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jeudi 19 janvier 2017

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Qu’est ce qu’une carte Arduino ?

. Par : Guillaume, Jean-Luc

L’Arduino est une plateforme de prototypage électronique open-source, basée d’une part sur du matériel et d’autre part sur un ensemble de logiciels faciles à utiliser. Destiné aux artistes, amateurs, designers, il trouvera entièrement sa place dans l’univers du train miniature.

Il existe plusieurs cartes Arduino dont les caractéristiques sont plus ou moins riches. Le but de cet article introductif est de faire un panorama de l’existant. Chaque carte sera ensuite détaillée dans un article qui lui sera propre.

La caractéristique première d’une carte Arduino est le type de MCU   ou micro-contrôleur dont elle est équipée. Actuellement, et probablement pour encore longtemps, deux familles de micro-contrôleurs sont employées : des AVR 8 bits de la société ATMEL et des ARM 32 bits de la série Cortex-M, conçus par la société Advanced RISC Machines et fabriqués par différents fondeurs, ATMEL pour les cartes officielles mais aussi Freescale ou STMicro pour des cartes compatibles gravitant autour de la galaxie Arduino.

Pour résumer rapidement, les cartes Arduino à base d’AVR sont plus simples et comportent moins de mémoire que les cartes à base d’ARM. Leur capacité de calcul est également plus faible mais elles sont généralement meilleur marché.

La carte la plus utilisée est l’Arduino Uno. Il s’agit d’une carte équipée d’un micro-contrôleur de la famille AVR 8 bits : l’ATMega328. Voici cette carte :

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Arduino Uno R3 Officiel

Beaucoup de cartes sont équipées de l’ATMega328 (Uno, Pro Mini, Nano, ...) mais, parmi les AVR, on trouve aussi l’ATMega32u4. Ce dernier se distingue par une interface USB intégrée qui permet de se passer du convertisseur USB/série pour la communication avec l’ordinateur et par une quantité de mémoire vive de 25% plus élevée. L’ATMega32u4 équipe entre autres le Leonardo, le Micro et le Pro Micro. En théorie, les cartes à base d’ATMega32u4 devraient être moins chères mais ce n’est pas le cas.

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Copie de l’Arduino Leonardo
Ici le fabricant, ICStation, annonce clairement la couleur : Leonardo Compatible Plate. La qualité de réalisation est comparable à celle des cartes officielle hormis le non respect de la norme ROHS.

Les capacités d’entrée/sortie

Une carte Arduino communique avec son environnement par l’intermédiaire de ses broches d’entrées/sorties. Sur ces broches, des capteurs, dispositifs permettant de transformer une information de l’environnement en signal électrique et des actionneurs, dispositifs permettant de transformer un signal électrique en action mécanique ou lumineuse, vont être connectés. Par conséquent le nombre de broches disponible est un critère de choix important car il détermine le nombre de capteurs et d’actionneurs que l’on va pouvoir connecter.

L’Arduino étant un ordinateur spécialisé dans la gestion de capteurs et d’actionneurs, c’est un programme qui va décider de la manière donc les capteurs et les actionneurs sont utilisés. C’est donc très différent de l’électronique traditionnelle où les fonctions qui relient les capteurs aux actionneurs, l’appui d’un bouton qui entraine l’allumage d’un DEL   par exemple, sont déterminées « en dur » par le câblage entre les composants, et par les composants eux-mêmes. Ici les fonctions sont déterminées par un programme. Par conséquent les fonctions peuvent être, d’une part, beaucoup plus élaborées et, d’autre part, modifiables à volonté sans changer la quincaillerie.

Quelques cartes Arduino

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Copie de l’Arduino Nano
Le fabricant joue également l’honnêteté. Arduino Compatible figure en clair sur la carte. La carte est d’excellente qualité avec de trous métallisés dorés.

L’Arduino Uno entre dans la catégorie des cartes de capacité d’entrée/sortie moyenne. Dans cette catégorie on trouve également des cartes plus petites comme l’Arduino Nano ou l’Arduino Pro Mini.

Des cartes plus spécialisées, destinées à être cousues dans des vêtements comme les Lilypad disposent de moins d’entrées/sortie et ne nous concernent pas directement.

Enfin des cartes comme la Mega ou la Due offrent quantité d’entrées/sorties et permettent donc la connexion d’un nombre très important de capteurs et d’actionneurs.

Le choix dépend de l’application que l’on envisage mais aussi du prix. Il peut être préférable d’utiliser plusieurs Arduino Pro Mini plutôt qu’un Arduino Mega.

L’attaque des clones ?

L’Arduino est une plateforme open-source ce qui signifie que les schémas de la carte sont disponibles gratuitement et que tout à chacun est libre de fabriquer des cartes à partir de ces schémas. Diverses cartes non officielles ont vu le jour. Mais les clones n’ont pas le droit de porter le nom Arduino qui, lui, est protégé. On pourra trouver les noms : freeduino, dccduino...
On peut les ranger dans 4 catégories :

  • Les cartes non directement compatibles mais qui le deviennent par ajout de logiciel supplémentaire sur l’ordinateur hôte.
  • Les cartes compatibles qui à partir du schéma de la carte officielle ajoute des fonctions additionnelles comme des ponts en H pour le pilotage des moteurs avec pour objectif de faciliter leur utilisation dans, par exemple, la robotique.
  • Les copies qui reprennent à l’identique un schéma officiel en remplaçant éventuellement certains composants par des équivalents
  • Les contrefaçons qui reprennent également le schéma officiel mais aussi illégalement la marque officielle qui est protégée.
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Copie d’Arduino Pro Mini
Ici aussi le fabricant, Deek Robot, ne cherche pas à abuser le client. La mention Arduino est absente ainsi que le logo Sparkfun. On peut trouver cette carte à 1€70.

Dans les 3 dernières catégories, on trouve une abondante production chinoise avec à la clé des prix beaucoup plus serrés. On peut ainsi acheter des copies de Uno à 7€ ou des copies de Pro Mini à moins de 2€. On évitera la dernière catégorie pour des raisons légales, la possession de contrefaçon étant punie par la loi. Jamais vous ne trouverez une carte officielle neuve au tiers du prix normal.

Il existe des contrefaçons de copies, les fabricants chinois no name copiant ceux qui ont choisi de promouvoir leur marque. Par exemple, Deek Robot est l’une des marques de copie des Arduino Pro Mini la plus répandue. Or nombre de fabricants proposent des contrefaçons des Pro Mini de Deek Robot.

Hormis le prix, les copies chinoises différent sur d’autres points :

  • Elle ne respectent pas les normes environnementales et notamment la norme ROHS (Restriction Of Hazardous Substances). Elle contiennent donc du plomb, substance bannie de la production électronique occidentale.
  • Les composants ne sont pas forcément les mêmes et sont potentiellement de qualité moindre... ou de meilleure qualité. Certains des composants peuvent aussi être des contrefaçons.
  • Les cartes ne sont pas forcément testées en bout de chaîne de fabrication.

C’est donc un peu la jungle mais l’essentiel, finalement, est de disposer de matériel fonctionnel. On évitera les contrefaçons des cartes officielles. Pour ce qui est des contrefaçons des copies, il est quasiment impossible de le savoir, les prix étant similaires.

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