A savoir sur les cartes Arduino

Qu'est-ce qu'Arduino ?

Arduino est une plateforme informatique physique, qui est constituée de composants matériels et logiciels. La plateforme est basée sur le principe Open Source : le code source est ouvert et les données accessibles à chacun. Le composant matériel est appelé carte Arduino et se compose d'une simple carte entrée-sortie, qui est dotée d'un microcontrôleur ainsi que différentes entrées et sorties numériques et analogiques.

La programmation s'effectue par un langage de programmation basé sur C ou C++. L'environnement de développement intégré (IDE), qui est installé sur un ordinateur distinct, et l'utilisation de vastes bibliothèques est accessible tant aux connaisseurs d'Arduino qu'aux utilisateurs ayant peu d'expérience en programmation.

Arduino est une plateforme adaptée à la commande individuelle d'objets interactifs et peut communiquer avec des applications logicielles présentes sur ordinateur via des interfaces. De cette manière, vous pouvez réaliser de nombreuses applications polyvalentes pour un usage professionnel ou privé. 

Il existe plusieurs types d'Arduino qui fonctionnent chacun avec différents microcontrôleurs et disposent de différentes interfaces. Voici les types de carte les plus courantes :

  • Arduino Uno
  • Arduino Leonardo
  • Arduino Ethernet
  • Arduino Shield
  • Arduino Yun
  • Arduino Nano
  • Arduino Pro

En principe, la carte Arduino dispose dans chaque version d'un minuteur intégré et de modules de mémoire ainsi que diverses interfaces. Les cartes peuvent être complétées par des modules d'extension pour obtenir des fonctionnalités supplémentaires, par exemple par des cartes enfichables, sur lesquelles d'autres circuits peuvent être montés.

En 2015 a éclaté un litige entre les fondateurs quant à la propriété de la marque Arduino. En Europe, où la question du droit d'utiliser la marque n'a pas encore été tranchée, on trouve également à présent, en plus d'Arduino, la marque Genuino. Par ailleurs, différents fabricants utilisent le système dans leurs produits.

Comment fonctionnent les systèmes Arduino ?

La carte Arduino ne possède aucun système d'exploitation. Les microcontrôleurs sont toutefois préprogrammés de façon standard avec un gestionnaire de démarrage, qui appelle les programmes enregistrés dans la mémoire. L'environnement de développement intégré est installé sur un autre ordinateur, s'accompagne de son propre éditeur de code et dispose d'un compilateur. Le transfert du programme sur le matériel s'effectue par une interface série, qui est pilotée sur les cartes Arduino modernes par un convertisseur USB-série.

L'environnement de développement (IDE) est disponible pour les systèmes d'exploitation les plus utilisés, à savoir Windows, Mac OS et Linux et peut être installé gratuitement sur l'ordinateur avec quelques exemples de programmes. L'IDE est très rudimentaire et fonctionnel, il n'est pas nécessaire d'avoir des connaissances très poussées en programmation. La programmation s'effectue sur l'ordinateur et non pas directement sur la carte. Une fois le programme terminé, il sera installé sur le microcontrôleur par l'interface.

Arduino permet de réaliser de petits programmes en un tour de main. La variante la plus simple fonctionne déjà avec deux fonctions simples, la configuration et une boucle sans fin. Il est ainsi possible de programmer par exemple le clignotement de différentes LED connectées aux broches selon un ordre prédéfini, ce qui n'exige que quelques lignes de code. Ce programme est ensuite exécuté tant que l'alimentation électrique existe. Par ailleurs, des applications de commande plus complexes peuvent être mises en place, par ex. la commande d'un moteur connecté au système Arduino.

Différence par rapport à Raspberry Pi :

A première vue, le système Arduino est similaire au Raspberry Pi, qui se présente également dans le même format pratique. Toutefois, dans le cas de Raspberry Pi, il s'agit d'un ordinateur avec système d'exploitation, qui doit d'abord être lancé avant de pouvoir programmer directement au moyen de l'écran connecté. Le système Arduino/Genuino se lance aussitôt dès qu'une tension nominale est appliquée et est prêt en quelques secondes à exécuter le programme enregistré sur la mémoire Flash. Il est plutôt bien adapté à l'exécution de programmmes rudimentaires en temps réel tandis que Raspberry peut réaliser des fonctions plus complexes.

Quels sont les différents systèmes Arduino ?

Les systèmes Arduino peuvent avoir des présentations très différente d'un modèle à l'autre. Les principales différences concernent les microcontrôleurs utilisés et les interfaces disponibles.

