Elektor Lab Notes 15 : Cartes eXpansion, LoRa, Raspberry Pi, Circuit Special, et plus encore

Bienvenue à nouveau dans les Lab Notes de Elektor! Toutes les deux semaines, nos ingénieurs et nos rédacteurs très actifs publient quelques notes de laboratoire et des mises à jour sur les nouveaux projets d'électronique à construire soi-même, les nouvelles de l'industrie et des conseils d'ingénierie utiles. Dans cette édition des Lab Notes, nous présentons des mises à jour sur les cartes eXpansion, LoRa, Raspberry Pi, les haut-parleurs sans fil, quelques notes sur la prochaine édition de Circuit Special, et plus encore. N'hésitez pas à nous faire part de vos commentaires dans la section Discussion au bas de cette page. Vous pouvez poster vos propres notes de laboratoire et nous faire savoir ce sur quoi vous travaillez sur votre établi d'électronicien !

Saad Imtiaz (Ingénieur en chef, Elektor)

Nouveaux développements dans les cartes d'extension et les projets LoRaWAN

La carte eXpansion d'Elektor : J'ai été occupé à développer la carte eXpansion Board d'Elektor, conçue pour améliorer les capacités des microcontrôleurs XIAO de Seeed Studio. Cette carte élargit de manière significative les options d'E/S du XIAO, en offrant six connexions I2C (quatre avec des connecteurs Grove et deux Qwiic), ainsi que toutes les E/S fournies par le XIAO, y compris les connecteurs SPI et UART. Cette carte d'extension est destinée à devenir mon outil de prédilection pour mes futurs projets en raison de sa polyvalence et de ses options de connectivité complètes. Une couverture détaillée de cette carte sera présentée dans les prochaines éditions d'Elektor Magazine, alors restez à l'écoute pour plus d’informations.

Le projet LoRaWAN : J'ai également commencé un nouveau projet passionnant que j'avais hâte d'aborder, à savoir un nœud LoRaWAN alimenté par énergie solaire, conçu pour les applications agricoles et de cultures en serre. Ce projet vise à créer un nœud de capteurs LoRaWAN de base polyvalent qui peut être facilement étendu avec des capteurs supplémentaires selon les besoins. Toute l'électronique sera logée dans des boîtiers personnalisés imprimés en 3D pour garantir la longévité et la modularité de l'appareil. L'objectif principal est de développer une solution LoRaWAN robuste et flexible, qui peut être adaptée à diverses applications, fournissant ainsi un outil puissant pour l'agriculture moderne.

Jean-François Simon (Ingénieur, Elektor)

Il s'est donné comme défi d'explorer les limites de la diffusion des paquets LoRa, sans puce LoRa appropriée, avec seulement un microcontrôleur standard. Lorsqu'une onde carrée est générée en faisant basculer une broche entre ses états haut et bas, un signal fondamental est généré à la fréquence f, mais également des harmoniques aux fréquences 3*f, 5*f, 7*f, etc. Et si l'une de ces fréquences des harmoniques se retrouvait en plein dans la bande LoRa ? En commutant soigneusement une broche, Charles a réussi à envoyer des messages LoRaWAN à une passerelle LoRa commerciale située à plusieurs centaines de mètres. Son expérience a fait appel à différents microcontrôleurs, dont le CH32V203 et l'ESP32-S2, et a été testée dans plusieurs environnements afin de couvrir des distances variables. La quantité d'essais et d'erreurs, de rétro-ingénierie et de compétences créatives en matière de résolution de problèmes nécessaires est absolument incroyable. Merci Charles, cette vidéo est une véritable source d'inspiration.

