Yassine Otmane voiture commandée à distance (XBEE)

ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE L’ENSEIGNEMENT TECHNIQUE
DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE
FILIERE
DIPLOME UNIVERSITAIRE DE TECHNOLOGIE
GENIE INDUSTRIEL ET MAINTENANCE
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
Intitulé :
Conception et Réalisation d’un véhicule
commandée à distance à base De Xbee
Réalisé par : M. YASSINE OTMANE
Encadré par: M. ZIDANE
Présenté devant le jury : - M. LOUKDACHE
- M. MIRIMI
Année universitaire : 2014/2015

Conception et réalisation d’un véhicule commandé à distance (zigbee)
2
Dédicace :
A l’âme de Mon grand-père : BOUCHAAIB NAANAA (1930-2015)
A mes chers parents,
Nulle expression ne pourra exprimer ma gratitude envers mes parents, ceux qui
m’ont accompagné en chaque pas parcouru. Je leur dédie ce modeste travail pour leur
bienveillance, leur affection et leur soutien démesurés « Que Dieu vous garde».
A mon frère,
Celui qui a toujours cru en moi et en mes compétences. Cette dédicace est en
témoignage de mon grand amour et ma gratitude infinie.
A tous mes amis.
A tous ceux qui m'aiment…

3
Remerciements :
Je voudrais tout d'abord adresser toute
ma gratitude à mon encadrant M.Nourdine
ZIDANE pour sa confiance, sa disponibilité
et surtout ses judicieux conseils, qui ont
contribué à alimenter ma réflexion.
Mes vifs remerciements vont aux
professeurs M.LOUKDACHE et
M.MIRIMI pour l’honneur qu’ils me font
de présider ce jury.
À tous ces intervenants, je présente
mes remerciements, mon respect et ma
gratitude.

4
SOMMAIRE :
I. Introduction : ..................................................................................................... 7
II. Cahier des charges fonctionnel : ....................................................................... 7
A. Objectifs de la mission :................................................................................. 7
B. Non-objectifs :................................................................................................ 8
C. Contraintes :................................................................................................... 8
1. Général : ..................................................................................................... 8
2. Matériel :..................................................................................................... 8
III. Etude théorique :.......................................................................................... 11
A. Arduino UNO R3 :....................................................................................... 11
1. Introduction : ............................................................................................ 11
2. Carte Arduino : ......................................................................................... 12
3. Vue d’ensemble :...................................................................................... 12
4. Synthèse des caractéristiques : ................................................................. 14
5. Constituant de la carte Arduino :.............................................................. 14
B. Xbee pro :..................................................................................................... 21
1. Introduction : ............................................................................................ 21
2. Présentation du XBee : ............................................................................. 21
3. Broches Xbee (IO Pins):........................................................................... 22
4. Pourquoi choisir le sans fil ? .................................................................... 23
5. Xbee ou Zigbee ?...................................................................................... 24
6. Séries 1 et 2 ?............................................................................................ 24
7. Caractéristique des modules Xbee Pro :................................................... 26
8. Antennes :................................................................................................. 27
9. Communication avec l’ordinateur :.......................................................... 28
10. Alimentation :........................................................................................ 28
11. Communication Série :.......................................................................... 29
C. Configuration des deux Xbee: ..................................................................... 31
1. Logiciel:.................................................................................................... 31
D. Moteur a courant continu :........................................................................... 33
1. Introduction : ............................................................................................ 33
2. Le rôle ou l’utilité d’un moteur : .............................................................. 33
3. Pilotage d’un moteur : .............................................................................. 35
E. L298N : ........................................................................................................ 36

5
1. Introduction : ............................................................................................ 36
IV. Conception et simulation de l’ensemble :.................................................... 37
A. Logiciel proteus Isis :................................................................................... 37
1. Introduction : ............................................................................................ 37
2. Conception du montage sur Proteus 8.1 :................................................. 39
V. Réalisation pratique de l’ensemble : ............................................................... 40
VI. Conclusion : ................................................................................................. 42
Bibliographie : ……………………………………………………………………43
Annexes :………………………………………………………………………….44

6
Listes des figures :
Figure 1: carte arduino ............................................................................................ 12
Figure 2: Carte arduino Uno.................................................................................... 14
Figure 3: Logiel Arduino......................................................................................... 19
Figure 4: Déroulement du programme arduino....................................................... 20
Figure 5: Les broches Exbee ................................................................................... 22
Figure 6:l'idee de l'exbee dans la réalité.................................................................. 24
Figure 7: Les types de configuration d'Xbee........................................................... 26
Figure 8: Spécifications du Xbee et Xbee-pro ........................................................ 27
Figure 9:Différentes types d'Xbee........................................................................... 27
Figure 10: Adaptateurs Xbee................................................................................... 28
Figure 11: Les ports series....................................................................................... 29
Figure 12: les liaisons des communications............................................................ 30
Figure 13:Configuration du Xbee............................................................................ 31
Figure 14: Paramétrage de Xbee ............................................................................. 32
Figure 15: Sélection du canal RF ............................................................................ 32
Figure 16: Adresse IP.............................................................................................. 33
Figure 17: Un moteur classique à courant continu 6V.......................................... 33
Figure 18: éclaté d'un MCC .................................................................................... 34
Figure 19: Montage moteur et pile.......................................................................... 35
Figure 20: Le pont en H .......................................................................................... 36
Figure 21:Fonctionnement dans sens anti-horair Figure 22:Fonctionnement......... 36
Figure 23: Le schéma interne de L298D................................................................. 37
Figure 24: Interface du logiel et les différents composants .................................... 38
Figure 25: Interface du module ARES.................................................................... 39
Figure 26:symbole Pile 9V..................................................................................... 39
Figure 27: Montage complet ................................................................................... 40
Figure 28: Montage pratique de l'ensemble ............................................................ 41
Figure 29: vue de dessous ....................................................................................... 41
Figure 30: Montage du châssis................................................................................ 44
Figure 31: Montage du châssis................................................................................ 45

