ROBOT ARDUINO D’AREXX
AAR
NOTICE DE MONTAGE: AAR-04
© AREXX - PAYS-BAS V052012
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Table des Matières
1. DESCRIPTION DU ROBOT AAR 3
1.1 La famille des robots ARDUINO 3
1.2 Caractéristiques 3
1.3 Mises en garde 4
2. INFORMATIONS GENERALES SUR ARDUINO 5
3 Le ROBOT ARDUINO D’AREXX 10
3.1 Schéma fonctionnel du ROBOT ARDUINO 10
3.2 Informations de base sur AAR 11
3.3 INFORMATIONS DE BASE SUR LE LOGICIEL ARDUINO 12
4. Premiers pas vers l’installation 13
4.1 Téléchargement et installation du logiciel Arduino 13
4.2 Le langage de programmation Arduino 13
4.3 Installation d’un driver USB 13
4.4 Matériel de l’AAR 14
4.4.1Connexion de l’accu 14
5. Logiciel ARDUINO 15
5.1 Programmation du robot avec le logiciel Arduino 15
5.2 Sélection d’un programme Arduino 15
5.3 Défintion d’une interface COM 16
5.4 Transfert d’un programme dans le robot Arduino 17
5. Informations de fond sur le montage en pont 18
5.1 Montage en pont pour des alimentations 3V 18
5.2 Montage en pont pour 4,5 Volts 20
6. Systèmes odométriques 21
7. Programmation du Bootloader 24
8. ANNEXE 25
A. Nomenclature 26
B. PCB principal face supérieure 28
C. PCB principal face inférieure 29
D. Schéma technique de l’AAR 30
AREXX et AAR sont des marques déposées d’AREXX Engineering - PAYS-BAS.
© Traduction française/French translation (August 2012): AREXX Engineering (NL).
Ce manuel est protégé par les droits d’auteur. Toute reproduction ou copie même partielle est
interdite sans l’accord écrit préalable de l’importateur européen:
AREXX Engineering - Zwolle (NL).
Le fabricant et le distributeur ne déclinent toute responsabilité pour les dommages causés par
des erreurs de manipulation, d’installation et d’utilisation de ce produit suite au non respect des
instructions de montage.
Sous réserve de modifications sans préavis.
Support technique pour la construction du robot:
WWW.AREXX.COM
Fabricant:
AREXX Engineering
JAMA Oriental
Importateur:
AREXX Engineering
ZWOLLE Pays-Bas
© AREXX Pays-Bas et JAMA Taiwan
© Traduction française: AREXX - Pays-Bas
WWW.ROBOTERNETZ.DE
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1. DESCRIPTION DU ROBOT AAR
1.1 La famille des robots ARDUINO
Arduino est une plateforme „open source “1 destinée au développement de prototypes électroniques qui met à notre disposition
un microcontrôleur ainsi que toutes les interfaces périphériques et
logiciels nécessaires.
Le concept Arduino fut développé an d’appréhender de manière
simple l’électronique moderne qui est utilisée dans le monde de la
robotique, du pilotage de logiciels et des détecteurs.
En tant que successeur du robot ASURO qui est programmable en
langage ‘C’, le robot Arduino ressemble certes fortement à son prédécesseur mais sa programmation est considérablement plus simple
en raison du langage de programmation „open source“ Arduino.
1 Open Source est une gamme de licences de logiciel dont les sources sont
publiquement accessibles an de promouvoir son développement futur.
1.2. Caractéristiques:
Moteurs 2 moteurs de courant continu (3 Volts)
Processeur ATmega328P
Langage de programmation ARDUINO
Alimentation 4 batteries ou piles AAA
4,8 - 6 Volts max.
Consommation Min. 10 mA
Max. 600 mA
Communication Port USB
Extension les extensions ASURO
sont compatibles
Hauteur 40 mm
Largeur 120 mm
Profondeur 180 mm
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1.3 Mises en Garde
1. Lisez d’abord ce manuel avant de brancher une source de
tension sur l’un des connecteurs! Des connexions erronées
peuvent endommager le matériel.
2. Vériez attentivement l’affectation des broches! Soyez
particulièrement méticuleux lors du câblage du système.
Des erreurs de branchement risquent d’endommager des
composants. Respectez la polarité des bornes d’alimentation.
Une inversion de polarité des bornes d’alimentation risque
d’endommager les circuits.
3. N’utilisez pas de systèmes d’alimentation dont les tensions
dépassent les valeurs spéciées!
Utilisez des systèmes d’alimentation stabilisés et ltrés an
d’éviter des crêtes de tension.
4. La platine ne présente aucune protection contre les effets d’eau
et d’humidité. Conservez le robot dans un endroit sec.
