Dans cet article, vous allez découvrir un « shield » utilisé en section de BTS IRIS pour aborder les fondamentaux de LabVIEW. Pourquoi réaliser un shield « maison » avec un arduino UNO plutôt que du matériel d’acquisition National Instrument ?

• le coût d’une carte Arduino est faible (20€), une documentation abondante existe sur Internet
• il n’y a pas de programmation à faire coté Arduino : le « firmware » est fourni par NI puis programmé dans la mémoire flash du microcontroleur de l’arduino
• le coût d’un « shield » maison reste raisonnable et permet d’avoir exactement ce que l’on souhaite comme capteurs, E/S…
• La programmation de cette carte avec LabVIEW suit les « grands classiques » : ouverture d’un bus de communication, configuration des entrées/sorties, lecture des entrées, traitement numérique,  pilotage des sorties, fermeture du bus de communication
• Chaque étudiant travaille sur « sa » carte à son rythme !  Éventuellement il peut acheter le matériel nécessaire pour faire le TP chez lui (bon là je rêve un peu 🙂

Un document au format OpenOffice Writer est à télécharger et à compléter en fin d’article. Abordons maintenant la description de la carte arduino UNO et du shield « TP LIFA »…

La carte Arduino UNO R3

Il suffit de se rendre sur le site officiel : http://www.arduino.cc/ et éventuellement sur les pages françaises mais celles-ci ne sont pas forcement à jour : http://www.arduino.cc/fr/.  La carte est décrite sur http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno. En résumé et pour notre cas d’utilisation :

• Broches d’alimentation : 5V, 3,3V, GND
• 6 broches d’entrées analogiques numérotées A0 à A5 : ces broches permettront de numériser un signal analogique compris entre 0V et 5V issu d’un capteur par exemple.
• 13 broches d’entrées/sorties « tout ou rien » (TOR) numérotées de 0 à 13. Les broches qui sont précédés du caractère ‘~’ (3, 5, 6, 9, 10 et 11) peuvent être configurés en mode MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) ou PWM en anglais (Pulse Width Modulation). Ce mode est décrit sur Wikipédia. Il permet par exemple de faire varier la vitesse d’un moteur à courant continu ou encore sur notre « shield » l’intensité lumineuse d’une DEL. Les broches 0 et 1 permettent de réaliser une liaison série avec un PC par exemple, elles sont utilisées ici pour dialoguer avec LabVIEW. Les bus I2C ou SPI ne seront pas utilisés ici.

Complétez le document OpenOffice Writer – partie « Généralités »

La carte d’extension (shield) TP LIFA

Cette carte embarque les éléments suivants:

• 3 interrupteurs pour réaliser des entrées logiques TOR
• 3 DELs pour réaliser des sorties TOR (une rouge, une orange, une verte)
• une DEL RGB pour réaliser des sorties pilotables en mode MLI ou TOR. Cela permet d’obtenir n’importe quelle couleur.
• un capteur de température analogique de type LM35 (documentation)
• un potentiomètre qui permet de fixer une tension par exemple pour réaliser une consigne
• une photorésistance montée dans un pont résistif qui permet donc de capter l’éclairement
• une sortie MLI envoyée dans un filtre passe-bas : cela permet d’obtenir une sortie analogique 0V-5V. On pourra donc créer toute forme de signaux analogiques. Cette sortie peut être rebouclée par l’intermédiaire d’un cavalier sur une entrée analogique pour vérifier la forme d’onde générée

Photographie de la carte:

Schéma électrique:

Implantation:

Complétez le document partie « Carte d’extension »

Exercice 1 : Prise en main – E/S TOR

A l’aide de l’article sur LIFA et de la documentation papier sur LabVIEW, réalisez la face avant suivante qui permet de piloter en tout ou rien les DELs rouge, orange et verte ainsi que le diagramme associé:

L’indicateur permet de choisir la voie série sur laquelle la carte arduino est reliée. Le bouton « Stop » permet d’arrêter la boucle « while » du diagramme. Les boutons de la face avant sont du type « Commutation jusqu’au relâchement ».

