Notice µLab : brancher des capteurs sur le micro:bit

micro:bit v2 et carte d'extension « façon ESP32 » (toutes les broches sorties en rangées G / V / S). Interface : µLab.

1. Les 5 règles à ne jamais oublier

2. Repérer les broches de la carte d'extension

Chaque broche est sortie sur une rangée de 3 picots : G = masse (GND), V = alimentation (3,3 V ou 5 V selon le sélecteur), S = signal (la broche du micro:bit). Un module à 3 fils se branche donc directement sur G-V-S, en respectant l'ordre indiqué sur le module (GND, VCC, OUT/SIG).

Dans µLab, l'onglet 🔌 Branchements affiche ce schéma en direct : une broche passe au vert quand un module y est détecté.

3. Brancher un module I2C (pas à pas)

Un module I2C se branche avec 4 fils et se reconnaît tout seul : µLab lit son adresse et son registre d'identité, puis crée ses voies (température, pression…) sans aucun réglage.

Étape 1 : lire les inscriptions du module

Étape 2 : vérifier la tension du module

• Marqué 3.3V, 3-5V, 2.5-5.5V ou avec un petit régulateur (composant à 3 pattes « 662K », « 6206 »…) : OK, on l'alimente en 3,3 V. C'est le cas de la quasi-totalité des modules capteurs AliExpress (BME280, BMP280, AHT20, SHT30, BH1750, MPU6050, INA219, ADS1115, TCS34725…).
• Marqué 5V uniquement : convertisseur de niveau obligatoire, voir 4-C.

Étape 3 : câbler (câble USB débranché)

Étape 4 : rebrancher et vérifier dans µLab

1. Rebranche le câble USB. En 3 secondes environ, une notification « Module I2C … détecté » apparaît.
2. Ses voies apparaissent à gauche dans Modules I2C, avec leurs unités. Coche celles à enregistrer.
3. L'onglet 🔌 Branchements liste les modules présents et leurs adresses.

Modules reconnus automatiquement

Identifiés mais pas mesurés : écran OLED (0x3C), horloge DS3231, VL53L0X, BMP180, APDS9960. Tout autre module apparaît comme « Module inconnu 0x… » : il est bien câblé, mais µLab n'a pas de pilote pour lui.

Étape 5 : deux modules identiques

Deux modules sur le même bus doivent avoir des adresses différentes. Pour deux modules identiques, change l'adresse de l'un d'eux :

• BME280/BMP280 : broche SDO reliée à GND → 0x76, reliée à 3V → 0x77.
• ADS1115 : broche ADDR à GND → 0x48, à VDD → 0x49, à SDA → 0x4A, à SCL → 0x4B (jusqu'à 4 modules, soit 16 voies).
• INA219 : ponts à souder A0/A1 → 0x40, 0x41, 0x44, 0x45.
• MPU6050 : AD0 à GND → 0x68, à 3V → 0x69. BH1750 : ADDR à GND → 0x23, à 3V → 0x5C.

Longueur des fils : moins de 50 cm. Au-delà de 4-5 modules en parallèle, les résistances de rappel des modules s'additionnent et le bus peut devenir instable.

4. Brancher un module 5 V sans pont diviseur

« Module 5 V » recouvre quatre situations différentes. Suis l'ordre A → D : prends le premier cas qui s'applique.

Cas A : le module accepte aussi le 3,3 V le plus simple

Beaucoup de modules vendus « 5 V » fonctionnent très bien en 3,3 V (plage « 3,3-5 V » sur la fiche). On les alimente en 3,3 V (sélecteur de la carte d'extension sur 3,3 V, ou VCC sur 3V) : leur sortie ne peut alors pas dépasser 3,3 V. Aucun composant supplémentaire n'est nécessaire.

Généralement compatibles 3,3 V (à confirmer sur la fiche de ton module) : potentiomètre, photorésistance (LDR), humidité du sol capacitive v1.2, niveau d'eau, capteur de son KY-037/038, obstacle IR, flamme, bouton, choc/vibration, joystick, effet Hall, suiveur de ligne, ultrasons RCWL-1601 / HC-SR04P, et la plupart des modules I2C.

Dans µLab : clique la voie de la broche → choisis le capteur dans la galerie. C'est terminé.

Cas B : alimenté en 5 V mais sortie ≤ 3,3 V

Certains modules ont besoin de 5 V pour fonctionner mais produisent eux-mêmes une sortie en 3,3 V. Exemple typique : le détecteur de mouvement PIR HC-SR501 (alimentation 5 V, sortie 3,3 V).

