Capteurs et interfaces

1. Module relais

Le module relais offre une isolation galvanique dans un projet. L’isolation galvanique permet d’isoler le circuit haute tension (ex. : pompe 24 V) de la partie de commande.

Module relais de Pololu

Grâce au relais, il devient possible de commander des appareils de puissance comme des ventilateurs, pompes à eau ou moteurs de puissance moyenne.

1. Capteur de température TMP36

Le TMP36 est un capteur de température analogique capable de couvrir une plage de températures de -50 °C à +125 °C pour une tension de sortie de 0 à 1,7 V (ce qui reste en dessous des 3,3 V maximum de la Pyboard).

Conversion de tension d’un TMP36 en température

Pour obtenir la température en °C, il faut utiliser la formule de conversion suivante :

Temp en °C = ( Tension_de_sortie_en_milliVolts - 500) / 10

Avec une tension de sortie de 1 V (1 000 mV), la température mesurée est de (1000-500) / 10 = 50 °C.

Le montage ci-dessous présente le TMP36 raccordé sur l’entrée analogique X19 de la Pyboard. Une capacité de 10 nF est utilisée pour déparasiter la sortie du capteur. En effet, les ports USB sont réputés pour laisser filtrer un bruit non négligeable depuis l’alimentation PC, bruit qui se retrouve sur l’alimentation de la carte microcontrôleur si elle est alimentée via USB. Si ce bruit n’est pas correctement filtré par l’étage d’alimentation du microcontrôleur, alors celui-ci se retrouve sur les capteurs analogiques et leurs signaux de sortie. Cela se traduit par une sortie instable et donc des lectures instables sur l’entrée analogique.

Une capacité de 10 nF, aussi appelée « petite fée de l’électronique », permet de filtrer très facilement ce bruit.

Brancher un TMP36 sur la Pyboard

Les quelques lignes suivantes permettent de lire la tension produite par le capteur puis de la transformer en tension.

La session REPL ci-dessous indique comment convertir la lecture en température.

>>> from pyb import ADC 
>>> tmp36 = ADC('X19')  
>>> # Lecture ADC, résolution 12 bits, valeur de 0 à 4095 
>>> val = tmp36.read()  
>>> # Conversion en tension 
>>> volt = (val*3.3)/4095 
>>> # Multiplier les volts par 1000 pour obtenir des millivolts 
>>> temp = (volt*1000 - 500)/10 
>>> print( temp ) 
21.15751 

Comme...

1. MCP23017 : extension d’entrée/sortie

L’une des interfaces I2C les plus utiles, selon l’auteur, reste le GPIO Expander MCP23017 de MicroChip. 

MCP23017

Il s’agit d’un composant 28 broches permettant d’ajouter facilement 16 entrées-sorties numériques sur n’importe quel microcontrôleur proposant un bus I2C.

Fonctionnant également sous 3,3 V, ce composant, très populaire dans le monde Arduino, dispose également de résistances pull-up internes très pratiques avec l’utilisation de broches en entrée (ex. : avec un bouton-poussoir).

Avec ses trois broches d’adresse A0, A1, A2, il est possible d’encoder jusque huit adresses différentes pour un MCP23017. Cela représente un total 8 * 16 GPIO = 128 GPIO.

Ce composant dispose, bien entendu, d’une fiche technique reprenant de nombreuses informations. Celle-ci peut être téléchargée depuis la page suivante : https://shop.mchobby.be/product.php?id_product=218

Le lecteur avisé s’interrogera sur l’intérêt d’un tel composant dans l’ouvrage puisque la carte Pyboard dispose déjà de nombreux GPIO. C’est une question pertinente avec des réponses intéressantes :

1. LED NeoPixel

NeoPixel est le nom commercial utilisé par Adafruit Industries pour ses produits à base de LED WS2812b. La gamme NeoPixel est rapidement devenue populaire auprès des makers car le champ d’application dépasse largement l’interface homme-machine et permet de conquérir les domaines artistiques, ludiques et même des écrans de grande taille (en montant les LED en matrice).

LED NeoPixel (WS28126)

Une LED NeoPixel, ou LED WS2812, est une LED RGB (rouge, vert, bleu, couleur 24 bits) autonome disposant d’une puce de pilotage dédiée placée directement sous la LED. La communication des données de couleurs aux différentes LED se fait par l’intermédiaire d’un seul signal de données qui passe de LED en LED. Il faut donc une seule ligne de données sur le microcontrôleur pour contrôler de multiples LED RGB, chacune pouvant produire une couleur spécifique. Ces LED sont aussi dites « adressables » puisqu’il est possible d’adresser une couleur différente à chacune d’entre elles.

En simplifiant les raccordements à l’extrême, aussi simple qu’une « guirlande de Noël », cette technologie aura radicalement simplifié le travail de câblage des projets à base de LED.

