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PARTIE MATERIELLE II.1. Carte Arduino Uno Arduino est une plate-forme de protot

PARTIE MATERIELLE II.1. Carte Arduino Uno Arduino est une plate-forme de prototypage d'objets interactifs à usage créatif constituée d'une carte électronique et d'un environnement de programmation. Cet environnement matériel et logiciel permet à l'utilisateur de formuler ses projets par l'expérimentation directe avec l'aide de nombreuses ressources disponibles en ligne. Arduino est utilisé dans beaucoup d'applications comme l'électrotechnique industrielle et embarquée ; le modélisme, la domotique mais aussi dans des domaines différents comme l'art contemporain et le pilotage d'un robot, commande des moteurs et faire des jeux de lumières, communiquer avec l'ordinateur, commander des appareils mobiles (modélisme). Figure II.1 : La carte Arduino UNO A. Caractéristiques de la carte Arduino Uno Microcontrôleur ATmega328 Tension d'alimentation interne 5V Tension d'alimentation (recommandée) 7 à 12V, limites = 6 à 20 V Entrées/sorties numériques 14 dont 6 sorties PWM Entrées analogiques 6 Courant max par broches E/S 40 mA Courant max sur sortie 3,3V 50mA Mémoire flash 32 KB dont 0.5 KB utilisée par le bootloader Mémoire SRAM 2 KB Mémoire EEPROM 1 KB Fréquence horloge 16 MHz B. Composants de la carte Arduino Uno Figure II.1 : Composants de la carte Arduino UNO 1) Microcontrôleur ATMega 328 a. Description Un microcontrôleur ATMega328 est un circuit intégré qui rassemble sur une puce plusieurs éléments complexes dans un espace réduit au temps des pionniers de l’électronique. Aujourd’hui, en soudant un grand nombre de composants encombrants ; tels que les transistors ; les résistances et les condensateurs tout peut être logé dans un petit boîtier en plastique noir muni d’un certain nombre de broches dont la programmation peut être réalisée en langage C. la figure suivante montre un microcontrôleur ATMega 328, qu’on trouve sur la carte Arduino. Figure II.1 : Microcontrôleur ATMega 328 Le microcontrôleur ATMega328 est constitué par un ensemble d’éléments qui ont chacun une fonction bien déterminée. Il est en fait constitué des mêmes éléments que sur la carte mère d’un ordinateur. Globalement, l’architecture interne de ce circuit programmable se compose essentiellement de : • La mémoire Flash : C'est Celle qui contiendra le programme à exécuter. Cette mémoire est effaçable et réinscriptible mémoire programme de 32Ko (dont bootloader de 0.5 ko). • RAM : c'est la mémoire dite "vive", elle va contenir les variables du programme. Elle est dite "volatile" car elle s'efface si on coupe l'alimentation du microcontrôleur. Sa capacité est 2 ko. • EEPROM : C'est le disque dur du microcontrôleur. On y enregistre des infos qui ont besoin de survivre dans le temps, même si la carte doit être arrêtée. Cette mémoire ne s'efface pas lorsque l'on éteint le microcontrôleur ou lorsqu'on le reprogramme [12]. b. Caractéristiques de l’ATMega 328 Vitesse de processeur 16MHz Taille de mémoire de programme 32KB Taille de mémoire, RAM 2KB Taille d’EEPROM 1KB Nombre de broches 28 Type de boitier MCU DIP Nombre d’E/S 20 Type d’interface embarquée I2C, SPI, UART Tension d’alimentation min 1.8V Tension d’alimentation max 5.5 V Type de packaging Pièce c. Principe de fonctionnement de l’ATMega 328 L’ATMega328 se compose de 28 pattes qui sont : • 1 : Reset : C’est pour le bouton poussoir de réinitialisation. • 2 : E/S numérique réservé pour RX (la réception). • 3 : E/S numérique réservé pour TX (la transmission). • 7-20 : VCC : c’est l’alimentation avec 5 V. • 8-22 : GND : c’est la masse. • 9-10 : Crystal (quartz) • 21 : AREF (Analog référence). • 23-24-25-26-27-28 : Des entrées analogiques. • 4-5-6-11-14-15-16-17-18-19 : Entrées /sorties numériques. Figure II.1 : Brochage du ATMega 328 C. Les sources d’alimentation de la carte Arduino Uno On peut distinguer deux genres de sources d’alimentation (Entrée Sortie) et cela comme suit : • VIN : La tension d'entrée positive lorsque la carte Arduino est utilisée avec une source de tension externe (à distinguer du 5V de la connexion USB ou autre source 5V régulée). On peut alimenter la carte à l'aide de cette broche, ou, si l'alimentation est fournie par le jack d'alimentation, accéder à la tension d'alimentation sur cette broche. • 5V : La tension régulée utilisée pour faire fonctionner le microcontrôleur et les autres composants de la carte (pour info : les circuits électroniques numériques nécessitent une tension d'alimentation parfaitement stable dite "tension régulée" obtenue à l'aide d'un composant appelé un régulateur et qui est intégré à la carte Arduino). Le 5V régulé fourni par cette broche peut donc provenir soit de la tension d'alimentation