1. Alimente le module en 5 V (picot V avec sélecteur sur 5 V, ou alimentation extérieure), GND commun.
2. Vérifie au multimètre que la sortie ne dépasse jamais 3,3 V (voir l'encadré ci-dessus).
3. Seulement alors, relie la sortie à une broche (P8, P13… en numérique, P0-P2 en analogique).

Cas C : signal numérique en 5 V → convertisseur de niveau

Exemples : écho de l'ultrason HC-SR04 classique, module I2C 5 V uniquement, sorties numériques 5 V. Solution : un convertisseur de niveau logique bidirectionnel 4 canaux (module BSS138, « Logic Level Converter », quelques dizaines de centimes sur AliExpress). Il fonctionne aussi pour l'I2C.

Dans µLab (HC-SR04) : onglet 🔌 Branchements → Ultrasons : trig = 13, echo = 14 → Activer. La voie « Distance (ultrasons) » en cm apparaît.

Module I2C 5 V uniquement : SDA et SCL passent chacun par un canal du convertisseur (LV1 ↔ P20, LV2 ↔ P19). Le module est alimenté en 5 V côté HV.

Cas D : signal analogique 0-5 V → module « voltmètre » I2C

C'est le cas des capteurs Jeulin, Pierron, des capteurs de pression 0-5 V, de la sortie AO d'un capteur de gaz MQ alimenté en 5 V… Un convertisseur de niveau ne convient pas ici : il est fait pour du tout-ou-rien, pas pour une tension qui varie. Sans pont diviseur, on passe par un petit module I2C qui mesure lui-même la tension.

Solution D0 (la plus simple, sans soudure) : module « capteur de tension 0-25 V »

Petit module rouge ou bleu vendu « Voltage Sensor 0-25V DC » (≈ 0,30 €, AliExpress). Il contient un pont diviseur tout fait (30 kΩ / 7,5 kΩ) qui divise la tension par 5. Côté capteur, il a un bornier à vis ; côté micro:bit, 3 picots S / + / − qui se branchent directement sur une rangée G-V-S de la carte d'extension.

1. Enfiche le module sur la rangée de P0, P1 ou P2 : − sur G, + sur V, S sur S. Vérifie les lettres imprimées sur ton module : l'ordre peut varier. Le picot + n'est relié à rien dans le module.
2. Bornier à vis : sortie du capteur → VCC (borne +), masse du capteur → GND (borne −).
3. Dans µLab : clique la voie de la broche → Jeulin / Pierron 0-5 V → adaptateur « Module capteur de tension 0-25 V (÷5) », choisi par défaut → recopie la correspondance de la notice du capteur (ou étalonne sur 2 points) → Enregistrer. C'est mémorisé.

Solution D1 (plus précise) : INA219 utilisé en voltmètre 0-26 V

Le module INA219 (≈ 1-2 €) s'alimente en 3,3 V mais mesure des tensions de 0 à 26 V sur son entrée VIN−. Son bus I2C reste donc en 3,3 V : aucun convertisseur, aucun pont diviseur. Résolution 4 mV, tensions positives uniquement.

1. INA219 : VCC → 3V, GND → GND, SDA → P20, SCL → P19 (câblage I2C normal, chapitre 3).
2. Sortie du capteur → VIN− de l'INA219. VIN+ peut rester libre : il est relié à VIN− par la résistance de shunt de 0,1 Ω du module.
3. Masse du capteur → GND (masse commune, indispensable : l'INA219 mesure VIN− par rapport à GND).
4. Alimente le capteur comme d'habitude (son boîtier, son bloc 5 V…).
5. Dans µLab, la voie « Tension (INA219) » apparaît : clique-la → Jeulin / Pierron 0-5 V → rapport du pont = 1 → recopie la correspondance de la notice du capteur → Enregistrer.
6. La voie « Intensité (INA219) » n'a pas de sens dans ce montage : laisse-la décochée.

Solution D2 : ADS1115 alimenté en 5 V + convertisseur de niveau

Pour 4 voies sur un seul module et une résolution de 16 bits. µLab règle l'ADS1115 sur une pleine échelle de ±6,144 V, soit environ 0,19 mV par pas.

• Une entrée de l'ADS1115 ne doit pas dépasser son alimentation + 0,3 V. Pour mesurer jusqu'à 5 V, il doit donc être alimenté en 5 V (VDD → 5 V, GND → GND).
• Ses résistances de rappel tirent alors SDA/SCL à 5 V : SDA et SCL passent par un convertisseur de niveau (cas C : LV1 ↔ P20, LV2 ↔ P19, LV → 3V, HV → 5 V).
• Capteurs sur A0 à A3, masses communes. Dans µLab : voies « Voie A0 (ADS1115) »… → Jeulin / Pierron, rapport 1.

Alimenté en 3,3 V, l'ADS1115 ne mesure que jusqu'à ≈ 3,6 V : il faudrait alors revenir au pont diviseur.

