Exploring Arduino

1. La polyvalence d’Arduino : des clignotements simples aux systèmes complexes

Avec les outils dont vous disposez aujourd’hui, dont beaucoup seront présentés dans ce livre, vous avez la possibilité et la capacité de plier le monde physique à votre volonté.

De débutant à expert. La force de la plateforme Arduino réside dans son accessibilité, permettant aux novices de saisir rapidement les bases tout en offrant la profondeur nécessaire pour des projets complexes. En commençant par un simple programme de « clignotement », l’utilisateur peut progressivement acquérir les compétences pour créer des systèmes sophistiqués. Arduino peut ainsi se transformer en tout, d’un système d’arrosage automatique à un serveur web, voire un pilote automatique pour quadcoptère.

La puissance du microcontrôleur. Au cœur de chaque Arduino se trouve un microcontrôleur, un circuit intégré programmable qui fait office de « cerveau » du système. Ce microcontrôleur exécute les commandes, traite les données issues des capteurs et contrôle les actionneurs, permettant à Arduino d’interagir avec son environnement. Le langage de programmation Arduino simplifie l’accès aux périphériques du microcontrôleur, tels que les convertisseurs analogique-numérique (CAN), les broches d’entrée/sortie générales (GPIO) et les bus de communication.

L’avantage open source. La nature open source de la plateforme Arduino favorise une communauté collaborative et donne accès à une multitude de ressources. Les fichiers de conception, schémas et codes sources sont librement disponibles, permettant aux utilisateurs de personnaliser Arduino, de l’intégrer dans leurs propres projets et de contribuer au développement continu de la plateforme. Cet environnement collaboratif engendre une documentation en ligne abondante et un support facilitant la résolution de problèmes et l’apprentissage.

2. Maîtriser les entrées/sorties numériques : la base de l’interaction

En combinant les deux, vos possibilités deviennent presque illimitées.

Les briques numériques. Les entrées et sorties numériques constituent les éléments fondamentaux pour créer des projets interactifs avec Arduino. Les sorties numériques permettent à Arduino de contrôler des composants externes comme des LED ou des relais, tandis que les entrées numériques lui permettent de réagir à des stimuli externes tels que des appuis sur boutons ou des activations d’interrupteurs. En combinant entrées et sorties, vous pouvez concevoir des systèmes qui réagissent à leur environnement et exécutent des actions selon les commandes de l’utilisateur.

Contrôler le flux. Comprendre comment gérer les sorties numériques implique de définir la direction des broches, de câbler les composants externes et d’utiliser des structures de programmation comme les boucles for, les variables et les constantes. La modulation de largeur d’impulsion (PWM) permet d’émuler des sorties analogiques à partir de signaux numériques, vous offrant la possibilité de contrôler la luminosité des LED ou la vitesse des moteurs à courant continu.

Lire le monde. La lecture des entrées numériques nécessite de comprendre les résistances de tirage (pull-up) et de tirage vers la masse (pull-down), qui garantissent un état défini des broches d’entrée en l’absence de signal externe. Le rebond des interrupteurs, un problème courant avec les boutons mécaniques, peut être corrigé grâce à des techniques de filtrage logiciel.

3. Signaux analogiques : faire le lien entre le monde physique et le numérique

Le monde qui vous entoure est analogique.

La réalité analogique. Le monde physique est par nature analogique, avec des variations continues dans des phénomènes tels que la lumière, la température ou la pression. Pour interfacer ces signaux analogiques, Arduino utilise des convertisseurs analogique-numérique (CAN) qui traduisent des valeurs de tension continues en représentations numériques discrètes. La résolution du CAN détermine la précision de cette conversion, une résolution plus élevée offrant des mesures plus exactes.

Lire et réagir. La lecture des capteurs analogiques avec Arduino s’effectue via la fonction analogRead(), qui fournit des valeurs numériques correspondant aux niveaux de tension analogique. Ces valeurs peuvent ensuite être utilisées pour contrôler des sorties analogiques, comme la luminosité d’une LED, grâce à la modulation de largeur d’impulsion (PWM).

