Li-Fi : la lumière pour diffuser du contenu numérique

 

lifi logo image Le Li-Fi, pour Light Fidelity, est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière. Le flux lumineux d’une ampoule LED est en mesure de diffuser du contenu numérique.......

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Tutoriel Le RaspberryPi

Par X. HINAULT - Octobre 2012 : http//mon-club-elec.fr/pmwiki_mon_club_elec/pmwiki.php?n=MAIN.RASPBERRYPI

La carte RaspberryPi
Synthèse des caractéristiques
  • CPU : ARMv6@700MHz - Broadcom 2835
  • RAM : 256Mo (version A) / 512 Mo (version B)
  • Supp. Masse : Carte SD standard (->32Go)
  • GPU : OpenGL ES 2.0,
  • Système compatible : Raspbian (portage ARM de Debian Wheezy)
  • Son : HDMI, out : jack 3,5mm, in : --
  • vidéo : HDMI, RCA
  • Réseau : Eth 10/100/1000
  • USB : 2 ports USB
  • GPIO : 8 E/S en 3.3V (jusqu'à 17...) - Connecteur non compatible Arduino
  • Entrées Analogiques : NON
  • Sorties analogiques : 1 x PWM hardware (!)
  • Comm. Sérielles : I2C, SPI, UART
  • Alim. : micro USB en 5V@400mA (Alim 5V@1A conseillée)
Le RaspberyPi est une carte électronique tout juste un peu plus grande qu'une carte de crédit, d'un poids de 45g, et qui intègre un véritable PC miniature (base ARM), alimentable en 5V / 400mA, intégrant une carte son, une carte graphique, un port éthernet, deux ports USB 2.0.... le tout pour un coût avoisinant les 30€ seulement ! L'intérêt majeur du RaspberryPi est l'utilisation en embarqué, couplé notamment avec une carte Arduino. En quelques minutes, sur un petit robot ou tout autre projet, il devient possible d'ajouter la lecture de fichier sons, la synthèse vocale, le retour vidéo, la programmation à distance d'Arduino ! Voici comment utiliser la "bête" en toute simplicité !
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  1. 1. Pour commencer
  2. 2. Avant d'aller plus loin, pour ceux qui ne connaissent pas Gnu/Linux...
  3. 3. [[RASPBERRYPISystEmbarque|Transformer et utiliser le RaspberryPi en tant que système embarqué accessible sans fil à distance, et utilisable avec Arduino
  4. 4. Programmer le RaspberryPi
  5. 5. Quelques exemples d'adaptation de codes Pyduino au RaspberryPi
  6. 6. Codes Pyduino
    1. 6.1 Programmes utilisant les fonctionnalités E/S
    2. 6.2 Programmes utilisant les fonctionnalités système seules
    3. 6.3 Programmes utilisant les fonctionnalités multimédia seules
    4. 6.4 Programmes utilisant les fonctionnalités système et E/S couplées
  7. 7. Codes Pyduino + PyQt (interface graphique)
    1. 7.1 Programmes utilisant les fonctionnalités E/S seules à partir d'une interface graphique PyQt
    2. 7.2 Programmes utilisant les fonctionnalités système seules à partir d'une interface graphique PyQt
    3. 7.3 Programmes utilisant les fonctionnalités système et E/S couplées depuis une interface graphique PyQt
  8. 8. Exemples d'utilisation du RaspberryPi seul
    1. 8.1 Réseau
    2. 8.2 Vidéo
    3. 8.3 Audio
    4. 8.4 Fichiers
  9. 9. Exemples d'utilisation du RaspberryPi avec Arduino
  10. 10. Applications complètes basées sur le RaspberryPi
  11. 11. Liens utiles
A découvrir : Pyduino
la librairie qui vous permet de programmer votre miniPC comme une carte Arduino... et bien plus encore !Vous en avez rêvé ? www.mon-club-elec.fr l'a fait !

1.  Pour commencer

 L'essentiel :
Pour approfondir :
Raspberry-Pi, Raspbian et matériels :
  • Liste de périphériques USB fonctionnant "out of the box" avec le RaspberryPi sous Raspbian
  • Tests et trucs techniques en vrac

2.  Avant d'aller plus loin, pour ceux qui ne connaissent pas Gnu/Linux...
Notions générales sur le système Gnu/Linux
Tester / Installer un système Gnu/Linux
Utiliser un système Gnu/Linux
Et aussi : Notion de logiciels et licences libres
  • Les principes du logiciel libre
  • Les licences libres

3.  Transformer et utiliser le RaspberryPi en tant que système embarqué accessible sans fil à distance, et utilisable avec Arduino !

