Conseils
Le Raspberry Pi est un petit ordinateur monocarte peu coûteux, commercialisé depuis 2013 et initialement destiné à initier les enfants et les adolescents à la programmation et à la technologie.
Il s'est depuis imposé comme un outil polyvalent, utilisé aussi bien dans l'enseignement que dans le domaine professionnel et amateur pour bricoler, expérimenter et réaliser ses propres projets.
Si le Raspberry Pi a rencontré et continue de rencontrer un tel succès, c'est notamment parce qu'il offre de nombreuses possibilités d'extension.
Les shields Raspberry Pi en font partie. Il s'agit de cartes d'extension (en anglais « expansion boards ») qui vous permettent d'étendre les fonctionnalités du Raspberry Pi.
Les shields permettent d'ajouter du matériel supplémentaire tel que des capteurs, des écrans, des commandes de moteur ou des modules de communication afin de réaliser des applications complexes.
Dans notre guide, vous découvrirez les différents types de Raspberry Pi Shields, comment les utiliser et ce à quoi il faut faire attention lors de l'achat.
Les shields Raspberry Pi sont des cartes supplémentaires qui vous permettent d'étendre les fonctionnalités de votre Raspberry Pi et d'ajouter de nouvelles fonctionnalités. À cette fin, les shields sont équipés de différents matériels tels que des capteurs, des caméras, des écrans, des commandes de moteur ou des outils de communication (modules Wi-Fi, GPS, etc.). Pour les intégrer à l'application, il suffit de brancher les cartes sur les broches GPIO (General Purpose Input/Output) de l'ordinateur monocarte. Les fonctions sont immédiatement utilisables, sans câblage ni soudure fastidieux. Les shields peuvent étendre les possibilités d'un Raspberry Pi de nombreuses façons, permettant ainsi de réaliser des projets complexes, par exemple dans le domaine de la robotique ou de la domotique.
Il existe de nombreux modèles de shields pour Raspberry Pi. Parmi les plus courants, on trouve les shields GPIO, les shields d'affichage et les shields capteurs. Ils se connectent tous au Raspberry Pi via des broches GPIO, mais leurs fonctions et leurs domaines d'application diffèrent.
Shields GPIO
Les shields GPIO ont de nombreuses applications. Ils vous permettent d'ajouter à votre Raspberry Pi des connecteurs supplémentaires (par exemple USB ou Ethernet), des dispositifs de commutation, des commandes ou des interfaces de communication afin d'étendre les fonctions de base des broches GPIO et de faciliter l'accès aux composants électroniques. Certaines cartes GPIO sont par exemple équipées de relais pour commuter des appareils externes, d'autres contiennent des contrôleurs pour commander directement des moteurs. C'est vous qui déterminez en quelque sorte la fonction d'une carte GPIO en l'implémentant.
Shields d'affichage
Contrairement aux shields GPIO, les shields d'affichage ne remplissent pas une fonction personnalisable, mais une fonction spécifique, car ils sont spécialement conçus pour afficher des informations. À cette fin, ils sont équipés d'écrans LCD, OLED ou tactiles et offrent dans de nombreux cas des éléments de commande supplémentaires sous forme de boutons ou de molettes. Les shields d'affichage sont réservés aux applications dans lesquelles des données ou des interactions doivent être visualisées. Ils peuvent servir de tableaux d'affichage numériques, être intégrés dans des systèmes de commande ou être utilisés dans le cadre de projets IoT (IoT = Internet of Things).
Shields de capteur
Alors que les écrans servent à visualiser des informations, les capteurs sont utilisés pour collecter des informations et remplissent donc également une fonction spécifique. Pour la collecte de données environnementales, il existe des shields équipés de capteurs de température, d'humidité et de lumière que vous pouvez utiliser, par exemple, pour construire une station météo ou intégrer dans des applications domotiques (commande de volets roulants, etc.). Il existe également des shields équipés de détecteurs de mouvement qui permettent de réaliser des systèmes de surveillance ou des projets de robotique.
Vous avez également la possibilité de combiner différents types de shields Raspberry Pi et de développer, par exemple, un système qui collecte des données (shield capteur), les affiche (shield écran) et exécute une action spécifique sur la base de ces données (shield GPIO).
