Électronique en amateur: 2023

mardi 5 septembre 2023

MIDI OUT avec le Raspberry Pi Pico (Micropython)

Ce projet consiste à utiliser un Raspberry Pi Pico programmé en Micropython, afin d'envoyer des instructions MIDI à un clavier musical. Le synthétiseur du clavier jouera la musique ayant préalablement été programmée dans le Raspberry Pi Pico.

Circuit

La norme MIDI (Musical Instrument Digital Interface) a été mise au point au début des années 1980 afin de permettre la communication entre divers instruments de musique électronique.

À l'origine, tous les appareils communiquaient en utilisant un niveau logique de 5 V mais puisque le Raspberry Pi Pico (comme la majorité des microcontrôleurs actuels) utilise plutôt un niveau logique de 3,3 V, nous utiliserons le circuit que je vous ai présenté dans le récent article intitulé Fabrication d'un module MIDI (IN et OUT) pour microcontrôleur 3,3 V.

Le circuit est très simple et peut être rapidement monté sur une breadboard. Le seul composant "spécialisé" étant un connecteur DIN-5 femelle dans lequel sera inséré le câble MIDI branché au clavier. La numérotation des broches de ce connecteur est présenté sur la photographie ci-dessous.

Une résistance de 10 Ω est insérée entre la broche GP4 du Raspberry Pi Pico et la broche numéro 5 du connecteur DIN-5 femelle.
La broche 2 du connecteur DIN-5 femelle est branchée à une des broches GND du Raspberry Pi Pico.
Une résistance de 33 Ω est insérée entre la broche 4 du connecteur DIN-5 femelle et la sortie 3,3 V du Raspberry Pi Pico. Attention: on recommande une résistance de 0,5 W. (Pour cette raison, j'ai plutôt utilisé deux résistances de 68 Ω en parallèle).

Ce circuit est inspiré des recommandations de la MIDI Association.

Un câble MIDI est inséré dans le connecteur DIN5, et l'autre extrémité du câble est inséré dans le jack MIDI IN du clavier musical.

Script en Micropython #1

Commençons par présenter un script très simple, en Micropython, pour illustrer la procédure: il se contente de ne jouer qu'une seule note.

Les spécifications du protocole MIDI imposent une communication série à une vitesse de 31 250 bauds. Cette vitesse est réglée au début du programme (ligne #15) lorsque nous initialisons le bus UART #1 du Raspberry Pi, qui est lié aux broches GP4 (TX) et GP5 (RX). Dans ce projet, nous n'utilisons que la broche GP4, qui sert à la transmission des données (GP5 serait utile si nous devions recevoir des données, ce qui n'est pas le cas ici).

À la ligne #18, nous réglons le "programme" du synthétiseur, c'est à dire le timbre qui sera utilisé. La norme "General MIDI" définit 128 timbres correspondant à l'imitation d'un instrument de musique. Par exemple, le timbre numéro 57 correspond à un son de trompette. De plus, vous disposez de 16 canaux, chacun de ces canaux pouvant être réglé à son propre timbre (sauf le canal 10, qui est réservé aux percussions).

À la ligne #18, donc, nous assignons un son de trompette au canal 1. Pour ce faire, nous envoyons un premier octet qui envoie l'instruction "program change" ainsi que le numéro du canal auquel il faut assigner ce timbre:

Le nombre hexadécimal C0 modifie le timbre du canal 1
Le nombre hexadécimal C1 modifie le timbre du canal 2
Le nombre hexadécimal C2 modifie le timbre du canal 3
...
Le nombre hexadécimal CF change le timbre du canal 16

Vous l'avez peut-être remarqué: la numérotation officielle des canaux, qui s'adresse aux musiciens plutôt qu'aux programmeurs, va du canal 1 au canal 16 mais dans un programme, nous utilisons les numéros 0 à 15...

Cette instruction est suivie d'un deuxième octet (ligne #19) qui contient le numéro du timbre. Ici encore, les timbres sont officiellement numérotés de 1 à 128 mais nos programmes utilisent une numérotation de 0 à 127. Pour cette raison, nous envoyons "56" parce que la trompette est l'instrument numéro 57!

Pour jouer une note, nous envoyons un message de type "Note On":

Le nombre hexadécimal 90 joue une note dans le canal 1
Le nombre hexadécimal 91 joue une note dans le canal 2
Le nombre hexadécimal 92 joue une note dans le canal 3
...
Le nombre hexadécimal 9F joue une note dans le canal 16

À la ligne #22, nous avons donc envoyé l'instruction 90, en hexadécimal, afin de jouer une note dans le canal 1.

Il faut aussi lui indiquer quelle note il faut jouer (ligne #23). Le Do4, par exemple, correspond au numéro 60 (voir cette page pour tous les numéros de notes).