7
I. Introduction :
La finalité de ce projet est de proposer une voiture télécommandée pilotée à
distance par un PC (sans fil). Les objectifs sont divers mais peuvent être placés dans
l’une de ces catégories :
 l'environnement technique :
L’objectif est de capitaliser une expérience supplémentaire dans un domaine
particulier, ici, l’Arduino et sa communication. Innovation, réflexion, méthodologie.
 La gestion de projet :
C’est grâce à la problématique technique que nous avons pu instaurer un
environnement de travail en mode projet. Le but est d’amener chaque collaborateur
vers un niveau organisationnel supérieur et notamment permettre de mieux planifier
les activités d’un projet, instaurer un travail en équipe et privilégier la communication.
Pour arriver au résultat final, nous aurons besoin des composants suivant :
 Arduino UNO.
 Xbee Pro.
 Batterie 9V.
 Capteur de distance Ultrason.
 2 DC Moteurs (moteur à courant continu).
 Arduino MEGA 2560.
 Contrôleur de deux moteurs CC.
II. Cahier des charges fonctionnel :
Ce cahier des charges est uniquement un document de conception, c’est à dire
qu’il ne comporte que les bases nécessaires à la conception du produit souhaité. Les
solutions techniques seront expliquées plus tard.
A. Objectifs de la mission :
Créer une carte fil pour les voitures télécommandées à distance (sans fil), à base
d’Arduino, contrôlable par ordinateur. L’utilisateur pourra contrôler la voiture dans les
4 directions. Objectifs sur le long terme : être capable de proposer la construction des
voitures à long terme dans la réalité. De plus, nous voulons proposer un système
simple capable d’être réalisé en série pour des expositions. Le code ainsi que tous les
autres documents devront être clairs, commentés et précis pour permettre la reprise du
projet en vue d’améliorations.

8
B. Non-objectifs :
Si l’utilisateur démarre plusieurs véhicules, il devra être capable de les contrôler
en essaim. Cette gestion de l’essaim ne sera pas implémentée dans ce projet (en
revanche cet objectif sera pris en compte lors de la construction des prototypes).
C. Contraintes :
1. Général :
 Le budget global pour la voiture finale devra être limité (< 2500 DH).
 La voiture devra être à base de composants éprouvés et de conception simple.
 Le prototype doit être évolutif en vue d’amélioration (ajout capteur(s) ou
fonctionnalité(s)) tous les composants de la voiture devront être achetés dans le
commerce avec une possibilité d’achat en grande quantité, en vue d’une
construction en série.
2. Matériel :
 Le châssis et toutes les parties mécaniques seront achetés dans le commerce.
 La voiture aura une longueur de 20cm au maximum.
 L’alimentation devra avoir une autonomie d’au moins une demi-heure,
électrique, compacte et suffisante pour alimenter tous les modules embarqués.
 Le déplacement de la voiture télécommandée se fera exclusivement sur une
surface plane, lisse et horizontale. La propulsion sera assurée par un ou
plusieurs moteurs électriques directement sur les roues. La solution avec des
chenilles pourra aussi être étudiée.
 2 moteurs seront présents sur la voiture, chaque moteur contrôlera deux roues.
 La communication devra être par Wifi ou par Bluetooth.
 la partie électronique de la voiture sera hébergée sur une carte-mère gérant une
ou des carte(s) fille(s) (la carte-mère sera une carte Arduino).
 Capteur de distance Ultrason pour la détection des obstacles.
 Pile 9V pour l’alimentation d’1rduino, et pile 12V pour l’alimentation des
deux moteurs.
 Xbee-shield.
 Adaptateur Xbee.

9
Partie
Qtt
Prix
(dh)
Arduino MEGA 1 350
Moteur à courant
continu 2 70
Xbee Pro
Série2
2 2*650
Fils (Jumper wires
pack)
1 10

10
L298N 1 120
Xbee-shield 1 150
Adaptateur Xbee
1
50
Châssis Robot 1 350
LA SOMME 2500 DH

11
III. Etude théorique :
Mon Projet et consacré à voiture commandé à distance qui est composé de :
 Arduino MEGA.
 2 Modules de transcommunication Xbee.
 2DC Motors (moteur à courant continu).
 Driver dc moteurs L298N.
Alors nous allons entamer l’étude théorique par la présentation de la technologie
des cartes embarquées appelée Arduino, principe de fonctionnement et composition et
en second lieu, les différents modules de transcommunication avec la carte Arduino et
la méthode de configuration, enfin la liaison des moteurs à courant continu en plus de
la réalisation et la simulation.
A. Arduino UNO R3 :
1. Introduction :
Le système Arduino est une carte électronique basée autour d’un microcontrôleur
et de composants minimum pour réaliser des fonctions plus ou moins évoluées à bas
coût. Elle possède une interface usb pour la programmer. C’est une plateforme open-
source qui est basée sur une simple carte à microcontrôleur (de la famille AVR), et un
logiciel, véritable environnement de développement intégré, pour écrire, compiler et
transférer le programme vers la carte à microcontrôleur.
Arduino peut être utilisé pour développer des applications matérielles industrielles
légères ou des objets interactifs (création artistiques par exemple), et peut recevoir en
entrées une très grande variété de capteurs. Arduino peut aussi contrôler une grande
variété d’actionneurs (lumières, moteurs ou toutes autres sorties matériels). Les projets
Arduino peuvent être autonomes, ou communiquer avec des logiciels sur un ordinateur
(Flash, Processing ou MaxMSP). Les cartes électroniques peuvent être fabriquées
manuellement ou bien être achetées préassemblées.
Le principe de fonctionnement est simple :
 On réalise le programme sur un ordinateur.
 On connecte l’ordinateur à l’Arduino via une prise USB.
 On envoie le programme sur l’Arduino.
 L’Arduino exécute enfin le programme de manière autonome.
La programmation se fait à l’aide d’un langage proche du C/C++, dont les bases
sont faciles d’accès. Le logiciel nécessaire fonctionne à la fois sur Mac OSX,
Windows et GNU/Linux et demande très peu de ressources. Il fonctionnera ainsi très
bien sur un ancien ordinateur.

