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LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 1 sur 32 Enseignant : Abida

LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 1 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 1. Objectifs de ce cours L’élève sera capable de réaliser le câblage et la programmation d’un Arduino Uno ainsi que la résolution de panne simple rapportée à ce dernier. Ce cours n'est qu'un aperçu de ce qu'on peut faire avec la carte Arduino. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à parcourir les documents mis à disposition sur le serveur de l'école. Votre professeur vous indiquera où trouver ces documents. LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 2 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 2. Matériels et composants  La breadboard (platine de montage) Par convention : Noir = masse Rouge = alimentation (+5V, +12V, 5V… ce que vous voulez y amener). Remarque : Un espace coupe la carte en deux de manière symétrique. Cette espace coupe la liaison des colonnes. Ainsi, sur le dessin ci-dessus on peut voir que chaque colonne possède 5 trous reliés entre eux.  Les fils de liaison Pour faire la jonction entre les composants électroniques et la breadboard, nous utiliserons des fils de couleurs assez fins LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 3 sur 32 Enseignant : Abida Mounir  Le bouton poussoir Un bouton poussoir laisser passer le courant lorsqu'il est poussé et l'interrompt quand il est relâché On peut aussi trouver des boutons poussoirs NO ou NF, ces boutons poussoirs vont nous servir à faire passez des courants électriques dans nos composants électroniques grâce à une action manuelle sur l’extrémité de ceux-ci.  La résistance (R) La résistance s’oppose au passage du courant, proportionnellement à sa “ résistance” exprimée en Ohm. Un code de couleurs, ci-dessous, permet de reconnaître cette valeur. La résistance est un composant non polarisée LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 4 sur 32 Enseignant : Abida Mounir LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 5 sur 32 Enseignant : Abida Mounir  La LDR (photorésistance) 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. Non polarisée. Pour lire sa valeur avec une Arduino, il faut également l’associer avec une résistance équivalente à sa résistance maximum ( dans le noir)  Le potentiomètre Le potentiomètre, rotatif ou à glissière, est une résistance variable. Entre les extrémités, il y a la résistance maximale. La patte centrale est le curseur. C’est la résistance entre cette patte centrale et une extrémité que l’on peut faire varier en tournant le bouton. Le potentiomètre est donc un capteur. Il se branche sur les entrées analogiques de l’Arduino. De très nombreux capteurs sont basés sur le principe de résistance variable et se câblent presque de la même façon: la cellule photo- électrique, le capteur de pression, le fil résistif, etc  La diode La diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. C’est un composant polarisé: on reconnait toujours son anneau coloré d’un coté du composant, correspondant à la cathode. LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 6 sur 32 Enseignant : Abida Mounir  La diode LED La diode électroluminescente (LED) émet de la lumière. Elle est polarisée: La patte “+” est la plus longue, l’autre patte est la patte “-” . Les broches numériques de l’Arduino, lorsqu’elles sont configurées en sorties et qu’elles sont à l’état 1 ou haut ( HIGH) , fournissent une tension de 5 volts, supérieure à ce que peut accepter une LED. Les LED doivent donc être couplées en série avec une résistance. La tension de seuil dépend de la couleur et donc de la composition chimique du dopage . Couleurs Tension de seuil ou Vf If (mA) Longueur d'onde (nm) Rouge 1,6 à 2V 6 à 20 mA 650 à 660 nm Jaune 1,8 à 2V 6 à 20 mA 565 à 570 nm Vert 1,8 à 2V 6 à 20 mA 585 à 590 nm Bleu 2,7 à 3,2V 6 à 20 mA 470 nm Blanc 3,5 à 3,8V 6 à 20 mA Remarque : broche 13 de l'Arduino La broche numérique 13 de l’Arduino est déjà câblée en série avec une résistance de valeur moyenne pour une LED (1 kΩ), on peut donc, dans la plupart des cas, directement lui brancher une LED, comme sur la photo-ci-dessous. Attention de respecter la polarité !! Il ne reste plus qu’à déclarer dans le programme que la broche 13 est configurée en sortie, et le tour est joué pour faire quelques essais. Sur les autres broches, il faut dimensionner la résistance en série avec la diode !! LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 7 sur 32 Enseignant : Abida Mounir  Le condensateur (C) Les condensateurs peuvent stocker un peu de courant si on les charge, mais comme un tonneau percé, ils renvoient ce courant instantanément si ils sont branchés à un organe consommateur de courant. Les condensateurs sont aussi utilisés pour stabiliser ou filtrer des tensions non désirées. L'unité de sa capacité est le farad, mais les valeurs usuelles sont le µF, nF, pF. Le condensateur peut être polarisé ou non en fonction de sa conception.  