1. Besoins et contraintes

J’ai enseigné la Technologie au collège pendant 3 ans, en complément de service. Sino j’enseigne les Sciences de l’Ingénieur au LP2I (Lycée Pilote Innovant de Jaunay-Clan). J’ai passé beaucoup de temps à chercher et choisir des moyens matériels et logiciels pour permettre à mes élèves de travailler sur les différentes fonctions d’un système pluritechnique, que ce soit au niveau de la chaîne d’information ou de la chaîne d’énergie : capteurs, interfaces de dialogue (boutons, Leds, écrans, …), cartes électroniques pour le traitement programmé de l’information, interfaces de communication (liaisons séries, Bluetooth, …), alimentations (y compris solaires), interfaces de puissance, actionneurs (moteurs, éclairage, …), différents mécanismes (poulies, courroies, engrenages, …), et autres matériels divers (appareils de mesures), …

Les contraintes pour choisir de nouveaux moyens matériels et logiciels sont nombreuses : budget extrêmement réduit, manque de temps pour développer des activités nouvelles, aspects pédagogiques délicats avec des classes hétérogènes, évolution des objectifs avec les nouveaux programmes liés à la réforme, aspects techniques parfois complexes pour le professeur, problèmes d’incompatibilités entre le matériel existant dans l’établissement et le nouveau matériel envisagé, …

L’objectif de cet article est de partager mon expérience personnelle dans cette délicate démarche d’ingénierie pédagogique (comme dirait mon collègue Dominique Bellec).

 

2. Contraintes prioritaires

Parmi les nombreuses contraintes, j’ai donné priorités à celles-ci pour choisir mes moyens matériels et logiciels :

– Pertinence sur le plan pédagogique, notamment par rapport à la réforme du collège.

– Matériel permettant des activités simples, ludiques et innovantes si possible. Donc pas  de “pseudo-domotique”, pas de suiveur de ligne “has been”, pas d’activité pratique ou on se contente d’allumer une LED avec un bouton (sauf pour apprendre à utiliser un nouvel outil avant d’aborder des choses plus fun) … mais plutôt des fonctions ludiques utilisant de l’audio, des jeux de lumières avec des couleurs variées, … L’utilisation de jeux-sérieux m’intéresse mais je n’en connais pas qui utilisent du matériel programmable. A nous de les développer ? Blockly Arduino devrait permettre de faire ça (quand on aura un peu plus de temps).

– Budget limité au maximum pour permettre notamment d’acheter du matériel varié, et d’avoir de quoi équiper au minimum 6 équipes et un poste pour le professeur. L’expérience m’a montré qu‘on peut gagner du temps (ce qui manque le plus) et de l’efficacité lorsqu’un certain nombre d’activités peuvent se faire en binômes avec toute la classe en même temps, ce qui correspond à l’équipement de 13 postes dans mon cas.

– Fournisseurs en France ou en Chine (au choix généralement, mais certains produits sont très mal distribués en France). Ce point sera développé plu loin.

– Plusieurs sources d’approvisionnement si possible pour ne pas risquer de se trouver rapidement dans l’incapacité de commander (mais là encore ce n’est pas toujours facile). Il est souhaitable également de réduire le nombre de fournisseurs pour simplifier les achats et réduire les frais de port. Sauf pour quelques exceptions, je me limiterai dans cet article à trois fournisseurs : Gotronic.fr, Conrad.fr et Banggood.com en Chine (qui ne me donnent rien en échange).

– Solutions de préférence sans fabrication par le professeur (ce qui n’est pas toujours possible, mais je travaille pour simplifier cet aspect, avec un projet de circuit imprimé qui sera l’objet d’un prochain article).

– Solutions standards, ouvertes, pouvant être facilement adaptées à nos besoins.

– Câblage simplifié pour les élèves (donc pas de fils à connecter sur une plaque d’essai genre breadboard), avec des solutions standards et non propriétaires (donc je m’interdis de choisir les connecteurs Grove, ainsi que des connecteurs coaxiaux incompatibles avec la plupart des solutions du marché,…).

– Matériel simple à mettre en œuvre, y compris sur le plan logiciel (vive le “plug and play” sans “prise de tête” pour le prof ou les élèves). Donc pas de maquettes avec un trop grand nombre d’entrées et de sorties, pas de langage C (hors programme de toute façon), …

– Pas de matériel potentiellement dangereux : pas de tensions supérieures à 50V, pas de liquides, pas de trop fortes puissances (ni des puissances ridiculement faibles), …

 

3. Approvisionnement en Chine

La plupart du matériel que nous achetons tous est fabriqué en Chine. Une des solutions pour réduire de manière très importante le coût du matériel consiste à s’approvisionner directement en Chine. Les prix sont en moyenne 3 à 4 fois inférieurs pour des produits équivalents à ceux distribués en France. Le choix est même plus large. Des produits très intéressants ne sont pas distribués aujourd’hui en France. En ce qui concerne le matériel compatible Arduino, il est généralement open source. Celui estampillé Arduino et fabriqué en Chine ne contribue pas au développement des sociétés Arduino (il y en a deux maintenant). En ce qui me concerne, l’essentiel de mes cartes Arduino sont achetées en France chez Gotronic, mais ce n’est pas le cas de tout le reste de mon matériel. J’ai pu tester récemment le SAV de Gotronic sur des cartes Arduino Micro dont les connecteurs micro USB étaient mal soudés : remplacement rapide sous garantie par des cartes neuves. Cela peut justifier le choix d’acheter ce type de cartes, potentiellement fragiles, en France plutôt qu’en Chine.