12
2. Carte Arduino :
Figure 1: carte arduino
3. Vue d’ensemble :
La carte Arduino Uno est une carte à microcontrôleur basée sur

13
l'ATmega328 :
Elle dispose :
 De 14 broches numériques d'entrées/sorties (dont 6 peuvent être utilisées
en sorties PWM (largeur d'impulsion modulée)).
 De 6 entrées analogiques (qui peuvent également être utilisées en broches
entrées/sorties numériques).
 D'un quartz 16Mhz.
 D'une connexion USB.
 D'un connecteur d'alimentation jack.
 D'un connecteur ICSP (programmation "in-circuit").
 Et d'un bouton de réinitialisation (reset).
Elle contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement du
microcontrôleur Pour pouvoir l'utiliser et se lancer, il suffit simplement de la
connecter à un ordinateur à l'aide d'un câble USB (ou de l'alimenter avec un adaptateur
secteur ou une pile, mais ceci n'est pas indispensable, l'alimentation étant fournie par le
port USB).
La carte Arduino Uno diffère de toutes les cartes précédentes car elle n'utilise par
le circuit intégré FTDI USB-vers-série. A la place, elle utilise un Atmega8U2
programmé en convertisseur USB-vers-série.
"Uno" signifie un en Italien et ce nom marque la venue prochaine de la version 1.0
du logiciel Arduino. La carte UNO et la version 1.0 du logiciel seront la référence des
versions Arduino à venir. La carte Uno est la dernière d'une série de carte USB
Arduino, et le modèle de référence des plateformes Arduino, pour une comparaison
avec les versions précédentes.

14
4. Synthèse des caractéristiques :
5. Constituant de la carte Arduino :
Figure 2: Carte arduino Uno

15
Le microcontrôleur :a)
Un microcontrôleur est un circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels
d’un ordinateur : processeur, mémoires (mémoire morte pour le programme, mémoire
vive pour les données), unités périphériques et interfaces d’entrées-sorties. Les
microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d’intégration, une plus faible
consommation électrique (quelques milliwatts en fonctionnement, quelques nanowatts
en veille), une vitesse de fonctionnement plus faible (quelques mégahertz à quelques
centaines de mégahertz) et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs
polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels.
L’alimentation :b)
La carte Arduino Uno peut-être alimentée soit via la connexion USB (qui fournit
5V jusqu'à 500mA) ou à l'aide d'une alimentation externe. La source d'alimentation est
sélectionnée automatiquement par la carte.
L'alimentation externe (non-USB) peut être soit un adapteur secteur (pouvant
fournir typiquement de 3V à 12V sous 500mA) ou des piles (ou des accus).
L'adaptateur secteur peut être connecté en branchant une prise 2.1mm positif au centre
dans le connecteur jack de la carte. Les fils en provenance d'un bloc de piles ou d'accus
peuvent être insérés dans les connecteurs des broches de la carte appelées Gnd (masse
ou 0V) et Vin (Tension positive en entrée) du connecteur d'alimentation.
La carte peut fonctionner avec une alimentation externe de 6 à 20 volts. Cependant,
si la carte est alimentée avec moins de 7V, la broche 5V pourrait fournir moins de 5V
et la carte pourrait être instable. Si on utilise plus de 12V, le régulateur de tension de la
carte pourrait chauffer et endommager la carte. Aussi, la plage idéale recommandée
pour alimenter la carte Uno est entre 7V et 12V.
Les broches d'alimentation sont les suivantes :
VIN. La tension d'entrée positive lorsque la carte Arduino est utilisée avec une
source de tension externe (à distinguer du 5V de la connexion USB ou autre source 5V
régulée). Vous pouvez alimenter la carte à l'aide de cette broche, ou, si l'alimentation
est fournie par le jack d'alimentation, accéder à la tension d'alimentation sur cette
broche.
5V. La tension régulée utilisée pour faire fonctionner le microcontrôleur et les
autres composants de la carte (pour info : les circuits électroniques numériques
nécessitent une tension d'alimentation parfaitement stable dite "tension régulée"
obtenue à l'aide d'un composant appelé un régulateur et qui est intégré à la carte

16
Arduino). Le 5V régulé fourni par cette broche peut donc provenir soit de la tension
d'alimentation VIN via le régulateur de la carte, ou bien de la connexion USB (qui
fournit du 5V régulé) ou de tout autre source d'alimentation régulée.
+3V3. Une alimentation de 3.3V fournie par le circuit intégré FTDI (circuit intégré
faisant l'adaptation du signal entre le port USB de votre ordinateur et le port série de
l'ATmega) de la carte est disponible : ceci est intéressant pour certains circuits
externes nécessitant cette tension au lieu du 5V). L'intensité maximale disponible sur
cette broche est de 50mA.
GND. Broche de masse (ou 0V).
Entrées et sorties numériques :c)
Chacune des 14 broches numériques de la carte UNO (numérotées des 0 à 13) peut
être utilisée soit comme une entrée numérique, soit comme une sortie numérique, en
utilisant les instructions pinMode(), digitalWrite() et digitalRead() du langage
Arduino. Ces broches fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou recevoir un
maximum de 40mA d'intensité et dispose d'une résistance interne de "rappel au plus"
(pull-up) (déconnectée par défaut) de 20-50 KOhms. Cette résistance interne s'active
sur une broche en entrée à l'aide de l'instruction digitalWrite(broche, HIGH).
De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées :
Communication Serie: Broches 0 (RX) et 1 (TX). Utilisées pour recevoir
(RX) et transmettre (TX) les données séries de niveau TTL. Ces broches sont
connectées aux broches correspondantes du circuit intégré ATmega8U2 programmé en
convertisseur USB-vers-série de la carte, composant qui assure l'interface entre les
niveaux TTL et le port USB de l'ordinateur.
Interruptions Externes : Broches 2 et 3. Ces broches peuvent être
configurées pour déclencher une interruption sur une valeur basse, sur un front
montant ou descendant, ou sur un changement de valeur. Voir l'instruction
attachInterrupt () pour plus de détails.
Impulsion PWM (largeur d'impulsion modulée) : Broches 3, 5, 6, 9, 10, et
11. Fournissent une impulsion PWM 8-bits à l'aide de l'instruction analogWrite ().
SPI (Interface Série Périphérique) : Broches 10 (SS), 11 (MOSI), 12
(MISO), 13 (SCK). Ces broches supportent la communication SPI (Interface Série
Périphérique) disponible avec la librairie pour communication SPI. Les broches SPI
sont également connectées sur le connecteur ICSP qui est mécaniquement compatible
avec les cartes Mega.
I2C: Broches 4 (SDA) et 5 (SCL). Supportent les communications de
protocole I2C (ou interface TWI (Two Wire Interface - Interface "2 fils"), disponible

