Auteur/autrice : QUOY

petit tuto sur le shiel boutons/joystick FUNDUINO , bein utile pour les application type commande de robot ou modèle reduit.

ce shield de 85 mm par 55 mm se monte directement sur un arduino UNO ou MEGA.

DESCRIPTION:

il comporte :

• un joystick avec 2 axes X/Y et une fonction bouton poussoir (appui vertical)
• 4 boutons poussoirs plastique designé A B C et D
• 2 micro boutons poussoirs désignés E et F
• 1 connecteur I2C ( rectangle orange en bas a droite )
• 1 connecteur pour module bluetooth HC06 ( rectangle bleu en haut a droite)
• 1 barrette de connexion pour écran LCD Nokia 5110 (rectangle vert)
• 1 slot 2×4 pour module radio nRF24L01

BROCHAGE:

le shield utilise les broche numeriques et analogiques ARDUINO suivant le tableau ci dessous :

EXEMPLE DE PROGRAMME

voyons un petit exemple simple d’utilisation, nous allons lire l’etat des entrées binaires E2 a E8 correspondant aux boutons A a J et la valeur des potentiometres de Joystick A0/A1 et afficher tout ça sur le moniteur série ( qu’il faudra ouvrir une fois le programme format txt copié dans l’IDE ARDUINO puis téléversé sur la carte).

void setup() {
  for (int i=2; i <= 8; i++)   {
      pinMode(i, INPUT_PULLUP);                   
  }
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    for (int i=2; i <= 8; i++)   {
         Serial.print("E");
         Serial.print(i); 
         Serial.print(":");
         Serial.print(digitalRead(i));
         Serial.print("  ");                            
    }
    Serial.println(" ");
    Serial.print("A0: ");         
    Serial.println(analogRead(A0));
    Serial.print("A1: ");   
    Serial.println(analogRead(A1));
    delay(1000);
    Serial.println("NOUVELLE LECTURE");
}

petite vue du résultat sur moniteur série:

ce programme peut etre modifié pour de la telecommande radio par exemple en intégrant les valeurs lues dans des variables et en les envoyant a un recepteur radio via un module nRF24L01.

voyons l’utilisation d’un module type GPS NEO-6M pour récuperer les données GPS via un ARDUINO UNO

Le MODULE GPS NEO-6M:

on trouve ce petit module GPS sur AMAZONE , ALIEXPRESS , Ebay pour une fourchette de prix (2022) de 5 à 10 € piece. il en existe différentes version avec PCB rouge ou bleu et une antenne rectangulaire ou carrée.

ci dessous photo recto verso du module utilisé pour ce tuto.

une fois branché sur un arduino UNO via les broche serie Tx et Rx , il est capable de fournir une multitude de données de géolocalisation dont les principales sont:

• latitude et longitude
• altitude
• vitesse
• nombre de satellites vus
• date et heure UTC

EXEMPLE BASIQUE d’UTILISATION

premier exemple simple d’utilisation, nous allons lire les données reçues du GPS et les afficher dans le moniteur Serie.

le montage

on raccorde les broches Rx et Tx du module aux broches 3 et 4 de l’arduino UNO la broche GND du module au GND de l’UNO et la broche Vcc du module au 3,3V de l’UNO.

le programme

ouvrir le programme ci dessous dans l’IDE arduino et le televerser dans l’arduino.

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial ss(3, 4);
void setup(){
  Serial.begin(9600);
  ss.begin(9600);
}

void loop(){
  while (ss.available() > 0){
    byte gpsData = ss.read();
    Serial.write(gpsData);
  }
}

ouvrir le moniteur serie et configurer a 9600 bauds puis se positionner pres d’une fenetre ou dehors puis attendre un petit moment que le module GPS établisse le contact avec les satellites ( la LED sous le modules est allumée fixe puis se met a clignoter une fois le signal GPS recu).

le moniteur serie affiche en temps réel les trame NMEA reçues du GPS.

ci dessous , un document PDF qui explique ce que sont les Trames NMEA reçues par un GPS.

AFFICHAGE DES DONNES SUR ECRAN I2C LCD

dans ce deuxieme exemple, nous allons voir comment afficher les données sur un ecran LCD I2C de 4 lignes de 20 caracteres. le montage sera alimenté par une pile 9V et sera ainsi autonome et utilisable dans une voiture par exemple pour tester ses fonctionnalités.

le montage

.

le programme

ouvrir le programme ci dessous dans l’IDE arduino et le televerser dans l’arduino.

le programme utilise la librairie “TinyGPSPlus.h” disponible ici :

https://github.com/mikalhart/TinyGPSPlus

#include <Arduino.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include <Wire.h>
#include <TinyGPSPlus.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