5. Evitez les courts-circuits avec d’autres objets métalliques
ainsi que toute surcharge de la platine ou des connecteurs par
pression, traction ou chargement.
6. Evitez les décharges électrostatiques
précautions, mises en garde et l’article sur Wikipedia “Décharge
électrostatique”).
2
(voir à ce sujet les
1.4 Généralités
* Le droit de retour s’éteint avec l’ouverture du sachet qui contient
les composants et pièces.
* Lisez attentivement la notice de montage avant de commencer la
construction.
* Manipulez les outils avec précaution.
* Ne construisez pas le robot en présence d’enfants en bas âge.
Les enfants risquent de se blesser avec les outils et/ou avaler de
petits composants.
* Respectez la polarité des piles.
* Veillez à ce que les piles et le support de piles restent
toujours sec. Si le robot est mouillé, retirez les piles et séchez
soigneusement tous les composants.
* Retirez les piles si le robot n’est pas utilisé pendant plus d’une
semaine.
2
Angl. electrostatic discharge, abrégé ESD
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2. INFOS GENERALES SUR ARDUINO
2.1. Qu’est-ce qui ou qu’est-ce qu’est ARDUINO?
Arduino est un microcontrôleur mono-platine open-source destiné
notamment aux artistes, designers, bricoleurs et autres personnes
intéressées an de leur faciliter l’accès à la programmation et aux
microcontrôleurs ainsi qu’au travail sur des projets d’objets interactifs.
La plateforme Arduino est basée sur un microcontrôleur d’Atmel
ATmega168 ou ATmega-328. Le système met à la disposition de
l’utilisateur aussi bien des entrées//sorties numériques que des
entrées analogiques qui permettent au système Arduino de recevoir
des signaux de son environnement et d’y réagir.
Différentes platines Arduino sont commercialisées telles que Arduino Uno, Arduino LilyPad et Arduino Mega 2560. Etant donné que
chaque platine Arduino possède ses propres spécicités, il existe un
système Arduino idéal pour pratiquement chaque projet.
Les signaux d’entrées peuvent provenir de commutateurs, détecteurs de lumière, de mouvement, de distance ou de température.
Même des commandes provenant d’internet peuvent constituer des
signaux d’entrée. Les signaux de sortie peuvent, à leur tour, piloter
des moteurs, lampes, pompes et moniteurs.
Pour la programmation, le système possède un compilateur assurant
un langage de programmation normalisé et un bootloader. Le langage de programmation est basé sur le langage de programmation
Wiring qui correspond à C++.
En 2005, Arduino a démarré comme un simple projet à Ivréa en
Italie. L’objectif déclaré était initialement le soutien des étudiants
lors de leurs travaux sur des projets. La création du prototype devait
alors être bien moins coûteuse qu’avec des méthodes similaires traditionnelles.
Le groupe de développeurs autour de Massimo Banzi et David Cuartielles a nommé le projet d’après un personnage historique du nom
de ‘Arduino d’Ivrea’. Le mot ‘Arduino’ signie ‘Ami musclé’.
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2.2 Microcontrôleur!
2.2.1 Applications
Un microcontrôleur (parfois appelé également sous sa forme abrégée μC, uC ou MCU) est un petit ordinateur dans un circuit individuel intégré qui contient le noyau du processeur, la mémoire et un jeu
de connecteurs d’entrée et de sortie programmables.
Une mémoire de programme et une petite mémoire de données
RAM (c’est-à-dire Random Access Memory) font souvent partie du
circuit intégré. Les microcontrôleurs sont utilisés dans des installations et systèmes à pilotage automatique tels que dans le pilotage de
moteurs, implants, télécommandes, systèmes bureautiques, jouets
et outils de haute puissance.
L’économie de poids et de coûts due à l’intégration d’un microprocesseur, d’une mémoire et de connecteurs d’entrée/sortie sur
un seul circuit intégré a pour conséquence que la commande digitale devient de plus en plus économique pour un grand nombre
d’applications.
Un ménage typique dans un quartier moderne dispose de quatre
microprocesseurs et de trois douzaines de microcontrôleurs. Une
voiture de classe moyenne utilise 30 ou plus de microcontrôleurs.
Ces composants sont également présents dans de nombreux appareils électriques tels que des machines à laver, fours à micro ondes
et téléphones.
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2.3. Consommation et Vitesse
Certains microcontrôleurs travaillent à une faible fréquence
d’impulsions de 4 kHz et présentent une faible consommation dans
la zone des milliwatts ou microwatts. Ils sont généralement activables par pression sur un bouton ou par une interruption. La consommation lors de l’attente (générateur d’horloge CPU ainsi que la
quasi-totalité des circuits complémentaires à l’arrêt) se situe dans le
domaine des nanowatts ce qui garantit la longévité des piles.
