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Arduino pour bien commencer en électronique et en programmation TP-Informatique

Arduino pour bien commencer en électronique et en programmation TP-Informatique industriel TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 1 Bienvenue à toutes et à tous pour un tutoriel sur l'électronique et l'informatique ensemble. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 2 Depuis que l’électronique existe, sa croissance est fulgurante et continue encore aujourd’hui. Si bien que faire de l’électronique est devenu accessible à toutes personnes en ayant l’envie. Mais, le manque de cours simples sur le net ou en libraire empêche la satisfaction des futurs électroniciens amateurs ou professionnels et parfois empêche certains génies à se révéler. C’est pourquoi un groupe de développeur a créé le "système Arduino". Il s’agit d’ un outil qui va permettre aux débutants, amateurs ou professionnels de créer des systèmes électroniques plus ou moins complexes. Introduction TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 3 Ainsi nous allons apprendre un mélange d'électronique et de programmation. On va en effet parler d'électronique embarquée qui est un sous-domaine de l'électronique et qui a l'habileté d'unir la puissance de la programmation à la puissance de l'électronique. Nous allons, dans un premier temps, voir ce qu'est l'électronique et la programmation. Puis nous enchainerons sur la prise en main du système Arduino. Enfin nous pourrons entamer notre premier programme et faire un pas dans l'électronique embarquée. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 4 Objectifs Commencer par apprendre a programmer puis a utiliser des composants électroniques ; Pouvoir utiliser des petits systèmes électroniques plus ou moins complexe (par exemple la commande de pilotage d'un moteur à courant continu) associées à la programmation. • Découvrir le monde Arduino ; TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 5 1-Découverte du monde Arduino 1.1 Présentation d’Arduino Arduino est un projet créé par une équipe de développeurs, composée de six individus : Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti. Cette équipe a créé le "système Arduino". C’est un outil qui va permettre aux débutants, amateurs ou professionnels de créer des systèmes électroniques plus ou moins complexes. En effet il a été conçu pour être accessible à tous par sa simplicité. Mais il peut également être d'usage professionnel, tant les possibilités d'applications sont nombreuses. Ils s’agit des cartes polyvalentes qui sont donc parfaites pour nous, débutants, qui ne demandons qu'à apprendre et progresser. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 6 1.2 But et utilité Le système Arduino, nous donne la possibilité d'allier les performances de la programmation à celles de l'électronique. Plus précisément, nous allons programmer des systèmes électroniques. Le gros avantage de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail à la conception d'une carte électronique. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 7 1.3 Applications Le système Arduino nous permet de réaliser un grand nombre de choses, qui ont une application dans tous les domaines. L'étendue de l'utilisation de l'Arduino est bien gigantesque. Voici quelques exemples, vous pouvez : •contrôler les appareils domestiques •fabriquer votre propre robot •faire un jeu de lumières •communiquer avec l'ordinateur •télécommander un appareil mobile (modélisme) •etc. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 8 Avec Arduino, nous allons faire des systèmes électroniques tels qu'une bougie électronique, une calculatrice simplifiée, un synthétiseur, etc. Tous ces systèmes seront conçus avec pour base une carte Arduino et un panel assez large de composants électroniques. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 9 1.4 Les outils Arduino Il est composé de deux choses principales, qui sont : le matériel et le logiciel. Ces deux outils réunis, il nous sera possible de faire n'importe quelle réalisation. Il s'agit d'une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur Atmega du fabricant Atmel, dont le prix est relativement bas pour l'étendue possible des applications. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 10 Voici une présentation de la carte. Figure 1: Présentation de la carte Arduino 1.3.1 Le matériel TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 11 Le logiciel va nous permettre de programmer la carte Arduino. Il nous offre une multitude de fonctionnalités. Figure 2 : Interface logiciel Arduino 1.3.2 Le logiciel TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 12 Le cadre numéro 1 : ce sont les options de configuration du logiciel Le cadre numéro 2 : il contient les boutons qui vont nous servir lorsque l'on va programmer nos cartes Le cadre numéro 3 : ce bloc va contenir le programme que nous allons créer Le cadre numéro 4 : celui-ci est important, car il va nous aider à corriger les fautes dans notre programme. C'est le débogueur. