Uno sensor shield v5.0

Le Sensor Shield V5.0 est la carte qui se fixe sur un Arduino Uno et transforme chaque broche d’entrées-sorties en une rangée de trois broches : signal, alimentation et masse. Un capteur, un servomoteur ou un module se branche directement sur la rangée qui porte son numéro, sans plaque d’essai ni faisceau de fils.

Son intérêt réel tient en une ligne : les broches d’alimentation des rangées numériques peuvent être alimentées par une source extérieure, ce qui permet de faire tourner plusieurs servomoteurs sans épuiser le régulateur de la carte Arduino. Les connecteurs dédiés aux modules courants — IIC, COM, Bluetooth, APC220, carte SD, ultrasons — évitent en plus de repérer les broches une à une.

Ce que la carte apporte

• Toutes les broches en trois fils — les 14 broches numériques D0 à D13 et les 6 entrées analogiques A0 à A5, chacune sur une rangée de trois broches avec sa masse et son alimentation.
• Une alimentation séparée pour les sorties numériques — un cavalier et un bornier à vis permettent de nourrir les broches « V » des rangées numériques par une source extérieure, au lieu du 5 V de l’Arduino.
• Les entrées analogiques protégées — leurs broches d’alimentation restent reliées au 5 V de l’Arduino en toutes circonstances, ce qui garde une alimentation propre du côté des mesures.
• Des connecteurs dédiés — IIC, COM (série), Bluetooth, radio APC220, carte SD et interface ultrasons URF01.
• Un bouton de réinitialisation en bord de carte, accessible même quand l’Arduino est vissé dans un boîtier.
• Une LED d’alimentation qui confirme la présence du 5 V sur la carte.

Caractéristiques techniques

Le cavalier SEL : le réglage à comprendre avant de brancher

C’est le seul point qui distingue vraiment ce shield d’un simple adaptateur de broches, et c’est aussi celui qui explique la plupart des montages qui « ne marchent pas ».

Avec le cavalier en place, les broches d’alimentation des rangées numériques sont reliées au 5 V de l’Arduino. C’est le réglage de repos : commode pour quelques capteurs, quelques LED ou un ou deux servomoteurs. La limite à retenir est celle du régulateur de la carte hôte — au-delà de quelques centaines de milliampères tirés par l’ensemble, la tension s’écroule et l’Arduino se réinitialise au moment où le moteur démarre.

Avec le cavalier retiré, ces mêmes broches ne reçoivent plus rien de l’Arduino : elles attendent la tension amenée sur le bornier à vis, de 5 à 6 V pour des servomoteurs. La masse reste commune dans les deux cas, c’est elle qui donne au signal sa référence. Une alimentation extérieure encaisse alors le courant de plusieurs moteurs sans passer par la carte Arduino.

Une précaution non négociable : cavalier en place, aucune alimentation extérieure ne doit être branchée sur le bornier. Les deux sources se retrouvent reliées ensemble et le shield comme l’Arduino risquent d’être endommagés. Retirez le cavalier avant de câbler le bornier. Et n’amenez jamais plus de 6 V sur ce bornier : il alimente directement les capteurs, qui fonctionnent en 5 V.

Repérer le bon sens d’un connecteur

Un servomoteur ou un module à trois fils se branche dans un seul sens. Trois repères suffisent : la masse est la broche marquée G, l’alimentation celle marquée V, et le signal celle qui porte le numéro de la broche. Sur un cordon de servomoteur, le fil de signal est le plus souvent orange ou jaune, le positif rouge au centre, la masse brune ou noire.

Un connecteur inversé n’endommage pas toujours le module, mais il ne fonctionne pas et il chauffe : en cas de doute, lisez la sérigraphie de la rangée plutôt que de vous fier à la position du connecteur sur la photo d’un montage trouvé en ligne.

Applications courantes

• Robot roulant — capteurs à ultrasons, suiveur de ligne et servomoteurs sur une même carte, sans plaque d’essai qui se débranche au premier choc.
• Bras ou plateforme à plusieurs servomoteurs — alimentation extérieure par le bornier, un seul bloc pour l’ensemble des moteurs.
• Station de mesure — plusieurs capteurs analogiques et numériques en parallèle sur les rangées A0 à A5.
• Maquette pédagogique — un servomoteur, un buzzer et deux capteurs branchés en dix secondes, sans refaire le câblage entre deux séances.
• Module de communication — Bluetooth ou radio APC220 sur son connecteur dédié, sans chercher D0 et D1 dans la rangée.

Mini-projet : faire balayer un servomoteur sans faire planter l’Arduino

C’est le montage qui justifie à lui seul l’achat du shield : le servomoteur est alimenté à part, l’Arduino ne fournit que le signal.

