Arduino - Apprivoisez l'électronique et le codage Apprivoisez l'électronique et le codage

Ce livre s'adresse aussi bien aux utilisateurs débutants qui souhaitent découvrir le fonctionnement de l'Arduino pour créer des objets intelligents qu'aux utilisateurs confirmés qui souhaitent rafraîchir leurs connaissances ou trouver des idées pour la réalisation de nouveaux projets. Il constituera également un support utile aux enseignants du secondaire pour enseigner l'électricité, l'électronique, la domotique ou le codage ou encore aux makers et amateurs de DIY pour être accompagnés dans les différentes phases de leurs projets.
Tout au long du livre l'auteur s'appuie sur des exemples concrets : 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 une manette de jeu ou un clone du jeu Simon...
Pour commencer, vous ferez connaissance avec le matériel nécessaire, et particulièrement l'Arduino et ses différents modèles, et 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 également l'environnement de développement Arduino Web Editor, la programmation par blocs (Ardublock, Scratch, Blockly) et un Arduino virtuel (tinkercad.com).
Pour illustrer les principes de base du codage vous travaillerez sur des exemples concrets et vous utiliserez les composants électroniques les plus courants (LED, boutons, résistances, potentiomètres, buzzer) puis des composants et modules plus spécialisés comme les capteurs (analogiques ou numériques), les relais, les moteurs ou des modules d'affichage (à LED ou LCD), de lecture/écriture (RFID, carte SD) ou de gestion du temps (horloge en temps réel).
Dans un chapitre dédié, l'auteur explore différents modes de communication de l'Arduino avec le Raspberry Pi (bus I2C, liaisons série, Bluetooth, radio, infrarouge, Ethernet, Wi-Fi). 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 WeMos ou la Kitco.
Le dernier chapitre regroupe les principales instructions de l'IDE Arduino permettant de retrouver facilement une fonction pour en vérifier la syntaxe.

Présentation de l'Arduino

• 1. Introduction
• 2. Présentation générale
• 3. Évolution de l’Arduino
• 4. Faites-le vous-même
  • 4.1 La culture maker
  • 4.2 Les Fab lab, Hackerspaces et Makerspaces
  • 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 L’Arduino Uno
  • 1.2 L’Arduino Nano
  • 1.3 L’Arduino Mini
  • 1.4 L'Arduino Ethernet
  • 1.5 L’Arduino Leonardo
  • 1.6 L’Arduino Micro
  • 1.7 L’Arduino Esplora
  • 1.8 L’Arduino 101
  • 1.9 L’Arduino Zero
  • 1.10 L’Arduino YÚN
  • 1.11 L’Arduino Mega 2560
  • 1.12 L’Arduino due
  • 1.13 L’Arduino LilyPad
• 2. Carte officielle, clones et contrefaçon ?
  • 2.1 Un vrai Arduino
  • 2.2 Les clones 100 % compatibles
  • 2.3 Les clones spéciaux
  • 2.4 La contrefaçon
• 3. Les outils
  • 3.1 Le multimètre
    • 3.1.1 Choisir un multimètre
    • 3.1.2 Voltmètre
    • 3.1.3 Ampèremètre
    • 3.1.4 Ohmmètre
    • 3.1.5 Testeur
  • 3.2 Le fer à souder
  • 3.3 Les tournevis
  • 3.4 Les pinces
  • 3.5 Les cutters et les couteaux
• 4. Les composants électroniques
• 5. Les modules à relier
• 6. Les shields (ou cartes d’extension)
• 7. Les kits
• 8. Recyclez (c'est mieux pour la planète et votre portefeuille)
• 9. Où acheter votre matériel ?

Connaissances de base

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

Les langages de programmation

• 1. L’IDE, le programme officiel
  • 1.1 Téléchargement et installation
    • 1.1.1 Windows
    • 1.1.2 macOS X
    • 1.1.3 Linux
    • 1.1.4 L’Arduino Web Editor, l’IDE en ligne
    • 1.1.5 ArduinoDroid
  • 1.2 Problèmes de drivers
  • 1.3 Utilisation de l’IDE
• 2. Programmation par blocs
  • 2.1 Ardublock
  • 2.2 Scratch for Arduino (S4A)
  • 2.3 BlocklyDuino
• 3. Un Arduino virtuel (tinkercad.com)
• 4. Les bibliothèques (libraries)
• 5. Déboguer (debugger) mon programme
  • 5.1 Messages d'erreur
  • 5.2 Le moniteur série
• 6. L'optimisation du code