17
en utilisant la librairie Wire/I2C (ou TWI - Two-Wire interface - interface "2 fils").
LED: Broche 13. Il y a une LED incluse dans la carte connectée à la broche
13. Lorsque la broche est au niveau HAUT, la LED est allumée, lorsque la broche est
au niveau BAS, la LED est éteinte.
Broches analogiques :d)
La carte Uno dispose de 6 entrées analogiques (numérotées de 0 à 5), chacune
pouvant fournir une mesure d'une résolution de 10 bits (càd sur 1024 niveaux soit de 0
à 1023) à l'aide de la très utile fonction analogRead () du langage Arduino. Par défaut,
ces broches mesurent entre le 0V (valeur 0) et le 5V (valeur 1023), mais il est possible
de modifier la référence supérieure de la plage de mesure en utilisant la broche AREF
et l'instruction analogReference () du langage Arduino.
Note : les broches analogiques peuvent être utilisées en tant que broches
numériques : elles sont numérotées en tant que broches numériques de 14 à 19.
Autres broches :e)
Il y a deux autres broches disponibles sur la carte :
AREF : Tension de référence pour les entrées analogiques (si différent du
5V). Utilisée avec l'instruction analogReference ().
Reset : Mettre cette broche au niveau BAS entraîne la réinitialisation (= le
redémarrage) du microcontrôleur. Typiquement, cette broche est utilisée pour
ajouter un bouton de réinitialisation sur le circuit qui bloque celui présent sur la
carte.
Mémoire :f)
L'ATmega 328 à 32Ko de mémoire FLASH pour stocker le programme (dont
0.5Ko également utilisés par le bootloader). L'ATmega 328 a également 2ko de
mémoire SRAM (volatile) et 1Ko d'EEPROM (non volatile - mémoire qui peut être
lue à l'aide de la librairie EEPROM).
Pour info : Le bootloader est un programme préprogrammé une fois pour toute
dans l'ATméga et qui permet la communication entre l'ATmega et le logiciel Arduino
via le port USB, notamment lors de chaque programmation de la carte.
Communication :g)
La carte Arduino Uno dispose de toute une série de facilités pour communiquer
avec un ordinateur, une autre carte Arduino, ou avec d'autres microcontrôleurs.
L'ATmega 328 dispose d'une UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter
ou émetteur-récepteur asynchrone universel en français) pour communication série de

18
niveau TTL (5V) et qui est disponible sur les broches 0 (RX) et 1 (TX). Un circuit
intégré ATmega8U2 sur la carte assure la connexion entre cette communication série
vers le port USB de l'ordinateur et apparaît comme un port COM virtuel pour les
logiciels de l'ordinateur. Le code utilisé pour programmer l'ATmega8U2 utilise le
driver standard USB COM, et aucun autre driver externe n'est nécessaire. Cependant,
sous Windows, un fichier .inf est requis.
Le logiciel Arduino inclut une fenêtre terminal série (ou moniteur série) sur
l'ordinateur et qui permet d'envoyer des textes simples depuis et vers la carte Arduino.
Les LEDs RX et TX sur la carte clignote lorsque les données sont transmises via le
circuit intégré USB-vers-série et la connexion USB vers l'ordinateur (mais pas pour les
communications série sur les broches 0 et 1).
Une librairie Série Logicielle permet également la communication série (limitée
cependant) sur n'importe quelle broche numérique de la carte UNO.
L'ATmega 328 supporte également la communication par protocole I2C (ou
interface TWI (Two Wire Interface - Interface "2 fils") et SPI :
Le logiciel Arduino inclut la librairie Wire qui simplifie l'utilisation du bus I2C.
Pour utiliser la communication SPI (Interface Série Périphérique), la librairie pour
communication SPI est disponible.
Logiciel :h)
Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre
et multi-plateformes, servant d’éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer
le firmware et le programme au travers de la liaison série (RS232, Bluetooth ou USB
selon le module). Il est également possible de se passer de l’interface Arduino, et de
compiler les programmes en ligne de commande.
Le langage de programmation utilisé est le C++, compilé avec avr-g++, et lié à la
bibliothèque de développement Arduino, permettant l’utilisation de la carte et de ses
entrées/sorties. La mise en place de ce langage standard rend aisé le développement de
programmes sur les plates-formes Arduino, à toute personne maitrisant le C ou le C++.

19
Figure 3: Logiel Arduino
Le menu :i)
Bouton 1 : Ce bouton permet de vérifier le programme, il actionne un module
qui Cherche les erreurs dans le programme.
Bouton 2 : Envoi du programme sur l’Arduino.
Bouton 3 : Créer un nouveau fichier.
Bouton 4 : Ouvrir un fichier existant.
Bouton 5 : Enregistrer un fichier.
Une fois le code écrit (ou collé) dans la fenêtre de programmation, il faut l’envoyer
sur l’Arduino. Pour cela, il faut cliquer sur le bouton de vérification de programme
avant d cliquer sur le bouton upload (téléverser), naturellement après avoir connecté
l’Arduino à l’ordinateur.

