ISN 2012/2013. Initiation à l'arduino : niveau 2. Stéphane Fossé / Marc Gyr. 04 Décembre 2012

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1 ISN 2012/2013 Initiation à l'arduino : niveau 2 ss Stéphane Fossé / Marc Gyr 04 Décembre 2012

2 Table des matières 1. Acquisition de données avec l'arduino...3 a. Numériser une tension variable dans le temps...3 b. Utilisation d'un capteur de lumière....3 c. Enregistrer une grandeur dépendante du temps Récupérer et traiter les données avec PROCESSING...5 a. Représenter graphiquement l'évolution de données en fonction du temps...6 b. Stocker des données sous forme d'un fichier texte Effectuer des commandes avec l'arduino...9 b. Commande d'une DEL avec le clavier via PROCESSING...9 c. Produire un son d. Actionner un servomoteur

3 1. Acquisition de données avec l'arduino a. Numériser une tension variable dans le temps A partir de la tension + 5 V disponible sur l'arduino, on va créer une tension variable dans le temps à l'aide d'une résistance ajustable monté en diviseur de tension. Cette tension est ensuite appliquée sur l'entrée A0 de l'arduino. En utilisant la photo et le schéma du montage ci-dessous: Relier un fil orange du + 5 V de l'arduino à la ligne rouge + de la platine d'expérimentation ; Relier un fil marron de la masse GND de l'arduino à la ligne bleue - de la platine ; Réaliser l'implantation de la résistance ajustable en utilisant un cavalier orange relié au +, un cavalier bleu relié à la masse et un fil vert du curseur de la résistance ajustable à l'entrée A0 de l'arduino. Faire vérifier le montage avant de relier l'arduino sur le port USB (mise sous tension). Schéma électrique Platine d'expérimentation ARDUINO Ligne + 5V (+) + 5V Résistance ajustable Curseur résistance A0 Ligne de masse 0V (-) GND 3

4 Ouvrir l'ide de l'arduino (le programme arduino dans votre clé USB) et charger le programme AnalogReadSerial (Exemples/01.Basic/AnalogReadSerial). Charger le programme AnalogReadSerial dans l'arduino et ouvrir le moniteur série. A l'aide du tournevis modifier la position du curseur de la résistance ajustable. Que constate-t-on? Modifier le programme pour faire afficher les valeurs une fois par seconde. Faire varier la position du potentiomètre entre les deux positions extrêmes. Relever les valeurs associées dans le moniteur série. Sur combien de bit la valeur récupérée est-elle quantifiée? b. Utilisation d'un capteur de lumière On va maintenant utiliser une photodiode comme capteur de lumière. Le principe du capteur est le suivant: une photodiode, polarisée en inverse, laisse passer un courant proportionnel à l'éclairement qu'elle reçoit sur sa surface active. Si on fait passer ce courant dans une résistance, alors il apparait une tension au bornes de la résistance (de valeur ici égale à 100 kω) qui est proportionnelle à l'éclairement. Réaliser le montage en utilisant la photo et le schéma du montage ci-dessous: Commencer par débrancher le câble USB de l'ordinateur pour ne pas manipuler sous tension lors de la réalisation du montage. Implanter la photodiode et la résistance conformément à la photo. Attention à l'orientation de la photodiode qui est polarisée. Une des bornes de la résistance est directement reliée à la masse. Alimenter l'association photodiode + résistance avec un cavalier rouge relié au +5 V (+) de la platine d'expérimentation. Connecter le fil vert entre l'entrée A0 et la borne de la résistance reliée à la photodiode. Faire vérifier le montage avant de relier l'arduino sur le port USB (mise sous tension). 4