Ensuite (ligne #24), il faut envoyer un troisième octet qui indique la vélocité de la note. Plus ce nombre est élevé, plus le volume du son est élevé. 127 représente le maximum.

Nous maintenons ensuite cette note pendant 2 secondes (ligne #26).

En MIDI, il faut envoyer une instruction qui demande explicitement de cesser de jouer la note: c'est le message "note off", qui est très similaire au message "note on", sauf qu'on remplace le 9 par un 8:

Le nombre hexadécimal 80 interrompt une note dans le canal 1
Le nombre hexadécimal 81 interrompt une note dans le canal 2
Le nombre hexadécimal 82 interrompt une note dans le canal 3
...
Le nombre hexadécimal 8F interrompt une note dans le canal 16

La ligne #29 envoie donc un message "note off" au canal 1.

Il faut ensuite spécifier le numéro de la note qu'on désire interrompre, et il est bien sûr important d'utiliser le même numéro que celui a servi dans le message "note on"! À la ligne #30, nous interrompons la note numéro 60, qui est le do4 qui joue depuis maintenant 2 secondes.

Nous spécifions finalement la vélocité, qui est typiquement nulle pour un message de type "note off". (ligne #31). (Notez qu'un message "note on" de vélocité nulle aurait eu le même effet qu'on message "note off".)

Script en Micropython #2

Ce deuxième script joue une mélodie à la basse dans le canal #1, tout en jouant de la batterie dans le canal #10. Ça joue en boucle jusqu'à l'interruption du programme.

Bibliothèque Micropython-midi-library

Pour des applications plus sérieuses, vous serez peut-être intéressés par la Micropython-midi-library de sensai7.

À lire également

Yves Pelletier

lundi 4 septembre 2023

Fabrication d'un module MIDI (IN et OUT) pour microcontrôleur 3,3 V

Il y a quelques années, j'avais fabriqué un module MIDI permettant de brancher un clavier MIDI à une carte Arduino, qui m'a été bien utile dans un grand nombre de petits projets musicaux. Ce circuit, toutefois, est conçu pour une logique à 5 V alors que, de nos jours, mes intérêts s'orientent surtout vers des microcontrôleurs qui fonctionnent avec une logique à 3,3 V. J'ai donc fabriqué une nouvelle interface MIDI, qui me permettra de faire de nouvelles expérimentations musicales avec, entre autres, mon Raspberry Pi Pico!

Ce nouveau module comporte un circuit "MIDI OUT" qui permettra à un microcontrôleur d'envoyer des instructions MIDI par une sortie UART, ainsi qu'un circuit "MIDI IN" qui permettra à un microcontrôleur de recevoir des messages MIDI par une entrée UART.

Évidemment, si vous préférez, vous pouvez trouver en lignes des modules MIDI déjà prêts à être utilisés (parfois munis d'un commutateur permettant de sélectionner une logique à 5 V ou à 3,3 V).

Connecteurs MIDI

Mon module est muni de deux connecteurs DIN 5 femelles (communément appelées "connecteurs MIDI). La numérotation des broches de ces connecteurs est parfois ambigüe, d'une part parce qu'elles ne sont pas numérotées dans l'ordre, et d'autre part parce que les schémas n'indiquent pas toujours clairement s'ils montrent le connecteur mâle ou le connecteur femelle. La photo ci-dessous montre le numéro des broches d'une façon qui me semble claire.

Connections avec le microcontrôleur

Pour faire la liaison avec le microcontrôleur, notre module MIDI doit comporter quatre connecteurs:

Connexion avec l'alimentation 3,3 V (sortie 3,3 V du microcontrôleur)
Connexion avec la masse (GND) du microcontrôleur
Connexion avec la broche RX (UART) du microcontrôleur
Connexion avec la broche TX (UART) du microcontrôleur

Bien entendu, vous utilisez le type de connecteur (mâle ou femelle) qui répond le mieux à vos besoins.

Circuits

Nul besoin de réinventer la roue: la MIDI Association présente sur son site officiel les schémas des circuits recommandés.

Le circuit "MIDI OUT" est le plus simple des deux circuits, puisqu'il ne nécessite rien d'autre que deux résistances.

Une résistance de 10 Ω (1/4 W) est insérée entre la broche 5 du connecteur MIDI (DIN-5) et la broche TX (UART) du microcontrôleur.
La broche 2 du connecteur MIDI (DIN-5) est directement connectée à la masse GND.
Une résistance de 33 Ω (1/2 W) est insérée entre la broche 4 du connecteur MIDI (DIN-5) et la sortie 3,3 V du microcontrôleur. Puisque je n'avais pas de résistance de 1/2 W sous la main, j'ai plutôt utilisé deux résistances de 68 Ω (1/4 W) en parallèle.
Les broches 1 et 3 du connecteur MIDI (DIN-5) ne sont pas connectées.