Les shields vous permettent d'équiper rapidement et facilement votre Raspberry Pi de diverses fonctionnalités. Il existe certes d'autres moyens d'extension, mais les shields Raspberry Pi offrent des avantages décisifs.
Facilité d'utilisation
Les shields Raspberry Pi se branchent simplement sur les broches GPIO de l'ordinateur monocarte pour établir une connexion. Aucun câblage complexe ni soudure n'est nécessaire, vous pouvez donc les mettre en service pratiquement en plug and play. C'est pourquoi ils sont parfaits aussi bien pour débuter que pour le prototypage rapide.
Economies et gains de temps
Les shields prennent souvent en charge des fonctions complexes (commande du moteur, commande de l'écran, etc.) qui ne pourraient autrement être réalisées qu'à l'aide d'une programmation coûteuse ou de la mise en place de circuits complexes. Vous pouvez ainsi économiser du temps, des efforts et des coûts qui seraient par exemple liés à l'achat de cartes d'essai.
Polyvalence
Les Shields Raspberry Pi sont non seulement disponibles dans de nombreux modèles, mais peuvent également être combinés entre eux, ce qui offre encore plus d'options d'application et permet d'intégrer différentes fonctions dans un même projet. Il est ainsi possible d'adapter le Raspberry Pi de manière flexible aux besoins individuels et de concrétiser toutes sortes d'idées créatives.
Conception compacte
Les shields sont spécialement conçus pour le Raspberry Pi et adaptés à sa taille. Le Raspberry Pi reste ainsi compact et transportable, ce qui est avantageux lorsque l'espace est limité et pour les projets mobiles. De plus, de nombreux shields sont empilables, ce qui permet de les monter en plusieurs couches sans avoir à utiliser de câbles supplémentaires pour les connecter.
Les shields Raspberry Pi sont faciles à utiliser et ne nécessitent pas de connaissances préalables approfondies en matière de connexions matérielles et de configuration logicielle. Voici quelques conseils pour vous aider à démarrer :
- Choisir le shield adapté : Choisissez un shield adapté aux exigences de votre projet (par exemple, un shield contrôleur de moteur pour les applications robotiques). Assurez-vous que le shield est compatible avec votre modèle de Raspberry Pi et, si possible, qu'il est conforme à la norme HAT (Hardware Attached on Top), spécialement développée pour le Raspberry Pi. Les HAT se caractérisent par le fait qu'ils fonctionnent avec différents modèles de Raspberry Pi, tant au niveau logiciel que matériel.
- Couper l'alimentation électrique : débranchez le Raspberry Pi de l'alimentation électrique avant de brancher le shield afin d'éviter tout court-circuit et tout dommage matériel associé.
- Installer le shield : placez le shield sur les broches GPIO de votre Raspberry Pi. Veillez à ce que les broches soient correctement alignées. Les shields HAT s'adaptent avec une grande précision, ce qui garantit une connexion fiable.
- Rétablir l'alimentation électrique : une fois le shield connecté, rétablissez l'alimentation électrique. Certains shields sont équipés de LED ou d'autres voyants qui indiquent lorsque la carte d'extension est correctement connectée et prête à fonctionner.
- Installer et configurer le logiciel : les HAT sont généralement détectés et configurés automatiquement au démarrage, ce qui facilite leur installation. Pour les autres shields, l'installation de pilotes peut toutefois s'avérer nécessaire. Vous trouverez généralement des informations à ce sujet dans la documentation du fabricant. Une bibliothèque logicielle est généralement nécessaire pour permettre la communication avec le Raspberry Pi.
- Réaliser un test fonctionnel : Effectuez un test de fonctionnement pour vérifier si le shield fonctionne correctement. Les fabricants proposent souvent des exemples de scripts ou des tutoriels permettant de tester les fonctions de base du shield. Pour les capteurs, il peut s'agir d'une simple opération de mesure, pour un écran, d'un affichage graphique ou textuel.
- Programmer et intégrer : Si le shield est correctement installé et fonctionne correctement, vous pouvez passer à la programmation. Python est le langage de programmation le plus couramment utilisé pour le Raspberry Pi. De nombreuses bibliothèques pour shields permettent d'accéder aux fonctions du shield avec seulement quelques lignes de code.