5 Schéma électrique Platine d'expérimentation ARDUINO Ligne + 5V (+) + 5V Photodiode Résistance 100 kω Ligne de masse 0V (-) A0 GND Dans l'ide de l'arduino, ouvrir le moniteur série et approcher un doigt de la surface de la photodiode. Que constate-t-on? Quelles peuvent être les applications possibles d'un tel capteur? Note: Si, lorsque l'on approche le doigt de la photodiode, les valeurs mesurées restent élevées (typiquement de l'ordre de 800 à 1000), c'est que la photodiode est polarisée en direct et qu'elle est donc montée dans le mauvais sens. Il faut alors la retourner (inverser les bornes dans le montage) c. Enregistrer une grandeur dépendante du temps Lorsque la dépendance de la grandeur en fonction du temps est rapide, il est nécessaire d'associer un temps à chaque mesure de la grandeur car la date à laquelle la donnée est reçue par l'ordinateur via le moniteur série ne correspond pas exactement à la date à laquelle la mesure à été faite. Ce temps doit correspondre à la date à laquelle est réalisée la mesure. Il faut donc, dans ce cas, associer une date à une mesure. En utilisant la référence dans le menu aide, trouver une fonction et modifier le code pour que chaque valeur mesurée et lue dans le moniteur série soit associé à la date à laquelle elle a été réalisée. Influence de la vitesse de transmission : Dans le moniteur série, modifier la vitesse de transmission (en baud = bit par seconde) Que constate-t-on? Quel problème peut poser un signal dont les variations seraient très rapides? 2. Récupérer et traiter les données avec Processing D'après Wikipédia: " Philosophie de Processing 5

6 Le principe majeur de Processing est la simplicité, dans la mise en œuvre des programmes comme dans la syntaxe du langage. Adapté à la création graphique, Processing réclame moins d'efforts que Java pour effectuer des tâches simples telles que la modification d'une animation à intervalle régulier (qui permet des créations animées). Ses fonctionnalités sont limitées aux besoins des créateurs d'images 2D et 3D générées par programmation mais peuvent être étendues, par le biais de modules externes, à la capture d'un flux video, à la génération et à la manipulation de son, à l'interfaçage des ports d'entrées-sorties, etc. Processing s'adresse aux artistes en «arts numériques» et aux graphistes, notamment dans le domaine du graphisme d'information et dans celui du graphisme génératif. Extensions et projets alternatifs Les projets Wiring et Arduino, qui se basent sur Processing, permettent la manipulation de circuits électroniques extérieurs pour interfacer des capteurs ou des appareils électroniques divers (servomoteurs, leds,...). Un autre environnement logiciel, Fritzing, a été conçu pour aider les utilisateurs au prototypage de matériel destiné à être utilisé avec Arduino et Processing. Le projet Mobile Processing, comme son nom l'indique, a l'ambition de porter Processing sur téléphones portables. Enfin, Processing.js est une implémentation JavaScript de Processing. Depuis sa version 1.5.1, Processing peut produire des applications pour plate-forme Android et accéder aux capteurs spécifiques aux dispositifs mobiles (accéléromètre, GPS, etc.). Depuis la version alpha de Processing 2.0, Processing pourra aussi exporter directement du contenu au format HTML5/Javascript." En ce qui nous concerne nous commencerons par utiliser Processing pour récupérer, traiter et stocker des informations issues de l'arduino. De même, nous verrons en partie 3. comment commander l'arduino à l'aide du clavier de l'ordinateur via PROCESSING a. Représenter graphiquement l'évolution de données en fonction du temps Sur le site Arduino, on trouve un tutoriel qui permet de réaliser les fonctions de représentation graphique de données en fonction du temps et stocker ces données sous forme d'un fichier texte: Voici ce code : /* Graph A simple example of communication from the Arduino board to the computer: the value of analog input 0 is sent out the serial port. We call this "serial" communication because the connection appears to both the Arduino and the computer as a serial port, even though it may actually use a USB cable. Bytes are sent one after another (serially) from the Arduino to the computer. You can use the Arduino serial monitor to view the sent data, or it can be read by Processing, PD, Max/MSP, or any other program capable of reading data from a serial port. The Processing code below graphs the data received so you can see the value of the analog input changing over time. The circuit: Any analog input sensor is attached to analog in pin 0. created 2006 by David A. Mellis modified 9 Apr

