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Magnetics — Créer des projets multicartes (MakeCode STM32)

InformatiqueTechnologieSTM32 IoT NodeMakeCode
ProjetDuréeDifficultéÂge
Magnetics50 minutesAvancé13-18 ans

Matériel​

  • 4 cartes programmables STM32 IoT Node Board
  • 1 câble USB Micro-B
  • 1 écran OLED Monochrome 1.3" 128x64 OLED de Adafruit
  • 1 câble QT pour connecter l'écran à la carte
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Magnetics — MakeCode STM32

De quoi parle-t-on ?​

Dans cette activité, nous allons programmer plusieurs cartes électroniques et échanger des données de capteurs à l'aide de l'extension Magnetics, qui permet une communication maillée sans fil.

info

Cette fiche d'activité propose de créer des projets plus complexes en utilisant plusieurs cartes électroniques non connectées entre elles. Une fois les capteurs maîtrisés, nous pouvons en effet mettre en place des expériences nécessitant l'utilisation de plusieurs cartes. Afin de réaliser la collecte des données, il faut pouvoir faire communiquer les cartes entre elles par les airs. Dans cette activité nous allons programmer plusieurs cartes électroniques et échanger des données de capteurs à l'aide de l'extension Magnetics que permet de mettre en œuvre une communication sans fil maillée. Le projet Magnetics prend la forme d'une brique technique logicielle implantée directement dans MakeCode. Ce développement est basé sur l'utilisation de la technologie de réseau maillé Bluetooth Low Energy Mesh (BLE Mesh) compatible avec toutes les cartes programmables disposant d'un module Bluetooth Low Energy.

Ressources :

Objectifs d'apprentissage​

  • Utiliser l'extension Magnetics pour construire des projets multicartes
  • Appréhender le fonctionnement des modules Bluetooth BLE Mesh

Étape 1 - Construire​

Pour réaliser cette activité nous avons besoin de quatre cartes STM32 IoT Nodes. Trois d'entre elles seront émettrices de données de capteurs (température, humidité, pression), et la dernière sera collectrice des données qu'elle affichera sur un écran OLED. Mis à part l'écran de la dernière, il n'y a pas de câblage car nous utiliserons uniquement les capteurs internes. Nous allons donc vous donner la marche à suivre pour câbler et programmer en premier lieu la carte collectrice puis dans un second temps, programmer individuellement chaque carte émettrice afin de pouvoir construire votre projet.

Activité 1 - Préparer, câbler et programmer la carte collectrice​

1. Câbler l'écran OLED​

Nous devons en premier lieu câbler l'écran OLED directement à la carte collectrice. Il y a deux façons de câbler l'écran OLED SSD1306 à une carte, soit avec une connexion I2C ou SPI. Pour notre écran, nous utilisons la connexion I2C via le câble QWIIC/STEMMA avec la convention suivante :

  • Noir pour GND
  • Rouge pour V+ (3V3)
  • Bleu pour SDA (D14)
  • Jaune pour SCL (D15)
Câblage de l'écran OLED sur la carte collectrice

2. Connecter la carte à l'ordinateur​

Avec votre câble USB, connectez la carte collectrice à votre ordinateur en utilisant le connecteur micro-USB. Si tout se passe bien, vous devriez voir apparaître sur votre ordinateur un nouveau lecteur.

3. Ouvrir MakeCode​

Allez dans l'éditeur MakeCode de Let's STEAM. Sur la page d'accueil, créez un nouveau projet en cliquant sur le bouton "Nouveau projet". Donnez à votre projet un nom plus expressif que "Sans titre" et lancez votre éditeur.

Ressource : makecode.lets-steam.eu

4. Installer les extensions​

Après avoir créé votre nouveau projet, vous obtiendrez l'écran par défaut et vous devrez installer deux extensions pour ce projet spécifique : "magnetics" et "oled".

info

Les extensions dans MakeCode sont des groupes de blocs de code qui ne sont pas directement inclus dans les blocs de code de base que l'on trouve dans MakeCode. Les extensions, comme leur nom l'indique, ajoutent des blocs pour des fonctionnalités spécifiques. Il existe des extensions pour un large éventail de fonctionnalités très utiles, ajoutant des capacités de manette de jeu, de clavier, de souris, de servomoteurs, de la robotique et bien plus encore.

Vous voyez le bouton noir AVANCÉ en bas de la colonne des différents groupes de blocs. En cliquant sur ce bouton, vous verrez apparaître des groupes de blocs supplémentaires. En bas, il y a une boîte grise appelée EXTENSIONS. Cliquez sur ce bouton.

Dans la liste des extensions disponibles, vous pouvez trouver l'extension Magnetics qui sera utilisée pour cette activité. Si elle n'est pas directement disponible sur votre écran, vous pouvez la rechercher en utilisant la barre de recherche. Cliquez sur l'extension et un nouveau groupe de blocs apparaîtra sur l'écran principal. Réitérez cette action pour installer l'extension OLED également disponible. Vous pouvez commencer à programmer.

Blocs associés à l'extension Magnetics

5. Programmer la carte​

Dans l'éditeur JavaScript de MakeCode, copiez/collez le code disponible dans la section "Programmer" ci-dessous. Cliquez sur le bouton "Télécharger" et attendez que la carte finisse de clignoter.

Activité 2 - Programmer chaque carte émettrice individuellement​

Une fois la carte collectrice câblée avec l'écran OLED et programmée, nous pouvons préparer les trois cartes émettrices en suivant les mêmes étapes de programmation que lors de l'étape 1. Pour chaque carte, il faudra donc effectuer les tâches suivantes :

1. Connecter la carte à l'ordinateur​

Avec votre câble USB, connectez la carte émettrice que vous souhaitez programmer à votre ordinateur en utilisant le connecteur micro-USB. Si tout se passe bien, vous devriez voir apparaître sur votre ordinateur un nouveau lecteur. Ce lecteur est utilisé pour programmer la carte en copiant simplement un fichier binaire.

