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I) Introduction à la mécatronique La mécatronique est la combinaison synergique

I) Introduction à la mécatronique La mécatronique est la combinaison synergique et systémique de la mécanique, de l'électronique, de l'automatique et de l'informatique en temps réel. L'intérêt de ce domaine d'ingénierie interdisciplinaire est de concevoir des systèmes automatiques puissants et de permettre le contrôle de systèmes complexes. La mécatronique est donc l'alliance des 4 notions fondamentales de l’ingénierie :  Mécanique  Electronique  Automatisme  Informatique A noter également que les systèmes mécatroniques sont généralement décomposés en 3 sous- systèmes : · une partie opérative (squelette et muscle du système à dominante Mécanique et Électromécanique), · une partie commande (intelligence embarquée du système à dominante Électronique et Informatique Temps Réel), · une partie interface Homme/Machine (forme géométrique et dialogue du système à dominante Ergonomique et Esthétique). Chaque sous-partie est importante, et permet d’optimiser l’approche que l’on a du système. Domaines d’application : Robotique : Aibo (Sony), Asimo (Honda), Aldebaran... Industrie automobile : ABS (Teldix), ESP (Bosch), Suspension active (PSA), Roulement capteur Sensorline (SNR)... Électronique et électroménager grand-public : Disques durs, machine à laver intelligente... Médical : Pompe à insuline, endoscopie... Chaine mécatronique : Arduino Une carte Arduino est un cerveau qui permet de rendre intelligent des systèmes électroniques et d'animer des dispositifs mécaniques. Qu'est-ce que Arduino ? Arduino® est un ensemble matériel et logiciel qui permet d'apprendre l'électronique (en s'amusant) tout en se familiarisant avec la programmation informatique. Arduino est en source libre ; vous pouvez donc télécharger le schéma d'origine et l'utiliser pour élaborer votre propre carte et la vendre sans payer des droits d'auteur. Qu'est-ce que le matériel Arduino ? Ce sont des cartes électroniques programmables (donc dotées d'un processeur et de mémoire) sur lesquelles nous pouvons brancher des capteurs de température, d'humidité, de vibration ou de lumière, une caméra, des boutons, des potentiomètres de réglage, des contacts électriques…Il y a aussi des connecteurs pour brancher des LED, des moteurs, des relais, des afficheurs, un écran… Alimentation / Programmation par USB La carte Arduino peut être alimentée avec un câble USB relié à votre ordinateur. Tout ce dont vous avez besoin, c’est de connecter votre carte Arduino à votre ordinateur avec le câble USB type A/B. Alimentation via connecteur Jack DC Diamètre interne 2.1mm, externe 5.5mm La carte Arduino peut être directement alimenté par ce connecteur Jack DC. Ce connecteur (2) est relié au régulateur de tension intégré à la carte. L’alimentation via ce connecteur (2) doit être comprise entre 5 et 12 V. Régulateur de tension La fonction du régulateur de tension (3) est de contrôler la tension d’alimentation de l’Arduino pour la stabiliser à la bonne tension du microcontrôleur et de chaque éléments de la carte. La tension de stabilisation est de 5 Volts sur les cartes UNO. Oscillateur à quartz Un oscillateur à quartz est un élémént électronique qui a la particularité de posséder un quartz à l’intérieur qui vibre sous l’effet piézoélectrique. Les propriétés électromécaniques du quartz sont telles qu’on arrive à faire vibrer le quartz à une fréquence très précise. Cet élément aide l’Arduino UNO à calculer les données de temps. Sur le dessus du composant, on peut lire 16.000H9H. Cela signifie que la fréquence est de 16,000,000 Hertz, soit 16 MHz. Arduino Reset Vous pouvez redémarrer un Arduino avec un “Reset”. Cela aura pour effet de redémarrer votre programme depuis le début. Vous pouvez redémarrer l’Arduino UNO de deux manières : soit en utilisant le bouton “Reset” (17), soit en connectant un bouton externe sur la broche de la carte Arduino mentionnée “RESET” (5). Broche AREF AREF est l’acronyme anglais de “référence analogique”. Cette broche est parfois utilisée pour définir une tension de référence externe (entre 0 et 5 Volts) comme limite supérieure pour les broches d’entrée analogiques. Broches (3.3, 5, GND, Vin)  3.3V (6) – Broche d’alimentation de tension 3.3 Volts  5V (7) – Broche d’alimentation de tension 5 Volts  La plupart des composants destinés à fonctionner avec Arduino fonctionnent bien en 3.3 Volts ou 5 Volts.  GND (8) (Ground / Masse) – Il y a plusieurs broches de ce type présentes sur la carte Arduino, elles sont toutes communes et peuvent être utilisées comme masse (potentiel 0 Volts) pour vos circuits.  