Bonjour,

Sous ce titre accrocheur, je voulais faire profiter de mon expérience sur les capteurs à ceux qui (comme moi) ne sont pas experts en informatique ou en électronique et qui recherchent une solution clé en main, peu onéreuse, pour se lancer dans l’aventure de l’interactivité avec Arduino et Pure Data. Cet article est un état des lieux personnel et a simplement pour objet de répondre à quelques questions élémentaires que l’on se pose et dont on ne trouve pas facilement les réponses à travers les multiples sources d’information sur le sujet : Quels capteurs ? Comment se les procurer ? Quel investissement ? Comment les brancher ? Les utiliser ? etc.

Il ne s’agit pas de traiter le sujet avec exhaustivité, mais simplement de proposer une solution fonctionnelle à partir de laquelle l’internaute intéressé pourra se baser pour aller plus loin : le matériel, l’installation d’un capteur analogique (type capteur de distance IR) ou d’un capteur numérique (type détecteur de mouvement IR) sur une carte Arduino, la programmation de la carte, la réception des données brutes dans Pure Data et plusieurs modes de traitement de ces données (calibrage, rampe, etc.).

Pour information, si l’on se contente d’une installation simple (capteur de distance IR avec Arduino), il faut compter 20€ pour l’Arduino, 15€ pour le capteur et 3€ pour le câble USB (reliant la carte à l’ordinateur), soit un investissement de 35 à 40€. Somme modique pour s’amuser un peu...

I. Le matériel

La carte Arduino est une carte électronique publiée en matériel libre pour l’industrie (domotique, robotique) et la création artistique interactive. Nous utiliserons une carte Arduino UNO qui est une carte de base, pas très onéreuse et que l’on achète auprès de différents fournisseurs Internet (comme Zartronic ou Snootlab, il y en a d’autres, mais je ne me suis adressé qu’à ces deux fournisseurs-là, désolé pour les autres...). La carte Arduino UNO Atmega328 coûte à peu près 20€ (les prix ont été évalués en décembre 2012).


D’autres cartes compatibles existent (Arduino est "open"), comme la DFRduino Romeo Robotique 328 Rev1.1, un peu plus chères (vers 30€), qui fait un peu plus de choses et dont la connectique est simplifiée, mais j’ai préféré travailler sur la carte Italienne, d’une part parce qu’elle convient tout à fait pour ce que l’on veut en faire et aussi pour récompenser les sympathiques concepteurs de ce matériel libre.

Les capteurs sont de deux types : les capteurs analogiques, qui renvoient un flux de données en continu ; et les capteurs numériques, qui renvoient un signal 1 ou 0 (On/Off). En voici quelques exemples simples (non exhaustifs, bien sûr) :

Capteurs analogiques :
* Capteur de distance IR : Capteur de distance à infrarouges mesurant la distance en continu et la retournant sous forme de tension analogique avec une portée de 10 à 80 cm, de 20 cm à 1,50 m ou de 1 m à 5,50 m, selon le modèle. De 15 à 25€.
* Capteur d’intensité sonore : Microphone et amplificateur permettant de mesurer le volume sonore et de le restituer sous forme de tension analogique. La sensibilité du capteur est réglable. Vers 8€.
* Capteur de lumière ambiante : Mesure l’intensité lumineuse et la restitue sous forme de tension analogique. Vers 8€.
* Capteur de vibrations à disque Piezo : Détecteur de vibrations à disque piezo-électrique. Vers 5€.
* Capteur rotatif analogique : Simple potentiomètre permettant de mesurer un mouvement de rotation. Utilisé dans des installations avec pédalier, par exemple. Vers 4€.
* Accéléromètre trois axes : La tension de sortie est proportionnelle à l’accélération mesurée suivant trois axes (X, Y et Z). C’est ce qui est utilisé dans la manette Wiimote. Vers 17€.

Capteurs numériques :
* Détecteur à infrarouge : Capteur IR numérique très précis qui retourne 1 dès que l’on dépasse une certaine distance (3 cm à 80 cm). Cette distance est réglable sur le capteur. On ne peut utiliser que deux capteurs de ce type sur une Arduino en USB car il consomme beaucoup de courant. Vers 10€.
* Capteur d’inclinaison numérique/tilt : Capteur d’inclinaison qui retourne 1 dès qu’il est en mouvement transversal. Vers 3€.
* Détecteurs de mouvement IR : Détecte les mouvements par le changement de chaleur (infrarouges passifs). Très utilisé dans les antivols domestiques. Après la mise sous tension, il faut attendre 2 secondes pour qu’il se stabilise. Vers 8€.
* Bouton poussoir numérique : Simple interrupteur permettant de déclencher un événement. Vers 4€.