20
Le déroulement du programme :j)
Le programme se déroule de la façon suivante :
1. Prise en compte des instructions de la partie déclarative.
2. Exécution de la partie configuration (fonction setup( )).
3. Exécution de la boucle sans fin (fonction loop ( )): le code compris dans
la boucle sans fin est exécuté indéfiniment.
Figure 4: Déroulement du programme arduino
Fonction :k)
Fonction setup :
void setup () //fonction d'initialisation de la carte
{
//contenu de l'initialisation
//on écrit le code à l'intérieur
}
Cette fonction setup ( ) est appelée une seule fois lorsque le programme
commence. C'est pourquoi c'est dans cette fonction que l'on va écrire le code qui n'a
besoin d'être exécuté qu’une seule fois. On appelle cette fonction : "fonction
d'initialisation". On y retrouvera la mise en place des différentes sorties et quelques
autres réglages.
Fonction Loop :
Une fois que l'on a initialisé le programme, il faut ensuite créer son "coeur",

21
autrement dit le programme en lui-même.
void loop () //fonction principale, elle se répète (s’exécute) à l'infini
{
//contenu du programme
}
C'est donc dans cette fonction loop() que l’on va écrire le contenu du programme.
Il faut savoir que cette fonction est appelée en permanence, c'est-à-dire qu'elle est
exécutée une fois, puis lorsque son exécution est terminée, on le ré-exécute et encore
et encore. On parle de boucle infinie.
B. Xbee pro :
1. Introduction :
Quand il s’agit de concevoir des systèmes embarqués, interactifs ou bien quand des
objets doivent communiquer entre eux (communication série), plusieurs solutions sont
possibles. Nous explorerons ici le protocole Zigbee qui permet de communiquer par
ondes radio, c’est-à-dire sans fil. Je m’efforcerais dans un premier temps de présenter
les caractéristiques de ce protocole et d’éviter certaines confusions.
2. Présentation du XBee :
Les produits MaxStream XBee™ sont des modules de communication sans fil très
populaires fabriqués par l’entreprise Digi International. Ils ont été certifiés par la
communauté industrielle ZigBee Alliance en 2006 après le rachat de MaxStream par
Digi International. La certification Zigbee se base sur le standard IEEE 802.15.4 qui
définit les fonctionnalités et spécifications des réseaux sans fil à dimension personnelle
(Wireless Personal Area
Networks : WPANs). Nous verrons plus loin chacun des termes qui peuvent poser
problème.
Les principales caractéristiques du XBee :
– fréquence porteuse : 2.4Ghz.
– portées variées : assez faible pour les XBee 1 et 2 (10 - 100m), grande pour le
XBee Pro (1000m).
– faible débit : 250kbps.
– faible consommation : 3.3V @ 50mA.
– entrées/sorties : 6 10-bit ADC input pins, 8 digital IO pins.
– sécurité : communication fiable avec une clé de chiffrement de 128-bits.
– faible coût : 400 dh.
– simplicité d’utilisation : communication via le port série.
– ensemble de commandes AT et API.
– flexibilité du réseau : sa capacité à faire face à un noeud hors service ou à
intégrer de nouveaux nœuds rapidement.

22
– grand nombre de noeuds dans le réseau : 65000.
– topologies de réseaux variées : maillé, point à point, point à multipoint.
3. Broches Xbee (IO Pins):
Figure 5: Les broches Exbee

23
4. Pourquoi choisir le sans fil ?
À première vue, le sans-fil présente bien des avantages. Il permet de ne pas
encombrer un espace de travail, d’équiper des appareils mouvants, de communiquer
dans des endroits inaccessibles. Cependant, il faut aussi prendre en considération
d’autres paramètres :
– La communication sans fil ne sera jamais aussi fiable qu’une communication
filaire. Le signal peut être déformé par d’autres ondes et par des obstacles.
– Par conséquent, commencez toujours à tester votre système avec une
communication filaire.
– À moins de récupérer l’énergie des ondes électromagnétiques ambiantes (Free
Energy), vous aurez toujours besoin d’un fil pour alimenter votre module.
– L’environnement semble aujourd’hui saturé d’ondes électromagnétiques, on

24
parle de pollution électromagnétique.
Le XBee génère des radiations électromagnétiques alors pourquoi en rajouter ?
– La communication n’est pas 1-1 entre l’émetteur et le récepteur. En effet les
ondes radio rayonnent en cercle autour de l’émetteur. Seuls les appareils décryptant le
bon protocole peuvent différencier les informations provenant d’un module Zigbee,
d’un module Bluetooth ou de routeurs Wi-Fi, pourtant tous modulés par la même
fréquence de 2,4Ghz.
5. Xbee ou Zigbee ?
Figure 6:l'idee de l'exbee dans la réalité
Bee signifiant "abeille", le choix du nom donne l’image qu’il peut y avoir plusieurs
petits modules connectés ensemble comme une colonie d’abeilles. Au début, on peut
confondre les termes XBee et ZigBee. En fait, comme expliqué au début de l’article, le
ZigBee est un protocole de communication qui s’appuie sur le travail du groupe IEEE
802.15.4 et définit par le groupe de professionnels ZigBee Alliance. Le XBee est une
marque, un produit qui utilise le protocole ZigBee.
6. Séries 1 et 2 ?
Plusieurs produits XBee existent, ce qui peut créer quelques confusions. Il faut
retenir qu’il y a deux catégories de XBee : la série 1 et la série 2. Les modules de la
série 1 ont souvent un "802.15.4" qui s’ajoutent à leurs noms.
Les modules de la série 2 sont disponibles en plusieurs versions : XBee ZNet 2.5
(obsolète), le ZB (l’actuel) et le 2B (le plus récent). Vous avez aussi des XBee Pro,
qui font la même chose, mais avec de plus grandes capacités, notamment la portée qui
semble pouvoir aller jusqu’à 1000 mètres.
Tableau de comparaison des modules Xbee :

25
Ce qu’il faut retenir :
– les modules de la série 1 et 2 ne sont pas compatibles entre eux.
– la portée et la consommation sont sensiblement les mêmes.
– le nombre d’entrées et sorties est différent et surtout la série 2 ne possède pas de
sorties analogiques PWM.
– les topologies de réseaux possibles ne sont pas les mêmes. Avec la série 1,
l’architecture est simple : point à point (pair) ou multipoint (star). La série 2 permet
en plus de créer des réseaux plus complexes :
Maillés (mesh) ou en "arbre" (cluster tree).

