Le télémètre à ultrasons HC-SR04 permet de mesurer la distance du plus proche obstacle se trouvant devant lui. Par exemple, il peut servir de capteur pour un robot qui évite les obstacles, pour un dispositif d'aide au stationnement d'un véhicule, pour un système d'alarme détectant la présence d'un intrus, etc.
Dans ce court article, nous branchons un télémètre HC-SR04 à une carte STM32 Nucleo.
Principe de fonctionnement
Le télémètre HC-SR04 est un sonar: il émet des ultrasons, et capte leur écho. Plus l'obstacle est éloigné, plus le délai entre l'émission de l'ultrason et la réception de l'écho sera long.
Lorsque la pin "Trig" du module est brièvement soumise à un signal logique haut, une brève impulsion ultrasonore est émise.
Lorsqu'un écho est capté, la pin "Echo" prend l'état logique haut pendant une durée égale à la durée du trajet aller-retour de l'ultrason.
Le circuit
Le module HC-SR04 fonctionne à 5 V, mais il interprétera correctement le signal numérique de 3,3 V que lui enverra le Nucleo sur la pin "Trig". Par contre, j'ai préférer utiliser un 4050 pour abaisser à 3,3 V le signal de 5 V émis par la sortie "Echo" (il semble que les entrées du Nucleo sont conçues pour tolérer les tensions de 5 V, cette précaution est peut-être donc superflue).
En résumé, il faut brancher les choses de cette façon:
Pin Vcc du HC-SR04 ------- Pin 5 V du Nucleo
Pin Trig du HC-SR04 ------- Pin D8 du Nucleo
Pin Echo du HC-SR04 ------Pin 3 du CD4050
Pin Gnd du HC-SR04 ------ Pin GND du Nucleo
Pin 1 du CD4050 ------- Pin 3V3 du Nucleo
Pin 2 du CD4050 ------ Pin PWM/D9 du Nucleo
Pin 8 du CD4050 ------- Pin GND du Nucleo Un petit script à utiliser sur mbed
Voici finalement un script qui affichera dans un moniteur série (celui de l'IDE Arduino, par exemple), la distance d'un obstacle, en centimètres.
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Il y a quelques semaines, je me suis procuré un analyseur logique sur eBay, un modèle ultra-économique vendu au prix de 7 euros environ.
Dans ce court article, je vous montre comment j'ai installé le logiciel sigrok Pulseview sur Windows afin d'effectuer un premier test rapide confirmant le fonctionnement correct de l'appareil.
Je tiens à préciser que je n'avais jamais eu l'occasion d'utiliser un analyseur logique auparavant. Il serait donc illusoire d'attendre de ma part une minutieuse comparaison avec d'autres analyseurs logiques disponibles sur le marché, ou encore un cours complet sur l'art d'utiliser efficacement ce genre d'appareil.
Il s'agit donc d'un minuscule dispositif (5 cm X 2,5 cm X 1 cm) qui se branche sur le port USB d'un ordinateur. C'est un analyseur 8 bits, ce qui signifie qu'on peut observer jusqu'à 8 signaux logiques simultanément, à une fréquence d'acquisition maximale de 24 MHz.
Mon exemplaire était accompagné d'un câble mini-USB et de 10 câbles Dupont femelles (ce qui ne constitue pas le meilleur type de connecteur, dans les circonstances).
Évidemment, à ce prix, nous ne serons pas surpris de constater que le fabricant n'a pas été spécialement pointilleux en matière de propriété intellectuelle. Bien que ce ne soit pas indiqué sur le boîtier (ni dans la description sur eBay), la mention "usb Saleae V1.1" est clairement visible sur le circuit imprimé: il s'agit donc d'une copie d'un analyseur conçu par la compagnie américaine Saleae.
