Avant-propos du livre « Le grand livre d’Arduino »

Il est frappant de constater qu’aujourd’hui, nous sommes entourés d’objets préfabriqués qu’il n’est pas possible ou presque de modifier. Ajouté à cela, les médias (journaux, télévision, Internet…) qui nous assènent certaines pseudo-vérités que beaucoup tiennent pour acquises sans chercher plus loin. D’où le risque d’une mise sous tutelle insidieuse de l’individu, que nous ne devons absolument pas sous-estimer. Nous sommes très peu sollicités pour comprendre notre environnement quotidien : dans ce contexte, que reste-t-il de notre créativité ? En lisant ces lignes, vous vous demandez peut-être quel est le rapport avec Arduino et si vous avez en main le livre qu’il vous faut. Pas d’inquiétude, si j’ai choisi de débuter cet avant-propos par ce texte quelque peu provocateur mais somme toute réaliste, c’est parce que cet ouvrage va vous donner les moyens d’exprimer toute votre créativité.

L’électronique est un vaste domaine, idéal pour donner libre cours à son imagination, selon son envie et son humeur. C’est pourquoi cet ouvrage ne se contente pas de présenter des montages prêts à l’emploi. Certes, il en faut, mais son but premier est de fournir des pistes au lecteur pour qu’il développe ses propres circuits. Les kits de montage électrique, à assembler selon un « schéma F », sont d’emblée efficaces et attrayants, et garantissent que tout fonctionne comme son inventeur l’a souhaité. Mais soyons honnêtes : monter un tel circuit constitue-t-il un exploit remarquable ? Certainement pas. En se présentant comme un creuset d’idées, ce livre va beaucoup plus loin et favorisera l’inventivité de tout amateur d’électronique.

Cela étant, un petit coup de pouce sera nécessaire au départ, car pour développer vos propres projets Arduino, vous devrez d’abord en connaître les bases. Mais ce processus est tout à fait normal : pour apprendre à marcher, courir, lire ou écrire, nous avons dû aussi faire appel à l’aide d’autrui.

Arduino est un circuit imprimé open source. Vous connaissez déjà sûrement ce qualificatif pour des logiciels gratuits, où chacun peut prendre part au développement du projet et y apporter sa contribution. Ce mode de collaboration, réunissant beaucoup de personnes intéressées et engagées, possède un fort potentiel et fait clairement avancer les choses. Les résultats parlent d’eux-mêmes et n’ont rien à envier à ceux des projets commerciaux.

Sous ce nom Arduino se cachent non seulement du matériel mais aussi un logiciel. On parle alors de Physical Computing , qui désigne la construction de systèmes interactifs permettant de connecter le monde physique à celui des ordinateurs. Le monde dans lequel nous vivons est considéré comme un système analogique, alors que les ordinateurs agissent dans un environnement numérique ne connaissant que les états logiques 0 et 1. C’est à nous, individus créatifs, qu’il appartient d’établir une liaison entre ces deux mondes et de montrer par des actions et des faits de quoi nous sommes capables.

Cet ouvrage traite de deux thématiques fondamentales, dont nous ne pourrions nous affranchir :

• l’électronique (composants et fonctions) ;
• le microcontrôleur (la carte Arduino).

Naturellement, tout livre étant limité en volume, ces deux thèmes n’ont pu être traités ici de manière exhaustive. Si vous souhaitez en savoir davantage, la littérature existante sur ce sujet est abondante, sans compter toutes les informations disponibles sur Internet. Cet ouvrage se veut juste être l’instigateur, voire le déclencheur, d’une irrépressible soif d’apprendre. Je serai donc très heureux si j’en suis un peu pour quelque chose. Mais concentrez-vous d’abord sur l’ouvrage que vous avez dans les mains.

Au début, tout sera simple et facile au point que certains se demanderont quel est l’intérêt de faire clignoter une diode. Pourtant, soyez assuré que ce petit montage est lui aussi une pierre de l’édifice. N’oubliez pas qu’une phrase est composée de lettres qui, prises isolément, ne veulent pas dire grand-chose, mais qui, une fois assemblées, nous permettent de communiquer. En électronique, c’est le même principe : tout circuit n’est ni plus ni moins qu’une association judicieuse de composants électriques.

Structure de l’ouvrage

Vous allez certainement vite remarquer que le style employé dans cet ouvrage diffère un peu de ce qu’on peut lire habituellement. En effet, j’ai opté pour un ton familier et complice. Au fil des pages, je vous ai donné le rôle d’un candide qui pose çà et là des questions, qui vous sembleront pertinentes dans certains cas, et stupides dans d’autres – mais c’est totalement voulu. En raison de la clarté et de la simplicité de certains sujets, on se refuse parfois à poser des questions de peur d’être ridicule. Dans ce livre, vous ne connaîtrez pas ce sentiment puisque, par chance, quelqu’un d’autre posera ces questions à votre place !