Transformer un Raspberry Pi en télécommande : Le projet précédent m'a rappelé le proje projet rpitxdéveloppé par F5OEO. Il s'agit d'une bibliothèque qui vous permet de faire le même genre de choses sur un Raspberry Pi, en exploitant également le principe de la création d'harmoniques. C'est très intéressant d'un point de vue scientifique et technique, mais il s'agit évidemment d'un projet expérimental. Inutile de rappeler qu'il est interdit d'émettre sans licence de radioamateur, et sans filtre passe-bande très sélectif, de manière à n'émettre que dans la bande autorisée, à une puissance inférieure au seuil maximal autorisé par la loi. Il appartient à chaque lecteur de s'assurer qu'il utilise son Raspberry Pi en toute légalité. Le créateur de la chaîne River’s Educational Channel sur Youtube l'utilise dans son excellent projet en deux parties. Dans la première partie, il décode les trames de données utilisées pour contrôler un ventilateur de plafond à l'aide d'un dongle SDR bon marché. Et dans la deuxième partie il utilise rpitx pour contrôler le ventilateur directement à partir du Raspberry Pi. Un projet amusant et bien documenté. Vous pouvez également trouver des articles connexes sur son site ici et là.

Lorsque vous achetez, par exemple, un "Arduino" (Pro Mini, Nano, etc.) sur eBay, Amazon, Aliexpress, etc. pour seulement quelques euros, il y a une très forte probabilité qu'il ne contienne pas un véritable ATmega328p (par exemple) de Microchip, mais un clone d'une autre société chinoise. Le LGT8F328P en est un exemple, mais il y en a probablement d'autres. D'un point de vue fonctionnel, ils sont difficiles à repérer parce qu'ils se comportent en tout point comme le composant original, et l'IDE Arduino ne peut pas faire la différence. Seuls quelques détails peuvent parfois vous mettre la puce à l'oreille, comme par exemple un courant en mode sommeil profond différent de celui auquel vous vous attendiez. 

Alors, comment le savoir ? À moins de dissoudre le circuit intégré avec de l'acide nitrique (les enfants, ne faites pas cela à la maison,) et d'avoir un bon microscope pour inspecter la puce, ce n'est pas facile. Kevin Darrah propose une méthode intéressante. En utilisant la fonction boot_signature_byte_get() définie dans avr/boot.h, il peut lire la mémoire spécifique contenant la signature du microcontrôleur. Il s'avère que tous les octets de ce secteur de mémoire peuvent être lus entre les adresses 0x00 et 0x1F. Dans le cas d'un composant cloné (même s'il est fonctionnellement identique), trois « octets de signature » spécifiques sont identiques à ceux d'un véritable ATmega328, mais pas les autres valeurs voisines. J'ai reproduit l'expérience, et voici la « signature étendue » d'un ATmega328 authentique provenant d'un Arduino Pro Mini officiel de SparkFun. Mes autres cartes « compatibles Arduino » (de marque Robotdyn, de 2019) avaient des signatures similaires, donc il semble qu'elles aient également des composants d'origine.

Jens Nickel (Rédacteur en chef, Elektor Magazine)

Mon ami Marco et moi avons fait des progrès significatifs sur notre projet préféré. Nous avons travaillé sur les boîtiers dédiés au contrôle du volume, et en avons construit trois. La boîte contient un contrôleur ESP32-S3, un petit circuit imprimé de contrôle de moteur, et deux circuits imprimés conçus sur mesure, avec un pour le potentiomètre motorisé Alps et un autre pour un CAN externe qui détecte la résistance du potentiomètre motorisé, ce qui donne ainsi un retour d'information à l'ESP32. De plus, il y a une barre de leds et un récepteur IR sur la face avant.

Une boîte décrite ci-dessus, une batterie de vélo, un amplificateur et un récepteur audio sans fil étaient logés dans une boîte extérieure grise avec un interrupteur d'alimentation. Pour réduire les coûts, nous avons utilisé un boîtier électrique de 15 euros en y apportant quelques petites modifications et nous avons utilisé de la colle thermofusible pour fixer les composants internes. Croyez-moi, trouver un interrupteur fiable pour 40 V CC a été un véritable défi ! 

Chacun de ces trois gros boîtiers gris peut alimenter et contrôler le volume d'un haut-parleur ou d'un caisson de basse. Afin de présenter un système audio de haute qualité et de grande puissance, j'ai récemment acheté un caisson de basses JBL 218S , et j'en suis ravi. Nous attendons avec impatience le beau temps à Cologne pour effectuer les premiers tests sur le terrain avec l'ensemble du système !