Circuit MIDI OUT

Le circuit "MIDI IN" n'est pas beaucoup plus complexe, mais il nécessite des composants un peu plus variés: un optocoupleur, une diode et deux résistances.

L'optocoupleur doit pouvoir réagir à une tension de 3,3 V, et avoir un temps de réaction suffisamment court. J'ai utilisé un H11L1.

Cette fois, seules les broches 4 et 5 du connecteur MIDI (DIN-5) sont utilisées. Les broches 1, 2 et 3 ne sont pas connectées.

La broche 1 du H11L1 est branchée à une résistance de 220 Ω, qui est elle-même connectée à la broche 4 du connecteur MIDI (DIN-5).
La broche 2 du H11L1 est branchée à la broche 5 du connecteur MIDI (DIN-5).
De plus, une diode pour petits signaux 1N914 est branchée entre les broches 1 et 2 du H11L1.
La broche 3 du H11L1 n'est pas connectée.
La broche 4 du H11L1 est reliée à l'entrée RX (UART) du microcontrôleur, ainsi qu'à une résistance pull-up de 470 Ω qui est elle-même reliée à l'alimentation 3,3 V.
La broche 5 du H11L1 est reliée à la masse GND.
La broche 6 du H11L1 est reliée à l'alimentation 3,3 V.

(Attention, si l'optocoupleur que vous utilisez n'est pas un H11L1, son brochage pourrait être différent.)

Circuit MIDI IN

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Yves Pelletier

mardi 29 août 2023

Magnétomètre/boussole HMC5883L et Raspberry Pi Pico (Micropython)

Dans cet article, nous utilisons un module HMC5883L relié à un Raspberry Pi Pico programmé en Micropython, afin de fabriquer une boussole électronique.

Le circuit intégré HMC5883L de la compagnie Honeywell permet de mesurer les 3 composantes (x, y, z) du champ magnétique dans lequel il se trouve. Il existe sur le marché plusieurs module ("breakout") faciles à connecter à un microcontrôleur. Celui que j'ai utilisé comporte 5 connecteurs identifiés VCC, GND, SCL, SDA et DRDY.

Installation du pilote micropython-rp2040-hmc5883l

Il existe quelques sur github quelques pilotes destinés à l'utilisation d'un module HMC5883L, qui semblent tous à peu près identiques. J'ai choisi micropython-rp2040-hmc5883l par SindormirNet. Il faut copier le fichier hmc5883l.py dans la mémoire du Raspberry Pi Pico.

Connexions

J'ai branché le module HMC5883L au Raspberry Pi Pico de cette façon:

Broche VCC du module HMC5883L: sortie 3,3 V du Raspberry Pi Pico
Broche GND du module HCM5883L: une des broches GND du Raspberry Pi Pico
Broche SCL du module HMC5883L: broche GP1 du Raspberry Pi Pico
Broche SDA du module HMC5883L: broche GP0 du Raspberry Pi Pico
Broche DRDY du module HMC5883L: pas branché

Script #1 (affichage dans la console)

La bibliothèque hmc5883l.py comporte une méthode "heading" qui calcule l'angle de l'axe x du capteur par rapport au nord...dans l'hypothèse extrêmement optimiste que le capteur ne nécessitera pas de calibration.

Dans les faits, le capteur qui mesure la composante dans la direction x n'aura probablement pas la même sensibilité que celui qui mesure la composante dans la direction y, et un champ magnétique nul ne produira pas nécessairement une mesure nulle.

Le script ci-dessous comporte donc une routine qui sert à calibrer les capteurs: on demande à l'utilisateur de faire tourner le module HMC5883L dans un plan horizontal sur au moins un tour complet. Pendant cette rotation, le script garde en mémoire la valeur maximale et la valeur minimale mesurées par le capteur x et par le capteur y. Les mesures brutes sont ensuite recalculées de façon à atténuer les imperfections des capteurs.

Pour que la direction soit affichée en fonction du nord géographique et non en fonction du nord magnétique, il faut que vous écriviez dans le script la valeur de la déclinaison magnétique là où vous êtes (variable "declinaison", à la ligne 18).

Boussole autonome

J'ai ensuite ajouté un écran OLED à mon circuit, de façon à obtenir une boussole parfaitement autonome qui ne dépend pas d'un ordinateur pour afficher ses mesures.

Il s'agit d'un écran OLED spi de 128 par 64 pixels.

