dimanche 8 juillet 2018

Capteur de force résistif et Arduino


Un capteur de force résistif (aussi appelé "résistance à capteur de force" ou FSR pour "force sensing resistor") est un petit dispositif dont la résistance électrique varie selon la pression qui lui est appliquée (à ne pas confondre avec un capteur piézoélectrique qui, lui, génère une tension lorsqu'on le soumet à une pression).

Fabriqué à partir d'un polymère conducteur, un tel capteur est facile à utiliser puisque sa résistance varie de façon importante avec la force (contrairement à une jauge de contrainte, dont l'utilisation nécessite un pont de Wheatstone capable de détecter de très faibles variations de résistance).  De plus, ces capteurs sont très petits, minces et flexibles.  Ils ne sont toutefois pas appropriés pour des mesures de précision (on parle au mieux d'une précision de 5% à 10%) et chaque capteur doit être calibré individuellement (soumis à la même force, deux capteurs de même modèle n'auront pas nécessairement la même résistance).

Grâce à ce genre de capteur, on peut construire, par exemple, un instrument de musique sensible à la force exercée par les doigts de musicien: le son pourra être différent selon que vous appuyez fortement ou pas sur la touche.

J'ai fait quelques tests avec le modèle RP-C7.6-LT (choisi à cause de son prix très modique).  Je n'ai pas trouvé de fiche technique complète mais, selon les informations fournies par le vendeur, ce capteur est conçu pour réagir à des forces situées entre 20 grammes et 1500 grammes.

Il est habituellement déconseillé de souder les connecteurs de ce genre de capteur, car la chaleur pourrait abîmer sa partie active.  J'ai d'abord essayé d'insérer les broches du capteur directement dans une breadboard, mais le contact se faisait mal et les broches ressortaient d'elles-mêmes (broches trop courtes, peut-être).  J'ai obtenu de meilleurs résultats en insérant les broches du capteur dans un bornier à vis, lui-même placé sur une breadboard.

J'ai ensuite utilisé un multimètre afin d'observer comment varie la résistance de mon capteur lorsque je le soumet à différentes forces.


Lorsqu'aucune force n'est exercée sur le capteur, le multimètre indique une résistance infinie.  Une légère pression sur le capteur produit une résistance plutôt instable qui peut tourner autour de 20 kΩ à 25 kΩ.   La résistance est ensuite de plus en plus faible à mesure qu'on augmente la force, jusqu'à atteindre une valeur minimale d'environ 1,5 kΩ.

Pour brancher le capteur sur un microcontrôleur (une carte Arduino, par exemple), il faut que cette résistance variable provoque une tension variable.  Pour ce faire, nous allons construire le traditionnel circuit diviseur de tension, en plaçant notre capteur de force en série avec une résistance fixe, et en branchant la jonction des deux résistances à une entrée analogique de l'Arduino:

Deux versions sont possibles, selon nos besoins: dans le circuit A, la tension mesurée à l'entrée A0 augmente à mesure qu'on augmente la force sur le capteur (puisque cette augmentation de force a pour effet de diminuer la résistance du capteur), alors que dans le circuit B, la tension mesurée à l'entrée A0 diminue à mesure qu'on augmente la force sur le capteur.

Il nous reste à choisir la valeur de la résistance fixe.  En général, on souhaite que la variation de résistance de notre capteur cause une forte variation de tension à l'entrée analogique du microcontrôleur.  La plus grande variation de tension est obtenue pour une résistance fixe égale à la racine carrée du produit des résistances extrêmes pouvant être atteintes par le capteur:

Rfixe = (Rmin * Rmax)1/2

(Si vous vous y connaissez un peu en calcul différentiel, il s'agit de la valeur pour laquelle la dérivée de la variation de la tension est nulle).

Dans mon cas, en considérant que la résistance de mon capteur peut varier entre Rmin  = 1,5 kΩ et Rmax = 25 kΩ, la résistance fixe pour laquelle la variation de tension est la plus grande est d'environ 6 kΩ:

Rfixe = (Rmin * Rmax)1/2 = (1,5 * 25)1/2 = 6 kΩ

Toutefois:  même si ce n'est pas spécifié dans les informations fournies par le vendeur de mon capteur, on conseille généralement de ne pas dépasser un courant maximal d'environ 1 mA par cm2 de surface utile du capteur (il s'agit de la région circulaire qui porte un motif constitué de droites parallèles).  Sur mon capteur, ce cercle a un diamètre de 6 mm, donc une aire de 0,3 cm2...il ne faudrait pas que le courant traversant le capteur dépasse significativement 0,3 mA!

Avec une tension de 5 V, la résistance totale doit être d'au moins 16,7 kΩ pour que le courant ne dépasse pas 0,3 mA.  Puisque la résistance du capteur ne descend pas en dessous de 1,5 kΩ, j'ai donc besoin d'au moins 15 kΩ comme résistance fixe: c'est ce que j'ai utilisé.  La variation de tension ne sera pas aussi grande que si j'avais utilisé une résistance fixe de 6 kΩ , mais je m'assure que le courant ne dépassera pas la valeur maximale admissible.

Il va sans dire que vous devrez faire vos propre calculs en utilisant les valeurs extrêmes du capteur de force que vous utiliserez.

Voici donc mon circuit: un capteur de force résistif, une résistance de 15 kΩ, et une carte Arduino.



On peu ensuite utiliser le sketch "AnalogReadSerial", disponibles dans le menu Exemples, pour afficher les valeurs dans le moniteur série.





Le reste dépend de votre imagination: la force exercée sur le capteur peut servir à allumer des LEDs, faire tourner un servomoteur, modifier la fréquence d'un son...


Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

vendredi 22 juin 2018

Contrôler un servomoteur avec un STM32 Nucleo (mbed)


Je vous invite aujourd'hui à explorer le contrôle d'un servomoteur au moyen d'une carte STM32 Nucleo programmée dans mbed.  Vous pouvez vous référer à d'autres articles de ce blog si vous préférez contrôler votre servomoteur en utilisant un Arduino ou un Raspberry Pi.


Les petits servomoteurs de modélisme sont des dispositifs fascinants: contrairement à un simple moteur, vous pouvez les immobiliser à la position que vous désirez, avec une très grande précision.

La position angulaire du servomoteur dépend du rapport cyclique du signal modulé en largeur d'impulsion (PWM) qu'on lui fournit.  Typiquement, pour un signal d'une période de 20 ms, le servomoteur sera à sa position maximale dans le sens horaire lorsque la durée des impulsions est de 1 ms, il occupera sa position maximale dans le sens antihoraire lorsque la durée des impulsions est de 2 ms, et il sera au centre de sa course lorsque l'impulsion dure 1,5 ms.  Ces valeurs, toutefois, peuvent varier d'un servomoteur à l'autre et c'est en expérimentant que vous pourrez déterminer les valeurs extrêmes qui correspondent à votre servomoteur (par exemple, celui que j'ai utilisé pour cette expérience pouvait accepter des valeurs variant de 0,7 ms à 2,3 ms).

Branchements du servomoteur

Le servomoteur comporte 3 fils: le fil rouge et le fil noir (ou marron) servent à l'alimentation du servomoteur (5 V), alors que l'autre fil (qui est souvent jaune) transmet le signal PWM qui contrôle la position.

Comme c'est le cas pour tous les moteurs, il est généralement préférable d'alimenter le servomoteur avec une source de tension externe, autre que la sortie 5 V de la carte Nucleo.

Les branchements seront donc:

  • Fil rouge du servomoteur: borne positive de l'alimentation 5 V.
  • Fil noir du servomoteur: borne négative de l'alimentation 5 V et GND du Nucleo
  • Fil jaune du servomoteur: broche D5 du Nucleo (ou autre sortie PWM, à la condition de modifier le script en conséquence).



1er exemple: rotation continue

Il existe sur mbed quelques bibliothèques spécialement conçues pour le contrôle d'un servomoteur, mais puisque le contrôle d'un signal PWM n'a rien de bien compliqué, je n'ai pas jugé bon de les utiliser.

Dans ce premier exemple, le servomoteur tourne lentement de sa position minimale à sa position maximale, puis retourne brusquement à sa position minimale.

J'ai supposé que la position minimale correspond à une impulsion de 1000 microsecondes (donc 1 milliseconde) et que la position maximale correspond à une impulsion de 2000 microsecondes (2 millisecondes) mais ça peut varier d'un servomoteur à l'autre.  À vous d'expérimenter si vous désirez utiliser la totalité de l'amplitude du mouvement de votre servomoteur (il s'agit de modifier la valeur numérique des constantes positionMin et positionMax).






2e exemple: rotation contrôlée par un potentiomètre

Dans ce deuxième exemple, on ajoute un potentiomètre branché à l'entrée A0 de la carte Nucleo.  La positon du servomoteur dépend de la positon du potentiomètre.







Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

lundi 18 juin 2018

Prendre des photos avec le module caméra du Raspberry Pi

Aujourd'hui, je vous invite à explorer avec moi diverses façons de prendre une photo avec le module caméra du Raspberry Pi: je vais tour à tour utiliser raspistill, la bibliothèque picamera (python), Scratch et le logiciel Pi Vision.

Un support pour la caméra

Puisque le module caméra du Raspberry Pi est un petit circuit intégré d'environ 2 cm de côtés, ce n'est pas toujours évident de l'orienter pour qu'il photographie ce qu'on désire photographier.  Vous pouvez le laisser à plat sur la table mais...vous aller alors photographier le plafond, et ce n'est peut-être pas votre but!

De plus, le ruban connecteur fourni avec le module n'est long que d'une dizaine de centimètres et la caméra doit donc rester à proximité du Raspberry Pi.

Tout ça pour dire qu'à mon avis, un module caméra sans support inclinable est à toute fin pratique inutilisable.

Il faut donc penser à un dispositif qui tiendra votre module caméra dans la position désirée.  Vous pouvez en acheter un spécialement conçu à cette fin, en fabriquer un au moyen d'une imprimante 3D, ou en bricoler un avec les moyens du bord.  Comme vous pouvez le constater sur la photographie ci-dessous, j'ai choisi l'option "bricolage avec les moyens du bord": mon support de caméra est constitué de deux petits blocs de bois reliés par une charnière. Le module caméra est fixé à un des blocs au moyen de deux petits clous.  Grâce à la charnière, je peux régler à volonté l'orientation verticale de la caméra.



Remarquez que, dans cette position (ruban connecteur en haut), la caméra est à l'envers, ce qui va m'obliger, dans la suite de cet article, à retourner l'image de façon logicielle.


Connexion de la caméra

Pour éviter d'endommager votre matériel, il est recommandé de brancher le module caméra pendant que le Raspberry Pi est éteint.

La caméra se branche dans le port CSI (camera serial interface) du Raspberry Pi.



Observez le ruban du module caméra:  à une extrémité, pour pouvez voir 15 courtes bandes conductrices: lorsque le ruban est inséré dans le connecteur CSI, ces bandes doivent être orientées vers le connecteur HDMI.


Vous ouvrez le "couvercle" du connecteur CSI en le tirant délicatement vers le haut, tout en poussant vers l'intérieur avec le pouce et l'index.  Vous insérez le ruban connecteur de la caméra le plus profondément possible, avec les connecteurs métalliques orientés vers le connecteur HDMI, et vous refermez le couvercle en poussant vers le bas (ça devrait faire "clic", et le ruban reste bien en place même si vous tirez dessus).



