Ludik-Hat - un HAT pour découvrir l'électronique et la programmation sur Raspberry-Pi

Découvrir l'électronique et la programmation sur Raspberry-Pi avec Ludik-HAT

Ludik HAT est un HAT pour Raspberry-Pi destiné a l'apprentissage de l'électronique et la programmation sans avoir à sortir les fils, la plaque de prototypage ou le fer à souder. Le Ludik HAT se branche sur le port GPIO et peut aussi s'utiliser avec un PI400 en utilisant un ruban adéquat pour faciliter l'utilisation.

Branchez le sur votre Raspberry-Pi puis commencez à expérimenter... et laissons le prototypage électronique à un peu plus tard :-)

Issu de la collaboration entre François Mocq (Framboise314) et MCHobby, le Ludik HAT peut être programmé avec:

• Python,
• Scratch (en cours),
• C++,
• MicroPython (avec Pico-Hat)

L'histoire de ce HAT?

Quand François de Framboise314 animait des sessions Arduino, il utilisais une carte multifonction qui rassemblait sur un seul circuit tout ce qu’il fallait pour apprendre à programmer le microcontrôleur. On y trouvait de quoi animer une journée de formation. Du numérique, de l’analogique, des afficheurs… François rêvait d’un équivalent pour le Raspberry Pi, sans vraiment trouver l'outil idéal. C'est ainsi que lors d'un salon Maker,  François et moi avons échangé sur le sujet... et ainsi naquis le Ludik Hat.

Que propose le Ludik Hat?

Le Ludik Hat permettra de découvrir de nombreux aspects de la programmation mais aussi de l'électronique.

Les possibilités d'apprentissage et d'interaction sont très variées, que cela soit avec le langage Python, Scratch ou C.

• 4 entrées boutons avec des boutons de qualités.
• 4 sorties LEDs (vert, orange, rouge, jaune)
• 4 entrées analogiques branchées sur les périphériques suivants:
  
  • Un potentiomètre
  • Une photo-résistance
  • Un joystick analogique 2 axes
• 4 entrées analogique 3.3V supplémentaires libre d'usage
• Un relais
• Un piezo buzzer pour faire du son
• 4 LEDs RGB dites "Néopixels" contrôlées en 5 Volts pour un maximum de luminosité.
• 1 capteur de température DS18B20 (1 Wire) avec port de sortie pour y brancher d'autres capteurs 1 Wires.
• Un port GPIO 7 points libre d'usage
• Des sorties d'alimentations: 3.3V, 5V, Masse/GND
• Ports d'extensions compatibles avec les standards du moment:
  
  • 2x StemmaQt (Adafruit) ou Qwiic (SparkFun)
  • 2x Connecteur Gravity (5V, DFRobot)
  • 1x Connecteur Grove (3.3V, SeeedStudio ou M5Stack)

Les ports d'extensions multiples permettent d'ajouter de nombreux modules prêt à l'emploi. Ils exposent le bus I2C très apprécié des makers et des initiés car il permet de brancher plusieurs capteurs le même bus.

Avec le bus I2C, il sera possible de relever l'humidité de l'air, la pression atmosphérique, la luminosité, les niveau d'ultraviolet et bien d'autres caractéristiques environnementale.
Ces ports d'extension permettront également d'utiliser des afficheurs I2C comme un écran OLED, un afficheur LCD, 4x7 segments, etc. Et pourquoi pas tous en même temps :-)

De la documentation pour le peuple

Avec le Ludik-Hat, vous n'êtes pas simplement lâché dans la nature avec un "bonne chance" et débrouillez-vous.

Nous avons prévu une documentation en plusieurs niveaux.

Niveau 1: documentation et exemples

La carte Ludik-Hat dispose d'une documentation librement accessible sur le GitHub Ludik-Hat. D'abord disponible en Français, celle-ci sera traduite en anglais.

Cette documentation reprend des liens vers des pages à thème, chacune réservée à un langage particulier comme, par exemple, cette page dédiée à Python.

Niveau 2: Carte auto-documentée

Si vous inspectez la sérigraphie de votre Ludik-hat, vous remarquerez que tous les composants sont accompagnées d'une sérigraphie complète identifiant le GPIO associée.