J'ai branché l'écran OLED au Raspberry Pi Pico de cette façon:

Broche GND de l'écran: broche GND du Raspberry Pi Pico
Broche VCC de l'écran: sortie 3,3 V du Raspberry Pi Pico
Broche DO de l'écran: broche GP6 du Raspberry Pi Pico
Broche DI de l'écran: broche GP7 du Raspberry Pi Pico
Broche RES de l'écran: broche GP14 du Raspberry Pi Pico
Broche DC de l'écran: broche GP15 du Raspberry Pi Pico
Broche CS de l'écran: broche GP5 du Raspberry Pi Pico

Script #2 (boussole autonome)

Ce script affiche à l'écran OLED un plan cartésien (qui doit être aligné avec celui qui est imprimé sur le module HMC5883L), et une "aiguille de boussole" qui pointe obstinément vers le nord. Encore une fois, pour qu'elle pointe vers le nord géographique, vous devez modifier la valeur de la variable "declinaison" à la ligne 24, pour qu'elle reflète la valeur de la déclinaison magnétique là où vous êtes.

À lire également:

Yves Pelletier

samedi 12 août 2023

Lévitation acoustique

J'ai fait l'essai d'un petit appareil permettant de mettre en lévitation, au moyen d'ultrasons, des petits morceaux mousse de polystyrène. On peut en trouver sur les boutiques en ligne pour pas très cher.

Le dispositif est constitué de deux émetteurs d'ultrasons de 40 kHz placés face à face, l'un au-dessus de l'autre. Vous avez peut-être déjà vu dans des cours de physique que lorsque qu'on superpose deux ondes identiques qui se déplacent en sens contraire, on obtient ce qu'on appelle une onde stationnaire: il y a certaines positions, qu'on appelle les noeuds, pour lesquelles l'amplitude de l'onde est toujours nulle. À d'autres endroits, qu'on appelle les ventres, l'amplitude de l'onde est à son maximum.

Le circuit électronique qui contrôle les deux émetteurs à ultrason est constitué d'un microcontrôleur STC15W et d'un "MOSFET driver" TC4427.

Deux interrupteurs n'ont, d'après la documentation fournie par le vendeur, aucune utilité!

Près du jack réservé à l'alimentation, on peut lire la mention DC 12 V. Il s'agit toutefois d'une valeur maximale, car l'appareil fonctionne correctement avec une tension d'alimentation aussi basse que 5 V.

Si vous préférez construire vous même votre lévitateur acoustique, vous trouverez facilement sur le web des instructions pour assembler un circuit constitué d'un Arduino, d'un L298N et de deux émetteurs prélevés sur des modules HC SR-04. Mais puisque l'Arduino sert strictement à provoquer l'oscillation de 40 kHz, aussi bien le remplacer par un simple NE555...

Yves Pelletier

lundi 24 juillet 2023

Contrôler un Raspberry Pi Pico avec une télécommande de téléviseur (Micropython)

Dans bien des situations, une télécommande à infrarouge constitue une bonne façon d'interagir avec le dispositif électronique que vous avez fabriqué. Dans cet article, je vous explique comment communiquer avec un Raspberry Pi Pico (programmé en Micropython) avec une télécommande à infrarouge conçue pour un téléviseur.

La télécommande

C'est généralement facile de trouver une vieille télécommande à infrarouge. Il y a quelques années, il y en avait quatre sur ma table de salon: une pour le téléviseur, une pour le lecteur de DVD, une pour le lecteur de cassettes VHS, et une autre pour la chaîne stéréo... Au cours des années, les appareils ont été remplacés ou mis au rancart, mais la télécommande est demeurée fonctionnelle.

Lorsque vous appuyez sur un des boutons de la télécommande, une LED à infrarouge se met à clignoter. Puisqu'il s'agit d'infrarouge et non de lumière visible, vous ne pouvez pas percevoir ce clignotement à l'oeil nu. Par contre, si vous regardez la LED à travers la caméra de votre téléphone, vous devriez la voir s'allumer lorsque vous appuyez sur un des boutons (il s'agit d'une façon rapide et efficace de vérifier qu'une vieille télécommande fonctionne encore).

Ce signal infrarouge transporte un message. Ce qui vient compliquer les choses, c'est qu'il existe un grand nombre de protocoles (NEC, Sony. RC-5, RC-6, Samsung, Panasonic, etc), et la bibliothèque Micropython que nous allons utiliser ne supporte qu'un certain nombre de ces protocoles.

