Composants Electronique

• Qu'est ce qu'un servo-moteur ?
• Programmation d'un servomoteur
• Qu'est ce qu'un capteur à ultrasons ?
• Batterie et Shield 18650 & Co

Qu'est ce qu'un servo-moteur ?

I Introduction

Lorsque vous créez un projet qui intègre des éléments robotique vous arrivez forcément à devoir faire un choix de moteur pour automatiser votre création. Plusieurs solutions existent, comme par exemple des moteurs à courant continu:

Ceux-ci ont l'avantage d'être très simple d'utilisation. Il suffit de connecter leurs deux fil d'alimentation à une batterie et ils se mettent à tourner.

Une autre solution serait d'utiliser des moteurs pas à pas :

Ces moteurs sont très pratique pour déplacer quelque-chose à un endroit précis, du fait que vous pouvez précisément le positionner à un angle donné. Par contre leur utilisation n'est pas aussi triviale que pour un moteur à courant continu.

Ce que je vous propose dans ce tutoriel c'est de découvrir les Servomoteurs. il en existe deux type :

• A contrôle d'angle
• A contrôle de vitesse de rotation

Les premiers ne tournent pas en continu, mais en général entre 0° et 180° et vous pouvez contrôler leur angle de rotation. Très pratique quand vous voulez faire un bras robotisé, piloter l’orientation des roues avant d'une voiture, ou bien contrôler un petit mécanisme. Les Servomoteurs suivants sont très pratiques lorsque vous souhaitez faire tourner un objet en contrôlant sa vitesse, par exemple des roues! :

Ce sont des Servomoteurs à contrôle d'angle sur 180° et le tutoriel va donc porter sur ce type de moteur.

II Fonctionnement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Servomoteur --> fonctionnement

Les Servomoteurs intègrent au sein d'un même boitier un moteur à courant continu, un potentiomètre, un réducteur et un circuit de contrôle. L'idée est que la valeur d'angle est mesurée grâce au potentiomètre et le circuit de contrôle fait tourner le moteur et corrige l'orientation. Voila une image qui donne une idée du fonctionnement interne:

Vous l'avez surement remarqué, le Servomoteur a trois fils. Le fil marron correspond à la masse, le fil rouge au 5 Volts et le fil orange à l'envoi de données. C'est par le fil orange que nous allons envoyer le signal pour la commande de l'angle voulu au Servomoteur.

L’instruction par le fil orange s'envoie sous la forme d'un signal PWM (Pulse Width modulation=Modulation en largeur d'impulsion). Le principe est que l'envoi d'instruction se fait par un signal électrique qui passe de façon régulière et rapide (30-50Hz ou 300Hz) de 0 à 5 Volts. La valeur de l'angle voulu est définie par le rapport entre le temps où le signal est à 5 Volts et le temps où celui-ci est à 0 Volt. Par exemple pour un angle de 0°, on envoie 5V pendant 1ms puis 0V pendant 19ms : Le signal est à 5V pendant 5% du temps (1ms/20ms). Une image vous donnera une meilleure idée:

Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f6/TiemposServo.svg/220px-TiemposServo.svg.png 

Programmation d'un servomoteur

Programmation des Servomoteurs avec mBlock et Arduino IDE

Objectif :

Comprendre le fonctionnement des servomoteurs et apprendre à les programmer avec mBlock et Arduino IDE.

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1. Introduction aux Servomoteurs

Qu’est-ce qu’un servomoteur ?

Un servomoteur est un moteur à rotation limitée, généralement 180°, qui est contrôlé par un signal PWM (Pulse Width Modulation). Il est utilisé dans de nombreux projets tels que les bras robotisés, les portes automatiques et les robots éducatifs.

➡️ Pour en savoir plus sur les servomoteurs, cliquez ici.

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2. Configuration et Programmation avec mBlock

Présentation des blocs spécifiques à la gestion des servomoteurs

Dans mBlock, la gestion des servomoteurs se fait à l’aide d’un bloc dédié permettant de définir un angle précis entre 0° et 180°.

Pour un servomoteur 360 on va utiliser le bloc ci-dessous que l'on peut trouver dans l'extensions "Servo360" ou ici "servo.mext" à télécharger.

        Numéro de broche                         vitesse du servomoteur (dans un sens entre [-100 et 0[ et dans l'autre entre 0] et 100])

Branchement d'un servomoteur à un Arduino Nano

Un servomoteur possède trois câbles :

• Noir ou Marron → GND (Masse)

• Rouge → 5V (Alimentation)

• Jaune ou Orange → Signal (Entre les broches 2 et 13 du Nano)

• 

Exercice 1 : Programmer un servomoteur en boucle

Consigne : Programmer un servomoteur 180° pour qu'il effectue en boucle un mouvement de 0° à 180° puis de 180° à 0°, avec une pause de 2 secondes entre chaque mouvement.