Pour relier la carte Arduino à l’ordinateur, il faut un câble USB (3€) et pour brancher les câbles des capteurs (prises femelles) dans les entrées Arduino (femelles aussi), il faut se procurer une barrette sécable de connecteurs (petites tiges en cuivre que l’on enfonce dans les prises, le prix est négligeable : 0,40€) :


II. Programmation de la carte Arduino

Je ne travaille que sous MacOs X et Windows (XP et 7). Pour les utilisateurs d’UNIX, la procédure est la même (mais je ne l’ai pas testée).

Pour les capteurs précédents, on utilisera le protocole de communication fourni avec le logiciel Arduino : Standard Firmata. Une fois le programme installé, la carte est prête à fonctionner.

a) Installation sous MacOsX (10.7.5)

* Télécharger le programme Arduino pour Mac (http://arduino.cc/en/Main/Software) et le dezipper.
* Brancher le câble USB sur l’ordinateur. Sur Mac, il est inutile d’installer de driver.
* Lancer le programme Arduino et vérifier que :
- le menu Outils/Type de carte est positionné sur Arduino Uno,


- le menu Outils/Port série est positionné sur tty.ubbmodemfa131.


* Pour tous les capteurs ci-dessus, on utilisera le programme standard : Standard firmata. Le chargement se fait de la façon suivante :
- appuyer sur le bouton : et chercher le programme Firmata/StandardFirmata,
- vérifier le programme : , puis le transférer dans la carte électronique : .

b) Installation sous Windows 7 ou Windows XP

* Télécharger le programme Arduino pour Windows (http://arduino.cc/en/Main/Software) et le dezipper.
* Le driver se trouve dans un sous-répertoire du programme. Brancher le câble USB de la carte Arduino sur le PC. Accéder au Gestionnaire de périphérique Windows et sélectionner le « périphérique inconnu ». Avec le clic droit de la souris aller rechercher le pilote dans le répertoire du programme Arduino. Après installation, on doit avoir :

* Lancer le programme Arduino et vérifier que :
- le menu Outils/Type de carte est positionné sur Arduino Uno,
- le menu Outils/Port série est positionné sur COM3 (c’est a priori le port disponible, mais cela peut être éventuellement un autre port selon les connexions sur l’ordinateur).


* On utilisera le programme standard : Standard firmata. Le chargement se fait de la façon suivante :
- appuyer sur le bouton : et chercher le programme Firmata/StandardFirmata,
- vérifier le programme : , puis le transférer dans la carte électronique : .

III. Branchement des capteurs sur la carte Arduino

J’ai testé tous les capteurs analogiques et numériques cités ci-dessus et ils fonctionnent sans difficulté particulière. Chaque capteur est livré avec un câble de connexion qui comprend 3 fils de branchement (*) : une alimentation de 5V (généralement, fil rouge), un fil de terre (fil noir) et la valeur en sortie du capteur (fil bleu ou vert).

(*) sauf l’Accéléromètre trois axes qui a 3 x 3 fils de branchement (un triplet pour chaque axe) : les fils de terre sont à relier ensemble, ceux de l’alimentation doivent être réunis, et les trois fils des valeurs en sortie (X, Y, Z) doivent être associés à trois entrées différentes sur la carte Arduino (A0, A1, A2).

Le branchement des capteurs sur la carte Arduino n’est pas direct car, d’une part, les entrées Arduino et la prise des capteurs sont des prises femelles (et on a besoin de connecteurs en cuivre pour les relier),

et d’autre part, les 3 branchements ne se font pas au même endroit (les trois entrées sont séparées, on le verra ci-dessous).

Attention à bien faire le branchement. J’avoue avoir eu un peu peur au début de mes investigations, en lisant les forums, car certains évoquent les risques de griller la carte Arduino ou le capteur, voire le port USB de l’ordinateur... Il est certain qu’il ne faut pas brancher n’importe quoi n’importe où, mais si l’on respecte les branchements ci-dessous, il n’y a aucun problème. Il faut veiller à éviter les faux contacts et débrancher le câble USB (qui alimente la carte) avant chaque manipulation.