Premiers sketchs

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

Montages avancés

• 1. Les capteurs
  • 1.1 Photorésistance
  • 1.2 Capteurs de température
    • 1.2.1 Les capteurs analogiques (LM35 ou TMP36)
    • 1.2.2 Le capteur numérique DS18B20
  • 1.3 Capteur de distance à ultrason HC-SR04
  • 1.4 Capteur infrarouge de mouvement (PIR)
  • 1.5 Capteurs d'humidité du sol et de niveau d'eau
    • 1.5.1 Branchement directement à l'Arduino
    • 1.5.2 Utilisation du module
  • 1.6 Capteur d'inclinaison (ou tilt sensor)
  • 1.7 Capteur magnétique
  • 1.8 Autres capteurs
• 2. Le cadran analogique (galvanomètre)
• 3. Le relais
• 4. Les moteurs
  • 4.1 Le moteur à courant continu
    • 4.1.1 Utilisation d'un transistor
    • 4.1.2 Le pont en H
    • 4.1.3 Le module L298N
  • 4.2 Le servomoteur
  • 4.3 Le moteur pas à pas
• 5. L'afficheur sept segments
  • 5.1 Branchement direct sur l'Arduino
  • 5.2 Utiliser un registre à décalage
  • 5.3 Chaîner plusieurs registres à décalage
• 6. La matrice de LED
  • 6.1 Utilisation de la matrice seule (sans le module MAX7219)
  • 6.2 Utilisation du module (MAX7219)
• 7. L'afficheur alphanumérique LCD
  • 7.1 Connexion parallèle
  • 7.2 Le shield
  • 7.3 Connexion série (bus I2C)
• 8. L'écran LCD Nokia 5110
• 9. Le module RFID RC522
• 10. L'horloge en temps réel
• 11. Le lecteur de cartes SD (ou micro SD)
  • 11.1 Les fonctions de la bibliothèque SD
  • 11.2 L'enregistreur de température
  • 11.3 La récupération des données

Communication

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

Autres modèles d'Arduino

• 1. Introduction
• 2. Construire un clone de l'Arduino Uno
  • 2.1 Le bootloader
  • 2.2 La fréquence
  • 2.3 Transformation de l’Arduino en programmateur
  • 2.4 La gravure du bootloader
  • 2.5 Les broches du microcontrôleur
  • 2.6 Le montage du clone
  • 2.7 Téléverser un sketch
• 3. Graver l’ATmega328P à 8 MHz
  • 3.1 Transformation de l’Arduino en programmateur
  • 3.2 Ajout des paramètres du microcontrôleur
  • 3.3 La gravure du bootloader
  • 3.4 Test du microcontrôleur
• 4. L'ATtiny 85
  • 4.1 Transformation de l’Arduino en programmateur
  • 4.2 Ajout des paramètres du microcontrôleur
    • 4.2.1 Versions récentes de l’IDE
    • 4.2.2 Anciennes versions de l’IDE
  • 4.3 La gravure du bootloader
  • 4.4 Test du microcontrôleur
• 5. La Kitco
  • 5.1 Le montage de la Kitco
  • 5.2 Le bootloader
  • 5.3 Utilisation de la bibliothèque Kitco
  • 5.4 Programmation classique
• 6. Le module ESP8266
• 7. La carte WeMos-D1R2
• 8. L’Arduino Leonardo
  • 8.1 Émuler la souris
    • 8.1.1 Les fonctions de la bibliothèque Mouse.h
    • 8.1.2 Le code de la souris
  • 8.2 Émuler le clavier
    • 8.2.1 Les fonctions de la bibliothèque Keyboard.h
    • 8.2.2 Le code de la manette

Le langage Arduino

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

Index

Jean-Christophe QUETIN possède une formation de base en informatique et a travaillé dans la maintenance informatique et la formation des utilisateurs en lycée, collège 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 découvert le Raspberry Pi, il s'est rapidement tourné vers l'Arduino qu'il expérimente et utilise en milieu scolaire, ce qui lui permet d'écrire un livre 100% efficace sur cette carte électronique.