ARDUINO
DEL ET PHOTORESISTANCES

Introduction

L'objectif est de tester :

• Les sorties logiques.
• Les entrées analogiques.
• Les sorties pseudo-analogiques.

Les câblages sont réalisés avec :

• Des DEL (diode électroluminescente) ou LED (light emitting diode) en anglais de diverses couleurs.
• Des résistances de quelque 330 Ω pour limiter le courant dans les DEL.
• Une photorésistance.
• Une résistance de 10 kΩ environ placée en série avec la photorésistance.

Caractéristiques d'une DEL

• Elle laisse passer le courant dans un seul sens. Elle éclaire lorsque le courant circule de l'anode vers la cathode. L'anode correspond à la broche la plus longue.
• La tension au bornes d'une DEL dépend de la couleur de celle-ci. Elle est à peu près de 1,7 V pour une DEL rouge.

Caractéristiques d'une photorésistance

• La résistance varie selon la lumière reçue. Les valeurs extrêmes dépendent du composant. 0,3 kΩ en pleine lumière et 30 kΩ dans obscurité sont deux valeurs indicatives.
• Lorsque la photorésistance est éclairée, sa résistance baisse instantanément.
• Lorsqu'elle cesse d'être éclairée, sa résistance augmente progressivement.

Sorties logiques

Câblage

Réaliser le montage ci-dessous pour allumer ou éteindre une ou plusieurs DEL.

Platine d'essai

Elle est constituée de trous, reliés électriquement entre eux selon les rangées montrées en rouge ci-dessous.

Programme

Le programme ci-dessous permet à la DEL verte de clignoter.

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(3, HIGH);
  delay(1000); // Attendre 1000 millisecondes
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000); // Attendre 1000 millisecondes
}

Explications :

Exercices

Modifier le programme pour :

• Faire clignoter la DEL plus rapidement.
• Envoyer le signal de détresse SOS en code Morse, la DEL devant clignoter :
  • Trois fois rapidement pour le caractère S puis attendre une seconde pour le caractère suivant.
  • Trois fois lentement pour le caractère O puis attendre à nouveau une seconde.
  • Trois fois rapidement pour le caractère S puis rester éteinte deux secondes.
• Simuler le fonctionnement d'un feu tricolore avec trois DEL de couleurs rouge, vert et orange.
• Réaliser un chenillard avec les cinq DEL alignées, en complétant le code ci-dessous.

void setup() {
  int i;
  for (i=2; i<7; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  ...
}

Entrées analogiques

Câblage

Réaliser le montage ci-dessous. Le point de jonction entre la résistance et la photorésistance est relié à l'entrée analogique A0. Sa tension varie de 0 V à 5 V, selon la luminosité reçue par la photorésistance. Selon cette tension, la fonction analogRead(0) retourne un nombre compris entre 0 et 1023 :

• 0 pour une tension de 0 V.
• 1023 pour une tension de 5 V.

Le programme basique ci-desssous permet de tester le fonctionnement.

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(A0));
  delay(1000);
}

Programme

Il s'agit ici de réaliser un dé numérique. On utilise cinq DEL, à chaque DEL correspond un nombre. Une DEL est allumée au hasard lorsque l'utilisateur passe la main au-dessus de la photorésistance.

void setup() {
  randomSeed(analogRead(1); // initialise le générateur aléatoire avec une valeur au hasard
  for (int i=2;i<7; i++) {
    pinMode(i,OUTPUT);
  } 
}

void loop() {
  int luminosite1=analogRead(0);
  delay(100);
  int luminosite2=analogRead(0);
  if (luminosite2-luminosite1>100) {
    int nombre=random(1,6));
    digitalWrite(nombre,HIGH);
    delay(2000);
    digitalWrite(nombre,LOW);
  }
}

Exercices

Modifier le programme pour qu'une DEL s'allume lorsque le doigt reste au-dessus de la photorésistance.

Sorties pseudo-analogiques

Faire varier la luminosité d'une DEL

Nous utilisons une des sorties MLI (Modulation de Largeur d'Impulsions) ou PWM (Pulse Width Modulation). Elles sont repérées avec le caractère ~ (tilde) sur la carte. On envoie sur la sortie un nombre compris entre 0 et 255, converti en une tension de moyenne comprise entre 0 V et 5 V.

Testez le programme ci-dessous. Constatez que la DEL s'allume et éteint progressivement.

float periode=2.0;

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (float t=0; t<periode; t=t+0.01) {
    analogWrite(3, 127.5+127.5*sin(t*2*PI/periode));
    delay(10);
  }
}

Explications :

En mathématique, la fonction sin(x) :

• Est positive pour 0 < x < π
• Est négative pour π < x < 2.π
• Retourne une valeur comprise entre -1 et 1.

En conséquence :

• 127,5×sin(x) retourne une valeur comprise entre -127,5 et 127,5.
• 127,5+127,5×sin(x) retourne une valeur comprise entre 0 et 255.

Générer un courant triphasé

Il s'agit de générer trois tensions sinusoïdales, déphasées de 120° les unes par rapport aux autres. Dans le code ci-dessous, la fréquence de départ est de 5 Hz. Elle est augmentée ou diminuée, en envoyant les caractères a ou d sur la liaison série.

#define ph1 3
#define ph2 5
#define ph3 6
float i=0.0;
int nb=200;

void setup() {
  pinMode(ph1,OUTPUT);
  pinMode(ph2,OUTPUT);
  pinMode(ph3,OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    char caractere = Serial.read();
    if (caractere == 'a') { if (nb>50) { nb = nb-40; } }
    if (caractere == 'd') { if (nb<400) { nb = nb+40; } }
    Serial.println(nb);
  }
  analogWrite(ph1, sin(i)*127.5+127.5);
  analogWrite(ph2, sin(i+2*PI/3)*127.5+127.5);
  analogWrite(ph3, sin(i+4*PI/3)*127.5+127.5);
  i=i+PI*2/nb;
  delay(1);
}

Ce code peut être utilisé pour piloter un moteur triphasé. Toutefois :

• Un composant intermédiaire, comme un L293D, est nécessaire. En effet, l'intensité fournie par un connecteur de la carte Arduino est limité à 20 mA.
• Le montage mis en œuvre doit permettre au courant de circuler dans les deux sens.
• Un ESC (Elecronic Speed Control) se programme comme un servomoteur. Il permet d'obtenir une fréquence de rotation nettement plus importante.