D’autres microcontrôleurs sont plutôt utilisés dans le domaine des
hautes performances où ils sont employés p.ex. comme processeurs
de signaux numériques (DSP) avec des taux de fréquence et une
consommation plus élevés.
Le système Arduino travaille avec un puissant CI unique Atmel
ATmega328P qui est équipé d’un microcontrôleur 8 octets (d’une
fréquence de 16MHz) et d’une mémoire ash ISP de 32K bytes.
L’alimentation est relativement exible sur une plage de 7-12Vcc
ce qui permet d’assurer des conditions de travail stables et correctement sécurisées pour le circuit intégré ainsi que des conducteurs
séparés jusqu’à 2A pour l’alimentation des moteurs.
2.4 Programmes pour Microcontrôleurs
Le logiciel pour le microcontrôleur doit tenir dans l’espace mémoire
disponible sur le circuit intégré car une mémoire supplémentaire
externe serait trop coûteuse. Le compilateur et l’assembleur sont
optimisés pour la traduction du langage de haut niveau et des codes
d’assemblage en commandes machine compactes qui sont déposées
dans la mémoire du microcontrôleur.
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En fonction du type de circuit intégré, le programme peut être sauvegardé dans une mémoire ROM
3
permanente qui n’est écrite que
pendant la fabrication du circuit, ou bien dans une mémoire Flash
ré-inscriptible à dessein ou dans une mémoire ROM ré-inscriptible
plusieurs fois.
Initialement, les microcontrôleurs ont seulement été programmés en
assembleur mais actuellement il existe d’autres langages de programmation d’un niveau plus élevé. Il s’agit soit de langages spéciaux ou bien de variantes des langages de haut niveau tel que C. Les
vendeurs des microcontrôleurs proposent souvent des outils gratuits
an de faciliter la mise en place du matériel. Le système Arduino
met à notre disposition des mémoires ash 32 kBytes pour les pro-
grammes sketch qui sont programmables en C.
2.5 Architecture des Interfaces
Les microcontrôleurs disposent en général d’une multitude de broches d’entrée/sortie (GPIO) librement programmables. Ces connecteus GPIO sont programmables en broches d’entrée ou de sortie au
moyen de commandes logicielles. Lorsqu’elles sont programmées en
broches d’entrée, elles sont souvent utilisées pour la lecture de détecteurs ou de signaux externes. Si elles sont programmées comme
broches de sortie, elles sont utilisables pour le pilotage de LED ou de
moteurs.
Un grand nombre de systèmes embarqués a besoin de savoir lire les
signaux analogiques des détecteurs. A cet effet, on utilise les convertisseurs analogiques/digitaux (en anglais ADC4) .
Etant donné que les processeurs ont été développés spécialement
pour le traitement de données numériques, c’est-à-dire des zéros et
des uns, ils ne conviennent pas aux signaux analogiques des détecteurs. C’est le rôle des convertisseurs A/D de transformer les don-
nées rentrantes en une forme lisible pour un processeur.
3
ROM = Read Only Memory (mémoire morte)
4
Analog-to-digital converter (ADC)
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Une forme moins usuelle de la conversion de données dans le microcontrôleur est la conversion digitale en analogique (ou DAC
5
) qui
permet au processeur de générer des signaux analogiques ou des
niveaux de tension.
En plus des convertisseurs, certains systèmes embarqués disposent
de minuteries. Un des types de minuteries les plus courants est
l’horloge à interval programmable (PIT6) qui décompte à partir d’une
valeur de départ vers zéro. Lorsque le zéro est atteint, l’horloge envoie une interruption au processeur pour signaler que le temps réglé
s’est écoulé. C’est une fonction utile p.ex. pour des thermostats qui
enregistrent régulièrement la température ambiante et qui doivent
contrôler s’il est nécessaire d’enclencher la climatisation ou bien le
chauffage.
Le module émetteur-récepteur asynchrone universel UART7 nous
permet d’échanger des données de communication avec d’autres
systèmes via une connexion série sans trop solliciter le processeur.
Un matériel spécial embarqué dans le circuit intégré permet également la communication avec d’autres CI dans des formats numériques tels que I2C et Serial Peripheral Interface (SPI).
Le système Arduino met à notre disposition 14 connecteurs digitaux
I/O et 7 connecteurs analogiques I/O (I/O signie Entrée/Sortie).
5
Digital-to-analog converter (DAC)
6
Programmable Interval Timer (PIT)
7
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART)
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3. Le ROBOT ARDUINO d’ AREXX
Fig. 1:
Circuit
imprimé
de l’AAR
3.1 Schéma fonctionnel du robot ARDUINO
1. Connecteur pour le porte-piles. (Respectez la polarité!)
2. Marche/arrêt du robot
3. LED d’état: Indique que le robot est alimenté en électricité.
4. Si vous utilisez une batterie rechargeable, vous pouvez ponter cette paire de bro-
ches an que le robot soit alimenté avec la bonne tension de travail
(Attention: la vérication de la polarité par la diode est ainsi désactivée).
