Arduino Apprivoisez l'électronique et le codage pour donner vie à vos projets (2e édition)

Présentation

Ce livre s'adresse aussi bien aux professeurs des écoles, professeurs de technologie, animateurs et parents qui souhaitent découvrir le fonctionnement de l'Arduino et appréhender l’apprentissage de l’électronique et du codage, qu’aux utilisateurs, amateurs de DIY qui cherchent à rafraîchir leurs connaissances ou trouver des idées pour la réalisation de projets maker nécessitant un microcontrôleur (station météo, robot, jeux...).

Tout au long du livre l'auteur s'appuie sur des exemples concrets et ludiques : gérer des feux de circulation, envoyer un message en morse, créer un appareil enregistrant l'évolution des températures, jouer de la musique avec des bananes, fabriquer un chapeau clignotant, une manette de jeu, une télécommande pour ordinateur ou un clone du jeu Simon... Cette nouvelle édition est enrichie par de nouveaux exemples de réalisation, mais surtout par l'apparition d'un tout nouveau chapitre entièrement consacré aux robots (mBot, Zumo, OTTO...).

Pour commencer, vous ferez connaissance avec le matériel nécessaire, et particulièrement l'Arduino avec ses différents modèles. L'auteur consacre un chapitre aux notions indispensables d'électricité.

Vous découvrirez les principaux langages de programmation de l'Arduino et l'utilisation de l'IDE Arduino sous Windows, Mac OS X, Linux et Android. Vous étudierez la programmation par blocs avec Scratch, mBlock et surtout Vittascience (et son Arduino virtuel).

Pour illustrer les principes de base du codage, vous travaillerez sur des exemples concrets et vous utiliserez les composants électroniques les plus courants au format modules Grove ou Breadboard (LED, boutons, résistances, potentiomètres, buzzer) puis des composants et modules plus spécialisés comme les capteurs (analogiques ou numériques), les LED adressables (Neopixel), les relais, les différents types de moteurs ou les modules d'affichage (à LED ou LCD), de lecture/écriture (RFID, carte SD) ou de gestion du temps (horloge en temps réel).
Afin de faciliter l'apprentissage, tous les programmes de base sont présentés en deux versions : langage blocs et langage Arduino.

Dans un chapitre dédié, l'auteur explore différents modes de communication de l'Arduino (bus I2C, liaisons série, Bluetooth, radio, infrarouge, Ethernet, Wi-Fi et USB avec le Raspberry Pi). Il poursuit avec la fabrication d'un clone rudimentaire de l'Arduino à partir d'un microcontrôleur (ATtiny85 ou ATmega328P) et vous fait découvrir les particularités d'autres modèles de cartes électroniques comme l'Arduino Leonardo, l'ESP8266, la Kitco et la PybStick.

Le dernier chapitre regroupe les principales instructions de l'IDE Arduino permettant de retrouver facilement une fonction pour en vérifier la syntaxe.

Les sketchs utilisés dans les chapitres 6 à 10 sont disponibles en téléchargement sur le site www.editions-eni.fr (et le code Vittascience est partagé sur le site).

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Table des matières

Présentation de l'Arduino

1. Introduction
2. Présentation générale
3. Évolution de l’Arduino
4. Faites-le vous-même
1. 4.1 La culture maker
2. 4.2 Les Fab Labs, Hackerspaces et Makerspaces
3. 4.3 Le rôle de l’Arduino
5. Que faire avec l’Arduino ?

