Sense HAT pour Raspberry Pi

Une documentation en Français

En achetant votre Hat Sense chez MCHobby, vous participez activement à l'élaboration/traduction d'une documentation Française librement accessible. Voyez notre tutoriel Hat Sense.
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Description

Le Hat Sense est une initiative remarquable issu du projet "Astro Pi" et propose une carte d'extension qui embarque toute une série de senseurs prêt à l'emploi. Un vrai labo qui n'attend que vos idées.
Le Hat Sense sera un outil de choix pour animer des Workshop, des cours, des expériences interactive, ... faire découvrir le monde du hacking électronique et ses possibilités sur le Raspberry Pi sans avoir à réaliser de branchement.

Le Sense Hat embarque les senseurs d'orientation, magnétique, gyroscope, accéléromètre, pression atmosphérique, humidité, température permettant de réaliser de nombreuses expérimentation, applications, interfaces homme-machine et même des jeux ainsi que d'un microcontrôleur Atmel.
Vous pourrez connaître la vitesse de votre Pi, son orientation par rapport au sol, le taux d'humidité de l'air, la température, etc. Le "joystick" permet d'interagir avec vos programmes.

Le Hat dispose aussi d'une matrice LEDs RGB 8 x 8 (un afficheur) qui permet d'afficher les données des différents senseurs (sous forme de texte défilant, graphique ou autre). Avec le magnétomètre, vous pourriez créer une boussole indiquant le pôle nord magnétique. Vous pourriez également utiliser le petit joystick pour réaliser un jeu de Tetris, Ping ou jeu du serpent. 

Le Sense Hat vient s'enficher sur le port GPIO du Raspberry-Pi à l'aide de son connecteur 40 broches. Cela permet au Raspberry-Pi d'alimenter le Sense Hat et d'effectuer les échanges de donnée. Une fois assemblé, il ne reste plus qu'à télécharger le code Python et vous disposez d'un "Astro Pi".

Ecrire des programmes pour le Sense Hat est vraiment très simple. Le Hat dispose d'une bibliothèque Python qui permet de démarrer facilement et rapidement. Les possibilités de projets autour de ce hat sont nombreux, vous pouvez vous faire une idée des possibilités en visitant le site astro-pi.org (anglais). Vous y trouverez également de nombreuses informations et idées.

Lorsque vous achetez ce produit, vous recevez un Hat Sense. Le Raspberry Pi, Boitier et autres éléments ne sont pas inclus (uniquement utilisés à des fins d'illustration).

Des détails croustillants

• Gyroscope - taux de mesure angulaire  (angular rate sensor) : +/-245/500/2000dps (dps = degrés par seconde)
  Il sert à détecter les changements d'orientation (rotation autour d'un axe) ou le changement de vitesse de rotation. Il permettra la détection du tangage ou du roulis. Sur un hélicoptère, il permet de détecter la rotation de la queue... et donc le réglage de la vitesse de rotor anticouple sur la queue de l'appareil... histoire de voler tout droit.
• Accéléromètre - senseur d'accélération linéaire: +/-2/4/8/16 G
  Permet de détecter les accélérations/décélérations d'un objet. Capable de mesurer l'accélération terrestre (qui va vers le centre de la terre) par rapport aux 3 axes du senseurs. Vous pouvez donc aussi déterminer la position du senseur par rapport au sol. C'est comme cela que les téléphones savent si leur écran est face sur la table (disons face vers le sol) et passe en mode silencieux (cfr Samsung Galaxy).
• Magnétomètre - senseur magnétique, +/- 4/8/12/16 gauss
  Permet de détecter le champ magnétique, qu'il soit généré par la terre ou un appareillage électrique.
• Baromètre - mesure de pression absolue de 260 à 1260 hPa.
  La précision dépends de la température et la pression, +/- 0.1 hPa sous conditions normales.
  Un tel outil peu servir à détecter les variations de pressions barométrique... et donc un élément permettant de prédire le temps. Comme la pression diminue également avec l'altitude, cela permet d'évaluer "grossièrement" l'altitude à laquelle se trouve le senseur (attention: précision de l'ordre du mètre... au mieux)
• Senseur de température - précision de +/- 2 degrés Celcius entre 0 et 65 degrés Celcius.
  Notez que le senseur se trouve près de votre Raspberry Pi et que la température de celui-ci évolue en fonction de la charge processeur. Les mesures de température peuvent donc être influencés par la température de votre Raspberry-Pi.
• Senseur d'humidité - mesure l'humidité relative, précision de +/- 4.5% dans une gamme d'humidité de 20 à 80% d'humidité. précision de +/- 0.5 degré Celcius dans une gamme de température de 15 à 40°C)
• Matrice d'affichage - à LED 8x8 
• Petit joystick - 4 directions (à contact) + 5ième contact (pression sur le joystick).