La simplification du câblage n’est pas la seule raison à la popularité des LED WS2812. Le circuit intégré dans la LED dispose également d’une alimentation à courant constant. Celle-ci permet de conserver un courant constant dans la LED même si la tension varie sensiblement. C’est le passage du courant dans une LED qui la rend luminescente. Si ce courant est constant, alors la luminosité...

1. Module GPS

Le module GPS est un périphérique série calculant ses coordonnées de localisation à partir des réseaux de satellites de positionnement comme GPS (États-Unis), Galileo (Union européenne), GLONASS (Russie), Beidou (Chine). De nos jours, les modules GPS sont capables de s’appuyer simultanément sur plusieurs réseaux.

Ces informations sont communiquées vers l’hôte (microcontrôleur, ordinateur) via l’UART du module GPS en respectant le protocole NMEA relativement simple (https://fr.wikipedia.org/wiki/NMEA_0183) et même directement lisible. Le protocole NMEA permet de disposer d’informations comme le temps universel, la date, la latitude, la longitude, la vitesse de déplacement.

Ce protocole, déjà exposé avec un certain niveau de détail dans la programmation de l’interface UART (cf. Programmer - Interface UART), sera exploité par l’intermédiaire d’une bibliothèque.

GPS ultime d’Adafruit

Le module choisi est un breakout GPS Ultimate d’Adafruit Industries. Celui-ci a l’avantage de fonctionner « out-of-the-box » sans préparatifs particuliers.

Le breakout expose les broches suivantes :

1. Configurer l’interface USB

Le mode supporté par l’interface USB se définit dans le fichier boot.py à l’aide d’un appel à pyb.usb_mode().

Pour rappel, voici le contenu d’un fichier boot.py où seule l’interface série via USB est supportée (il s’agit de l’interface VCP pour Virtual Com Port).

# boot.py -- run on boot-up 
# can run arbitrary Python, but best to keep it minimal 
 
import machine 
import pyb 
#pyb.main('main.py') # main script to run after this one 
pyb.usb_mode('VCP') # act as a serial 
#pyb.usb_mode('VCP+HID') # act as a serial device and a mouse 
#pyb.usb_mode('VCP+MSC') # act as a serial + Mass storage device 

Il faut donc passer par l’appel de pyb.usb_mode(’VCP+HID’) pour exploiter l’interface HID (clavier ou souris). Cela se fera en retirant le caractère (#) en début de ligne puis en redémarrant la carte.

Il est possible de consulter le mode de l’interface USB à tout moment en saisissant l’instruction pyb.usb_mode() sans paramètre.

MicroPython v1.11-126-g7c2e83324 on 2019-07-05; PYBv1.1 with STM32F405RG 
Type "help()" for more information. 
>>> 
>>> pyb.usb_mode() 
'VCP+HID' 
>>>...

1. Module Ethernet

Bien que peu populaire dans notre société dominée par les réseaux WiFi, une connectivité Ethernet filaire sur un microcontrôleur peut présenter un avantage certain dans les environnements bruyants (comme l’industrie) ou sur les réseaux très étendus (comme un immeuble).

Ci-dessous l’exemple d’un module WIZ820io exploitant un module WIZNET5200.

WIZ820io

MicroPython.org produit un firmware MicroPython intégrant un pilote WIZNET5K qui devrait donc convenir pour les modules à base de WIZNET5200 et potentiellement WIZNET5500.

Ce firmware est disponible dans la zone de téléchargement de MicroPython.org. Il faut, bien entendu, sélectionner le firmware correspondant à la carte.

Téléchargement du firmware réseau

Celui-ci devra être téléversé en utilisant la procédure de mise à jour du firmware telle que décrite dans les annexes (cf. Annexes - mises à jour du firmware).

Une fois à jour, il est possible de brancher un module WIZNET sur le bus SPI(1) et un signal complémentaire (X4).

Brancher un module WIZ820io

L’exploitation d’un module Ethernet est documentée sur la page du pilote Wiznet5K : http://docs.micropython.org/en/v1.9.3/pyboard/library/network.html

import network 
nic = network.WIZNET5K( pyb.SPI(1), 
              pyb.Pin.board.X5, pyb.Pin.board.X4) 
print(nic.ifconfig()) 
 
# Il est maintenant possible d'utiliser les sockets 
... 

Une fois la connexion établie, il est possible d’utiliser les sockets, exactement comme pour l’interface WiFi native de MicroPython (cf. Prise de contrôle - Le mode station (STA)).

>>> import usocket as socket 
>>> addr = socket.getaddrinfo('micropython.org', 80)[0][-1] 
>>> addr 
('176.58.119.26', 80) 
>>> s = socket.socket() 
>>> s.connect(addr) 
>>> s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: micropython.org\r\n\r\n') 
41 
>>> data = s.recv(1000) 
>>> while data: 
...     print( data ) 
...     data = s.recv(1000) 

2. Module WiFi

Un module WiFi peut être utilisé pour...