Configuration du Raspberry Pi

Si vous n'avez jamais utilisé de module caméra avec votre Raspberry Pi, il faut l'activer dans le menu "Préférences" / "Configuration du Raspberry Pi":


Dans l'onglet "Interfaces", vous vous assurez que "Caméra" est réglée à "Activé", puis vous cliquez sur le bouton "Valider".



Prendre une photo depuis le terminal (raspistill)

Vous pouvez prendre une photographie à partir du terminal en lignes de commandes, grâce à la fonction raspistill.

Par exemple, écrivez la commande "raspistill -o ma_photo.jpeg"


Résultat:  pendant plusieurs secondes, l'image captée par votre module caméra sera affichée à l'écran, et elle sera ensuite enregistrée dans le répertoire "/home/pi" dans un fichier portant le nom "ma_photo.jpeg".

Le paramètre "-o" signifie "output", et sert à indiquer le nom qu'on désire donner à notre fichier.

Voici donc la photo enregistrée dans le fichier "ma_photo.jpeg":



Tel que mentionné au début de cet article, ma caméra est positionnée à l'envers. Si c'est aussi votre cas, c'est très facile à corriger: il s'agit d'ajouter les paramètres -hf et -vf à raspistill (-hf pour "horizontal flip" et -vf pour "vertical flip").

Par défaut, la photo est prise à la résolution maximale du module caméra, c'est à dire 2592 X 1944.  Si vous désirez une résolution plus faible (pour économiser l'espace sur votre carte SD, par exemple), vous pouvez utiliser les paramètres -w et -h (où -w représente la largeur en pixels, et -h représente la hauteur en pixels.

Dans ce nouvel essai, je vais prendre une photo retournée, de résolution 640 X 480, qui va s'enregistrer dans un fichier intitulé "ma_photo2.jpeg".  Pour ce faire, j'écris la commande "raspistill -hf -vf -w 640 -h 480 -o ma_photo2.jpeg"...



Résultat: la photo est maintenant dans le bon sens, et sa résolution n'est plus que de 640 X 480:


Par défaut, l'aperçu de la photo apparaît à l'écran pendant 5 secondes avant que la photo ne soit prise.  Si vous désirer modifier ce délai, vous utilisez le paramètre "-t" accompagné du délai désiré en millisecondes.  Par exemple, "raspistill -t 10000 -o photo.jpeg" affichera l'aperçu pendant 10 secondes avant d'enregistrer la photo, ce qui vous laisse plus de temps pour ajuster le cadrage.

D'autres paramètres vous permettent d'ajuster la luminosité, de modifier la saturation, d'ajouter des filtres.  Pour connaître toutes les options disponibles, tapez simplement "raspistill", sans paramètres, dans le terminal.

Voici, par exemple, le résultat obtenu avec la commande "raspistill -hf -vf -ifx colourswap -o photo.jpeg": une succulente pomme bleue!:



Prendre une photo avec le logiciel Pi Vision

Si vous désirez prendre une photo de temps à autre, écrire de longues commandes dans le terminal n'est probablement pas l'option la plus agréable: il faut retenir la syntaxe, éviter les fautes de frappe...  Il existe évidemment quelques applications à interface graphique spécialement conçues pour contrôler le module caméra.

J'ai testé Pi Vision, que vous pouvez télécharger ici.  Après avoir décompressé le fichier "PiVision.RPi.tar.gz", vous obtenez un fichier inexplicablement intitulé "rpiCC".  Avant de l'ouvrir, il est important de modifier les permissions de "rpiCC" pour le rendre exécutable.


Pour prendre une photo, il s'agit de cliquer sur l'onglet "Photo", de modifier les paramètres en fonction de nos préférences, puis de cliquer sur le bouton "Take a Picture".  On nous présente ensuite les dialogues habituels nous permettant de choisir le nom du fichier et l'endroit où on désire l'enregistrer.



Prendre une photo avec un script en Python

Grâce à la bibliothèque picamera, il n'est pas très difficile de contrôler le module caméra au moyen d'un script en langage python (cette bibliothèque est déjà installée par défaut dans Raspbian, et la documentation complète qui la concerne se trouve ici).



L'instruction "camera.resolution = (1024,768)", qui règle la résolution de la photo qui sera enregistrée en fichier, est optionnelle.  Si vous l'omettez, la résolution sera, par défaut, de 1440 X 900.

L'instruction "camera.rotation = 180 " sert à retourner la photo, puisque mon module caméra est placé à l'envers.  Cette ligne est évidemment inutile si votre module caméra est à l'endroit.

L'instruction "camera.start_preview(fullscreen = False, window = (50,50,640,480))" fait apparaître l'aperçu à l'écran, dans un rectangle de 640 pixels de largeur et de 480 pixels de hauteur.  Si j'avais simplement écrit "camera.start_preview()", l'aperçu remplirait tout l'écran.  Mais attention: en cas de bug quelque part dans votre script, le programme s'interrompt sans se rendre à l'instruction "camera.stop_preview()", et l'aperçu demeure stupidement affiché à l'écran, vous empêchant d'accéder aux contrôles de votre IDE pour python...je le sais, car ça m'est arrivé!  Pour cette raison, je préfère éviter que l'aperçu couvre la totalité de l'écran.