Ainsi, en inspectant la carte, vous apprendrez que le bouton 2 est branché sur le GPIO23, la LED rouge sur le GPIO27, le relais sur le GPIO5, les NeoPixel sur le GPIO18, et ainsi de suite.

Les éléments analogiques mentionne l'entrée utilisée sur le convertisseur analogique/numérique (MPC3008). Ainsi, en inspectant la carte, vous apprendrez que le potentiomètre exploite l'entrée A3.

Niveau 3: le schéma

Utile en toute circonstance, le schéma permet d'identifier les raccordements entre les différents composants. Parfois intimidant pour les nouveaux venu dans le monde des Makers, la lecture d'un schéma permet souvent de perdre un temps précieux.

Les ports d'extensions

La sélection des ports d'extension permet de brancher de nombreuses cartes en provenance de DFRobot, SeeedStudio, M5Stacks, Adafruit Industries, SparkFun Electronics et tout autre fabriquant supportant ces connectiques.

Toutes les extensions se trouvent dans la zone I2C puisqu'elles permettent d'exposer le bus I2C du Raspberry-Pi, soit GPIO2=SDA et GPIO3=SCL. Il est bien entendu possible d'utiliser ces deux broches en entrée/sortie standard mais cela serait un pur gâchis.

Toutes ces connectiques utilisées sont également décrites sur le Wiki de MCHobby. si vous avez besoin de vous familiariser avec elles.

Connecteur gravity - 5V:

L'interface Gravity de DFRobot se présente sous la forme d'un connecteur 4 broches à empattement de 2.54mm (donc également idéal pour le prototypage).

Cette connectique fonctionne sous 5V, raison pour laquelle nous avons ajouté un level shifter pour passer de 3.3V à 5V en toute transparence. Il est donc possible d'utiliser du matériel I2C issus du monde Arduino UNO sur ce connecteur :-)

MCHobby propose un gamme de capteurs Gravity mais vous pourrez également vous en procurer chez DFRobot.

Connecteur Grove - 3.3V:

Le connecteur Grove, supporté par SeeedStudio, est très populaire dans les makerspaces et le milieu enseignant. Bien qu'initialement prévu pour le monde Arduino (donc 5V), de nombreuses extensions Grove son capable de fonctionner en logique 3.3V. M5Stack produit par ailleurs des modules Grove exclusivement en logique 3.3V puisqu'ils doivent fonctionner avec des ESP32.

Le connecteur Grove présent sur la carte fonctionne exclusivement en 3.3V, y compris la broche d'alimentation.

MCHobby propose une gamme de module Grove.

Connecteur Qwiic / StemmaQT - 3.3V:

SparkFun Qwiic et Adafruit StemmaQT utilisent tout deux la même connectique et même brochage. La seule différence réside dans le fait que les modules Adafruit stemmaQT prévoient une alimentation 5V (et des régulateurs de tension sur ses cartes StemmaQT) alors que Sparkfun Qwiic part du principe que tout fonctionne en 3.3V, y compris l'alimentation. Dans la pratique les cartes StemmaQT d'Adafruit acceptent volontiers une source d'alimentation 3.3V.

Les connecteurs StemmaQT / Qwiic de la carte sont donc exclusivement en 3.3V, y compris l'alimentation.

Connecteurs de prototypage

Ce HAT n'exclus pas pour autant les possibilités de prototypages et d'apprentissage de l'électronique.

De multiples points de connexions à empattement 2.54mm pourront être utilisés avec breadboard et fils de prototypages pour réaliser vos propres explorations.

Vous retrouverez ainsi les connecteurs de prototypage suivants:

• Connecteur GPIO 7 points (GPIO14 à GPIO21)
• Connecteur de masse à 4 points
• Connecteur 5V à 4 points
• Connecteur 3.3V à 4 points
• Connecteur pour 4 entrées analogiques 3.3V (A4 à A7)
• Connecteur d'extension NeoPixel pour ajouter d'autres LED
• Connecteur I2C 5V (Gravity, connecteur mâles permettant de brancher des périphériques Arduino).
• Connnecteur 1Wire (3 points) permettant d'ajouter d'autres capteurs DS18B20 pour relever la température en de multiples points... voire d'autres périphériques 1Wire.
• Un simple câble avec connecteur JSTSH, comme cet exemple, permet de récupérer un bus I2C 3.3V pour réaliser du prototypage rapide.