5. Port USB pour programmer le robot au moyen du logiciel Arduino.
6. Touche Reset: réinitialisation manuelle du robot.
7. Connecteur ISP: permet d’enregistrer éventuellement un autre bootloader.
8. LED 14: cette LED est librement programmable et clignote lorsque le bootloader
redémarre.
9. Détecteur de ligne: Ce module est librement programmable an que le robot
puisse suivre une ligne.
10. Capteur de roue gauche: il délivre une série d’impulsions lors de la rotation de la
roue gauche.
11. Capteur de roue droite: il délivre une série d’impulsions lors de la rotation de la
roue droite.
12. LED d’état pour le moteur gauche. Ces LED indiquent si le moteur pousse vers
l’avant ou vers l’arrière.
13. LED d’état pour le moteur droit. Ces LED indiquent si le moteur pousse vers
l’avant ou vers l’arrière.
14. Fiches pour la platine d’extension: permet la connexion d’un module radio
APC220 ou d’un snake vision sur le système Arduino.
15. LED d’état pour la communication de données RS232.
16. LED d’état 2: LED librement programmable.
17. LEDs d’état pour la communication de données USB.
18. Contrôleur moteur
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3.2 Informations de fond sur l’AAR
L’AAR est un robot Arduino qui a été spécialement développé pour
l’apprentissage du logiciel Arduino. Sur l’avant se trouve une interface USB avec un circuit intégré FT232 qui transforme le signal USB
en un signal UART RS232 que le processeur ATMEGA328P (sur l’avant
droite) arrive à traiter.
Un commutateur Marche/Arrêt avec l’emplacement JP3 pour
l’alimentation et le circuit intégré moteur 2 ont été montés sur le côté
opposé. Au dos du circuit imprimé se trouvent les deux moteurs et
les capteurs de roue.
Les capteurs de roue contiennent une barrière lumineuse. Les roues
dentées comportent quatre trous qui ont été disposés à 90°. Dès que
la lumière de la LED touche le capteur, le capteur de roue signale au
processeur une impulsion pour la roue concernée. La LED16 ou bien
17 est activée pour donner une indication visuelle. De cette manière
la vitesse de rotation des roues arrières individuelles se mesure d’une
façon relativement précise.
Sur l’avant se trouvent les emplacements de connexion pour les
platines d’extension et en-dessous du circuit imprimé se situent les
capteurs pour le suiveur de lignes. Le suiveur de ligne comporte une
LED qui éclaire le sol au centre. A côté d’elle sont disposés deux dé-
tecteurs à infrarouge qui enregistrent la lumière rééchie par le sol.
Par ailleurs, le circuit imprimé comporte les composants nécessaires
(LED, résistances et condensateurs) pour rendre le module de suite
fonctionnel.
Le robot fut équipé d’un circuit imprimé Arduino qui est comparable
à la platine Arduino Duemilanove. Le coeur du système Arduino est
l’ATMEGA328P. Ce microcontrôleur dispose de 14 entrées et sorties
numériques dont 6 peuvent servir comme sorties à modulation de
largeur d’impulsion (PWM). En outre, le robot possède 6 entrées
analogiques, un oscillateur cristallin 16MHz et un port USB pour la
programmation et le contrôle. Il offre en plus un connecteur ISP avec
lequel les amateurs plus expérimentés peuvent programmer eux-
mêmes un bootloader.
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Le robot travaille avec un tension embarquée de 5V et se contentera
éventuellement d’une source d’alimentation USB ce qui économise
quelques étapes lors des essais et de la programmation. Dans ce
concept robotique, les emplacements réservés à vos propres platines d’extension ou celles d’AREXX de la série ASURO sont tout
particulièrement appréciables.
3.3 INFORMATIONS DE BASE SUR LE LOGICIEL ARDUINO
Le logiciel Arduino fait partie des open source et est par conséquent accessible à tous. C’est pourquoi les codes source de
l’environnement de programmation sont ouverts à tous.
L’environnement Arduino comporte un éditeur de texte, une fenêtre
de message et une console de texte. L’environnement de program-
mation peut communiquer directement avec l’AAR an de transférer
des programmes dans le processeur de la manière la plus simple.
Les programmes écrits en arduino sont appelés “sketches” (“esquisses” en français). Le code source est écrit avec l’éditeur de texte. Le
chier sketch est enregistré avec l’extension “.ino” sur le disque dur
du PC.