Vin (9) – Cette broche permet d’alimenter l’Arduino depuis une source de tension extérieure. Elle est relié au circuit d’alimentation principale de la carte Arduino. Broches analogiques L’Arduino UNO possède 5 broches d’entrées analogiques numérotée de A0 jusqu’à A5. Ces broches permettent de lire un signal analogique d’un capteur comme un capteur d’humidité ou de température. La carte Arduino utilise un convertisseur analogique/numérique (convertisseur CAN) pour permettre la lecture du signal par le microcontrôleur. Un signal sera converti sur 10 bits. La valeur pourra être lue sur une échelle 1024 points. Microcontrôleur principal Chaque carte Arduino possède son propre microcontrôleur (11). Vous pouvez le considérer comme le cerveau de la carte Arduino. Le microcontrôleur sur l’Arduino est légèrement différent d’une carte à l’autre. Les microcontrôleurs sont généralement de la société ATMEL. Vous devez savoir quel est le microcontrôleur de votre carte avant de charger un nouveau programme depuis l’IDE Arduino. Cette information est disponible directement sur le composant. Pour plus de détails sur la construction et les fonctions du microcontrôleur, vous pouvez vous référer à la fiche technique (data sheet). Connecteur ICSP Avant tout, le connecteur ICSP (In-Circuit Serial Programming) est une connectique AVR comprenant les broches MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC et GND. Il s’agit d’un connecteur de programmation. Ce connecteur permet entre autre de programmer directement le microcontrôleur sur les couches les plus basses (bootloader, code ASM…). C’est aussi un port appelé port SPI (Serial Peripheral Interface), qui permet de dialoguer avec d’autres composants SPI (écrans, capteurs, etc…). On ne va pas se préoccuper de ce connecteur au début des tutoriels. Indicateur LED d’alimentation Ce voyant doit s’allumer lorsque vous branchez votre Arduino sur une source d’alimentation pour indiquer que votre carte est correctement alimentée. Si cette lumière ne s’allume pas, il y a un problème avec votre alimentation, et je ne parle pas de nourriture ici. LEDs TX et RX Sur votre carte, vous trouverez deux indicateurs : TX (émission) et RX (réception). Ils apparaissent à deux endroits sur la carte Arduino UNO. Tout d’abord, sur les broches numériques 0 et 1, pour indiquer les broches responsables de la communication série. Deuxièmement, les LEDs TX et RX (13). Le voyant TX clignote à une vitesse variable lors de l’envoi des données série. La vitesse de clignotement dépend de la vitesse de transmission utilisée par la carte. RX clignote pendant le processus de réception. La vitesse de transmission s’exprime en bauds, soit l’équivalent du bits/seconde si le signal est binaire. Entrées/Sorties numériques La carte Arduino UNO possède 14 broches d’Entrées / Sorties numériques (15), dont 6 peuvent fournir une sortie PWM (Pulse Width Modulation). Ces broches peuvent être configurées pour fonctionner comme des broches numériques d’entrée pour lire des valeurs logiques (0 ou 1) ou numériques. Elles peuvent également être utilisées comme des broches de sortie pour piloter différents modules comme des LEDs, des relais, etc. Les broches étiquetées “~” peuvent être utilisées pour générer des PWM. Voici quelques applications possibles pour une Arduino :  Mesure et détection o Station météorologique automatisée, o détecteur de foudre, o suivi du soleil pour orientation des panneaux solaires, o moniteur de radiation, o détecteur automatique de la faune, o système de sécurité domestique ou professionnel.  Contrôle o Petits robots, o maquette de fusée ou d'avion, o drones multi-rotor, o CNC simple pour petites machines-outils.  Automatisation o Serre automatisée, o aquarium automatisé, o robot navette d'échantillon de laboratoire, o enceinte thermique de précision (couveuse, yaourtière, étuve, séchoir…), o système de test électronique automatisé.  Art o contrôle d'éclairage et sonore dynamique, o structures cinématiques, o oeuvre d'art Capteur Ultrason : Le montage est d'une simplicité déconcertante :  L'alimentation 5V de la carte Arduino va sur la broche VCC du capteur.  La broche GND de la carte Arduino va sur la broche GND du capteur.  La broche D2 de la carte Arduino va sur la broche TRIGGER du capteur.  La broche D3 de la carte Arduino va sur la broche ECHO du capteur. Code : /* Constantes pour les broches */ const byte TRIGGER_PIN = 2; // Broche TRIGGER const byte ECHO_PIN = 3; // Broche ECHO /* Constantes pour le timeout */ const unsigned long MEASURE_TIMEOUT = 25000UL; // 25ms = ~8m à 340m/s /* Vitesse du son dans l'air en mm/us */ const float SOUND_SPEED = 340.0 / 1000; /** Fonction setup() */ void setup() { /* Initialise le port série */ Serial.begin(115200); /* Initialise les broches */ pinMode(TRIGGER_PIN, OUTPUT); digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW); // La broche TRIGGER doit être à LOW au repos pinMode(ECHO_PIN, INPUT); } /** Fonction loop() */ void loop() { /* 1. Lance une mesure de distance en envoyant une impulsion HIGH de 10µs sur la broche TRIGGER */ digitalWrite(TRIGGER_PIN, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW); /* 2. Mesure le temps entre l'envoi de l'impulsion ultrasonique et uploads/Geographie/ mecatronique.pdf