Vice de conception assez rigolo: une LED rouge s'allume pour indiquer que l'analyseur est sous tension, mais puisque cette LED est enfermée à l'intérieur d'un boîtier opaque, il est impossible de savoir si elle est allumée ou non... On peut voir sur le circuit imprimé qu'une deuxième LED a été omise (dans le circuit d'origine, cette LED verte sert à indiquer s'il y a de l'activité sur les canaux numériques).
sigrok: Un logiciel libre spécialement conçu pour être utilisé avec une vaste gamme d'analyseurs logiques. C'est la voie que je vous propose ici: ça nous permettra peut être de nous sentir un peu moins coupables d'avoir encouragé la contrefaçon...
On nous donne le choix entre Pulseview (interface graphique) ou sigrok-cli (interface en lignes de commandes): j'ai choisi Pulseview,
Après avoir téléchargé le programme d'installation, bien entendu, on installe le logiciel.
MAIS CE N'EST PAS TERMINÉ...
Si vous branchez l'analyseur logique dans un port USB de l'ordinateur, Windows va tenter sans succès d'installer un pilote de périphérique. Vous devez vous-même faire l'installation de ce pilote, grâce au logiciel "Zadig", qui a été installé en même temps que Pulseview.
Dans le menu Démarrer de Windows, vous ouvrez donc Zadig, qui se trouve à l'intérieur du répertoire sigrok/PulseView.
Pendant que Zadig est ouvert, vous branchez l'analyseur logique à un port USB de l'ordinateur. Zadig devrait le détecter ("Unknown Device #1). Vous cliquez ensuite sur le bouton "Install Driver".
Cette fois, le pilote devrait s'installer correctement.
Nous pouvons maintenant démarrer le logiciel PulseView. Dans un premier temps, il faut établir la connexion avec l'analyseur logique.
Vous cliquez donc sur le bouton "Connect to Device"...
...et vous choisissez le pilote "fx2lafw (generic driver for FX2 based LAs) (fx2lafw)", l'interface USB, et vous cliquez sur le bouton "Scan for devices using driver above".
La mention "Saleae Logic with 8 channels" devrait apparaître dans la case du bas. Il ne reste plus qu'à cliquer sur le bouton "OK".
Petit test impliquant les sorties PWM d'une carte Arduino
Comme prétexte pour utiliser mon analyseur logique, j'ai activé 5 sorties PWM de l'Arduino en utilisant plusieurs rapports cycliques différents.
J'ai branché l'analyseur logique de la façon suivante:
Canal 0: Pin 3
Canal 1: Pin 9
Canal 2: Pin 10
Canal 3: Pin 11
Canal 4: Pin 5
Canal 5: Pin 6
Puis j'ai exécuté le sketch suivant:
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Voici le résultat, dans la fenêtre principale de PulseView:
On peut remarquer le rapport cyclique de plus en plus élevé sur les canaux 0, 1, et 2. De plus, les canaux 3 et 4 (qui correspondent aux pins 5 et 6 de l'Arduino) ont une fréquence deux fois plus élevée que les autres.
Cet article a été mis à jour le 30 décembre 2020, afin d'assurer la compatibilité avec Python 3.
Pour la quatrième fois depuis le début du mois, je vous propose de lire le numéro de série d'un tag RFID au moyen d'un module RC522. Cette fois, c'est un Raspberry Pi qui aura l'honneur de piloter notre module RC522, grâce à un script rédigé en Python (les articles précédents mettaient plutôt en scène un Arduino, un MSP430 Launchpad et un STM32 Nucleo).
Si vous n'êtes pas déjà l'heureux propriétaire d'un module RC522, des commerçants chinois se feront un plaisir de vous en vendre un (accompagné d'un ou deux tags RFID) pour moins de 2 euros.
Activation de SPI sur le Rasbperry Pi
Le module RC522 utilise le protocole de communication SPI. Vous devez donc vous assurer que le SPI est activé sur votre Raspberry Pi. Pour ce faire, vous choisissez "Configuration du Raspberry Pi" dans le menu "Préférences"...
...et vous vous assurez que SPI est activé.
