Travaux Pratiques Arduino

=Travaux Pratiques : Faire parler les choses avec Arduino=

Introduction
La plateforme utilisée pour les travaux pratiques est la carte Arduino.

Préliminaires

 * installez sur votre poste de travail l'environnement de développement Arduino http://arduino.cc
 * installez sur votre poste de travail l'environnement de développement Processing http://processing.org
 * optionnel : installez l'éditeur de montage Fritzing. Il vous sera utile pour garder en mémoire les montages réalisés. http://fritzing.org/
 * téléchargez et dézippez les sources des projets
 * choisissez un mini-projet à réaliser : si vous terminez plus tôt, permuttez votre projet avec un autre groupe
 * récupérez la boite concernant le matériel nécessaire à la manipulation
 * branchez la carte Arduino Uno en installant éventuellement le pilote présent dans le répertoire arduino-0022\drivers


 * A la fin, pensez à remplir ce sondage anonyme pour donner votre avis sur le stage.

Documentation

 * Les transparents de cours [[Media:Phy-comp-etia.pdf | Physical Computing avec Arduino]] (d'autres transparents pas mal)
 * Une anti-séche sur Arduino [[Media:arduinocheatsheet.pdf]] (original)
 * Les montages électroniques possibles avec le Sparkfun Inventor Kit : s'en inspirer
 * livret en VO
 * livret en VF (copie de secours)
 * les schémas de branchement en VO
 * en VF http://www.sparkfun.com/news/636
 * Code couleur résistance http://www.robives.com/sites/default/files/premium/resistor.pdf
 * Code Arduino et Processing [[Media:Projects.tgz]] [[Media:Projects.zip]]

Premières Manipulations
Dans cette première partie, vous allez tester quelques programmes (appelés sketch) de base et les montages associés.

Clignotement d'une LED
Cette première manipulation permet de s'acclimater avec l'atelier Arduino, au chargement du programme sur la carte.

L'Arduino Uno est équipé de 13 entrées-sorties digitales (0,1) d'une tension de 0V ou 5V. Les ES 0 et 1 sont généralement affectées à la liaison série (RX TX de l'UART).

Cette manipulation montre la configuration d'une ES (13) en mode sortie (OUTPUT) et le positionnement en 0 ou 1 (LOW pour 0V et HIGH pour 5V). explications, code et montage

Gradation d'une LED avec le PWM
L'Arduino possède plusieurs sorties PWM (3,5,6,9,10,11) émulant des sorties analogiques entre 0 et 5V en envoyant à haute fréquence des implusions pour ou plus longues en fonction du voltage souhaité. Les valeurs à écrire sont entre 0 et 255 avec la fonction analogWrite(pin,val).

Ce montage montre comment faire une tension entre 0 et 5V avec potentiomètre.

explications, code et montage

Boutons poussoirs
Cette manipulation permet de récupérer l'état d'un bouton. Un montage avec résistance est requis pour fixer la valeur par défaut (Pull UP sur +vcc et Pull Down sur Gnd).

explications, code et montage

Potentiomètre
L'Arduino Uno est équipé de 6 entrées analogiques (A0 à A5) qui mesure une tension entre 0 et 5V et codée par un entier de 0 à 1023.

Dans cette manipulation, vous utiliserez un potentiomètre (en pont diviseur variable) pour faire varier la tension.

explications, code et montage

Modifiez ce sketch pour changer la fréquence de clignotement de la LED branchée sur le port 13.

Communication série
Complétez le sketch pour écrire sur la sortie série les valeurs lues sur l'entrée analogique (voir le programme Arduino Projects/SensorGrapher/graph). Visualisez les en utilisant le moniteur série de l'environnement Arduino.

Affichez ces valeurs transmises par l'Arduino sur votre hôte en utilisant le sketch Processing fourni dans les sources: /Projects/SensorGrapher/grapher.pde

Générez une application autonome à partir du sketch grapher (File>Export Application)

Retestez la communication avec l'application générée pour votre machine.

ATTENTION Il faut fermer les applications au fur et mesure afin de libérer le port série (COM ou /dev/ttyXX)

Servomoteur
Un servomoteur est un actionneur simple positionnant un "bras" d'un angle variant de 0 à 180°. Ce type d'actionneur est utilisé dans le modélisme.