5. Cas des capteurs Jeulin / Pierron

1. Connectique : sortie en douilles banane 4 mm → cordon banane / pince croco / fil Dupont.
2. Alimentation : celle prévue par le fabricant (boîtier, bloc secteur, 5 V). Jamais par la broche 3V du micro:bit.
3. Masse : la douille de masse (noire, ⏚ ou « 0 V ») du capteur → GND du micro:bit.
4. Sortie : dans le bornier d'un module capteur de tension 0-25 V enfiché sur P0, P1 ou P2 (solution D0, la plus simple). Pour plus de précision : vers VIN− d'un INA219 (D1) ou une entrée d'ADS1115 (D2).
5. Dans µLab : clique la voie → Jeulin / Pierron 0-5 V. Renseigne la grandeur (ex. « pH »), l'unité, l'adaptateur (module 0-25 V par défaut ; rien à choisir via INA219/ADS1115) et la correspondance donnée par la notice du capteur : tension U₁ ↔ valeur y₁ et tension U₂ ↔ valeur y₂.
6. Ou étalonne sur 2 points : dans la même fenêtre, « Étalonner sur 2 points ». Place le capteur dans une situation connue (ex. solution tampon pH 4), entre la valeur vraie, puis « Mesurer ». Recommence avec une deuxième situation (pH 7). µLab calcule la droite d'étalonnage.
7. Le réglage est mémorisé pour cette entrée : au prochain branchement, le capteur est reconnu directement.

Appareils Jeulin Initio® 2 en USB direct (le plus simple) : conductimètre, pH-mètre

Le conductimètre Initio 2 (réf. 701 653) et le pH-mètre Initio 2 (réf. 701 652) se branchent directement en micro-USB sur le PC qui fait tourner µLab : ni carte, ni module, ni étalonnage dans µLab (la valeur est celle de l'écran de l'appareil, déjà en mS/cm ou en unité pH).

1. Allume l'Initio 2 et relie-le au PC (câble micro-USB, celui de la recharge). Il apparaît en ~1 s : « ● Conductimètre Jeulin connecté ». Si une carte (micro:bit, ESP32) est aussi branchée, choisis « Jeulin » en haut à gauche.
2. Voies : conductimètre → Conductivité σ (mS/cm, cochée d'office) et Température (compensation) (sonde de l'appareil ; 25 °C sans sonde, mode CTM) ; pH-mètre → pH (cochée d'office). Un seul appareil Jeulin actif à la fois.
3. Temporel : jusqu'à 20 mesures/s, et les essais longs sécurisés (cinétique, refroidissement…). Pas à pas : dosage conductimétrique ou pH-métrique, « + Point » à chaque ajout de volume. Pas de mode rafale.
4. Le calibre (2 ou 20 mS/cm) et l'étalonnage (solutions tampons pH 4 / 7 pour le pH-mètre) se règlent sur l'appareil ; µLab reçoit la valeur affichée. Débranché puis rebranché : la mesure repart toute seule.

Colorimètre Jeulin 1G-7 (réf. 701 648) : sortie analogique sur une broche

Sa prise mini-USB ne sert qu'à l'alimenter : la mesure sort par les 2 douilles Ø 4 mm (A : 1 V par unité d'absorbance, −3 à +3 V ; T : 0 à 1 V pour 0 à 100 %). Une absorbance réelle (0 à ~2,5) reste sous 3,3 V : aucun module, branchement direct.

1. Douille jaune → P0, P1 ou P2 ; douille noire → GND. Vérifie le contact : la voie doit suivre l'écran (0,00 Abs → ~0 V).
2. Dans µLab : clique la voie de la broche → Colorimètre Jeulin 1G-7 : absorbance (ou transmittance si l'appareil est en mode T) → Enregistrer. C'est mémorisé pour cette broche.
3. Plus précis : sortie vers un voltmètre I2C, VIN− d'un INA219 (D1) ou une entrée d'ADS1115 (D2), masses communes → clique la voie « Tension (INA219) » ou « Voie A0 (ADS1115) » → même choix Colorimètre Jeulin 1G-7. Résolution ≈ 0,0002 Abs avec l'ADS1115 (absorbances négatives toujours lues 0).
4. Le blanc et la longueur d'onde (470 à 660 nm) se règlent sur l'appareil. Une absorbance négative (blanc qui dérive) est lue 0 ; résolution ≈ 0,003 Abs (0,3 % en T).
5. Courbe d'étalonnage (Beer-Lambert) : mode Pas à pas, « + Point » à chaque solution, puis modélisation linéaire A = k·c.

