Guide rapide : Introduction à Arduino pour débutants

L'Arduino est une plateforme open-source populaire pour le prototypage électronique basée sur des microcontrôleurs faciles à utiliser et un environnement de développement intégré (IDE).


Cet article propose un guide de démarrage rapide pour les débutants en Arduino, en couvrant les bases de l'électronique et en fournissant des exemples de projets pratiques.

Introduction à Arduino

L'Arduino est une plateforme de prototypage électronique open-source qui intègre du matériel et du logiciel faciles à utiliser.


Les cartes Arduino sont équipées de microcontrôleurs programmables et de plusieurs entrées/sorties pour interagir avec différents composants électroniques.


Parmi les différentes cartes Arduino disponibles, les plus populaires sont l'Arduino Uno, l'Arduino Nano et l'Arduino Mega.


Avant de plonger dans le code et la configuration, il serait utile de présenter un outil précieux pour tous ceux qui s'intéressent à l'électronique et à la programmation Arduino.


Tinkercad est une plateforme en ligne qui propose un émulateur Arduino.


C'est un outil pratique qui permet de simuler le comportement de votre circuit et de votre code sans avoir besoin de matériel physique.


Vous pouvez donc tester votre code et votre circuit avant de les assembler réellement


https://www.tinkercad.com/

configuration de base

Pour commencer à travailler avec Arduino, vous devrez :

  • Connecter la carte Arduino à votre ordinateur à l'aide d'un câble USB
  • Sélectionner le type de carte et le port de communication dans l'IDE Arduino

Faire clignoter la LED intégrée Arduino

Dans ce premier exemple, nous allons apprendre à faire clignoter la LED intégrée sur la carte Arduino.


Voici le code à téléverser sur la carte :


// Faire clignoter la LED intégrée sur une carte Arduino

// Définition de la broche LED
const int ledPin = 13; // La LED intégrée est généralement connectée à la broche 13

void setup() {
  // Configuration de la broche LED en sortie
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Allumer la LED
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(1000); // Attendre 1 seconde (1000 millisecondes)

  // Éteindre la LED
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(1000); // Attendre 1 seconde (1000 millisecondes)
}

Une fois que vous avez téléversé ce code sur votre carte Arduino, la LED intégrée devrait clignoter à intervalles réguliers d'une seconde.

Comprendre les circuits électroniques de base

Un circuit électronique est un chemin fermé à travers lequel le courant électrique peut circuler.


Il est important de comprendre les concepts de tension, de courant et de résistance, ainsi que la loi d'Ohm qui les relie.


Les breadboards (plaques d'essai) sont de précieux outils pour construire des circuits électroniques sans avoir besoin de souder.

Explication des concepts de tension, courant et résistance

Avant de plonger dans les détails de la loi d'Ohm, il est crucial de comprendre ces trois concepts fondamentaux : la tension, le courant et la résistance.

  • Tension (U) : La force électrique qui pousse les électrons à travers un circuit. Elle est mesurée en volts (V).
  • Courant (I) : Le flux d'électrons dans un circuit. Il est mesuré en ampères (A).
  • Résistance (R) : La propriété d'un matériau qui s'oppose au flux de courant. Elle est mesurée en ohms (Ω).

Introduction à la loi d'Ohm

La loi d'Ohm est une relation fondamentale en électronique qui relie la tension, le courant et la résistance dans un circuit :


U = I / R


où U est la tension, I est le courant et R est la résistance.


En termes simples, cette loi stipule que la tension à travers un composant est le produit du courant qui le traverse et de la résistance du composant.

Application pratique de la loi d'Ohm

Prenons un exemple concret pour illustrer l'application de la loi d'Ohm.


Supposons que vous vouliez allumer une LED à l'aide de votre carte Arduino.


Une LED typique fonctionne sous une tension de 2V et a besoin d'un courant de 20mA (0.02A) pour briller correctement.


Cependant, une broche numérique de votre Arduino fournit une tension de 5V.


Si vous connectez directement la LED à la broche de l'Arduino, elle recevra une tension trop élevée et pourrait être endommagée.


Pour résoudre ce problème, vous pouvez utiliser une résistance pour limiter le courant et réduire la tension à un niveau sûr pour la LED.


La loi d'Ohm peut être utilisée pour calculer la valeur de cette résistance.


Vous savez que vous avez une tension de 5V provenant de l'Arduino et que vous voulez la réduire à 2V pour la LED, ce qui signifie que vous avez une chute de tension de 3V à travers la résistance.


En utilisant la formule de la loi d'Ohm, R = U / I, où R est la résistance, U est la tension (dans ce cas, la chute de tension que vous voulez), et I est le courant, vous pouvez calculer la résistance nécessaire :


R = U / I = 3V / 0.02A = 150 ohms


Ainsi, en ajoutant une résistance de 150 ohms en série avec votre LED, vous pouvez vous assurer qu'elle reçoit la tension et le courant appropriés, la protégeant ainsi contre les surtensions.


