Le roi Arduino

Tout commence en 955 par la naissance d’Arduino (Arduin en français) dans la ville de Pombia, en Italie (région du Piémont). Cet enfant qui deviendra rapidement marquis d’Ivrée (petite ville du Piémont), réussit même en 1002 à être couronné roi d’Italie. Il fut malheureusement renversé à peine douze ans plus tard par Enrico II il Santo (Henri II, dit le Saint), Duc de Bavière et Roi de la Francie Orientale (correspondant plus ou moins à l’Allemagne actuelle) qui revendiquait également la couronne d’Italie.

Malgré un règne extrêmement bref, les habitants d’Ivrée n’ont jamais oublié que leur marquis avait réussi à devenir le roi Arduino d’Italie. Il possède toujours une rue à son nom et au début des années 2000, un bar de la vieille ville lui rendait encore fièrement hommage : Bar di Re Arduino (inutile de le chercher, il a maintenant disparu).

Rue Arduino à Ivrée

C’est dans ce bar que Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino et David Mellis aimaient se détendre en fin de journée. Ce groupe était constitué d’étudiants et de professeurs de l’Interaction Design Institute Ivrea (IDII), une école de design d’interaction. Ils avaient besoin de microcontrôleurs pour créer et étudier des objets capables d’interagir avec l’être humain.

Mais à l’époque, les solutions disponibles étaient relativement chères (autour de 100 dollars) et les langages de programmation étaient longs et difficiles à apprendre ou à utiliser. Il s’agissait de langages de bas niveau (en assembleur), proches de la machine mais très éloignés des langages humains habituels.

Ils décidèrent donc de créer une carte que même un enfant pourrait utiliser et qui coûterait le prix d’un repas dans une pizzeria (environ 30 dollars). Pour cela, ils s’appuyèrent sur le travail d’Henando Barragán, un étudiant qui avait déjà créé dans le cadre de ses études un prototype de circuit imprimé...

Description technique

Malgré une légère erreur de conception qui crée un décalage inattendu entre les pins 7 et 8, l’emplacement des connecteurs du premier Arduino n’a pas bougé.

Ce format est devenu un standard et de nombreuses cartes d’extension sont conçues pour s’enficher directement dessus (cf. chapitre Matériel utile - Modules pour Arduino - Les shields (ou cartes d’extension)). Les modèles suivants ont conservé cette disposition afin de permettre une compatibilité entre les éléments.

Il existe énormément de modèles d’Arduino. Pendant une bonne décennie, l’Arduino Uno R3 a régné sans partage. Mais depuis l’été 2023, l’Arduino Uno R4, son digne successeur, commence lui faire de plus en plus d’ombre.

Les différences entre les (principaux) modèles d’Arduino sont détaillées dans le prochain chapitre mais ils conservent surtout de nombreux points communs.

1. Le circuit imprimé

Appelé aussi PCB (printed circuit board), il relie les différents composants et assure la rigidité de l’ensemble.

Clone d’Arduino UNO R3 (à souder soi-même)

2. Le microcontrôleur

Le microcontrôleur est le cœur, ou plutôt le cerveau, de la carte, c’est le seul composant vraiment indispensable. On pourrait presque dire qu’il est l’Arduino à lui tout seul. Les autres éléments de la carte sont simplement là pour l’alimenter en électricité ou l’aider à communiquer avec l’extérieur.

Renesas RA4M1, le microcontrôleur de l’Arduino Uno R4

Il assure le traitement des données et intègre également différents types de mémoire :

La RAM (mémoire très rapide, qui s’efface en cas de redémarrage ou d’extinction. Elle est utilisée pour stocker les variables et les données utilisées par le microcontrôleur pendant l’exécution du programme).
La mémoire flash, qui permet de conserver les données après l’arrêt de l’Arduino. C’est elle qui sert à enregistrer vos programmes (sketchs). Mais elle contient aussi le bootloader (petit programme qui se charge au démarrage de l’Arduino et qui lui permet de comprendre le langage de programmation utilisé).
Certains modèles (comme par exemple l’Arduino Uno R3) possèdent en outre une EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory ou mémoire morte). Elle peut éventuellement soulager la mémoire flash puisqu’elle permet elle aussi de stocker (même après extinction) des données. Cependant, elle est lente, peut être réécrite seulement 100 000 fois et sa taille est plutôt limitée.

