Une boite mystérieuse, qui va nous permettre d'apprendre les bases de la programmation de cartes Arduino.
Difficulté
Facile
Durée
45 minute(s)
Disciplines scientifiques
Arduino, Informatique, Electricité
Introduction
L'objectif de ce tutoriel à destination des animateurs, des enseignants et des curieux, est trouver des pistes pour initier des jeunes et/ou des adultes à Arduino en privilégiant une démarche expérimentale.
- Matériel et outils
- Expériences pré-requises
Arduino 
Arduino, et son synonyme Genuino sont des micro-controleurs libres.
LED 
LED signifie Light Emiting Diod (Diode Electro-Luminescente).
Logiciel Arduino 
C'est le logiciel libre développé pour accompagner et programmer la carte Arduino
Ordinateur 
Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données auquel il a accès. Des tests et des sauts conditionnels permettent de changer d'instruction suivante, et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment. Les données à manipuler sont obtenues, soit par la lecture de mémoires, soit par la lecture de composants d'interface (périphériques) qui représentent des données physiques extérieures en valeurs binaires (déplacement d'une souris, touche appuyée sur un clavier, température, vitesse, compression...). Une fois utilisées, ou manipulées, les données sont réécrites, soit dans des mémoires, soit dans des composants qui peuvent transformer une valeur binaire en une action physique (écriture sur une imprimante ou sur un moniteur, accélération ou freinage d'un véhicule, changement de température d'un four ...). L'ordinateur peut aussi répondre à des interruptions qui lui permettent d’exécuter des programmes de réponses spécifiques à chacune, puis de reprendre l’exécution séquentielle du programme interrompu. La technique actuelle des ordinateurs date du milieu du xxe siècle. Ils peuvent être classés selon plusieurs critères1 (domaine d'application, taille ou architecture).
Boite en carton
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Boite réalisée en carton, qui a l'avantage d'être souple et peu onéreux .
Ce genre de boite, de taille très variable, peut se trouver usuellement pour ranger des jeux (ex. jeu de cartes), des chaussures, du petit matériel, etc.
Résistance 
Une résistance est un composant électronique ou électrique dont la principale caractéristique est d'opposer une plus ou moins grande résistance (mesurée en ohms) à la circulation du courant électrique.
Étape 1 - Préparez votre matériel
Rassemblez votre matériel.
Installez le logiciel Arduino sur votre ordinateur. Installer l'environnement Arduino sur votre système
Trouvez une boite en carton de taille minimale 2,5x9x6,5 cm (équivalent d'une boite de jeu de 64 cartes) ou fabriquez-la vous-même en vous aidant si vous le souhaitez de ce site internet pour fabriquer votre propre patron.
Étape 2 - Fabriquez votre boite noire
Réaliser le montage indiqué sur le schéma.
Attention à la façon dont vous positionnez votre LED. Il y a 2 pôles sur une LED, l'anode et la cathode (cf. schéma). L'anode doit être insérée dans la porte 13, la cathode sur la terre ("ground" en anglais, abrégé gnd).
Connectez la led à la résistance de 220 Ohms puis le tout à l'arduino en broche 13.
Connecter la carte à un ordinateur.
Ouvrez le logiciel Arduino et faites clignoter la LED en chargeant l'exemple situé dans Fichier>Exemples>01.Basics>Blink.
Vous pouvez si vous le souhaitez connecter votre boite noire à une alimentation externe (explications dans un prochain tutoriel).
Étape 3 - Faire découvrir et tester cette boite noire à votre public
Que fait-elle? Quelles actions se produisent? De quoi a-t-elle besoin pour fonctionner? Pourrait-on lui faire faire d'autres actions?
En se posant toutes ses questions, en formulant des hypothèses et les vérifiant, les personnes qui vivront cette animation vont progressivement découvrir les bases de la programmation avec Arduino.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
La boite s'allume et s'éteint... elle clignote.
Mais comment fonctionne-t-elle?
Applications : dans la vie de tous les jours
Cette séquence pourrait s'apparenter à du reverse engineering ou rétro-ingénierie, discipline cherchant à analyser le fonctionnement d'un objet physique, électronique ou informatique afin de :
- comprendre le fonctionnement de cet objet, pour être en mesure de l'utiliser correctement, de le modifier, ou encore de s'assurer de son bon fonctionnement ;
- fabriquer une copie de cet objet alors qu'on ne peut en obtenir ni les plans ni les méthodes de fabrication (activité généralement illégale sur un plan juridique) ;
- créer un nouvel objet ayant des fonctionnalités identiques à l'objet de départ, sans violer de brevet ;
- analyser un objet produit par un concurrent, soit dans le cadre d'une activité de veille concurrentielle soit pour détecter d'éventuelles violations de brevets.
Suivant la nature de l'objet et l'objectif, différentes méthodes et techniques sont utilisées. Pour des objets physiques, il est possible de démonter le système jusqu'à un certain point pour en analyser les constituants. En électronique et en informatique, la démarche peut être celle de l'étude d'une boîte noire : on isole l'objet à étudier, on détermine les entrées et les sorties actives. On essaie ensuite de déterminer la réponse du système en fonction des variations du ou des signaux en entrée.
(Source: Wikipédia)
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- S'initier à la rétro-ingénierie
- Comprendre les bases de la programmation avec Arduino
Pistes pour animer l'expérience
Approche dite de "rétro-ingénierie"
- Découvrir la boite
Commencer par montrer aux enfants cette fameuse boîte noire, et discuter autour de cette curieuse invention.
- Que fait cette boite ?
les réponses des enfants :
- "Cette boite s'allume !"
- "ah ! elle s’éteint"
- "oh il y a une prise"
À ce moment, nous avons commencer à classer les propositions des enfants quand au fonctionnement de celle-ci et échafauder un semblant de programme, à haute voix, puis sur papier. La boite s'allume → La boite attend → La boite s'allume → La boite attend ...
2. Découverte du code
À la fin de cette première partie, les enfants ont construit le code de la boîte sur papier, et ont compris que cette-ci se branchait sur un ordinateur.
Il est temps de hacker cette boîte grâce au code !
Arrivés sur les ordinateurs préparés à l'avance, les enfants découvrent le code sur le logiciel Arduino. Ils doivent alors rapprocher le code qu'ils ont produit et celui présenté sur l'ordinateur.
3. Hacking du code
Après avoir compris les bases du code, les jeunes peuvent aller plus loin et répondre à ces défis:
- faire clignoter de plus en plus vite la lumière
- allumer en continu la lumière
- l’éteindre
- coder le message "SOS" en code morse
- faire clignoter une 2nd LED en la brochant sur la broche 12
Sources et ressources
- La page de l'ancien wikidébrouillard dédiée à cette curieuse invention: http://ancien.wikidebrouillard.org/index.php?title=Animer_une_premiere_s%C3%A9quence_Arduino_avec_des_enfants
- Bartmann, E. (2015). Le grand livre d'Arduino. Editions Eyrolles.
- Le livre des projets Arduino. Editions Arduino AG.
Dernière modification 4/12/2020 par user:Julienrat.
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