Depuis la mise au point de la première puce au silicium en 1961, la technologie a énormément progressé. Les puces à base de silicium, aujourd’hui intégrées parmi une multitude de composants sur une carte, ont permis la concrétisation de nombreuses applications de microcontrôleurs. Ces cartes microcontrôleurs sont utilisées pour envoyer et recevoir des signaux numériques/analogiques provenant de capteurs et d’autres circuits. Ces signaux sont traités dans le cerveau de la carte microcontrôleur (CPU - unité centrale de traitement) pour déclencher des événements, qu’il s’agisse de commander un vérin linéaire ou simplement de faire clignoter des LED.
Progressive Automations propose une variété de cartes microcontrôleurs, de shields d’extension et de capteurs pour répondre à tout projet dont vous pouvez rêver. Afin de prendre une décision éclairée sur ce qui convient le mieux à votre application, il est important d’avoir une idée des options disponibles et de ce qu’il faut considérer lors de l’achat d’un microcontrôleur.
Types de microcontrôleurs
La carte microcontrôleur la plus populaire est la série Arduino. Elle se décline en différentes configurations selon le nombre de broches d’entrée/sortie disponibles et la vitesse de traitement de la CPU. Ces cartes sont programmées en langage C. Heureusement, programmer un microcontrôleur de la gamme Arduino n’est pas difficile, car il existe de nombreuses ressources en ligne ; mais si vous avez besoin de vous exercer, Progressive Automations propose un Starter Kit Arduino, qui comprend plus de 200 composants et pièces électriques pour bien démarrer.
Les cartes Arduino Uno Rev3 et Arduino Leonardo sont toutes deux excellentes pour les débutants et pour les petits projets ne nécessitant que quelques broches d’entrée/sortie. L’Arduino Uno dispose de 14 broches numériques et 6 broches analogiques, tandis que le Leonardo offre 20 broches numériques et 12 broches analogiques. Par rapport à l’Uno, le Leonardo possède une communication USB 2.0 intégrée, qui lui permet de communiquer avec un ordinateur via USB. Si l’espace est une contrainte dans votre projet, l’Arduino Micro offre la même fonctionnalité que l’Arduino Leonardo, mais dans un format plus compact.
Les Arduino Mega et Arduino Due sont utilisés pour des projets plus importants nécessitant de nombreuses broches d’entrée/sortie. En termes de puissance de traitement, l’Arduino Due est toutefois plus de cinq fois plus rapide, avec une vitesse CPU de 84 MHz, contre 16 MHz pour les autres modèles Arduino. Les deux modèles disposent de 54 broches d’entrée/sortie numériques.
Projets avec microcontrôleurs
Voyons quelles applications nous pouvons réaliser à l’aide d’un microcontrôleur. Une grande variété de projets devient possible en intégrant un microcontrôleur pour accomplir diverses fonctions. Par exemple, un microcontrôleur programmable pourrait commander un vérin linéaire pour ouvrir/fermer un effecteur terminal (c.-à-d. un préhenseur) sur un bras robotisé à des moments précis. De plus, des capteurs de rétroaction peuvent aussi être utilisés aux extrémités de l’effecteur terminal pour déclencher une modification de signal dans le microcontrôleur. Cela permet d’activer l’effecteur terminal uniquement lorsque c’est nécessaire ou lorsqu’il détecte un objet à saisir.
Une autre application d’un microcontrôleur concerne le contrôle d’accès. Par exemple, des vérins linéaires sont parfois utilisés sur une trappe d’éolienne pour permettre aux techniciens d’accéder à l’intérieur de la nacelle de la turbine. Un microcontrôleur peut être connecté à un lecteur RFID/NFC et au vérin linéaire qui verrouille/déverrouille la trappe. Lorsqu’un technicien autorisé présente sa carte au lecteur, le microcontrôleur vérifie qu’il a les droits d’entrée et, le cas échéant, le vérin linéaire ouvre la trappe.
Le robot à plateforme Stewart est un projet qui utilise un microcontrôleur Arduino pour piloter six vérins linéaires qui stabilisent une plateforme. Il a été sélectionné en raison de sa grande vitesse de traitement, nécessaire pour calculer la cinématique inverse complexe requise pour stabiliser la plateforme. Les cas d’usage sont infinis lorsqu’on implémente un microcontrôleur dans un projet. Tout traitement requis peut être assuré par un microcontrôleur, numérisant et automatisant ainsi votre projet comme vous le souhaitez.
Comment choisir un microcontrôleur pour un projet
Maintenant que nous avons présenté les différents microcontrôleurs disponibles et les projets possibles, comment sélectionner un microcontrôleur pour votre application spécifique ? Le meilleur microcontrôleur dépend du projet/de l’application. Ci-dessous, nous avons compilé une liste de facteurs à garder à l’esprit lors du choix d’un microcontrôleur.
