Initiation à Arduino

Arduino fait partie de la famille des platines de développement. Contrairement aux Raspberry Pi et aux Beaglebone, il ne possède pas d’OS basé sur Linux. Il reste par contre l’un des plus abordables et des plus répandus. Une platine de développement est en général un circuit imprimé équipé d’un microprocesseur ou d’un microcontrôleur. Comme Arduino est open source, il existe un grand nombre de clones et de platines compatibles, tout comme il existe de nombreux modèles d’Arduino officiels, avec des fonctions particulières. Pour cette introduction , nous nous baserons sur le plus connu: l’Arduino Uno. Mais un autre modèle ou un clone fera aussi bien l’affaire.

Schéma d’une platine Arduino Uno

Le microcontrôleur

C’est le cerveau de notre carte. Il va recevoir le programme que nous allons créer et va le stocker dans sa mémoire avant de l’exécuter. Grâce à ce programme, il va savoir faire des choses, qui peuvent être : faire clignoter une LED, afficher des caractères sur un écran, envoyer des données à un ordinateur, mettre en route ou arrêter un moteur…

Il existe deux modèles d’Arduino Uno: l’un avec un microcontrôleur de grande taille, et un autre avec un microcontrôleur dit SMD (SMD: Surface Mounted Device, soit composants montés en surface, en opposition aux composants qui traversent la carte électronique et qui sont soudés du côté opposé). D’un point de vue utilisation, il n’y a pas de différence entre les deux types de microcontrôleurs.

Les couleurs de l’Arduino peuvent varier du bleu au bleu-vert, en fonction des modèles et années de production.

L’alimentation

Pour fonctionner, une carte Arduino a besoin d’une alimentation. Le microcontrôleur fonctionnant sous 5V, la carte peut être alimentée en 5V par le port USB ou bien par une alimentation externe qui est comprise entre 7V et 12V. Un régulateur se charge ensuite de réduire la tension à 5V pour le bon fonctionnement de la carte.

Attention: les cartes Arduino Due ainsi que d’autres cartes récentes fonctionnent avec un voltage de 3.3V au niveau des sorties! Le voltage de l’alimentation est similaire à l’Arduino Uno. Dans ce cours, nous partons du principe que le voltage des montages est en 5 Volts.

La connectique

A part une LED sur la broche 13, la carte Arduino ne possède pas de composants (résistances, diodes, moteurs…) qui peuvent être utilisés pour un programme. Il est nécessaire de les rajouter. Mais pour cela, il faut les connecter à la carte. C’est là qu’interviennent les connecteurs, aussi appelés broches (pins, en anglais).

Sur les Arduino et sur beaucoup de cartes compatibles Arduino, les broches se trouvent au même endroit. Cela permet de fixer des cartes d’extension, appelée shields en les empilant.

Exploration des broches Arduino
  • 0 à 13            Entrées/sorties numériques
  • A0 à A5        Entrées/sorties analogiques
  • GND              Terre ou masse (0V)
  • 5V                  Alimentation +5V
  • 3.3V               Alimentation +3.3V
  • Vin                 Alimentation non stabilisée (= le même voltage que celui à l’entrée de la carte)

Les   connexions  entre   les   composants  sont   réalisées   par   des   jumpers,  sortes     de  petits    câbles.

La platine d’expérimentation

Une platine d’expérimentation (appelée breadboard) permet de réaliser des prototypes de montages électroniques sans soudure et donc de pouvoir réutiliser les composants.

Tous les connecteurs dans une rangée de 5 sont reliés entre eux. Donc si on branche deux éléments dans un groupe de cinq connecteurs, ils seront reliés entre eux. Il en est de même des alignements de connecteurs rouges (pour l’alimentation) et bleus (pour la terre). Ainsi, les liens peuvent être schématisés ainsi:

Les composants doivent ainsi être placés à cheval sur des connecteurs qui n’ont pas de liens électriques entre eux, comme sur le schéma ci-contre.

Le logiciel Arduino IDE

Le logiciel Arduino IDE fonctionne sur Mac, Windows et Linux. C’est grâce à ce logiciel que nous allons créer, tester et envoyer les programmes sur l’Arduino.