Installation de la bibliothèque pi-rc522
Nous utiliserons la bibliothèque pi-rc522 par ondryaso. Pour ce faire, la façon la plus simple (à mon avis), est d'utiliser pip:
sudo pip3 install pi-rc522
Circuit (connexions)
Les connexions à effectuer sont:
Broche SDA du RC522 --- Broche #24 (GPIO 8) du Raspberry Pi
Broche SCK du RC522 --- Broche #23 (GPIO 11) du Raspberry Pi
Broche MOSI du RC522 --- Broche #19 (GPIO 10) du Raspberry Pi
Broche MISO du RC522 --- Broche #21 (GPIO 9) du Rasbperry Pi
Broche IRQ du RC522 --- Broche#18 (GPIO 24) du Raspberry Pi
Broche GND du RC522 --- Une des Broche GND du Raspberry Pi
Broche RST du RC522 --- Broche #22 (GPIO 25) du Raspberry Pi
Broche 3V3 du RC522 --- Broche 3V3 du Raspberry Pi
LED verte (et résistance) --- Broche #15 (GPIO 22) du Raspberry Pi
LED rouge (et résistance) --- Broche #16 (GPIO 23) du Rasbperry Pi
Script pour récupérer l'UID
Voici un premier script en Python qui affiche dans le terminal l'UID (numéro de série) d'un tag RFID qu'on approche du module RC522.
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Sur la capture d'écran ci-dessus, vous pouvez constater que l'UID de la carte que j'ai utilisée est constituée des valeurs 144, 207, 148, 117 et 190. Ces nombres seront utilisés dans le prochain script.
Script qui accepte ou rejette l'UID
L'idée est d'accomplir une action seulement si l'utilisateur présente un tag RFID dont l'UID est approuvé. Avec ce script en Python, la LED verte s'allume uniquement lorsqu'on approche un tag RFID portant le bon UID. Si on approche un tag RFID portant un autre UID, c'est la LED rouge qui s'allume.
Avant d'utiliser le script, n'oubliez pas de remplacer le contenu de la variable "bonUID" par l'UID de votre carte.
Vous pourrez ensuite modifier ce script de base pour en faire quelque chose de plus utile ou plus spectaculaire (actionner une serrure, mettre à jour une base de donnée consignant l'heure d'entrée et sortie des employés, etc.).
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Tout comme ce fut le cas avec les deux autre microcontrôleurs, nous verrons comment récupérer l'UID (numéro de série) d'un tag RFID, puis nous élaborerons un dispositif qui allume une LED verte lorsque l'UID est accepté, et une LED rouge lorsque l'UID n'est pas accepté.
Le circuit
Le module RC522 utilise le protocole SPI pour communiquer avec le microcontrôleur. Son niveau logique de 3,3 V correspond parfaitement à celui du SMT32 Nucleo.
Les branchements appropriés sont:
Pin SDA du RC522 --- Pin PWM/CS/D10 du Nucleo
Pin SCK du RC522 --- Pin SCK/D13 du Nucleo
Pin MOSI du RC522 --- Pin PWM/MOSI/D11 du Nucleo
Pin MISO du RC522 --- Pin MISO/D12 du Nucleo
Pin IRQ du RC522 --- Pas branchée
Pin GND du RC522 --- Pin GND du Nucleo
Pin RST du RC522 --- Pin D8 du Nucleo
Pin 3V3 du RC522 --- Pin 3V3 du Nucleo
LED verte (et résistance) --- Pin D2 du Nucleo
LED rouge (et résistance) --- Pin D3 du Nucleo
Remarquez que, du côté Nucleo, nous utilisons les connecteurs femelles compatibles Arduino.
Importation du programme RC522_LF dans embed
Dans mbed, j'ai importé un programme intitulé "RC522_LF", dont l'auteur est "Team FRA221:A" (bouton "Import").
Ce programme permet de récupérer l'UID d'un tag RFID amené à proximité du module RC522. De plus, il contient la bibliothèque MFRC522 qui nous sera bien utile pour la réalisation de nos propres programmes.