Dans la fenêtre s’afche le message que le chier a été enregistré et
éventuellement un message inquant une erreur dans le code source.
En bas à gauche de l’écran, le tableau de bord arduino actuel et
l’interface série sont représentés.
Arduino dispose de bibliothèques („libraries“) avec des fonctions
supplémentaires. Une bibliothèque (“library”) est un paquet contenant différentes fonctions composées qu’il n’est plus nécessaire de
réécrire à chaque fois. Il suft d’appeler simplement ces fonctions
en arduino.
Un programme arduino se divise en trois parties: structure, dénitions variables ou constantes et fonctions.
Une structure arduino se compose d’un setup et d’une boucle (la
fonction “loop”). Le setup est responsable de l’initialisation des variables, des réglages pin (“pin modes”) et des bibliothèques (“libraries”).
Le boucle (“loop”) est constamment répétée an que le programme
puisse réagir à répétition. Les dénitions “variables” sont néces-
saires à l’enregistrement des données alors que des constates sont
utilisées p.ex. pour dénir une broche comme entrée ou sortie et de
faire en sorte que la broche reçoive une tension.
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4. Premiers pas vers l’Installation
4.1 Téléchargement et Installation du Logiciel Arduino
Installez tout d’abord la première version du logiciel Arduino sur le
CD an que nous soyons sûrs que cette version fonctionne correctement. Plus tard, vous pourrez visiter le site internet Arduino et y
télécharger des versions plus récentes.
IMPORTANT:
Il est possible que certaines versions du logiciel ARDUINO créent
des problèmes avec certaines versions du logiciel d’application.
Il peut donc s’avérer nécessaire de retravailler les programmes
d’application après la mise à jour du logiciel ARDUINO (notamment
en cas de dysfonctionnements).
4.2 Le langage de programmation Arduino
La syntaxe du langage de programmation Arduino est documentée
sur le site internet ofciel Arduino. Approfondissez vos connaissances de ce langage de programmation dans la mesure cela s’avère
nécessaire.
4.3 Installation d’un driver USB
Lors de la première connexion de la platine Arduino avec le PC,
Windows devrait démarrer le processus d’installation du driver.
Dans Windows Vista et autres installations Windows plus récentes,
le driver est normalement téléchargé automatiquemen d’internet et
installé.
Sélectionnez l’interface sérielle pour la platine Arduino dans le menu
Tools > Serial Port. Généralement, le système propose COM3 ou
plus. COM1 et COM2 sont normalement réservés aux ports série
dénis dans le matériel. Pour le savoir, vous pouvez débrancher le
système Arduino et rouvrir le menu en question. La nouvelle entrée
est probablement le bon port. Rebranchez la platine et sélectionnez
ce port série.
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4.4 Matériel AAR
4.4.1 Le Branchement d’Accumulateurs
Le robot a été dimensionné pour une alimentation d’un conteneur de
piles avec quatres piles de 1,5V. Si vous utilisez des batteries rechargeables à la place, vous devez relier le pont JP4.
(Voir g. 1, no. 4).
ATTENTION!
Dès la mise en place du pont JP4, la protection contre
l’inversion de polarité est désactivée. Une erreur de polarité
endommagera irrémédiablement le robot.
Branchez le conteneur à piles tel que représenté dans la gure 2.
Fig. 2:
Branchement du
conteneur à
piles
Mettez le robot sous tension au moyen du commutateur. La LED5 à
côté du commutateur s’allume.
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4.5 Logiciel ARDUINO
4.5.1 Programmation du robot avec le logiciel Arduino.
Branchez le robot sur le PC au moyen d’un câble USB.
Si le robot est connecté sur le port USB, Arduino ne requiert pas
forcément une tension provenant d’une pile. Le connecteur USB
du PC remplit alors la fonction d’alimentation.
ATTENTION:
Le robot est systématiqement sous tension lorsqu’il est connecté sur le PC. Le commutateur et la LED5 ne sont actifs qu’en
cas d’alimentation par piles.
Ouvrez maintenant le logiciel Arduino (voir g. 3).
Fig. 3a Logiciel Arduino Fig. 3b Ouverture du programme
“blink”
4.5.2 Sélection d’un programme Arduino
A titre d’exemple simple, nous commençons par charger le programme
“blink” dans le robot qui déclenche le clignotement de la LED1.
A cet effet, cliquez sur File>Examples>1. Basics>Blink (voir g. 3b)
dans le logiciel Arduino de façon à ce que les informations suivantes
s’afchent sur l’écran (g. 4a).
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Fig. 4a Programme Blink Fig. 4b Dénir (sélctionner ) Board
Nous devons dénir maintenant le bon type de platine Arduino.