Le principal problème c’est que les établissements scolaires ne peuvent pas commander en Chine, car les sites de ventes chinois ne sont pas tenus de respecter le droit français (pour les garanties par exemple). Nous sommes pourtant de plus en plus nombreux dans l’académie de Poitiers à acheter en Chine. Pour ma part je fais acheter par le collège une partie du matériel en France (chez Gotronic, Conrad, …) avec le budget disponible, et j’achète l’autre partie en Chine à titre personnel, après en avoir informé par écrit le proviseur et la gestionnaire du collège. Je paie avec mes indemnités liées à diverses missions (école ouverte, RUPN, …). Par exemple, si le collège peut commander pour 1000 € de matériel (en France), en commandant à titre personnel pour environ 300€ de matériel en Chine, j’obtiendrais environ la même quantité de matériel, donc je double le matériel mis à disposition des élèves, avec un choix différent de matériel, …

Le matériel acheté en Chine m’appartient. Je peux acheter en Chine quand je veux, ce que je veux, pour l’utiliser où je veux (chez moi, au collège, au lycée). Je peux être très réactif et répondre à un besoin ponctuel de matériel (livré gratuitement sous 10 jours ouvrés généralement).

J’achète essentiellement chez Banggood qui est un peu l’équivalent d’Amazon en Chine. Le choix de composants compatibles Arduino est énorme. La qualité est là, comparable aux produits achetés sur les sites français. Les délais sont réguliers : deux semaines environ (soit 10 jours ouvrés). Pour ceux qui s’inquiètent, je précise que malgré mes très nombreuses commandes, je n’ai jamais eu à payer de frais de douane.

http://www.banggood.com/Wholesale-Arduino-SCM-and-3D-Printer-Acc-c-2153.html

 

 

4. Traitement de l’information

En ce qui concerne le traitement de l’information, les solutions les plus adaptées pour l’enseignement en Technologie correspondent à des cartes électroniques programmables à base de microcontrôleur. Les professeurs de Technologie de l’académie de Poitiers utilisent encore le plus souvent du matériel et des logiciels compatibles Picaxe. Après les avoir essayés en 2013, j’ai préféré le matériel et les logiciels compatibles Arduino. Je ne les utilisais pas encore au lycée à ce moment là, mais je les ai choisis parce qu’ils sont devenus aujourd’hui un standard mondial, parce qu’ils offrent des possibilités bien supérieures pour un coût très nettement inférieur, parce qu’ils sont bien plus pérennes que le système Picaxe. Un autre point très important pour moi est le fait qu’Arduino participe au développement d’un nouveau modèle économique basé sur le logiciel libre et le matériel libre (open software et open hardware). Il faut que les générations montantes s’emparent de cette opportunité de l’open source.

Il existe de très nombreuses cartes électroniques programmables compatibles Arduino. De nombreux collègues utilisent l’Arduino Uno, mais depuis 2012, les nouvelle cartes Arduino utilisent d’autres solutions mieux optimisées. Le design de référence est aujourd’hui celui de l’Arduino Leonardo. Cette carte utilise le microcontrôleur ATmega32U4 qui a la particularité d’intégrer un contrôleur USB.
J’ai beaucoup utilisé l’Arduino Leonardo mais elle a des inconvénients notamment sa connectique peu pratique. Il faut donc ajouter une carte d’extension (appelée shield) qui permet de connecter facilement des fonctions en entrée et en sortie. En tenant compte de toutes les contraintes choisies, notamment une connectique non propriétaire, j’ai choisi des cartes d’entrées/sorties à base de connectique Dupont (celle habituellement utilisées pour les servomoteurs par exemple). Cette connectique n’utilise pas de détrompeur mais cela ne pose pas de problème pour les élèves qui se repèrent avec les couleurs (je n’ai jamais eu de matériel détérioré par un câblage à l’envers, tandis que les câbles coaxiaux ou d’autres connecteurs propriétaires peuvent poser de sérieux problèmes de court-circuit lors du câblage). Ces cartes d’entrées/sorties peuvent coûter aussi cher que la carte Arduino : son choix est important. Un autre inconvénient des cartes d’extension Arduino c’est que la connectique n’est pas sur une grille au pas de 2.54 mm ce qui empêche le prototypage de cartes d’extension avec des circuits pastillés au pas de 2.54 mm.

Le choix d’une carte Arduino se base aussi sur les autres fonctions intégrées sur la carte. L’Arduino Roméo est équivalente à la Leonardo avec une interface de puissance très utile, mais pas assez performante car dépassée (son circuit L298 est complètement obsolète), trop cher, … Je n’utilise donc pas la carte Arduino Uno (obsolète) et j’ai abandonné les cartes Arduino Leonardo et les cartes Arduino Roméo. Les cartes Arduino Mega n’apportent pas grand chose de plus si ce n’est un plus grand nombre d’entrées/sorties, souvent inutiles sur le plan technique et pédagogique.

Depuis 2015 j’ai choisi l’Arduino Micro, basée sur le même schéma électrique que la Leonardo, avec un prix comparable, mais avec un design plus compact sous forme d’un module qu’on peut intégrer facilement sur différents supports (y compris sur une plaque d’essai ou une carte pastillée au pas de 2.54mm). Un autre avantage important de la carte Arduino Micro est l’existence de cartes d’entrées/sorties dédiées à l’Arduino Micro et très intéressantes vis à vis de mes critères de choix (connectique non propriétaire, prix, …).

 

– Carte Arduino Micro

Lien vers les ressources documentaires fournies sur le site Arduino.cc.

Carte Arduino Micro disponible chez Gotronic pour environ 23 € TTC (réduction possible après devis sur la commande globale) :

Disponible aussi chez Banggood pour moins de 7 € (à partir de 3 achetés, livré avec un câble micro USB) :

 

– Carte d’entrées/sorties DFR0012 de DFRobot compatible Arduino Micro 

Carte d’E/S DFR0012 chez Gotronic pour environ 10 €

Attention : demander la dernière version (V1.1 actuellement)

Cette carte est compatible Arduino Micro si on n’utilise pas les 4 dernières broches (MSIO, SCK, MOSI, SS) qui dépassent alors du connecteur (assez peu gênant pour moi). Une autre solution consiste à utiliser l’Arduino Micro DFR0213 présentée ci-dessous.