Diviseurs de tension. Des résistances variables, telles que les photorésistances et thermistances, peuvent servir à créer des capteurs analogiques personnalisés. En intégrant ces résistances dans des circuits diviseurs de tension, vous transformez les variations de résistance en variations de tension, lisibles ensuite par le CAN d’Arduino.

4. Transistors et moteurs : actionner le monde physique

Avec les outils dont vous disposez aujourd’hui, dont beaucoup seront présentés dans ce livre, vous avez la possibilité et la capacité de plier le monde physique à votre volonté.

Du code à l’action. Les transistors et moteurs permettent à Arduino de traduire des commandes numériques en actions physiques. Les transistors jouent le rôle d’interrupteurs commandés électriquement, autorisant Arduino à piloter des dispositifs à fort courant comme les moteurs à courant continu. En utilisant des transistors, vous isolez en toute sécurité Arduino des fortes demandes en courant des moteurs et autres actionneurs.

Contrôle des moteurs. Les moteurs à courant continu peuvent être contrôlés en vitesse et en sens de rotation grâce aux transistors et aux ponts en H. La modulation de largeur d’impulsion (PWM) permet de faire varier la vitesse d’un moteur en allumant et éteignant rapidement l’alimentation, tandis qu’un pont en H permet d’inverser le sens de rotation du moteur.

Construire un robot. En combinant moteurs, capteurs et transistors, vous pouvez créer un robot mobile capable d’interagir avec son environnement. Le choix des moteurs, des boîtes de vitesses et des sources d’alimentation est essentiel pour concevoir un robot fonctionnel et efficace.

5. Contrôle précis : servomoteurs et moteurs pas à pas

Arduino peut être un système automatique d’arrosage, un serveur web, ou même un pilote automatique de quadcoptère.

Précision des servomoteurs. Les servomoteurs offrent un positionnement angulaire précis, idéaux pour les applications nécessitant un mouvement contrôlé. Les servos standards tournent dans une plage limitée, tandis que les servos à rotation continue peuvent tourner sans fin. Le contrôle des servos s’effectue en envoyant des impulsions de durée variable à la broche de commande.

Exactitude des moteurs pas à pas. Les moteurs pas à pas assurent un mouvement précis par étapes, adaptés aux applications demandant un positionnement exact. Les moteurs pas à pas bipolaires fournissent un couple élevé à basse vitesse et sont couramment utilisés en robotique, impression 3D et machines CNC.

Applications. En combinant servomoteurs, moteurs pas à pas, capteurs et microcontrôleurs, vous pouvez créer une large gamme de systèmes automatisés, des capteurs de distance balayants aux chronographes de précision.

6. Ajouter du son : enrichir le retour utilisateur

Vous avez un excellent sens du timing. Comme j’aime souvent le dire, « nous vivons dans le futur ».

Dimension auditive. Ajouter du son à vos projets Arduino peut améliorer le retour utilisateur et rendre l’expérience plus immersive. Haut-parleurs et buzzers piézoélectriques permettent de générer une variété de sons, des simples tonalités aux mélodies complexes.

Principes du son. Comprendre les propriétés du son, telles que la fréquence et l’amplitude, est essentiel pour créer les effets sonores souhaités. La fréquence détermine la hauteur du son, tandis que l’amplitude en fixe le volume.

Son avec Arduino. La fonction tone() d’Arduino offre un moyen simple de générer des signaux carrés à des fréquences spécifiques, utilisables pour piloter des haut-parleurs et produire des sons. En combinant tone() avec des tableaux de notes et de durées, vous pouvez composer des séquences musicales complexes.

7. Communication USB : dialoguer avec votre ordinateur

En développant vos compétences en électronique, ces outils vous seront également utiles pour d’autres projets.