Le récepteur

Pour capter le signal optique émis par la télécommande et le transformer en un signal électrique pouvant être interprété par le Raspberry Pi Pico, vous aurez besoin d'un composant spécialement conçu à cette fin. Pour la rédaction de cet article, j'ai utilisé le TSOP4838 fabriqué par la compagnie Vishay. Une autre option consiste à récupérer le récepteur à l'intérieur d'un vieux téléviseur qui ne fonctionne plus (ce sera possiblement un autre modèle et vous devrez donc faire quelques recherches ou expérimentations).

Le TSOP4838 comporte 3 broches: OUT (le signal de sortie), GND et VCC.

La façon la plus simple de brancher le TSOP4838 au Raspberry Pi Pico est celle-ci:

Broche OUT du TSOP4838: Broche GP16 du Raspberry Pi Pico
Broche GND du TSOP4838: Broche GND du Raspberry Pi Pico
Broche VCC du TSOP4838: Broche 3,3 V du Raspberry Pi Pico

Pour améliorer la stabilité du circuit, on peut aussi ajouter une résistance de 100 Ω entre la broche VCC du TSOP4838 et la sortie 3,3 V du Raspberry Pi Pico, ainsi qu'un condensateur de 0,1 µF entre GND et VCC. J'ai testé les deux options sans constater la moindre différence dans le comportement du circuit.

Installation de la bibliothèque micropython_ir

Nous utiliserons la bilbliothèque micropython_ir mise au point par Peter Hinch. Tout le répertoire "ir_rx" qui doit être copié dans la mémoire du Raspberry Pi Pico.

Identification du protocole utilisé par la télécommande

Pour écrire votre programme en Micropython, il est important de savoir quel est le protocole utilisé par votre télécommande. Si vous ne le connaissez pas, la bibliothèque micropython_ir vous offre deux façon de le découvrir:

Option 1, vous écrivez ceci dans la console REPL:

from ir_rx.acquire import test
test()

Option 2, vous écrivez ceci dans la console REPL:

from ir_rx.test import test

... puis vous choisissez le protocole que vous désirez tester en écrivant test() pour tester le protocole NEC 8 bit, test(1) pour tester le protocole NEC 16 bits, etc.

Je dois dire que j'ai été un peu déçu par le manque d'efficacité de ces tests. L'option 2 s'interrompt généralement en affichant "unknown protocol" avant même que j'aie eu le temps d'appuyer sur un bouton de la télécommande.

L'option 1 me retourne beaucoup de messages d'erreurs, mais lorsque je sélectionne le protocole qui correspond à ma télécommande, des lignes montrant les valeurs hexadécimales de Data, Addr et Ctrl sont affichées (je suggère de maintenir le bouton enfoncé un certain temps, ça permet d'afficher plusieurs lignes consécutives qui sont plus faciles à repérer parmi les lignes qui affichent une erreur).

Ainsi, parmi les télécommandes que j'ai testées, j'en ai trouvé une qui fonctionne selon le protocole "Sony 20 bits", et une autre qui utilise le protocole "Samsung". Comme je le disais plus haut, plusieurs protocoles ne sont pas supportés pour l'instant. Par exemple, ma télécommande Hitachi qui m'avait été bien utile dans certains projets Arduino ne peut pas être utilisée avec micropython_ir.

Exemples de scripts

Une fois que vous connaissez le protocole utilisé par votre télécommande, c'est assez facile d'écrire un programme qui accomplira une action différente selon le bouton qui est enfoncé.

Voici, par exemple, un script qui affiche dans la console les valeurs hexadécimales associées aux boutons de ma télécommande Samsung. Les valeurs de Data et de Addr me permettent de savoir quel bouton de la télécommande a été enfoncé, et je peux ensuite modifier ce programme pour que le Raspberry Pi Pico effectue la tâche qui correspond à ce bouton (allumer une LED, faire tourner un robot vers la droite, etc.).

Le script ci-dessous est identique, mais pour ma télécommande Sony.

À lire également:

Yves Pelletier

vendredi 21 juillet 2023

Peser des objets avec le Raspberry Pi Pico (Micropython)

Ce projet consiste à mettre au point une balance constituée d'une cellule de charge, d'une module HX-711 et d'un Raspberry Pi Pico programmé en Micropython.

La cellule de charge (load cell), ou capteur de force, est un morceau de métal sur lequel quatre jauges de déformations on été collées: ces jauges sont des résistances qui varient lorsque la cellule de charge se déforme. Vous devez vous procurer une cellule de charge dont la charge (masse) maximale correspond à vos besoins. Il est possible d'acheter un kit comportant la cellule de charge, une paire de plaques de plexiglas et un module HX-711,

Ces quatre jauges sont branchées ensemble de façon à former un pont de Wheatstone. Le module HX711 amplifie la très faible variation de signal engendrée par la très subtile déformation de la cellule de charge, et la convertit en un signal numérique qui pourra ensuite être traité par le Raspberry Pi Pico.