Cliquez sur Tools>Board> Arduino Duemilanove or11 Nano w/
Atmega328 (voir g. 4b)
4.5.3 Dénition de l’interface COM
L’étape suivante dénit la bonne interface COM dans le logiciel Arduino. La bonne interface COM (port COM) pour le branchement du
robot est le COM 12.
Pour la dénition de l’interface COM suivez le menu: Tools>Serial
Port>COM 12.
(voir g. 5)
Fig. 5
Dénition du port COM
11
Terme anglais pour: „ou“
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4.5.4 Transmission d’un Programme vers le robot Arduino
Cliquez ensuite sur la touche marquée par la flèche rouge (ou bien
dans le menu „File>Uploading to I/O board“) pour transférer ce programme dans le robot Arduino connecté (voir fig. 6).
Dans la barre d’état le logiciel signale que le système compile et
démarre ensuite un upload.
Fig. 6 Transfert d’un programme Fig. 7 „Done uploading“ dans le robot Arduino Message: „Processus de télé-
(processus upload). chargement terminé“
Vous pouvez maintenant débrancher le robot du PC en retirant le cordon USB, en branchant la tension de batterie et en démarrant le robot.
Pour d’autres informations et téléchargements
nous vous invitons à visiter les forums
sur les sites internet:
www.arexx.com --> Forum
www.roboternetz.de --> Forum
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5. Informations de base concernant le montage en
pont
Un montage en pont est un circuit électrique permettant p.ex de
changer la polarité d’un moteur à courant continu à l’aide de 4
dipôles. Un tel circuit est souvent utilisé en robotique pour piloter des
moteurs dans deux directions.
Dans la plupart des cas, il existe des modules intégrés pour ce type
de circuits mais an d’expliquer le fonctionnement et le dimensionnement d’une alimentation, il peut être intéressant d’étudier un circuit
plus acien.
5.1 Montage en pont pour alimentations 3 Volts
Dans l’étage nal du robot Hyperpeppy, les quatre circuits du pont ont
été conçus comme deux transistors PNP TR7 et TR8 ou bien NPN TR9
et TR10. Dans ce circuit, seuls deux de ces transistors sont autorisés
à laisser passer le courant de telle sorte que le courant passe par le
moteur M
via TR7 et TR10 ou bien
via TR8 et TR9.
A l’aide du simulateur microcap (gratuit) nous pouvons faire calculer
très simplement le réglage de courant continu de ce circuit et le lire
sur le schéma.
Fig. 8: Réglage de courant continu du montage en pont du robot
Hyperpeppy
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A l’étage nal M est le moteur et l’étage de contrôle du pré-amplicateur est simulé par une résistance R14. Cette résistance R14 relie les
bornes de base des transistors TR6 et TR7 à la terre. C’est pourquoi
seul l’étage nal du côté droit conduit un peu de courant.
Les transistors TR8, TR5 et TR9 conduisent le courant et les trois
autres sont fermés. Si nous branchons R14 sur une tension positive,
nous fermons la branche droite de l’étage nal et le courant moteur
change de polarité.
Le simulateur microcap nous permet de calculer l’intensité du courant
dans chaque composant et de le lire sur le diagramme de connexion à
l’écran. La consommation totale de l’étage nal s’élève à env. 300mA
pour une tension de batterie de 3 Volts.
Ce circuit possède la particularité étonnante que l’étage nal travaille
à 3 Volts avec des transistors au silicium. Normalement la tension
de seuil d’un transistor au silicium s’élève à 0,7V mais le moteur a
été monté entre les collecteurs qui n’enregistrent idéalement qu’une
chute de tension de 0,3V. Dans la pratique, il reste pour le moteur
toujours un résidu confortable de 1,5V. Les tensions calculées par le
simulateur microcap sont documentées dans la gure 9.
Fig. 9: Montage en pont avec le circuit L293D
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L’alimentation en 3V est le point de départ idéal pour un robot qui
n’est alimenté que par 2 piles. Les transistors PNP ne conviennent
cependant mal à une intégration dans un CI tel que le L293D. Un CI
présente d’autres avantages tels que la abilité, la protection contre des erreurs de commutation, un encombrement réduit et moins
de poids. Pour ces raisons, nous avons équipé le robot AAR avec un
circuit L293D à couble montage en pont qui nous permet de piloter
deux moteurs à la fois.
5.2 Montage en pont pour 4,5 Volts
Le circuit L293D (voir g. 10) arrive à piloter un courant de sortie
de 600mA par étage de sortie (valeur crête 1,2A). L’alimentation de
l’étage nal (VCC2) peut varier entre 4,5V et 36V ce qui nous amène à considérer le CI L293D comme la solution idéale pour piloter
des moteurs à courant continu.