L'intérêt majeur du RaspberryPi, c'est sa petite taille... et il est dommage de perdre cet atout en utilisant les nombreux périphériques d'un PC...! D'où l'idée de rendre le RaspberryPi utilisable à distance via le réseau filaire ou wifi et de le contrôler, y accéder depuis un poste fixe de contrôle ou une tablette. Suivez le guide !
Procédures utiles pour utiliser le RaspberryPi en mode "embarqué"
Développement et programmation avec le Raspberry-Pi
Procédures avancées
Matériel
Archive :

4.  Programmer le RaspberryPi

Programmer le RaspberryPi aussi facilement qu'Arduino, çà vous tente ? Suivez le guide !
Intro
  • Quel langage choisir pour programmer le RaspberryPi? PDF
  • S'installer pour programmer le RaspberryPi en Python et intro au langage Python PDF
Programmer les broches E/S du pcDuino en Python tout en utilisant les instructions Arduino
Pour approfondir le langage Python
Développer des interfaces graphiques sur le pcDuino
J'utilise préférentiellement le pcDuino que je trouve très bien (fluide d'usage grâce à sa mémoire NAND, 1G de RAM, 6 entrées analogiques intégrées dont 4 en 12 bits, 6 voies PWM, 18 E/S dispo, brochage simple à utiliser, SPI/I2C/UART, etc...). Pourtant régulièrement je me dis : "y'à plein de monde qui utilise le Raspberry Pi... faut que je mette des exemples Pyduino en ligne pour le RPi... Mais, je n'arrive pas à me convaincre : le RPi est moins cher (40€ contre 59€), certes... mais faut acheter une carte SD de classe 10 si on veut que çà dépote (compter 10€ si c'est pas 15€...), côté système, c'est plus lent d'usage, faut compiler la voix pico, le pavucontrol ne marche pas... côté GPIO, c'est "tordu" sur le RPi et moins fourni et surtout pas de broches analogiques, ce qui sert très souvent en pratique... donc faut une Arduino minimale en plus (compter 5 voire 10€)... Bref, j'arrive pas à me convaincre... Tous les exemples Pyduino proposés pour le pcDUino seront faciles à transposer... et si ils ne sont pas, çà vous montrera ce que le pcDuino permet de faire et que ne permet pas le RPi !
C'est pourquoi, je vous propose ici les exemples Pyduino tournant sur le pcDuino et qui seront adaptables au Raspberry Pi dans la majorité des cas...

5.  Quelques exemples d'adaptation de codes Pyduino au RaspberryPi

6.  Codes Pyduino

6.1  Programmes utilisant les fonctionnalités E/S

Utiliser un minipc pour simplement contrôler des broches E/S est quelque peu démesuré si l'on ne souhaite faire que çà... Le but de cette rubrique est de montrer que l'on pourra faire avec la librairie Pyduino ce que l'on fait avec Arduino... L'objectif final est cependant de coupler le contrôle des broches E/S avec les fonctions avancées du système (fichiers, capture d'image, synthèse vocale, etc... ) comme cela est décrit dans les sections qui suivent. La bonne nouvelle : un code Arduino contrôlant les broches E/S sera utilisable quasiment à l'identique avec Pyduino !
S'installer
Bases
Sorties Numériques
Sorties analogiques
Entrées Numériques
Entrées analogiques
Console
Vous trouverez également dans la rubrique Arduino Initiation de nombreux programmes de test faciles à transposer.
A VENIR :
Sorties Numériques " de puissance"
  • Adaptation simple en tension et en intensité de 8 broches E/S numériques d'un mini-PC à l'aide d'un ULN2803
  • Contrôler un ruban à LEDs RGB à l'aide d'un miniPC
  • Isoler totalement une broche E/S numérique du mini-PC en sortie et le circuit contrôlé à l'aide d'un opto-coupleur
  • Contrôler un moteur CC à l'aide d'une interface de puissance
  • Contrôler 2 moteurs CC à l'aide d'une interface de puissance

