dimanche 25 février 2018

Communication RF 433 MHz entre ATTiny85 et Arduino

Je vous propose aujourd'hui un petit projet consistant à transmettre à une carte Arduino la mesure d'un capteur analogique branché à un ATTiny85, au moyen d'un signal radio de 433 MHz.  Si vous le désirez, vous pouvez utiliser les principes exposés dans ce billet pour mettre en place un réseau constitué de plusieurs capteurs satellites peu coûteux qui communiquent leurs données à un seul Arduino.

Si vous préférez, vous pouvez également utiliser les informations présentées ici pour créer une communication entre deux ATTiny85, ou entre deux cartes Arduino.

Matériel nécessaire pour faire cette activité: une paire émetteur/récepteur 433 MHz, une carte Arduino, un ATTiny85 (avec une alimentation et ce qu'il faut pour le programmer). et un potentiomètre qui tiendra lieu de capteur.



Installation de la bibliothèque Manchester

Le sketch que je vous propose pour l'émetteur et pour le récepteur nécessitent tous deux la bibliothèque Manchester, que vous devrez donc installer dans votre IDE Arduino.

Deux fichiers d'exemple sont fournis avec la bibliothèque: "ManchesterRX_Array-unfixed_length" et "ManchesterTX_Array-unfixed_length".  Ces deux sketches fonctionnent très bien (ils ont d'ailleurs servi de fondation aux sketches que je vous propose ci-dessous), mais pour obtenir de bons résultats, j'ai dû supprimer l'appel à la routine "man.workAround1MhzTinyCore()" dans le sketch de l'émetteur et diminuer la vitesse de la communication (2400 plutôt que 9600).

Sketch de l'émetteur (pour l'ATTiny85)

Voici le sketch destiné à l'ATTiny85.  Au besoin, vous pouvez vous référer à ce précédent billet qui explique comment programmer l'ATTiny avec l'IDE Arduino et une carte Arduino Uno.  Comme d'habitude, j'ai utilisé le noyau de David A. Mellis.

Le sketch est plutôt simple: une fois par seconde, l'ATTiny enverra, par l'entremise de l'émetteur RF, un message constitué de 4 octets: le premier octet contient la taille du message, et le deuxième octet contient le numéro de l'émetteur (qui n'a aucune utilité si votre carte Arduino ne reçoit des messages qu'en provenance d'un seul ATTiny, mais qui pourrait s'avérer essentiel pour distinguer plusieurs ATTiny émetteurs l'un de l'autre).

Les deux autres octets contiennent la lecture analogique que nous désirons transmettre.  Puisque le convertisseur analogique-numérique de l'ATTiny produit des valeurs à 10 bits, la lecture du potentiomètre doit être distribuée sur deux octets distincts, grâce aux fonctions highByte et lowByte (l'Arduino récepteur s'occupera de les fusionner lors de la réception).



Sketch du récepteur (pour la carte Arduino)

Rien de très complexe de ce côté non plus, puisque c'est la bibliothèque Manchester qui effectue le sale boulot: chaque fois qu'un message est reçu, il est affiché sur le moniteur série.



Circuit de l'émetteur (ATTiny85)

Une LED indicatrice est branchée à la pin 0, l'émetteur est branché à la pin 1, et le potentiomètre est branché à la pin 2 de l'ATTiny85, tel qu'indiqué sur le schéma ci-dessous.
La LED n'est pas obligatoire;  elle change d'état chaque fois qu'un message est envoyé, ce qui peut être utile pour savoir si votre ATTiny est actif ou non.



Circuit du récepteur

Le récepteur est connecté à la broche 4 de l'Arduino.  C'est la LED intégrée à la carte qui change d'état pour indiquer la réception d'un message.



Résultats

Toutes les secondes, l'ATTiny mesure la position du potentiomètre et envoie le résultat à l'Arduino. Sur réception d'un message, l'Arduino l'affiche dans le moniteur série.  Lorsque vous tournez le potentiomètre, la valeur transmise est modifiée.