Cette illustration pratique montre comment la loi d'Ohm est essentielle pour la conception de circuits sûrs et efficaces dans vos projets Arduino.

Utilisation des plaques d'essai (breadboards) pour construire des circuits

Les plaques d'essai sont des outils pratiques pour construire des circuits électroniques sans avoir besoin de souder.


Elles ont des rangées de trous dans lesquels vous pouvez insérer des composants et des fils pour connecter les éléments de votre circuit.


Les rangées sont interconnectées de manière spécifique pour faciliter la connexion des composants.


Notez que sur une plaque d'essai, le courant se déplace horizontalement dans les rangées supérieures et inférieures et verticalement dans les rangées centrales.


Vous pouvez le visualiser sur le schéma ci-dessous.

Comment utiliser une plaque d'essai

  • Insérez les composants et les fils dans les trous de la plaque d'essai.
  • Veillez à ce que les composants et les fils soient correctement insérés et que les connexions soient solides.
  • Utilisez des fils de différentes couleurs pour faciliter la lecture et la compréhension du circuit.
  • Connectez la plaque d'essai à la carte Arduino à l'aide de fils de connexion.

Travailler avec les résistances

Les résistances sont des composants électroniques qui limitent le courant dans un circuit.


Elles sont utilisées pour protéger les autres composants de courants excessifs.

Le code des couleurs

  • Les deux premiers anneaux indiquent les deux premiers chiffres de la valeur de la résistance.
  • Le troisième anneau indique le multiplicateur (la puissance de 10 à laquelle la valeur doit être multipliée).
  • Le quatrième anneau, s'il est présent, indique la tolérance (l'erreur maximale dans la valeur de la résistance).

Par exemple, si une résistance a des anneaux rouge, violet, marron et or, sa valeur est 27 * 10^1 = 270 ohms, avec une tolérance de 5%.

Lecture des codes couleurs des résistances

Il est important de noter qu'il existe différentes configurations de résistances, et par conséquent, différentes manières de placer les bandes de couleurs.


Le modèle à quatre bandes que nous avons détaillé précédemment est le plus commun, mais il existe aussi des résistances à cinq bandes, ou même à six.


Parfois, les bandes de couleur peuvent être disposées différemment, en fonction du fabricant ou du type de résistance.


Pour aider à décoder la valeur d'une résistance, plusieurs outils en ligne sont disponibles.


Ces outils vous permettent d'entrer les couleurs des bandes sur votre résistance et de vous donner sa valeur en Ohms.


L'un de ces outils peut être trouvé à l'adresse suivante :

[https://www.dcode.fr/code-couleur-resistance]

contrôler la luminosité d'une LED externe à l'aide d'une résistance

Dans cet exemple, nous allons apprendre à contrôler la luminosité d'une LED externe en utilisant une résistance.

Voici le matériel nécessaire :

  • 1 carte Arduino (par exemple, Arduino Uno)
  • 1 plaque d'essai (breadboard)
  • 1 LED
  • 1 résistance
  • fils de connexion
  • Connectez le fil de la broche 3,5V de l'Arduino au rail positif (+) de votre plaque d'essai.
  • Connectez le fil de la broche GND (Ground) de l'Arduino au rail négatif (-) de votre plaque d'essai.
  • Insérez une extrémité de la résistance dans le rail positif (+) de la plaque d'essai, et l'autre extrémité dans une ligne libre.
  • Insérez la borne positive (anode) de la LED (la patte la plus longue) dans la même ligne que l'extrémité libre de la résistance.
  • Connectez la borne négative (cathode) de la LED à la ligne du rail négatif (-) de la plaque d'essai avec un fil.

Après avoir connecté votre LED et votre résistance, vous allez maintenant déplacer le fil qui était connecté au 5V de l'Arduino à la broche 9.


C'est parce que nous allons utiliser la fonction analogWrite(), qui nécessite une broche capable de sortie PWM (modulation de largeur d'impulsion), comme la broche 9.


Maintenant que tout est en place, il est temps de téléverser notre code à l'Arduino.


Ce code va faire varier la luminosité de la LED de manière progressive.


Regardons le code ensemble :


// Contrôler la luminosité d'une LED externe à l'aide d'une résistance

// Définition de la broche LED
const int ledPin = 9; // Nous utilisons la broche 9 pour pouvoir utiliser la fonction analogWrite()

void setup() {
  // Configuration de la broche LED en sortie
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
    // Faire varier la luminosité de la LED de 0 à 255
    for (int i = 0; i <= 255; i++) {
        analogWrite(ledPin, i);
        delay(10); // Attendre 10 millisecondes
    }

    // Faire varier la luminosité de la LED de 255 à 0
    for (int i = 255; i >= 0; i--) {
        analogWrite(ledPin, i);
        delay(10); // Attendre 10 millisecondes
    }
}

Une fois que vous avez téléversé ce code sur votre carte Arduino, la luminosité de la LED externe devrait augmenter progressivement jusqu'à être complètement allumée, puis diminuer progressivement jusqu'à être complètement éteinte.


