Présentation de l’Arduino

C’est une petite carte programmable, c’est à dire qu’elle peut apprendre à effectuer des tâches en fonction d’un programme écrit d’avance. Elle est au format carte bancaire (légèrement plus petite que le Raspberry pi).

Arduino Uno

A quoi ça sert ?

Apprendre

L’arduino permet d’apprendre l’électronique, le codage et le fonctionnement des objets courants. Il existe même des interfaces de programmation par blocs pour permettre aux enfants de s’initier à l’Arduino aussi facilement qu’avec Scratch. Dans les collèges, en cours de technologie, l’Arduino peut remplacer avantageusement des solutions propriétaires. Il est moins coûteux et plus évolutif.
Il permet d’apprendre, de comprendre et même de se tromper sans pour autant prendre de gros risques car les tensions utilisées ne sont pas dangereuses pour l’homme et le matériel utilisé n’est pas très cher à remplacer.

Feu tricolore contrôlé par Arduino
Exemple pédagogique : Gestion de feux routiers avec un bouton « appel piétons »

Créer

Les makers (les faiseurs en français) font partie du mouvement DIY (Do it your self, faites-le vous-même). Ils aiment le partage, la collaboration, apprendre et expérimenter de nouvelles choses en s’amusant. Ils sont sensibilisés à l’écologie et aux problèmes de surconsommation. Ils aiment créer, modifier, recycler et se réapproprier les objets du quotidien. Ils refusent d’être enfermés dans un rôle de consommateur passif.
L’Arduino s’inscrit parfaitement dans la tendance maker. Il est facile à utiliser et à s’approprier. Il permet bidouiller, de fabriquer ou d’améliorer les objets

Composants de l’Arduino

Communication et Alimentation

L’arduino possède une prise USB (USB B, mini USB ou micro USB) qui permet de le programmer en le reliant à un ordinateur. Il peut être alimenté par sa prise USB (5V) ou par la prise Jack (7-12V).

Alimentation et communication de l'Arduino

Connecteurs d’entrées/sorties

Les connecteurs d’entrées et/ou de sorties permettent à l’Arduino de communiquer avec des composants électroniques.
Par exemple, je branche une LED entre la borne n°9 de l’Arduino et la masse, (la résistance sert à baisser légèrement la tension pour protéger la LED). Ensuite il faut écrire le programme qui demande à l’Arduino d’allumer la LED (en envoyant du courant à la borne n°9).
Je peux aussi demander à l’Arduino d’allumer la LED pendant une seconde, puis de l’éteindre pendant également une seconde et de recommencer. Ainsi, j’obtiendrai un clignotement.
Par la suite je peux compliquer le programme en ajoutant des LED ou utilisant d’autre éléments comme des boutons ou des capteurs.

Schéma de branchement d'une LED à l'Arduino

Microcontrôleur

C’est le cerveau de l’Arduino, c’est un peu comme un ordinateur miniature. Il intègre à lui seul le processeur, la mémoire vive (RAM), la mémoire de stockage (FLASH et EEPROM).

ATMEGA328P le micro-contrôleur de l'Arduino

Oscillateur ou quartz à 16 MHz

Il n’est pas indispensable. Il a seulement été ajouté afin d’augmenter la fréquence de l’Arduino UNO. Sans cet élément le microcontrôleur (ATMEGA328P) ne fonctionnerait qu’à 8 MHz. Et donc l’Arduino serait 2 fois moins rapide.

L'oscillateur le l'Arduino (Quartz)

Histoire de l’Arduino

Le roi Arduino

En 1002 Arduino, le marquis d’Ivrée (petite ville du Piémont) réussit à être couronné roi d’Italie. Malheureusement, certains le considérait comme un usurpateur et il fut renversé 12 ans plus tard.

