Construire un télémètre avec un microcontrôleur
Objectif
Il s'agit ici de déterminer une distance à partir de la mesure de la durée du trajet d'une onde ultrasonore, connaissant la vitesse du son.
L'élève peut éventuellement réutiliser la vitesse du son qu'il aurait déterminée dans la manipulation précédente.
Méthode : Principe de la mesure
Pour obtenir la distance entre l'émetteur et l'obstacle, on utilise la fonction pulseIn qui permet de connaître la durée nécessaire à un aller-retour. En utilisant la valeur de la vitesse du son, on en déduit la distance qui sépare le dispositif de l'obstacle par la relation \(D=\dfrac{v_{son}\times \Delta t}{2}\).
Attention : pulseIn renvoie une durée en microsecondes.
Le programme ci-dessous permet l'affichage de la distance sur le moniteur série.
1
int echo = 4;//Définition de la borne E/S Echo
2
int trig = 3;//Définition de la borne E/S de déclenchement
3
long temps;//Variable temps durée de l'écho
4
float distance;//Variable distance
5
void setup() {
6
Serial.begin(9600);//Initialisation de la communication série
7
pinMode(echo, INPUT);//Déclaration de la borne Echo en ENTREE
8
pinMode(trig, OUTPUT);//Déclaration de la borne de déclenchement en SORTIE
9
digitalWrite(trig, 0);//Déclenchement à 0 -> pas de mesure
10
}
11
12
void loop() {
13
/*Envoi de l'impulsion déclenchant l'émission de la salve d'ultrasons14
Il faut passer la borne Trig à l'état haut pendant 10 microsecondes15
*/16
digitalWrite(trig, 1);
17
delayMicroseconds(10);
18
digitalWrite(trig, 0);
19
//Fin de l'impulsion de déclenchement20
temps = pulseIn(echo, 1, 30000);//On recueille la durée de l'impulsion de retour
21
distance = 0.5 * 340.0 * temps / 1000000.0; //On en déduit la distance
22
if (temps == 0) {//Au-delà du délais défini, pulseIn renvoie la valeur 0 si pas d'écho
23
Serial.println("Pas d'obstacle");
24
delay(1000);//On attend une seconde avant de faire la prochaine mesure
25
}
26
else {27
Serial.print(distance, 2); //On affiche la valeur de la distance avec deux décimales
28
Serial.println(" m");
29
delay(1000);//On effectue une mesure toutes les secondes
30
}
31
}
Exemple : Questionnement élève possible
On peut proposer cette activité en prolongement de la mesure de la vitesse du son et ainsi réutiliser dans le programme la vitesse déterminée précédemment.
Le calcul de la distance à partir de la durée de l'impulsion peut être laissé aux élèves. Selon le niveau de maîtrise des élèves du langage Arduino, on peut laisser davantage de lignes à compléter.
Le programme ci-dessous demande aux élève d'entrer la relation permettant de calculer la distance
1
//NE MODIFIER QUE LES LIGNES EXPLICITEMENT PRÉCÉDÉES DE LA MENTION2
//***À MODIFIER/COMPLÉTER***3
int echo = 4;//Définition de la borne E/S Echo
4
int trig = 3;//Définition de la borne E/S de déclenchement
5
long temps;//Variable temps durée de l'écho
6
float distance;//Variable distance
7
void setup() {
8
Serial.begin(9600);//Initialisation de la communication série
9
pinMode(echo, INPUT);//Déclaration de la borne Echo en ENTREE
10
pinMode(trig, OUTPUT);//Déclaration de la borne de déclenchement en SORTIE
11
digitalWrite(trig, 0);//Déclenchement à 0 -> pas de mesure
12
}
13
14
void loop() {
15
/*Envoi de l'impulsion déclenchant l'émission de la salve d'ultrasons16
Il faut passer la borne Trig à l'état haut pendant 10 microsecondes17
*/18
digitalWrite(trig, 1);
19
delayMicroseconds(10);
20
digitalWrite(trig, 0);
21
//Fin de l'impulsion de déclenchement22
temps = pulseIn(echo, 1, 30000);//On recueille la durée de l'impulsion de retour
23
//***À MODIFIER/COMPLÉTER***24
distance = .....
25
//FIN DES MODIFICATIONS26
if (temps == 0) {//Au-delà du délais défini, pulseIn renvoie la valeur 0 si pas d'écho
27
Serial.println("Pas d'obstacle");
28
delay(1000);//On attend une seconde avant de faire la prochaine mesure
29
}
30
else {31
Serial.print(distance, 2); //On affiche la valeur de la distance avec deux décimales
32
Serial.println(" m");
33
delay(1000);//On effectue une mesure toutes les secondes
34
}
35
}
Complément : Affichage de la distance sur un écran LCD
Le programme ci-dessous permet l'affichage de la distance mesurée sur un écran LCD au lieu du moniteur série.
