I-Ardouino:
I-1-
Definition:
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…
Une carte
Arduino est un cerveau qui permet de rendre intelligent des systèmes
électroniques et d'animer des dispositifs mécaniques.
L'image
ci-dessous montre une carte Arduino Uno qui est très utilisée pour débuter.
Le projet
« Arduino » a été initié par un groupe d'enseignants et d'étudiants d'une école
de design italienne en 2004 – 2005.
Les
utilisateurs d'Arduino sont : des « bidouilleurs » dont beaucoup ont des connaissances
très limitées en électronique ; des artistes qui ont besoin d'animer leurs
œuvres ou de créer des interactions avec elles ; des étudiants et des élèves (y
compris de collèges)
Fig: 01: Une carte Arduino Uno avec ses connecteurs.
Fig: 01: Principe de travail Arduino .
I-2-Types
de cartes Arduino
Au fil des
ans, les concepteurs d'Arduino.cc ont mis au point un certain nombre de modèles
de cartes. La première carte Arduino, la Diecimila, est sortie en 2007. Et
depuis, la famille Arduino a évoluée pour tirer parti des différents types de
micro-processeurs Atmel.
La Due,
sortie en 2012, est la première Arduino à utiliser un
processeur ARM Cortex-M3 32 bits. Elle se démarque du reste de la
famille en termes de puissance de traitement et de configuration du brochage de
la carte.
D'autres
cartes, comme la LilyPad et la Nano, n'ont pas le même brochage
également et sont destinées à une gamme différente d'applications plutôt « mobiles ».
Dans le cas de la LilyPad c'est pour une intégration facile dans les vêtements
et les tissus . La Esplora intègre des capteurs et des actionneurs et
la taille compacte des Mini, Micro et Nano les
prédestinent à des applications miniatures, légères et discrètes
.
|
Version
de carte |
Année
de sortie |
Micro-contrôlleur |
|
Diecimila |
2007 |
ATmega168V |
|
LilyPad |
2007 |
ATmega168V/ATmega328V |
|
Nano |
2008 |
ATmega328/ATmega168 |
|
Mini |
2008 |
ATmega168 |
|
Mini
Pro |
2008 |
ATmega328 |
|
Duemilanove |
2008 |
ATmega168/ATmega328 |
|
Mega |
2009 |
ATmega1280 |
|
Fio |
2010 |
ATmega328P |
|
Mega
2560 |
2010 |
ATmega2560 |
|
Uno |
2010 |
ATmega328P |
|
Ethernet |
2011 |
ATmega328 |
|
Mega
ADK |
2011 |
ATmega2560 |
|
Leonardo |
2012 |
ATmega32U4 |
|
Micro |
2012 |
ATmega32U4 |
|
Yún |
2013 |
ATmega32U4
+Linino |
Tab 01: Chronologie des sorties
de cartes Arduino
Lorsque plusieurs types de micro-contrôleurs sont
indiqués, cela signifie qu'une première version à été produite avec le premier
type et plus tard avec l'autre (généralement plus puissant). Par exemple, une
version plus ancienne du Duemilanove aura un ATmega168, alors que les modèles
plus récents auront le ATmega328. Fonctionnellement, l'ATmega168 et l'ATmega328
sont identiques, mais l'ATmega328 a davantage de mémoire interne.
Les derniers ajouts à la famille Arduino, Leonardo,
Esplora, Micro et Yún, utilisent tous le micro-contrôleur ATmega32U4. Si ce
dernier est similaire à un ATmega328, il intègre également un composant
d'interface série USB, ce qui élimine un circuit intégré (routage plus facile)
comme celui présent sur les cartes Uno et Duemilanove (ATmega16U2, FT232RL).
Les images suivantes montrent la grande diversité des
formes physiques et des applications envisagées de l'Arduino. Ce n'est pas une
liste exhaustive car de nouveaux types et des mises à jour de types existants
sont périodiquement produits.
Fig: 02: la grande diversité des formes physiques et des
applications envisagées de l'Arduino.
·
Arduino Uno: Le Uno est un excellent choix pour votre premier Arduino.
·
LilyPad Arduino: utilisé pour le textile électronique portable.
·
Mega Arduino: L'Arduino Mega est comme le grand frère de l'ONU. Il a beaucoup
(54 !) De broches d'entrée/sortie numériques.
·
Arduino Leonardo: première carte de développement d'Arduino à utiliser un
microcontrôleur avec USB intégré. C'est moins cher et plus simple. Les
bibliothèques de codes permettent à la carte d'émuler un clavier d'ordinateur,
une souris, etc.
