Présentation et mise en œuvre du Circuit Playground

    I.            Présentation

1.   VUE D’ENSEMBLE

a.     Le Circuit Playground

Le Circuit Playground est une carte tout-en-un avec des capteurs et des voyants intégrés pour la programmation sur du matériel réel. Il s’agit d’une carte un peu plus grande qu’une pièce de 1£. Le Circuit Playground dispose d’un micro-processeur ATmega32u4. Il est possible de l’alimenter à partir d’un port USB, d’une batterie AAA ou encore une batterie Li-poly.

La carte présente le nouvel IDE Arduino 1.6.4+, l’ajout du support ne prends que quelques seconde. Le port USB intégré peut agir comme un port clavier, souris ou joystick pour se connecter directement à un ordinateur car il prend en charge USB HID ( spécification USB pour les périphériques d’ordinateur).

Le Circuit Playground comprend :

  • 10 mini NeoPixels, pouvant chacun afficher n’importe quelle couleur de l’arc-en-ciel
  • 1 capteur de mouvement
  • 1 sonde de température
  • 1 capteur de lumière
  • 1 mini haut-parleur
  • 2 boutons poussoir
  • 1 interrupteur à glissière
  • 8 broches d’entrée / sortie pour pinces crocodiles
  • 1 voyant vert « ON » pour savoir qu’il est sous tension
  • 1 DEL rouge « #13 » pour un clignotement de base
  • 1 bouton de réinitialisation

b.     Classique / Express

Le Circuit Playground a été lancé en 2015 et depuis de nombreux progrès ont été réalisés. A l’heure actuelle il existe deux types de circuit :

  • Classique: capable d’exécuter Arduino et Code.org
  • Express: capable d’exécuter MakeCode, CircuitPython, Arduino, Code.org

 

c.      Les composants

                                i.             Puissance et données

  • Micro B USB connecteur: tout en haut du circuit, le connecteur micro B USB permet l’alimentation et/ ou la communication USB (chargeur de démarrage, HID, …)

  • Entrée de batterie JST: tout en bas du circuit, le connecteur permet d’emporter partout et de l’alimenter à partir d’une batterie externe.

Dans le cas ou les deux ports sont branchés, le Circuit Playground utilisera celui ou la tension est la plus élevée

 

                              ii.            Puce électronique

Ce qui permet de faire fonctionner le circuit est le micro-processeur ATmega33u4 AVR 8 bits. Se situant au centre, c’est lui qui permet d’utiliser Arduino.

La puce est entourée de petites pattes très fine, ce sont elles qui se connecte mécaniquement et électroniquement aux différents capteur et voyant du circuit.

                            iii.            Plages de connexion

Pour simplifier la connexion au microcontrôleur, il y a 14 plages de connexion. Il est possible d’utiliser des pinces crocodiles, de les souder ou encore de les coudres avec un fil conducteur.

Les 8 pads non-électriques autour du circuit peut agir comme des pads tactiles. Chacun possède une résistance de 1 Mohm

                             iv.            LEDs

  • Voyant vert « ON » : se situant à gauche du port USB, ce voyant indique si le Circuit Playground est sous tension. Dans le cas ou le voyant est allumé, cela signifie que le courant est bon. Dans le cas contraire, il y a un soucis d’alimentation.

 

  • Voyant rouge : se situant à droite du port USB, ce voyant est connecté avec une résistance à la broche GPIO #13. Il émet des pulsations lorsque le Circuit Playground n’est pas en test de programme.

 

 

  • NeoPixels LED : les dix LED entourant le bord extérieur du circuit peuvent être réglée sur n’importe quelle couleur de l’arc-en-ciel. Les NeoPixels permettent également de connaître l’état du circuit : si le chargeur de démarrage est en marche alors les LED seront vertes, sinon ils deviendront rouges.

 

 

                               v.            Haut-parleur

Il est possible de faire « chanter » le Circuit Playground avec le mini haut-parleur. Magnétique, il est connecté à la broche GPIO #5 avec un pilote de transistor. Pour créer des tonalités de base, l’utilisation de PWM est possible.

                             vi.            Capteurs

Le Circuit Playground dispose de 5 entrée de capteurs qui permettent d’ajouter des interactions au projet.

