Formations:Arduino:Initiation

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Formation Arduino: initiation

Arduino, la célèbre carte à microcontrolleur, rend accessible la bidouille électronique dite embarquée: capteurs, actionneurs, code. Dans cette formation, nous allons découvrir ses capacités (entrées, sorties, communication) en réalisant plusieurs petits defis et montages sympa!

Cette formation s'adresse à tous, et permet de faire ses premiers pas dans l'univers Arduino

Informations pratiques

  • Durée: 3h
  • Public visé: tous les membres (aucun prérequis particulier)

Formations liées

  • Prérequis: aucun, à part savoir lire.
  • Idéalement:
    • notions basiques d'électronique
    • notions basiques de programmation
  • Formations suivantes:
    • Mon premier projet Arduino
    • (autres formations à venir...)

Matériel requis

Il est indispensable d'avoir un ordinateur portable, et d'installer l'environnement Arduino (voir www.arduino.cc) avant la formation pour gagner du temps.

Il est possible d'utiliser du materiel du lab (cartes arduino & accessoires), ou de vous équiper vous meme (materiel en vente au lab).

Ce que nous allons utiliser:

  • carte Arduino (Nano, mais autres versions OK) + cable usb
  • kit de démarrage sauce Electrolab:
    • breadboard, fils, potentiometre, leds + résistances 220 ohm, boutons poussoirs.
    • En bonus: multimetre, micro-servomoteur, buzzer, photoresistance et thermistance + resistances adaptées,...

Tout ce materiel est dispo dans la valise d'initiation Arduino, qui contient le materiel nécessaire pour 10 personnes.

Ressources additionnelles


  • how to electronique: resource à identifier... ou créer ; voir par exemple sur le wiki du lab
  • pour se fournir en matériel:
    • on a des trucs à dispo (et d'autres en vente) au lab
    • il y a plein de gens bien de ci de là (sparkfun, adafruit industries, lextronic, snootlab, etc etc etc etc)
  • ouvrages papier: à mon humble avis, "Arduino pour les nuls" est pas mal.

Contenu détaillé

Cette formation est prevue pour être animée au lab. Il est envisageable de suivre le plan en autoformation (mais pour l'instant, cette page nécessite d'être étoffée).

Le slide-pack est en cours de creation et sera mis à disposition ici prochainement.

Introduction

Microcontroleurs

  • Description microcontroleur:

CPU avec le nécessaire pour agir sur le monde réel. Comme un petit ordinateur tout integre sur une puce. Ici, le tout monté sur une carte, avec le nécessaire pour causer avec un ordinateur.

  • A quoi ca sert/ou ca sert?

Ca sert à plein de choses: interfacer des capteurs et actionneurs (de tous types), et decider/decrire le comportement (en écrivant un programme...). Penser à votre machine à laver, mais aussi à votre voiture... à un ascenceur, bref, un peu tout objet du quotidian.

  • Capacites (eg I/O) en mode fact sheet
    • entrées tout ou rien (0v ou 5v, presence/absence de tension).
    • Sorties idem (mais pas puissantes).
    • Entrées de mesure de tension (entre 0 et 5v).
    • Pas vraiment de sorties de tension... parce que compliqué à faire - ya des astuces.
    • Divers bidules plus sophistiqués... par exemple pour communiquer avec un ordinateur!

L'univers Arduino

Arduino a été pensé pour des étudiants designers, artistes... c'est à dire pas du tout techniciens, pour qu'ils puissant bidouiller des trucs super avec des microcontrolleurs. "facile à prendre en main" est tout en haut de leurs objectifs initiaux.

Par rapport à plein de modules pré-existants, les gens d'Arduino ont fait plusieurs trucs géniaux:

  • Opensource: Ils se sont basés sur des outils existants, et ont eux aussi publié l'intégralité de ce qu'ils ont développé
  • Pas cher: Ils voulaient que la carte coute le prix d'un restau max, pour que les gens n'aient pas peur de la griller, et surtout, qu'ils puissent se l'acheter et jouer avec!
  • Pas un gadget/outil pédagogique: ils ont designé une interface abordable, des raccourcis dans le langage, et une carte électronique robuste. MAIS en partant des "vrais" outils des pros, les rendant simplement plus accessibles au plus grand nombre.

Ca a super bien fonctionné, et un nombre grandissant de gens se sont mis à s'en server, à contribuer des ameliorations, des projets, des modules complémentaires... aujourd'hui la communauté est très puissante, et florissante.