Connexion de la cellule de charge au module HX711

Le module HX711 comporte 6 connecteurs servant à brancher la cellule de charge (E+, E-, A-, A+, B-, B+), et quatre connecteurs servant à l'alimentation et à la communication avec un microcontrôleur (GND, DT, SCK, VCC).

J'ai branché ma cellule de charge au module HX711 de la façon suivante:

Fil rouge: E+
Fil noir: E-
Fil blanc: A-
Fil vert: A+

E+ et E- sont des sorties (signal d'excitation du pont de Wheatstone), alors que A+ et A- sont des entrées. Je n'ai pas eu besoin de B- ni de B+.

Connexions du module HX711 au Raspberry Pi Pico

Voici comment j'ai branché le module HX711 au Raspberry Pi Pico

GND du HX711: une des broches GND du Pico
DT du HX711: GP15 du Pico *
SCK du HX711 : GP14 du Pico *
VCC du HX711: sortie 3,3 V du Pico

* Vous pouvez choisir n'importe quelle broche du Raspberry Pi Pico pour le branchement de DT et SCK, puisqu'on les définit à l'intérieur du programme.

Installation de la bibliothèque hx711-pico-mpy

Daniel Robertson a créé un pilote en micropython spécialement pour l'utilisation d'un module HX-711 avec un Raspberry Pi Pico: il est disponible ici sur Github. Afin d'utiliser ce pilote, il faut installer dans le Raspberry Pi Pico le fichier intitulé hx711.py.

Script en Micropython

Voici un script minimaliste (en micropython) qui affiche la masse dans la console, de façon répétitive.

Le pilote hx711.py s'occupe de la prise de mesure et notre script n'a donc qu'à utiliser la méthode get_value() chaque fois qu'on désire qu'une mesure soit prise. La valeur obtenue, toutefois, est un nombre entier qui n'est pas nul lorsque le plateau de la balance est vide, et qui ne correspond à aucune unité de mesure de masse.

Pour afficher la masse en gramme, notre programme doit faire un calcul à partir de la valeur retournée par get_value(); c'est ce qui est fait à la ligne 28. Les valeurs numériques utilisées pour cette conversion (aux lignes 18 et 19) sont spécifiques à la cellule de charge que j'ai utilisée, et doivent être modifiées pour chaque cellule de charge (même lorsqu'elles sont du même modèle). Cette calibration n'est pas très difficile à faire, il s'agit de récupérer le résultat brut de get_value() lorsqu'une masse connue se trouve sur le plateau de la balance.

Dans mon cas, les valeurs obtenues étaient très fluctuantes si je tentais d'afficher les dixièmes de grammes, c'est pourquoi j'ai arrondi au gramme près.

Bien entendu, l'ajout d'un afficheur OLED vous permettra de transformer le montage en une véritable balance autonome. De plus, le zéro a tendance à se désajuster légèrement d'une utilisation à l'autre; l'ajout d'un bouton "tare" serait certainement pertinent.

À lire également:

Vous pouvez également fabriquer une balance au moyen d'un Arduino Uno, d'un Raspberry Pi, d'un ESP32 ou d'un ESP8266.
Pour d'autres idées de projets pouvant être réalisés avec un Raspberry Pi Pico, consultez la deuxième moitié de cette page.

Yves Pelletier

mardi 18 juillet 2023

Matrice de LEDs RGB 16 X 16 WS2812B et Raspberry Pi Pico (Micropython)

Ce projet consiste à utiliser un Raspberry Pi Pico programmé en Micropython afin de contrôler une matrice de forme carrée comportant 256 LEDs RGB de type Neopixel (contrôleur WS2812B).

Connexions

Le verso de la matrice de LEDs comporte 8 connecteurs mais ils ne sont pas tous nécessaires. Le groupe de 3 fils du côté gauche de la photo (dont un fil porte la mention DOUT) ne sont utiles que lorsque vous désirez brancher plusieurs matrices à la queue-leu-leu.

Si vous n'en utilisez qu'une seule (256 LEDs, c'est déjà pas mal!) vous n'avez besoin que de 4 connexions:

Les deux fils situés au centre (un noir et un rouge) servent à l'alimentation des LEDs. Il faut une tension continue de 5 V, et l'alimentation doit être capable de fournir quelques ampères.

Dans le groupe de trois fils qu'on voit à droite sur la photo, le fil blanc (GND) doit être branché à une des broches GND du Raspberry Pi Pico, alors que le fil vert (DIN), qui transmettra l'information servant à contrôler la couleur et l'intensité de chaque LED sera branché à une broche du Raspberry Pi Pico de votre choix, que nous définirons à l'intérieur de notre programme en Micropython (j'ai utilisé la broche GP15 du Raspberry Pi Pico).

