La place des microcontrôleurs dans le Projet expérimental et numérique

Présentation sommaire du fonctionnement des microcontrôleurs

Deux types de microcontrôleurs sont particulièrement employés dans les établissements : les microcontôleurs Arduino® (dont les laboratoires de physiques sont généralement équipés) et micro:bit (souvent utilisés par les collègues de sciences de l’ingénieur et/ou de SNT).

https://tube-versailles.beta.education.fr/videos/watch/dec7115a-6e63-4567-9ca7-07a744223189

De très nombreux capteurs (peu coûteux) peuvent être connectés aux microcontrôleurs Arduino® et BBC micro:bit® :

  • Pour mesurer les variables physique de l’environnement : capteur de flamme (sensible aux rayons infrarouges de 750 à 1100 nm), capteur d’altitude et de pression, capteur de son, thermomètre infrarouge, capteur de lumière RGB, photorésistance (résistance proportionnelle à la quantité de lumière qu’elle reçoit), capteur d’humidité des sols, capteur UV,  capteurs de gaz (capteurs de méthane, butane, LPG, éthanol, monoxyde de carbone, CO2, ozone, particules fines), thermistance (résistance proportionnelle à la température), compteur Geiger (rayonnements alpha, beta, gamma, rayon X)…
  • Pour mesurer le mouvement : accéléromètre, capteur de flexion (résistance variant avec leur flexion), capteur de vibrations piézoélectriques, capteur d’obstacles et de proximité, capteur de mouvement PIR (détection des radiations IR dans un rayon de 5 mètres), détecteur tilt, transducteur ultrason (capteur de distance), capteur d’angle, cellule de charge (mesure de la masse par conversion de la pression exercée en signal électrique), capteur magnétique à effet hall…
  • Pour réaliser des mesures biométriques et interagir avec l’être humain : caméra thermique, caméra infrarouge, lecteur d’empreinte digitale, capteur de pulsations, capteur musculaire, capteur capacitif (détection du contact), joystick…

Ces capteurs sont connectés au microcontrôleur par le biais de ports numériques et/ou analogiques. Le contrôle des capteurs et le relevé des mesures s’effectuent grâce à un programme qui doit être téléversé sur le microcontrôleur.

La programmation du microcontrôleur

Programmer en tapant du code…

Plusieurs applications permettent de coder un programme en divers langages (Python, C++…).

> Arduino®

Le logiciel IDE Arduino® (téléchargeable ici) permet de coder et de téléverser le programme conçu sur le microcontrôleur (connecté à l’ordinateur par un port USB). Les données récoltées peuvent ensuite être traitées dans un tableur ou à l’aide d’un programme Python.

> micro:bit

Le site de micro:bit propose plusieurs éditeurs de codes : Microsoft MakeCode, éditeur Python et même des éditeurs pour équipement mobile (micro:bit Android app et micro:bit iOS app) permettant de programmer depuis son smartphone et d’effectuer le téléversement par bluetooth. La plateforme Vittascience propose de nombreuses ressources pour apprendre à programmer (aussi bien sur Arduino® que sur micro:bit).

Programmer par bloc, pour rendre la programmation plus accessible

La programmation par bloc consiste à enchaîner et imbriquer un ensemble d’instructions dans un langage compréhensible et présentées sous la forme de petits modules appelés blocs. Les logiciels permettant de programmer ainsi fonctionnent par “glisser/déposer” ce qui facilite grandement la programmation.

  • La plateforme Vittascience propose de nombreuses ressources pour apprendre à programmer par bloc (aussi bien sur Arduino® que sur micro:bit).

https://tube-versailles.beta.education.fr/videos/watch/019bff30-7bf7-439c-84a7-cc1343208236

Une vidéo présentant un exemple de programmation par bloc (via Vittascience) sur une carte micro:bit (Mesure de la concentration en CO2 atmosphérique)

Des pistes d’exploitation