Comment on s'en sert?

  • Tour de presentation rapide Matos dans le kit/la valise, check de la board.
  • IDE ; workflow : installer le logiciel, les bidules à savoir/ou cliquer.
  • faire des schema électroniques, et des programmes informatiques...

Arggg mais je sais faire ni l'un ni l'autre! Eh ben c'est facile:

  • notions d'electronique: prepare offclass documentation/reminder (électricité, U/I, circuits)
  • notions de programmation: prepare offclass documentation/reminder (écrire un programme, compiler, variables)

Notions ultra rapides/basiques, on va plutot creuser en décortiquant Blink.

Sorties

On va voir par l'exemple ce que peut faire la carte coté sorties. Et pour ca, on va commencer avec le plus simple: allumer et éteindre une petite Led.

Blink

  • upload
  • demo

=> check que environnement est OK. Include troubleshooting link.

  • "analyse" schematic (eg sortie arduino resistance led).
  • analyse code, comprehension IDE

défi 1: changer vitesse

Comment on fait pour changer la vitesse à laquelle ca clignotte?

=> Vérifier comprehension du code => passage immediat à l'action

défi 2: SOS morse

Comment on fait pour faire clignoter des motifs plus compliqué?

Faire clignotter selon un motif plus compliqué, par exemple le cassique SOS en morse (...---... : trois flash courts, trois longs, trois courts). => Ecrire un peu plus de code... diversité d'approches/de stratégies

défi 3: ultra rapide

Il se passe quoi si on fait clignoter suuuper vite?

=> persistence rétinienne

PWM et sortie analogique

=> PWM, astuce pour simuler une sortie analogique (eg entre les deux plutot que tout ou rien, 0 ou 5v.)

Ya d'autres techniques, mais celle ci est quand meme la plus pratique/simple.

Bonus

  • exemple fade
  • jouer avec une led RGB.
  • concevoir et realiser un feu tricolore

Entrées

Pour réellement faire plein de trucs avec un microcontroleur, on a besoin de savoir mesurer des trucs dans le monde. Commençons par le plus simple: un bête interrupteur.

Entrée digitale/Pas d'exemple existant? à créer

  • Remarque: on veut un exemple genre bouton ON/OFF pour la led (eg appui <=> allumé)
  • Exemple button, mais pulldown... a voir, le code est plus clair, MAIS on peut pas utilizer l'internal pullup. En meme temps, pas mal de préciser le principe de pullup/down... mais compliqué à saisir en initiation.


  • on fait le montage!
  • upload code
  • demo/test.
  • "analyse" schematic (eg entrée arduino pushbutton ; pullup?).
  • analyse code (reference sur le site Arduino)

défi 1: changer le fonctionnement

Qui a dit que le bouton devait faire X plutot qu'autre chose? Nous, avec le code! Comment changer vers un mode toggle (eg appui veut dire changer d'état) ?

défi 2: menu

Comment on peut faire "sentir" à la carte un peu plus que juste "marche/arret" ? Par exemple, en comptant le nombre de fois ou on appuie. (Attention, piège du bounce).

=> un peu galère, de compter les appuis bouton. => OK, on commence à avoir un système complet: input, traitement, output.


Exemple existant: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/StateChangeDetection

Potentiomètre et Analog in

Exemple de code potard vers fade.

  • on fait le montage
  • upload code
  • demo/test.
  • "analyse" schematic (eg entrée arduino analog potard).
  • analyse code

=> OK! On peut mesurer des trucs mieux que juste marche/arret.


Pratiquement l'exemple https://www.arduino.cc/en/Tutorial/AnalogInput sauf que nous on connait déjà les PWM.

Bonus

  • défi: reprendre le morse, et changer la vitesse de defilement (difficile/nécessite un code bien structure).
  • défi: piloter la RGB de facon marrante.
  • défi: simuler le vent/led comme flame (nécessite d'aller chercher random dans la reference)

Communication

Maintenant qu'on sait piloter des bidules et en mesurer d'autres... on aurait bien envie de pouvoir communiquer avec l'ordinateur. Ca tombe bien, c'est possible (c'est d'ailleurs ce qu'on fait quand on charge notre programme sur la carte!), avec le module UART.