 

– Carte d’entrées/sorties Funduino compatible Arduino Micro

Carte d’entrées/sorties Funduino chez Banggood pour environ 3 €.

Encore plus intéressant par lot de 5 chez Banggood.

Cette carte est aussi compatible Arduino Micro si on n’utilise pas les 4 dernières broches (MSIO, SCK, MOSI, SS) qui dépassent alors du connecteur. Avec cette carte Funduino c’est un peu plus gênant qu’avec la DFR0012 présentée au-dessus : les connecteurs séries et I2C (blancs ici) ne sont plus utilisables avec une carte Arduino Micro qui dépasse. Mais dans ce cas, le port I2C reste accessible sur les broches 2 et 3, ce qui me semble tout aussi simple (edit 28/08/16 : le connecteur I2C n’est de toute façon pas relié à ces broches : il utilise A4 et A5). Une autre solution consiste à utiliser l’Arduino Micro DFR0213 présentée  au chapitre suivant.

 

– Clone de l’Arduino Micro, la DFR0213 de DFRobot

DFRobot a conçu un clone de l’Arduino Micro qui ne possède pas les 4 dernières broches (MSIO, SCK, MOSI, SS) généralement inutilisées. Malheureusement DFRobot a appelé cette carte Arduino Dreamer Nano alors qu’elle n’utilise pas le brochage de l’Arduino Nano. Cette carte est intéressante car elle est bien adaptée à la carte d’entrées/sorties de Funduino (aucune broche ne dépasse, contrairement à la Micro standard). J’utilise donc ce clone de l’Arduino Micro cette année au collège (avec quelques Arduino Micro standards en complément).

J’ai cependant constaté que la LED connectée à la broche 13 (utilisée dans de nombreux programmes) brille nettement moins fort sur cette carte que sur une carte Arduino Micro Standard. De plus elle n’est pas disposée au même endroit sur la carte.

Le clone de l’Arduino Micro de DFRobot , la DFR0213, est distribuée par Gotronic pour environ 22 € (réduction possible), donc légèrement moins cher que la version standard.

La carte DFR0213 est disponible aussi chez Robotshop (bientôt) pour environ 18 € (dépend des quantités) et directement chez DFRobot (entreprise chinoise) pour un prix comparable, sans frais de port.

 

 

 

– Câble micro USB

Un câble micro USB quelconque pourrait suffire mais un câble de forte section est préférable, surtout s’il est long, pour limiter la chute de tension lorsqu’on demande un fort courant. Quelques explications théoriques ci-dessous.
Article sur l’importance de la taille d’un câble USB chez yoctopuce.com.
Caractéristiques électriques des câbles à partir de leur jauge AWG par Radiospares.fr.

Je conseille le câble micro USB de marque Aukey de 1,2 m qui est de bonne qualité (câble d’alim. en 28AWG, soit 214 mΩ/m) malgré son prix de seulement 2,30 € par lot de 3 chez Amazon (autres fournisseurs ?)

 

– Attaches pour câbles

Je trouve plutôt pratiques ces attaches en velcro pour câbles, vendues 0,15 € par lot de 10 chez Banggood.

 

– Synthèse sur les cartes Arduino Micro (avec des prix arrondis)
J’ai utilisé les 3 solutions suivantes :
. Solution A à 35 €
Arduino Micro à 23 € Gotronic + E/S DFR0012 à 10 € Gotronic + câble à 2 € = 35 €

. Solution B à 27 €
Arduino Micro DFR0213 à 22 € Gotronic + E/S Funduino à 3 € Banngood + câble à 2 € = 27 €

. Solution C à 12 €
Arduino Micro à 7 € Banggood + E/S Funduino à 3 € Banngood + câble à 2 € = 12 €

 

 

5. Capteurs de base (pour démarrer)

Il est souhaitable que les élèves puissent manipuler divers types de capteurs : au moins un capteur logique (Tout Ou Rien) et un capteur analogique. Voici ce que j’utilise de préférence.

 

– Capteur logique : Contact à levier

Ce type de capteur est simple et utilisable par exemple pour détecter la collision avec un obstacle. J’ai testé des capteurs à près de 3 € pièce dont les leviers étaient très fragiles. Je préfère aujourd’hui acheter un lot de 10 contacts à levier et les monter sur un câble acheté que je modifie. Le montage est très rapide et se fait sans soudure, avec possibilité de choisir le niveau actif (très intéressant sur le plan pédagogique).

Gotronic vend un contact à levier à 1,50€ qui me semble peu intéressant (broches trop grosses notamment)

Banggood vend un lot très intéressant de 10 contacts à levier à 1,77 € (soit 18 centimes l’unité !).

.

Je monte ce contact à levier sur des câbles à 3 broches Dupont vendus 6.60 € le lot de 50 chez Banggood, soit 13 centimes l’unité (5 fois moins cher que des câbles Grove propriétaires, qui n’apportent rien de plus en pratique). Je n’ai pas trouvé l’équivalent chez Gotronic.

Rappel de la correspondance des couleurs :
Rouge = 5V, Noir = 0V, Jaune = donnée.

Méthode utilisée pour le montage du contact à levier sur le câble
. Enlever le boîtier plastique à une extrémité (prévu pour 3 broches au pas de 2.54 mm, donc pas adapté ici).
. Remplacer par trois boîtiers indépendants (voir image ci-dessous une fois terminé).
Boîtiers disponibles pour 1,17 € les 100 (soit 3,5 centimes les 3) chez Banggood
Boîtiers équivalents pour 0.80 € les 25 (soit 1 € les 3) chez Gotronic.
. Insérer le contact à levier légèrement en force, avec le câblage suivant :
Pour avoir un niveau 1 lorsque le levier est enfoncé : C = Jaune, NC = Noir, NO = Rouge
Pour avoir un niveau 0 lorsque le levier est enfoncé : C = Jaune, NC = Rouge, NO = Noir : voir photo ci-dessous.
Le résultat avec les élèves est plus satisfaisant que les capteurs achetés déjà montés.

