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mardi 21 novembre 2017

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Les shields de prototypage et de connexion

Arduino sans la corvée des soudures

. Par : Christian

Vous êtes assez nombreux à ne pas vous sentir très à l’aise dans les travaux de soudure de composants électroniques, une opération pourtant assez simple et qui ne demande que quelques minutes d’entraînement. Ne vous en faites pas pour autant, cet article vous propose des solutions alternatives qui vous permettront tout de même d’équiper votre réseau avec des montages électroniques à base d’Arduino sans avoir à souder. Et il vous indiquera aussi comment raccorder proprement vos interfaces ou vos capteurs à une platine Arduino.

Platine Sensor Shield  

Cette platine fait partie du système « Tinkerkit » qui est spécialement conçu pour permettre un prototypage rapide et sans soudure grâce à des modules en tout genre (capteurs, relais, interrupteurs, DEL  , etc.) qu’il suffit de raccorder au shield   par des cordons. La figure 1, extraite du site Lextronic qui propose le système « Tinkerkit », en présente le principe.

Figure 1 (extraite du site de Lextronic)


La platine shield existe en deux formats adaptés soit à la carte Uno soit à la carte Mega 2560. Les modules avec leurs cordons permettent d’avoir sous la main tout un ensemble électronique modulaire qu’il suffit de relier au shield (lui-même connecté sur une carte Arduino) pour réaliser rapidement et sans prise de tête un prototype de montage. Tinkerkit propose des boutons poussoirs, des potentiomètres (rotatifs ou rectilignes), des relais, des DEL  , un afficheur LCD, des transistors MOSFET, des servomoteurs à rotation continue (360°), pour se limiter à ce qui peut être utile en modélisme ferroviaire. Bien évidemment, cette solution est plus onéreuse qu’utiliser ses propres composants, mais permet de disposer de briques de construction électronique réutilisables à souhait.

Platine Grove – Base Shield V2.0

Cette platine fait partie du système « Grove » également conçu pour un prototypage rapide et sans soudure grâce à des modules périphériques (capteurs, relais, interrupteurs, DEL, afficheurs, buzzer, lecteur RFID, modules de communication radio, etc.). La platine existe aussi bien au format de la carte Uno qu’au format de la carte Mega 2560. La figure 2 montre la carte au format Uno dotée de 16 connecteurs au format Grove (4 broches).

Figure 2 (extraite du site de SeeedStudio)


On dispose ainsi de 8 ports digitaux (dont un UART reprenant les signaux Rx et Tx), 4 ports analogiques, 4 ports I2C, comme le montre la figure 3.

Figure 3 (extraite d’un document du site de SeeedStudio)


Chaque connecteur peut, selon les besoins, être connecté à un module grâce à un câble spécial à 4 fils. Les signaux de chaque connecteur sont très bien repérés sur la carte shield. Les modules Grove communiquent selon différents protocoles comme l’I2C par exemple. Les possibilités des capteurs Grove sont plus étendues que celles des capteurs Tinkerkit et certains de ces capteurs trouveront une utilité certaine sur un réseau de trains miniatures comme les modules infrarouges pour repérer la position des trains, le module électro aimant pour créer des animations, le module relais, etc. Il existe même des modules permettant de passer du connecteur à 4 broches à un connecteur à vis (voir figure 4) sur lequel vous pouvez visser les fils de vos signaux lumineux par exemple (voir article Signaux lumineux et Arduino).

Figure 4


Pour en savoir plus sur le système "Grove", consultez la vidéo de ce site : http://www.multipower.fr/modules-electroniques/modules-grove/

Le shield connector de Lextronic

Cette carte shield vous demandera quelques travaux de soudure puisqu’elle est proposée en kit par Lextronic pour moins de 10 euros ; cependant, si vous ne vous sentez pas à l’aise avec la soudure, vous pouvez toujours confier son montage à un ami qui en aura pour moins d’une demi-heure de travail. Ensuite, vous pourrez utiliser cette carte shield de deux façons, soit comme carte de prototypage, soit comme carte de connexion, d’où son nom anglais « shield connector ».