Un boîtier de mesure du courant et une résistance shunt détruite : Le projet comprend également la fabrication d'autres modules, tels que celui permettant de mesurer le courant, la puissance et l'énergie afin de déterminer la charge restante des batteries Li-Ion. Chacun de ces modules dispose de son propre ESP32 avec le protocole MQTT, ce qui permet des applications variées (nous savons que peu de lecteurs d'Elektor auront besoin d'alimenter des équipements audio bruyants sur le terrain :-)). ). Pour notre module de mesure actuel, j'ai d'abord expérimenté avec un circuit imprimé INA169 et le circuit imprimé AmpVolt de mon collègue Saad, qui ont bien fonctionné pour 12 V et un amplificateur de classe D assez petit. Cependant, lorsqu'il a été connecté à la batterie de 36 V et à l'amplificateur Nobsound G2 PRO, les courants plus élevés, en particulier lors de la mise sous tension, ont posé des problèmes. Après quelques mesures bizarres, j'ai découvert que la résistance de shunt sur la carte INA169 avait une valeur de plusieurs dizaines de kΩ. J'ai alors commandé un module de capteur de courant à effet Hall de 10 A de Grove system, e qui a permis de résoudre le problème. Sans musique, l'ampli consomme environ 3 W. Je suis toujours étonné de voir à quel point le volume augmente avec chaque watt supplémentaire. En fait, dans mon salon, je risque d'endommager mes oreilles lorsque le système consomme 6 W de puissance par haut-parleur, sans parler du fait de déranger les voisins.

C. J. Abate (Responsable éditorial, Elektor)

Les ingénieurs et rédacteurs d'Elektor n'ont pas chômé depuis notre dernière mise à jour des Lab Notes. Nous avons notamment travaillé intensément sur le Circuit Special 2024. Nous avons également mis à jour nos pages thématiques sur le site Web. Voyons ce qu'il en est pour chacune d'entre elles.

Circuit Special Update

Voici quelques-uns des circuits et des projets que vous trouverez dans ce numéro. 

• Un nouveau circuit Elektor Classic : un synthétiseur de « surf ! » Il s'agit d'un générateur avancé de sons aquatiques. Il fonctionne comme un véritable synthétiseur musical analogique, adhérant aux principes de la synthèse sonore soustractive contrôlée par tension, popularisée par des pionniers comme Robert Moog (pensez à l'Elektor Formant). Bien qu'il soit dépourvu d'oscillateur commandé par tension (VCO) parce qu'il utilise un générateur de bruit comme source sonore, il comporte un filtre commandé par tension (VCF), un amplificateur commandé par tension (VCA) et trois oscillateurs basse fréquence (LFO).

• Le projet « Jack-In et Jack-Out » : Dans une chaîne audio, il peut être avantageux de disposer d'un point d'insert pour des effets et traitement du signal supplémentaires, comme un compresseur/expandeur de dynamique, une réverbe ou d'autres effets audio. Cette conception simplifie l'intégration de ces effets externes, et assure la continuité du signal audio lorsqu'ils ne sont pas utilisés.

• Un jeu classique de décryptage piloté par Arduino :
• Découvrez le jeu traditionnel Mastermind comme vous ne l'avez jamais vu ! Depuis ses débuts dans les années 1970, le jeu Mastermind a conquis des millions de personnes. Il a été repensé à l'aide de la technologie la plus récente, avec Arduino et des LED WS2812 pour y ajouter une touche de fraîcheur et de modernité. Plongez dans un univers de logique et de stratégie grâce à deux nouvelles versions innovantes, conçues pour mettre au défi les joueurs confirmés comme les nouveaux venus. Redécouvrez l'excitation et la complexité de ce jeu légendaire de décryptage sous un nouveau jour.

Nous en préparons des dizaines d'autres. Le numéro sortira en kiosque en août 2024 ! D'ici là, vous pouvez consulter le numéro spécial Circuits de vacances de l'année dernière.

Pages thématiques

Nous avons sélectionné dix grands thèmes à couvrir tout au long de l'année, et chacun d'entre eux a sa propre page web. Sur chaque page, vous trouverez divers contenus relatifs au sujet et à ses sous-catégories, comme les projets électroniques DIY, des articles de fond, des tutoriels techniques, des conseils de conception, des interviews, des actualités et des critiques de produits. Découvrez-les...

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Traduction : Laurent RAUBER