was successfully added to your cart.

Découvrez la radiofréquence avec Arduino

Arduino et radiofréquence

1- Introduction au concept de Radiofréquence

Lorsque, pour un projet quelconque, on a besoin de faire communiquer deux Arduinos sans utiliser un seul fil les liants l’un à l’autre, on se retrouve souvent confronté au choix plus ou moins difficile du type de communication à mettre en place. Alors, on pourrait penser au bluetooth, au wifi ou encore à la radiofréquence. Si les deux premières options semblent intéressantes à première vue, ces technologies nécessitent une certaine prise en main avant d’être en mesure d’en utiliser toutes les possibilités. Cependant, ce n’est pas le cas de la radiofréquence qui se détache alors rapidement de ses deux « concurrents ». En effet, la radiofréquence constitue sans doute l’un des moyens les plus simples et rapide de faire communiquer deux Arduinos ensemble. Au travers de ce tutoriel, je vous propose d’avancer pas à pas afin de comprendre en détail le fonctionnement puis l’utilisation de tels modules.

2- Fonctionnement des modules Radiofréquence

Tout d’abord, et avant d’aller plus loin dans ce tutoriel, il est nécessaire de faire un point sur le matériel que nous avons entre nos mains. Pour ma part, j’avais un kit émetteur/récepteur FS1000A comme celui-ci :

Photographie émetteur/récepteur RF

Photographie d’un kit émetteur / récepteur radiofréquence de type FS1000A

Qui trainait dans un tiroir, je baserai donc mon tutoriel sur ce kit. En plus de cela, j’ai simplement eu besoin d’un Arduino, de quelques fils et d’une résistance de 10kohms (qui n’est pas forcément utile, nous verrons plus tard)
Bien, si vous avez les même que moi, vous devriez alors avoir, au-dessus des pins, une sérigraphie qui indique GND, Vcc et Data. Détaillons d’abord ce que signifient ces indications. Pour le GND, c’est évident, cela signifie « Ground », « Masse » en anglais. Pour Vcc, c’est la valeur de niveau logique haut. Pour faire simple, puisque notre Arduino fonctionne en niveau logique 5v, on va connecter la broche Vcc du module au 5v et il saura donc que lorsqu’il reçoit 0v, cela correspond au niveau logique 0 et lorsqu’il reçoit 5v, cela correspond au niveau logique 1. Quant au Data, justement, c’est là que nous allons appliquer un niveau logique 1 ou 0 sur l’émetteur et que nous lirons un niveau logique 1 ou 0 sur le récepteur.
Pour la partie théorique seulement, le principe de fonctionnement d’un émetteur/récepteur radiofréquence est relativement simple à appréhender. En effet, lorsqu’on applique un niveau logique haut (je dirai 1 dans la suite du tutoriel) sur l’émetteur, le récepteur lira ce même niveau logique 1. Idem pour le niveau logique 0. Ainsi, on comprend la force des modules radiofréquence. Puisqu’ils transmettent directement les niveaux logiques auxquels ils sont soumis, on peut imaginer les utiliser pour faire de la transmission d’informations via la liaison Série et tout cela sans fil. Si cette notion vous semble encore floue, sachez qu’elle n’est de toute manière pas forcément très fiable. Vous découvrirez dans la suite du tutoriel qu’un signal émis par radiofréquence est perturbé pour un rien et même, que dans votre maison, vous devriez recevoir de nombreuses perturbations à la lecture des signaux, cela est notamment dû aux nombreuses ondes électromagnétiques qui nous entourent.
Pour résumer, on ne peut envoyer que des 1 ou des 0 via la radiofréquence. Lors d’un envoie, si on « donne » 1 sur le Data de l’émetteur, le Data du récepteur « Donnera » un 1, idem pour 0. Ce type d’échange permet d’envisager l’utilisation de protocoles plus complexes par radiofréquence mais ce n’est pas le sujet de ce tutoriel.

3- Premier script: Gestion du récepteur

Si vous avez, jusqu’ici, été en mesure de comprendre l’intégralité du tutoriel, alors vous devriez avoir compris que nous pouvons gérer l’émetteur « à la main », sans Arduino dans un premier temps. Ainsi, dans ce premier script concernant l’utilisation de la radiofréquence, je vous propose de nous concentrer sur l’utilisation du récepteur. Comme nous l’avons vu, ce dernier ne peut recevoir que des 0 ou des 1 et nous allons donc le câbler sur une entrée numérique, digitale donc, de notre Arduino.
Ainsi, je vous propose le câblage suivant:

ArduinoRécepteur

5v Vcc
GND GND
D2 Data

Schématiquement, cela donne le câblage suivant:

Câblage du récepteur RF sur l'Arduino

Capture d’écran du câblage entre le récepteur radiofréquence et l’Arduino effectué sur le logiciel Fritzing

Pour le script, je vous propose le code suivant que j’ai intégralement commenté:

void setup() {
  Serial.begin(9600);        // On initie la communication série sur le débit de 9600 bauds
  pinMode(2, INPUT);         // On déclare la broche D2 comme étant une entrée
}

void loop() {
  Serial.println(digitalRead(2));          // On affiche la valeur de la broche D2 dans le port série (et on saute une ligne à chaque affichage)
  delay(50);                               // On attend 50ms, cela diminue les erreurs de lecture
}