Cette manipulation montre l'usage de la bibliothèque Servo qui utilise les sorties PWM.

explications, code et montage

Remarque: la couleur des 3 fils est
 * Ground: black or brown
 * Power: red
 * Control/Signal: orange, yellow or white (à connecter sur une sortie PWM)

Musique Maestro !
explications, code et montage

Vous pouvez compléter le sketch pour écrire sur la sortie série les notes jouées.

=Projets par binome=

ARD01 Horloge 3 cadrans

 * 1 Arduino Uno
 * 3 servomoteurs qui indiquent l'heure
 * 1 haut-parleur

L'heure courante est récupérée par le port série de l'Arduino lors de l'initialisation Le format est sur 6 chiffres 095410 pour 9h55 et 10 secondes L'heure courante peut être aussi réglée au moyen de boutons poussoirs branchés sur l'Arduino.

L'horloge peut fonctionner aussi en mode chronomètre (minute, seconde, centième) avec 4 boutons start, lap, stop, heure branchés sur l'Arduino.

Comme les coucous suisses, l'horloge peut jouer une mélodie à chaque demi-heure.

Le coucou suisse peut être inhibé quand la pièce est dans le noir (utilisation de photoresistance).



ARD02 Contrôleur de Jeux : Snake
Arduino pour la capture des 3+1 changements de direction

Plusieurs pad possibles
 * 4 boutons sur mini-breadboard
 * 1 nunchuk acceleration
 * 1 nunchuk joystick

Processing : Calcul et Affichage

Le code du jeu Snake est dans les exemples de l'atelier Processing.

Snake code

[[Media:Snake.pde.txt]]

ARD03a Asservissement par nunchuck

 * 1 arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 1 nunchuck + adaptateur
 * 1 servo-moteur



ARD03b Asservissement par nunchuck de deux aiguilles

 * 1 arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 1 nunchuck + adaptateur
 * 2 servo-moteur + aiguilles

ARD04 Affichage sur écran Nokia

 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 1 écran Nokia 5110 BW:Graphic_LCD_84x48_-_Nokia_5110



ARD05 Machine à écrire/Piano PS2
Les claviers et souris PS2 dorment dans vos placards. Ils peuvent être recyclés pour des manipulations rigoles (machines à écrire des SMS ou des tweets, pianos, gamepads, ...) avec l'Arduino. Vous pouvez le brancher sur une prise femelle brochée sur une carte fille. Si vous n'en avez pas, découpez carrement le cable et sondez les fils sur un support d'IC. Voici les codes couleurs http://en.wikipedia.org/wiki/PS/2_connector#Color_code. Matériel
 * Clavier PS2
 * Graphic LCD 84x48 - Nokia 5110 ?
 * Twitter depuis Arduino ? (il faudrait fournir la passerelle Arduino --> Twitter via RXTX)

Comment brancher le clavier PS/2 :
 * rouge -> VCC +5V
 * noir -> GND
 * marron -> clock
 * blanc -> data



Liens
 * http://www.arduino.cc/playground/ComponentLib/Ps2mouse
 * http://www.practicalarduino.com/projects/ps2-keyboard-or-mouse
 * Clavier testé avec le programme disponible ici : http://www.arduino.cc/playground/Main/PS2KeyboardExt2
 * http://blog.blprnt.com/blog/blprnt/quick-tutorial-twitter-processing
 * http://www.arduino.cc/playground/Main/PS2Keyboard

PS2TWIT
Voici quelles pourraient etre les commandes. LOGIN username:password TWIT Top mon stage PEIP TWIT Arduino c'est trop top LOGOUT

ARD06 Clavier musical 7 buttons

 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 7 buttons
 * 1 haut-parleur



ARD07 Système stéréo

 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 2 haut-parleurs



ARD08 Afficheur LCD 2 lignes

 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 1 alimentation externe
 * 1 potentiomètre
 * 1 afficheur EL1602A



ARD09 Jeux de reflexe
Matériel : boutons (1 par joueur), LED, afficheur 7 segments (1 par joueur), bouton de reset

Jeu de reflexe à 2,3,4.