Spécifications techniques

• Diagramme du Sense Hat

Senseur de température

• LPS25H de ST Micro
• Mesure de pression - résolution 24 bits - 260 hPa à 1260 hPa
• Mesure de température - résolution 16 bits - 0 à 125 °C
• Fiche technique

Senseur d'humidité

• HTS221 de ST Micro
• Mesure d'humidité - résolution 16 bits - 0 à 100% d'humidité relative
• Mesure de température - résolution 16 bits - 0 à 60 °c
• Fiche technique

Accéléromètre / Gyroscope / Champ Magnétique

• LSM9DS de ST MIcro
• 9 degrés de libertés (X,Y,Z axes indépendant pour tous les senseurs)
• Gamme de mesure d'accélération: +/- 16g
• Gamme de mesure du magnétomètre: +/- 16 Gauss
• Gamme de mesure du Gyroscope: +/- 2000 dps (degrés par seconde)
• Résolution: 16 bits (pour chaque canal de mesure)
• Fiche technique

Ces senseurs ont la caractéristique de faire un échantillonnage périodique des valeurs du senseur – avec un stockage FIFO interne. Le LPS25H et HTS221 ont un taux d'échantillonnage maximum de 25 mesures par seconde, le LSM9DS1 a un taux d'échantillonnage maximum de 952Hz – Ces caractéristiques serait suffisante (cfr cet article de la fondation pi) pour envisager la naissance de quadcopters contrôlés par Raspberry-Pi.

Matrice LED
La matrice LED est réalisé à base de LEDs RGB équipées d'un contrôleur à courant contant pour garantir de belle couleurs... même lorsque la tension varie). Les LEDs sont contrôlées par un microconroleur Atmel ATTiny88 bien connu dans le monde Arduino. Le Firmware permet de contrôler les 8x8 LEDs RGB avec une résolution de 15 bits.
Pour ceux désirant avoir plus détails, le firmware AVR est disponible sur le GitGub de la fondation Pi.

La matrice LED est rafraîchie à la fréquence de 80 Hz.

En bonus, la matrice LED est également reconnue comme un périphérique FrameBuffer.
Vous pouvez donc envoyez des données directement dans le FrameBuffer. Essayez donc la commande

cat /dev/urandom > /dev/fb1 

Joystick

Le microcontroleur Atmel est responsable de l'échantillonnage du joystick. L'échantillonnage du joystick est combiné avec la sélection des lignes de la matrice LED. Par conséquent, le joystick est également échantillonné à 80 Hz.

Le joystick est également accessible comme un périphérique d'entrée standard. Les positions différentes positions du joystick produisent les entrées clavier Haut/Bas/Gauche/Droite et Retour clavier.

Microcontroleur Atmel ATTiny88

Le microcontroleur est responsable du contrôle de la matrice LED et de l'échantillonnage du Joystick.
Le bus SPI de l'Atmel est branché sur le l'interface SPI du Raspberry-Pi, il est donc possible de reprogrammer le microcontrôleur depuis le Raspberry-Pi (c'est d'ailleurs ce bus SPI qui est utilisé pour programmer l'ATTiny 88 durant la phase de production.

Le firmware de l'ATTiny88 est interfacé sur le bus I2C, comme les autres senseurs.

Bus I2C du Raspberry-Pi

Tous les senseurs sont raccordés directement sur le bus I2C de votre Raspberry Pi. Ces senseurs sont donc directement accessible depuis le système d'exploitation et Python (comme c'est le cas pour tous les autres senseurs I2C.

Le firmware de base de Atmel88 est également accessible sur le bus I2C, vous pouvez donc dialoguer directement avec celui-ci si l'envie vous prends.

Bus SPI du Raspberry-Pi

Le bus SPI de l'ATTiny88 est branché sur l'interface SPI de votre Raspberry-Pi.
Voyez, ci-dessus, les informations relative au microcontrôleur.

Hacking

Etendre le bus I2C

Ce qu'il y a de bien avec le bus I2C c'est que vous pouvez également y connecter d'autres périphériques I2C.
Parmi les plus utiles, il y a certainement une horloge RTC pour afficher l'heure ;-)

Vous l'aurez remarqué, le connecteur GPIO est complètement occupé, vous pouvez néanmoins récupérer et étendre votre bus I2C en soudant des fils sur les "points de test" suivants:

• PP9 = SDA (I2C Data)
• PP8 = SCL (I2C Clock)
• PP13 = Masse / GND

Besoin de tension, vous la trouverez là:

• PP14 = +5V
• PP5 = +3.3V (sera plus délicat à souder car proche du GPIO).