Et ensuite?

Vous trouverez ici d'autres projets impliquant l'ATTiny85.  En ce qui concerne les émetteurs et récepteurs RF 433 MHz, vous serez peut-être intéressé par ce projet impliquant deux cartes Arduino, ou celui qui établit une communication entre Arduino et Raspberry Pi.

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

jeudi 15 février 2018

Jouer une mélodie avec le MPLAB Xpress Evaluation Board

L'activité d'aujourd'hui consiste à faire jouer une mélodie de votre choix à travers un petit haut-parleur branché à une carte MPLAB Xpress Evaluation Board (cette carte utilise un microcontrôleur PIC 16F18855 mais notre méthode pourra s'appliquer à bien d'autres microcontrôleurs de la série PIC).

Pour produire le signal sonore, nous allons utiliser une fonction du microcontrôleur qui se nomme NCO, pour Numerically Controlled Oscillator; il s'agit d'un oscillateur qui produit un signal en créneaux dont la fréquence peut être contrôlée à volonté par notre programme.

Le circuit

Le signal produit par l'oscillateur sera accessible par la sortie RC0 du microcontrôleur.  Il est fortement déconseillé de brancher un haut-parleur de 8 Ω directement sur la sortie d'un microcontrôleur, car les courants générés dépassent largement les limites permises.  Je vous suggère plutôt de piloter indirectement le haut-parleur en utilisant un transistor: le faible courant qui circulera dans la base du transistor contrôlera un courant plus intense qui circulera dans le haut-parleur.

Il existe plusieurs variantes (on peut utiliser un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champ), voici le circuit que j'ai utilisé:


Même circuit, en version Fritzing:


Si vous désirez vous simplifier la vie, vous pouvez aussi utiliser un buzzer piézo qui, compte tenu de sa grande impédance, peut sans problème être branché directement à la sortie RC0.  Mais la qualité sonore sera moins bonne.

Configuration du projet avec MCC

Nous allons d'abord créer un nouveau projet dans MPLAB Xpress, et ensuite effectuer quelques réglages au moyen du MPLAB Xpress Code Configurator (MCC).  Si vous n'êtes pas familier avec ces outils, il pourrait s'avérer utile de jeter un oeil sur cet article.

Dans MCC, vous localisez "NCO" dans la liste intitulée "Device Resources".  Vous cliquez deux fois sur "NCO1" afin de l'ajouter à votre projet :


 NCO1 apparaît maintenant dans la liste "Project resources":


Je rappelle que NCO signifie Numerically Controlled Oscillateur: il s'agit d'un oscillateur dont nous pourrons contrôler la fréquence à volonté.

Les paramètres par défaut de NCO1 sont adéquats: vous n'avez pas à modifier quoi que ce soit: "NCO mode" est réglé à "FDC_mode", "Output polarity" est à "active_io" et "Clock Source" est réglé à "FOSC".

Notez qu'avec ces réglages, la fréquence maximale de l'oscillateur sera de 500 000 Hz (cette information sera utile lors de la rédaction de notre programme).


Nous allons associer la broche RC0 à l'oscillateur NCO1, en cliquant le cadenas approprié dans le bas de l'écran (sur la ligne NCO1 - ouput), puisque c'est là que nous avons branché notre haut-parleur:


Ne pas oublier de cliquer sur le bouton "Generate" afin que nos réglages soient exportés vers le projet que nous avons créé dans MPLAB Xpress.

Calcul des fréquences

Chaque note musicale de la gamme est associée à une fréquence bien précise.  Par exemple, une fréquence de 130,81 Hz donne un do.

Pour choisir la fréquence à laquelle vibrera notre oscillateur, nous devons régler la valeur du registre d'incrémentation ("increment register") qui est un nombre à 16 bits réparti sur deux octets: NCO1INCH (haute valeur) et NCO1INCL (basse valeur).  Plus cette valeur est grande, plus la fréquence d'oscillation sera élevée.