Description technique

1. Introduction
2. Le circuit imprimé
3. Le microcontrôleur
4. Les entrées et les sorties
5. Le contrôleur USB
6. L’alimentation électrique

Matériel nécessaire

1. La famille Arduino
1. 1.1 L’Arduino Uno
2. 1.2 L’Arduino Nano
3. 1.3 L’Arduino Nano Every
4. 1.4 L’Arduino Leonardo
5. 1.5 L’Arduino Micro
6. 1.6 L’Arduino Mega 2560
7. 1.7 Et les autres...
2. Carte officielle, clones et contrefaçon ?
1. 2.1 Un vrai Arduino
2. 2.2 Les clones 100 % compatibles
3. 2.3 Les clones spéciaux
4. 2.4 La contrefaçon
3. Les outils
1. 3.1 Le multimètre
  1. 3.1.1 Choisir un multimètre
  2. 3.1.2 Voltmètre
  3. 3.1.3 Ampèremètre
  4. 3.1.4 Ohmmètre
  5. 3.1.5 Testeur
2. 3.2 Le fer à souder
3. 3.3 Les tournevis
4. 3.4 Les pinces
5. 3.5 Les cutters et les couteaux
4. Les composants électroniques
5. Les modules à relier
6. Les kits
7. Les shields (cartes d’extension)
1. 7.1 Easy Module Shield
2. 7.2 Shield multifonction
3. 7.3 Et les autres
8. Les connecteurs spéciaux
1. 8.1 Grove (Seeed)
2. 8.2 Gravity (DFRobot)
3. 8.3 mBot (Makeblock)
9. Recyclez (c'est mieux pour la planète et votre portefeuille)
10. Où acheter votre matériel ?

Connaissances de base

1. Comprendre l'électronique et l'électricité
1. 1.1 L’électricité
2. 1.2 Les types de courant
3. 1.3 Le sens de circulation
4. 1.4 L’intensité et la puissance
5. 1.5 L’électronique
2. Alimenter l’Arduino
1. 2.1 La prise USB (5 V)
2. 2.2 La prise jack (7 à 12 V)
3. 2.3 Les broches d’alimentation
4. 2.4 Quel transformateur choisir ?
5. 2.5 Modifier une vieille alimentation de PC
6. 2.6 Câbler un connecteur USB
7. 2.7 Le module d’alimentation
8. 2.8 Autres sources d’énergie
  1. 2.8.1 L’alternateur
  2. 2.8.2 Le panneau solaire
  3. 2.8.3 Le module Peltier
3. Les principaux composants électroniques
1. 3.1 La breadboard (platine d'expérimentation)
2. 3.2 Les résistances fixes
3. 3.3 Les résistances variables
  1. 3.3.1 Le potentiomètre
  2. 3.3.2 Le capteur de luminosité (photorésistance)
  3. 3.3.3 La thermistance
4. 3.4 Les diodes
5. 3.5 Les LED
6. 3.6 Les condensateurs
7. 3.7 Le quartz (oscillateur)
8. 3.8 Le buzzer
9. 3.9 Les capteurs analogiques
10. 3.10 Le transistor
11. 3.11 Le relais
12. 3.12 Les circuits intégrés
13. 3.13 Les moteurs
  1. 3.13.1 Le moteur à courant continu
  2. 3.13.2 Le servomoteur
  3. 3.13.3 Le moteur pas-à-pas

Les langages de programmation

1. L’IDE, le programme officiel
1. 1.1 Téléchargement et installation
  1. 1.1.1 Windows
  2. 1.1.2 Mac OS X
  3. 1.1.3 Linux
  4. 1.1.4 Arduino Web Editor, l’IDE en ligne
  5. 1.1.5 ArduinoDroid
2. 1.2 Problèmes de drivers
3. 1.3 Utilisation de l’IDE
4. 1.4 Arduino Pro IDE (Beta)
2. Programmation par blocs
1. 2.1 Scratch
2. 2.2 mBlock
3. 2.3 Vittascience
3. Les bibliothèques (libraries)
4. Déboguer mon programme
1. 4.1 Messages d'erreur
2. 4.2 Le moniteur série
5. L'optimisation du code