I-3-Modules électroniques et shields:
Il existe toute sorte de mini-cartes qui sont
utilisables avec arduino. Il sera alors facile de réaliser et d'expérimenter un
montage spécifique avec des cartes précâblées comme des capteurs de
température, un module de détection à ultra-sons, un afficheur à LED…
Fig: 03 Modules
électroniques et shields
Shields:
Les
shields sont des cartes électroniques compatibles broche à broche avec les
connecteurs d'une carte arduino. Ce sont de véritables extensions augmentant
les capacités d'une arduino de base.
*Les
créateurs de Arduino ont développé un logiciel pour que la programmation des
cartes arduino soit visuelle, simple et complète à la fois. C'est ce que l'on
appelle une IDE, qui signifie Integrated Development Environment ou
Environnement de Développement « Intégré » en français (donc EDI).
L'IDE
Arduino est le logiciel qui permet de programmer les cartes Arduino.
L'IDE
affiche une fenêtre graphique qui contient un éditeur de texte et tous les
outils nécessaires à l'activité de programmation.
Vous
pouvez donc saisir votre programme, l'enregistrer, le compiler, le vérifier, le
transférer sur une carte arduino…
A
la date de rédaction de cette lines, la version la plus récente de l'IDE
Arduino est la 1.8.10. L'aspect est à peu près identique sur chaque plate-forme
(Windows, Mac et Linux). L'image suivante montre l'écran initial qui apparaît
au lancement de l'IDE.
Fig: 04: L'écran principal de l'IDE Arduino au
démarrage
II- RFID RC522:
II-1- definition :
RFID «Radio-Frequency
IDentification» est une technologie pour laquelle les données numériques codées
dans des étiquettes RFID ou « tags ». Elles sont capturées par un lecteur via
des ondes radio. La RFID est similaire aux codes barres dans la mesure où les
données d’une étiquette sont capturées par un appareil qui stocke les données
dans une base de données. La RFID présente toutefois plusieurs avantages par
rapport aux systèmes utilisant un logiciel de suivi des actifs de codes barres.
En effet, le code barre nécessite un
scanner optique.
La RFID appartient à un groupe de technologies appelées
Automatic Identification and Data Capture (AIDC). Les méthodes AIDC identifient
automatiquement les objets, collectent des données les saisissent directement
dans des systèmes informatiques avec une intervention humaine minime. Les
méthodes RFID utilisent des ondes radio pour y parvenir. À un niveau simple,
les systèmes RFID se composent de trois composants: une étiquette RFID « RFID
tag », un lecteur RFID et une antenne. Les étiquettes RFID contiennent un
circuit intégré et une antenne, qui permettent de transmettre des données au
lecteur RFID. Le lecteur convertit ensuite les ondes radio en une forme de
données plus utilisable. Les informations collectées à partir des étiquettes
sont ensuite transférées via une interface de communication vers un système
informatique hôte pour les traitements ultérieurs.
La technologie RFID basée sur des transferts d’énergie par
liaison radio en utilisant des antennes électromagnétiques. Pour la mettre en
application, il est nécessaire de disposer de marqueurs (étiquettes, tags ou
puces RFID) et d’un lecteur RFID.
II-2-Applications
:
- Gestion de l’inventaire
- Suivi des actifs
- Suivi du personnel
- Contrôle de l’accès aux
zones restreintes
- Badge d’identification
- Gestion de la chaîne
logistique
- Prévention de la
contrefaçon (par exemple dans l’industrie pharmaceutique).
Fig 05: Fonctionnement du projet contrôle d’accès par
badge avec Arduino
L’application consiste l’ouverture d’une
porte en utilisant un badge. Le lecteur RFID couplé à la carte Arduino permet
de détecter un badge enregistré ou non. Lorsque l’utilisateur est reconnu, le
système déclenche l’ouverture de la porte ou une alarme dans le cas échéant.
L’utilisateur à droit de trois tentatives. Le nombre de tentatives est
ajustable par le programme Arduino. Ci-dessous les éléments constituant le
projet ainsi leurs fonctionnements.
RFID-RC522 : Lecteur du badge
Carte Arduino : Elle est couplée avec le lecteur
RFID. Elle permet de détecter la présence du badge, reconnaitre son identifiant
(code du badge). Elle sert également à activer l’ouverture de la porte ou
l’alarme
LED verte : Voyant indiquant l’ouverture de la
porte. La LED s’allume pendant une seconde lorsqu’un badge reconnu est détecté.
Elle reste éteinte dans le cas contraire
LED rouge : Voyant indiquant la détection d’un
Fau badge (identifiant non reconnu du badge). La LED rouge s’allume pendant une
seconde puis s’éteint pour chaque fausse détection. Lorsque le nombre de
tentatives est atteint, la LED rouge clignote en boucle infinie en état
d’alarme. Aucune moyenne n’est possible pour réactiver le système à part la
réinitialisation de la carte Arduino.