 * Chaque joueur qui appuie le premier sur son bouton après un signal (sonore ou lumineux) gagne 1 point. Les joueurs doit enfoncer en moins de 5 secondes.
 * Un joueur appuyant avant le signal est pénalisé des 2 points (-2 pts). Un signal lunimeux ou sonore indique la fin du tour et marque le début du tour suivant.
 * La partie est terminée quand un joueur atteint 10 points.
 * Au reset, les joueurs recommencent une partie (prévoir un bouton pour le reset)
 * Les points de chaque joueur peuvent s'afficher sur une afficheur 7 segments et être envoyé par le port série à une application Processing pour affichage.


 * Fonction de tirage pseudo aléatoire sur Arduino : fonction random http://www.arduino.cc/en/Reference/Random
 * Fonction de tirage aléatoire sur Arduino (requiert du hard): http://robseward.com/misc/RNG2/
 * Base de code [[Media:Reflexe.pde.txt]]



ARD09b Reflexe II : le retour
Matériel : boutons (2 par joueur), LED de 2 couleurs différentes, afficheur 7 segments (1 par joueur), bouton de reset

Variante du Jeu de reflexe à 2,3,4.


 * Chaque joueur qui appuie le premier sur un bouton correspondant à un signal lumineux de la couleur correspondante gagne 1 point. S'il se trompe, il ne gagne pas de points
 * Un joueur appuyant avant le signal est pénalisé des 2 points (-2 pts).
 * La suite est identique ensuite !

ARD10 Station Météo (Homebrew Weather Station)
Ce projet propose la réalisation d'une station météo basique mesurant les températures, l'indice UV, ... L'affichage sur l'écran Nokia 5110 présente les mesures courantes, minimales et maximales. La version minimale utilise un ou deux capteurs de température.

La version élaborée peut
 * comporter des capteurs supplémentaires : hygrometrie, anémomêtre, girouette, pluie ...
 * afficher des icones bitmap sur l'écran (soleil, pluie, ...). Elles peuvent être générées avec l'outil http://en.radzio.dxp.pl/bitmap_converter/.
 * exporter les mesures vers le port série au format CSV. Une application Processing ou Processing.JS peut afficher ou qu'un pont peut publier vers Pachube).
 * proposer des seuils d'alarme programmable par l'utilisateur. Le franchissement de seuil fait bipper le haut parleur de la station pendant 30 secondes.



Matériel :
 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 1 écran Nokia 5110 BW
 * 1 photo résistance (optionnel)
 * 2 capteurs (DS1820 ou TMP36) pour les températures (intérieure, extérieure)
 * 3 boutons pour changer le mode d'affichage les données en alternatif (courant, min, max, ...) ou le réglage des seuils (température min ou max)
 * 1 haut parleur pour bipper lors de franchissement de seuil
 * capteurs météo additionnels

Liens:
 * DS1820
 * http://www.arduino.cc/playground/Learning/OneWire
 * http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS18S20.pdf
 * http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1209105786/2
 * TMP36
 * http://www.ladyada.net/learn/sensors/tmp36.html
 * http://www.sparkfun.com/tutorial/AIK/ARDX-EG-SPAR-WEB-REV10.pdf#page=28
 * Capteurs météo
 * SEN-08942
 * Rechange WS2300

Voir le chapitre 13 du livre Jonathan Oxer, Hugh Blemings, Practical Arduino: Cool Projects for Open Source Hardware, http://www.practicalarduino.com/projects/weather-station-receiver qui récupère les données des capteurs météo d'une station WS2355 en RF 433 MHz.

ARD11 Jeu de mémoire Simon
Simon est un jeu de mémoire très populaire fin des années 70.

Il peut être implémenté très simplement au moyen d'un Arduino.

Matériel :
 * 1 Arduino + câble USB
 * 1 breadboard
 * 4 boutons poussoirs intégrant des LED (en 2 couleurs) (protégez les Led intégrées au moyen de résistance).
 * 1 buzzer

ARD12 Arduino sur Pachube
Pachube est un serveur de stockage et d'affichage (ie publication) de mesures collectés par des capteurs. L'API est basée sur REST et le format de représentation des mesures collectées est EEML (Extended Environments Markup Language). Il existe une implémentation d'un client REST EEML en java : JPachube.