L’IDE est téléchargeable à l’adresse suivante: http://arduino.cc.

Les bases de l’électronique

Petit rappel sur l’électricité

L’électricité est un déplacement d’électrons dans un milieu conducteur.

Pour que ces électrons se déplacent tous dans un même sens, il faut qu’il y ait une différence du nombre d’électrons entre les deux extrémités du circuit électrique. Pour maintenir cette différence du nombre d’électrons, on utilise un générateur (pile, accumulateur, alternateur…). La différence de quantité d’électrons entre deux parties d’un circuit s’appelle la différence de potentiel et elle se mesure en Volts (V).

On peut comparer le fonctionnement d’un circuit électrique à celui d’un barrage hydroélectrique:

  • Les électrons seraient l’eau
  • Le générateur serait le réservoir d’eau
  • Les conducteurs sont naturellement les conduites forcées
  • Le consommateur (une ampoule ou une diode, par exemple) est la turbine, qui exploite l’énergie du déplacement des électrons

Sur un barrage, plus la différence entre l’altitude du niveau du réservoir et celui de la turbine est importante, plus la pression de l’eau sera importante. Pour un barrage on appelle cette différence d’altitude hauteur de chute. Cela équivaut sur un circuit électrique à la différence de potentiel, qui se mesure en Volts (V) et se note U.

Le débit de l’eau (=la quantité d’eau qui s’écoule par unité de temps) correspond à l’intensité, aussi appelée courant, qui est donc le débit d’électrons. Elle se mesure en Ampères (A) et se note I.

La puissance électrique se note P et se mesure en Watts (W). Elle exprime la quantité de courant (I), transformée en chaleur ou en mouvement. Sur un barrage, elle correspond à l’énergie produite par la turbine. La puissance P est le produit de la tension U et de l’intensité I.

Les diodes

Il est possible de remplacer l’ampoule par une diode électroluminescente, aussi appelée LED6. Elle a la particularité de ne laisser passer le courant électrique que dans un sens.

Le courant électrique ne peut traverser la diode que dans le sens de l’anode vers la cathode. On reconnaît l’anode, car il s’agit de la broche la plus longue. Lorsque les deux broches sont de même longueur, on peut distinguer l’anode de la cathode, par un méplat du côté de cette dernière. Le symbole de la LED est le suivant:

Attention: le courant produit par l’Arduino est trop important pour y brancher directement une LED dessus. L’utilisation d’une résistance est obligatoire, pour ne pas griller la LED. En utilisant divers matériaux semi-conducteurs, on fait varier la couleur de la lumière émise par la LED. Il existe enfin une grande variété de formes de LEDs.

Les résistances

Une résistance est un composant électronique ou électrique dont la principale caractéristique est d’opposer une plus ou moins grande résistance (mesurée en ohms: Ω) à la circulation du courant électrique.

On peut alors comparer, le débit d’eau au courant électrique I (qui est d’ailleurs le débit d’électrons), la différence de pression à la différence de potentiel électrique (qui est la tension U) et, enfin, le rétrécissement à la résistance R.

Ainsi, pour une tension fixe, plus la résistance est faible, plus le courant la traversant est fort. Cette proportion
est vérifiée par la loi d’Ohm:

Une résistance est un milieu peu conducteur; les électrons peinent à s’y déplacer. Leur énergie se dissipe alors en général sous forme de chaleur. C’est ce principe utilisé pour les bouilloires électriques ou les ampoules à filaments.

La valeur de la résistance se mesure en Ohms (Ω). La valeur d’une résistance est déterminée par ses bandes de couleurs.

Amalet Charlie

Bienvenue à toi, moi c'est Charlie, étudiant en prépa Informatique Électronique à Tunis. je me suis depuis très longtemps épris pour tout ce qui touche aux sciences technologiques et notamment aux langages de programmation. J'ai donc décidé de m' auto former tout en partageant ici l'ensemble de tout ce que je sais sur le langage Python. Alors c'est pour moi un grand honneur de pouvoir t'aider dans ta quête de savoir. Je te dis donc à la prochaine pour encore plus de contenus.

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