III-LCD (Afichage):
LCD signifie affichage à cristaux liquides.
Fondamentalement, tous les écrans peuvent être utilisés avec Arduino, y compris
affichage LCD à caractères alphanumériques, écran LCD graphique monochrome,
écran LCD TFT couleur, Écran LCD IPS. Il peut également être utilisé pour des écrans
non LCD tels que : Affichage PMOLED, Écran AMOLED, Écrans E-ink (E-paper).
Orient Display a développé des écrans d'interface facile (SPI, I2C) qui peuvent
être facilement utilisés avec Arduino
Les écrans LCD ont d'abord été utilisés pour les montres
et les calculatrices. Maintenant, la technologie d'affichage LCD domine le
monde de l'affichage, elle peut être trouvée dans les appareils portables, les
maisons intelligentes, les téléphones portables, les téléviseurs, les
ordinateurs portables, les moniteurs, les kiosques, le cockpit d'avion, les
appareils photo numériques, les instruments de laboratoire, le réseau
électrique, etc.
L'écran LCD lui-même peut émettre de la lumière
lui-même. Il doit utiliser des sources lumineuses extérieures. Le module d'affichage
LCD comprend normalement une vitre LCD (ou un panneau LCD), un circuit de
commande LCD (peut être COG, COB ou TAB) et un rétroéclairage.
- écran LCD 16×2:
Un écran LCD 16*2 est en fait un module LCD basique et
simple d'utilisation. Il comprend une vitre LCD, une carte de contrôle LCD COB
(Chip on PCB Board), un rétroéclairage, un zèbre pour connecter une vitre LCD
et une carte de contrôle et une lunette pour tout maintenir ensemble. L'écran
LCD 16 × 2 peut afficher 16 caractères par ligne et il y a deux lignes. Chaque
caractère a 5 × 7 pixels de matrice de points et le curseur en dessous. Tous
les écrans LCD 16 × 2 utilisaient à l'origine le pilote Hitachi HD44780
standard. Bien sûr, le légendaire contrôleur HD44780 avait une fin de vie il y
a longtemps. Tous les écrans LCD 16 × 2 utilisent des contrôleurs LCD
compatibles HD44780. Certains d'entre eux sont des remplacements de gouttes,
d'autres nécessitent de modifier un peu le code d'initialisation
.
Fig 06: écran LCD 16×2.
Définition du brochage de l'écran LCD 16 × 2:
Pin1
(Ground/Source Pin) : Il s'agit d'une broche GND d'affichage, utilisée pour
connecter la borne GND de l'unité de microcontrôleur ou de la source
d'alimentation.
Pin2
(VCC/Source Pin) : Il s'agit de la broche d'alimentation en tension de l'écran,
utilisée pour connecter la broche d'alimentation de la source d'alimentation.
Pin3
(V0/VEE/Control Pin) : Cette broche régule la différence de l'affichage,
utilisée pour connecter un POT variable pouvant fournir 0 à 5V.
Broche
4 (broche RS ou broche de sélection/contrôle de registre) : cette broche
bascule entre le registre de commande ou de données, utilisé pour connecter une
broche d'unité de microcontrôleur et obtient 0 ou 1 (0 = mode de données et 1 =
mode de commande).
Broche
5 (lecture/écriture/broche de contrôle) : cette broche bascule l'affichage
entre les opérations de lecture ou d'écriture, et elle est connectée à une
broche de l'unité de microcontrôleur pour obtenir 0 ou 1 (0 = opération
d'écriture et 1 = opération de lecture).
Broche
6 (Activer la broche/Broche de contrôle) : Cette broche doit être
maintenue haute pour exécuter le processus de lecture/écriture, et elle est
connectée à l'unité du microcontrôleur et constamment maintenue haute.
Broches
7-14 (broches de données) : ces broches sont utilisées pour envoyer des
données à l'écran. Ces broches sont connectées en modes deux fils comme le mode
4 bits et le mode 8 bits. En mode 4 fils, seules quatre broches sont connectées
à l'unité de microcontrôleur comme 0 à 3, alors qu'en mode 8 fils, 8 broches
sont connectées à l'unité de microcontrôleur comme 0 à 7.
Pin15
(+ve, ou une broche ou une broche d'anode de rétroéclairage LED): Cette broche
est connectée à une alimentation +5V.
Broche
16 (-ve, ou broche K ou broche cathodique de rétroéclairage LED) : cette
broche est connectée à GND.