Correction :

Exercice 2 : Inverser le sens de rotation

Consigne : Programmer un servomoteur 360 pour qu'il effectue en boucle un changement de sens de rotation à vitesse maximale et cela toute les 2 secondes.

Correction :

3. Programmation d’un Mouvement Automatisé avec mBlock

Exercice  1 :

Créer un programme permettant :
✅ De faire bouger le servomoteur progressivement de 0° à 180° et inversement.
✅ De répéter le mouvement avec une boucle continue.

Correction :

4. Configuration et Programmation avec Arduino IDE

Exercice 1 : Programmer un servomoteur pour un mouvement en boucle

Consigne : Faire osciller un servomoteur de 0° à 180° et inversement, avec une pause de 2 secondes entre chaque mouvement.

Correction : Code Arduino IDE

#include <Servo.h>

Servo monServo; // Création de l'objet Servo

void setup() {
  monServo.attach(9); // Connexion du servomoteur sur la broche D9
}

void loop() {
  monServo.write(0);   // Position à 0°
  delay(2000);         // Pause de 2 secondes
  monServo.write(180); // Position à 180°
  delay(2000);         // Pause de 2 secondes
}

Exercice 2 : Inverser le sens de rotation

Consigne : Programmer un servomoteur 360 pour qu'il effectue en boucle un changement de sens de rotation à vitesse maximale et cela toute les 2 secondes.

Correction :

#include <Servo.h>

Servo monServo; // Création de l'objet Servo

void setup() {
  monServo.attach(9); // Connexion du servomoteur sur la broche D9
}

void loop() {
  monServo.writeMicroseconds(2000);   // Vitesse maximale dans un sens 
  delay(2000);         // Tourne pendant 2 secondes 
  monServo.writeMicroseconds(1000);   // Vitesse maximale dans l'autre sens 
  delay(2000);         // Tourne pendant 2 secondes
}

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5. Programmation d’un Mouvement Automatisé avec Arduino IDE

Exercice 1 : 

Créer un programme permettant :
✅ De faire bouger progressivement le servomoteur de 0° à 180° et inversement.
✅ D’utiliser une boucle pour répéter ce mouvement en continu.*

Correction :

#include <Servo.h>

Servo monServo;

void setup() {
  monServo.attach(9);
}

void loop() {
  for (int pos = 0; pos <= 180; pos++) { // De 0° à 180°
    monServo.write(pos);
    delay(15); // Ajuste la vitesse du mouvement
  }
  
  for (int pos = 180; pos >= 0; pos--) { // De 180° à 0°
    monServo.write(pos);
    delay(15);
  }
}

6. Discussion et Applications

Applications pratiques

• 🤖 Bras robotisé

• 🗑️ Poubelle connectée

• 🤖 Little Bot

Questions et suggestions d’amélioration

✅ Ajouter un potentiomètre pour contrôler l’angle du servomoteur.
✅ Utiliser un bouton poussoir pour déclencher le mouvement.
✅ Remplacer le servomoteur 180° par un servomoteur à rotation continue.

Qu'est ce qu'un capteur à ultrasons ?

HC-SR04 est un capteur à ultrasons qui est principalement utilisé pour la mesure de distance. En émettant des ondes ultrasonores et en mesurant le temps pris par ces ondes pour rebondir après avoir frappé un objet, le HC-SR04 peut déterminer avec précision la distance à laquelle cet objet se trouve. De par son coût abordable et sa facilité d’intégration avec des plateformes telles qu’Arduino, le HC-SR04 est devenu un choix prisé parmi les amateurs de bricolage et les professionnels. 

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d'un capteur à ultrason comme le HC-SR04 est assez simple. Il comporte deux éléments principaux : un émetteur ultrasonore et un récepteur ultrasonore. Voici les étapes clés du fonctionnement du capteur :

1. Lorsque le capteur est alimenté, l’émetteur envoie une série de 8 impulsions ultrasoniques de 10µs à une fréquence spécifique (généralement de 40 kHz).
2. Lorsque une impulsion sonore atteint un objet, elle rebondit et est renvoyée vers le récepteur ultrasonore comme un écho.
3. Le capteur mesure le temps entre le moment où l’impulsion a été émise et celui où l’écho a été reçu.
4. En utilisant la vitesse connue du son dans l’air (environ 343 m/s ou 34,3 cm/µs) et la durée de l’écho mesurée, le capteur calcule la distance jusqu’à l’objet en utilisant la formule : distance = (durée de l’écho / 2) * vitesse du son.
5. Le résultat est ensuite converti en une distance numérique et envoyé au Arduino via une sortie numérique

