Notice de la carte BOE-Shield

La BOE-Shield® est une extension pour cartes Arduino® qui convient pour le prototypage de montages électroniques simples. C'est un circuit imprimé qui se connecte directement sur une arduino et qui s'y fixe mécaniquement par trois vis.

Carte électronique BOE-Shield pour Arduino

Vocabulaire et appellations

BOE est l'acronyme anglais de « Board Of Education«  qui signifie carte éducative (ou pédagogique) ; nous pouvons aussi le traduire par carte d'apprentissage et l'utiliser comme carte d'expérimentation.

Shield est un module d'extension compatible avec une carte Arduino. C'est une carte électronique qui sert de périphérique spécifique et qui augmente les capacités originales d'une carte Arduino.

Breadboard désigne une plaque de prototypage à trous, dans laquelle on enfile les pattes de composants pour les connecter ensembles. L'intérêt est un câblage rapide et sans soudure.

MECA signifie Module d'Extension Connectable sur Arduino.
La désignation « shield » se traduisant par « bouclier » en français, je l'ai remplacer de ma propre initiative par mon propre acronyme français MECA (Dépôt de Copyright numéro 00050298-4).

Résumé des caractéristiques

La carte BOE-Shield® augmente les possibilités connectiques originales de la carte Arduino.
Elle dispose des éléments techniques :

  • une petite breadboard (2 colonnes de 17 rangées de 5 trous),
  • une alimentation 5 Volts (1 Ampère max) régulée pour alimenter des applications robotiques,
  • une alimentation 3,3 Volts (250 mA max) pour alimenter des circuits prototypes, des modules Xbee®, RF et autres détecteurs,
  • une ligne de connecteurs, située en haut de la breadboard, permettant d'accéder facilement aux tensions d'alimentation [3,3 V, Vin, 5 V],
  • une ligne de connecteurs, implantée en bas de la breadboard, pour la masse et les entrées analogiques de la carte Arduino [GND et ANALOG IN],
  • une colonne latérale de connecteurs correspondant aux lignes d'entrées-sorties numériques de l'Arduino [DIGITAL],
  • un commutateur d'alimentation à 3 positions qui vous permet de mettre en fonction successivement, les alimentations de puissance (connecteurs en haut de la breadboard), puis les ports des servos-moteurs.
    Ceci est particulièrement utile pour couper l'alimentation des servos quand vous faites des tests. Ainsi, pendant la mise au point des capteurs vous gardez les motorisations inactives ou immobiles,
  • un bouton de « Reset » qui effectue la remise à zéro du micro-controleur et redémarre le programme,
  • Un témoins à LED qui indique la mise sous tension de la breadboard et des prises des servo-moteur.

Il y a quatre trous de montage aux angles de la carte et des connecteurs au format Arduino pour l'empilage de plusieurs shields.

Idées d'applications

  • Sur le châssis du robot Boe-Bot la BOE peut être monter avec une carte à microcontrôleur Arduino (voir la notice du BOE-Shield-bot),
  • dans une salle de classe pour les travaux pratiques en électronique, robotique et cours de base avec l'Arduino,
  • dans l'atelier de robotique pour tester rapidement et sans soudure un module hardware.
  • dans l'atelier d'électronique pour mettre au point un prototype de shield Arduino.

Instructions de montage

Etape 1

Les quatre groupes de broches sous la carte BOE s'enfiche dans les quatre connecteurs multipoint de l'Arduino.
Si vous avez un Arduino Mega, elle s'insère dans les quatre connecteurs les plus proches du port USB et du connecteur d'alimentation.

Si votre Arduino est une UNO R3 ou MEGA R3, deux paires d'emplacement de connecteurs seront vides à l'extrême gauche de la carte (au plus proche de l'USB) après avoir enfiché la BOE-Shield.
Les types R3 et prochaines versions sont aussi concernés par cette remarque.

Les révisions antérieures telles que la 2, 1, et Duemilanove ont le même nombre de connecteurs que de broches sur la BOE ; il n'y aura donc aucun connecteur de vide sur le côté gauche de l'Arduino.

Asemblage de la BOE-Shield sur Arduino R3 et Mega R3

Etape 2

Alignez soigneusement les broches de la BOE avec les connecteurs de l'Arduino. Avant d'appuyer conjointement sur les deux circuits, vérifiez (en regardant au travers) que les trois trous de montage internes de la BOE soient alignés avec ceux de la carte Arduino.