  • Capteur de lumière : situé dans la partie supérieure gauche du circuit, ce capteur peut être utilisé pour capter la lumière ambiante. Il peut lire entre 0 et 1023 valeurs correspondant au niveau de lumière (300 correspondant en moyenne à un niveau d’éclairage intérieur)

  • Capteur de température : situé dans la partie supérieur droite, ce capteur utilise une thermistance (résistance électrique dont la valeur varie en fonction de la température). Cela permet de calculer la température en fonction de la tension analogique sur la broche A0

 

 

  • Capteur audio : situé dans la partie inférieure droite, ce capteur va détecter les niveaux audio et des fonctions de bases FFT (Fast Fourier Transform : Transformation de Fourier rapide). Il est lit le son entre 0 et 800, en moyenne dans un milieu silencieux le son sera à 330. Une moyenne et un lissage doit être effectués pour convertir cette valeur en niveau de pression acoustique

 

  • Capteur de mouvements : situé au milieu, ce capteur détecte l’accélération, ce qui signifie qu’il peut être utilisé pour détecter le moment où il est déplacé, ainsi que l’attraction gravitationnelle pour détecter son orientation

 

  • Capteurs tactiles : situé au bord extérieur, ces 8 capteurs permettent de détecter le contact humain sans composant supplémentaire

                          vii.             Commutateurs et boutons

Au centre du circuit, se trouve deux boutons connectés à la broche #4 pour la gauche et #4 pour la droite. Lorsqu’ils ne sont pas pressés ils sont mis à la masse, dans le cas contraire ils sont à HIGH

 

Ce petit bouton au centre du circuit permet de le réinitialiser et de redémarrer le Circuit Playground. Un clic permet de le réinitialiser, deux permettent d’entrer manuellement le chargeur de démarrage

Dans la partie inférieur centrale se trouve le seul commutateur à glissière. Il indiquera HIGH s’il est glissé vers la droite, et LOW s’il est glissé vers la gauche

 

d.     Pin

                                i.            Blocs d’alimentation

Six blocs d’alimentation sont disponibles et équidistant autour du bord extérieur de Circuit Playground.

 

  • GND : il en existe 3 et sont toutes connectées entre elles. Elles constituent l’ensemble des connexion de masse

 

  • 3.3V : il y a deux pads de sortie 3.3V. Ils sont connectés à la sortie du régulateur, il peut fournir environ 500mA maximum

 

 

  • VBATT : il existe un pad de sortie de tension. Ce bloc spécial est connecté à l’entrée du port USB ou de la batterie, selon la tension la plus élevée. Cette sortie ne se connecte pas au régulateur

 

                              ii.            Pads d’entrée / sortie

 

Au nombre de 8, chacun de ces pads GPIO peuvent être utilisés comme entrées/ sortie numérique, voyant, bouton et/ou commutateurs. Ils peuvent fournir chacun 20mA de courant et on un courant de sortie de maximum 3.3V. Les pastilles sont totalement « libres ».

 

2.   INSTALATION

Avant de brancher le Circuit Playground, une installation de pilote sera nécessaire. Le driver d’installation se trouve à l’URL suivante : https://github.com/adafruit/Adafruit_Windows_Drivers/releases/tag/2.3.3 .

Après le téléchargement et lancement de l’installation, il faudra accepter la licence d’utilisation. Une fois cela fait, il faudra installer les drivers (il est conseillé de tous les prendre).

 

 

 

Sous Windows 7, un seul pilote est installé par défaut pour la plupart des carte d’Adafruit, notamment les cartes Feather, Circuit Playground, Gemma,…

Sous Windows 10, le pilote n’est pas nécessaire, car il est déjà intégré à Windows.

 

 

 

Une fois les drivers choisis, l’installation peut commencer.

 

II.             Mise en œuvre

1.   GARAGE AUTOMATIQUE

Ce projet consiste à faire sois même un modèle de garage avec une porte automatique fonctionnelle alimentée par un Circuit Playground. Pour qu’il puisse s’ouvrir et se fermer grâce à une pression ou de façon automatique, l’éditeur MakeCode sera utilisé. Ce projet est composé d’une paille, d’une boite en carton, d’un trombe, d’une cheville et de composant électrique.

Pour ouvrir la porte, un mécanisme de poussoir est nécessaire : la rotation du Servo sera transmise à la rotation de la porte. La porte repose sur une charnière (fabriquée à partir de la paille), cette dernière en tournant va pousser ou attirer une tige de translation qui va actionner la rotation du Servo.

