Scratch 3 et Arduino

1. Présentation

Arduino Uno est une carte basée sur un microcontrôleur ATmega328P. Elle possède 14 broches d’entrée/sortie numériques (dont 6 peuvent être utilisées comme sorties PWM) et 6 entrées analogiques. La carte se connecte au Raspberry Pi via une prise USB Type B (modèle carré). Elle est alors alimentée par le port USB du Raspberry Pi. La prise d’alimentation n’est pas utilisée dans cette configuration.

2. Limitations de la carte Arduino

1. Installation de l’IDE

Avant de commencer l’installation de l’IDE Arduino, il convient de mettre à jour le système Raspberry Pi OS sur le Raspberry Pi. Ceci permet de s’assurer que les dernières versions des programmes sont présentes.

sudo apt-get update 
sudo apt-get dist-upgrade 

Une fois la mise à jour terminée, lancez l’installation de l’IDE Arduino que vous avez choisi.

a. Ancienne version en mode graphique

La distribution Raspberry Pi OS ne dispose pas d’une version récente de l’IDE Arduino.

L’installation en mode graphique passe par le menu principal : Menu - Préférences - Add/Remove Software.

C’est une version 1.0.5 qui est installée. Les extensions utilisées avec Scratch 3 nécessitent...

1. Vérifier que Python 3 se lance par défaut

Pour connaître la version par défaut de Raspberry Pi OS :

python 

Avec la version de Raspberry Pi OS utilisée au moment de l’écriture de ces lignes, le résultat est celui-ci :

pi@raspberrypi:~ $ python 
Python 2.7.16(default, Oct 10 2019, 22:02:15) 
[GCC 8.3.0] on linux2 
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. 
>>> 

La version de Python exécutée par défaut est la version 2.7.16.

Pour sortir de Python, saisissez exit() après les >>> et validez avec la touche [Entrée].

Le support de cette version par l’équipe de développement de Python a cessé depuis le 1er janvier 2020. Elle devrait laisser place à la version de Python 3 mais ce n’est pas encore le cas. La version Python 3 est présente sur la distribution Raspberry Pi OS mais elle n’est pas exécutée par défaut. Les extensions pour Scratch sont écrites avec Python 3, il convient donc de modifier la version par défaut.

2. Modifier la version de Python par défaut

Pour modifier la version de Python utilisée par défaut, saisissez les deux lignes suivantes dans la fenêtre du terminal :

sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python  
/usr/bin/python2.7 1 
sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python  
/usr/bin/python3.7 2 

Vous devriez obtenir ce résultat :

pi@raspberrypi:~ $ sudo update-alternatives --install  
/usr/bin/python python /usr/bin/python2.7 1 
update-alternatives: utilisation de « /usr/bin/python2.7 »  
pour fournir « /usr/bin/python »...

1. Démarche à utiliser

Dans un premier temps, voici la démarche adoptée pour raccorder les cartes au Raspberry Pi et utiliser Scratch 3 pour les piloter. Cette procédure est à utiliser pour toutes les extensions connectées au Raspberry Pi.

1. Écriture sur une sortie numérique

Ce bloc vous permet de sélectionner la broche sur laquelle vous voulez agir. Ce choix se fait dans la liste déroulante de gauche. Les sorties de 2 à 19 sont accessibles. La sortie peut prendre la valeur 0 ou la valeur 1, cette valeur est choisie dans la liste déroulante de droite.

2. Écriture sur une sortie PWM

La liste déroulante permet de choisir la sortie numérique qui fournira le signal PWM. Les sorties 3, 5, 6, 9, 10, 11 sont disponibles. Le taux de PWM est variable de 0 à 100 %. Si vous mettez une valeur négative, la sortie sera à 0. Si vous mettez une valeur supérieure à 100, la sortie restera à 100 %.

3. Actionner un buzzer

Ce bloc génère une tonalité sur la broche choisie dans la liste déroulante (2 à 19). La fréquence et la durée sont spécifiées dans les deux zones de la partie droite du bloc. La fréquence de la tonalité est exprimée en Hertz et la durée est en millisecondes avec une limite à 5000 ms soit 5 secondes. Si vous indiquez une durée supérieure à 5 secondes, la tonalité durera seulement 5 secondes.

4. Actionner un servomoteur

Ce bloc contrôle l’angle de rotation de l’axe d’un servomoteur. Il contient...

1. Faire clignoter une LED

a. Schéma de branchement

Le "Hello World" de l’électronique consiste à faire clignoter une LED. Cette action simple permet de vérifier toute la chaîne et de s’assurer que l’utilisateur est capable de piloter de bout en bout le dispositif (connexions, logiciel, programme…).

Connectez une LED comme sur le schéma ci-dessus. La sortie utilisée est la broche 9 de la carte Arduino. Une résistance de 220 Ω limite le courant dans la LED rouge. La cathode de la LED rejoint la broche de masse GND.

b. Programme clignotement de LED

Le programme est téléchargeable sous le nom Arduino_LED_basic.sb3.

Ce programme comporte une boucle infinie. Quand le drapeau est cliqué, la broche 9 de l’Arduino est mise à 1 pendant une demi-seconde, puis à 0 pendant une demi-seconde. Cette séquence se répète tant que l’utilisateur ne clique pas sur l’icône Stop. La LED clignote toutes les demi-secondes.

quand drapeau vert est cliqué 
répéter indéfiniment // ouverture d'une boucle de répétition. 
Mettre la pin numérique 9 à 1 // la LED est branchée sur la pin 9.  
L'état 1 correspond à la position allumée. Le courant passe. 
attendre 0.5 secondes 
Mettre la pin numérique 9 à 0 // l'état 0 correspond à 
la position éteinte. Le courant ne passe pas. 
attendre 0.5 secondes 
// Fermeture de la boucle de répétition. 

quand drapeau vert est cliqué 
répéter indéfiniment // ouverture de la boucle de répétition. 
Mettre la pin numérique 9 à 1 dire Allumé // l'état 1 correspond à la position 
allumée. Lorsque la LED est allumée, le sprite en informe l'utilisateur  
par un message. 
attendre...

1. Cahier des charges

Le lavage des mains fréquent présente un risque de transmission du virus par l’intermédiaire du piston sur lequel les utilisateurs appuient pour recevoir une dose de gel hydroalcoolique. Le système présenté ici offre les caractéristiques suivantes :

L’utilisateur passe la main devant le détecteur à ultrasons. Si le bidon est vide, la LED rouge s’allume et le buzzer émet des bips pendant 3 secondes. S’il reste du gel, le servomoteur appuie sur le piston et délivre une dose de gel dans la main de l’utilisateur. La LED rouge se met à clignoter pendant le temps du lavage de mains (20 secondes). À la fin des 20 secondes, la LED s’éteint et un bip est émis par le buzzer pour indiquer la fin du lavage. Le cycle recommence et le programme se met en attente d’une nouvelle détection de présence.

2. Montage du projet

Tous les éléments de ce montage ont été abordés précédemment sauf le détecteur de niveau. Le synoptique ci-dessus n’est pas un schéma de câblage. Il donne simplement une vue globale de la réalisation du projet.