 

– Capteur logique : Détecteur de mouvement (présence) pyroélectrique (infra-rouge)

Un détecteur de mouvement (présence) pyroélectrique, est un capteur qui détecte le mouvement d’une source de rayonnement infra-rouge comme une personne.
Le signal en sortie d’un capteur pyroélectrique est généralement un signal logique (0 / 5V). La sortie est activée pendant un certain temps (réglable avec un potentiomètre généralement) dès qu’une personne passe devant le capteur. La sortie est directement utilisable par une carte électronique programmable.
Quelques documents de référence :
Documentation du détecteur de mouvement (présence) de DFRobot.
Tutoriel pour un détecteur de mouvement par Yaug

Gotronic vend le détecteur de mouvement (présence) développé par DFRobot à 7 € environ.

J’envisage d’utiliser ce détecteur de mouvement (présence) pyroélectrique vendu environ 1,50 € chez Banggood.

 

– Capteur analogique : capteur de distance infra-rouge

Les capteurs analogiques les plus intéressants pour moi sont les capteurs de distance infra-rouge. Ils permettent d’obtenir un signal analogique avec une interactivité immédiate et simple avec l’élève. Une des difficultés est liée à la caractéristique de transfert un peu particulière (voir ci-dessous), mais assez facilement compréhensible par les élèves. Ils permettent d’introduire la notion de comparaison avec un seuil (ou avec deux seuils si on veut un hystérésis). Fonctionnellement cela peut correspondre à la détection d’un obstacle, ou du vide comme dans un robot aspirateur qui utilise ce type de capteur (voir ci-dessous). Il permet aussi d’introduire la notion de capteur sans contact, d’infra-rouge, … Ce capteur est vraiment très intéressant d’un point de vue technique ou pédagogique.
Le seul vrai problème de ce genre de capteurs est son prix : souvent plus de 10 € pièce, sans version vraiment comparable en Chine (mais je continue de chercher).
J’utilise les trois modèles de capteurs de distance infra-rouge ci-dessous disponibles chez Gotronic :
GP2Y0A41SK0F de Sharp (4 cm à 30 cm) à 11 € chez Gotronic
GP2Y0A21YK0F de Sharp (10cm à 80cm) à 12 € chez Gotronic
GP2Y0A02YK0F de Sharp (20 cm à 150 cm) à 13 € chez Gotronic

 

 

 

6. Interfaces de dialogue

– Afficheur graphique OLED
Avec un petit afficheur et 4 petits boutons poussoirs, on peut faire une interface de dialogue simple, efficace et assez peu cher.
La meilleure solution que j’ai trouvée actuellement est un petit afficheur graphique OLED de 128×64 pixels, commandé par une liaison série de type I2C.
Cet afficheur est vendu pour un peu plus de 5 € chez Banggood (à partir de 3 achetés, frais de port compris, livré sous 10 jours ouvrés).
On trouve des écrans qui ressemblent comme l’écran OLED d’Adafruit que l’on trouve chez Gotronic à 21 €.
Celui présenté ci-dessous est le modèle vendu par Banggood.

Cet afficheur n’a rien à voir avec un simple afficheur LCD alphanumérique. On peut faire beaucoup plus de choses avec et le rendu est bien meilleur.  Il s’intègre facilement comme interface de dialogue avec une carte Arduino, pour afficher des valeurs de capteurs en temps réel par exemple. En ajoutant 4 boutons on peut même gérer des menus : choix A ou choix B avec deux boutons dessous, et suivant ou précédent avec deux boutons sur le côté droit.

Cet afficheur a beaucoup d’avantages : sa petite taille permet de l’intégrer plus facilement sur une petite carte ou un petit boîtier, il consomme peu (moins de 20 mA généralement, contre 50 à 90 mA pour un LCD classique car ici il n’y a pas de rétroéclairage : chaque pixel produit sa lumière avec un bon contraste, donc super pour l’autonomie), on peut afficher 2 à 3 fois plus de textes et des graphiques, il fonctionne très bien avec une liaison série de type I2C (pas d’Entrées/Sorties utilisées), l’interface est très rapide (400 kHz), …
J’ai créé de nouveaux blocs pour pouvoir l’utiliser simplement avec Blockly Arduino. J’ai commencé la rédaction d’un article spécifiquement sur cet afficheur.

 

– LEDs RGB

On peut se contenter de LEDs pour transmettre une information visuelle. Dans un souci de rendre l’enseignement de la Technologie plus ludique, je n’utilise plus que ces LEDs RGB qui ont l’avantage d’être simples à mettre en oeuvre, grâce aux nouveaux blocs que j’ai créés pour Blockly Arduino.
Il s’agit du module Led RGB WS2812B disponible à un prix très intéressant chez Banggood : 0,26 € la Led RGB (à partir de 3 lots de 10, sans frais de port, livré sous 10 jours ouvrés !)

Gotronic propose un module équivalent, le NeoPixel ADA1612, vendu 5,90 € le lot de 5 (soit 1,18 € la LED).

C’est un petit module très facile à mettre en œuvre. Il nécessite juste 3 fils, comme d’habitude : le 5V, la masse (Gnd), et une sortie digitale pour gérer une liaison série (transmission de la couleur sous forme de 3×8 bits pour les coordonnées RGB). Le courant d’alimentation des Leds est régulé à 3×18 mA maxi par chaque module RGB.
J’ai commencé la rédaction d’un article spécifiquement sur ces LEDs RGB.

 

– Module audio MP3 : le DFPlayer Mini MP3 de DFRobot (DFR0299)

Pour proposer des activités pédagogiques ludiques, je pense que l’utilisation d’un module audio est une très bonne solution. J’utilise le module audio DFPlayer Mini mp3 conçu par DFRobot. Il est performant, simple à mettre en oeuvre, et pas cher.
Wiki dédié à ce module audio par DFRobot.
Ce module audio DFPlayer Mini MP3 est disponible pour 9 € chez Gotronic.
Ce même module audio est disponible pour environ 4€ chez Banggood.
Encore plus intéressant : ce même module audio DFPlayer Mini MP3 par lot de 5 chez Banggood à près de 3 € (par lot de 5).

