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Ceinture de capteurs HC-SR04 avec Arduino

Ceinture de capteurs HC-SR04 avec Arduino

Objectifs : construire une carte électronique afin de connecter plusieurs capteurs ultrasons et réaliser un "sonar".

Difficulté : 3.5/5

Temps d'exécution : 1h30

Matériel nécessaire :

Les capteurs ultrasons sont parfaits pour détecter la distance d'un obstacle par rapport à votre robot ou autres machines mobiles. Ils ont déjà fait l'objet d'un premier tutoriel, qui vous expliquait comment utiliser un capteur HC-SR04. Mais si vous voulez augmenter le champ de vision de votre robot, il suffit d'en mettre plusieurs. Nous allons voir ensemble comment faire une carte qui facilite leur connexion à un microcontrôleur.

Les ceintures d'ultrasons sont très utiles, notamment pour la coupe de France de robotique où aucun contact avec le robot adverse n'est autorisé. Ci-dessus, l'image du robot de l'association ESTIA SYSTEM qui a participé l'année dernière.

Routage des capteurs ultrasons et de la veroboard :

Face recto de la ceinture de capteurs ultrasons

Tout d'abord, il faut réaliser le routage de la veroboard qui va permettre de fixer tout les connecteurs. La veroboard que j'utilise ne possède qu'une face cuivrée mais nous allons tout de même utiliser les deux faces de la carte.

Sur la face recto (non cuivrée) de la veroboard, c'est le câblage qui permet l'alimentation de tous les capteurs. Ils sont connectés en série à la carte arduino nano. Sur cette face, il y aura la carte arduino.

Les broches du capteur à ultrasons sont dans cet ordre (de gauche à droite) : VCC, TRIG, ECHO, GND. 

Comme les capteurs seront tournés vers l'extérieur de la carte, attention à ne pas se tromper de sens sur la face verso de la veroboard !

(lien de téléchargement du routage de la ceinture ultrasons face recto)

Face verso de la ceinture de capteurs ultrasons 

Sur la face verso (cuivrée) de la veroboard, le routage des signaux de sortie des capteurs et des entrées de la carte est réalisé. Sur cette face, il y a les capteurs ultrasons et leurs connecteurs (mâle et femelle).

(lien de téléchargement du routage de la ceinture ultrasons face verso)

Des connecteurs femelles droits sont utilisés aux emplacements des capteurs ultrasons. Ceux-ci pourront directement ce fixer dessus. Les connecteurs mâles permettent d'ajouter deux capteurs ultrasons supplémentaires via des fils et une interface de communication I2C via des fils (sur les broches A4 et A5).

Soudure de tous les connecteurs sur la veroboard :

Les connecteurs de la face recto

D'abord, il faut souder les connecteurs de la carte arduino nano. Pour m'aider, j'utilise une troisième main mécanique pour maintenir les connecteurs.

Une fois les connecteurs mis en place, il n'y a plus qu'a faire un point de soudure sur chaque broche de la carte arduino (si vous débutez, ce tutoriel sur la soudure peut peut être vous aider).

Face recto

Face verso

Lors des soudures, pour éviter de vous tromper, référez-vous au schéma de routage présenté au début du tuto.

Les connecteurs de la face verso

Sur cette face, il faut souder les connecteurs qui viendront accueillir les capteurs HC-SR04. La difficulté est qu'il n'y a pas de cuivre sur la face opposée, les soudures doivent donc être sur la même face que les connecteurs (à la différence des connecteurs de la carte arduino).

L'astuce est de surélever légèrement les connecteurs afin de les souder correctement. Il faut commencer par souder une broche sur les quatre de chaque connecteur pour pouvoir le redresser si jamais il n'est pas droit.

Réalisation des pistes de la ceinture de capteurs ultrasons :

Les pistes de la face verso

Lorsque tous les connecteurs ont été soudés sur la veroboard, il est temps de passer à la réalisation des pistes !

Pour réaliser les pistes, deux techniques sont possibles :

  • Soit en utilisant uniquement de l'étain entre chaque pastille pour les reliées, ce n'est pas très esthétique et parfois un peu compliqué.
  • Soit en dénudant totalement un fil monobrin et en le soudant a ses extrémitées, auquel cas juste deux soudures sont nécessaires.

J'utilise les deux techniques, lorsque la distance entre les pastilles à reliée est courte (2 ou 3 pastilles), je n'utilise pas de fils.

Les premières pistes sont faites, il reste à faire les autres !

Un conseil pour ceux qui se sont trompés dans le soudage de certaines pistes (comme moi....), ne recommencez pas tout ! L'erreur est rattrapable avec une tresse à dessouder, et quelques astuces sont données dans ce tutoriel pour savoir comment dessouder un composant.

Les pistes de la face recto

Lors de la conception du schéma de routage, nous avons pris le soin de laisser libres les pastilles en face des broches des connecteurs servant au connections du 5V et de la masse. Cela va permettre de faire passer les fils de la face recto pour les souder aux broches correspondantes.

Vous pouvez faire passer le fil du coté des connecteurs des capteurs HC-SR04 et les souder à la pastille puis compléter en reliant avec de l'étain la pastille avec la broche du connecteur.

Et voilà ! Vous avez réalisé une carte pour une ceinture de capteurs ultrasons !

Il ne vous reste plus qu'a utiliser un multimètre en mode testeur de continuité pour voir s'il n'y a pas de court circuit entre les pistes et le tour est joué !

Programmation de la ceinture de capteurs ultrasons :

Après une étape de soudure qui c'est bien déroulée (je n'en doute pas !), la partie programmation de la carte arduino nano ! Ci-dessous, voici un programme permettant de gérer les 6 capteurs ultrasons présents sur la carte.

Ce programme utilise la librairie "NewPing" qui permet de faciliter l'utilisation des capteurs à ultrasons. Cela nous dispense du calcul de la distance grâce à la lecture de l'impulsion renvoyée par le récepteur du capteur et réduit la longueur du code !

Chaque capteur est définit à partir de la ligne 24 à 29 avec l'instruction "NewPing" et le numéro des broches du récepteur, de l'émetteur et la distance maximale de détection que l'on veut.

Il faut ensuite appeler la fonction ping.cm() comme à la ligne 41 pour obtenir la distance mesurée par le capteur choisi.

Pour gérer 8 capteurs, il n'y a que quelques petites lignes à ajouter !

Il suffit donc d'ajouter une ligne pour définir chaque capteur à mettre en plus et de modifier l'affichage en conséquence.

Votre carte à ultrasons est désormais opérationnelle et prête à être placée sur votre robot !

Pourquoi ne pas utiliser cette ceinture de capteurs HC-SR04 pour faire un robot autonome avec ce kit de robot à chenille ? J'espère que ce tutoriel vous a aidé et n'hésitez pas à poser des questions sur le forum !

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