Vous devez également tenir compte des aspects liés à la sécurité lorsque vous utilisez un shield Raspberry Pi. Pour les applications permanentes, il est recommandé d'utiliser un boîtier qui protège le Raspberry Pi et le shield contre les salissures et autres influences extérieures. Si plusieurs shields sont empilés les uns sur les autres, il existe un risque de surchauffe. Dans ce cas, il peut être conseillé d'utiliser un boîtier avec ventilateur ou d'intégrer des dissipateurs thermiques passifs.
Un shield Raspberry Pi doit avant tout répondre aux exigences du projet et être compatible avec le modèle Raspberry Pi. Déterminez les fonctions dont vous avez besoin et choisissez un shield qui les remplit précisément. Les shields inutilement complexes sont déconseillés, car ils coûtent plus cher et peuvent rendre le projet plus complexe et moins clair. Assurez-vous que le shield fonctionne avec votre Raspberry Pi. Les shields conformes à la norme HAT fonctionnent généralement sans problème avec différents modèles, y compris les modèles plus récents, tels que le Raspberry Pi 3 ou 4.
Vérifiez également si l'alimentation électrique de votre Raspberry Pi est suffisante pour le shield ou si vous avez besoin d'une alimentation externe. Certains shields, en particulier ceux équipés de commandes moteur ou d'écrans, nécessitent en effet beaucoup d'énergie pour fonctionner. Si vous utilisez plusieurs shields, la consommation s'additionne. Dans ce cas, vous devez calculer la consommation électrique totale. Si vous utilisez des shields empilables, veillez à respecter la hauteur de construction si vous êtes soumis à des restrictions en matière de dimensions. Gardez également un œil sur l'affectation des broches afin d'éviter qu'un shield ne bloque les broches dont vous avez besoin pour intégrer d'autres composants.
Si vous hésitez entre deux shields Raspberry Pi, il peut être intéressant d'opter pour le modèle le plus utilisé au sein de la communauté Raspberry Pi. Vous disposerez ainsi d'un plus grand nombre de tutoriels, de contributions sur les forums et de solutions proposées, ce qui facilitera la prise en main et le dépannage. Lors de votre choix, veillez également à ce que le fabricant fournisse une documentation complète, en particulier s'il s'agit d'un modèle offrant des fonctionnalités très spécifiques ou nécessitant une installation plus complexe.
Les shields Raspberry Pi sont-ils compatibles avec Arduino ?
Les shields Raspberry Pi et les cartes Arduino ne sont généralement pas directement compatibles, car ils fonctionnent avec des brochages, des tensions et parfois même des protocoles de communication différents. Il existe des adaptateurs qui peuvent être utilisés comme des ponts, mais ils n'offrent qu'une compatibilité limitée. Ces outils sont déconseillés aux utilisateurs inexpérimentés.
Existe-t-il également des shields pour les anciens modèles Raspberry Pi, tels que le Pi Zero ?
Oui. Bien que le Raspberry Pi Zero fonctionne également avec de nombreux shields standard, en raison de sa petite taille et de sa puissance réduite, un shield spécialement conçu pour le Zero peut s'avérer être un meilleur choix. Ces modèles sont plus petits et consomment moins d'énergie.
Puis-je utiliser des shields en combinaison avec d'autres composants ?
Oui, tant que les broches GPIO ne sont pas utilisées deux fois et que la consommation électrique est couverte, les shields peuvent être utilisés en combinaison avec d'autres modules, tels que des caméras ou des composants USB.
Quelle est la différence entre les shields et les cartes de dérivation (Breakout) ?
Les shields et les cartes de dérivation sont tous deux des extensions, mais leur fonction et leur domaine d'application diffèrent. Les shields ont pour fonction d'ajouter des fonctionnalités. Ils se branchent directement sur la carte mère et étendent le matériel, par exemple avec une commande de moteur ou des capteurs. Les cartes de dérivation, en revanche, servent à rendre plus accessibles certains composants électroniques tels que les capteurs, les puces ou les modules de communication. Ils relient les petites connexions ou broches des composants à une forme plus grande, soudable ou enfichable, qui peut être mieux intégrée dans les circuits. Cela permet aux développeurs et développeuses de « sortir » (en anglais « to break out ») des contraintes du système et de bénéficier d'une plus grande flexibilité.