Communication Arduino -> PC

  • On reprend notre montage avec le potard, et on charge un autre exemple de code:analogin serial out
  • On lance le moniteur série
  • analyse du schema: ca, c'est déjà bon. Remarque: avec un montage donné, on peut faire différents codes, selon ce qu'on veut faire. Y compris, des codes tres différents!
  • analyse du code: utilizer le module HW de communication série, qui permet de parler au PC, et envoyer des infos.

défi 1 : afficher autre chose que la valeur brute!

  • Par exemple, un coffre fort? Eg si deux potards sont à la bonne valeur, afficher un mot de passé. Ou trouver exemple/défi plus marrant...
  • Par exemple, du "filtrage"


Communication PC -> Arduino

exemple a creer:pilotage kbd vers allume/eteindre led.

  • pas de montage... on utilize la led built in
  • code à upload... et on lance le terminal série ; on envoit des caractères et on voit.
  • Analyse du code, pour comprendre ce qui s'est passé

défi 2 : ajouter des fonctions

  • exemple: pilotage RGB
  • exemple: valeurs/paramètres de fade
  • exemple: clignottements différents

bonus

  • exemple: Terminal morse (avec potard pour vitesse)

Pour aller plus loin

On sait maintenant gérer des entrées, des sorties, communiquer avec le PC... mais on a que des leds, des boutons et des potards. Heureusement, il y a plein d'autres capteurs/actionneurs plus funky avec lesquels on peut interagir.

Autres outputs

Il y a plein de types d'actionneurs différents, on va en regarder seulement deux très simples à mettre en oeuvre: petit buzzer et petit moteur de modélisme.

Souvent, piloter ces sorties est plus complexe que simplement sortie MARCHE ou ARRET ; heureusement, il y a plein de librairies (eg, de bouts de code tout faits) à la rescousse pour nous!

output buzzer

  • schema
  • code example
  • defis/applis marrantes

output servo

  • schema
  • code example
  • defis/applis marrantes


Autres capteurs

Il y a une infinite de capteurs différents... on va regarder seulement deux très simple: lumière et temperature.

Peut importe comment le capteur fonctionne physiquement, l'arduino ne sait que mesurer des tensions ou voir l'état (MARCHE/ARRET) d'une de ses pattes. Bon, elle sait aussi communiquer avec un PC - ou un autre microcontroleur. Ce qui peut etre le cas avec un capteur sophistiqué (eg, il inclut un petit microcontroleur).

Il y a plusieurs capteurs qui se comportment comme des resistances variables: lumiere et temperature c'est le cas. On va donc pouvoir/devoir faire un "faux" potentiometer (on dit pont diviseur de tension, car c'est un montage/une forme/une topologie ultra classique), et mesurer la variation de résistance.

Comment on choisit la résistance à coté? ca va marcher avec différentes valeurs... moyenne log entre valeur min et max de la résistance variable, pour avoir la plus grande dynamique. Par exemple, si le capteur change de 100 à 10000 ohm, on veut mettre une résistance de 1000 ohms. Attention aussi au courant consommé (eg, 1100 ohms au minimum sur l'alimentation 5v, ca reste OK).

capteur lumiere

  • schema
  • code example
  • defis/applis marrantes

capteur température

  • schema
  • code example
  • defis/applis marrantes

Conclusion

Cette formation a permis de faire nos premiers pas avec un microcontroleur, en utilisant Arduino:

  • sorties (digitales et analogiques),
  • entrées
  • communications avec le PC
  • capteurs et actionneurs sympa!

Au passage, on a fait des petits bouts de schema, écrit du code... bref, fait pas mal de choses!

On a pu realizer des defis/bonus, et en inventer d'autres... d'ailleurs, c'est un peu comme ca que ca marche quand on veut faire un système/projet quelconque!

La suite (par exemple) :

  • Assister à la formation "mon premier petit projet Arduino". L'idée est justement d'utiliser d'autres modules capteurs/actionneurs pour realizer un petit projet qui vous intéresse (un robot? un automate pour une serre? un jeu?)

=> quell type de projet voulez vous faire? quels capteurs/actionneurs vous voudriez découvrir?

  • Améliorer votre comprehension des microcontroleurs, de l'informatique embarquée (eg compréhension tech plus détaillée, modules HW/features avancés/uC différents/plus touffus, écrire du code de plus en plus complexe, ...)

=> Qu'est ce que vous voulez apprendre de plus/approfondir?

  • Animer vous meme cette formation!

=> Critiquez la formation, appropriez vous le contenu.

A vous la parole (links pour feedback)

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