Les Créateurs de l’Arduino

De nos jours, plus de 1000 ans plus tard les habitants d’Ivrée n’ont jamais oubliés cet exploit. Le roi Arduino possède non seulement une rue à son nom mais également un bar où se retrouvent régulièrement un groupe de professeurs et d’étudiants d’une école de design d’interaction.
Ils avaient besoin de microcontrôleurs pour créer et étudier des objets capables d’interagir avec l’être humain. Mais à l’époque, les solutions disponibles étaient relativement chères et les langages programmation utilisés étaient difficiles à apprendre.

David Mellis, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Cuartielles, Massimo Banz, les créateurs de l'Arduino
David Mellis, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Cuartielles, Massimo Banzi

Ils décidèrent donc de créer une carte que même un enfant pourrait utiliser et qui coûterais le prix d’un repas dans une pizzeria (environ 30 dollars). Les composants de la carte devaient être bon marché pour que chacun puisse fabriquer lui même sa propre carte (un microcontrôleur ATmega328 et de quelques composants électroniques courants).
Pour obtenir l’aide de la communauté du libre dans le développement ce projet ils décidèrent d’utiliser la licence libre (Creative Commons). La notoriété de la carte grandit rapidement grâce à Internet et le bouche à oreille. Il ne restait plus qu’à lui choisir un nom. Pour cela, l’équipe s’est réunie un soir dans son bar préféré, le Bar di Re Arduino

Modèles d’Arduino

Arduino Uno

C’est l’Arduino standard, le plus utilisé mais le microcontrôleur (ATMega328P) ne gère pas la communication en USB, il doit donc utiliser une puce secondaire (atmega16u2, CH340, CH341 ou FTDI)

Arduino Uno

Arduino Nano

C’est la version miniature de l’Arduino UNO (même microcontrôleur), spécialement adaptée aux breadboard ou à une intégration dans un petit boitier.

Arduino Nano

Arduino Leonardo

Une évolution de l’Arduino Uno, il possède le même format, mais son microcontrôleur ( ATMega32U4) gère directement l’USB, ce qui lui permet d’être reconnu comme un périphérique USB (clavier, souris, manette de jeu)
par l’ordinateur. Cependant l’Arduino Uno reste indétrônable et n’a pas été remplacé par le Leonardo…

Arduino Leonardo

Arduino Mega 2560

Une autre évolution de l’Arduino, il propose 16 entrée analogiques et 54 entrées/sorties numériques dont 15 sorties analogiques virtuelles PWM. EEPROM 4 Ko, SRAM 8 Ko, FLASH 256 Ko fréquence 16 MHz

Arduino Mega 2560

Il existe d’autres modèles et chacun possède sa spécificité (Lilypad, Ethernet, plus puissant, bi-processeur linux…).

Matériel nécessaire

Outils de base

Il s’agit d’outils courants que tous les Makers possèdent. Fer à souder, multimètre (voltmètre, ampèremètre, ohmmètre), cutters et couteaux, tournevis, pinces, pistolet à colle…

Récupérez (pour la planète et votre portefeuille)

Chaque année nous produisons des centaines de milliers de tonnes de déchets électronique. Ces déchets, particulièrement dangereux pour l’environnement contiennent des métaux lourds, des produits toxiques et ne sont pas biodégradables.

Décharge de matériel électronique
Source : pxhere.com

Alors avant d’acheter de nouveaux composants pour votre Arduino, regardez à la cave, au grenier ou dans votre entourage. Et récupérez les composants sur de vieux objets (en panne ou obsolètes) :

  • Les petits appareils électriques possèdent souvent un transformateur ou un boîtiers de piles (de 7 à 12 V) pouvant alimenter l’Arduino.
  • Les téléviseurs et les magnétoscope ont souvent une télécommande et capteur infrarouge en parfait état et pouvant très facilement piloter un Arduino.
  • Les disques durs, les lecteurs CD/DVD, les scanners, les imprimantes et certains jouets contiennent des petits moteurs électriques qui peuvent être très utiles pour de nombreux projets.
  • Les voitures télécommandées peuvent non seulement fournir le moteurs mais aussi le châssis d’un robot contrôlé par Arduino.
  • Les claviers mécaniques sont constitués d’une centaine d’excellents boutons poussoirs (ce serait dommage de les jeter pour acheter des boutons de moins bonne qualité).