Ensuite, vous pourrez brancher votre émetteur de la manière suivante:

ArduinoEmetteur

5v Vcc
GND GND
————————— Data

Cette fois ci, schématiquement on a le câblage suivant:

Câblage de l'émetteur RF en contrôle manuel

Capture d’écran du câblage entre l’émetteur radiofréquence et son contrôle par bouton poussoir sur le logiciel Fritzing

Dans le tableau, vous remarquez que je n’ai rien spécifier pour la connexion de la broche Data de l’émetteur. C’est normal, je vous propose de brancher un fil « volant » sur le Data de l’émetteur et de simplement le relier manuellement au 5v lorsque vous souhaiterez simuler l’envoie d’un bit par radiofréquence.
Vous remarquerez que nous observons des « impulsions » sur le port série du récepteur. C’est-à-dire qu’il ne reçoit 1 que lorsque l’on connecte manuellement le Data de l’émetteur au 5v. Si on laisse connecté le Data au 5v, le récepteur ne recevra plus de données particulières et affichera donc 0. Vous comprenez alors à cet instant que nous allons travailler avec des signaux carrés. Si cette dénomination vous semble barbare, pas de panique ! Nous n’allons pas générer des signaux complexes. Un signal carré, c’est un simple passage de l’état 0 à l’état 1 puis de l’état 1 à l’état 0. En somme, c’est ce que vous venez de faire manuellement en connectant la broche Data de l’émetteur au 5v !

Vous noterez que sans aucune intervention de votre part, il est possible que vous visualisiez des valeurs de 1 sur le récepteur. C’est la manifestation des perturbations dont je vous parlais tout à l’heure.

4- Utilisation de l’émetteur et du récepteur par Arduino

Finalement, on arrive enfin à votre objectif depuis le début de ce tutoriel: Gérer l’émission et la réception d’un signal radiofréquence via Arduino. Si vous avez bien compris la partie précédente, vous devriez être en mesure d’écrire vous-même le code de cette partie.
Dans cette partie du tutoriel, nous vous proposons de réutiliser les câblages précédents ainsi que le script. Cependant, nous allons utiliser un second Arduino et y connecter notre émetteur sur D3 afin d’être en mesure de transmettre des données au récepteur. Nous procédons de la même manière que dans la partie précédente en commentant intégralement le script.

On a donc le câblage suivant:

Câblage de l'émetteur RF sur l'Arduino

Capture d’écran du câblage entre l’émetteur radiofréquence et l’Arduino sur le logiciel Fritzing

Avec le script suivant:

 

void setup()
{
	pinMode(3, OUTPUT); //On déclare la broche D3 de l'Arduino comme une sortie
}

void loop()
{
	digitalWrite(3, HIGH); //On passe la sortie D3 à l'état haut pour que l'émetteur transmette un "1" au recepteur 
	delay(250); //On attend un peu (250ms)
	digitalWrite(3, LOW); //On passe la sortie D3 à l'état bas pour que l'émetteur transmette un "0" au recepteur 
	delay(500); //On attend un peu (500ms)
}

Là, il n’y a pas grand-chose à rajouter. En mettant simultanément en route le montage émetteur et le montage récepteur, vous devriez observer des séries de 0 et de 1 plus ou moins régulières. N’oubliez pas les perturbations, elles sont omniprésentes autour de vous et peuvent perturber le signal reçu d’une manière plus ou moins prononcée. D’ailleurs, pour en éliminer une partie, on peut rajouter une résistance de 10kOhms entre le Data du récepteur et le GND de l’Arduino.

5- Conclusion

Dans ce tutoriel, nous avons eu l’occasion de voir ensemble que la communication par radiofréquence n’était pas si complexe qu’elle le semblait. Elle constitue une réelle alternative low-cost au bluetooth ou au wifi. Il faut cependant tenir compte de deux paramètres: La perturbation du signal et la sécurité de la transmission. Pour le premier paramètre, vous avez eu l’occasion de la découvrir par vous-même, les perturbations sont omniprésentes et l’une des solutions pour contrer cela constitue en la conception d’un réel protocole d’échange en radiofréquence avec des bits de début et de fin par exemple. Pour le second paramètre, celui de la sécurité, il n’est pas forcément évident d’y remédier. L’une des solution consisterait encore une fois en la création d’un protocole d’échange. Une autre solution pourrait être de modifier la plage de fréquence utilisée pour la transmission, certaines plages de fréquences sont moins sensibles aux perturbations. Attention cependant, la réglementation est assez stricte sur les plages autorisées et sur la puissance d’émission.
Un dernier point, dans ce tutoriel, nous avons proposé l’utilisation de modules radiofréquence via l’Arduino. Pourtant, et comme vous l’aurez sans doute imaginé, l’Arduino n’est absolument pas obligatoire. C’est justement pour cela que nous vous avons proposé de travailler manuellement sur le premier exemple de ce tutoriel. Si vous pouvez contrôler manuellement la transmission via un simple bouton poussoir, il n’y a aucun doute que vous pouvez faire de même avec un circuit intégré tel Attiny ou grâce à des portes logiques directement.

Le kit presse de cet article est disponible en cliquant sur ce lien

Laisser un commentaire