Dans ce tutoriel, le code est fait sur MakeCode. Cela permet de créer des fonctions pour ouvrir et fermer la porte à l’appuie de boutons ou encore en utilisant le capteur de lumière. Les fonctions de base sont :

  • Ouvrir la porte du garage lors de l’appui du bouton A
  • Fermer la porte du garage lors du l’appui du bouton B
  • Surveillez la luminosité du capteur de lumière
  • Quand un lumière est détectée, ouvrir la porte 5 seconde, puis refermer

Bien que ce soit les principales fonctions, il faut maintenant les configurer à l’aide de MakeCode. D’autres fonctions seront implémentées pour rajouter un aspect un peu plus réel au projet. L’aspect du code final sur MakeCode est ci-contre.

 

 

Une fois le code finit, il faut connecter le circuit au Servo :

  • CPX VOUT au servo orange
  • CPX GND au sol d'asservissement brun
  • CPX A2 au signal jaune Servo

 

 

Une fois le mécanisme fixé au garage, le garage automatique sera fonctionnel !

La documentation complète du tutoriel est présente ici : https://learn.adafruit.com/pushrod-garage?view=all

2.   MINI INSTRUMENT SYNTHE

 

Le but de ce projet est de construire un circuit imprimé pour personnaliser le Circuit Playground et d’utiliser les pads tactiles pour créer un mini instrument de synthé jouable.

Le code étant un peu plus compliqué que le précédent projet présenté, le créateur laisse la possibilité de le télécharger directement ici.

 

Comme ce programme utilise les pads tactile pour déclencher des sons, dés qu’un pads est touché une note (ou une combinaison de note) sera joué. Pendant que la note est jouée, des LED NeoPixels s’allumeront.

 

 

Tous les schémas pour imprimer le design du projet sont également disponible. Le tutoriel complet du projet est disponible à cette adresse : https://learn.adafruit.com/touch-tone-for-circuit-playground-express?view=all

 

3.   ROBOT TORTUE DE MER

Ce projet montre comment construire une tortue robotisée qui réagit à la lumière en déclenchant le battement de ses nageoires. Hormis les moteurs et le Circuit Playground, le projet est fait à partir de matériaux trouvable chez soi (carton, papier, ciseaux, tournevis, ruban adhésif).

 

Le corps et les nageoires de la tortue sont fabriqués à partir de papier et de carton. Il suffit d’imprimer ce document qui représente le dessin de la tortue, et de le coller au carton. Ensuite il faudra découper le contour de la tortue et séparer les nageoires avant du corps. Pour permettre aux nageoires de se tourner il faut attacher aux nageoires des boutons pression qui seront relié à un moteur sous la tortue. Puis il faut connecter le moteur au circuit qui sera sur la carapace de la tortue.

 

Le code présent ici, permet de détecter l’intensité de la lumière et de faire avancer la ou non la tortue. Si la lumière dépasse la valeur spécifiée alors les nageoires s’active. Sinon dans le cas ou la lumière est inférieure à la valeur spécifiée, les moteurs s’arrêtent.

Le tutoriel complet de ce projet est disponible à l’URL suivante : https://learn.adafruit.com/baby-turtle-makecode?view=all

 

III.            Conclusion

 

 

Le Circuit Playground est une petite carte possédant de nombreux voyants et capteurs qui permettent un large choix de programme. Avec cette petite carte, il est possible d’allumer des LED multicolore, émettre des sons, détecter le toucher ou la couleur, détecter l’environnement tel que la température, le son ou encore les mouvements. Fonctionnant avec le logiciel Arduino, le logiciel Arduino IDE est pratique pour programmer le Circuit Playground. Aucune soudure n’est requise, seul un câble d’alimentation et un ordinateur est nécessaire pour commencer la programmation de cette carte.

 

Le micro-processeur ATmega32u4 permet de faire fonctionner le Circuit Playground, pour l’alimenter un câble USB branché à un ordinateur, ou une batterie externe est suffisant. Le circuit comprend 10 LED NeoPixels, des capteurs (mouvement, température, lumière), 1 haut-parleur, 2 boutons, 1 interrupteur, 8 broches d’entrées/ sorties et 2 voyant qui informe sur l’état du circuit.

 

Depuis son lancement en 2015, de nombreuses améliorations ont été faites si bien qu’il existe deux type de circuit : un classique et un express, qui possède un peu plus de fonctionnalités.

 

Pour pouvoir utiliser le Circuit Playground l’installation de drivers sera nécessaire. De plus, une légère connaissance de l’IDE MakeCode est utile.

 

Grace à la grande communauté présente sur Arduino, de nombreux projets sont présentés et mis sous forme de tutoriels pour permettre à la plupart de coder et de réaliser des petits projets, tel qu’un garage automatique pour petite voiture, un mini instrument de synthé ou encore un robot tortue de mer.

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