Premiers sketchs

1. Blink, le programme de base
1. 1.1 Que se passe-t-il ?
2. 1.2 Examinons le programme Blink
  1. 1.2.1 Les commentaires
  2. 1.2.2 Les fonctions (ou sous-programmes)
  3. 1.2.3 La fonction setup ()
  4. 1.2.4 La fonction loop ()
  5. 1.2.5 Organigramme de programmation du sketch Blink
  6. 1.2.6 La version Vittascience
  7. 1.2.7 Modification du sketch
  8. 1.2.8 Problèmes de communication
  9. 1.2.9 Bugs dans le programme
2. Faire du Morse avec une LED externe
1. 2.1 LED externe, le branchement
2. 2.2 Les variables et les constantes
  1. 2.2.1 Les variables
  2. 2.2.2 Les constantes
  3. 2.2.3 Les opérateurs arithmétiques
  4. 2.2.4 Exemple d'utilisation d'une constante (ou d'une variable)
3. 2.3 L’alphabet Morse
4. 2.4 Le programme SOS
5. 2.5 Une première solution
6. 2.6 Les fonctions sans arguments
7. 2.7 SOS, en utilisant des fonctions
3. Inverser la LED
4. Les feux tricolores
5. Les sorties analogiques
1. 5.1 Le fonctionnement des sorties PWM (ou MLI)
2. 5.2 Les boucles
  1. 5.2.1 La boucle while (tant que)
  2. 5.2.2 La boucle do... while (fait... tant que)
  3. 5.2.3 La boucle infinie avec une sortie
  4. 5.2.4 La boucle for (pour)
3. 5.3 La condition if (si)
  1. 5.3.1 Exemple d'utilisation
  2. 5.3.2 Optimiser un peu le code
  3. 5.3.3 Notation simplifiée
4. 5.4 La fonction switch... case (passer d'un cas à l'autre)
5. 5.5 Liste des opérateurs logiques utilisables
  1. 5.5.1 Opérateurs logiques de comparaison
  2. 5.5.2 Opérateurs logiques booléens
6. Le bouton poussoir
1. 6.1 Programmation d'un bouton
2. 6.2 Branchements
  1. 6.2.1 Résistance en mode pull-down
  2. 6.2.2 Résistance en mode pull-up
  3. 6.2.3 Résistance de pull-up interne
7. Le passage piéton
8. Le clignotement sans blocage
1. 8.1 Fonction millis
2. 8.2 Interruptions
9. Le compteur binaire
1. 9.1 Gérer l'incrémentation du compteur
2. 9.2 Le problème du rebond
3. 9.3 Principe du langage binaire
4. 9.4 L'affichage du compteur en binaire
10. Le potentiomètre
1. 10.1 Programmation d'une entrée analogique
2. 10.2 Utilisation du potentiomètre
11. La LED RGB
12. Les LED adressables (Neopixel)
1. 12.1 Bandes et anneaux
2. 12.2 Le chapeau de Maker
3. 12.3 Adafruit Neopixel Shield
13. L'encodeur rotatif
14. Le buzzer
1. 14.1 Utilisation du buzzer
2. 14.2 Le tableau
3. 14.3 Le fichier pitches.h
4. 14.4 Brancher un haut-parleur
15. Le piano banane
1. 15.1 Principe du bouton banane
2. 15.2 Utilisation d'une entrée analogique
3. 15.3 Utilisation d'une entrée numérique
4. 15.4 Fabrication du piano banane
16. Le jeu Simon
1. 16.1 Le branchement
2. 16.2 Le code
3. 16.3 L'étape suivante