Puisque la valeur maximale du timer est de 1 048 575 et que la fréquence maximale de l'oscillateur est de 500 000 Hz, nous calculons la valeur du registre d'incrémentation de la façon suivante:


Par exemple, pour produire une fréquence de 130,81 Hz correspond à un do,  l'équation nous donne une valeur décimale de 549 qui se traduit par le nombre binaire 1000100101.  Il reste à placer les 8 derniers bits (00100101) dans le registre NCO1INCL et les bits excédentaires (10) dans le registre NCO1INCH.  Dans le script présenté ci-dessous, c'est ainsi que j'ai défini la note "C3":

const int NoteC3[2] = {0b00000010, 0b00100101};

Le script

J'ai cherché à faire un programme qui rendrait facile l'écriture d'une mélodie.  J'ai donc défini toutes les notes de la gamme sur 3 octaves (ces constantes portent des noms de la forme "NoteA3", "NoteC2", etc.  Il s'agit de la convention dans laquelle "A" correspond à un LA, "B" correspond à un SI, etc.

Pour chaque note qu'on désire jouer, il s'agit d'utiliser la commande "Playnote" en donnant comme argument le nom de la note (comme par exemple "NoteC2" pour le do le plus grave) et la durée (1 pour une noire, 2 pour une blanche, 4 pour une ronde...).

Vous pouvez modifier la valeur de la variable globale "tempo" pour changer la vitesse à laquelle la mélodie sera jouée.




Voici, pour terminer, une courte vidéo permettant d'entendre le résultat.




D'autres articles du même genre

J'ai déjà publié plusieurs articles impliquant le MPLAB Xpress Evaluation Board:  programmation des entrées/sorties, communication série par USB, utilisation d'une entrée analogique, contrôle d'un moteur à courant continu.

Si vous désirez jouer une mélodie en utilisant autre chose que le MPLAB Xpress Evaluation Board, ces articles pourraient vous intéresser: brancher un haut-parleur à l'Arduino,  jouer une mélodie avec le STM32 Nucleo, jouer une mélodie avec l'ATTiny85Bip bip: 5 circuits qui produisent un son.


Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

samedi 10 février 2018

Jouer une mélodie avec l'ATTiny85

Si, tout comme moi, vous programmez l'ATTiny85 avec l'IDE Arduino et le noyau ATtiny par David A. Mellis, vous avez peut-être été frustré par l'absence de support pour la fonction "tone()" qui permet, sur une carte Arduino, de produire un son dont on peut contrôler la fréquence à volonté.


Il existe toutefois un remède, proposé par David Johnson-Davies dans son excellent blog Technoblogy: dans un sketch qu'il a baptisé "TinyTone", il utilise le timer/counter1 de l'ATtiny85 pour produire l'équivalent de ce que fait la fonction tone() sur l'Arduino.

Programmation de l'ATTiny

Au besoin, référez-vous à ce billet pour la façon d'installer le noyau ATtiny de David A. Mellis et programmer l'ATTiny au moyen d'une carte Arduino.

Sketch

Le sketch ci-dessous est celui publié par David Johnson-Davies, dans lequel je me suis contenté de modifier la mélodie (il s'agit d'À la Claire Fontaine) de la fonction playTune().  Le contenu de la fonction TinyTone() peut vous sembler obscur si vous n'êtes pas familier avec la manipulation des registres de l'ATTiny, mais vous n'aurez probablement pas besoin de la modifier.



Circuit

Après avoir programmé l'ATTiny85, il ne reste plus qu'à lui ajouter un haut-parleur sur la broche physique numéro 6 (également nommée broche 1 pour l'IDE Arduino), tel qu'illustré ci-dessous.


Vidéo du résultat


Aller plus loin

Pour générer des sons plus sophistiqués, vous pouvez également jeter un oeil sur le Tiny Synth, également développé par David Johnson-Davies et présenté dans son blog Technoblogy.  De plus, David vient tout juste de publier une version améliorée de sa fonction "TinyTone()".

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)
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