C’est un tout petit module facile à mettre en œuvre. Il nécessite juste 3 ou 4 fils : le 5V, la masse (Gnd), une sortie digitale pour gérer une liaison série (transmission de commandes telles que le numéro du fichier mp3 à lire dans la carte microSD embarquée sur le module), et éventuellement une entrée digitale pour savoir quand le module a fini de lire le fichier mp3.
Ce module est encore plus simple à mettre en oeuvre avec les nouveaux blocs pour Blockly Arduino que j’ai créés. Ces blocs sont disponibles en ligne ici (merci à Sébastien Canet, formateur enseignant de l’académie de Nantes) :
http://www.technologiescollege.fr/blockly@rduino/?lang=fr&card=dfrobot_romeo

J’ai commencé à rédiger un article spécifiquement sur l’utilisation de ce module audio avec Blockly Arduino.

 

– Haut-parleur

Pour le développement des programmes, j’utilise de petits haut-parleur miniatures 50Ohm de 200mW, que j’avais en stock, qui sont légers et qui fournissent un son suffisamment faible pour ne pas être trop gênant. Ce modèle vendu 1 € par Gotronic a des caractéristiques comparables.
Pour un petit haut-parleur low-cost avec un son puissant et de qualité, je conseille le haut-parleur Monacor SP-6/4SQ : 4 Ohm, 3 W, diamètre 59 mm. Ces trous de fixation semblent être aussi un point fort de ce modèle.
Ce haut-parleur 3W est vendu 4 € par Conrad (3,40 € pour mon lot de 13). Il est en rupture de stock actuellement chez Conrad. Mais il est disponible chez audiophonics.fr pour 3,54 €.

 

– Carte mémoire micro SD

Ce module audio MP3 nécessite une carte mémoire micro SD.
J’utilise cette carte carte mémoire micro SD de 8Go en classe 6 vendue environ 3,50 € chez Banggood.
On trouve une carte Micro SD 8Go classe 4 chez Conrad pour environ 7 €.

 

– Lecteur de cartes micro SD

Gotronic vend un petit lecteur de carte micro SD 5,80 €.

J’utilise ce lecteur de cartes micro SD vendu environ 0,70 € chez Banggood.

 

– Microphone

Pour permettre aux élèves de s’enregistrer, sur un PC avec Audacity par exemple, il faut un microphone avec sortie jack 3.5 mm.

Gotronic vend ce micro de table 2.95€.

J’utilise ce microphone vendu environ 1,50 € chez Banggood

 

– Boutons poussoirs

Des modules avec un ou plusieurs boutons poussoirs existent, mais ils n’apportent pas grand chose, surtout vu leur prix. Je préfère associer quelques boutons poussoirs à un écran graphique OLED. Il suffit de souder ces quelques boutons sur un circuit imprimé que je suis en train de concevoir (à suivre donc).

Gotronic vend ce bouton poussoir 0.30 €.

J’utilise ce bouton poussoir vendu 1,8 centimes par lot de 100 chez Bangood.

 

– Joystick

J’envisage d’utiliser aussi ce joystick vendu environ 0,87 € chez Banggood (par lot de 5). Il fournit deux tensions analogiques (axes X et Y) et un signal logique pour le bouton poussoir intégré au joystick.

Gotronic propose un joystick de DFRobot vendu 8,50 € (10 fois plus cher !)

 

 

7. Interfaces de communication

– Module Bluetooth

J’ai l’intention d’utiliser la technologie Bluetooth pour notre projet de robotique cette année. Les modules vendus en France sont proposés généralement à un prix voisin de 20 €, ce qui ne me semble pas compatible généralement avec nos budgets, sauf si on se limite à l’achat d’une ou deux pièces, ce qui ne correspond pas aux contraintes choisies au début de cet article.
C’est le cas de ce module Bluetooth à près de 20 € chez Gotronic (non testé).
Je préfère utiliser ce module Bluetooth vendu environ 4 € chez Banggood

A suivre (en cours de rédaction) !

 

– Arduino Yun

Les nouveaux programmes de Technologie insistent lourdement sur les réseaux informatiques et les objets communiquants. Il serait donc logique de pouvoir utiliser facilement tous nos moyens matériels et logiciels compatibles Arduino avec des fonctions de communication, telles que le Wifi, une interface réseau, l’accès à des services Web, un connecteur USB host (pour connecter des périphériques), … il existe la carte Arduino Yun programmable graphiquement avec les outils habituels (comme Blockly Arduino) qui dispose de toutes ces fonctions avec la puissance de calcul nécessaire pour en profiter pleinement grâce à un noyau Linux tournant sur un processeur MIPS 400 MHZ + 64 Mo de RAM.
La carte Arduino Yun vaut environ 70 €. Elle est disponible aussi en version mini (mais pas compatible avec la carte d’extension présentée dans cet article).
Documentation Arduino Yun sur le site Arduino.cc. Ou en version Arduino Yun Mini.
L’Arduino Yun est vendu 77 € chez Gotronic, et 64 € chez Semageek.

Pour ceux qui préfèrent conserver leurs cartes Arduino, une carte d’extension permet d’ajouter les fonctionnalités de l’Arduino Yun à une carte Arduino Uno, Leonardo (donc Micro) ou Mega.
Cette carte d’extension pour Arduino Yun est vendue 37 € par Gotronic (version Dragino) et 32 € par Banggood (version Geeektech).
Pour communiquer avec une Arduino Micro, dont la connectique est particulière, il suffit de l’alimenter et de la connecter aux bornes Rx et Tx (liaison série). Des bibliothèques (inclus dans de futurs blocs de Blockly Arduino) permettent d’accéder à des services Web, notamment grâce aux services web proposés par Temboo.