Par ailleurs, j’ai préféré ne pas vous confronter dès le début de l’ouvrage aux principes de l’électronique et de la programmation Arduino, car cela aurait donné au livre une approche trop scolaire que je souhaitais précisément éviter. Aussi, les thématiques seront abordées en temps voulu et intégrées dans des exemples. Vous ne disposerez ainsi que du strict nécessaire au moment précis de l’apprentissage. En outre, les principales instructions sont regroupées à la fin du livre dans un référentiel que vous pourrez consulter à tout moment si besoin.

La structure de chaque chapitre suit un déroulement relativement classique. Je commence par présenter les différentes thématiques qui y seront traitées, afin que vous ayez un aperçu de ce qui vous attend, puis j’entre dans le vif du sujet en développant et analysant le thème proprement dit. Je clos enfin le chapitre par un récapitulatif des domaines abordés, ce qui permettra de renforcer encore un peu plus les connaissances acquises.

La plupart des langages de programmation étant d’origine américaine, toutes les instructions seront en anglais. Naturellement, j’expliquerai tous les termes qui le méritent.

Voici comment sont présentés la plupart des 19 montages proposés dans l’ouvrage. Vous y trouverez, dans l’ordre :

• les composants nécessaires ;
• le code du programme ;
• la revue de code (l’analyse du code) ;
• le schéma électrique ;
• la conception des circuits ;
• les problèmes couramment rencontrés (et que faire si cela ne marche pas du premier coup ?) ;
• un récapitulatif de ce que nous avons appris ;
• un exercice complémentaire pour approfondir la thématique.

Certaines expériences sont accompagnées de relevés d’oscilloscope ou d’enregistrements d’analyseur logique visant à mieux faire comprendre le parcours du signal.

Pour certains montages, je proposerai des solutions Quick & Dirty qui pourront surprendre à première vue. Mais elles seront suivies d’une variante améliorée qui devrait vous faire dire : « Tiens, ça marche aussi comme ça et même pas mal du tout ! Cette solution est encore meilleure. » Si c’est le cas, alors j’aurai atteint le but que je m’étais fixé. Sinon, ce n’est pas grave : tous les chemins mènent à Rome…

Prérequis

Le seul prérequis personnel est d’aimer le bricolage et les expériences. Nul besoin d’être un freak de l’électronique ou un expert en informatique pour comprendre et reproduire les montages de ce livre.

Nous commencerons en douceur afin que chacun puisse suivre. Ne vous mettez pas de pression, le premier objectif de cet ouvrage est de vous distraire !

Composants nécessaires

Notre carte Arduino est certes bien sympathique, et nous apprécions que tout y soit si bien pensé et si petit. Mais il faudra quand même passer à l’étape suivante et connaître tout ce qu’il est possible d’y raccorder. Si vous n’avez pas l’habitude de manipuler des composants électroniques (résistances, condensateurs, transistors, diodes…), pas d’inquiétude. Chacun fera l’objet d’une description détaillée, afin que vous sachiez comment il réagit individuellement et au sein du circuit. Pour chaque montage, j’indiquerai en outre la liste des composants nécessaires. Naturellement, l’élément-clé de tout circuit sera toujours la carte Arduino, mais je ne la mentionnerai pas forcément de manière explicite. À ceux qui se demandent combien coûte une carte Arduino et s’ils pourront conserver leur train de vie après un tel achat, je répondrai : « Yes, you can ! » Elle est très bon marché, aux alentours de 25 euros.

Dans tous les exemples, j’utilise la carte Arduino Uno, la plus populaire. Mais tous les programmes figurant dans l’ouvrage sont en tout point compatible avec la carte Arduino Duemilanove, le modèle précédent.

Dans tout ce livre, j’ai veillé à n’utiliser aucun composant rare, sophistiqué ou coûteux. D’ailleurs, vous qui ne jetez sûrement rien, vous avez peut-être encore à la cave ou au grenier des appareils électroniques usagés (scanner, imprimante, lecteur de DVD, magnétoscope, radio, etc.) que vous pourrez démonter pour récupérer divers composants. Mais attention, assurez-vous que les appareils soient toujours débranchés avant de les ouvrir : faute de quoi, vous risqueriez de nous quitter avant la fin de l’ouvrage !

Toutes les expériences sont réalisées avec une tension d’alimentation de 5 ou 12 V.

Recommandations

Figure 1- La carte Arduino Uno

Arduino étant une carte permettant de réaliser toutes sortes d’expériences en y branchant des composants et des câbles d’une part, et l’erreur étant humaine d’autre part, je réclame ici toute votre attention.

La carte est directement reliée à l’ordinateur via l’interface USB. Autrement dit, une faute d’inattention comme un court-circuit sur la carte peut dans le pire des cas nuire à votre machine, notamment au port USB, et endommager la carte mère. Pour éviter cela, branchez un concentrateur USB entre l’ordinateur et la carte Arduino. Avec quatre ports, il coûte souvent moins de 10 €.