2. Ouvrir MakeCode​

Allez dans l'éditeur MakeCode de Let's STEAM. Sur la page d'accueil, créez un nouveau projet en cliquant sur le bouton "Nouveau projet". Donnez à votre projet un nom plus expressif que "Sans titre" et lancez votre éditeur.

Ressource : makecode.lets-steam.eu

3. Installer l'extension​

De la même manière qu'à l'étape 1, ajoutez l'extension Magnetics à la liste de bloc via le menu "AVANCÉ" puis "EXTENSIONS".

4. Programmer la carte​

Dans l'éditeur JavaScript de MakeCode, copiez/collez le code disponible dans la section "Programmer" ci-dessous relatif à la carte émettrice que vous êtes en train de programmer. Si ce n'est pas déjà fait, pensez à donner un nom à votre projet et cliquez sur le bouton "Télécharger" et attendez que la carte finisse de clignoter.

Activité 3 - Exécuter, modifier, jouer​

Une fois votre carte collectrice reliée à votre écran, et vos quatre cartes programmées, votre programme est prêt à être utilisé. Votre programme s'exécutera automatiquement chaque fois que vous les mettrez sous tension ou que vous réinitialiserez votre carte (appuyez sur le bouton intitulé RESET). Essayez de comprendre le fonctionnement de votre code et commencez à le modifier en créant vos propres projets.

Étape 2 - Programmer​

Code de la carte collectrice​

let temperature = "...";
let humidity = "...";
let pressure = "...";
let lastShow = 0;

magnetics.startScanning()
forever(function () {

    if (magnetics.availableDataFromName("DeviceTemp")) {
        temperature = magnetics.readDataFromName("DeviceTemp")
    }
    if (magnetics.availableDataFromName("DeviceHum")) {
        humidity = magnetics.readDataFromName("DeviceHum")
    }
    if (magnetics.availableDataFromName("DevicePres")) {
        pressure = magnetics.readDataFromName("DevicePres")
    }

    if ( control.millis() - lastShow >= 2000 ){
        oled.clear()
        oled.showString("Données des capteurs:", 1)
        oled.showString(temperature, 3)
        oled.showString(humidity, 4)
        oled.showString(pressure, 5)

        lastShow = control.millis();
    }
})
Blocs pour le code du collecteur

Code de la carte émettrice de la température​

magnetics.setLocalName("DeviceTemp")
magnetics.startEmitting()
forever(function () {
magnetics.setAdvertisingKeyValueData("Temp (°C)", input.temperature(TemperatureUnit.Celsius))
    pause(500)
})
Exemple de la programmation par bloc relative à la carte émettrice collectant les données de température

Code de la carte émettrice de l'humidité​

magnetics.setLocalName("DeviceHum")
magnetics.startEmitting()
forever(function () {
magnetics.setAdvertisingKeyValueData("Hum (%)", input.humidity())
    pause(500)
})

Code de la carte émettrice de la pression​

magnetics.setLocalName("DevicePres")
magnetics.startEmitting()
forever(function () {
magnetics.setAdvertisingKeyValueData("Pres (hPa)", input.pressure(PressureUnit.HectoPascal))
    pause(500)
})

Comment cela fonctionne-t-il ? Initialiser la collecte de données​

Cela fait beaucoup de code, mais rien de très complexe, puisque le code des cartes émettrices est quasiment identique (il n'y a que le capteur qui change) et reste simple à comprendre.

Pour commencer, on donne un nom à notre carte à l'aide de la fonction setLocalName, ce qui permettra au collecteur de reconnaître la donnée envoyée. Pour que la carte puisse émettre des données, il faut lui préciser son rôle, c'est ce que fait la fonction startEmitting. Enfin, via la fonction setAdvertisingKeyValueData, nous envoyons la donnée du capteur toutes les 500 millisecondes (c'est-à-dire deux fois par seconde).

Enfin, intéressons-nous au code du collecteur. Au début, nous déclarons 4 variables :

  • temperature, humidity et pressure qui contiendront les données émises par les émetteurs (respectivement pour la température, l'humidité et la pression atmosphérique)
  • lastShow qui permet de savoir à quand remonte le dernier affichage des données (en millisecondes).

Une fois les variables initialisées, nous faisons appel à startScanning, pour rechercher les cartes émettrices qui sont à proximité. Le reste du code se trouve dans la fonction forever ce qui implique, que nous allons répéter indéfiniment le code suivant. Les trois premiers if(...) permettent de savoir si nous avons reçu des données de la part des émetteurs (grâce à la fonction availableDataFromName), si tel est le cas, alors on enregistre cette donnée dans la variable associée (en utilisant readDataFromName).

Maintenant que nous avons les données, il faut les afficher sur notre écran OLED, c'est le rôle de la dernière condition if, qui nous permet de mettre à jour notre écran avec les nouvelles données, seulement si cela fait plus de deux secondes qu'il n'a pas été rafraîchi.

Étape 3 - Améliorer​

  • Cette activité ne fait qu'afficher les informations sur un écran, mais il est possible d'utiliser le datalogger, pour enregistrer nos données et les analyser.
  • Utiliser une boîte étanche et faire une station météo : la connexion étant sans fil, on pourrait avoir un écran en intérieur nous affichant les données environnementales de l'extérieur.

Aller plus loin​

Cette fiche fait partie du projet Magnetics, financé par le dispositif Edu-up. Elle complète le travail réalisé dans le cadre du projet Let's STEAM. Contenu sous licence CC BY-SA 4.0.