Passerelle vers le monde. La communication série USB établit un lien essentiel entre votre Arduino et votre ordinateur, vous permettant d’envoyer des données, de recevoir des commandes et de déboguer votre code. Le convertisseur USB-série intégré à Arduino simplifie la mise en place de cette connexion.

Impression et analyse. Les fonctions Serial.print() et Serial.println() permettent d’envoyer des données depuis Arduino vers le terminal série de votre ordinateur. Des caractères spéciaux, comme les tabulations et retours à la ligne, facilitent la mise en forme des sorties. La fonction Serial.parseInt() permet d’extraire des valeurs entières des données série entrantes.

Puissance du bureau. En utilisant un langage de programmation de bureau comme Processing, vous pouvez créer des interfaces graphiques interagissant avec votre Arduino via le port série. Cela vous permet de visualiser les données des capteurs, contrôler les actionneurs et concevoir des interfaces utilisateur plus sophistiquées.

8. Communication RF sans fil : la base du contrôle à distance

Avec les outils dont vous disposez aujourd’hui, dont beaucoup seront présentés dans ce livre, vous avez la possibilité et la capacité de plier le monde physique à votre volonté.

Contrôle sans fil. La communication RF sans fil offre un moyen simple de contrôler à distance vos projets Arduino. Les modules RF fonctionnent en émettant et recevant des ondes radio à des fréquences spécifiques.

Connaissance du spectre. Comprendre le spectre électromagnétique et les réglementations régionales est crucial pour utiliser légalement et efficacement les modules RF. Les bandes 315 MHz et 433 MHz sont couramment utilisées pour les transmissions sans licence, mais les règles varient selon les régions.

Modulation simple. Les modules RF utilisent souvent la modulation par déplacement d’amplitude (ASK) pour coder les données numériques sur une porteuse. En contrôlant la présence ou l’absence de la porteuse, vous pouvez transmettre des signaux binaires sans fil.

9. Connectivité Bluetooth : appareils intelligents et proximité

Il semble que chaque produit vendu aujourd’hui contienne un microcontrôleur. Tout est « intelligent » et la plupart de ces objets disposent aussi d’une connectivité téléphonique ou web.

Puissance à courte portée. La technologie Bluetooth permet une communication sans fil à courte portée entre votre Arduino et d’autres appareils, comme les smartphones et tablettes. Le Bluetooth Low Energy (BTLE) est une variante économe en énergie, idéale pour les dispositifs alimentés par batterie.

Profils et services. Les profils Bluetooth définissent les protocoles de communication pour des applications spécifiques, comme le streaming audio ou le transfert de données. Les appareils BTLE utilisent souvent le profil Generic Attribute (GATT) pour échanger des données de manière structurée.

Lien avec le smartphone. En utilisant un Arduino compatible BTLE et une application smartphone, vous pouvez créer des systèmes de contrôle sans fil réagissant à votre présence. Cela permet d’automatiser des tâches comme l’allumage des lumières ou le déverrouillage des portes à votre approche.

10. Wi-Fi et le cloud : connecter au monde

Il semble que chaque produit vendu aujourd’hui contienne un microcontrôleur. Tout est « intelligent » et la plupart de ces objets disposent aussi d’une connectivité téléphonique ou web.

Portée mondiale. La connectivité Wi-Fi permet à votre Arduino de communiquer avec des appareils partout dans le monde via Internet. En jouant le rôle de serveur web, votre Arduino peut diffuser des pages accessibles depuis n’importe quel navigateur.

Bases du réseau. Comprendre les concepts réseau tels que les adresses IP, la traduction d’adresses réseau (NAT) et le système de noms de domaine (DNS) est essentiel pour connecter votre Arduino à Internet. Les protocoles HTTP et HTTPS définissent les règles de communication sur le Web.

Contrôle web. En créant des formulaires HTML et en analysant les requêtes HTTP GET, vous pouvez piloter les broches d’entrée/sortie de votre Arduino depuis un navigateur web. Cela vous permet de concevoir des interfaces web personnalisées pour contrôler vos projets à distance.

Dernière mise à jour: April 13, 2025