La tension d’alimentation minimum (VCC2) s’élève cependant à 4,5V
ce qui nous oblige à utiliser au moins 4 piles ou batteries. Cet investissement augmente évidemment le poids du robot mais c’est le prix
à payer pour l’emploi du CI moderne.
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Fig. 10
Montage en pont avec le CI L293D
6. Systèmes odométriques
Ce chapitre décrit quelques concepts intéressants pour l’utilisation
du robot AAR. Il s’agit d’idées pour des études et projets artistiques. Que le développement d’un tel logiciel Arduino nous donne
des ailes et du génie lors de la programmation.
6.1 Suiveurs de lignes, chercheurs de couleur et fuyards
de couleurs
Des capteurs photosensibles permettent de programmer le robot en
suiveur de lignes, chercheur de couleur ou fuyard de couleur. Dans
le premier cas, le robot suivra dèlement des lignes continues dans
un motif en 8 dans lequel la ligne innie le fait tourner en bourrique.
Dans le deuxième et troisième cas, le robot évitera par principe la
lumière rouge et sera peut-être attiré en même temps par une lumière verte. De tels schémas comportementaux font déjà partie des
stratégies pratiques des formes de vie simples.
6.2 Poules mouillées et Mélomanes
Le schéma comportemental qui fait réagir aux bruits environnants
est également intéressant. Un robot peureux équipé d’un microphone pourrait éviter une musique présentant de fortes basses tout
en montrant une attirance pour les sons aigus d’une ûte. L’amour
pour les sons aigus de la ûte pourrait même vaincre la peur des
basses lourdes. Ainsi on pourrait obliger le robot de ltrer et de
rechercher la source des sons enchanteurs des ûtes à bec en dépit
d’une musique rock heavy metal.
Les schémas comportementaux qui réagissent aux basses et aux
aigus, à la lumière et aux couleurs, ne nécessitent que très peu de
capteurs tels qu’un microphone, deux ltres sonores et quelques
capteurs photosensibles équipés de ltres chromatiques.
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6.3 Suiveurs de ligne complexes
Les robots qui suivent des lignes ou évitent des motifs de lignes,
utilisent généralement une source lumineuse et deux ou plusieurs
capteurs photosensibles à l’aide desquels le système de recherche
peut identier une ligne et la suivre. Tout d’abord on peut équiper
le robot avec une routine de recherche spécique dans laquelle le
détecteur commence en mode recherche à appliquer une tactique
bien particulière p.ex. en tournant selon un schéma hélicoïdal en
dessinant des cercles de plus en plus grands jusqu’à ce qu’il découvre un schéma de lignes voyant et commence à suivre la ligne qu’il
a trouvé.
L’écriture d’un logiciel qui propose une solution statistiquement satisfaisante pour le processus de recherche de motifs de lignes aléatoires fait déjà partie des tâches de programmation particulièrement
difciles.
6.3.1 Schéma comportemental complexe
(comme exercice de programmation)
Le projet peut encore être étendu en organisant la recherche dans
un schéma de lignes multicolores où le robot est chassé par des
bruits ce qui l’amène à chercher la première ligne rouge qui se présente et qui le conduit dans la sécurité d’un “garage” sombre.
Dès que le fond sonore se calme pendant un certain temps, le robot
peut quitter prudemment son “garage” et se mettre à la recherche d’une ligne verte qui l’amène vers un autre “garage” fortement
éclairée en vert où le robot se sent “chez lui” même lorsqu’il est
exposé à des basses puissantes.
Dès qu’on y mélange les sons aigus d’une ûte, le robot s’agite. Il
quitte sa maison verte pour chercher les lignes rouges qui le ramènent vers son sombre cachot.
Il est évident qu’un tel schéma comportemental avec suiveur de
lignes, dépendances de couleurs, différentes sources sonores et
un schéma complexe de rôle exige une organisation rigoureuse de
la structure du logiciel. Seul un concept propre et à structure modulaire permet atteindre cet objectif où le robot se comporte dans
toutes les circonstances d’un manière stable et able en conservant
le comportement spécié auparavant.
- 22 -
La complexité du logiciel requis forcera l’admiration du programmateur pour les organismes vivants qui combinent un tel comportement avec la recherche régulière de nourriture et une stratégie de
reproduction réussie. C’est en effet une performance extraordinaire
de la nature de perfectionner et de renouveler chaque jour de tels
schémas comportementaux.
- 23 -
7. Programmation du Bootloader
Attention!
Les procédures décrites dans ce chapitre supposent
une expérience en programmation !
Il est possible de charger le bootloader Arduino au moyen d’un
STK500. Afin de pouvoir transférer les programmes écrits en arduino dans le microcontrôleur Atmega, le processeur Atmega doit être
équipé d’un bootloader Arduino spécifique. Le bootloader veille à ce
que les signes de code transmis soient écrits au bon endroit de la
mémoire Atmega.