26
Figure 7: Les types de configuration d'Xbee
7. Caractéristique des modules Xbee Pro :
Modulation RF : Modulation en quadrature de phase avec décalage.
Bande d’émission : 2,4GHz.
Largeurs des canaux de transmission : 5 MHz.

27
Figure 8: Spécifications du Xbee et Xbee-pro
8. Antennes :
Vous aurez aussi à choisir le type d’antennes du module. En effet, les ondes radios
ont besoin d’antennes pour émettre et recevoir les signaux.
Figure 9:Différentes types d'Xbee

28
Ce qu’il faut retenir :
– wire : simple, radiations omnidirectionnelles.
– chip : puce plate en céramique, petite, transportable (pas de risques de casser
l’antenne), radiations cardioïdes.
(Le signal est atténué dans certaines directions).
– U.FL : une antenne externe n’est pas toujours nécessaire.
– RPSMA : plus gros que le connecteur U.FL, permet de placer son antenne à
l’extérieur d’un boîtier.
9. Communication avec l’ordinateur :
Figure 10: Adaptateurs Xbee
Pour établir une communication avec l’ordinateur, il y a deux options :
L’assemblage de différents éléments comme sur l’image ou le XBee USB
Explorer. J’ai choisi la première option car un peu moins cher et plus flexible.
La communication en direct sans passer par une Arduino vous permet de
configurer rapidement votre XBee.
On verra plus loin dans les cas pratiques qu’on peut aussi configurer le module en
le branchant à l’Arduino. Donc se procurer un explorateur n’est pas indispensable,
mais c’est à conseiller pour débuter car c’est tout de même plus simple.
La communication entre l’ordinateur et le XBee se fait via une liaison série.
10. Alimentation :

29
L’alimentation doit être comprise entre 2,8V et 3,4V. Dans mes montages j’utilise
l’adaptateur qui stabilisée l’alimentation à 3,3V. Dans d’autre exemple, il semblerait
qu’assembler deux piles 1,5V ensemble soit suffisant.
Pour être plus autonome, on peut trouver des montages sur le Web avec le
régulateur de tension LM7833 qui sort directement une tension de 3,3V ou bien avec
le LM317 qui permettrait avec des valeurs de résistances adaptées d’obtenir ce que
l’on souhaite, mais je ne l’ai pas testé.
11. Communication Série :
Figure 11: Les ports series
Pour transmettre des données, il faut :
– coder les données (émetteur) pour qu’il y ait le moins de pertes possibles.
– les acheminer via un support physique.
– les décoder (récepteur) suivant les mêmes règles.
Au niveau physique, il s’agit surtout de l’envoi en série d’états électriques binaires
(0 ou +5V par exemple).
Le signal numérique est converti en signal analogique par des modems et
transporté sur des supports filaires à base de cuivre ou de fibre optique, ou bien à

30
travers le milieu aérien pour les transmissions non filaires. La transmission numérique
des données est un ensemble de techniques fascinantes, qui consiste à trouver la
meilleure solution pour transmettre les niveaux électriques représentant les bits.
Duplex / transceiver :
La communication avec le module XBee s’établit par une communication série
asynchrone. C’est très pratique, il suffit de quatre fils : deux pour l’alimentation (la
masse et le +), un pour la réception et un pour l’émission. En effet le XBee permet de
recevoir et d’émettre des données en même temps, on dit qu’il est full duplex,
contrairement à la radio FM qui envoient les
informations dans un seul sens (simplex) et au
talkie-walkie qui ne permet pas à deux émetteurs
de parler en même temps (half-simplex). On dit
aussi que le XBee est un transceiver qui est la
contraction de TRANSmitter (émetteur) et de
reCEIVER (récepteur).
Liaison série / parallèle :
On distingue ensuite deux types de communications : série ou parallèle. La
première nécessite moins de fils, toutes les données sont envoyées à la suite les unes
des autres sur le même fil. La seconde est aujourd’hui moins utilisée du fait des
perturbations dûes à la promiscuité des fils sur une nappe parallèle et aussi grâce à la
rapidité de traitement des ordinateurs actuels.
Figure 12: les liaisons des communications
Dans une liaison en série, les données sont envoyées bit par bit sur la voie de
transmission. Toutefois, étant donné que la plupart des processeurs traitent les
informations de façon parallèle, il s’agit de transformer des données arrivant de façon
parallèle en données en série au niveau de l’émetteur, et inversement au niveau du
récepteur. Ces opérations sont réalisées grâce à un contrôleur de communication (la
plupart du temps une puce UART, Universal Asynchronous Receiver
Transmitter). Il fonctionne grâce à un registre à décalage. Le registre de décalage
permet, grâce à une horloge, de décaler le registre (l’ensemble des données présentes
en parallèle) d’une position à gauche, puis d’émettre le bit de poids fort (celui le plus à
gauche) et ainsi de suite.

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"Serial: Used for communication between the Arduino board and a computer or
other devices. All Arduino boards have at least one serial port (also known as a UART
or USART) : Serial. It communicates on digital pins 0 (RX) and 1 (TX) as well as with
the computer via USB. Thus, if you use these functions, you cannot also use pins 0 and
1 for digital input or output."
C. Configuration des deux Xbee:
1. Logiciel:
Introduction XTCU:a)
CTU est une application multi-plateforme libre conçu pour permettre aux
développeurs d'interagir avec des modules RF Digi grâce à une interface graphique
simple à utiliser. Il comprend de nouveaux outils qui rendent facile à installer, à
configurer et modules RF XBee de test.
Installation du logiciel :b)
Cela ne pose pas de problème. Exécuter XCTU5250.exe et installer les drivers
USB (FTDI_Windows_Driver_Setup.exe).
Configuration des deux modules Xbee:c)
 Déclaration et test du port de communication avec le module :
Figure 13:Configuration du Xbee

32
 Paramétrage du module Xbee :
Figure 14: Paramétrage de Xbee
 Sélection du canal RF de communication :
Figure 15: Sélection du canal RF
 Adresse IP –PAN ID :
Pour avoir une communication entre les deux Xbee en les donnes même adresse
IP.