6.2  Programmes utilisant les fonctionnalités système seules

La très grande force d'un miniPC : de nombreuses fonctions dites de "haut-niveau" sont immédiatement disponibles (périphériques d'entrée, fichiers, réseau, sons, vidéo, webcam, synthèse vocale, reconnaissance vocale...), le tout SANS AUCUN SHIELD supplémentaire ! C'est ce qui fait toute la différence avec Arduino et sa pile de shields nécessaires pour arriver à un résultat même pas équivalent... D'autre part, le langage Python offre plusieurs facilités de codage qui simplifie grandement les choses ! Dans cette rubrique quelques exemples d'utilisation des fonctions du système à partir d'un code Pyduino : utilisation de périphériques d'entrée, des fichiers, du réseau (serveur HTML, Javascript et même Ajax !), de la webcam, de la synthèse vocale, de la reconnaissance vocale... Histoire de prendre en main la programmation du système avec Pyduino : amusez-vous bien !
Y avez-vous pensé ?
Les codes Pyduino de cette rubrique sont exécutables sur n'importe quel mini-PC ou poste fixe tournant sous Gnu/Linux, puisqu'aucune fonction E/S n'est utilisée. Vous pouvez donc transformer votre PC en serveur graphique, le contrôler à la voix ou autre très simplement !
Périphériques d'entrée
Simple :
Multimédia :
Ligne de commande
Fichiers
Répertoires :
Texte :
Image :
Audio :
Video :
  • Capturer une vidéo avec son à partir de la webcam
Reseau
Intro :
Serveur TCP/Http :
Serveur TCP/Http/HTML:
Serveur TCP/Http/HTML + Javascript
Non graphique
  • Afficher le contenu d'un fichier dans une zone texte à partir du code Javascript *
Graphique sans librairie graphique
Avec la librairie graphique RGraph
Avec la librairie graphique Dygraphs
Serveur TCP/Http/HTML + Javascript + Ajax
Non graphique
Graphique ans librairie graphique
Avec la librairie graphique RGRaph
Avec la librairie graphique Dygraph
Voir également : Installer des librairies Javascript locales
Mail:

6.3  Programmes utilisant les fonctionnalités multimédia seules

La très grande force d'un miniPC : de nombreuses fonctions dites de "haut-niveau" sont immédiatement disponibles (périphériques d'entrée, fichiers, réseau, sons, vidéo, webcam, synthèse vocale, reconnaissance vocale...), le tout SANS AUCUN SHIELD supplémentaire ! C'est ce qui fait toute la différence avec Arduino et sa pile de shields nécessaires pour arriver à un résultat même pas équivalent... D'autre part, le langage Python offre plusieurs facilités de codage qui simplifie grandement les choses ! Dans cette rubrique quelques exemples d'utilisation des fonctions Multimédia à partir d'un code Pyduino : utilisation du son, de la webcam, de la synthèse vocale, de la reconnaissance vocale... Histoire de prendre en main la programmation du système avec Pyduino : amusez-vous bien !
Y avez-vous pensé ?
Les codes Pyduino de cette rubrique sont exécutables sur n'importe quel mini-PC ou poste fixe tournant sous Gnu/Linux, puisqu'aucune fonction E/S n'est utilisée. Vous pouvez donc transformer votre PC en serveur graphique, le contrôler à la voix ou autre très simplement !
Audio
En sortie :
En entrée :
Voix
Synthèse vocale :
Reconnaissance vocale :
Image
Video
En sortie :
En entrée :
  • Capturer une vidéo avec son à partir de la webcam