La partie gauche de la figure 5 montre le shield sur sa carte Arduino Uno et la partie droite détaille les quelques composants qu’on peut monter dessus pour réaliser certaines expériences : DEL (une verte et une rouge), boutons poussoirs (trois dont un permettant de reseter la carte Uno), deux résistances ajustables (ou potentiomètres). On reconnaît les connecteurs noirs permettant de raccorder cette carte sur la carte Arduino Uno.

Figure 5 (extraite du site de Lextronic)


La partie centrale de la carte constitue une zone de prototypage où on peut souder quelques composants d’un montage électronique relié à Arduino ou bien coller au scotch double face une mini-platine d’essai. Le pourtour de la carte permet de souder des connecteurs de type cordon ou bien de type borniers à vis (non fournis dans le kit) afin de raccorder proprement vos montages à la carte Arduino.

Montage de la carte

La notice de montage se trouve sur le site de Lextronic à cette adresse : http://www.lextronic.fr/P19014-kit-shield-connector.html

Les explications sont claires et le montage est à la portée d’un débutant pour peu qu’il soit équipé d’un fer à souder à panne fine (une puissance de 15 W est bien suffisante). L’emplacement des composants est bien expliquée et facile à repérer sur la carte. Seules les DEL sont polarisées et il faut bien regarder dans quel trou souder l’anode (patte la plus longue). Les connecteurs noirs devront être soudés bien perpendiculairement au circuit imprimé. Les schémas électroniques de montage sont également donnés.

Utilisation en shield de prototypage

Une fois montée, la carte dispose de deux DEL, deux boutons poussoirs (B/P) et deux potentiomètres. Ces composants sont montés avec les résistances nécessaires à leur fonctionnement (1 kΩ pour les DEL, et 10 kΩ pour les B/P). Six pastilles de raccordement permettent de relier ces composants à Arduino, si vous en avez l’utilité dans votre projet. Les pastilles de la zone centrale permettent de souder quelques composants d’un autre genre (transistors, circuits intégrés, etc.) devant être raccordés à Arduino. Mais le plus simple est de coller une mini-platine d’essai (non fournie dans le kit) de 45 X 33 mm ; vous avez ainsi la possibilité de faire plusieurs montages ou bien d’essayer différentes valeurs de composants (condensateurs, résistances, etc.).

Utilisation en shield de connexion

La partie périphérique de la carte shield est prévue pour recevoir des connecteurs qui peuvent être de deux types :
-  De type cordon (avec prise de raccordement)
-  De type borniers à vis
La figure 6 montre ces deux types de connecteurs.

Figure 6 (extraite du site de Lextronic)


Une fois soudés sur la carte, ils permettent de raccorder proprement la carte Arduino à l’électronique servant d’interface avec le réseau ou aux capteurs situés sur celui-ci. Bien évidemment, si vous utilisez le shield en tant que connecteur, vous n’êtes pas obligés de souder les composants (DEL, B/P, potentiomètres) fournis dans le kit ; il suffit juste de souder les connecteurs de tous types et le bouton poussoir de reset au cas où il faudrait redémarrer la carte Arduino.

Conclusion

Le but de cet article était de vous montrer qu’il existe de nombreuses possibilités pour réaliser des montages propres sur votre réseau sans être un as du fer à souder. Certaines cartes sont conçues pour l’Arduino NANO et sont équipées de prises à trois broches permettant de relier des capteurs ou des servomoteurs comme le montre la figure 7.

Figure 7 - une carte shield pour NANO


En effectuant quelques recherches sur internet, vous trouverez par vous-même d’autres systèmes modulaires dont la mise en œuvre est très simple, d’autres cartes shield ouvrant d’autres horizons, et vous vous apercevrez qu’Arduino est maintenant une solution bien implantée dans divers domaines tels que la domotique ou la robotique. Grâce à LOCODUINO, Arduino a aussi trouvé sa place dans le modélisme ferroviaire.

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