Description du capteur HC-SR04

Broche	Description
VCC	Il s’agit de la broche d’alimentation. Elle nécessite généralement une entrée de 5V Courant Continu, la rendant directement compatible avec des cartes comme Arduino.
Trig (Déclenchement)	Cette broche est utilisée pour initier le capteur à émettre une onde ultrasonore. En envoyant une impulsion haute d’au moins 10µs à cette broche, le HC-SR04 émettra une série de 8 impulsions d'ultrasons à 40 kHz.
Echo	Une fois l’onde ultrasonore émise et qu’elle rebondit après avoir frappé un objet, la broche Echo fournit une impulsion de sortie. La largeur de cette impulsion est proportionnelle à la distance de l’objet par rapport au capteur. En mesurant la durée de cette impulsion, Arduino peut déterminer la distance jusqu’à l’objet.
GND (Masse)	Cette broche est connectée à la masse du circuit.

Le câblage :

Pour connecter le capteur HC-SR04 à une carte Arduino, suivez ces étapes :

1. Connectez la broche VCC du HC-SR04 à la broche 5V sur la carte arduino uno. Cela assure que le capteur reçoive la puissance nécessaire pour son fonctionnement.
2. Reliez la broche GND (Masse) du HC-SR04 à l’une des broches de masse (GND) d’Arduino. Cela établit une masse électrique commune entre le capteur et arduino.
3. Connectez la broche Trig du HC-SR04 à une broche numérique d’Arduino, par exemple, la broche D12. Cette broche est responsable de l’envoi d’un signal pour déclencher le capteur afin qu’il émette les ondes ultrasonores.
4. Reliez la broche Echo du HC-SR04 à une autre numérique sur l’Arduino, comme la broche D11. Cette broche détecte l’onde ultrasonore écho après réflexion sur un objet.

Programmer un HC-SR04 

Ce code permet de mesurer une distance et de l'afficher sur le moniteur série du Mblock.

Ce code permet de mesurer une distance et de l'afficher sur le moniteur série du logiciel Arduino IDE.

// définition des numéros de broches 

const int trigPin = 12;

const int echoPin = 11; // définition des variables

long duration;

int distance;

void setup()

{

pinMode(trigPin, OUTPUT); // Définit le trigPin comme sortie 

pinMode(echoPin, INPUT); // Définit le echoPin comme entrée

Serial.begin(9600); // Commence la communication série

}

void loop()

{

// Efface le trigPin 

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2); // Met le trigPin à l'état HIGH pendant 10 microsecondes 

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW); // Lit le echoPin, renvoie le temps de trajet de l'onde sonore en microsecondes 

duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Calcul de la distance

distance = duration * 0.034 / 2; // La vitesse du son est d'environ 0.034 cm par microseconde 

Serial.print(“Distance: “); // Affiche la distance sur le moniteur série 

Serial.println(distance);
  
delay(2000);

}

Source :

https://www.moussasoft.com/hc-sr04-capteur-ultrason-avec-arduino

https://www.carnetdumaker.net/articles/mesurer-une-distance-avec-un-capteur-ultrason-hc-sr04-et-une-carte-arduino-genuino/

Batterie et Shield 18650 & Co

Carte de charge et décharge

Les shields de charge et décharge des batteries 18650, Lithion-Ion, 3.7V permettent :

• INput : charge de la batterie via ports
  • USB-C ou micro-USB
  • 1.8A 5V (max 6.5V)
• OUTput : décharge de la batterie (alimentation d'une carte électronique) via ports 
  • USB-C, USB-A
  • pins 5V (3A) / 3.3V (1A) dispos sur les bords de la carte
    
• Bouton noir SW1 : 
  
  • "Vers l'intérieur de la carte " : Alimentation permanente ALWAYS ON
  • "Vers l'extérieur de la carte" : Mise en veille automatique au bout de 40s AUTO-OFF. Consommation 3uA après la mise en veille.
• Bouton blanc Power ON/OFF :
  • Appuyer pour allumer ON
  • Appuyer 2 fois pour éteindre OFF

On a une version simple accu "V3" et une double accu "V8" :

1. simple accu "V3" : 

• https://fr.aliexpress.com/item/32853943437.html 
  

2. double accu "V8" :

• https://fr.aliexpress.com/item/1005001285390889.html 
• https://www.amazon.fr/dp/B0822Q4VS4