6.4  Programmes utilisant les fonctionnalités système et E/S couplées

Nous voilà au coeur du sujet : coupler ensemble les fonctions du système (fichier, réseau, son, voix, ...) et les broches E/S (capteurs, dispositifs, etc...) ! Les possibilités deviennent alors très très intéressantes et n'ont pour limite que l'imagination, LE TOUT AVEC UNE SEULE ET MEME CARTE, sans shield supplémentaire nécessaire ! Il devient alors possible, soit de déclencher des fonctions systèmes à partir d'un évènement sur une broche E/S ( par exemple : capturer une image par appui sur un bouton poussoir), ou de contrôler les broches E/S à partir des fonctions système (par exemple : contrôler les broches numériques en sortie à la voix !)... Ma librairie Pyduino vous simplifie la vie pour faire tout çà : à vous de jouer !
Y avez-vous pensé ? Il est possible d'exécuter simultanément plusieurs codes Pyduino sur votre miniPC : la même carte pourra donc simultanément être un serveur TCP opérationnel avec un premier code tout en contrôlant localement les broches E/S avec un second code et tout en permettant l'édition simultanée d'un nouveau code ! Impossible à réaliser avec Arduino et un shield Ethernet par exemple... Au final, un miniPC avec Pyduino peut potentiellement jouer le rôle de plusieurs ensembles "cartes Arduino + shields", et en tout cas vous permet simultanément d'exécuter un ou plusieurs codes opérationnels tout en continuant à développer !
==== Broches E/S ====
Sorties numériques
Simples
Multimédia
Entrées numériques
Système
Fichier
Réseau
Audio
Voix
Image
Video
Entrées analogiques
Voix :
Fichier :
Reseau :
Reseau : HTML + Javascript
Reseau : HTML + Javascript + Ajax
Sorties analogiques
==== Système ====
Périphériques d'entrée USB
Numpad :
GPS :
  • Afficher la position du lieu
Souris :
  • Détecter appui sur bouton souris
Joystick :
  • Détecter position et appui sur bouton de Joystick
Ligne de commande
Fichiers
Texte :
Image :
Audio :
  • Enregistrer un fichier son lors appui sur un bouton poussoir
Video :
  • Enregistrer un fichier vidéo avec son lors appui sur un bouton poussoir
Reseau
Intro :
Serveur TCP/Http :
Serveur TCP/Http/HTML:
Serveur TCP/Http/HTML + Javascript
Serveur TCP/Http/HTML + Javascript + Ajax
Sans librairie Graphique
Avec librairie RGraph
Avec librairie Dygraphs
Mail:
==== Multimédia ====
Audio
En sortie :
En entrée :
  • Enregistrer un fichier son lors appui sur un bouton poussoir
Voix
Synthèse vocale :
Reconnaissance vocale :
Image
Vidéo
En sortie :
En entrée :
  • Enregistrer un fichier vidéo avec son lors appui sur un bouton poussoir

7.  Codes Pyduino + PyQt (interface graphique)

Sur un miniPC embarqué auquel on accède par accès distant VNC, l'utilisation de l'environnement graphique Processing pour créer des interfaces montre vite ses limites, aussi bien en ce qui concerne les ressources utilisées (lancer un programme Java met la CPU à 100% pendant plusieurs secondes...) que des possibilités graphiques elle-même (avec Processing, l'aspect des GUI est basique...) . Or il est indispensable de pouvoir exécuter des interfaces graphiques fluides et rapides pour contrôler le miniPC à partir d'une tablette tactile ou d'un poste fixe. Une solution élégante et relativement simple passe par l'utilisation du logiciel QtDesigner pour créer des interfaces graphiques utilisant la librairie Qt et programmables en Python, avec PyQt. Suivez le guide !

7.1  Programmes utilisant les fonctionnalités E/S seules à partir d'une interface graphique PyQt

Dans cette rubrique, apprenez à créer des interfaces graphiques pour contrôler et interagir avec les broches E/S : une fois l'interface graphique lancée, vous pourrez simplement l'afficher sur un écran HDMI de votre choix, mais surtout, vous pourrez contrôler le pcduino à partir d'un poste fixe ou d'une tablette tactile par accès distant via le réseau ethernet filaire ou wifi !
S'installer
Sorties numériques
Entrées numériques
Entrées analogiques
Affichages numériques
Affichages analogiques
Affichages sous forme de courbe
Monovoie :
Multivoies :
  • Oscilloscope basse fréquence 6 voies sur 1 graphique
  • Oscilloscope basse fréquence 6 voies sur 1 graphique avec widget de sélection des courbes à afficher
  • Oscilloscope basse fréquence 6 voies sur 6 graphiques
A savoir : toutes les interfaces graphiques affichant les courbes proposées ici, basées sur la librairie pyqtgraph, permettent le zoom sur le graphique, l'export par simple clic droit, au format vectoriel *.svg, image *.png, data texte *.csv et même le copier/coller dans le presse-papier ! Une réutilisation maximale des graphiques obtenus est ainsi possible.
Sorties analogiques