Par ailleurs, la carte Arduino présente beaucoup de contacts sur sa face inférieure ; ce sont des points de soudure par lesquels les composants sont fixés et reliés entre eux. Ils sont évidemment conducteurs et particulièrement sujets à des interconnexions indésirables. Dans le pire des cas, la loi de Murphy s’applique et vous créez un court-circuit. Je sais de quoi je parle, car j’ai déjà « fusillé » plusieurs cartes de cette manière. Aussi, tirez parti des fautes des autres pour faire mieux ! Même si bien sûr, vous avez aussi le droit à l’erreur, qui est une étape obligée dans le déroulement d’un apprentissage réussi.

Figure 2 – Utilisez de préférence un concentrateur USB pour raccorder le microcontrôleur Arduino à l’ordinateur.

Figure 3 – La carte Arduino Uno vue de dessous

Si vous posez la carte sur un support métallique ou sur une table pleine de fils dénudés, c’est le court-circuit assuré. Pensez-y le jour venu, sinon je vous souhaite bien du plaisir.

J’en profite ici pour vous donner un autre conseil. Peut-être avez-vous déjà remarqué les quatre trous forés de 3 mm de diamètre sur la carte Arduino. Ils ne sont pas là pour une meilleure ventilation locale de la carte, mais pour tout autre chose. Pour que la face soudée ne repose pas directement sur le support de travail et n’entre pas, comme nous l’avons dit, en contact avec des matériaux conducteurs, vous pouvez y insérer des tampons en caoutchouc ou écarteurs pour plaques conductrices. Ils garantissent un espace de sécurité entre carte et support, protégeant ainsi de tout court-circuit.

Malgré tout, je vous recommande de demeurer prudent. Les circuits électroniques, et en particulier les circuits intégrés avec microprocesseur, sont très sensibles aux décharges électrostatiques (ESD). Marcher sur un tapis avec certaines chaussures peut ainsi charger par frottement le corps en électricité statique, et un courant très fort peut ensuite circuler brièvement au contact d’un composant électronique. Le composant est alors généralement grillé. Avant d’approcher un microcontrôleur, vous devez donc vous assurer que vous n’êtes pas chargé. Le simple fait de toucher un tuyau de chauffage à nu permet de décharger cette énergie. Restez vigilant.

Remerciements

Impossible pour moi de clore cet avant-propos sans remercier ma famille, mes amis, et d’une manière générale, tous ceux qui m’ont aidé dans la genèse de cet ouvrage. Libre à vous de sauter ce passage !

Lorsque j’ai écrit mon premier livre sur le langage de programmation Processing (paru chez O’Reilly) – j’en entends qui disent : « Voilà qu’il fait de la publicité maintenant… » –, cela m’a fait du bien et du mal à la fois. Du bien, parce que j’ai pu atteindre, de mon vivant, le but que je m’étais fixé dans la vie : écrire un manuel de programmation. Mais aussi du mal, parce que j’ai dû vivre en marge de ma famille pendant un long moment. Mais heureusement, elle l’a compris et m’a apporté de temps en temps de quoi me nourrir, si bien que je n’en garde pas d’importantes séquelles, ni physiques ni spirituelles.

Peu avant la publication de ce premier livre, j’avais confié à mon éditeur, Volker Bombien, combien j’appréciais le microcontrôleur Arduino. Ce n’est pas tombé dans l’oreille d’un sourd : il a aussitôt sauté sur l’occasion et je lui en suis très reconnaissant. L’intérêt que je portais à l’électronique dans mes jeunes années, qui stagnait jusque-là, m’a soudainement repris pour ne plus me lâcher. Il faut dire que tout ce que nous pouvons entreprendre aujourd’hui en électronique n’était encore qu’un rêve il y a trente ans.

Cool mec ! J’ai hâte de voir ça. On va s’en occuper, nous, du bébé… euh… de la carte Arduino, pas vrai ?

Je remercie également ma famille, qui s’est certainement demandée : « Le voilà encore qui se coupe de nous, peut-être est-ce de notre faute ? » Un grand merci enfin au validateur technique Markus Ulsaß ainsi qu’à la correctrice Tanja Feder. Ce sont des travailleurs de l’ombre, un peu comme les souffleurs au théâtre. On ne les voit jamais de visu, mais leur action se fait sentir sur la qualité de l’ouvrage. Ils sont indispensables et incontournables !

Pour finir, je vous présente votre guide, présent à vos côtés tout au long de ce livre. Il se prénomme Ardus.

Bien sûr, Ardus !

Il est désormais temps que je vous abandonne à votre destin et que je me retire sur la pointe des pieds.

Bon divertissement et bonne réussite dans le Physical Computing avec votre carte Arduino.