En utilisant la bibliothèque RXTX et JPachube, écrivez un pont publiant sur Pachube les mesures d'un entrée analogique d'un Arduino connecté par le port série.

ARD13 DIY Wattmeter
ATTENTION: cette manipulation comporte des risques car on manipule des fils en 220 V !

Matériel: une pince ampérométrique, une rallonge électrique (courte), un boitier électrique isolant

Le programme est assez simple : :



ARD 14 Réveil matin
Arduino : utilisé pour déclencher la mélodie (une partition) à une heure définie Processing : communique avec l'arduino sur le port série pour configurer l'heure courante, l'heure de réveil, et la mélodie choisie. Dans un premier temps, le moniteur série de l'IDE Ardiuno est suffisant.

Réglage initial de l'heure

Mélodies :
 * Star Wars, marche impériale
 * Two tigers song (nécessite 2 hauts-parleurs; à tester)
 * Les Simpson (partition á trouver http://up.sur-la-toile.com/s9m6 )

Matériel :
 * 1 Arduino Uno
 * 1 Haut-parleur (de PC)
 * 1 Haut-parler supplémentaire pour la stéréo
 * 1 LCD ou écran Nokia
 * 1 Photorésistance pour le reglage automatique de la luminosité de l'écran LCD
 * 1 Thermorésistance pour mesurer la température de la chambre

Une extension possible est le réveil moniteur physiologique iCoolSleep.

Utilitaires:
 * MidiNotate Player - convertissez des fichiers MIDI en partitions http://www.libellules.ch/dotclear/index.php?post/2005/07/15/491-midinotate-player---convertissez-des-fichiers-midi-en-partitions

ARD15 Arduinoscope (aka Poorman scope)
http://code.google.com/p/arduinoscope

ARD16 Centrale d'alarme anti intrusion
Cette centrale d'alarme anti intrusion fonctionne selon le principe suivante: Matériel
 * Dans la phase d'initialisation, l'utilisateur configure le code d'activation ou de désactivation de l'alarme au moyen du keypad. Le code est stocké dans l'EEPROM de l'Arduino.
 * Pour activer l'alarme, l'utilisateur entre le code. L'alarme bippe lentement pendant 15 secondes. Seul le contacteur de l'entrée principale peut être ouvert pendant cette période. Si un autre contacteur est resté ouverte, l'alarme prévient l'usager avec un autre son.
 * Pour désactiver l'alarme, l'utilisateur qui a ouvert la porte principale a 10 secondes pour entrer le code. Si le code n'est pas entré ou qu'il est erroné, l'alarme fait hurler la sirène.
 * Quand elle est active, l'alarme fait immédiatement hurler la sirène quand les contacteurs (autre que celui de la porte principale sont ouverts.
 * 1 Arduino
 * 1 Buzzer simple
 * 1 Keypad 12 touches
 * 1 ou plus détecteurs de contact
 * Magnetic Door Switch
 * Hall effect sensor

Matériel optionnel
 * 1 afficheur LCD
 * 1 scream out loud - 110dBA fixed tone Siren
 * 1 alimentation 12V
 * 1 modem AT GSM (vieux téléphone portable possédant une liaison série) pour l'envoi de SMS.
 * 1 ou plus détecteurs (radar) de mouvement
 * SEN-08630 PIR Motion Sensor

ARD17 Feu de passage pieton
Cette manipulation consiste à gérer les feux d'un passage piéton. Matériel Matériel optionnel
 * 1 Arduino
 * 3 LED rouge, jaune et verte pour le feu voiture
 * 2 LED rouge et verte pour le feu piéton
 * 1 bouton pour l'appel piéton
 * 1 buzzer

ARD18 Plus belle ma plante
Arduino pour la mesure de l'hygromêtrie d'une plante Cadran à Servomoteur

Processing : Affichage (dont graphe historique)



