Thème 6 : Informatique embarquée et Objets Connectés

La carte BBC micro:bit

Un système informatique embarqué collecte des informations du monde réel à l'aide de capteurs, les traite dans un microprocesseur puis agit sur le monde réel par le biais d'actionneurs (ici seulement la matrice de LED). Le traitement des informations est contrôlé par un programme qui peut interagir avec l'homme à travers une Interface Homme Machine (IHM).

La BBC micro:bit est une carte à microcontrôleur conçue en 2015 au Royaume-Uni pour développer l'apprentissage de l'algorithmique et de la programmation. Pourvu de capteurs et d'actionneurs, ce petit ordinateur possède la dernière technologie qui équipe les appareils modernes : téléphones mobiles, réfrigérateurs, montres intelligentes, alarmes antivol, robots, etc... Ainsi, il s'apparente à ce que l'on nomme l'Internet des objets : Internet of Things, abrégé IoT.

Vidéo d'introduction : il est possible d'activer les sous-titres en français en cliquant sur la roue dentée des paramètres.

Les différentes ressources de la micro:bit

• Des capteurs (ENTRÉES) : Capteurs de luminosité, de température et de mouvements (accéléromètre et boussole) ainsi que 2 boutons programmables
• Des actionneurs (SORTIES) : 25 LEDs programmables individuellement sous forme d'une matrice 5 par 5, eventuellement haut parleur (sur la V2)
• Des broches de connexion qui permettent de gérer les protocoles : Interface USB
• De la communication sans fil, via Radio et Bluetooth

Communiquer avec la carte micro:bit

La carte micro:bit peut se programmer en langage Python grâce cette interface.
La carte aura été auparavant reliée à l'ordinateur via le cable USB et connectée en cliquant sur le bouton CONNECT.

Valider

1. Dans la zone d'édition taper le code ci-contre.
2. Transférer le code dans la carte (on dit parfois aussi 'flasher') en cliquant sur FLASH.
3. Sauvegarder également le programme Python .py sur le PC dans votre répertoire de travail.
4. Modifier le code en remplaçant show par scroll. Transférer à nouveau le programme à la carte.
5. Quel changement observez-vous ?

from microbit import *

display.show('hello SNT ', delay=300, loop=True)

Éditeur local

Il est possible d'installer sur vos ordinateurs personnels MuEditor (guide d'installation)

Les LEDs et les boutons de la micro:bit

La matrice led 5x5

La carte Micro:Bit présente sur sa face avant une matrice (un tableau) de 25 LEDS qui peuvent être allumées indépendamment les unes des autres. Ainsi il est possible d'afficher des dessins tout prêts ou de personnaliser l'affichage.

La ligne de code Python permettant d'afficher un symbole est :
display.show(Image.SMILE) (pour afficher le smiley par exemple)

D'autres symboles sont disponibles sur cette page.

Images personnelles

Bien sûr, il est possible de créer sa propre image sur le micro:bit. C'est facile.
Chaque pixel LED sur l'affichage physique peut prendre une parmi dix valeurs. Si un pixel prend la valeur 0 (zéro) c'est qu'il est éteint. Littéralement, il a une luminosité de zéro. En revanche, s'il prend la valeur 9 il est à la luminosité maximale. Les valeurs de 1 à 8 représentent des niveaux de luminosité entre éteint (0) et « à fond » (9).

from microbit import *

bateau = Image("05050:"
               "05050:"
               "05050:"
               "99999:"
               "09990")

display.show(bateau)

Chaque ligne de l'affichage physique est représentée par une ligne de nombres se terminant par : et entourée de " guillemets doubles.
Chaque nombre indique une luminosité. Il y a cinq lignes de cinq nombres donc il est possible de spécifier la luminosité individuelle de chacune des cinq LED sur chacune des cinq lignes sur l'affichage physique.
C'est ainsi qu'on créé une image.

Remarque : Avec l'instruction display.set_pixel(x,y,l) il est possible de régler la luminosité des pixels de l'affichage individuellement de 0 (désactivé) à 9 (luminosité maximale). x et y varient de 0 à 4.
Exemple : display.set_pixel(1, 4, 9) allume la 2ème LED de la 5ème ligne

Les boutons

• button_a.is_pressed() renvoie True si le bouton est effectivement appuyé ;
• button_a.was_pressed() renvoie True si le bouton a été appuyé
• button_a.get_pressed() renvoie le nombre de fois que le bouton a été appuyé.

Lancer de dé

Utilisation des capteurs de la micro:bit

• Un accéléromètre
• Un capteur de luminosité
• Un capteur de température
• Un capteur de champ magnétique (ou boussole)

Le capteur de lumière

En inversant la fonctionnalité des LEDs d'un écran pour devenir un point d'entrée, l'écran LED devient un capteur de lumière basique, permettant de détecter la luminosité ambiante.

La commande display.read_light_level() retourne un entier compris entre 0 et 255 représentant le niveau de lumière.

from microbit import *

soleil = Image("90909:"
               "09990:"
               "99999:"
               "09990:"
               "90909:")

lune = Image("00999:"
             "09990:"
             "09900:"
             "09990:"
             "00999:")

while True:
    if display.read_light_level()>"Compléter ici":
        display.show(soleil)
    else:
        display.show("Compléter ici")
    sleep(10)
    

Le Capteur de température

Le micro:bit n'a pas un capteur de température dédié. Au lieu de cela, la température fournie est en fait la température de la puce de silicium du processeur principal.
Comme le processeur chauffe peu en fonctionnement (c'est un processeur ARM à grande efficacité), sa température est une bonne approximation de la température ambiante.
L'instruction temperature() renvoie la température de la carte micro:bit en degrés Celsius.

Accéléromètre

Un accéléromètre mesure l'accélération de la carte micro:bit ; ce composant détecte quand la micro:bit est en mouvement. Il peut aussi détecter d'autres actions (gestes), par exemple quand elle est secouée, inclinée ou qu'elle tombe.

Les smartphones utilisent un accéléromètre pour savoir dans quel sens afficher les images sur son écran. Des manettes de jeux contiennent aussi des accéléromètres pour aider à tourner et à se déplacer dans les jeux.

• X : l'inclinaison de gauche à droite.
• Y : l'inclinaison d'avant en arrière.
• Z : le mouvement haut et bas.

Dans l'exemple suivant à essayer, l'instruction accelerometer.get_x() permet de détecter un mouvement de gauche à droite en renvoyant un nombre compris entre -1023 et 1023; 0 étant la position "d'équilibre"

from microbit import *
while True:
    abscisse = accelerometer.get_x()
    if abscisse > 500:
        display.show(Image.ARROW_E)
    elif abscisse < -500:
        display.show(Image.ARROW_W)
    else:
        display.show("-")
    

Boussole

from microbit import *

#Calibrage boussole
compass.calibrate()

#boucle
while True:
    angle = compass.heading()
    if 315 <= angle or angle <= 45:
        display.show("N")
    elif 45 < angle and angle <= 135:
        display.show("E")
    # compléter les autres cas ici 
#attente d'une seconde
    sleep(1000)
    

Projet

S'entraîner

• Test d'entraînement