1
//Pour utiliser l'écran LCD I2C
2
int echo = 9;//Définition de la borne E/S Echo
3
int trig = 8;//Définition de la borne E/S de déclenchement
4
long tempsAR;//Variable tempsAR durée de l'écho
5
float distance;//Variable distance
6
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);//Déclaration de l'écran LCD : adresse, nb colonnes, nb lignes
7
void setup() {
8
// put your setup code here, to run once:9
lcd.init();//On initialise l'écran
10
lcd.backlight();//Rétroéclairage de l'écran
11
lcd.clear();//On efface l'écran
12
pinMode(echo, INPUT);//Déclaration de la borne Echo en ENTREE
13
pinMode(trig, OUTPUT);//Déclaration de la borne de déclenchement en SORTIE
14
digitalWrite(trig, 0);//Déclenchement à 0 -> pas de mesure
15
}
16
17
void loop() {
18
// put your main code here, to run repeatedly:19
/*Envoi de l'impulsion déclenchant l'émission de la salve d'ultrasons20
Il faut passer la borne Trig à l'état haut pendant 10 microsecondes21
*/22
digitalWrite(trig, 1);
23
delayMicroseconds(10);
24
digitalWrite(trig, 0);
25
//Fin de l'impulsion de déclenchement26
tempsAR = pulseIn(echo, 1, 30000);//On recueille la durée de l'impulsion de retour
27
distance = 0.5 * float(tempsAR) * 340 / 1000000.0; //On en déduit la distance
28
lcd.clear();
29
lcd.setCursor(0, 0);//Positionnement du curseur sur l'écran
30
if (tempsAR == 0) {//Au-delà du délais défini, pulseIn renvoie la valeur 0 si pas d'écho
31
lcd.print("Pas d'obstacle");
32
delay(1000);//On attend une seconde avant de faire la prochaine mesure
33
}
34
else {35
lcd.print(distance, 3); //On affiche la valeur de la distance avec trois décimales
36
lcd.print(" m");
37
delay(1000);//On effectue une mesure toutes les secondes
38
}
39
}
Ci-dessous, la version à compléter par les élèves.
1
//NE MODIFIER QUE LES LIGNES EXPLICITEMENT PRÉCÉDÉES DE LA MENTION2
//***À MODIFIER/COMPLÉTER***3
//Pour utiliser l'écran LCD I2C
4
int echo = 9;//Définition de la borne E/S Echo
5
int trig = 8;//Définition de la borne E/S de déclenchement
6
const float vitesseSon = 340.0; //Définition de la vitesse du son en m/s
7
long tempsAR;//Variable temps durée de l'écho
8
float distance;//Variable distance
9
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);//Déclaration de l'écran LCD : adresse, nb colonnes, nb lignes
10
11
void setup() {
12
// put your setup code here, to run once:13
lcd.init();//On initialise l'écran
14
lcd.backlight();//Rétroéclairage de l'écran
15
lcd.clear();//On efface l'écran
16
pinMode(echo, INPUT);//Déclaration de la borne Echo en ENTREE
17
pinMode(trig, OUTPUT);//Déclaration de la borne de déclenchement en SORTIE
18
digitalWrite(trig, 0);//Déclenchement à 0 -> pas de mesure
19
}
20
21
void loop() {
22
// put your main code here, to run repeatedly:23
/*Envoi de l'impulsion déclenchant l'émission de la salve d'ultrasons24
Il faut passer la borne Trig à l'état haut pendant 10 microsecondes25
*/26
digitalWrite(trig, 1);
27
delayMicroseconds(10);
28
digitalWrite(trig, 0);
29
//Fin de l'impulsion de déclenchement30
tempsAR = pulseIn(echo, 1, 30000);//On recueille la durée de l'aller-retour en µs
31
//***À MODIFIER/COMPLÉTER***32
distance = .....//Entrer la relation permettant de calculer la distance en m
33
//Fin de la relation à modifier.34
lcd.clear();
35
lcd.setCursor(0, 0);//Positionnement du curseur sur l'écran
36
if (temps == 0) {//Au-delà du délais défini, pulseIn renvoie la valeur 0 si pas d'écho
37
lcd.print("Pas d'obstacle");
38
delay(1000);//On attend une seconde avant de faire la prochaine mesure
39
}
40
else {41
lcd.print(distance, 3); //On affiche la valeur de la distance avec trois décimales
42
lcd.print(" m");
43
delay(1000);//On effectue une mesure toutes les secondes
44
}
45
}