Besoins en alimentation
Tous les microcontrôleurs Arduino évoqués ont une tension de fonctionnement de 6 à 20 V. La tension peut provenir d’une alimentation par batterie ou d’une alimentation CA/CC. Cependant, toute tension inférieure à 7 V peut rendre le microcontrôleur instable si l’alimentation CC n’est pas parfaitement lissée. En outre, fournir plus de 20 V fera tomber en panne les régulateurs de tension et entraînera une dissipation thermique excessive.
Chaque modèle est livré avec des spécifications de courant pour l’alimentation et les broches d’entrée/sortie. Si les broches d’entrée/sortie ont un courant maximal de 200 mA, assurez-vous que ce que vous connectez à ces broches ne dépasse pas cette valeur. Par exemple, si vous avez un vérin linéaire qui consomme 1 A à pleine charge, vous savez que cela dépassera le courant admissible de la broche d’entrée/sortie sur l’Arduino. Il est donc préférable d’utiliser une carte pilote et d’alimenter le vérin linéaire avec une alimentation séparée, dotée d’un courant nominal plus élevé.
Vitesse de traitement
La vitesse de traitement de la plupart des microcontrôleurs Arduino est de 16 MHz. Si vous avez besoin de vitesse, l’Arduino Due atteint 84 MHz – ce qui signifie qu’il peut exécuter 84 millions d’instructions par seconde. Cette vitesse est nécessaire lorsque plusieurs entrées/sorties doivent être exécutées avec un délai minimal (c.-à-d. traitement des calculs, communications série, et lecture/écriture des broches).
À titre d’exemple pratique, un microcontrôleur connecté à un vérin linéaire et à un interrupteur est programmé pour arrêter l’extension du vérin linéaire lorsqu’il atteint l’interrupteur. Si la vitesse du vérin linéaire est trop élevée et que les capacités de traitement de l’Arduino sont trop lentes, le vérin linéaire heurtera l’interrupteur et causera des dommages. Une solution consiste à ralentir le vérin linéaire ou à opter pour un microcontrôleur avec une vitesse de traitement plus élevée.
Broches
Selon la complexité de votre projet, vous pouvez avoir besoin d’un microcontrôleur avec seulement quelques broches, ou d’un microcontrôleur avec de nombreuses broches. Dans certains cas, plusieurs microcontrôleurs peuvent être nécessaires pour prendre en charge l’éventail d’électroniques que vous envisagez d’y connecter.
Il est également possible de chaîner en série les ports de communication série de plusieurs cartes Arduino pour créer un réseau de contrôleurs qui interagissent entre eux. Les programmes de microcontrôleur pour une telle application sont plus complexes, mais cela illustre la flexibilité de cette technologie. À titre indicatif, choisissez un Arduino avec le nombre de broches dont votre projet aura besoin, plus une ou deux broches supplémentaires, au cas où.
Shields ou circuits additionnels
Si vous envisagez d’acheter une carte d’extension d’entrées/sorties ou un autre shield Arduino, assurez-vous que le modèle choisi est compatible avec le modèle d’Arduino que vous utilisez. La plupart des shields fournis par Progressive Automations sont compatibles avec l’Arduino Uno, comme le MegaMoto GT à pont en H, conçu pour piloter plusieurs vérins linéaires simultanément. Comme la plupart des vérins linéaires tirent un courant qui dépasserait le courant maximal d’une broche d’entrée/sortie de l’Arduino, la carte pilote MegaMoto est utilisée comme un commutateur, qui ne nécessite qu’un signal numérique pour allumer/éteindre l’actionneur, faire varier la tension ou changer de direction.
Vous souhaiterez peut-être permettre la commande d’un vérin linéaire au sein de votre projet via le réseau. Il vous faudra choisir un microcontrôleur sans fil, ce qui peut se faire en achetant un module WIFI ou Bluetooth compatible avec l’Arduino que vous avez sélectionné. Ces modules permettront la télécommande sans fil de votre projet.
L’avenir numérique
Le choix d’un microcontrôleur pour votre projet n’a pas besoin d’être compliqué. Gardez simplement à l’esprit les points abordés précédemment et vous serez sur la bonne voie pour automatiser votre projet, qu’il s’agisse de piloter un seul vérin linéaire ou une multitude de vérins linéaires. Un microcontrôleur peut apporter de nombreux bénéfices à votre projet en vous rapprochant d’un avenir numériquement automatisé !
Pour plus d’informations sur les microcontrôleurs ou l’un de nos produits, contactez-nous et l’un de nos ingénieurs experts vous contactera !