Alignement des cartes BOE-Shield et Arduino

Etape 3

Soyez absolument sûr que vous ayez aligné correctement les broches avant de continuer ! Un mauvais alignement pourrait endommager votre Arduino lors du branchement de l'alimentation électrique.

Détails alignement BOE-Shield / Arduino

Etape 4

Appuyez fermement pour insérer et réaliser la connexion des deux cartes.

Détails réalisation de la connexion

Stabiliser l'assemblage avec les options

Ce matériel supplémentaire est vendu séparément. Des entretoises sont recommandées pour garder votre carte BOE-Shield stable et pour qu'elle ne puisse pas basculer lors des opérations de câblage.
Le constructeur recommande :

  • 4 vis Parallax à tête plate Phillips référence 700-00028,
  • 4 entretoises filetées (en aluminium) de référence 700-00060,
  • 1 tournevis à pointe Phillip numéro 1

Enfilez une vis dans chaque trou d'angle de votre BOE-Shield et vissez y une entretoise en aluminium en serrant doucement.
Remarque : les trous d'angle sont métallisés et connectés au plan de masse de la BOE, et il en sera de même pour les entretoises en aluminium quand elles sont assemblées de cette manière.

Vis et entretoise de stabilisation de la carte BOE-Shield

En France et dans les pays où la norme milimètrique est en vigueur, nous pouvons utiliser des vis de 3 mm de diamètre avec des entretoises de 25 mm de longueur minimum (percées et taraudées à 3 mm).
L'utilisation de simples vis de 3 mm par 25 de long et serrées directement sur la carte par un ecrou et une rondelle rendra le même service que les entretoises si nous restons en « montage sur table ».
Les vis, écrous et rondelles peuvent être en nylon.

Les entretoises pour assembler et fixer les deux cartes

Si vous effectuez fréquemment des connexions/déconnexions du câble de programmation ou de l'alimentation externe de l'Arduino, il est recommandé d'assembler une bonne fois pour toute les deux cartes. Ces entretoises sont également utiles pour des applications qui impliquent des vibrations ou des accélérations.
Le matériel recommandé par Parallax® est dans la liste suivante.

  • 3 écrous nylon référence 700-00036,
  • 3 entretoises en nylon 1/2 pouce de longueur référence 713-00051
  • 3 vis zinguées Phillips référence 710-00007

Equivalences millimétriques :
entretoises nylon de 12,7 mm de longueur percée à 3 mm,
vis à tête cruciforme en nylon ou métal de 3 par 20 mm et écrous de 3 mm.

Vérifiez combien d'entretoises s'adapteront sur votre module Arduino. La plupart des cartes accueillent deux ou trois ensembles vis entretoises.
Avant d'enficher la BOE-shield dans l'Arduino, insérer les vis cruciformes dans les trous de montage arduino.

Montage des vis de la BOE-Shield sur Arduino

Faites glisser les entretoises en nylon sur les vis, puis enfiler l'Arduino sur les vis et la connectique BOE-Shield. Une fois les connecteurs bien enfichés, fixez définitivement en vissant les écrous nylon sur les vis.

Montage fixe avec entretoises en nylon entre la BOE-Shield et Arduino

Dans l'exemple présenté ici, seulement deux des trois ensembles vis/entretoise s'insèrent correctement sur le R3 Uno. La troisième vis pourrait éventuellement être utilisée sans entretoise, il suffit de faire attention à ne pas trop serrer.

Description fonctionnelle

Description fonctionnelle de la BOE-Shield

Description et liste des fonctionnalités offertes par le module BOE :