Pour appliquer le bootloader, il nous faut les composants
suivants:
* un AVR programmer board (p.ex. le STK500)
* une alimentation 12V
* un robot AAR avec un connecteur ISP libre sur la platine. (fig.
11)
* PC avec un port COM physique (de préférence pas de convertisseur USB-RS232 afin d’éviter des risques d’erreurs de timing).
Installez (ou mettez à jour) la version actuelle du logiciel
Arduino qui se trouve sur le site internet www.arduino.cc. Le
fichier téléchargé sera normalement du type .ZIP ou .RAR sein.
Décompressez ces fichiers et placez-les sur votre disque dur.
Utilisez maintenant p.ex. WINAVR pour transférer le bootloader Arduino dans le robot.
Attention!
Le logiciel ARDUINO fait partie de la catégorie freeware
et il peut arriver que les différentes versions du logiciel
Arduino et les programmes bootloader Arduino ne
s’entendent pas très bien!
En cas de problèmes dans ce domaine, visitez les différents
sites internet Arduino ainsi que les forums!
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Fig. 11: Connecteur ISP
ANNEXE
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A. Nomenclature
Composant Valeur Version
C1 18pF 0805
C2 18pF 0805
C3 0.1uF C0805K
C4 0,1uF 0805
C6 0,1uF 0805
C7 470uF CPOL-USF
C8 0,1uF 0805
C9 4,7uF 1206
C11 0,1uF 0805
C12 0,1uF 0805
C13 0,1uF 0805
C14 0,1uF 0805
C15 0,1uF 0805
C16 470uF CPOL-USF
C17 470uF CPOL-USF
C19 470uF CPOL-USF
D1 MBR0520 SOD-123
D2 1N4001 DO41-10
IC1 FT232RL SSOP28
IC2 L293D DIL16
IC3 ATMEGA168-AU ATMEGA168-AU
IC4 74AHC1G14DCK 74AHC1G14DCK
IC5 74AHC1G14DCK 74AHC1G14DCK
JP1 M1 1X02
JP2 M2 1X02
JP3 BAT 1X02
JP4 4,8V 1X02
JP5 ISP 2X03
SV2 fem header FE07-1
T1 SFH300 LED5MM
T2 SFH300 LED5MM
T3 LPT80A LPT80A
T4 LPT80A LPT80A
U$1 3,3V PIN-T
U$2 FE03-1 FE03-1
U$3 FE03-1 FE03-1
U$4 FE02-1 FE02-1
X1 PN61729-S PN61729-S
LED1 Rd LED5MM
LED2 Bl LEDCHIP-LED0805
LED3 Rd LEDCHIP-LED0805
LED4 Gn LEDCHIP-LED0805
LED5 Bl LEDCHIP-LED0805
LED6 Rd LEDIRL80A
- 26 -
Composant Valeur Version
LED8 Rd LEDCHIP-LED0805
LED9 Rd LEDCHIP-LED0805
LED10 Rd LEDCHIP-LED0805
LED11 Rd LEDCHIP-LED0805
LED12 Gn LEDCHIP-LED0805
LED13 Rd LEDCHIP-LED0805
LED14 Bl LEDCHIP-LED0805
LED16 Rd LEDCHIP-LED0805
LED17 Rd LEDCHIP-LED0805
LED18 Rd LEDIRL80A
Q1 16mhz CRYSTALHC49UP
R1 20k R-US_R0805
R2 20k R-US_R0805
R3 1k5 R-US_R0805
R4 220 R-US_R0805
R5 1k5 R-US_R0805
R6 1k R-US_R0805
R7 680 R-US_R0805
R8 680 R-US_R0805
R9 20k R-US_R0805
R10 20k R-US_R0805
R11 220 R-US_R0805
R12 220 R-US_R0805
R13 10k R-US_R0805
R14 220 R-US_R0805
R15 220 R-US_R0805
R16 220 R-US_R0805
R17 220 R-US_R0805
R18 220 R-US_R0805
R19 220 R-US_R0805
R20 10k R-US_R0805
R21 10k R-US_R0805
R22 10k R-US_R0805
R23 10k R-US_R0805
R24 220 R-US_R0805
R25 220 R-US_R0805
R26 220 R-US_R0805
R27 220 R-US_R0805
R28 220 R-US_R0805
R29/C3 0.1uF R-US_R0805
R31 10k R-US_R0805
R32 12k R-US_R0805
S1 TACT SWITCH TACT_SWITCH
S2 255SB 255SB
SV1 fem header FE08-1
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B. PCB principal face supérieure
- 28 -
C. PCB principal face inférieure
- 29 -
D. Diagramme de connexion AAR
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ATmega328P
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