Montages avancés

1. Les capteurs
1. 1.1 Capteur de luminosité (photorésistance)
2. 1.2 Capteurs de température
  1. 1.2.1 Les capteurs analogiques (LM35 ou TMP36)
  2. 1.2.2 Le capteur numérique DS18B20
3. 1.3 Capteur de distance à ultrason HC-SR04
4. 1.4 Capteur infrarouge de mouvement (PIR)
5. 1.5 Capteurs d'humidité du sol et de niveau d'eau
  1. 1.5.1 Branchement directement à l'Arduino
  2. 1.5.2 Utilisation du module
6. 1.6 Capteur d'inclinaison (tilt sensor)
7. 1.7 Capteur magnétique
8. 1.8 Autres capteurs
2. Le cadran analogique (galvanomètre)
3. Le relais
1. 3.1 Contrôle de deux ampoules
2. 3.2 Le chauffage des poussins
4. Les moteurs
1. 4.1 Le moteur à courant continu
  1. 4.1.1 Utilisation d'un transistor
  2. 4.1.2 Le pont en H
  3. 4.1.3 Le module L298N
2. 4.2 Le servomoteur
3. 4.3 Le servomoteur à rotation continue
  1. 4.3.1 Boutons poussoirs
  2. 4.3.2 Encodeur rotatif
4. 4.4 Le moteur pas-à-pas
5. L'afficheur sept segments
1. 5.1 Branchement direct sur l'Arduino
2. 5.2 Utiliser un registre à décalage
3. 5.3 Chaîner plusieurs registres à décalage
6. La matrice de LED
1. 6.1 Utilisation de la matrice seule (sans le module MAX7219)
2. 6.2 Utilisation du module (MAX7219)
7. L'afficheur alphanumérique LCD
1. 7.1 Connexion parallèle
2. 7.2 Shield
3. 7.3 Connexion série (bus I2C)
4. 7.4 Grove-LCD RGB Blacklight
  1. 7.4.1 Affichage d'un texte
  2. 7.4.2 Affichage de la température et de l'humidité (DHT11)
  3. 7.4.3 Affichage de la qualité de l’air
8. L'écran LCD Nokia 5110
9. Le module RFID RC522
1. 9.1 Test du module
2. 9.2 Barrière RFID
10. L'horloge en temps réel
11. Le lecteur de cartes SD (ou microSD)
1. 11.1 Les fonctions de la bibliothèque SD
2. 11.2 L'enregistreur de température
3. 11.3 La récupération des données

Communication

1. Introduction
2. Bus I2C
1. 2.1 Le mode Master Writer (le maître écrit)
2. 2.2 Le mode Master Reader (le maître lit)
3. Liaison série
4. Bluetooth
5. Radio (433 MHz)
1. 5.1 Le branchement
2. 5.2 La bibliothèque
3. 5.3 Le code
6. Infrarouge
1. 6.1 L'installation de la bibliothèque
2. 6.2 Le branchement
3. 6.3 Décoder le signal
4. 6.4 Télécommander l'Arduino
5. 6.5 Fabriquer une télécommande
7. Réseau (câble Ethernet)
8. Wi-Fi
9. Raspberry Pi (en USB)
1. 9.1 Envoi de données de l'Arduino vers le Raspberry Pi
2. 9.2 Envoi de données du Raspberry Pi vers l'Arduino
10. Cafetière connectée

Robots

1. mBot
1. 1.1 Clé Bluetooth Makeblock
2. 1.2 Test du robot
  1. 1.2.1 (Ré)Installation du programme de démonstration
  2. 1.2.2 Utilisation du programme de démonstration
3. 1.3 Langages de programmation
  1. 1.3.1 mBlock
  2. 1.3.2 mBlock Blockly
  3. 1.3.3 Vittascience
  4. 1.3.4 IDE Arduino
4. 1.4 Commandes de base
  1. 1.4.1 Buzzer et LED RGB
  2. 1.4.2 Capteur lumineux
  3. 1.4.3 Moteurs
5. 1.5 Évitement d’obstacles
6. 1.6 Suivi de ligne
7. 1.7 Robot télécommandé
  1. 1.7.1 Télécommande infrarouge
  2. 1.7.2 Manette Bluetooth
  3. 1.7.3 Makeblock App
8. 1.8 Extensions du robot
  1. 1.8.1 Matrice de LED
  2. 1.8.2 Mini-pince
  3. 1.8.3 Pack Servo mBot
  4. 1.8.4 Pack lanceur de balles mBot
  5. 1.8.5 Pack roue codeuse
  6. 1.8.6 Pack chenilles mBot
  7. 1.8.7 Pack 6 pattes mBot
  8. 1.8.8 Créez, partagez, imprimez
2. Zumo
1. 2.1 Installation de la bibliothèque
2. 2.2 Bouton poussoir, LED et buzzer
3. 2.3 Contrôle des moteurs
4. 2.4 Suivi de ligne
5. 2.5 Compétitions de mini-Sumo
3. Robot bipède Otto
1. 3.1 Premiers pas
  1. 3.1.1 Blockly
  2. 3.1.2 IDE Arduino
2. 3.2 Capteur de distance à ultrasons
3. 3.3 Otto DIY App
4. Fabriquer son robot
1. 4.1 Moteurs à courant continu
2. 4.2 Servomoteurs à rotation continue
3. 4.3 Contrôle du robot
5. Yeux animatroniques