Récupération de l'UID
Pour connaître l'UID de vos tags RFID, il s'agit de compiler sans modification le programme "RC522_LF", et de le téléverser dans la carte Nucleo. Vous ouvrez ensuite sur l'ordinateur un terminal permettant la communication série (j'ai utilisé le moniteur série de l'IDE Arduino), réglé à 57600 bauds. L'UID et le type de cartes s'affichent chaque fois que vous approchez un tag RFID.
Petit inconvénient: le programme insère inutilement le nombre "02" à la fin de chaque octet constituant l'UID. Ainsi, pour le premier tag que j'ai approché du module, il m'affiche comme UID "9002 CF02 9402 7502", ce qui signifie que l'UID est, en fait "90 CF 94 75" (en hexadécimal). Vous pouvez facilement modifier le programme pour corriger le problème, ou simplement ne pas tenir compte des "02" superflus.
Un script qui approuve ou rejette un UID
Pour faire nos propres programmes, il s'agit de faire une copie du projet "RC522_LF" (incluant sa bibliothèque) et de modifier le fichier "main.cpp". Le script ci-dessous allume la LED verte lorsque l'UID est approuvé, et allume la LED rouge quand il s'agit d'un autre UID.
Évidemment, vous devez d'abord remplacer le contenu de la constante "bonUID" par la valeur récupérée à l'étape précédente. Remarquez que, puisque les octets sont en hexadécimal, chaque valeur est précédée du symbole "0x".
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Installation de la bibliothèque CardReader RFID RC522
Pour faciliter la programmation au maximum, nous allons utiliser l'IDE Energia, ainsi que la bibliothèque CardReader_RFID_RC522 par fmilburn3. Assurez-vous d'installer cette bibliothèque avant d'aller plus loin.
Circuit
Un avantage du Launchpad, comparativement à l'Arduino Uno, c'est qu'il fonctionne avec un niveau logique de 3,3 V qui convient parfaitement à notre module RC522. Puisque nous n'avons pas à nous préoccuper d'abaisser le niveau logique, le circuit s'en trouve grandement simplifié.
Notez que j'ai utilisé le launchpad MSP-EXP430G2 Rev 1.5 comportant un microcontrôleur 2553. Les pins MISO et MOSI, par exemple, sont inversées sur d'autres cartes.
Les connexions sont donc:
SDA du RC522: P2_0 du Launchpad
SCK du RC522 : P1_5 du Launchpad
MOSI du RC522: P1_7 du Launchpad
MISO du RC522: P1_6 du Launchpad
IRQ du RC522: Pas utilisé
GND du RC522: GND du Launchpad
RST du RC522: P2_2 du Launchpad
3.3V du RC522: VCC du Launchpad
De plus, pour utiliser le sketch que je propose un peu plus loin, vous reliez une LED vers à la pin P1_4, et une LED rouge à la pin P1_2. (La LED verte intégrée à la carte étant liée à la pin P1_6, déjà utilisée, on ne peut pas l'utiliser pour cette fonction).
Connaître l'UID de votre tag
Chaque tag RFID comporte un numéro unique: l'UID. Pour connaître l'UID de votre tag, vous pouvez utiliser l'exemple "CardReader" fourni avec la bibliothèque.
Après avoir téléversé cet exemple dans le Launchpad, ouvrez le moniteur série d'Energia, et placez le tag RFID à proximité du module RC522. L'UID de la carte devrait s'afficher.
Dans mon cas, les 5 parties de l'UID étaient: 144, 207, 148, 117 et 190.
Sketch
Le sketch ci-dessous allume la LED verte pendant 2 secondes lorsqu'on approche un tag RFID ayant un UID admissible, alors que c'est la LED rouge qui s'allume si on approche un autre tag.
Avant de l'utiliser, vous devez évidemment remplacer l'UID apparaissant au tout début du sketch (variable "bonUID").