L’Arduino Yun peut donc être un moyen très simple pour travailler sur les réseaux informatiques et les objets communicants, notamment sur la nouvelle  compétence “Réaliser, de manière collaborative, le prototype d’un objet communicant”.

 

 

8. Alimentations

– Boîtier pour accu R6 avec sortie USB 5V régulée en “step up / step down”

La source d’alimentation la plus simple au collège lorsqu’on travaille sur une carte Arduino c’est tout simplement le port USB du PC. En USB2 il est limité à 500mA. Un chargeur USB standard peut facilement fournir un courant supérieur. Cette alimentation USB peut être autonome avec une batterie externe avec port USB (appelée power bank par les fournisseurs). On en trouve à tous les prix. Si vous êtes déjà équipé d’accu R6 (avec un chargeur adapté), alors ce boîtier devrait vous intéresser. Avec 4 accus R6 (ou 4 piles) il fournit du 5V (avec un courant maximum de 600 à 700 mA en pratique)
Ce boîtier USB pour accu R6 est vendu par Banggood pour un peu plus de 3€ (sans les accus). Je n’ai pas trouvé l’équivalent en France.
Gotronic vend un lot de 4 accus NiMh 1.2V, 2500 mAh R6 pour 11,90€.

Cette solution est plus intéressante qu’un simple coupleur de piles car la tension de sortie est régulée à 5V, suffisante pour un petit moteur. Prenons l’exemple de la carte Arduino Roméo. Elle possède une interface de puissance qui doit être alimentée avec une tension supérieure à 6V (ce qui me semble être inférieur à la réalité). Mais si vous l’alimentez directement avec des accus NIMH 1,2V alors votre tension variera beaucoup et il sera difficile de la maintenir supérieure à 6V. En effet la tension à vide varie entre 1,0 V et 1,4 V par accu (suivant son niveau de charge). De plus la résistance interne est de l’ordre de 1 Ohm pour 4 accus (mesurée expérimentalement). C’est à dire que même avec 8 accus R6, la tension à vide variera de 8,0V à 11,2V mais pourra chuter sous les 6V dès que vous débiterez plus de 1A : reset du microcontrôleur garantie ! Avec 4 accus c’est même pas la peine d’essayer. Conclusion : j’ai renoncé à utiliser l’Arduino Roméo dont le circuit d’alimentation n’est pas assez performant.

 

– Module d’alimentation régulée à découpage “step up / step down” réglable

Une autre solution, encore plus performante, consiste à intégrer un simple module d’alimentation à découpage dit “step up / step down” capable de réguler la tension d’alimentation souhaitée, sans trop se soucier si la tension fournie par les accus est inférieure ou supérieure à la tension souhaitée.

Je conseille le module S7V8A capable de fournir une tension régulée réglable entre 2,5V et 8V avec un courant max de 1A, pour un prix de 6,50 € chez Gotronic, ce qui reste abordable. Il est performant avec notamment un fort courant de sortie, supérieur à 1 A dans la plupart des cas, et un bon rendement (aucun dissipateur n’est nécessaire, même avec un courant de 1 A).

 

– Alimentation solaire

Une autre solution d’alimentation autonome consiste à utiliser une alimentation solaire. Celle développée par Seedstudio me semble particulièrement intéressante, même si elle est un peu chère. Elle est basée sur un module contrôleur de charge / décharge conçu pour charger une batterie LiPo de 3,7V avec un courant de 500 mA max. La charge se fait soit à partir d’un petit panneau solaire fournissant entre 4,8V et 6V (sur un port JST standard), soit à partir d’un port USB : ce module est donc très intéressant aussi sans panneau solaire ! Le module fournit en sortie, sur un port USB standard, une tension régulée de 5V, là encore avec un régulateur à découpage de type “step up / step down”, avec un courant maxi de 1A. La batterie est protégée contre les surcharges ou les décharges profondes. Bref un module très intéressant pour une alimentation autonome 5V et 1A max à partir d’une petite batterie Li-Ion ou d’un petit panneau solaire. Là encore le seul problème c’est le prix.

Carte chargeur LiPo Pro à près de 16 € chez Gotronic.
Accu Li-Ion 3,7 V 1050 mAh à près de 11 € chez Gotronic.
Cellule solaire 2W / 5,5 V / 360 mA à près de 13 € chez Gotronic.
Cellule solaire 1,6W / 5,5 V / 320 mA à près de 3 € chez Banggood.
Cellule solaire 3W / 6 V / 500 mA à près de 5 € chez Banggood.

 

 

9. Actionneurs, éclairage, et interfaces de puissance

Le problème avec les actionneurs c’est qu’il faut ajouter une interface de puissance, c’est à dire la fonction “Distribuer l’énergie” qui contrôle l’énergie fournie par l’alimentation à partir de la commande issue de la carte électronique programmable.

– Servomoteurs

Une solution simple consiste à utiliser un actionneur qui intègre cette interface de puissance. C’est le cas des servomoteurs, ou de certains modules comme les LEDs RGB WS2812B présentées plus haut. Attention toutefois à ne pas utiliser que ces solutions qui laisseraient penser que la fonction “distribuer l’énergie” n’est pas nécessaire. Attention aussi à ne surcharger l’alimentation 5V.

Les servomoteurs sont simples d’emploi car ils intègrent une interface de puissance mais aussi un réducteur (fonction transmettre). Un servomoteur est généralement  commandé en position : on commande un angle. Il existe des servomoteurs à rotation continue commandés en vitesse : pratiques quand le cahier des charges s’en accommode. Mais attention là encore, le courant absorbé par un servomoteur est directement lié au couple résistant, sans parler de la pointe de courant au démarrage, surtout si on inverse le sens de rotation (un arrêt d’environ 100 ms est généralement préférable). Une pointe de courant trop importante peut faire chuter brièvement le 5V et être à l’origine de resets intempestifs de la carte électronique programmable.
On peut trouver assez facilement des servomoteurs low-cost mais pas en rotation continue car la demande est trop faible. J’ai donc choisi d’éviter les servomoteurs à rotation continue.
Je donne tout de même un lien vers un petit servomoteur à rotation continue, sans roue, vendu 5,35 € par Robotshop.