Commandes

 * 1 Arduino Uno
 * 1 joystick
 * 4 buttons

Arduino pour la capture des 3+1 changements de direction

Plusieurs pad possibles
 * 4 boutons sur mini-breadboard
 * 1 nunchuk acceleration
 * 1 nunchuk joystick



Calcul et Affichage des jeux
En Processing : de nombreuses collections de jeux sont disponibles sur http://www.openprocessing.org

Bonus:
 * 1) ajoutez un menu d'accueil pour la selection des jeux
 * 2) ajoutez un Hall of Fame pour les joueurs

Jeu de serpent (Snake)
http://www.openprocessing.org/visuals/?visualID=27164

Snake code

[[Media:Snake.pde.txt]]

Autres

 * Tetris http://null-null.net/works/sketch/3dp5tetris/
 * Space Invaders http://www.openprocessing.org/visuals/?visualID=6572
 * Game console shield http://homes.esat.kuleuven.be/~kdecraem/IEEESB_Arduino_Gameshield.pdf

Version plus sophistiquée du contrôleur
Arcade cabinet
 * http://spectrum.ieee.org/geek-life/tools-toys/building-your-own-arcade-game
 * http://www.projectarcade.com
 * http://mame.velociworks.com et http://mame.velociworks.com/plans.html
 * Giant Nintendo Controller

ARD20 Arduway = Arduino + Lego NXT
Le Segway est un véhicule à 2 roues tenant en équilibre
 * http://www.youtube.com/watch?v=Tw9Jr-SPL0Y
 * http://www.robotshop.com/gorobotics/articles/lego-mindstorm-nxt-arduino

ARD21 Au feu les pompiers !
Ce manipulation consiste à rendre communicant un détecteur de fumée du commerce. Ces détecteurs bas de gamme (5 à 10 euros) peuvent être hackés pour récupérer les informations suivantes : Le hack consiste à mesurer le voltage (entre 0 et 9 volt) au niveau de la LED temoin ou du haut parleur. Certains modèles intègrent 2 pins qui sont wrappables ou soudables.
 * présence de fumée : déclenchement de la sirène intégrée pendant plusieurs dizaines de secondes
 * appui du boutons de test : déclenchement de la sirène intégrée pendant quelques secondes
 * batterie faible : déclenchement d'un twit faible et court de temps en temps.

Le programme Arduino consiste à déterminer ces 3 cas !

ARD22 Tablette d'écriture manuscrite
Cette manipulation consiste à saisir des formes (symbole, caractère) manuscrite sur une surface "tactile" (écran tactile de Nintendo DS) et à afficher les formes saisies au moyen d'une application Processing. On ne vous demandera dans cette exercice de reconnaître les formes. Cependant, il sera intéressant de reconnaître la forme correspondant à la suppression de dernière forme écrite (par exemple, droite horizontale partant de droite à gauche.

Matériel
 * 1 Arduino
 * 1 écran de DS Nintendo + connecteur

ARD23 Metronome tactile
http://www.wayneandlayne.com/projects/metronome

Matériel
 * 1 Arduino
 * 1 Afficheur TM1638
 * 1 HP Piezo

ARD24 Cage d'ascenseur
Cette manipulation propose de réaliser le programme de pilotage d'une cage d'ascenceur Matériel
 * 1 Arduino
 * 1 Afficheur TM1638
 * 1 HP
 * 1 Servo moteur (pour la porte)
 * 1 moteur pas a pas (pour le cable)

ARD25 Airmonica
Matériel
 * 1 Arduino
 * 1 HP
 * 1 Nunchunk + adapteur

Voir http://www.engeldinger.com/services/latest-project/airmonica

Bonus : Guitar Hero
Arduino : gamepad : breadboard avec 4 ou 6 boutons, haut parleur, diode LED, afficheur graphique, ...

Processing : affichage (ie c'est tres proche de l'attrapage des boules !