7.2  Programmes utilisant les fonctionnalités système seules à partir d'une interface graphique PyQt

Voir les rubriques PyQt du site :
Grâce aux nombreux tutos détaillés proposés (légèrement payants), apprenez à créer de vraies petites interfaces graphiques opérationnelles. De l'utilisation d'un simple bouton à l'utilisation d'un graphique scientifique avancé ou bien l'utilisation de la reconnaissance visuelle ou encore la création d'un terminal série ou réseau, découvrez à votre rythme les étonnantes et très nombreuse possibilités de PyQt.
Je rassemble dans cette rubrique la plupart des codes Python + Qt que j'ai écrit sous forme "as is", bruts de décoffrage. C'est un peu ma "boite à codes" PyQt où je rassemble tests, idées et tout ce qui me passe par la tête, en vrac. Les codes les plus pertinents sont détaillés et repris dans la rubrique Ateliers Python + Qt et les codes d'interfaces opérationnelles utilisables en pratique sont disponibles dans la rubrique PyQt Apps.
Quelques Programmes essentiels
Périphériques d'entrée
  • Clavier numérique graphique (utilisable avec un tablette graphique...)
Systeme
  • ...
Fichiers
  • Visualisateur fichier de données sous forme de courbe avec timeline
Reseau
  • ...
Audio/Voix
  • Interface de test de la synthèse vocale
Image
  • Capturer une image par clic sur un bouton graphique (appareil photo)
  • Détection de visage avec la librairie OpenCV

7.3  Programmes utilisant les fonctionnalités système et E/S couplées depuis une interface graphique PyQt

S'installer
Sorties numériques
  • Interface de contrôle à 5 boutons pour contrôle d'un robot mobile avec retour vidéo
Entrées numériques
  • ...
Entrées analogiques
  • Serveur graphique de données analogiques
Sorties analogiques
  • ...
Périphériques d'entrée
  • Utiliser un keypad en tant que télécommande
  • Allumer des LEDs à l'aide d'un Joystick
  • Application "pompe à essence"
Systeme
Fichiers
  • ..
Reseau
  • Contrôler les broches E/S à partir d'une interface web javascript + Ajax
  • Serveur graphique de données analogiques
Audio/Voix
  • ..
Image
  • Capturer une image webcam et la visualiser par appui sur un bouton poussoir
  • Application photomaton

8.  Exemples d'utilisation du RaspberryPi seul

8.1  Réseau

  • Le RaspberryPi en serveur web

8.2  Vidéo

8.3  Audio

  • Lecture de fichier son
  • Synthèse vocale

8.4  Fichiers

  • Copier/coller des fichiers vers et depuis le RaspberryPi, sans fil.

9.  Exemples d'utilisation du RaspberryPi avec Arduino

Certains voudraient opposer RaspberryPi et Arduino... Moi, je vois au contraire la possibilité d'une alliance, et même une symbiose entre les 2 cartes, chacune apportant sa spécificité : Arduino pour une gestion facilitée des aspects de bas niveau et le contrôle de dispositifs (moteurs, LCD, etc...), RaspberryPi pour les fonctions avancées telle que la lecture de fichier son, la synthèse vocale, etc... En faisant communiquer les 2 cartes au sein d'un même système embarqué, on obtient une solution polyvalente, programmable à distance et sans fil. Suivez le guide !
Juin 2016 : l'arrivée du pcDuino vient changer la donne : un miniPC avec une connectique Arduino intégrée !

10.  Applications complètes basées sur le RaspberryPi

  • Traqueur solaire temps réel avec visualisation 3D de la position courante du soleil sur l'Horizon (Arduino + RPi )

11.  Liens utiles

Les systèmes embarqués sont des systèmes électroniques et informatiques autonomes conçus pour réaliser une tâche précise. Ils sont intégrés à des appareils dits «intelligents» qui sont en interaction directe avec leur environnement.

Parmi les milliards de microprocesseurs fabriqués annuellement, plus de 90% sont intégrés à des systèmes embarqués. Ces derniers sont présents dans une grande variété de domaines :

  • Téléphones mobiles
  • Transports : automobiles, trains, avions
  • Cartes à puce
  • Baladeurs
  • Appareils électroménagers
  • Appareils médicaux ou industriels
  • Appareils électroniques