Registre
d'affichage LCD 16 × 2
Un
écran LCD 16 × 2 a deux registres comme un registre de données et un registre
de commande. Le RS (register select) est principalement utilisé pour passer
d'un registre à un autre. Lorsque l'ensemble de registres est « 0 »,
il est alors appelé registre de commande. De même, lorsque l'ensemble de
registres est « 1 », il est alors appelé registre de données.
Registre
de commande : La fonction principale du registre de commande est de stocker les
instructions de commande qui sont données à l'affichage. Ainsi, des tâches
prédéfinies peuvent être effectuées, telles que l'effacement de l'affichage,
l'initialisation, la définition de l'emplacement du curseur et le contrôle de l'affichage.
Ici, le traitement des commandes peut avoir lieu dans le registre.
Registre
de données : la fonction principale du registre de données est de stocker
les informations qui doivent être affichées sur l'écran LCD. Ici, la valeur
ASCII du caractère est l'information qui doit être affichée sur l'écran LCD.
Chaque fois que nous envoyons les informations à LCD, elles sont transmises au
registre de données, puis le processus commencera là-bas. Lorsque le registre
est défini sur =1, le registre de données sera sélectionné.
Fig 07: Définition du
brochage de l'écran LCD 16 × 2
VI-Buzzer:
Il est possible d’émettre des sons à l’aide d’un
microcontrôleur en branchant un buzzer sur une de ses sorties. Lorsqu’on veut
créer une interface utilisateur, il est agréable d’avoir un retour selon les
actions effectuées que ce soit un affichage, une lumière qui s’allume, ou
change de couleur, ou encore un son. Nous allons voir dans ce tutoriel comment
utilisé un buzzer (ou haut-parleur piézoélectrique).
Fig 07: Buzzer
Matériel
·
Ordinateur
·
Arduino UNO
·
Câble USB A
Mâle/B Mâle
·
Buzzer
Principe de
fonctionnement
Un buzzer est une sorte de haut-parleur mais de faible
puissance qui va émettre un son en fonction de la fréquence et amplitude de
vibration. Il permet de jouer des notes et de recréer des mélodies simples. Si
vous souhaitez jouer des sons comme de la musique ou des voix, il vous faudra
utiliser un haut-parleur avec un amplificateur audio qui viendra jouer un
fichier audio stocké sur une carte SD.
Pour jouer des fichiers audio, vous pouvez suivre
ce tutoriel.
Schéma
Un buzzer étant de faible puissance, il peut être branché
directement sur le microcontrôleur sur n’importe laquelle de ses broches de
sorties. Dans ce tutoriel, nous branchons la borne – du buzzer au GND et la
borne + à la sortie digitale 2.
Fig 08: Schéma d'instalation de Buzzer
V-Résistance:
Résistances - le plus courant des composants
électroniques. Elles constituent une pièce essentielle dans presque tous les
circuits. Et elles jouent un rôle majeur dans notre équation favorite, la loi
d'Ohm.
Fig 09: Les Résistances
Les résistances sont des composants
électroniques qui ont une résistance électrique spécifique, qui ne change
jamais. La résistance limite le flux d'électrons à travers un circuit.
Ce sont des composants passifs, c'est-à-dire qu'ils ne font que consommer de
l'énergie (et ne peuvent pas la générer). Les résistances sont généralement
ajoutées aux circuits où elles complètent des composants actifs comme les
amplificateurs, les microcontrôleurs et autres circuits intégrés. Les
résistances sont généralement utilisées pour limiter le courant, diviser les
tensions et tirer les lignes d'entrée/sortie vers le haut.
L'unité de la
résistance
La résistance électrique d'une
résistance est mesurée en Ohms. Le symbole de l'Ohm est l'omelette grecque : Ω.
La définition (quelque peu détournée) de 1Ω est la résistance entre deux points
où 1 volt (1V) d'énergie potentielle appliquée va pousser 1 ampère (1A) de
courant.
Les unités du système international permettent de faire correspondre des
valeurs d'ohms plus ou moins grandes avec un préfixe comme kilo, méga ou giga,
afin de rendre les grandes valeurs plus faciles à lire. Il est très courant de
voir des résistances dans la gamme du kilohm (kΩ) et du mégaohm (MΩ) (beaucoup
moins courant de voir des résistances en miliohm (mΩ)). Par exemple, une
résistance 4,700Ω équivaut à une résistance 4.7kΩ, et une résistance 5,600,000Ω
peut s'écrire 5,600kΩ ou (plus communément) 5.6MΩ.
Le symbole
schématique de la résistance
Toutes les résistances ont deux
bornes, correspondant à une connexion à chaque extrémité de la résistance.
Lorsqu'elle est modélisée sur un schéma, une résistance apparaîtra avecl'un de
ces deux symboles :