Le transistor Le transistor sert à amplifier un signal. Un faible courant de commande peut ainsi être transformé en un courant plus important. On distingue 2 types de transistors, selon leur polarité. Le NPN et le PNP. Un transistor possède 3 pattes : la base (B), l'émetteur (E) et le collecteur (C) LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 8 sur 32 Enseignant : Abida Mounir  Le relais Le relais est un composant à 4 broches minimum. C’est un électroaimant que l’on peut commander en envoyant un petit courant. Au repos, il est normalement fermé, ou normalement ouvert, selon le modèle. 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.  Le servomoteur 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). Il y a toutes sortes de servo moteurs.. Un des avantages des servo moteurs est sa possibilité de maintenir avec force une position donnée. On peut piloter des rotations avec l’Arduino, quelques fois directement avec la carte si le moteur n’est pas trop puissant, sinon en passant par un montage associé. (shields)  Le vibreur Un vibreur produit un signal sonore pour alerter d'une situation dangereuse, pour confirmer une minuterie, quand un bouton est pressé, ... La tonalité du vibreur ne peut être modifiée, car la fréquence de l'oscillateur est fixée.  Le piezo Le transducteur piezo-électrique est un composant réversible: il peut aussi bien être utilisé en capteur de chocs ou de vibrations qu’en actionneur pouvant émettre des sons stridents parfois modulables. LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 9 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 3. ARDUINO 3.1. Ca sert à quoi ? Interagir avec le monde réel 3.2. C'est pour qui ? Pour les jeunes et les adultes Tout le monde peut faire ses premières armes avec les composants électroniques et s’initier à leur programmation. 3.3. Qu'est-ce que c'est  Une plate-forme de développement et de prototypage Open Source.  Le rôle de la carte Arduino est de stocker un programme et de le faire fonctionner.  Shields (cartes d'extension) avec des fonctions diverses qui s'enfichent sur la carte Arduino :  Relais, commande de moteurs, lecteur carte SD, ...  Ethernet, WIFI, GSM, GPS, …  Afficheurs LCD, Écran TFT, ... LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 10 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 3.3.1. Quelques cartes Arduino 3.3.2. Divers Shields Arduino LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 11 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 3.4. Présentation de la carte UNO L’Arduino est une plateforme open source d'électronique programmée qui est basée sur une carte à microcontrôleur et un logiciel. Plus simplement, on peut dire que l’Arduino est un module électronique, doté d’un microcontrôleur programmable. Il peut être utilisé pour développer des objets interactifs, munis d'interrupteurs ou de capteurs, et peut contrôler une grande variété de lumières, moteurs ou toutes autres sorties matérielles. La programmation se fait à l’aide d’un langage proche du C/C++, dont les bases sont faciles d’accès. Le logiciel nécessaire fonctionne à la fois sur Mac OSX, Windows et GNU/Linux et demande très peu de ressources. Comme le prix d’un module Arduino est faible , nous disposons donc d’un excellent outil qui nous permettra d’apprendre les bases de la programmation, de l’électricité, de l’électronique et de l’automation. Le principe de fonctionnement est simple: 1. On réalise le programme sur un ordinateur. 2. On connecte l’ordinateur à l’Arduino via une prise USB. 3. On envoie le programme sur l’Arduino. 4. L’Arduino exécute enfin le programme de manière autonome. LCE-GLSI- 2020/2021 Annexe TP- initiation IoT Page 12 sur 32 Enseignant : Abida Mounir 3.4.1. Quelques précisions sur la carte  Le microcontrôleur Voilà le cerveau de notre carte (en 1). C’est uploads/s3/ tp-iot 1 .pdf