Rajoutez ensuite sur la même face avant des voyants qui permettent de lire l’état des boutons poussoirs :

Exercice 2 – Lecture d’une entrée analogique – Capteur de température

Complétez la face avant précédente ainsi que le diagramme associé pour lire le capteur de température :

Veuillez noter que l’axe des Y est gradué en °C.

Pour lisser le graphique de température (élimination des parasites), vous afficherez la moyenne des cinq dernières mesures.

Modifiez le diagramme pour que la del verte s’allume si la température est comprise entre 18°C et 21°C, la del orange entre 21°C et 24°C, la del rouge au dessus de 24°C (utilisez le sous-vi « Dans la gamme »).

Exercice 3 – Signaux MLI ou PWM – DEL RGB

Réalisez la face avant suivante qui permet de commander l’intensité lumineuse de chacune des dels de la DEL RGB :

Vérifiez le bon fonctionnement de votre montage en actionnant les curseurs de chacune des dels. Vous constatez que lorsqu’on est à 0 la del à l’éclairement maximal et à 255 qu’elle est éteinte. Modifiez votre diagramme afin que la valeur 0 éteigne la del et que la valeur 255 réalise l’éclairement maximal.

Exercice 3.1

Réalisez une face avant afin de visualiser sur un graphe déroulant la tension issu de la photorésistance (lecture d’une entrée analogique). Vérifiez le bon fonctionnement de ce graphe en cachant à l’aide de votre doigt la photorésistance. Vous souhaitez réaliser un éclairage automatique à l’aide de la DEL RGB en fonction de la luminosité. En pleine obscurité, on souhaite avoir l’intensité blanche maximale (255 sur les dels RGB). En plein soleil, la del RGB sera éteinte. Entre les deux l’intensité de la del RGB varie linéairement afin de produire une lumière blanche (même valeur sur les dels RGB).

Exercice 3.2

Réalisez un VI qui en fonction de la température pilote la del RGB avec les contraintes suivantes :

• en dessous de 10°C : la del bleue est à son maximum d’intensité, les autres dels sont éteintes,
• à 20°C : la del verte est à son maximum, les autres dels sont éteintes,
• à 30°C et au dessus : la del rouge est à son maximum, les autres dels sont éteintes,
• entre 10°C et 20°C : vous ferez un mélange des couleurs bleu et verte proportionnellement à la température,
• entre 20°C et 30°C:  vous ferez un mélange des couleurs verte et rouge proportionnellement à la température.

Exercice 4 – Génération de signaux – DEL RGB

Afin de réaliser un mélange harmonieux des couleurs, il faut piloter chacune des dels RGB en sinusoidale ! De plus chacun des signaux sera déphasé de 120° (3 x 120° = 360°). Vous devez donc générer les signaux suivants :

En fonction de ce que vous avez déjà étudié, mémorisez dans un tableau les valeurs des trois sinusoïdes puis envoyez-les vers les dels RGB. Pensez à ralentir la boucle d’envoi avec un VI « Attendre ». Dans un second temps, faites varier la vitesse de changement des couleurs soit avec le potentiomètre disponible sur la carte, soit avec la luminosité.

Exercice 5 – Datalogger – Traitements des chaînes et des fichiers

Vous allez réaliser un « datalogger » de température. Un datalogger mémorise la donnée d’un capteur avec la date et l’heure courante, le tout est généralement visualisé à l’écran et sauvegardé dans un fichier. Pour découvrir les VIs de chaine et de fichiers, il faut lire le document de présentation de LabVIEW. On se propose de réaliser la face avant suivante:

Vous respecterez EXACTEMENT le format de sortie de la zone de texte. Une fois que ce système est fonctionnel, sauvegardez les mêmes données dans un fichier (le nom du fichier sera saisi par l’utilisateur sur la face avant.