée pour garantir que tous les véhicules ferroviaires respectent les mêmes normes de sécurité et offrent un environnement sûr aux passagers, aux membres de l'équipage et aux autres membres du personnel en cas d'urgence. La norme couvre des domaines tels que les matériaux intérieurs, les structures, l'équipement électrique, les cabines, les fenêtres et les surfaces extérieures. Elle prévoit également des tests spécifiques pour évaluer la capacité de ces composants à résister aux flammes ou à la chaleur. La norme EN 45545 garantit que tous les trains sont conçus avec des mesures de protection contre l'incendie suffisantes pour permettre une évacuation rapide en cas de besoin. L'application de cette norme européenne commune dans toute l'Europe permet de s'assurer qu'il n'y a pas de risque de protection inadéquate en raison de différences entre les réglementations des pays ou de la mise en œuvre par les fabricants de leurs propres normes.
Systèmes d'IA
L'IA (intelligence artificielle) transforme la manière dont les machines interagissent avec leur environnement et rend notre vie plus facile et plus efficace que jamais. Les ordinateurs d'IA intégrés sont l'un des outils les plus importants de cette transformation, car ils permettent de combiner des processeurs puissants et des algorithmes d'apprentissage automatique dans un petit appareil capable de traiter rapidement et avec précision d'importantes quantités de données. NVIDIA Jetson en est un exemple, permettant aux développeurs de créer, d'entraîner et de déployer des modèles d'apprentissage automatique sur des appareils périphériques avec une efficacité sans précédent. Avec son architecture de processeur avancée et sa pile logicielle comprenant des frameworks, il n'est pas étonnant que NVIDIA Jetson transforme de nombreuses industries en automatisant des processus qui étaient auparavant réalisés manuellement ou pas du tout.
Alors que la technologie continue d'évoluer, les ordinateurs embarqués sont désormais essentiels pour une variété d'industries et d'applications, leur permettant de fonctionner de manière efficace et fiable.
Quels sont les principaux types d'ordinateurs embarqués ?
Bien que les ordinateurs embarqués soient hautement personnalisables, ils peuvent fondamentalement être classés en quatre catégories principales basées sur la fonction :
1. Ordinateurs embarqués à usage général
Les ordinateurs embarqués à usage général sont utilisés pour fournir une puissance de calcul de base aux appareils. Ces ordinateurs sont généralement moins puissants que les systèmes autonomes, mais ils fournissent l'unité centrale, la mémoire et les autres composants nécessaires à la fonctionnalité de l'appareil. Les téléviseurs intelligents et les systèmes domotiques en sont des exemples courants.
2. Ordinateurs embarqués autonomes
Les ordinateurs embarqués autonomes sont conçus pour fonctionner indépendamment des systèmes ou réseaux externes et disposent de ressources matérielles et logicielles dédiées. Les robots industriels, les appareils médicaux et les équipements militaires en sont des exemples courants.
3. Ordinateurs embarqués en temps réel
Les ordinateurs embarqués en temps réel sont conçus pour les applications qui doivent répondre à un stimulus dans un délai déterminé. L'objectif principal de ces systèmes est d'analyser les signaux ou les entrées et de réagir en temps réel aux modifications de l'environnement ou de l'appareil. Les systèmes de vol des avions, les réseaux de télécommunications et les systèmes robotiques en sont des exemples courants.
4. Ordinateurs embarqués en réseau
Les ordinateurs embarqués en réseau sont spécifiquement conçus pour communiquer entre eux, en envoyant et en recevant des informations par l'intermédiaire d'un réseau spécialisé. Ces types d'ordinateurs sont utilisés pour connecter plusieurs dispositifs intégrés, ce qui leur permet de fonctionner ensemble comme une seule unité. Les systèmes d'automatisation des bâtiments et les systèmes de sécurité en sont des exemples courants.
Les avantages de l'utilisation d'un ordinateur embarqué
Les systèmes informatiques intégrés offrent de nombreux avantages par rapport aux ordinateurs grand public traditionnels. Voici les principaux avantages de l'utilisation d'un ordinateur embarqué, quelle que soit l'application :
Conception à petit facteur de forme
Presque tous les ordinateurs embarqués se distinguent par leur taille et leur poids compacts. En utilisant des cartes mères à petit facteur de forme telles que Mini-ITX, un ordinateur embarqué peut être installé dans des endroits où un ordinateur de bureau ou une tour typique ne pourrait pas tenir. Lorsqu'il est conçu avec des options de montage flexibles, l'intégration est possible dans pratiquement n'importe quelle position ou orientation. Si la taille est l'une de vos principales contraintes, envisagez les cartes Pico-ITX ou les ordinateurs à carte unique.
Refroidissement sans ventilateur
L'accumulation de particules telles que la poussière constitue un point de défaillance potentiel lors de l'utilisation d'une technologie à base de ventilateurs pour refroidir les ordinateurs. Les ordinateurs grand public typiques ont des ouvertures dans le boîtier et utilisent des ventilateurs pour créer un flux d'air. Cette méthode fait circuler de l'air plus frais sur les composants à l'intérieur, ce qui permet à la poussière de pénétrer dans le système. La suppression du ventilateur à des fins de refroidissement réduit les taux de défaillance, élimine le bruit et offre plus d'espace pour les pièces intégrales.