Les interfaces disponibles diffèrent d'une série de carte à l'autre et déterminent l'utilisation possible du produit. Les cartes Arduino peuvent être équipées des interfaces suivantes :

  • Cartes SD
  • Bluetooth
  • Ethernet
  • USB
  • Mini-USB
  • Micro-USB
  • ICSP
  • SPI
  • TWI

Les microcontrôleurs présents sur les cartes constituent le coeur de la plateforme. Les caractéristiques des différents microcontrôleurs varient notamment par la tension d'alimentation, pouvant d'élever à 3,3 V ou 5 V, l'alimentation s'effectuant par USB ou non. Des variantes avec une alimentation électrique externe sont alimentées avec une tension de 7 à 12 V. Par ailleurs, chaque microcontrôleur est doté de trois supports de stockage différents, la mémoire flash, la mémoire EEPROM et la mémoire SRAM. La mémoire SRAM étant volatile perd toutes les informations présentes dès que l'alimentation électrique est coupée. Les programmes, que le système doit exécuter, sont chargés dans la mémoire Flash, dont les emplacements mémoire ne peuvent pas être effacés ou réécrits individuellement. La mémoire flash est ainsi le plus gros module mémoire présent sur les cartes Arduino. La mémoire EEPROM est également une  mémoire non volatile, toutefois les emplacements de mémoire peuvent être réécrits.

Les types de microcontrôleurs suivants sont utilisés sur les cartes Arduino disponibles chez Conrad :

  • Le microcontrôleur Atmel SAMD21 présente une tension d'alimentation de 3,3 V et comprend une mémoire flash de 256 kio (1 kibioctet = 1024 octets). Il est équipé d'un module de mémoire EEPROM de 16 kio max. et d'un module de mémoire SRAM de 32 kio. Avec 20 entrées/sorties numériques (broches E/S), 13 entrées analogiques et 6 sorties analogiques, il est intégré par exemple dans Arduino Pro.
  • Le microcontrôleur ATmega32u4 fonctionne à une tension d'alimentation de 5 V et comporte une mémoire flash de 32 kio ainsi qu'une mémoire EEPROM de 1 kio et une mémoire SRAM de 2,5 kio . L'utilisateur peut connecter des périphériques à 20 broches E/S numériques ainsi qu'à 12 entrées analogiques et 7 sorties analogiques. Le microcontrôleur ATmega32u4 est utilisé dans Arduino Leonardo.
  • Le microcontrôleur ATmega 328 et par exemple intégré dans les cartes Aduino Nano, Uno ou Ethernet et fonctionne à une tension d'alimentation de 5 V. Il dispose d'une mémoire EEPROM de 1 kio ainsi que d'une mémoire SRAM de 2 kio. La mémoire flash peut stocker 32 kio de données. Outre 14  broches E/S numériques, le microcontrôleur dispose de 6 à 8 entrées analogiques et 4 à 6 sorties analogiques.

Quelles sont les applications possibles des systèmes Arduino/Genuino ?

Le système Arduino est conçu de façon optimale comme une plateforme permettant de réaliser des commandes interactives spécifiques qui sont uniquement basées sur un programme et ne nécessitent aucun système d'exploitation. Il peut donc être utilisé dans des installations artistiques mais a bien d'autres utilisations possibles.

Les projets Arduino, qui commandent des LED, sont très appréciés des accessoiristes  et des cosplayers et les circuits sont ainsi utilisés dans les costumes et accessoires ainsi que dans des éléments décoratifs.

Le système Arduino peut également commander des moteurs. Pour réaliser un tel circuit de commande, il existe différentes possibilités, par exemple par un pont de MOS-FET, avec un relais de commutation ou d'un transistor. En théorie, les moteurs peuvent être commandés directement par la carte Arduino, toutefois la carte ne délivre que de faibles courants, ainsi seuls de très petits moteurs peuvent être actionnés.

Un  autre domaine, auquel Arduino est parfaitement adapté : les projets avec différents capteurs. De l'aide au stationnement à la station météo, de nombreuses variantes sont envisageables et peuvent être réalisées à moindre frais.

Notre conseil pratique

Arduino est polyvalent, flexible et rapide. Ce système peut s'utiliser aussi bien à des fins personnelles que professionnelles  et a nettement plus à offrir que de faire clignoter des LED. Vous pouvez l'utiliser par ex. dans le cadre professionnel pour surveiller des processus. Des valeurs de mesure relevées telles que la température ou l'humidité de l'air sont transmises simplement à des bases de données ou à des périphériques mobiles à l'aide d'Arduino. Même l'affichage numérique de valeur est possible directement sur Arduino, grâce à des kits avec écrans LCD adaptés.

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