Installation de la bibliothèque NeoPixel

Pour réaliser ce projet, j'ai utilisé le pilote pi_pico_neopixel. Le fichier neopixel.py doit être copié dans le Raspberry Pi Pico.

Exemple 1: lignes mouvantes

Dans ce premier script en micropython, les 16 LEDs d'une même ligne s'allument avec la même couleur, et la couleur est différente pour chaque ligne. Un effet d'animation provoque un déplacement des lignes.

Le constructeur (ligne 18) requiert 3 paramètres: le nombre de LEDs (dans mon cas, il y en a 256), le numéro d'ID de la machine d'état PIO utilisée par la bibliothèque, et le numéro de la broche du Raspberry Pi Pico à laquelle nous avons branché la matrice de LEDs (dans mon cas, c'était la broche GP15).

pixels = Neopixel(nombre_de_LEDs, 1, broche)

Lorsqu'on veut régler les paramètres d'une seule LED, on utilise la méthode set_pixel. Pour cet exemple, toutefois, il était plus pratique d'utiliser la méthode set_pixel_line, qui permet de régler un groupe de LEDs adjacentes, à la condition qu'elles soient toutes de la même couleur.

set_pixel_line(numéro de la première LED, numéro de la dernière LED, couleur RGB)

Sur une matrice bidimensionnelle, la numérotation des LEDs est un peu problématique car la matrice est constituée d'un ruban linéaire disposé en zigag. Par exemple, les LEDs de la première ligne sont numérotées de 0 à 15 en allant de la gauche vers la droite. Celles de la deuxième ligne sont numérotés de 16 à 31, mais en allant de la droite vers la gauche.

Pour cet exemple, puisque toutes les LEDs situées sur une même ligne ont la même couleur, il s'agit d'assigner la couleur rouge aux LEDs 0 à 15, la couleur orange aux LEDs 16 à 31, etc.

La couleur RGB est une liste de 3 nombres entiers situés entre 0 et 255: le premier nombre indique la quantité de rouge, le deuxième indique la quantité de vert, et le troisième indique la quantité de bleu.

Finalement, pour que vos nouveaux réglages soient visibles, il est important de terminer avec la méthode show (ligne 31).

Exemple 2: promeneurs aléatoires

Dans ce deuxième exemple: 6 points de couleurs différentes se déplacent au hasard. À chaque itération, le "promeneur" peut bouger vers une position adjacente, mais bien sûr il ne peut pas sortir des limites de la matrice.

Chacun des 6 promeneurs est décrit par 2 caractéristiques: sa couleur et sa position (lignes 34 à 39).

Cette fois, il est essentiel de désigner les positions au moyen de coordonnées x et y (numéro de la colonne et numéro de la ligne): la fonction xy_a_nombre calcule le numéro de la LED à partir de ces deux coordonnées.

À lire aussi

J'ai également écrit un article sur l'utilisation de cette matrice de LEDs avec une carte Arduino, et un autre avec les cartes ESP32 et ESP8266.

Mes autres articles concernant la programmation du Raspberry Pi Pico en Micropython se trouvent dans la dernière moitié de cette page.

Yves Pelletier

samedi 15 juillet 2023

Utilisation d'un codeur rotatif avec le Raspberry Pi Pico (Micropython)

À première vue, un codeur rotatif (rotary encoder) ressemble à un potentiomètre: il s'agit d'un bouton que l'utilisateur peut tourner afin de contrôler un appareil (modifier le volume sonore, par exemple).

Contrairement au potentiomètre, toutefois, le codeur rotatif produit un signal purement numérique. Deux interrupteurs s'ouvrent et se ferment à mesure qu'on tourne le bouton. Ces deux interrupteurs sont placés en quadrature, c'est à dire qu'ils sont décalés dans le temps l'un par rapport à l'autre, ce qui permet de déduire le sens de la rotation du bouton.

Connexions du codeur rotatif au Rasberry Pi Pico

Pour la rédaction de ce tuto, j'ai utilisé un codeur rotatif de type KY-040: il s'agit d'un petit module qui comporte, en plus du codeur rotatif lui-même, des résistances de tirage 10 kΩ. Le module comporte 5 connecteurs: CLK et DT (clock et data) sont les deux interrupteurs en quadrature actionnés par la rotation du bouton, alors que SW (switch) est l'interrupteur qui est actionné lorsqu'on pousse sur le bouton. Les entrées + et GND servent à l'alimentation du module.