VIN via le régulateur de la carte, ou bien de la connexion USB (qui fournit du 5V régulé) ou de tout autre source d'alimentation régulée. • 3.3V : Une alimentation de 3.3V fournie par le circuit intégré FTDI (circuit intégré faisant l'adaptation du signal entre le port USB de votre ordinateur et le port série de l'ATMega) de la carte est disponible : ceci est intéressant pour certains circuits externes nécessitant cette tension au lieu du 5V. L'intensité maximale disponible sur cette broche est de 50mA [12]. D. Les entrées et les sorties Cette carte possède 14 broches numériques (numérotée de 0 à 13) peut être utilisée soit comme une entrée numérique, soit comme une sortie numérique, en utilisant les instructions pinMode, digitalWrite et digitalRead du langage Arduino. Ces broches fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou recevoir un maximum de 40mA d'intensité et dispose d'une résistance interne de "rappel au plus" (pull-up) (déconnectée par défaut) de 20-50 KOhms. Cette résistance interne s'active sur une broche en entrée à l'aide de l'instruction digitalWrite (broche, HIGH). En plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées : • Interruptions Externes : Broches 2 et 3. Ces broches peuvent être configurées pour déclencher une interruption sur une valeur basse, sur un front montant ou descendant, ou sur un changement de valeur. • Impulsion PWM (largeur d'impulsion modulée) : Broches 3, 5, 6, 9, 10, et 11. Fournissent une impulsion PWM 8-bits à l'aide de l'instruction analogWrite. • SPI (Interface Série Périphérique) : Broches 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ces broches supportent la communication SPI (Interface Série Périphérique) disponible avec la librairie pour communication SPI. Les broches SPI sont également connectées sur le connecteur ICSP qui est mécaniquement compatible avec les cartes Méga. • I2C : Broches 4 (SDA) et 5 (SCL). Supportent les communications de protocole I2C (ou interface TWI (Two Wire Interface - Interface "2 fils"), disponible en utilisant la librairie Wire/I2C (ou TWI - Two- Wire interface - interface "2 fils"). • LED : Broche 13. Il y a une LED incluse dans la carte connectée à la broche 13. Lorsque la broche est au niveau HAUT, la LED est allumée, lorsque la broche est au niveau BAS, la LED est éteinte. La carte UNO dispose 6 entrées analogiques (numérotées de 0 à 5), chacune pouvant fournir une mesure d'une résolution de 10 bits (c.à.d. sur 1024 niveaux soit de 0 à 1023) à l'aide de la très utile fonction analogRead du langage Arduino. Par défaut, ces broches mesurent entre le 0V (valeur 0) et le 5V (valeur 1023), mais il est possible de modifier la référence supérieure de la plage de mesure en utilisant la broche AREF et l'instruction analog Reference du langage Arduino. La carte Arduino UNO intègre un fusible qui protège le port USB de l’ordinateur contre les surcharges en intensité (le port USB est généralement limité à 500mA en intensité). Bien que la plupart des ordinateurs aient leur propre protection interne, le fusible de la carte fournit une couche supplémentaire de protection. Si plus de 500mA sont appliqués au port USB, le fusible de la carte coupera automatiquement la connexion jusqu'à ce que le court-circuit ou la surcharge soit stoppé. E. Les ports de communication La carte Arduino UNO a de nombreuses possibilités de communications avec l’extérieur. L’ATMega328 possède une communication série UART TTL (5V), grâce aux broches numériques 0 (RX) et 1 (TX). On utilise (RX) pour recevoir et (TX) transmettre (les données séries de niveau TTL). Ces broches sont connectées aux broches correspondantes du circuit intégré ATMega328 programmé en convertisseur USB – vers – série de la carte, composant qui assure l'interface entre les niveaux TTL et le port USB de l'ordinateur. Comme un port de communication virtuel pour le logiciel sur l’ordinateur, La connexion série de l'Arduino est très pratique pour communiquer avec un PC, mais son inconvénient est le câble USB, pour éviter cela, il existe différentes méthodes pour utiliser ce dernier sans fil : Figure II.1 : Constitution de la carte Arduino UNO II.2. Module Bluetooth HC-05 II.2.1. Description du module Bluetooth Le Bluetooth est un protocole de communication sans fil, permettant l’échange bidirectionnel de données à une distance bien précise (15 à 20 mètres), en utilisant des ondes radio UHF sur une bande de fréquence de 2.4 GHz. Son objectif est de simplifier les connexions entre les appareils électroniques en supprimant les liaisons filaires. Le module HC-05 n'est pas plus gros qu’un pouce. Il est en fait un montage d'un module Bluetooth sur un petit P.C.B, cela permet de s'affranchir de certaines contraintes comme uploads/Geographie/ chap-2 2 .pdf