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Chapitre 3 Étude de la partie matérielle et logicielle du projet I. Introductio

Chapitre 3 Étude de la partie matérielle et logicielle du projet I. Introduction Aujourd’hui, l'électronique est de plus en plus remplacée par l'électronique programmée : ce que je vais apprendre dans ce travail est un mélange d'électronique et de programmation. L’idée de ce chapitre est de détailler le matériel nécessaire utilisé pour la réalisation de mon système de commande, dans une première partie, et de décrire les logiciels pratiqués pour le programme de mon système dans une seconde partie. II. Étude de la partie matérielle Je vais aborder dans cette partie la carte utilisée dont j’ai cité ses caractéristiques et le but de mon choix. Pour mon projet je choisi l’arduino plus précisément l’arduino uno R3 comme type de carte programmable. 1. Définition du module Arduino Le module Arduino est un circuit imprimé en matériel libre (plateforme de contrôle) dont les plans de la carte elle-même sont publiés en licence libre mais dont certains composants de la carte : comme le microcontrôleur et les composants complémentaires qui ne sont pas en licence libre. Un microcontrôleur programmé peut analyser et produire des signaux électriques de manière à effectuer des tâches très diverses. 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). Chaque module d’Arduino possède un régulateur de tension +5 V et un oscillateur à quartez 16 MHz (ou un résonateur céramique dans certains modèles). Pour programmer cette carte, on utilise l’logiciel IDE Arduino. Figure : Exemples des cartes Arduino 2. Les gammes de la carte Arduino Actuellement, il existe plus de 20 versions de module Arduino, je cite quelques un afin d’éclair sur l’évaluation de ce produit scientifique et académique: o Le NG d'Arduino, avec une interface d'USB pour programmer et usage d'un ATmega8. o L'Arduino Mini, une version miniature de l'Arduino en utilisant un microcontrôleur ATmega168. o Le LilyPad Arduino, une conception de minimaliste pour l'application wearable en utilisant un microcontrôleur ATmega168. o L'Arduino Bluetooth, avec une interface de Bluetooth pour programmer en utilisant un microcontrôleur ATmega168. o L'Arduino Méga, en utilisant un microcontrôleur ATmega1280 pour I/O additionnel et mémoire. o L'Arduino UNO, utilisations microcontrôleur ATmega328. Parmi ces types, j’ai choisi la carte Arduino UNO (carte Basique). L'intérêt principal de cette carte est de faciliter la mise en œuvre d’une telle commande qui sera détaillée par la suite. Figure : La carte Arduino UNO 3. Pourquoi l’Arduino UNO Il y a de nombreuses cartes électroniques qui possèdent des plateformes basées sur des microcontrôleurs disponibles pour l'électronique programmée. Tous ces outils prennent en charge les détails compliqués de la programmation et les intègrent dans une présentation facile à utiliser. De la même façon, le système Arduino simplifie la façon de travailler avec les microcontrôleurs tout en offrant à personnes intéressées plusieurs avantages cités comme suit:  Le prix (réduits) : les cartes Arduino sont relativement peu coûteuses comparativement aux autres plates-formes.  Multi plateforme : le logiciel Arduino, écrit en JAVA, tourne sous les systèmes d'exploitation Windows, Macintosh et Linux. La plupart des systèmes à microcontrôleurs sont limités à Windows.  Un environnement de programmation clair et simple : l'environnement de programmation Arduino (le logiciel Arduino IDE) est facile à utiliser pour les débutants, tout en étant assez flexible pour que les utilisateurs avancés puissent en tirer profit également.  Logiciel Open Source et extensible : le logiciel Arduino et le langage Arduino sont publiés sous licence open source, disponible pour être complété par des programmateurs expérimentés. Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application JAVA multi plateformes (fonctionnant sur tout système d'exploitation), servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le programme au travers de la liaison série (RS232, Bluetooth ou USB selon le module).  Matériel Open source et extensible : les cartes Arduino sont basées sur les Microcontrôleurs Atmel ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA 328, les schémas des modules sont publiés sous une licence créative Commons, et les concepteurs des circuits expérimentés peuvent réaliser leur propre version des cartes Arduino, en les complétant et en les améliorant. Même les utilisateurs relativement inexpérimentés peuvent fabriquer la version sur plaque d'essai de la carte Arduino, dont le but est de comprendre comment elle fonctionne pour économiser le coût. Pour ces raisons j’ai met mon choix sur l’Arduino et plus précisément sur l’Arduino UNO pour ses fortes caractéristiques matérielles décrites la description précédente de la carte. 4. La constitution de la carte Arduino UNO Généralement tout module électronique qui possède une interface de programmation est basé toujours dans sa construction sur un circuit programmable ou plus. Un module Arduino est généralement construit autour d’un microcontrôleur ATMEL AVR, et de composants complémentaires qui facilitent la programmation et l’interfaçage avec d’autres circuits. 4.1.Le Microcontrôleur ATMega328 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. Le composant classique Le composant CSM Figure : microcontrôleur ATMega328 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. 4.2.Les entrées et 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 (càd 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. Figure : Les entrées et les sorties de la carte arduino 4.3.Les ports de communications 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 uploads/Geographie/ chapitre-3 3 .pdf