Mise à jour 23/08/2016

Ce lot de 4 servomoteurs SG90 à 7 € environ chez Banggood (120° environ) me semble intéressant.

S’ils sont en rupture de stock, les servomoteurs P0090 vendus par Banggood à 8€ le lot de 4 sont équivalents aux SG90.

Les SG92 sont intéressants et presque équivalents mais les palonniers n’ont pas les mêmes diamètres.

On trouve les mêmes servomoteurs SG90 chez Gotronic à 4,40 € l’unité.

 

– Moteurs à courant continu

Une solution pour remplacer un servomoteur à rotation continue consiste à utiliser un moteur à courant continu. Il est préférable de prendre un motoréducteur fourni avec une roue. J’apprécie tout particulièrement ce modèle de motoréducteur qui s’alimente sous 3V à 6V avec une roue de 65 mm (vitesse maxi du robot de 65 cm/s sous 5V) pour un prix d’environ 2,50 € (par lot de 10, roues comprises) chez Bannggood.

Attention : Ce type de motoréducteur est souvent proposé avec deux axes en sortie, ce qui peut être pratique, mais pas si l’élève souhaite poser le motoréducteur sur la table (avec ou sans la roue) pour faire des essais. Pareil si l’axe de la roue est parrallalèle à l’axe moteur. Il est donc préférable de prendre la version avec un seul axe de sortie et une sortie à 90° (comme sur l’image ci-dessous).

Gotronic propose un kit à 5,50 € qui ressemble à celui de Banggood mais avec deux sorties (la deuxième pourra gêner lors des essais) et un accessoire pour encodeur.
Gotronic propose aussi ce motoreducteur 7,2V (à deux sorties) et cette roue qui sont intéressants.

 

 

– Interfaces de puissance

La solution la plus simple (et versatile) est un module pont en H permettant d’utiliser deux moteurs à courant continu (en très basse tension).
J’apprécie ce module DRV8835 de Pololu vendu moins de 5 € par Gotronic.
Disponible aussi sous forme de mini carte d’extension pour cartes Arduino pour moins de 8 € chez Gotronic.

Un autre module comparable conçu par Sparkfun à base du circuit Toshiba TB6612FNG est disponible chez Banggood à près de 2,50 € (par lot de 5).

Gotronic vend aussi ce module Sparkfun à base de TB6612FNG pour environ 10€.
Attention, Gotronic vend par ailleurs un autre module, de couleur verte, conçu par Pololu avec le même circuit TB6612FNG mais pas avec le même brochage (donc pas compatible avec celui proposé, plus répandu).

 

– Base roulante en kit pour robot low-cost

Cette base roulante en kit ne nécessite plus qu’une carte Arduino et une interface de puissance pour obtenir un robot roulant.

La base roulante DG007 de Dagu est vendue environ 20 € chez Gotronic.
Je conseillerais plutôt la base roulante DG008 de Dagu, avec 4 moteurs, pour 24,50€ chez Gotronic (testé). Attention : les sorties sont doubles et à 90° (délicat pour poser sur la table le moteur avec la roue pour un test avant montage).

 

– Module d’éclairage à LEDs

Ce petit module à LEDs de 3W sous 12V vendu environ 1.5 € chez Banggood me parait intéressant.

 

– Lampe à LEDs USB

Cette lampe à LEDs de 5W sous 5V en USB, vendue 2,5 € chez Banggood, est très pratique aussi, notamment car on peut directement la connecter à l’alimentation solaire présentée dans cet article.

 

– Module à LEDs USB low-cost

Ce module à LEDs de 600 mW en USB n’est vendu que 0,42 €, par lot de 10, chez Banggood. Il éclaire vraiment bien vu son prix. Je l’ai testé et je le recommande.

Remarque : Banggood annonce une puissance de 200 mW, mais c’est la puissance d’une LED et il y en a 3.

A suivre (en cours de rédaction) !

 

 

10. Matériel divers

– Roulements à billes

J’utilise ces roulements à billes vendus environ 2 € le lot de 10 chez Banggood.
Il existe un tas de références avec différentes dimensions.

 

– Sacs antistatiques

Pour protéger, mécaniquement et électriquement, le matériel électronique, des sacs antistatiques solides sont très utiles. J’utilise ces sacs antistatiques translucides de 15cm x 20 cm avec fermeture par zip, vendus 0,45 € par 10 chez Banggood.

Gotronic vend des sachets sans ziplock : je ne conseille pas.

 

– Mesure de tension et courant en USB

J’apprécie beaucoup les petits appareils de mesure de la tension et du courant sur port USB. Utile par exemple pour évaluer la performance d’un chargeur USB, d’un périphérique, …
Gotronic vend ce module USB pour environ 14 €. Il a l’avantage de permettre la connexion de 2 périphériques USB en parallèle.

Banggood propose des modèles comparables comme celui-ci vendu 4 €.
Bangood propose aussi ce modèle avec écran OLED vendu environ 8 €. Ce modèle à l’avantage d’avoir 4 digits (contre 3 pour le modèle précédent), et d’afficher la puissance (en W) et la quantité d’électricité débitée (en mAh).

 

– Mesure de température sans contact par infra-rouge

Ce thermomètre infra-rouge est vendu pour environ 10 €. De quoi découvrir la mesure de température sans contact à moindre frais.

 

– Tablettes

Mis à jour le 22/08/2016

Beaucoup souhaitent s’équiper de tablettes. Un article spécifiquement sur ce besoin serait nécessaire. Je me contenterais ici de partager quelques éléments liés à mon expérience acquise notamment dans mon lycée, le Lycée Pilote Innovant Internationnal (près de Poitiers).