Matériel

• un Arduino Uno R3 et ce shield ;
• un servomoteur SG90 — un MG995 convient aussi, à condition de rester sur l’alimentation extérieure ;
• une alimentation extérieure de 5 à 6 V, par exemple un support de 4 piles AA ou une alimentation de laboratoire ;
• trois fils de prototypage mâle-mâle ;
• un petit tournevis pour le bornier.

Câblage

Le shield est enfiché sur l’Arduino, cavalier SEL retiré. Le servomoteur se branche sur la rangée D9 du bloc numérique.

Les deux masses sont déjà communes à travers le shield : le pôle négatif de l’alimentation extérieure sur le bornier suffit à référencer le signal. Ne reliez pas cette alimentation à la broche VIN de l’Arduino en même temps.

Programme

/*
 * Balayage d'un servomoteur - Sensor Shield V5.0 sur Arduino Uno
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
#include "Servo.h"
const byte PIN_SERVO = 9;   // rangee 9 du shield : signal sur S, alimentation sur V, masse sur G
Servo balai;
int angle = 0;
int pas = 1;
void setup() {
  balai.attach(PIN_SERVO);
}
void loop() {
  balai.write(angle);
  angle = angle + pas;
  // Demi-tour aux deux extremites du debattement.
  if (angle == 181) {
    pas = -1;
  }
  if (angle == -1) {
    pas = 1;
  }
  delay(15);
}

Le programme balaie le moteur de 0 à 180 degrés, puis revient. Si le servo vibre sans tourner, ou si l’Arduino se réinitialise à chaque mouvement, c’est que le cavalier SEL est resté en place : coupez l’USB, retirez-le, rebranchez. Un servomoteur tire à lui seul plus de courant que ce que le régulateur de la carte peut fournir.

Variante : ajouter un détecteur de mouvement sur la même carte

Le second intérêt du shield est de faire cohabiter plusieurs modules sans câblage volant. Avec un capteur de mouvement PIR en plus du servomoteur, on obtient un aiguillage piloté par la présence : le servo tourne d’un côté quand quelqu’un passe, et revient après un délai.

Les deux modules prennent leur alimentation sur les rangées du shield, et le cavalier SEL reste retiré puisque le servomoteur est toujours sur alimentation extérieure. Le PIR, lui, est alimenté par cette même source : il demande 5 V, ce qui correspond exactement à la tension du bornier.

Questions fréquentes

Le shield fonctionne-t-il sur un Arduino Mega ?

Il s’y enfonce, mais seules les broches du gabarit Uno — D0 à D13 et A0 à A5 — se retrouvent connectées. Les 54 broches numériques et les 16 entrées analogiques de la Mega ne sont pas réparties. Pour une Mega, il faut le MEGA Sensor Shield, dont le gabarit est celui de la carte longue.

Pourquoi mon Arduino redémarre-t-il dès que le servomoteur bouge ?

C’est une chute de tension : le moteur demande plus de courant que le régulateur de la carte n’en fournit, la tension descend et le microcontrôleur se réinitialise. La solution est celle du mini-projet — cavalier SEL retiré, alimentation extérieure sur le bornier. Cela vaut pour tous les servomoteurs, même les petits modèles dès qu’il y en a plusieurs.

Puis-je brancher une batterie de 12 V sur le bornier ?

Non. Le bornier alimente directement les broches « V » des rangées, donc les capteurs et les servomoteurs branchés dessus. Douze volts les détruisent immédiatement. Restez entre 5 et 6 V, ce que demandent les servomoteurs de modélisme.

Faut-il débrancher un module posé sur les connecteurs Bluetooth ou COM avant de téléverser ?

Oui, dès qu’un module occupe D0 ou D1. Ces deux broches sont celles du port série utilisé par le câble USB : un module qui parle en même temps que le programmeur fait échouer le téléversement. Débranchez-le le temps de charger le programme, puis remettez-le en place. C’est le seul point d’attention du shield avec le cavalier SEL.

Les broches d’alimentation des entrées analogiques suivent-elles le cavalier ?

Non, elles restent reliées au 5 V de l’Arduino en permanence. C’est volontaire : les mesures analogiques préfèrent une alimentation propre, non perturbée par le courant des moteurs. Un capteur analogique branché sur A0 à A5 n’est donc jamais concerné par le réglage du cavalier.

Que fait le connecteur URF01 ?

Il sort le 5 V, la masse et les deux entrées A0 et A1. Il était prévu pour un module à ultrasons à sortie analogique, mais A0 et A1 se pilotent aussi comme des broches numériques : un capteur HC-SR04 peut s’y brancher et se programmer comme sur n’importe quelles autres broches.

À combiner avec

Si vous partez de zéro, le KIT Starter Arduino Uno fournit la carte, la plaque d’essai, les fils et les composants de base ; ce shield vient ensuite simplifier le câblage. Pour un montage qui reste propre une fois terminé, un shield de prototypage complète bien l’ensemble, et un afficheur LCD 1602 en I2C se branche en deux fils sur le connecteur IIC de la carte.