Cela permet de montrer comment utiliser une résistance pour contrôler la luminosité d'une LED.

Travailler avec les capteurs

Les capteurs sont des dispositifs qui détectent des événements ou des changements dans l'environnement et envoient des informations à la carte Arduino.


Un exemple de projet pourrait être de mesurer la température avec un capteur DHT11.

Utiliser un capteur de température et d'humidité (DHT11) à 3 broches

  • Connectez le fil de la broche 5V de l'Arduino au rail positif (+) de votre plaque d'essai.
  • Connectez le fil de la broche GND (Ground) de l'Arduino au rail négatif (-) de votre plaque d'essai.
  • Insérez le capteur DHT11 dans une zone libre de la plaque d'essai.
  • Connectez un fil de la broche VCC du capteur DHT11 (broche du milieu) au rail positif (+) de la plaque d'essai.
  • Connectez un fil de la broche GND du capteur DHT11 (broche à droite) au rail négatif (-) de la plaque d'essai.
  • Connectez un fil de la broche de données du capteur DHT11 (broche de gauche) à la broche numérique 2 de l'Arduino.

Code à téléverser sur la carte Arduino

Installer la bibliothèque DHT

Pour utiliser le capteur DHT11 avec Arduino, nous devons inclure la bibliothèque DHT dans notre code. Cette bibliothèque facilite l'interaction avec le capteur DHT11.


#include  // Inclure la bibliothèque DHT

Définition de la broche et du type de capteur

Nous devons définir la broche sur laquelle le capteur DHT11 est connecté et le type de capteur que nous utilisons.


const int dhtPin = 2;
const int dhtType = DHT11;

Création de l'objet DHT

Nous devons définir la broche sur laquelle le capteur DHT11 est connecté et le type de capteur que nous utilisons.


DHT dht(dhtPin, dhtType);

Initialisation de la communication série et du capteur DHT11

Dans la fonction setup(), nous initialisons la communication série et le capteur DHT11.


void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
}

Lecture de l'humidité et de la température

Dans la boucle principale (loop()), nous lisons l'humidité et la température du capteur.


void loop() {
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();
}

Vérification de la validité des données

Nous vérifions si les valeurs lues sont valides. Si ce n'est pas le cas, un message d'erreur est affiché.


if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
  Serial.println("Erreur lors de la lecture du capteur DHT11");
}

Délai avant la prochaine lecture

Pour éviter de surcharger le capteur, nous attendons 2 secondes avant de lire à nouveau les données.


delay(2000);

Code complets 


// Utiliser un capteur de température et d'humidité DHT11 avec Arduino

#include  // Inclure la bibliothèque DHT

// Définition de la broche DHT11 et du type de capteur
const int dhtPin = 2;
const int dhtType = DHT11;

// Création de l'objet DHT
DHT dht(dhtPin, dhtType);

void setup() {
  // Initialisation de la communication série et du capteur DHT11
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
}

void loop() {
  // Lecture de l'humidité et de la température
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();

  // Vérification de la validité des données
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("Erreur lors de la lecture du capteur DHT11");
  } else {
    // Affichage de l'humidité et de la température sur le moniteur série
    Serial.print("Humidité : ");
    Serial.print(humidity);
    Serial.print(" %\t");
    Serial.print("Température : ");
    Serial.print(temperature);
    Serial.println(" °C");
  }

  // Attendre 2 secondes avant la prochaine lecture
  delay(2000);
}

Aperçu dans la console de l'IDE

Conclusion

Au cours de cette article, nous avons exploré la merveilleuse plateforme qu'est Arduino, qui rend l'électronique et la programmation accessibles à tous.


Nous avons couvert les bases de l'électronique, y compris des concepts importants comme la loi d'Ohm et la lecture des résistances, qui sont essentiels à la compréhension de tout projet Arduino.


De plus, nous avons vu comment utiliser un capteur DHT11 pour mesurer l'humidité et la température, et comment afficher ces données sur le moniteur série de l'IDE Arduino.


Nous avons également souligné l'importance de l'utilisation d'un outil d'émulation en ligne comme Tinkercad, qui peut être une ressource précieuse pour tester et déboguer vos projets Arduino avant de les mettre en œuvre dans le monde réel.


Pour renforcer votre apprentissage, une vidéo de démonstration complète sera disponible à partir du 4 juin 2023.


Cette vidéo vous guidera à travers toutes les étapes que nous avons discutées dans ce guide, vous aidant à visualiser et à comprendre encore mieux ces concepts.

Nous espérons que ce guide vous a fourni un aperçu utile et instructif de l'Arduino et de ses vastes possibilités.


Alors, lancez-vous, expérimentez, apprenez et surtout, amusez-vous bien avec vos projets Arduino !

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À PROPOS

Je m'appelle Gregory Lafitte, ancien étudiant de l'école 42, et aujourd’hui ingénieur informatique.


Je partage mes connaissances et mon expérience dans les métiers du numérique.