Autres cartes de développement

1. Introduction
2. Construire un clone de l'Arduino Uno
1. 2.1 Le bootloader
2. 2.2 La fréquence
3. 2.3 Transformation de l’Arduino en programmateur
4. 2.4 Gravure du bootloader
5. 2.5 Les broches du microcontrôleur
6. 2.6 Le montage du clone
7. 2.7 Téléverser un sketch
3. Graver l’ATmega328P à 8 MHz
1. 3.1 Transformation de l’Arduino en programmateur
2. 3.2 Ajout des paramètres du microcontrôleur
3. 3.3 Gravure du bootloader
4. 3.4 Test du microcontrôleur
4. L'ATtiny85
1. 4.1 Transformation de l’Arduino en programmateur
2. 4.2 Ajout des paramètres du microcontrôleur
  1. 4.2.1 Versions récentes de l’IDE
  2. 4.2.2 Anciennes versions de l’IDE
3. 4.3 Gravure du bootloader
4. 4.4 Test du microcontrôleur
5. La Kitco
1. 5.1 Montage de la Kitco
2. 5.2 Le bootloader
3. 5.3 Utilisation de la bibliothèque Kitco
4. 5.4 Programmation classique
6. Le module ESP8266
7. La carte WeMos D1R2
8. L’Arduino Leonardo
1. 8.1 Émuler la souris
  1. 8.1.1 Les fonctions de la bibliothèque Mouse.h
  2. 8.1.2 Le code de la souris
2. 8.2 Émuler le clavier
  1. 8.2.1 Les fonctions de la bibliothèque Keyboard.h
  2. 8.2.2 Le code de la manette
3. 8.3 Télécommander un ordinateur
  1. 8.3.1 Souris télécommandée
  2. 8.3.2 Télécommande vidéo
9. Imprimantes 3D
10. PybStick26
1. 10.1 Modes de programmation
  1. 10.1.1 Éditeur de texte
  2. 10.1.2 Terminal
  3. 10.1.3 Réinitialisation d’usine
2. 10.2 Exemples de code
  1. 10.2.1 LED externe
  2. 10.2.2 Feu tricolore
  3. 10.2.3 Aller plus loin