Pour fixer les branchements, j’ai utilisé un simple ruban adhésif de couleur (je vais peut-être faire hurler les puristes électroniciens, mais cela s’est avéré très efficace) et j’ai placé l’ensemble dans un boîtier pour protéger la carte et la connexion. On peut le confectionner soi-même ou se le procurer sur des sites (un peu cher, en comparaison du prix de la carte, mais très solide et pratique : à peu près 11€) : voici les deux cas de figure (à gauche, mon boîtier confectionné, comprenant un capteur de distance IR, et à droite, le boîtier du commerce).


Remarquons que certaines cartes compatibles (DFRduino Romeo) ou certaines interfaces d’extension (Shield Extension IO V5) permettent un branchement simplifié et plus direct des capteurs (les prises femelles des capteurs se branchent dans des entrées mâles de la carte) et ajoutent quelques fonctionnalités. Mais je n’ai pas vu trop leur intérêt devant la facilité du branchement des capteurs sur l’Arduino (si l’on a à brancher 5 ou 6 capteurs, ces compléments sont peut-être utiles... mais je n’en suis pas complètement persuadé).

a) Branchement d’un capteur analogique

La carte Arduino UNO présente 6 entrées analogiques : A0, A1, ..., A5. On utilisera la première entrée A0.

Les trois fils des capteurs analogiques sont à brancher de la façon suivante :
- fil rouge 5V capteur : 5V (alimentation) Arduino
- fil noir GND capteur : GND (terre) Arduino
- fil bleu sortie capteur : ENTREE ANALOGIQUE A0 Arduino


b) Branchement d’un capteur numérique

Il y a 14 entrées numériques qui n’ont pas les mêmes fonctions. Nous utiliserons l’entrée 3 PMW.

Les capteurs numériques ci-dessus ont aussi 3 fils de branchement : une alimentation de 5V (généralement, fil rouge), un fil de terre (fil noir) et la valeur en sortie (fil vert).

Les trois fils sont à brancher de la façon suivante :
- fil rouge 5V capteur : 5V (alimentation) Arduino
- fil noir GND capteur : GND (terre) Arduino
- fil vert sortie capteur : ENTREE NUMERIQUE (DIGITAL) ~3 Arduino


c) Branchement de plusieurs capteurs

La carte Arduino dispose de plusieurs entrées analogiques (au total 6) et numériques (14), on peut donc envisager de brancher plusieurs capteurs, selon les besoins de l’installation que l’on veut réaliser. Dans ce cas, la source d’alimentation de 5V et la prise de terre doivent être reliés à un domino permettant de joindre les fils correspondant des différents capteurs. Mais il faut noter que, dans ce cas, l’alimentation de la carte Arduino via le câble USB risque de ne pas être suffisante (cela dépend du nombre et de la nature des capteurs). Si l’on envisage de brancher un grand nombre de capteurs, il est préférable brancher la carte Arduino sur un adaptateur secteur (une entrée de la carte est prévue à cet effet). Mais pour 2 ou 3 capteurs de distance IR, normalement, l’alimentation USB de l’ordinateur suffit (j’ai fait le test avec 3 capteurs IR sur l’Arduino reliés à mon MacBook Pro et cela fonctionne très bien).   

Les programmes Pure Data doivent, bien sûr, être paramétrés et adaptés pour prendre en compte les différentes sources de données venant des capteurs (voir le code).

IV. Réception des données dans Pure Data

A ce stade, le capteur (analogique ou numérique) doit être branché sur le boîtier Arduino, lui-même relié, par le câble USB, à l’ordinateur (le branchement doit être fait avant d’ouvrir le patch de Pure Data).

Ouvrir avec Pure Data (Pd 0.42.5-extended) le programme ci-joint "patch-capteur.pd".


Le mode d’emploi est indiqué, il suffit de tester...
A vous de jouer !

Complément avril 2020 : J'ai complété le programme par deux autres patches, l'un pour une utilisation multi-capteurs et l'autre spécifique pour le Télémètre à Ultrason qui a une réception linéaire particulièrement précise (de l'ordre du cm).

Dernière modification par Pertuit (2020-04-28 10:44:36)