33
Figure 16: Adresse IP
D. Moteur a courant continu :
1. Introduction :
La machine à courant continu est un convertisseur d'énergie, totalement réversible,
elle peut fonctionner soit en moteur, convertissant de l'énergie électrique en énergie
mécanique, soit en génératrice, convertissant de l'énergie mécanique en énergie
électrique. Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux différentes
conversions. Cette machine est donc un convertisseur électromécanique.
2. Le rôle ou l’utilité d’un moteur :
Cette partie n'est pas un des plus simples car il va faire apparaître des notions de
mécanique qui sont indispensables pour comprendre le mouvement. Il prend en
général plusieurs heures de cours pour être bien expliqué. Nous allons donc vous faire
ici uniquement une introduction à la mécanique du moteur. Cependant, cette
introduction présente des notions très importantes pour bien comprendre la suite.
Prenons un moteur électrique des plus basiques qui soient :
Vous avez devant vos yeux un moteur électrique tel que l'on peut en trouver dans
les engins de modélisme ou dans les voitures téléguidées. Mais sachez qu'il en existe
de toute sorte, allant du miniature au gigantesque, adapté à d'autres types
Figure 17: Un moteur classique à
courant continu 6V

34
d'applications. Nous nous contenterons ici des moteurs électriques "basiques".
 Transformation de l’énergie électrique en énergie mécanique :
Un moteur ça fait quoi ? Ça tourne ! On dit qu'un moteur est un composant de
conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Les moteurs à courant continu
(ce terme deviendra plus clair par la suite) transforment l'énergie électrique en énergie
mécanique de rotation, pour être précis. Mais ils peuvent également servir de
générateur d'électricité en convertissant une énergie mécanique de rotation en énergie
électrique. C'est le cas par exemple de la dynamo sur un vélo !
Ce dernier point n'est pas à négliger, car même si dans la plupart des applications
votre moteur servira à générer un mouvement, il sera possible qu'il soit actionné "à
l'envers" et génère alors du courant. Il faudra donc protéger votre circuit pour ne pas
l’abîmer à cause de cette "injection" d'énergie non désirée.
 Principe de fonctionnement du moteur à courant continu :
Figure 18: éclaté d'un MCC
Tout d'abord, nous allons prendre une bonne habitude. Le moteur à courant continu
s'appelle aussi "Machine à Courant Continu", que j'abrégerais en MCC. Le moteur à
courant continu est composé de deux parties principales : le rotor (partie qui tourne) et
le stator (partie qui ne tourne pas, statique). En électrotechnique (science traitant
l'électricité en tant qu'énergie) le stator s'appelle aussi inducteur (qui fait l'action
d’induire) et le rotor s'appelle l'induit (qui subit l'action d'induction). Sur l'image à
droite, vous pouvez observer au milieu - entouré par les aimants bleu et rouge qui
constituent le stator - le rotor composé de fils de cuivre enroulés sur un support lui-
même monté sur un axe. Cet axe, c'est l'arbre de sortie du moteur. C'est lui qui va
transmettre le mouvement à l'ensemble mécanique (pignons, chaîne, actionneur…) qui
lui est associé en aval. Dans le cas d'un robot sur roues par exemple, on va mettre la
roue sur cet axe, bien souvent par l'intermédiaire d'un réducteur qui diminue la vitesse
de rotation tout en augmentant le couple.
 Description :
La machine à courant continue comporte les parties principales suivantes :
- Une partie fixe appelée STATOR qui aura le rôle d'inducteur.

35
- Une partie mobile appelée ROTOR qui aura le rôle d'induit.
L’inducteur :
Il est formé soit d'aimants permanents en ferrite soit de bobines placées autour des
noyaux polaires. Lorsque les bobines sont parcourues par un courant continu, elles
créent un champ magnétique dans le circuit magnétique de la machine notamment
dans l'entrefer, espace séparant la partie fixe et la partie mobile, où se situent les
conducteurs.
L’induit :
Le noyau d'induit est en fer pour canaliser les lignes de champ, les conducteurs
sont logés dans des encoches sur le rotor, deux conducteurs forment une spire.
3. Pilotage d’un moteur :
Maintenant que le moteur tourne à une vitesse réglable, il pourra être intéressant de
le faire tourner aussi dans l'autre sens (si jamais on veut faire une marche arrière, par
exemple, sur notre robot), voire même d'être capable de freiner le moteur. C'est ce que
nous allons tout de suite étudier dans la partie suivante en parlant d'un composant très
fréquent dans le monde de la robotique : le pont en H.
Tourner dans les deux sens : le pont en Ha)
Nous allons chercher à faire tourner le moteur dans les deux sens, cette fonction
sera assurée par le « pont en H ».
 Principe de pont en H :
Tout d'abord une question très simple : pourquoi le moteur tourne dans un seul sens
? Réponse évidente : parce que le courant ne va que dans un seul sens ! Pour pouvoir
aller vers l'avant et vers l'arrière il nous faut donc un dispositif qui serait capable de
faire passer le courant dans le moteur dans un sens ou dans l'autre. Par exemple si on
monte un moteur avec une pile de 9V dans un ordre quelconque, comme ci-dessous :
Figure 19: Montage moteur et pile
Essayez d'inverser les deux bornes du moteur pour observer ce qu'il se passe : le

