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vendredi 23 juin 2017

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Comment alimenter l’Arduino sans ordinateur ?

. Par : Dominique, Guillaume, Jean-Luc

Dès lors que l’on teste un programme sous Arduino, la carte est reliée via le port USB à l’ordinateur. Le cable USB sert à deux choses : alimenter la carte mais aussi téléverser le programme que l’on teste.

Quand le programme est testé et approuvé, la carte Arduino peut alors être utilisée de manière autonome. Elle n’a plus besoin de l’ordinateur pour fonctionner, mais il faut tout de même de l’énergie pour faire tourner la carte et les éventuels composants additionnels qui y sont connectés.

Prenons un exemple, nous avons créé, modifié et finalisé un programme permettant d’allumer la lumière du quai quand le train arrive en gare. Ensuite, il reste à relier la carte au réseau. Du coté des sorties/entrées de la carte, les DEL   et les détecteurs nécessaires. Nous n’allons tout de même pas installer un ordinateur à proximité.

Donc, comment faire ? Nous allons voir plusieurs façons d’apporter l’alimentation nécessaire à l’arduino pour fonctionner.

Quelle tension ?

Il faut tout d’abord connaître les spécifications de la carte Arduino que l’on possède. Elles utilisent tout d’abord toutes du courant continu.
Si l’on regarde les différentes broches possibles, on va généralement trouver une broche étiquetée 5V, une broche étiquetée 3,3V et une broche étiquetée VIN ou RAW.

  • VIN ou RAW correspondent à l’entrée du régulateur de tension présent sur la carte. Pour alimenter l’Arduino via cette broche, il faut une alimentation dont la tension est comprise entre 7 et 12V ;
  • 5V n’a pas le même rôle selon que le micro-contrôleur qui équipe l’Arduino est alimenté en 5V ou en 3,3V. Dans le premier cas, c’est directement la tension d’alimentation du micro-contrôleur. Dans le second cas, le micro-contrôleur est alimenté via un régulateur 3,3V dont l’entrée est connectée sur le 5V ;
  • De la même manière, le 3,3V va être la tension d’alimentation du micro-contrôleur pour ceux alimentés en 3,3V et une tension de service pour connecter des dispositifs externes nécessitant du 3,3V si le micro-contrôleur nécessite du 5V.
Dans tous les cas la méfiance s’impose et il faut examiner carte par carte l’architecture de l’alimentation et ses caractéristiques car ce sont les branchements les plus critiques pour la bonne santé de la carte.

Exemples sur 2 cartes courantes

Prenons 2 cartes types Arduino parmi les plus courantes :

L’arduino Uno R3 :

L’arduino Mega R3 :

Ces 2 cartes ont les mêmes caractéristiques au niveau de l’alimentation fournie via VIN ou le jack :

  • Tension de fonctionnement : 5V
  • Tension d’alimentation recommandée : 7-12V
  • Tension d’alimentation limite : 6-20V

Pourquoi limite :

  • 6V : le régulateur possède une chute de tension minimum de 1V. Par conséquent, en deçà de 6V de tension d’entrée, la tension de sortie sera égale à la tension d’entrée moins la chute de tension et l’Arduino sera alimenté en dessous de la tension nominale de 5V. La conséquence est un fonctionnement qui peut être erratique.
  • 20V : la carte Arduino fonctionne sous 5V, le régulateur qui reçoit la tension VIN l’abaisse pour fournir du 5V. la puissance que ce régulateur dissipe est la différence de tension entre VIN et 5V multipliée par le courant que consomme la carte et les dispositifs externes alimentés par elle. Par conséquent plus la différence de tension est élevée et plus le régulateur va chauffer. Le régulateur ayant une protection contre la surchauffe, il coupe l’alimentation si la température devient trop élevée.

Vous voyez sur chaque photo des cartes 3 zones étiquetées de 1 à 3 qui sont donc 3 façons d’alimenter l’arduino de façon autonome.

1 : Alimentation par USB mais sans ordinateur

Cette méthode est la plus facile pour peu que l’on possède une alimentation régulée pour smartphone et que la carte Arduino possède un port micro-usb [1].

Comme le port USB de l’ordinateur, le chargeur du smartphone délivre du 5V continu. On vérifiera d’une part que l’alimentation régulée du smartphone est suffisante pour la consommation de la carte, c’est généralement le cas, ces alimentation délivrent au moins 1A. D’autre part, les cartes Arduino officielles sont équipées d’un fusible électronique à réarmement automatique qui coupe l’alimentation si la limite de 500mA est dépassée. Son rôle est de protéger le port USB de votre ordinateur.

Cette méthode limite donc la consommation totale de votre montage à 500mA

2 : Alimentation par connecteur Jack

Sur ces 2 cartes, il existe un connecteur Jack femelle. Il faut donc un connecteur jack mâle de 2.1mm de diamètre interne. Ce type de connecteur possède 2 fils dont le fil + est à l’intérieur et le fil - à l’extérieur. Cela se schématise de cette façon :

Sur cette entrée, une diode de protection, comme présenté dans « Les diodes classiques » évite les mauvais branchements.

Comme source, il nous faut donc une tension entre 7 et 12V continu (tension optimale). Nous pouvons utiliser plusieurs sources :

  • un bloc d’alimentation AC/DC, 9V est une tension fréquente et idéale ;
  • une pile 9V ;
  • un ensemble de 7 piles 1.5V…

3 : Alimentation par 2 broches de l’Arduino : VIN et GND

Note importante :
Cette méthode nécessite une vigilance accrue de votre part compte tenu des possibilités d’erreur de branchement. Il va falloir vérifier votre branchement à plusieurs reprises avant de mettre sous tension. Il faut relier le fil + à la borne VIN de l’arduino et le fil – à une des broches GND. Une erreur de branchement est la garantie d’endommager gravement la carte.

Dans l’hypothèse où notre transformateur ne possède pas le connecteur jack adapté, il existe cette solution.

Après avoir répéré les fils du transformateur à savoir + et –, il faut les relier à l’arduino par les deux broches nommées, à savoir :

  • le + (habituellement le fil rouge) est relié à la broche VIN
  • le – (habituellement le fil noir) est relié à GND, soit Ground (masse en français)

Tout comme la façon 2, la tension optimale de ce courant continu se situe entre 7 et 12V.

Dans ce contexte et afin de protéger l’arduino d’un mauvais branchement le + sur le – et le – sur le +, nous pouvons intercaler une diode qui ne laissera passer le courant que si il est dans le bon sens. Attention à bien mettre la diode qui est un composant polarisé dans le bon sens
La référence de diode est de type 1N400x.

Voici un petit schéma explicatif :

[1Par exemple les Arduino Leonardo ou Due.

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