  • 1 : quatre trous de montage métallisés, un sur chaque coin, qui sont connectés à « GND ». Ils sont utiles pour monter la carte sur le châssis du robot Boe-Bot et pour le montage sur table.
  • 2 : Connecteurs d'entrées sorties numériques de l'Arduino qui sont reliées électriquement aux connecteurs du même nom sur le module. Ces connexions ne sont pas affectées par le commutateur d'alimentation (11).
  • 3 :Voyants d'alimentation des servomoteurs (4) et de la breadboard (6). Ils indiquent quand ces connecteurs sont sous tension, commandés par le commutateur à trois positions (11).
  • 4 : Quatre ports servomoteur qui se connectent aux sorties numériques 10, 11, 12 et 13. Ils partagent l'accès avec le connecteur « Digital I / O » de la breadboard.
  • 5 : Un cavalier de sélection d'alimentation des ports servomoteur pouvant être réglé sur 5 V (régulé par le régulateur 5  V 1 A du module) ou Vin (alimentation non régulée de l'Arduino).
  • 6 : Des prises 5 V et 3,3 V au-dessus de la breadboard qui sont régulées par les 5 V et 3,3 V du module BOE. La prise Vin au-dessus de la breadboard reçoit la Vin non régulée de l'Arduino et est déconnectée lorsque le commutateur d'alimentation (11) est réglé sur 0.
  • 7 : Une breadboard de 2 colonnes × 17 lignes fournit une zone de prototypage sans soudure.
  • 8 : Une prise marquées « AREF » (référence analogique) qui est connectée électriquement à la prise du même nom sur l'Arduino.
  • 9 : Des prises marquées « ANALOG IN 0… 5 » qui sont connectées électriquement aux prises du même nom sur l'Arduino.
  • 10 : Des prises marquées « GND » qui sont connectées électriquement aux prises du même nom sur l'Arduino.
  • 11 : Un commutateur d'alimentation dont le réglage sur 1 fournit les tensions aux connecteurs d'alimentation au-dessus de la breadboard et allume le voyant indicateur de la breadboard. Le réglage du commutateur sur 2 fournit en plus l'alimentations des ports servo et allume le voyant servo.
  • 12 : Un bouton « RESET » qui permet à l'Arduino de redémarrer son programme.
  • 13 : Un régulateur 5 V intégré qui fournit jusqu'à 1 A.
  • 14 : Un régulateur 3,3 V intégré qui fournit jusqu'à 200 mA.
  • 15 : Un ensemble de connecteurs mère qui transmet l'alimentation et les signaux directement depuis l'Arduino.
  • 16 : Trois trous de montage non métallisés servant à relier mécaniquement le module BOE à l'Arduino.

Précautions d'utilisation et sécurité

Débrancher le câble de programmation et celui des batteries lorsque les cartes électroniques ne sont pas utilisées. Comme la plupart des modules Arduino n'ont pas d'interrupteurs marche arrêt, ils continuent de fonctionner tant que l'alimentation est connectée. Ainsi, vous remarquerez peut-être une certaine activité du circuit. Si votre application est alimentée par batterie, assurez-vous de débrancher l'alimentation lorsqu'elle n'est pas utilisée.

Alimenter votre Arduino avec l'USB se traduira par une baisse des tensions aux prises Vin et 5 V. Lorsque les versions plus récentes d'Arduino tire leur énergie de la connexion USB, ils envoient à Vin une tension de moins de 5 Volts à cause des diodes de sélection de la source d'approvisionnement de la BOE-shield. Vin reçoit généralement de 4,2 à 4,3 volts ; la BOE fournira donc quelques centièmes de volt en moins sur les connecteurs 5 V.

La carte BOE-shield nécessite la tension d'alimentation de la prise Vin de l'Arduino. Les modèles plus récents de cartes Arduino dirigent automatiquement la tension d'entrée d'alimentation vers Vin. Certains modèles plus anciens ont parfois besoin d'être configuré pour une alimentation externe (facteur de forme Arduino incompatible). En cas de doute, vérifier la présence de la tension Vin de votre module avec une alimentation connectée.

Un servo connecté au port 13 peut donner des accoups pendant le démarrage de la carte Arduino. En effet, La LED implantée sur l'Arduino, qui clignote après une réinitialisation, est connectée directement à la broche 13. Un servo-moteur connecté à cette même broche 13, aura tendance à saccader en réponse aux séquences « marche arrêt » de la phase de redémarrage du programme.

Lorsqu'une breadboard est neuve, ses trous de connexions sont très reserrés. Une petite pince à becs plats est alors recommandée pour insérer les fils ou les pattes des composants et éviter de les plier. Si une connexion résiste à un fil fin ou peu souple (comme un fil de résistance), essayez de brancher débrancher un fil cavalier rigide à plusieurs reprises, afin de rôder le point de connexion.

Ressources

Aller à la page www.parallax.com/Boeshield pour la dernière version de ce document (en anglais).

Board of Education, Boe-Bot, BOE Shield-bot et le logo, sont des marques de Parallax Inc.
Arduino est une marque déposée de Arduino, LLC. XBee est une marque déposée de Digi International. Toutes les autres marques sont la propriété de leurs détenteurs respectifs.

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