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Je me suis récemment procuré (pour moins de 2 €) un petit kit comportant: - un module RFID-RC522 - un tag RFID prenant la forme d'une carte - un tag RFID prenant la forme d'un porte-clés Le module est presque prêt à l'emploi, mais il faut soi-même souder une barrette de 8 connecteurs (ce qui n'a rien de bien difficile). Dans ce petit tutoriel, nous allons réaliser un montage constitué d'une carte Arduino Uno et d'un module RFID-RC522. Lorsqu'un tag RFID comportant un code admissible sera détecté, une LED verte va s'allumer. Lorsqu'un tag comportant un code inadmissible sera détecté, c'est plutôt une LED rouge qui s'allumera.
Installation de la bibliothèque MFRC522
Nous allons utiliser la bibliothèque MFRC522, qui a été développée par Miguel Balboa. Il est donc nécessaire d'installer cette bibliothèque dans votre environnement de programmation Arduino.
Le circuit Le module RFID-RC522 communique au moyen du protocole SPI, avec un niveau logique de 3,3 V. Bien que la plupart des tutoriels que j'ai vus sur internet semblent omettre cette précaution, j'ai choisi d'utiliser un convertisseur de niveaux logiques CD4050 pour éviter que les signaux émis par l'Arduino (à un niveau logique de 5 V) n'abîment le module RC522.
Les 8 connecteurs du RC522 sont donc branchés de la façon suivante:
SDA: Arduino 10, après avoir été abaissé par le 4050
SCK: Arduino 13, après avoir été abaissé par le 4050
MOSI: Arduino 11, après avoir été abaissé par le 4050.
MISO: Arduino 12
IRQ: Pas utilisé
GND: Arduino GND
RST: Arduino 9, après avoir été abaissé par le 4050
3.3V: Arduino 3.3V
(À noter que SDA et RST peuvent être branché sur une autre pin de l'Arduino au besoin, il s'agira de modifier le sketch en conséquence).
Quant aux deux LEDs indicatrices, elle seront branchées aux pins 6 (rouge) et 7 (verte) de l'Arduino.
Premier sketch: récupérer l'UID du tag Dans un premier temps, il faut connaître l'UID, qui est le code unique écrit sur notre carte. Le sketch ci-dessous affiche dans le moniteur série l'UID de tout tag qu'on approche du module RC-522.
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Après avoir téléversé ce sketch dans l'Arduino, ouvrez le moniteur série et approchez un tag RFID à proximité du module RC-522. La capture d'écran ci-dessous montre le résultat lorsque j'ai approché ma carte blanche (const byte bonUID[4] = {144, 207, 148, 117}), puis mon porte-clé (const byte bonUID[4] = {131, 133, 4, 107}). Évidemment, les valeurs numériques diffèrent selon le tag utilisé.
Copiez le code de votre tag, afin de le coller dans le sketch principal ci-dessous.
Sketch principal
Avant d'utiliser ce sketch, vous devez remplacer la ligne " (const byte bonUID[4] = {144, 207, 145, 117})" par celle qui correspond à votre tag, et que vous avez précédemment copiée du moniteur série grâce au premier sketch.
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Voici, pour finir, une vidéo montrant le montage en action. La LED verte s'allume lorsque j'approche la carte blanche (code accepté), mais c'est la LED rouge qui s'allume lorsque j'approche le porte-clé (code refusé).
Aujourd'hui, je vous relate une expérimentation visant à établir une communication bidirectionnelle entre une carte Arduino et une tablette Android, par l'entremise d'un câble USB.
Matériel:
Une tablette ou un téléphone Android (j'ai utilisé une tablette Samsung Galaxy Tab A), une carte Arduino (dans mon cas, comme d'habitude, un clone Uno chinois d'origine douteuse), le câble USB habituel de votre Arduino et un câble adaptateur "micro-USB OTG" conçu pour brancher des périphériques USB à votre appareil mobile.
Notez que ce câble sert non seulement à la transmission des données entre les deux appareils, mais aussi à l'alimentation de l'Arduino: si votre carte reste branchée un long moment à votre appareil Android, la pile de ce dernier risque de s'épuiser rapidement.