La platine d’essai (breadboard)

Elle est indispensable pour tester les montages, les connecteur de l’Arduino sont de type femelle (contrairement au Raspberry Pi) vous utiliserez donc surtout des câbles de type mâles/mâles, prévoyez plusieurs tailles et couleurs. Vous pouvez aussi les fabriquer vous-même avec des connecteurs Dupont.

Arduino et breadboard (platine d'essai)

Kits de capteurs et actionneurs

Ils contiennent les capteurs (entrées) et les actionneurs (sorties) de base et permettent de commencer à bricoler. Sur la photo, vous voyez le Starter Kit, c’est le kit officiel de la fondation Arduino. Il propose tout un assortiment de composants (LED, résistances, condensateurs, transistors, boutons, potentiomètres, buzzer, moteur à courant continu, servomoteur, afficheur LCD…). Par contre, je trouve que les câbles ne sont du tout pratiques à utiliser. Il existe aussi de nombreux autres kits (souvent moins cher) et si vous possédez déjà un certain nombre de composants, il est certainement plus intéressant d’acheter au détail les éléments qui vous manquent.

Kits de capteurs et d'actionneurs pour l'Arduino

Modules

Les modules sont généralement constitués de plusieurs composants reliés entre eux par un circuits imprimé. Chacun possède une fonction précise (horloge, communication, affichage, commande de moteur, alimentation, infrarouge, ultrasons, température, buzzer…).
Certains modules sont très faciles à fabriquer soit même (une LED reliée à une résistance). Mais d’autres, plus élaborés, sont plus faciles à utiliser, évitent les erreurs de branchement et coûtent souvent moins chers que les composants au détail.

Modules pour micro-contrôleurs de type Arduino

Ils utilisent parfois des connecteurs spéciaux (Tinkerkit). Ce qui permet aux enfants, aux débutants et aux personnes qui ne souhaitent pas s’encombrer avec les branchements de se concentrer surtout sur la programmation de l’Arduino.

Tinkerkit

Shields (cartes d’extension)

Il s’agit de modules à emboîter directement dans les connecteur de l’Arduino (comme les Hats du Raspberry Pi). Il sont généralement au format de l’Arduino Uno, mais sont souvent compatibles avec d’autres modèles. Il est parfois possible de superposer plusieurs shield.

Shields (cartes d’extension)

Ils sont plus faciles à utiliser, car il suffit de les emboîter sur les connecteurs de l’Arduino, un peu comme un couvercle (un chapeau ou un bouclier). Il permettent d’éviter les erreurs de branchement. Mais leur utilisation est plus rigide, il n’est pas possible de choisir librement les connecteurs utilisés. Il faut adapter le programme au shield et il peut y avoir des problèmes de compatibilités si deux cartes superposées doivent utiliser le même connecteur.

Les Clones

L’Arduino est libre Hardware et software, seul le nom est déposé, vous trouverez donc une multitude de clones, la plupart sont moins chers que l’original et certains apportent des améliorations mais souvent l’usage est identiques.

Programmation

Il existe 2 approches :

  • En Mode texte, programmation classique, basée sur le langage C un peu austère, un peu intimidant pour les débutants, mais très efficace (Windows, Mac OS, Linux, Android…)
  • Par blocs (comme scratch), l’interface est fun, intuitive, ludique, colorée c’est parfait pour les enfants ou pour une initiation à l’Arduino.
Langages de programmation de l'Arduino

Plus d’infos dans mon livre sur l’Arduino…

Livre : Arduino, Apprivoisez l'électronique et le codage (Editions ENI)

Vous pouvez aussi retrouver ma présentation de l’Arduino en vidéo (enregistrée à la Maker Faire de Paris 2018).


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