7 by Tom Igoe and Scott Fitzgerald This example code is in the public domain. */ { // initialize the serial communication: Serial.begin(9600); void loop() { // send the value of analog input 0: Serial.println(analogRead(A0)); // wait a bit for the analog-to-digital converter // to stabilize after the last reading: delay(2); /* Processing code for this example // Graphing sketch // This program takes ASCII-encoded strings // from the serial port at 9600 baud and graphs them. It expects values in the // range 0 to 1023, followed by a newline, or newline and carriage return // Created 20 Apr 2005 // Updated 18 Jan 2008 // by Tom Igoe // This example code is in the public domain. import processing.serial.*; Serial myport; // The serial port int xpos = 1; // horizontal position of the graph void setup () { // set the window size: size(400, 300); // List all the available serial ports println(serial.list()); // I know that the first port in the serial list on my mac // is always my Arduino, so I open Serial.list()[0]. // Open whatever port is the one you're using. myport = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); // don't generate a serialevent() unless you get a newline character: myport.bufferuntil('\n'); // set inital background: background(0); void draw () { // everything happens in the serialevent() void serialevent (Serial myport) { // get the ASCII string: String instring = myport.readstringuntil('\n'); if (instring!= null) { // trim off any whitespace: instring = trim(instring); // convert to an int and map to the screen height: float inbyte = float(instring); inbyte = map(inbyte, 0, 1023, 0, height); // draw the line: stroke(127,34,255); line(xpos, height, xpos, height - inbyte); 7

8 // at the edge of the screen, go back to the beginning: if (xpos >= width) { xpos = 0; background(0); else { // increment the horizontal position: xpos++; */ A partir de ce code, identifier les parties Arduino et Processing. Charger les parties de codes dans les IDE Arduino et Processing et expérimenter... Dans le code de l'arduino que l'on enregistrera sur la clé au nom de "Acquis graph Arduino" modifier ce que l'on peut identifier à la période d'échantillonnage que l'on règlera successivement à 100 ms et 1s. Que constate-t-ton? Dans le code PROCESSING : Modifier la fenêtre d'affichage en 800 par 600 pixels; Changer la couleur du fond de la fenêtre; Changer la couleur de la représentation graphique des données; Afficher des axes x (temps) et y (éclairement). Résumé de la structure de dessin utilisée: code Processing int pixel = 60; int xpos =1; float valeur = 20,5; {... size(400,300); // fixe les dimensions de la fenêtre graphique background(0); //initialise le fond de la fenêtre en noir void draw() { // dessine, à partir du bas de la fenêtre graphique, une ligne verticale à la position" xpos" de //hauteur égale à la valeur de la variable "pixel" (toutes les dimensions sont en pixels): stroke(127,34,255); // fixe la couleur de la ligne line(xpos, height, xpos, height - pixel); //fixe la couleur de la forme ou du texte qui suit fill(255, 255, 0); //dessine un rectangle à l'abscisse 10, à l'ordonnée = 295, de longueur 130 et de hauteur 20 rect(10, 5, 130, 20);. fill(0, 0,255); // affiche un texte et une valeur text("amplitude Signal: " + valeur, 15, 20); 8