TinyGPSPlus GPS;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); // LCD address to 0x20 (20 chars on 4 line)
SoftwareSerial ss(3, 4);            //serial connection to GPS (Rxpin,Txpin)

void setup() {
  ss.begin(9600);
  Serial.begin(9600);
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0); 
  lcd.print("GPS Neo 6M");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("attente signal");
}

void loop() {
  while (ss.available() > 0)   {
    if (GPS.encode(ss.read()))    {
      if (GPS.location.isUpdated() && GPS.altitude.isUpdated()) {
          lcd.clear();
          lcd.setCursor(0, 0);
          lcd.print("LT");
          lcd.setCursor(3, 0);
          lcd.print(GPS.location.lat(), 3);
          lcd.setCursor(11, 0);
          lcd.print("LG");
          lcd.setCursor(14, 0);
          lcd.print(GPS.location.lng(), 3);
          lcd.setCursor(0, 1);
          lcd.print("AL");
          lcd.setCursor(3, 1);
          lcd.print(GPS.altitude.meters());
          lcd.setCursor(11, 1);
          lcd.print("VI");
          lcd.setCursor(14, 1);
          lcd.print(GPS.speed.kmph(), 2);
          lcd.setCursor(7, 2);
          lcd.print("SA");
          lcd.setCursor(10, 2);
          lcd.print(GPS.satellites.value());
          lcd.setCursor(0, 3);
          lcd.print(GPS.date.day());
          lcd.setCursor(2, 3);
          lcd.print("/");
          lcd.setCursor(3, 3);
          lcd.print(GPS.date.month());
          lcd.setCursor(5, 3);
          lcd.print("/");
          lcd.setCursor(6, 3);
          lcd.print(GPS.date.year());
          lcd.setCursor(11, 3);
          lcd.print(GPS.time.hour());
          lcd.setCursor(13, 3);
          lcd.print(":");
          lcd.setCursor(14, 3);
          lcd.print(GPS.time.minute());
          lcd.setCursor(16, 3);
          lcd.print(":");
          lcd.setCursor(17, 3);
          lcd.print(GPS.time.second());
          delay(2000);
        }
      }
    }
  }

petite photo du montage en fonctionnement:

il est possible de compacter l’ensemble en remplaçant l’ecran LCD par un ecran I2C OLED 128×32 et en montant l’ensemble sur un shield (ici un shield SD pour enregistrer les données en temps réel sur une carte SD.

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voyons ici comment utiliser le CNC SHIELD pour des applications de pilotage de moteurs pas a pas en dehors du domaine de la CNC de loisir.

nous avons vu dans la rubrique moteur pas a pas comment piloter un moteur type NEMA 17 a partir d’un driver type POLOLU A4988 , a partir de ce principe , il est possible de piloter plusieurs moteur NEMA sur un ARDUINO UNO . Dans la rubrique ARDUINO-CNC , est développé brièvement la description de l’utilisation d’un CNC SHIEL pour commander une petite CNC DIY de loisir , nous allons voir ici de façon plus approfondie son principe et ses utilisations potentielles dont aussi les utilisations autres que pour de la CNC.

DESCRIPTION

comme tous les shield , le CNC shield est prévu pour se monter sur un ARDUINO UNO mais aussi sur un ARDUINO MEGA.

vue de dessus

vue arriere

BROCHAGE

le shield est concu a la base pour etre utilisé en applications CNC sur un ARDUINO avec GRBL installé dessus . GRBL est un programme permettant de lire des instruction GCODE reçues d’un programme de conduite de CNC et de les transformer en trajectoires lineaires ou circulaires. pour les aspects CNC et GCODE voir les rubriques dédiées du site.

son architecture est donc prévue pour fonctionner selon le brochage arduino ci dessous:

le shield comporte des slot permettant de recevoir des drivers d’axe type POLOLU A4988 ou DRV8825 dont l’architecture de fonctionnement est la suivante :

le principe de fonctionnement est décrit avec des exemples de programme arduino simple dans la rubrique spécifique ICI

ALIMENTATION

le shield comporte un bloc de connexion bleu en bas a gauche permettant de faire l’alimentation en puissance (motor power supply 8-35V ) en orange dans le schéma ci dessus. pour les montage en alimentation 12V ( batterie auto ou moto) il est possible de combiner l’alimentation du shield et de l’arduino via un cable commun dont voici une proposition de conception avec des prises jack male/femelle standard de 5,5mm:

le shield est prévu pour recevoir jusqu’a 4 drivers type POLOLU dont les emplacements sont notés: X – Y – Z – A . visuellement , ils sont différenciés par des slot jaunes pour X,Y et Z et des slots ROUGE pour A. cette notation est en correspondance avec la notation des axes utilisé en CNC. chaque emplacement comporte son condensateur filtre de 100 micro farrad entre les 2 rangées de slot support

le 4° driver ( emplacement A, slot rouge) peut etre configuré pour une utilisation en synchronisation avec l’un des 3 autres soit en 4° axe propre. on peut donc piloter jusqu’a 4 moteurs pas a pas indépendamment avec un CNC SHIELD.