Le langage Arduino

1. Introduction
2. Structure d'un sketch
1. 2.1 Point-virgule
2. 2.2 Accolades
3. 2.3 Commentaires
4. 2.4 #define
5. 2.5 #include
3. Fonctions
1. 3.1 Fonctions de base
2. 3.2 Fonctions personnalisées
  1. 3.2.1 Fonctions sans arguments - void
  2. 3.2.2 Fonctions avec arguments
3. 3.3 Entrées/sorties numériques
  1. 3.3.1 Fonction pinMode
  2. 3.3.2 Fonction digitalRead
  3. 3.3.3 Fonction digitalWrite
4. 3.4 Entrées/sorties analogiques
  1. 3.4.1 Fonction analogRead
  2. 3.4.2 Fonction analogWrite
  3. 3.4.3 Fonction analogReference
5. 3.5 Entrées/sorties avancées
  1. 3.5.1 Fonctions tone et noTone
  2. 3.5.2 shiftOut
  3. 3.5.3 shiftIn
  4. 3.5.4 pulseIn
6. 3.6 Mesure du temps
  1. 3.6.1 Fonction delay
  2. 3.6.2 Fonction delayMicroseconds
  3. 3.6.3 Fonction millis
  4. 3.6.4 Fonction micros
7. 3.7 Mathématiques et trigonométrie
  1. 3.7.1 Fonction min
  2. 3.7.2 Fonction max
  3. 3.7.3 Fonction abs
  4. 3.7.4 Fonction constrain
  5. 3.7.5 Fonction map
  6. 3.7.6 Fonction pow
  7. 3.7.7 Fonction sq
  8. 3.7.8 Fonction sqrt
  9. 3.7.9 Fonction sin
  10. 3.7.10 Fonction cos
  11. 3.7.11 Fonction tan
  12. 3.7.12 Fonction degrees
  13. 3.7.13 Fonction radians
  14. 3.7.14 Constante PI
8. 3.8 Caractères
9. 3.9 Nombres aléatoires
  1. 3.9.1 Fonction randomSeed
  2. 3.9.2 Fonction random
10. 3.10 Communication (moniteur série)
11. 3.11 Fonctions spécifiques
  1. 3.11.1 analogReadResolution
  2. 3.11.2 analogWriteResolution
4. Constantes et variables
1. 4.1 Types de données
2. 4.2 Portée des variables
  1. 4.2.1 Variables globales
  2. 4.2.2 Variables locales
3. 4.3 Constantes
  1. 4.3.1 Constantes prédéfinies
  2. 4.3.2 Constantes personnalisées
4. 4.4 Système de numération
5. 4.5 Conversion
6. 4.6 Tableaux
  1. 4.6.1 Déclaration du tableau
  2. 4.6.2 Tableau à une dimension
  3. 4.6.3 Tableau à deux dimensions
7. 4.7 Les chaînes de caractères
  1. 4.7.1 Tableau de caractères
  2. 4.7.2 Tableaux de chaînes de caractères
8. 4.8 Utilitaires
  1. 4.8.1 sizeof
  2. 4.8.2 PROGMEM
5. Structures de contrôle
1. 5.1 if... else
2. 5.2 switch... case
3. 5.3 for
4. 5.4 while
5. 5.5 do... while
6. 5.6 break
7. 5.7 continue
8. 5.8 return
9. 5.9 goto
6. Opérateurs
1. 6.1 Opérateurs arithmétiques
2. 6.2 Opérateurs composés
3. 6.3 Opérateurs logiques de comparaison
4. 6.4 Opérateurs logiques booléens
5. 6.5 Opérateurs binaires
  1. 6.5.1 Opérateur binaire & (ET)
  2. 6.5.2 Opérateur binaire | (OU)
  3. 6.5.3 Opérateur binaire ^ (XOR)
  4. 6.5.4 Opérateur binaire ~ (NON)
  5. 6.5.5 Décalage de bits << (à gauche) ou >> (à droite)
Index

Auteur

Jean-Christophe QUETINEn savoir plus

Jean-Christophe QUETIN possède une formation de base en informatique et a travaillé dans la maintenance informatique et la formation des utilisateurs en collège, lycée et cyberbase. Attiré dès sa jeunesse par la construction de kits électroniques, il est aujourd’hui passionné de tout ce qui touche aux nouvelles technologies. Après avoir écrit la première édition de ce livre en 2018, il crée en 2019 le site arduiblog.com pour continuer à partager sa passion pour les cartes de développement, avant de poursuivre avec l’écriture d’un second livre, paru aux Editions ENI, sur la carte micro:bit pour laquelle il a également eu un véritable coup de cœur.