C'est l'instruction "camera.capture('/home/pi/Bureau/image.jpeg')" qui fait la partie la plus importante du travail: enregistrer la photo dans un fichier!  Ici, j'ai écrit le chemin d'accès complet du fichier pour qu'il s'enregistre sur le bureau (si votre Rasbperry Pi parle anglais, ce sera "Desktop" plutôt que "Bureau").  Vous pouvez vous contenter d'écrire le nom du fichier désiré ("camera.capture('image.jpeg)") pour qu'ils s'enregistre dans le répertoire "/home/pi".

Prendre une photo avec Scratch?!?!

La version de Scratch conçue pour le Raspberry Pi permet de prendre une photo avec le module caméra.

Dans l'onglet "Costumes", si vous cliquez sur le bouton "Camera", une petite fenêtre montrant un aperçu de la photo apparaît à l'écran.



Si vous cliquez sur le bouton qui présente une icône en forme de caméra, le lutin a maintenant, comme costume, la photo prise par la caméra.


Le bouton "Fait" permet de faire disparaître la fenêtre, lorsque vous avez terminé.

Dans mon cas, clic avec le bouton droit pour mettre la photo à l'endroit...



Ce n'est pas tout: vous pouvez concevoir des programmes qui prennent des photos.  Pour ce faire, vous devez d'abord d'abord démarrer le serveur GPIO:



Vous prenez une nouvelle photographie grâce à un bloc "envoyer à tous" qui envoie le message "photo":


Le costume du lutin est remplacé par une nouvelle photo:



Yves Pelletier   (TwitterFacebook)


vendredi 15 juin 2018

MIDI par usb avec Arduino Leonardo

Jusqu'à maintenant, chaque fois que j'ai abordé un projet impliquant le protocole MIDI, j'ai utilisé les traditionnels connecteurs DIN à 5 broches.  Ces connecteurs sont tout à fait appropriés lorsqu'on veut brancher une carte Arduino à un clavier MIDI, par exemple.  Mais pour établir une communication MIDI entre l'Arduino et un ordinateur, un simple câble usb s'avère plus pratique (surtout si vous ne possédez pas d'instruments de musique compatibles MIDI).

Dans ce tuto, nous explorons donc l'utilisation d'une carte Arduino Leonardo pour établir une communication MIDI avec un ordinateur.  Plutôt qu'un Leonardo, n'importe quelle carte Arduino pouvant se comporter comme un périphérique USB pourrait faire l'affaire (Zero, Due, 101...); toutefois, ce projet ne fonctionnera pas avec une carte Arduino Uno.

Installation d'un logiciel MIDI sur l'ordinateur

Nous aurons besoin d'un logiciel compatible MIDI sur l'ordinateur auquel nous brancherons le Leonardo.  Si vous avez déjà l'habitude de jouer avec des contrôleurs MIDI, utilisez votre logiciel préféré.  Sinon, je vous propose VMPK, ou Virtual MIDI Piano Keyboard qui est léger, gratuit, et convient parfaitement à nos besoins.  Le logiciel est disponible pour Windows, Linux et Mac, mais j'ai fait mes tests sous Windows 7.



Installation de la bibliothèque MIDIUSB

Vous devez également installer la bibliothèque MIDIUSB dans votre IDE Arduino.  Attention, il ne s'agit pas de la bibliothèque MIDI conventionnelle que vous avez peut-être déjà installée dans le passé.



Exemple 1:  communication de l'Arduino vers l'ordinateur (MIDI out)

Une première utilisation possible consiste à envoyer des instructions MIDI de la carte Arduino vers l'ordinateur (le Leonardo agit comme contrôleur MIDI).  L'exemple "MIDIUSB_write" qui accompagne la bibliothèque MIDIUSB envoie à l'ordinateur une même note de façon répétitive; j'ai modifié cet exemple pour jouer en boucle une courte mélodie constituée de 16 notes.

Le sketch

Le sketch contient une fonction noteOn qui permet de jouer une note.  Cette fonction nécessite trois paramètres:  channel (le canal MIDI utilisé), pitch (la note de la gamme à jouer) et velocity (le volume sonore avec lequel la note doit être jouée).

Ainsi,  "noteOn(0, 0x48, 64)" jouera la note "do du 5e octave" avec une vélocité de 64 (moyenne) sur le canal 0.

Dans le protocole MIDI, chaque note est jouée aussi longtemps qu'elle n'est pas interrompue par un message "noteOff", qui prend les mêmes arguments que la fonction "noteOn".

Les 16 notes qui constituent notre mélodie sont stockées dans un tableau bidimensionnel nommé "melodie":  le premier élément est le "pitch", et le deuxième est la durée en millisecondes.  J'aurais pu ajouter un troisième élément pour la vélocité mais, dans cette exemple, toutes les notes de la mélodie sont jouées avec la même intensité.



Réglages du logiciel MIDI

Pour que la mélodie émise par l'Arduino soit jouée par l'ordinateur, il faut faire en sorte que Virtual MIDI Piano Keyboard utilise la carte Leonardo comme entrée MIDI.  Pour  ce faire, vous choisissez "Connexions MIDI" dans le menu "Éditer".


Si la carte est branchée à un port USB de l'ordinateur, "Arduino Leonardo" devrait être disponible dans la liste proposée pour "Connexion du port d'entrée MIDI".  Il vous faut également un pilote capable de jouer les sons ("Pilote MIDI OUT").  Dans mon cas, on me propose "Windows MM", probablement parce que Windows Movie Maker était déjà installé sur l'ordinateur.  Si la liste "Pilote MIDI OUT" est vide pour vous, vous devrez installer un pilote sur votre ordinateur (VirtualMIDISynth, par exemple).

La mélodie devrait maintenant être jouée sur la carte de son de l'ordinateur.  Notez que vous pouvez modifier le "programme" (l'instrument utilisé pour jouer la mélodie): ça peut être un son de piano, de trompette, de clarinette, etc.

