Travaux Pratiques Arduino

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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

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.

Attention montage nécessite une photo-résistance" 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)

External ressource: http://arduino.cc/en/Tutorial/Graph

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

L'heure courante est récupérée par le port série de l'Arduino lors de l'initialisation. Elle peut être sauvegardée dans le module Real Time Clock Module RTC1307. 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).

Clockservo1.jpg Clockservo2.jpg

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

IMG 20110601 174111.jpgIMG 20110601 174132.jpg

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

IMG 20110601 174132.jpg

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

Comment brancher le clavier PS/2 :

  • rouge -> VCC +5V
  • noir -> GND
  • marron -> clock
  • blanc -> data

IMG 20110601 174111.jpg

Liens

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

IMG 20110601 174132.jpg

ARD07 Système stéréo

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

IMG 20110601 174148.jpg

ARD08 Horloge Réveil avec Afficheur LCD 2 lignes

Complexité : ++++

L'heure courante est récupérée par le port série de l'Arduino lors de l'initialisation. Elle peut être sauvegardée dans le module Real Time Clock Module RTC1307. L'heure courante peut être aussi réglée au moyen de boutons poussoirs du shield.

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

L'afficheur l'heure, le jour, le réveil la température de la pièce, ...


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 photo-resistance).

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.


Reflexgame.jpg

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.
SEM 08942 Weather station sensors


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:

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 :

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 : : File:WattmeterSerial.pde.txt


ArduiWattMeter

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 [1]

Mélodies :

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:

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:

  • 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.

Matériel

Matériel optionnel

ARD17 Feu de passage pieton

Cette manipulation consiste à gérer les feux d'un passage piéton. Matériel

  • 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

Matériel optionnel

  • 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)

Hydrometer1.jpg Hydrometer2.jpg

ARD19 Borne d'arcade

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

IMG 20110601 171823.jpg

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

Version plus sophistiquée du contrôleur

Arcade cabinet

ARD20 Arduway = Arduino + Lego NXT

Le Segway est un véhicule à 2 roues tenant en équilibre

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 :

  • 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 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.

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

ARD23 Metronome tactile

http://www.wayneandlayne.com/projects/metronome

Matériel

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

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)

Processing Shetch with Processing

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

Annexe 1 : matériel

Toolbox

AmI Teaching Case


  • 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

Arduino+hp.jpg

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 :

  • Rouge : +
  • Noir : -
  • Blanc : signal ?

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.


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

Écran LCD EL1602A

Spécifications

Comment le cabler

LCD bb.png


Images

Arduino el1602a 2.jpg Arduino el1602a 1.jpg

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

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

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