3. Les entrées et les sorties

L’Arduino est conçu pour communiquer avec son environnement. Il possède deux rangées de connecteurs femelles. Le circuit imprimé sert d’interface, les broches sont reliées directement au microcontrôleur. Mais leur emplacement est normalisé. Cela permet aux modèles qui possèdent le même format d’utiliser les mêmes cartes d’extension.

Les connecteurs d’entrée ou sortie

L’Arduino Uno (R3 ou R4) dispose de quatorze entrées ou sorties numériques ainsi que de six entrées analogiques, qui peuvent au besoin se transformer en bornes numériques.

Cependant, un connecteur ne peut pas être à la fois une entrée et une sortie. Il faut indiquer dans le programme de quelle manière il sera employé.

Les entrées de l’Arduino Uno peuvent recevoir une tension comprise entre 0 et 5 V.

Les entrées numériques ne reconnaissent que deux situations : soit elles détectent une tension (entre 3 et 5 V), c’est la valeur haut (HIGH ou 1), soit elles n’en détectent pas (entre 0 et 1,5 V), c’est la valeur bas (LOW ou 0). Entre 1,5 et 3 V, il n’est pas possible de savoir avec certitude quelle valeur sera relevée par l’entrée numérique (0 ou 1).

Les entrées analogiques sont beaucoup plus précises. Par exemple, avec l’Arduino Uno R3 qui possède une résolution de 10 bits, une entrée analogique peut prendre 1024 valeurs (de 0 à 1023) en fonction de la tension qu’elle mesure. Par exemple, lorsqu’elle est exposée à une tension de 3 V, elle prendra la valeur de 3 x 1024 / 5 = 614.

En cas de besoin, l’Arduino Uno R4 est capable d’augmenter la résolution à 12 bits (de 0 à 4096) ou même jusqu’à...

DIY (faites-le vous-même)

1. La culture Maker

Les makers font partie du mouvement DIY (Do It Yourself, « faites-le vous-même », en français). Ils aiment le partage, la collaboration, apprendre et expérimenter de nouvelles choses en s’amusant. Ils pensent que la connaissance fait partie du patrimoine commun de l’humanité et qu’elle ne doit pas être confisquée pour le profit de quelques-uns. Ils accordent de l’importance à la transmission décentralisée du savoir. Ils sont sensibilisés à l’écologie et aux problèmes de surconsommation. Ils aiment créer, modifier, recycler et se réapproprier les objets du quotidien. Ils refusent d’être enfermés dans un rôle de consommateur passif.

2. Les Fablab, Hackerspaces et Makerspaces

Ils permettent l’accès à des équipements qu’un particulier ne pourrait pas forcément s’offrir. Mais ils permettent surtout de rencontrer, d’échanger et de partager avec d’autres makers.

Il y en a certainement près de chez vous et s’ils organisent un événement (portes ouvertes, fêtes de la science Maker Faire, Makerfight…), ce sera l’occasion de discuter avec d’autres passionnés.

La Makerfight à Mulhouse

3. Le rôle de l’Arduino

L’Arduino...

Que faire avec l’Arduino ?

L’Arduino c’est un peu le Lego de l’électronique. Il permet de fabriquer, modifier ou réparer de nombreux objets électroniques. Les exemples de réalisation ne manquent pas. L’Arduino vous permettra de réaliser vos idées les plus folles, amusantes et peut-être même utiles :

Un réveil qui diffuse le chant des oiseaux, le matin en allumant progressivement la lumière.
Un appareil photo ou une caméra qui se déclenche automatiquement quand des oiseaux viennent manger dans une mangeoire.
Une chatière qui reconnaît votre animal favori grâce à une puce placée dans le collier.
Un détecteur de CO² qui vous indique qu’il est temps d’aérer la pièce (par exemple une salle de classe).
Une manette de jeux ou un clavier personnalisé.
Un robot suiveur de ligne qui distribue des friandises à vos collègues (cf. chapitre Robots - Robots Zumo - Zumo Shield - Chocobot).
Une tondeuse ou un aspirateur télécommandé.
Une cafetière télécommandée (pour faire couler un café sans se lever).
Un piano qui joue de la musique quand on appuie sur des fruits ou des légumes.
L’ouverture et la fermeture automatiques de la porte d’un poulailler.
Une station météo sur mesure.
Une guirlande...

Présentation de l'Arduino