Vous vous demandez peut-être comment les ordinateurs embarqués se refroidissent ? Si certains ordinateurs embarqués utilisent encore des ventilateurs, généralement pour les modules d'extension ou les cartes graphiques, la majorité d'entre eux utilisent des coussinets thermiques sur l'unité centrale et des dissipateurs thermiques externes pour dissiper la chaleur dégagée par les composants centraux tels que le processeur. Tous les composants générateurs de chaleur sont répartis uniformément sur le circuit imprimé afin d'éviter les déperditions de chaleur. Les boîtiers d'ordinateurs embarqués utilisent également un dissipateur thermique externe, soit sur le dessus, soit sur le côté, pour aider à dissiper la chaleur accumulée par les composants. Ces techniques de refroidissement passif permettent à de nombreux ordinateurs industriels de rester étanches aux éléments (et peuvent être conformes à la norme IP65) tout en dissipant efficacement la chaleur sans avoir recours à des ventilateurs.
Peu de maintenance et de fiabilité
Les ordinateurs embarqués doivent normalement fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et doivent également résister aux facteurs présents dans les applications exigeantes. La fiabilité et la robustesse sont donc essentielles. Par exemple, si vous déployez un PC grand public avec des pièces mobiles dans un environnement sujet aux vibrations, vous pouvez vous attendre à ce que des composants tels que le disque dur tombent en panne. Les fabricants d'ordinateurs embarqués, quant à eux, conçoivent et fabriquent le matériel pour répondre à des critères et à des certifications spécifiques, ce qui les rend extrêmement peu exigeants en termes de maintenance, plus fiables et plus robustes que les ordinateurs à usage plus général.
En fait, des composants à température étendue sont souvent utilisés pour faire face à des plages de température de fonctionnement supérieures à 0-60°C. Des revêtements conformes peuvent également être appliqués sur demande pour protéger le système contre l'humidité, la poussière, la corrosion et la conduction électrique ou thermique
Disponibilité à long terme
Un autre avantage clé de l'utilisation d'un ordinateur embarqué est le support du cycle de vie de la technologie. Sauf indication contraire du fabricant, la plupart des ordinateurs grand public ont une durée de vie très limitée. Ils sont généralement abandonnés au bout de six à douze mois, ce qui pose un gros problème pour les applications intégrées et industrielles. Les changements de composants informatiques entraînent souvent des effets secondaires indésirables. Un logiciel qui a fait ses preuves sur un système peut ne pas fonctionner correctement sur un matériel ou un logiciel d'exploitation différent. Les utilisateurs d'ordinateurs embarqués et industriels préfèrent verrouiller une image de système d'exploitation à déployer sur tous les systèmes sur le terrain. Lorsque les composants matériels changent, l'image du système d'exploitation n'est plus compatible, ce qui nécessite la création d'une nouvelle image logicielle en cas de modification du matériel. La gestion de différents déploiements de logiciels sur des plates-formes matérielles multiples complique l'infrastructure informatique, augmente les coûts et la main-d'œuvre et n'est jamais souhaitable. Avec des systèmes embarqués conçus à cet effet, ce risque est réduit ou éliminé.
Pour résumer :
Les ordinateurs de bureau grand public sont remplacés dans un délai de 6 à 12 mois
Les Mac Mini d'Apple sont remplacés au bout de : 24 à 36 mois (en général)
Les ordinateurs embarqués bénéficient d'une assistance à long terme de 2 à 12 ans (variable selon le modèle et le fabricant)
Rentabilité
L'un des grands avantages des ordinateurs embarqués est leur rentabilité. Les ordinateurs embarqués sont beaucoup plus abordables que les ordinateurs traditionnels, tout en offrant un niveau de performance et de puissance de traitement comparable. Cela signifie que les entreprises n'ont pas à investir dans des mises à niveau matérielles coûteuses lorsqu'elles souhaitent améliorer les capacités de leurs systèmes. Les systèmes intégrés permettent également aux utilisateurs de profiter des dernières technologies sans avoir à se soucier des problèmes de compatibilité.
Sécurité
Les ordinateurs embarqués offrent également une sécurité beaucoup plus grande que les ordinateurs traditionnels, car ils sont conçus pour être extrêmement fiables et difficiles à pirater. Ils sont donc parfaits pour protéger les données sensibles telles que les dossiers des clients ou les informations financières. En outre, les systèmes peuvent être configurés pour prendre en charge une variété de systèmes d'exploitation différents sans avoir à remplacer le matériel.
Dans l'ensemble, les ordinateurs embarqués présentent de nombreux avantages pour les entreprises et les particuliers. Leur prix abordable, leur polyvalence, leurs fonctions de sécurité et leur taille en font un outil inestimable dans tous les secteurs d'activité.
Comment choisir un ordinateur embarqué pour mon application ?
Lors de la sélection d'un ordinateur embarqué pour votre application, il est important de comprendre les contraintes physiques de son environnement. Considérez les dimensions exactes nécessaires pour tenir dans l'espace alloué, et assurez-vous que tous les ports et sources d'alimentation nécessaires peuvent être connectés en toute sécurité. En outre, tenez compte de toutes les autres limitations physiques, telles que la plage de température et les niveaux de vibration, qui devront être prises en compte avant l'installation.
Vous devez également tenir compte des exigences de performance clés, telles que la vitesse du processeur, la taille de la mémoire et la capacité de stockage. Il est donc important de rechercher le processeur le mieux adapté à votre application et de vous assurer que le processeur choisi peut gérer la charge de travail qu'il devra traiter.
Enfin, il faut tenir compte des exigences en matière d'alimentation, car il s'agit d'un élément crucial pour toute application. Il est important de comprendre quels types de connecteurs d'alimentation sont nécessaires et de s'assurer que les câbles ou adaptateurs nécessaires peuvent être fixés avant l'installation.
En tenant compte de ces facteurs, vous pouvez vous assurer que votre ordinateur embarqué est parfaitement adapté à votre application et à son environnement.
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