Servo Face Driven
Webcam + Arduino + 2 servomoteurs + 2 balles de ping pong + 1 masque

Voir http://www.instructables.com/id/Servo-driven-face/?ALLSTEPS

Bonus : Robot Lamp

 * http://www.instructables.com/id/The-IKEA-Robot-Lamp-Adding-the-servos/?ALLSTEPS
 * IKEA TERTIAL Lamp http://www.ikea.com/fr/fr/catalog/products/60370183/

Bonus: noduino
noduino :JavaScript and Node.js Framework for accessing basic Arduino controls from Web Applications http://bit.ly/T8mJsf

Bonus: Firmata
Firmata est un portocole d'échange de données entre un micro-controleur et un hôte (Linux, Windows, MacOS X) via une liaison série (USB, RS323, Bluetooth, Zigbee)



1.1) Téléchargez et décompressez http://firmata.org/wiki/Download#Arduino.2FWiring dans ~/Arduino

1.2) Depuis Arduino, Ouvrez et chargez Exemples > Firmata > AllInputsFirmata

2.1) Telechargez http://arduino.cc/playground/uploads/Interfacing/processing-arduino.zip et décompressez dans ~/Processing/Libraries

2.2) Depuis Processing, Ouvrez et Lancez Sketchbook > Libraries > arduino > examples > arduino_output

Liens

 * http://arduino.cc/playground/Interfacing/ProcesssHackForFirmata
 * http://www.arduino.cc/playground/Interfacing/Processing
 * http://mediawiki.e-apprendre.net/index.php/Firmata_et_Java

=Annexe 1 : matériel=

=Toolbox=


 * 3 écrans Graphic LCD 84x48 - Nokia 5110
 * 1 écran LCD EL 1602A
 * 3 Nunchunks
 * 4 Speaker PC (PWM sur HP de PC/buzzer) + 1 haut-parleur stéréo de pc portable
 * 1 contrôleur Super Nintendo Controller Brochage
 * 4 thermo-résistances LM335
 * 2 DS1820
 * 18 Potentiomètre (pad, réglage luminosité, music speed, ...)
 * Cadran et aiguille pour Servomoteur (utilisez les couvercles de boite de ramette de papier)
 * Carton schotch double face

Haut-parleurs
La photo ci dessous presente un montage simple de 2 haut-parleurs récupérés sur un vieux portable pour jouer des morceaux en stéreo



Voici un exemple de code pour jouer la Marche Impériale de la Guerre des Etoiles en mono [[Media:ImperialMarch.pde.txt]]

Nunchuck
Nunchuck + servomoteur

Ventilateur
Couleurs : Bien qu'il tourne, je pense que l'alimentation par le port usb seule n'est pas suffisante : il faudrait ajouter le connecteur AC-DC.
 * Rouge : +
 * Noir : -
 * Blanc : signal ?

Servomoteur
voir servomoteurs

Super Nintendo Controller
Référence

Une librairie pour utiliser le contrôleur + pin description

NES female connector

1 	+5v 	       White 2 	Data Clock 	Yellow/Red 3 	Data Latch 	Orange 4 	Serial Data 	Red/Yellow ---    separator       - 5 	N/C 	       - 6 	N/C 	       - 7 	Ground 	       Brown

Spécifications

 * Référence rapide (1 page)
 * Référence complète - comment le programmer

Images


Notes :
 * La résistance est une résistance de 10k.
 * Le potentiomètre permet de régler le contraste. Sans cela l'écran apparaît vide.
 * L'alimentation externe n'est pas nécessaire mais préférable : sans cela l'affichage est faible.

Exemples de code
Dans le logiciel Arduino, des exemples peuvent être trouvés dans le menu File -> Examples -> LiquidCrystal

Écran LCD Philips PCD8544 (Nokia 3310 & 5110)
Écran graphique 84x48 pixels NB: Graphic_LCD_84x48_-_Nokia_5110


 * Boutique http://www.sparkfun.com/products/10168
 * Code pour l'Arduino http://www.arduino.cc/playground/Code/PCD8544
 * Bitmap convertor http://en.radzio.dxp.pl/bitmap_converter/

Molette de Souris
Molette de Souris

NXT Sensors
Il est possible de brancher des capteurs et actuateurs I2C du Lego Mindstorm NXT sur l'Arduino
 * https://launchpad.net/nxti2cdevice
 * http://www.robotshop.com/gorobotics/articles/lego-mindstorm-nxt-arduino
 * http://robotclub.ab.ca/articles/33