Puisque je voulais tester la communication dans les deux directions, j'ai installé dans l'Arduino un sketch qui demande le nom de l'utilisateur, et qui demande des instructions afin d'allumer ou d'éteindre la LED intégrée à la carte (reliée à la pin 13). Puisqu'il s'agit d'une communication série, c'est exactement la même procédure que lors d'une interaction avec le moniteur série de l'IDE Arduino.
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Les nombreux délais ont semblé améliorer la qualité de la communication (sans ces délais, il arrivait que certaines lignes ne soient pas affichées par la tablette).
Ça donnera comme résultat un dialogue de ce genre:
(Admettez qu'il est poli et serviable, cet Arduino...)
Logiciels:
J'ai testé avec un égal succès deux applications spécialement conçues pour la communication série à travers le port USB: Serial USB Terminal par Kai Morich et Usb terminal par Lior Hass. Il en existe d'autres: j'ai choisi celles-ci sur la base des commentaires positifs des utilisateurs sur Google Play, qui mentionnaient explicitement la communication avec Arduino.
Peu importe l'application que vous utiliserez, la carte Arduino sera automatiquement détectée aussitôt que vous la brancherez à l'appareil mobile.
Utilisation de Serial USB Terminal, par Kai Morich
Supposons dans un premier temps que vous optez pour l'application Serial USB Terminal. Avant de pouvoir établir une communication correcte avec l'Arduino, il faut régler quelques paramètres. Pour ce faire, déployez le menu en utilisant le bouton qui a la forme de 3 traits horizontaux superposés, dans le coin supérieur droit de l'écran, et choisissez "Settings".
Il faut bien sûr sélectionner la vitesse de transmission (baud rate) qui correspond à celle qui a été spécifiée dans le sketch de l'Arduino. Ici, c'est 19200.
S'il s'agissait d'une communication unidirectionnelle de l'Arduino vers la tablette, cet unique ajustement serait probablement suffisant. Mais puisque nous voulons aussi envoyer des données de la tablette vers l'Arduino, et que l'Arduino doit correctement interpréter à quel moment le message qu'il reçoit est complet, il faut régler NewLine à LF (et non à CR+LF) dans la section "Send" (attention: il y a aussi un Newline dans la section "Receive"; sur la capture d'écran ci-dessous, le paramètre dont je parle est situé sur la toute dernière ligne en bas).
De retour au terminal. Pour établir la communication, il faut taper sur l'icône qui représente deux connecteurs qui ne sont pas connectés:
Vous devrez probablement aussi appuyer sur le bouton reset de l'Arduino, qui a envoyé son message initial alors que nous n'étions pas prêts à l'écouter.
Utilisation de Usb terminal par Lior Hass
Passons maintenant à l'autre option, une application très similaire: Usb terminal par Lior Hass.
Ici encore, quelques paramètres doivent d'abord être réglés pour que la communication s'établisse correctement. Vous déployez le menu grâce au bouton situé en haut à droite (3 points superposés), et vous choisissez "Settings".
Assurez-vous de sélectionner le même baud rate que celui qui a été spécifié dans le sketch (c'est à dire 19200).
Puisque notre petite expérience nécessite l'envoi de messages constitués de plusieurs caractères vers l'Arduino, cochez également "Use dedicated field for keyboard input" et "Data is sent when Enter is pressed". Il faut aussi régler l'option "Enter key sends" à LF (sinon, l'Arduino ne réussira pas à interpréter correctement vos réponses).
Retour au menu: pour établir la communication, vous choisissez "Connect USB device".
Puisque l'Arduino a amplement eu le temps d'envoyer son message initial avant que nous ne soyons prêts à l'écouter, appuyez sur le bouton reset de l'Arduino.
Attention: envoyez vos réponse en utilisant la touche "enter" du clavier, et non le bouton "Send".
Voilà! En ce qui me concerne, chacun des deux logiciels fait parfaitement l'affaire.
Maintenant que nous savons comment procéder, il ne nous reste plus qu'à appliquer le principe à quelque chose de plus utile: ajouter temporairement des capteurs supplémentaires à notre appareil mobile, par exemple.