Le choix de l’OS est important et il est difficile de choisir entre Androïd et Windows. Les applications Androïd sont intéressantes, mais notre “écosystème” correspond plutôt à Windows, surtout pour les logiciels scientifiques et techniques. Je conseille de choisir des tablettes dual boot qui peuvent démarrer au choix sur Androïd ou Windows. Malheureusement ce type de tablettes est encore très peu distribué en France. Heureusement il y a les fabricants et distributeurs chinois 😉

La taille et le format de l’ipad (9,7 pouces au format 4/3) me semblent être les plus adaptés à un usage en classe. Le format 8 pouces de l’ipad mini peut convenir aussi si on cherche surtout du low-cost.

Un clavier n’est pas nécessaire dans la plupart des usages d’une tablette sauf si on veut la transformer en ordinateur portable (ajouter une souris Bluetooth en plus du clavier dans ce cas).

La qualité de l’appareil photo dorsal est importante. Une tablette est très utile comme appareil photo partagé entre les différentes équipes de la classe, avec stockage automatique et illimité sur Google Photos (si la tablette est connectée à Internet). Donc si vous souhaitez acheter un appareil photo pour la classe, achetez une tablette et fini les transferts manuels de fichiers. Les élèves récupéreront directement leurs photos sur le compte Google de la classe (avec possibilité de les retoucher sommairement directement chez Google). Pour insérer une photo dans un article du blog de la classe avec WordPress, il suffira pour l’élève de récupérer l’adresse de la photo sur Google Photos. De la prise de vue à la publication, plus besoin de transférer manuellement les photos : merci Google ! Nos ENT sont loin de permettre ça de manière aussi simple et efficace (j’ai testé avec les différents outils d’i-cart).

Parmi les nombreux modèles existants, je conseille actuellement les modèles de tablettes dual boot suivantes.

En version 8 pouces :

Teclast X80 Pro vendu 70 € environ par Banggood (avec le coupon 1d3695)

Teclast X80 Plus vendu 79 € environ par Banggood (avec le coupon 9efc13)

La version 9,7 pouces correspondante est disponible ici :

Teclast X98 Plus II vendu 140 € par Banggood (avec le coupon 850b15) :

J’ai un modèle similaire, d’ancienne génération, de marque Teclast également, dont je suis très satisfait.

 

 

11. Systèmes pluritechniques low-cost

Banggood propose aussi des produits low-cost pour étudier des petits systèmes pluritechniques en lien par exemple avec le thème “confort et domotique” (qui ne s’imposera plus avec la réforme).

– Distributeur d’aliments pour poisson

Le distributeur BOYU ZW-82 est vendu moins de 15 € par Banggood.

Il permet des activités pédagogiques intéressantes, comme le choix des matériaux avec la contrainte de l’humidité, l’analyse du mécanisme facilement accessible, …

 

– Distributeur de savon

Ce distributeur de savon est vendu environ 12 € par Banggood.

Il permet d’analyser le fonctionnement d’un capteur optique infra-rouge avec un fonctionnement simple.

 

– Tourne-vis

Je sollicite aussi les parents pour pouvoir récupérer des objets techniques hors d’usage : prix imbattable = 0 €. Pour les démonter, il faut souvent des tourne-vis particuliers.

Cet assortiment d’embouts de tourne-vis vendu environ 10 € par Banggood est souvent bien utile.

 

11. Synthèse

Je propose un tableau synthétique (en version 2) ou je considère le cas où on souhaite équiper 6 postes plus un poste prof, soit 7 postes avec le matériel nécessaire pour commencer (sans accus R6 et sans alimentations solaires par exemple). Il s’agit ici d’obtenir un ordre de grandeur du budget nécessaire et de voir sur quels paramètres on peut jouer pour obtenir une solution optimale par rapport aux contraintes de chacun. Dans le tableau proposé, le nombre de postes à équiper peut être modifié en haut du tableau (7 dans notre hypothèse). Il faut ensuite préciser dans le tableau le nombre d’articles par poste (pour chaque référence). Si vous préférez précisez les quantités pour chaque article, mettre le nombre de postes à 1). Le tableau permet de comparer directement deux hypothèses.

A titre d’exemple, j’ai envisagé  les deux hypothèses suivantes dans le tableau synthétique donné ci-dessous :

– Hypothèse 1 : On commande en priorité en France (chez Gotronic dans notre cas).
Budget pour équiper 7 postes avec de quoi démarrer : 1 140 € dont 1024 € chez Gotronic

– Hypothèse 2 : On commande en priorité en Chine (chez Banggood dans notre cas), sauf pour les cartes Arduino Micro où j’ai choisi ici la carte DFR0213, clone de l’Arduino Micro, disponible chez Gotronic uniquement.
Budget pour équiper 7 postes avec de quoi démarrer : 588 € dont 307 € chez Banggood.

Avec ce tableau, on voit qu’on peut équiper 7 postes avec du matériel compatible Arduino, pour démarrer, pour un budget compris entre 500 € et 1200 € suivant les choix que l’on fait.

Pour équiper 13 postes, avec les mêmes hypothèses, un budget compris entre 900 € et 2100€ suffit pour démarrer.

Pour bien équiper 7 postes, avec plus de matériel pour chaque poste (une bande de 5 LEDs RGB, le double de moteurs et servomoteurs, une carte d’extension Yun (pas juste une pour le poste prof), un boîtier USB avec 4 accus R6, et une alimentation solaire), alors il faut un budget compris entre 1200 € et 2000 €, donc on double quasiment le budget par rapport au matériel conseillé pour démarrer.

N’hésitez pas à partager votre approche des cette problématique en laissant un commentaire. Merci d’avance !
Tableau synthètique du matériel au 26/02/16 en pdf
Tableau synthétique du matériel au 26/02/16 en xls

 

12. Autres articles sur mon blog

Article sur ma progression avec mes classes de 4è cette année
Article sur Blockly Arduino

Nouveau :

Article sur l’imprimante 3D Hephestos 2 de BQ

N’hésitez pas à laisser ci-dessous un commentaire sur cet article.