D'autres exemples de MIDI out

Comme je l'ai déjà mentionné, l'exemple "MIDIUSB_write" fournit avec la bibliothèque MIDIUSB fait la même chose, mais avec une seule note.  De plus, des informations apparaissent dans le moniteur série de l'IDE Arduino, ce qui peut aider au débogage.

Si vous préférez fabriquer un petit contrôleur MIDI, jetez un oeil sur la page MidiDevice du site officiel Arduino: on vous guide dans la fabrication d'un clavier MIDI constitué de 7 boutons poussoirs.


Exemple 2:  communication de l'ordinateur vers l'Arduino (MIDI in)

Dans ce deuxième exemple, nous allons envoyer des messages MIDI de l'ordinateur vers l'Arduino.  Pour vérifier que ça fonctionne, vous pouvez essayer l'exemple "MIDIUSB_read" fourni avec la bibliothèque MIDIUSB: lorsque vous jouez une note sur le clavier du logiciel Virtual MIDI Piano Keyboard, elle s'affiche dans le moniteur série de l'IDE Arduino.

Pour ma part, j'ai essayé quelque chose qui me semblait un tout petit peu plus amusant:  chaque fois que je clique sur une note du logiciel Virtual MIDI Piano Keyboard, l'Arduino produit cette note à travers un haut-parleur.  Le Leonardo servira donc de synthétiseur MIDI (remarquez que la pertinence du projet est un peu discutable: la carte de son de l'ordinateur produit un son de bien meilleur qualité que la fonction tone de l'Arduino...).

Circuit

Le haut-parleur est relié à la broche 8 du Leonardo, par l'entremise d'un transistor pour éviter que le haut-parleur, à cause de sa très faible impédance, ne draine trop de courant (plus de détails ici).



Sketch

Lorsque le Leonardo reçoit un message "noteOn", il établit une correspondance entre le code MIDI qui indique la hauteur de la note (pitch) et la fréquence qui devra être émise par le haut parleur.  La variable MidiToFreq est un tableau bi-dimensionnel qui contient, pour chaque pitch MIDI, la fréquence en hertz.  Une fois la fréquence connue, on utilise la fonction tone pour jouer cette note sur le haut-parleur (broche 8).  Lorsqu'on reçoit un message "noteOff", on utilise noTone pour interrompre le signal PWM de la broche 8.



Réglages du logiciel MIDI

Pour que le logiciel Virtual MIDI Piano Keyboard achemine les messages vers la carte Leonardo, il faut effectuer quelques réglages, en passant par "Connexions MIDI" dans le menu Éditer.


Si la carte est branchée à un port USB de l'ordinateur, "Arduino Leonardo" devrait être disponible dans la liste "Connexion du port de sortie".



Chaque fois que vous cliquez sur une touche du clavier de piano dans la fenêtre du logiciel Virtual MIDI Piano Keyboard, la note se fait entendre dans le haut-parleur branché à l'Arduino (pour que toutes les touches fonctionnent, réglez le paramètre "Octave de base" à 3).

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)


dimanche 10 juin 2018

Data logging avec Arduino Leonardo

Les microcontrôleurs constituent un outil précieux dans le domaine scientifique, grâce à la possibilité d'y brancher différents capteurs afin de prendre des mesures. 

Lorsqu'il s'agit de mesures nombreuses, étalées sur une certaine plage de temps, il faut penser à un moyen d'enregistrer ces données et les rendre disponibles à l'utilisateur.

Pour ce faire, il existe plusieurs méthodes, et j'en ai déjà exploré quelques-unes  dans ce blog: enregistrer un fichier "csv" sur une carte SD, ajouter une macro à votre tableur pour qu'il recueille les données par communication série, utiliser un service en ligne comme carriots, ou simplement utiliser le moniteur série et/ou le traceur série intégrés dans l'IDE Arduino...

Aujourd'hui, je procède autrement:  puisque la carte Arduino Leonardo peut se comporter comme un clavier USB, il est facile de la programmer pour qu'elle écrive les données dans un tableur.

Ce n'est probablement pas la façon la plus élégante de procéder; l'utilisateur devra prendre soin d'ouvrir un tableur (Excel, Google Sheets, Libre Office Calc), d'y sélectionner la cellule qui recevra la première donnée, et de conserver le logiciel à l'avant-plan pendant toute la durée de la mesure... Mais ça fonctionne, et ce n'est pas très difficile à réaliser.

Le circuit

Pour faire mes tests, j'ai fabriqué un capteur de température constitué d'une thermistance et d'une résistance.  Lorsque la température augmente, la thermistance devient moins résistive, ce qui a pour effet de diminuer la tension acheminée à l'entrée A0 de la carte Leonardo.

Évidemment, vous pouvez remplacer ce capteur par n'importe quel autre, peu importe qu'il soit analogique ou numérique (il peut même y en avoir plusieurs), en apportant des modifications mineures au sketch présenté plus bas.



Le sketch

Le bref programme présenté ci-dessous "tape au clavier" le temps écoulé depuis le démarrage de la carte (fonction"millis"), envoie le code ASCII de la touche "tab" pour passer à la cellule voisine de droite, écrit la valeur lu à l'entrée analogique A0, envoie le code ASCII de la touche "enter" pour descendre d'une ligne, puis attend 1 seconde avant de recommencer.

Prenez note d'une importante précaution qui nous permet d'interrompre au besoin la prise de données:  la routine s'effectue à la condition que la broche 2 de la carte soit au niveau logique haut (5 V).  Ainsi, lorsque vous désirez reprogrammer la carte, vous reliez la broche 2 à GND pour éviter que les mesures soient dactylographiées à l'intérieur de votre sketch!!!