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 13 Bouton 1 : Ce bouton permet de vérifier le programme, il actionne un module qui cherche les erreurs dans votre programme Bouton 2 : Créer un nouveau fichier Bouton 3 : Sauvegarder le programme en cours Bouton 4 : On n'y touche pas pour l'instant Bouton 5 : Stoppe la vérification Bouton 6 : Charger un programme existant Bouton 7 : Compiler et envoyer le programme vers la carte TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 14 1.4 Le Langage Arduino Pour pouvoir programmer notre carte, il nous faut trois choses : •Un ordinateur •Une carte Arduino •Et connaitre le langage Arduino Un programme utilisateur Arduino est une suite d’instructions élémentaires sous forme textuelle, ligne par ligne. La carte lit puis effectue les instructions les unes après les autres, dans l’ordre défini par les lignes de code. La programmation se fait par code, code qui contient une cinquantaine de commandes différentes. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 15 Les deux pages suivantes vont être basées sur un exemple simple de programmation : faire clignoter une led. -On verra tout d’abord quelle est la structure générale d’un programme - On verra sur la page suivante la composition détaillée de ce même programme, en expliquant déja quelques mots de la syntaxe Arduino TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 16 TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 17 Revoyons d’un peu plus près le programme de la page précédente, qui sert à faire clignoter une LED à partir d’une sortie numérique: TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 18 TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 19 1.5 Mise en œuvre de l’environemment Arduino -On conçoit d’abord un programme avec le logiciel Arduino -On vérifie ce programme avec le logiciel (compilation) -Des messages d’erreur apparaissent éventuellement...on corrige puis vérifie à nouveau... -On enlève le précédent programme sur la carte Arduino ( Bouton réinitialisation) -On envoie ce programme sur la carte Arduino dans les 5 secondes qui suivent l’initialisation -L’exécution du programme sur la carte est automatique quelques secondes plus tard ou à ses prochains branchements sur une alimentation électrique ( Alim 9/12V ou port USB). TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 20 1.6 kit Arduino Ils existent des kits contenant plus ou moins l’ensemble des matérielle ou composant électroniques pour réaliser les différentes application selon le besoin du cahier de charges. Voici un ensemble de matériels. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 21 Désignation Photo Description LED rouge LED verte LED jaune Ce composant est une sorte de lampe un peu spécial. Nous nous en servirons principalement pour faire de la signalisation. Résistance (entre 220 et 470 Ohm) Résistance (entre 2.2 et 4.2 KOhm La résistance est un composant de base qui s'oppose au passage du courant. On s'en sert pour limiter des courants maximums Bouton Poussoir Un bouton poussoir sert à faire passer le courant lorsqu'on appuie dessus ou au contraire garder le circuit "éteint" lorsqu'il est relâché. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 22 Désignation Photo Description Transistor (2N2222 ou BC547) Le transistor sert à plein de chose. Il peut être utilisé pour faire de l'amplification (de courant ou de tension) mais aussi comme un interrupteur commandé électriquement. Afficheur 7 segments (anode commune) Un afficheur 7 segments est un ensemble de LEDs Disposées géométriquement pour afficher des chiffres. Décodeur BCD (7446) Le décodeur BCD (Binaire Codé Décimal) permet piloter des afficheurs 7 segments en limitant le nombre de fils de données (4 au lieu de 7). TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 23 Désignation Photo Description Condensateur (10 nF) Le condensateur est un composant de base. Il sert à plein de chose. On peut se le représenter comme un petit réservoir à électricité. Potentiomètre linéaire (10 kOhm) Le potentiomètre est une résistance que l'on peut faire varier manuellement.. Le servo moteur Le servo-moteur est un moteur (rotatif) qui peut effectuer des rotations très précises (dans une portion de tour seulement) et en un certain nombre de pas ( de micro- déplacements). TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 24 Désignation Photo Description Le relais On peut s’en servir avec l’Arduino pour commander des machines en haute tension ( 230V par exemple), ou pour déclencher toute machine ou lumière. Écran LCD alphanumérique L'écran LCD alphanumérique permet d'afficher des caractères tels que les chiffres et les lettres. Il va apporter de l'interactivité à vos projets les plus fous ! La cellule photo-électrique (LDR C’est une résistance variable, en fonction de la luminosité qu’elle reçoit. Sa résistance diminue quand elle reçoit de la lumière. On s’en sert donc de capteur de luminosité. TP-informatique industriel-LAEER-2016-2017 25 uploads/Industriel/ tp0-decouverte-du-monde-arduino.pdf