CONFIGURATION DU 4° DRIVER:

elle se fait au moyen de cavaliers a positionner sur les broches juste au dessus du connecteur d’alimentation

ici un exemple de config avec l’axe A en tandem de l’axe Y

et pour un fonctionnement en 4° axe , dans ce cas ce sont les broches 12 et 13 de l’arduino qui vont permettre de piloter le driver en DIR/STEP avec la broche 12 arduino pour le signal STEP et la broche 13 arduino pour le signal DIR.

le schema de brochage ARDUINO equivalent devient ainsi le suivant ( modifications en rouge):

LE MICRO STEPPING:

le micro stepping de chaque driver se configure indépendamment au niveau de chaque emplacement via des broche sur lesquelles on positionne des jumpers de court circuit permettant de mettre chaque position M0-M1-M2 au 5V avec un cavalier dédié. sans cavalier , le bloc correspondant est au niveau LOW, avec un cavalier il passe au niveau HIGH

le choix de configuration dépends du niveau de micro-stepping souhaité , par exemple avec un drive DRV8825 capable d’un micro-stepping jusqu’a 1/32 voici les config possibles :

le probleme avec le shield CNC c’est que le micro-stepping n’est pas commandable via une broche arduino. une fois les cavaliers positionnés , pas possible , a priori , de faire varier le micro-stepping avec un code arduino via une broche de l’UNO.

ceci dit si l’on reprends le brochage de l’UNO avec 4 moteurs :

les broches 8-9-10 et 11 , dédiées a la fonction Enable et aux limites d’axes en version shield CNC sont disponibles pour d’autres actions , il est donc possible de les utiliser pour une “config” globale du micro-stepping en renvoyant les pins de config des drivers sur ces sorties. pour cela il suffit de réaliser des câbles spécifiques entre les broches de micro-stepping des drivers et les broches 8-9-10-11.

exemple d’un cable simple :

qui une fois branché sur les broches END STOPS X+ et X- correspondant a la broche D9 permet de contrôler l’état de M2 via le programme . avec 3 cables communs sur les broches M0 , M1 et M2et sur les broches 9-10-11 de l’arduino il est donc possible de contrôler via le soft , de façon commune, l’état des 3 broches M0, M1 et M2 des drivers.

la photo ci dessous montre une configuration ou les 2 supports de POLOLU X et Y ont un cavalier vert sur M0 et jaune sur M1 et le cable de renvoi M2 sur les broches X+ X- soit D9 sur l’arduino Uno ( voir ci dessous descriptif des connecteurs) . ce câblage permet donc de switcher, des POLOLU DRV8825 par programme C++ entre une config M0-M1-M2 a niveau HIGH-HIGH-LOW ( 1/8step) et HIGH-HIGH-HIGH (1/32 step).

bien sur ces 3 broches peuvent être utilisée a d’autres contrôles que les drivers.

LA CONNECTIQUE LATÉRALE DROITE:

le connecteur latéral a droite de la carte permet de récupérer un certain nombre de broches de l’arduino uno sur lequel il est branché, et donc brancher des capteurs ou des actionneurs. en voici la description:

L’ INTERFACE I2C :

Vu le nombre de sortie Arduino utilisées pour commander 4 moteurs pas a pas en utilisant les broche D9 D10 et D11 pour commander le microstepping, il peut etre interressant d’utiliser l’interface I2C pour communiquer avec des composants exterieurs compatibles du protocole I2C . pour cela il suffit d’utiliser l’ensemble des broches du connecteur en haut ( colonnes jaunes et bleues) sur la photo précédente . on y trouve en renvoi les broches GND et 5V ainsi que SDA ( A4) et SCL (A5) de l’interface I2C.

avec 2 bloc Dupont 4 connexions collés dos a dos on peut ainsi réaliser une prise rapide, comme par exemple dans la photo ci dessous ou le câble va ensuite sur un connecteur RJ11 utilisant un câble torsadé de téléphone pour aller a un ensemble écran/clavier/joystick géré sous le protocole I2C:

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REFROIDISSEMENT DES DRIVERS

il est possible de rajouter un petit ventilateur 5V sur le coté pour produire un flux d’air afin de refroidir les drivers (munis de radiateurs) , ceci ameliore l’efficacité des drivers. il faut donc réaliser un petit support pour fixer le ventilo sur le caté du bloc arduino/CNC shield.

exemple de réalisation : pour obtenir le fichier STL , voir ICI