Le résultat

Après avoir ouvert un tableur, vous sélectionnez  une de ces cellules, puis vous reliez la broche 2 à 5 V.  Les données s'écrivent sur deux colonnes: le temps dans la colonne de gauche, et la mesure de l'entrée A0 dans la colonne de droite.

Le graphique ci-dessous a été produit dans Google Sheets: j'ai tenu la thermistance entre mon pouce et mon index pour la réchauffer, puis je l'ai laissé reprendre sa température initiale.


Si vous voulez, vous pouvez préparer le tableur pour que les données soient présentées sous forme de graphique à mesure qu'elles sont prises.  Vous pouvez également effectuer les calculs nécessaires pour convertir les mesures (soit dans le sketch Arduino, soit dans le tableur).


Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

samedi 2 juin 2018

Émuler une souris avec l'Arduino Leonardo

Une caractéristique intéressante des cartes Arduino Leonardo, c'est que les ordinateurs les reconnaissent comme de véritables périphériques USB.  On peut donc programmer le Leonardo afin qu'il se comporte comme un clavier ou une souris.

Le langage Arduino vous propose 7 fonctions permettant de reproduire le mouvement d'une souris d'ordinateur:


  • Mouse.begin() est nécessaire pour initialiser l'émulation et utiliser les autres fonctions décrites ci-dessous.  Typiquement, vous l'utilisez à l'intérieur de setup().  Si vous désirez interrompre l'émulation de la souris, utilisez Mouse.end().
  • Mouse.move(x, y, wheel) permet de faire bouger le pointeur de souris à l'écran de l'ordinateur.  x est le nombre de pixels dont on désire faire bouger le pointeur horizontalement, alors que y est le nombre de pixels dont on désire déplacer le pointeur verticalement.  Notez que ces déplacements sont relatifs à la position initiale du pointeur sur l'écran.
  • Avec Mouse.click(), votre Leonardo aura le même comportement que si vous aviez cliqué avec le bouton gauche de la souris.  Si vous désirez produire un clic sur le bouton droit, vous utilisez Mouse.click(MOUSE_RIGHT).
  • Mouse.press() ressemble à Mouse.click(), sauf que le bouton demeure enfoncé jusqu'à ce que vous appeliez Mouse.release().
  • Mouse.isPressed() est un booléen dont la valeur sera vraie si une le bouton d'une souris reliée à l'ordinateur est enfoncé.

Le site officiel Arduino présente deux exemples très clairs pour construire votre propre souris au moyen de 5 boutons poussoirs, ou pour contrôler le pointeur au moyen d'un joystick analogique.

Question de ne pas refaire inutilement des projets qui existent déjà, je vous propose un petit sketch inutile mais rigolo qui vous permettra  de jouer un tour à vos amis: la souris truquée.  Lorsque vous branchez l'Arduino Leonardo au port USB de l'ordinateur, le pointeur de souris se mettra à bouger avec une trajectoire circulaire, comme dans la vidéo ci-dessous.  Avec une telle souris hyperactive, l'utilisateur aura bien du mal à contrôler son ordinateur...



Mais prenez garde de ne pas vous piéger vous-mêmes: si le pointeur se met à faire des cercles aussitôt que la carte Leonardo est branchée à votre ordinateur, vous serez incapable de téléverser un autre sketch dans la carte, lorsque vous en aurez assez de celui-ci.  Pour cette raison, il faut prévoir un moyen de d'empêcher la carte d'exécuter sa routine.  Dans le sktech ci-dessous, nous vérifions d'abord l'état de la broche numéro 2 de l'Arduino.  Si elle est au niveau logique haut, nous faisons bouger le pointeur de la souris, mais si elle est au niveau logique bas, nous ne faisons rien.  Donc vous reliez la broche 2 à la sortie 5 V au moyen d'un fil conducteur lorsque vous voulez faire tourner le pointeur à l'écran, mais vous la reliez à la masse (GND) lorsque vous souhaitez reprogrammer la carte.



Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

dimanche 27 mai 2018

Livre: Petits robots à fabriquer

Petits robots à fabriquer
par Daniel Knox
Éditions Eyrolles, collection Serial Makers
2018
160 pages

Les 13 projets de robotiques présentés dans cet ouvrage sont classés en 3 catégories: les robots basiques, les robots simples et les robots évolués.  La relative simplicité des projets ainsi que l'importance accordée  la décoration du robot me permettent de supposer qu'on cible surtout un public assez jeune (10 à 15 ans).

Robots basiques

Les 5 premiers robots ne comportent ni microcontrôleur, ni véritable capteur.  Par conséquent, leur comportement n'a rien de très sophistiqué.  Toutefois, puisqu'il est relativement facile de les construire à partir de matériel facile à trouver, ils constituent une option très intéressante pour les débutants.

  • Le robot brosse est une brosse à ongles qui se déplace de façon aléatoire grâce aux vibrations générées par un petit moteur à courant continu.
  • Le mouvement du robot gribouilleur est tout aussi aléatoire, mais il est causé par une petite roue, mue par un moteur à courant continu, qui tourne autour d'un axe vertical.  Des crayons ont été fixés au robot, qui dessine donc des oeuvres d'art aléatoires.
  • Le robot papillon est une version miniaturisée du robot brosse: ici, la brosse à ongles est emplacée par l'extrémité d'une brosse à dents jumelée au vibreur d'un téléphone portable.
  • Construit au moyen d'un châssis de robot roulant, le robot insecte a un comportement plus intéressant que ses prédécesseurs:  chacun de ses deux moteurs est relié à un interrupteur actionné par une antenne.  Lorsque l'antenne touche un obstacle, la roue qui lui est associée se met momentanément à tourner en sens inverse, ce qui fait tourner le robot.
  • Grâce à deux moteurs à engrenages et un mécanisme constitué de bâtonnets d'esquimau, le robot spirographe est en mesure de tracer des motifs beaucoup plus élégants que ceux du robot gribouilleur.