J'ai branché le codeur rotatif au Raspbery Pi Pico de la façon suivante:

Broche GND du codeur rotatif: une des broches GND du Raspberry Pi Pico
Broche + du codeur rotatif: sortie 3,3 V du Raspberry Pi Pico
Broche SW du codeur rotatif: broche GP15 du Raspberry Pi Pico *
Broche DT du codeur rotatif: broche GP 14 du Raspberry Pi Pico *
Broche CLK du codeur rotatif: broche GP 13 du Raspberry Pi Pico *

* Ces 3 broches seront définies dans notre programme en micropython, et vous pouvez donc les remplacer par d'autres broches au besoin.

Installation de la bibliothèque micropython "Rotary"

Mike Teachman a produit un excellent pilote Micropython pour l'utilisation d'un codeur rotatif.

Deux fichiers de ce dépôt gitHub doivent être installés sur votre Raspberry Pi Pico:

rotary.py
rotary_irq_rp2.py

Script en micropython #1

Lorsque vous exécutez le programme ci-dessus avec Thonny, la console affiche la valeur du codeur chaque fois qu'elle change (donc lorsque vous tournez le bouton). L'état du bouton poussoir s'affiche également lorsque son état change (0 quand il est enfoncé, 1 quand il est relâché).

Le constructeur RotaryIRQ (lignes 17 à 22) comporte plusieurs arguments qui nous permettent de personnaliser le comportement de l'encodeur rotatif:

pin_num_clk : numéro de la broche du Raspberry Pi Pico reliée à la sortie CLK de l'encodeur.
pin_num_dt : numéro de la broche du Raspberry Pi Pico reliée à la sortie DT de l'encodeur.
min_val : valeur minimale générée par l'encodeur (par défaut: 0)
max_val : valeur maximale générée par l'encodeur (par défaut: 10)
incr : de quel incrément la valeur change à chaque 'click' pendant la rotation de l'encodeur. (par défaut: 1)
reverse: booléen indiquant pour quel sens de rotation les valeurs augmentent. À "False", la valeur augmente quand on tourne dans le sens antihoraire. À "True", la valeur augmente quand on tourne dans le sens horaire.
range_mode: détermine comment l'encodeur se comportera lorsque les limites min_val et max_val sont dépassées. Les trois valeurs possibles sont RotaryIRQ.RANGE_UNBOUNDED (aucune limite), RotaryIRQ.RANGE_BOUNDED (la valeur plafonne au résultat maximum lorsqu'on tente de le dépasser) et RotaryIRQ.RANGE_WRAP (la valeur retourne au minimum lorsqu'on dépasse le maximum).
pull_up: booléen qu'on règle à True pour activer les résistances pull-up internes du Raspberry Pi Pico si notre codeur rotatif ne comporte pas de résistances pull-up (ce qui n'est pas notre cas).
half_step: booléen qu'on peut régler à True pour activer la détection des demi-pas.
invert: booléen qu'on peut régler à True pour inverser les broches DT et CLK.

La seule contrainte un peu gênante que j'ai trouvée au pilote de Mike Teachman, c'est que la valeur initiale du codeur rotatif est nécessairement la valeur minimale. On peut imaginer des cas où il serait plus pertinent qu'au démarrage du programme, la valeur se situe à mi-chemin entre le minimum et le maximum, mais ça ne semble pas avoir été prévu.

Le pilote ne gère pas le signal généré par la sortie SW du module KY-040 (qui indique si l'utilisateur a enfoncé le bouton), mais c'est facile de le prendre en charge nous-mêmes dans notre script. Contrairement aux sorties CLK et DT, la sortie SW n'est munie d'aucune résistance de tirage, c'est pourquoi on active la résistance pull up interne de la broche 15 (ligne 26).

Script en micropython #2

Dans ce deuxième exemple, le codeur rotatif contrôle la luminosité de la LED embarquée du Raspberry Pi Pico. Cette LED est donc alimentée par un signal modulé en largeur d'impulsion (PWM). Les valeurs limites du codeur rotatif sont réglées à un minimum de 0 (rapport cyclique de 0%, LED complètement éteinte) et à un maximum de 65535 (rapport cyclique de 100%, LED allumée à pleine intensité). De plus, l'incrément a été réglé à 4000 pour qu'il ne soit pas nécessaire de faire accomplir au bouton des centaines de tours avant de commencer à constater un résultat...

Lorsque vous exécutez ce script, la LED devrait être éteinte au départ, mais elle devient de plus en plus brillante à mesure que vous tournez le bouton dans le sens horaire.

À lire également:

Ce blog comporte aussi un article sur l'utilisation d'un codeur rotatif avec une carte Arduino, et avec une carte STM 32 Nucleo programmée avec mbed.

Mes autres articles concernant la programmation du Raspberry Pi Pico en Micropython se trouvent dans la dernière moitié de cette page.

Yves Pelletier