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moteur change de sens de rotation. C'est dû au champ magnétique créé par les bobines
internes du moteur qui est alors opposé. C’est là que intervient le pont en H qui facilite
la permutation entre les deux sens sans avoir à démonter et remonter voici un pont en
H basic :
Figure 20: Le pont en H
Grace ou pont en H nous allons piloter le moteur dans les deux sens de rotation.
Pour comprendre le fonctionnement de ce pont en H (appelé ainsi par sa forme),
imaginons que je ferme les transistors 1 et 4 en laissant ouverts le 2 et le 3. Le courant
passe de la gauche vers la droite.
Si 2 et 3 fermés et 1 et 4 ouverts, le courant ira dans l'autre sens.
Figure 21:Fonctionnement dans le sens anti-horaires Figure 22:Fonctionnement dans le sens horaire
E. L298N :
1. Introduction :
Le L298 est un circuit intégré monolithique dans un plomb de 15 paquets multi-
puissances et PowerSO20. Il est un double pont en H avec interface logique. Il est
d'une haute tension, à double conducteur de pont complet courant élevé conçu pour
accepter des niveaux logiques TTL standard et piloter des charges inductives telles que
des relais, des solénoïdes, DC et moteurs pas à pas. Deux entrées de validation sont
fournis pour activer ou désactiver le dispositif indépendamment des signaux d'entrée.

37
Les émetteurs des transistors inférieurs de chaque pont sont connectées ensemble et à
la borne externe correspondant peuvent être utilisés pour la connexion d'une résistance
de détection externe. Une entrée d'alimentation supplémentaire est prévue de sorte que
la logique fonctionne à une tension inférieure.
Figure 23: Le schéma interne de L298D
IV. Conception et simulation de l’ensemble :
A. Logiciel proteus Isis :
1. Introduction :
Proteus est une suite logicielle permettant la CAO électronique éditée par la société
Labcenter Electronics. Proteus est composé de deux logiciels principaux : ISIS,
permettant entre autres la création de schémas et la simulation électrique, et ARES,
dédié à la création de circuits imprimés.
Grâce à des modules additionnels, ISIS est également capable de simuler le
comportement d'un microcontrôleur (PIC, Atmel, 8051, ARM, HC11...) et son
interaction avec les composants qui l'entourent.

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Le logiciel PROTEUS est composé de trois modules :
 L’éditeur de schéma ISIS.
 Le simulateur LISA.
 L’outil de conception de circuit imprimé ARES.
ISIS produit d’une part, une liste d’équipotentiels qui peut être utilisée par le
simulateur LISA et l’outil de conception de circuit imprimé ARES, d’autre part, une
liste de matériel et des rapports de contrôle des règles électriques.
LISA est un ensemble de modules de simulation lié à ISIS. Le noyau de simulation
PROSPICE est basé sur la version 3F5 du moteur SPICE publié par l’université de
Berkeley.
ARES est un module de conception de circuit imprimé compatible Windows, 98
2000 et XP. Il permet le placement des composants en mode automatique, manuel ou
semi-automatique et le routage des liaisons sur plusieurs couches en mode
automatique manuel ou semi-automatique.
Figure 24: Interface du logiel et les différents composants

39
Figure 25: Interface du module ARES
2. Conception du montage sur Proteus 8.1 :
La librairie du logiciel contient tous les composants électroniques, sauf que le
prototype de la carte Arduino doit être ajouté après l’installation parce que ce n’est pas
conventionné.
Le montage se découpe en deux blocs principaux, que nous allons détailler dans cet
ordre : un étage de puissance pour commander les deux moteurs, une carte
électronique de commande, qui a pour rôle de contrôler l'étage de puissance et
d'assurer la communication avec l'utilisateur.
 Alimentation :
Nous allons assurez l’alimentation de cette étage à l’aide de pile 9V
Figure 26:symbole Pile 9V

40
 Contrôleur du moteur cc « L298N » :
Comme il est déjà expliqué dans le chapitre d’étude théorique, il est un
intermédiaire entre la carte arduino et les deux MCC
Voici le montage avec les deux moteurs :
Figure 27: Montage complet
Le contrôleur L298N est branché sur les broches 13, 12, 11, 10 de la carte arduino
pour la commande ; et le module de trans-communication (Xbee) modélisé par un
moniteur virtuel dans ISIS est connecté sur les entrées Rx et Tx (broches de
communication série) , les deux moteurs connectés directement aux sorties respectives
OUT1 et OUT2 , OUT3 et OUT4.
Les broches ENABLE1 et ENABLE2 sont connectés avec une entrée logique qui a
pour valeur « 1 » ou 5volts pour assurer le fonctionnement constant du contrôleur.
V. Réalisation pratique de l’ensemble :
Nous avons tout d’abord fixée l’arduino et le controleur sur le châssis et puis après
le branchement du Xbee sur l’arduino et la connexion entre le contrôleur et l’arduino
par l’intermédiaire des fils.

41
Figure 28: Montage pratique de l'ensemble
Figure 29: vue de dessous

42
VI. Conclusion :
Pour conclure, ce projet a été un bon moyen de mettre en pratique toutes nos
connaissances acquises tout au long de notre formation. En effet, les nombreuses
matières que nous avons étudiées nous ont été d’un grand secours dans la réalisation
de ce projet, surtout l’électrotechnique et l’informatique.
Ces connaissances nous ont servi aussi bien pour la programmation du cerveau
Arduino aussi bien qu’a l’utilisation du logiciel Proteus et l’exploitation de ces
diverses fonctionnalités.
Sans oublier d’améliorer la gestion d’un travail considéré un projet, comme la
confrontation de solutions techniques pour un même problème, et pour réaliser le
cahier de charges. Le temps n’a pas été de notre côté mais nous avons su dépasser ces
problèmes.

43
Bibliographie :
 Datasheet Arduino.
 Datasheet Xbee.
 Datasheet L298N.
 https://zestedesavoir.com/tutoriels/537/arduino-premiers-pas-en-
informatique-embarquee/747/le-mouvement-grace-aux-moteurs/3437/le-
moteur-a-courant-continu/
 http://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoXbeeShield
 http://examples.digi.com/
 https://arduino-info.wikispaces.com/MotorDrivers#L298Board
 Wikipedia.org

44
Annexes :
Montage du châssis :
Figure 30: Montage du châssis

45
Figure 31: Montage du châssis

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