Robots simples

Cette deuxième catégorie présente des robots qui, grâce à un microcontrôleur, font preuve d'un peu plus de jugeote que ceux de la catégorie "basique".  Tous les projets de cette catégorie nécessitent l'utilisation d'une carte de prototypage micro:bit, qui se programme dans un environnement graphique très similaire à Scratch.

Le mot "robot" est certainement un tantinet discutable en ce qui concerne le robot avatar, qui est en fait un prétexte pour montrer les bases de la programmation de la carte micro:bit. Les LEDs intégrées à la carte s'allument de façon à montrer un visage heureux ou triste selon le bouton sur lequel on appuie.

Le robot speed est un petit véhicule qui roule grâce à deux servomoteurs; on le contrôle via bluetooth grâce à un téléphone ou une tablette.

Le robot catapulte est en fait est une catapulte miniature qui, grâce à un servomoteur et un  détecteur de mouvement à infrarouge, bombarde automatiquement tout intrus qui oserait entrer dans la pièce.

Le robot jardinier vous avertit lorsque votre plante a besoin d'être arrosée (vous devrez l'arroser vous-mêmes, toutefois).  Ici encore, considérant l'absence totale de mouvement, je n'aurais pas tendance à considérer ce dispositif comme un robot.

Grâce à deux jambes constituées de servomoteurs directement fixés à la carte micro:bit, le robot marcheur... marche.  C'est le robot qu'on peut voir sur la page couverture.


Robots évolués

Finalement, après vous être fait la main sur des robots simples, vous pourrez passer à des projets plus ambitieux:

Le robot guerrier présente certaines similitudes avec le robot speed, mais il est conçu pour renverser son adversaire lors d'un combat de robots.  Il est basé sur un récepteur de radiocommande Hobby King, et propulsé par une paire de servomoteurs à rotation continue.

Le robot imprimeur est la classique machine à commande numérique (CNC) construite à partir de deux mécanismes de lecteurs CD.  Il s'agit du premier de deux projets impliquant une carte Arduino.  Le fichier de code Arduino est offert en ligne sur le site des éditions Eyrolles, mais le livre ne comporte aucune information sur son fonctionnement, la programmation en C étant considérée comme trop compliquée pour le lecteur débutant.

Finalement, le robot martien se veut une réplique du Mars Pathfinder.  C'est une plate-forme à 6 roues, contrôlable par smartphone par l'intermédiaire d'un Romeo BLE all-in-one de DFRobot (compatible Arduino).  Il comporte un faux panneau solaire, qui est purement décoratif!

En bref, il s'agit d'un bon livre pour un jeune qui veut faire ses tous premiers pas en robotique: les instructions sont claires et détaillées, les photographies sont nombreuses, les projets sont variés et présentés en ordre croissant de difficulté.  Il est toutefois important de remarquer que presque tous ces robots, quand ils n'ont pas un comportement aléatoire, sont conçus pour être contrôlés par un humain.  Ce livre ne vous apprendra pas comment fabriquer des robots autonomes, qui prennent leurs propres décisions en fonction des résultats tirés de leurs capteurs (il y a bien la catapulte automatique, mais il n'y a aucun robot suiveur de ligne ou éviteur d'obstacles, par exemple).


Yves Pelletier   (TwitterFacebook)


lundi 23 avril 2018

Livre: Arduino, S'exercer au prototypage électronique

Arduino
S'exercer au prototypage électronique
(10 projets créatifs à réaliser soi-même)
par Cédric Doutriaux
Éditions ENI (collection La Fabrique), 2017
298 pages

Une première qualité de ce livre, c'est qu'il s'adresse à des gens qui ont déjà une petite expérience de l'Arduino (car, admettons-le, nous n'avons pas vraiment besoin d'un autre livre qui consacrerait des dizaines de pages à l'installation de l'IDE et à la mise à l'essai de l'exemple "blink"!).

Nul besoin d'être un expert, toutefois, pour apprécier les 10 projets présentés dans cet ouvrage, car ils sont tous expliqués clairement, et de façon détaillée.  Ainsi, on vous guidera dans la fabrication d'un synthétiseur thérémine, d'un jeu de mémorisation musicale, d'un petit système d'arrosage automatique, d'un oscilloscope minimaliste, d'un robot suiveur de ligne, d'une lampe multicolore contrôlable via bluetooth, d'une station météo consultable par wi-fi, d'un télémètre à ultrasons, d'un robot hexapode capable d'éviter les obstacles et, finalement, d'un affichage "POV" (persistance rétinienne) monté sur une roue de vélo.

Bien sûr, il est possible de trouver de nombreuses variantes de tous ces projets sur internet.  Mais un aspect qui m'a semblé très intéressant, c'est que l'auteur ne se contente pas de nous présenter le code de la version finale du programme; il nous guide plutôt dans un processus qui consiste à coder une première version du programme et à vérifier son fonctionnement correct avant d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires.  Par exemple, dans le jeu de mémorisation musicale, on commence par produire un sketch qui joue une mélodie.  Après avoir vérifié que tout fonctionne convenablement, on ajoute la partie qui enregistre la séquence de boutons actionnés et la compare avec la bonne réponse.  Finalement, on ajoute une fonction qui génère des nouvelles mélodies.
Je pense qu'il s'agit d'une bonne façon de faire acquérir au lecteur une méthode de travail qui lui sera utile lorsqu'il voudra concevoir ses propres projets.