9 ... // lorsque l'on arrive à la fin de la fenêtre, on efface et on recommence un autre graphe au début : if (xpos >= width) { xpos = 1; background(0); //efface le graphe et réinitialise le fond de la fenêtre graphique en noir. else { xpos++; // incrémente la coordonnée horizontale b. Stocker des données sous forme d'un fichier texte Sous PROCESSING, ouvrir l'exemple SaveFile2 situé dans Topics/FileIO Expérimenter et tester le code pour analyser son fonctionnement; Intégrer une fonction d'enregistrement automatique de votre fichier de valeur dans le programme de représentation graphique des données de l'arduino. Résumé de la structure: code Processing PrintWriter fichier; // créé un objet nommé "fichier "de la class PrintWriter pour écrire et enregistrer un fichier {... fichier = createwriter("positions.txt");//donne un nom au fichier void draw() { fichier.println(x + "\t" + Y); // ajoute au fichier une ligne composée des coordonnées X et Y séparées par une tabulation.. fichier.flush(); // écrit le fichier dans le dossier ou se trouve le programme Processing fichier.close(); // ferme le fichier Effectuer des commandes avec l'arduino a. Commande d'une DEL avec le clavier via Processing Sous PROCESSING, ouvrir l'exemple SerialDuplex situé dans Libraries/Serial Expérimenter et tester le code pour analyser son fonctionnement; Intégrer une fonction de commande pour allumer une DEL (sur l'arduino) en continu ou la faire clignoter, dans le programme de représentation graphique des données de l'arduino. 9

10 (on pourra reprendre le code Blink2 développé dans "Initiation à l'arduino niveau1") Résumé de la structure: code Processing import processing.serial.*; // importe la bibliothèque de communication- port série de Processing Serial portserie; // créé un objet nommé "portserie" de la class Serial pour utiliser un port série {... println(serial.list());// fait une liste de tous les ports séries disponibles String numeroport = Serial.list()[0];//récupère le numéro de port utilisé par l'arduino portserie = new Serial(this, numeroport, 9600);//Défini les caractéristique de l'objet portserie void draw() { void keypressed() { // envoie le code ascii de la touche du clavier enfoncé dans le port série portserie.write(touche); toucheclavier = touche; code Arduino {... Serial.begin(9600); // initialise la communication série à bits par seconde void loop() { if (Serial.available()) > 0) {. octetentrant =Serial.read();// lit l'octet entrant dans le port série. if (octetentrant ==X)// test de la valeur de l'octet entrant dans le port série { b. Produire un son Dans l'ide de l'arduino, ouvrir le programme tonemelody situé dans Exemple/02.Digital Expérimenter et tester le code pour analyser son fonctionnement. Utiliser le casque relié à 2 fils et connecté à l'arduino par 4 pinces crocodiles; Créer une petite mélodie avec quelques notes et l'intégrer dans le programme de lecture des données du capteur optique. On pourra déclencher cette mélodie à l'aide d'une des touche du clavier via PROCESSING. 10

11 Intégrer une fonction qui produira un bip lorsque la valeur mesurée descend en dessous d'un seuil de 30. Résumé de la structure: code Arduino #include<pitches.h> //importe la bibliothèque de son de l'arduino {... pinmode(2, OUTPUT);// configure la patte numérique 2 en sortie void loop() { tone(2,1000,100); // génération d'un bip de fréquence 1000 Hz et de durée 100 ms sur le casque branché entre la //patte numérique 2 et la masse... c. Actionner un servomoteur Dans l'ide de l'arduino, ouvrir le programme Knob situé Exemple/Servo. Utiliser la résistance ajustable comme potentiomètre tel que le prévoit les commentaires du code. Relier le servo à l'arduino avec 3 fils comme indiqué dans les commentaires. Expérimenter et tester le code pour analyser son fonctionnement. Résumé de la structure: code Arduino #include<servo.h> // importe la bibliothèque permettant de contrôler un servomoteur Servo monservo; // créé un objet nommé "monservo" pour contrôler un servomoteur int angle; // défini une variable angle de rotation du servo comprise entre 0 et 180 (degrés) {... mon servo.attach(8);// affecte la patte numérique 8 pour le contrôle du servomoteur void loop() { monservo.write(angle); // mets le sevo à la position angulaire égale à angle... 11

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