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

vendredi 30 mars 2018

Forums de discussion en français sur l'électronique et les microcontrôleurs


Je ne suis pas un habitué des forums de discussion.  Quand je m'y aventure, c'est généralement parce qu'une recherche par mots clés dans Google m'y a entraîné (et là, je suis bien d'accord: quand on cherche une information, il y a presque toujours quelqu'un qui a posé la question avant nous dans un forum de discussion).  Mais voilà: puisque je parviens généralement à trouver l'information désirée par une recherche dans Google, il m'arrive rarement de poser une question dans un forum.

Les forums de discussion pourraient probablement servir de base à d'intéressantes recherches en sociologie: on y retrouve des gens qui n'ont fait aucun effort pour se documenter, et qui espèrent que quelqu'un fera tout le travail à leur place; il y a ceux qui demandent pourquoi ce qu'ils ont fait n'a pas fonctionné, sans juger utile d'expliquer ce qu'ils ont fait; il y a ceux qui prennent plaisir à répondre de façon condescendante et à humilier ceux qui posent des questions trop naïves, et ceux qui n'y connaissent rien, mais qui répondent quand même...   Heureusement, on y trouve aussi (et surtout) des questions clairement formulées, suivies de réponses pertinentes et instructives.

Avant d'envoyer votre premier message, prenez toujours la peine de lire les règles du forum, effectuez préalablement une recherche pour vous assurer que votre problème n'a pas déjà été résolu dans une discussion précédente, et expliquez clairement ce que vous avez fait et ce qui ne fonctionne pas (en incluant les schémas de circuits, programmes, etc).  Si vous ne vous donnez pas la peine d'être clair, pourquoi des inconnus voudraient-ils avoir envie de vous répondre?

Tentons donc d'établir un petit répertoire des forums de discussion en français, consacrés à l'électronique et aux microcontrôleurs.  Si vous connaissez un bon forum qui n'apparaît pas dans cette liste, n'hésitez pas à nous en faire part dans la section "commentaires", ci-dessous.


Forums sur l'électronique en général

ABC Électronique


Depuis 2005, plus de 50 000 discussions portant sur l'électronique.  Si vous désirez de l'information sur la réparation d'un appareil, visitez plutôt le forum de dépannage.   Avant de publier un premier message, assurez-vous de consulter les règles du forum.


Forum d'électronique de Futura-Sciences


Un gros forum très, très fréquenté, dans lequel on retrouve un nombre incalculable de discussions portant sur l'électronique en général (y compris les microcontrôleurs).  Par contre, tel que spécifié dans les règles du forum,  les questions concernant la réparation d'appareils électroménagers doivent plutôt être dirigées dans le forum dédié à cette fin.  Notez aussi l'existence du forum Projets électroniques, qui sert à...la présentation de projets électroniques.

Forum d'Elektor


Le magazine d'électronique a son forum de discussion: plus de 41 000 messages dans 4000 discussion, incluant une catégorie "Mon circuit marche" et une catégorie "Mon circuit ne marche pas (encore)".  Et je ne parle ici que des forums généraux, car il y a également une partie consacrée aux discussions sur les articles publiés dans la revue!

Mentionnons rapidement quelques forums tout aussi généralistes que les précédents, mais plus modestes: Électro-bidouilleur,  BricotroniqueForum lelectroniqueHardware.fr, Elekronique.

 Forums plus spécialisés

Forum Arduino


La partie francophone du forum hébergé sur le site officiel arduino.cc est très fréquentée: près de 200 000 interventions réparties sur 20 000 discussions depuis janvier 2011.  C'est l'endroit incontournable où aller lorsque vous avez une question pour un projet impliquant une carte Arduino.  Au minimum, votre question sera visionnée par quelques dizaines de personnes, et elle recevra très probablement au moins une réponse.  Pour cette raison, je vois mal pourquoi quelqu'un choisirait de poser à un autre endroit une question concernant l'Arduino.  Évidemment, avant d'y publier quoi que ce soit, prenez le temps de bien lire les règles et apprenez à utiliser les balises de code...

Forum Framboise314


Le forum de discussion sur le Rasbperry Pi associé au site de François Mocq n'existe que depuis 2014, mais 2918 membres y ont malgré tout publié 26215 messages répartis sur 4248 sujets.  Le domaine étant très vaste, les subdivisions sont nombreuses, ce qui permet aux adeptes de domotique de ne pas embêter les fanatiques de retro gaming.   Un incontournable, bien sûr.

Forum Rasbpian France


Un autre bon forum sur le Raspberry Pi, avec moins de catégories différentes que sur le forum de Framboise 314 (ce qui est un peu normal, puisqu'on se limite à un seul système d'exploitation). Il y a des nouveaux messages tous les jours.  Vous pouvez lire les règles ici.


Fantaspic


Je n'ai découvert que très récemment ce forum consacré à la programmation de microcontrôleurs PIC, démarré en juillet 2015.  535 membres inscrits, 8643 messages répartis sur 590 sujets.  Vous y trouverez des tutoriels, une section réservée à chaque langage de programmation (C, assembleur, basic, pascal), etc.  N'oubliez pas de consulter les règles du forum.

Forum Pinguino


Pinguino est un projet inspiré d'Arduino, mais impliquant des cartes munies d'un microcontrôleur PIC.  Le forum hébergé sur le site officiel pinguino.cc comporte un volet en français depuis 2011 (les règles sont en anglais, toutefois).  530 messages, répartis sur 75 discussions.  L'activité y est très faible: au moment où j'écris ces lignes, le message le plus récent date de quelques mois, mais a quand même été visionné 600 fois.  J'ai l'impression que le projet est sur son déclin, malheureusement.

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)
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