6. Analyse fréquentielle (Fourier)

Faire un spectre

1. Fais une acquisition : Temporel pour des phénomènes lents (pendule, oscillations mécaniques : jusqu'à ≈ 25 Hz), Rafale pour les signaux rapides sur P0-P2 (jusqu'à ≈ 3 kHz).
2. Dans la vue Essais, zoome (glisser) sur la partie à analyser : le spectre porte sur la zone visible.
3. Clique 🎵 Spectre : spectre d'amplitude (amplitudes crête, dans l'unité de la grandeur), fondamental f₀, tableau des harmoniques, taux de distorsion harmonique (THD).
4. Curseurs 📏 utilisables sur le spectre (écart de fréquence, rapport f_B/f_A).
5. Case 📊 raies harmoniques (bâtons) : ne garde que les harmoniques, un bâton par rang n (f = n·f₀), avec le pourcentage du fondamental au-dessus de chaque bâton. En échelle « décibels », les bâtons sont exprimés par rapport au fondamental (0 dB). Idéal pour comparer des timbres ou vérifier qu'un signal carré n'a que des harmoniques impaires en 1/n. Utilise la fenêtre Hann pour la valeur de f₀, Flat-top pour des amplitudes exactes.

Réglages (onglet 🎵 Spectre)

Analyseur temps réel

Mode Rafale + case « en boucle » + vue 🎵 Spectre : les rafales s'enchaînent (≈ 1 rafraîchissement par seconde avec 1000 points) et le spectre se met à jour en direct.

Analyser un son

Le micro intégré du micro:bit ne fournit que le niveau sonore (pas le signal : limite de MicroPython). Pour un vrai spectre sonore, branche un module micro analogique MAX9814 (gain automatique, recommandé) ou MAX4466 : VCC → 3V, GND → GND, OUT → P0. Rafale à 5 kHz : spectre jusqu'à 2,5 kHz (voix, diapason 440 Hz, flûte, cordes, battements). Le signal est centré sur ≈ 1,6 V : la composante continue est retirée automatiquement.

7. Capteur sans fil (2ᵉ micro:bit)

Un 2ᵉ micro:bit, fixé sur l'objet en mouvement (chute libre, pendule, manège, ascenseur, chariot), envoie par radio 50 mesures par seconde à la carte branchée au PC : accéléromètre, température, niveau sonore, boutons, logo. Aucun fil ne gêne le mouvement.

Préparer l'émetteur (une seule fois)

1. Débranche la carte principale, branche le 2ᵉ micro:bit sur le PC.
2. Onglet 🔌 Branchements → 📡 Programmer le micro:bit branché comme ÉMETTEUR (≈ 1 min). Le bandeau indique « Émetteur radio branché (groupe 1) ».
3. Débranche-le, rebranche la carte principale. L'émetteur fonctionne ensuite sur pile (boîtier 2 × AAA) : il affiche son numéro de groupe.

Mesurer

1. Branchements → choisis le même groupe que celui affiché par l'émetteur → Recevoir. L'état indique le nombre de paquets reçus par seconde et les pertes.
2. Les voies « … (sans fil) » apparaissent dans le panneau de gauche, dont Accélération (norme, sans fil) : ≈ 9,8 m/s² au repos, ≈ 0 en chute libre.
3. Acquisition normale (Temporel, période 20 ms). La voie « Signal radio » (dBm) renseigne sur la qualité de la liaison.

8. Utiliser un ESP32 à la place du micro:bit

µLab reconnaît aussi les cartes ESP32 (testé sur ESP32-S3 ; tables de broches prévues pour C3, C6 et ESP32 classique). Elle se branche en USB sur le PC, comme le micro:bit : elle est détectée toute seule.

1. Première fois : le bandeau indique « La carte contient un autre programme » → clique Installer µLab sur la carte. µLab installe MicroPython puis son programme (≈ 40 s). Le programme qui était dans l'ESP32 est effacé.
2. Deux cartes branchées (micro:bit + ESP32) : un sélecteur micro:bit | ESP32 apparaît en haut à gauche. Un clic change de carte en moins d'une seconde ; le choix est mémorisé. Si la carte active est débranchée, µLab passe sur l'autre.
3. Les broches s'appellent G1, G2… (numéro GPIO imprimé sur la carte). Leurs préréglages sont mémorisés séparément de ceux du micro:bit.

Sondes de température DS18B20 et capteurs DHT11 / DHT22

• DS18B20 (sonde étanche) : fil de données (jaune) sur une broche G, noir sur GND, rouge sur 3V3. Elle fonctionne aussi en 2 fils (rouge relié au noir, sur GND) et sans résistance de tirage : µLab alimente la sonde par la ligne de données. Avec un câble long (> 2 m) ou plusieurs sondes sur la même broche, ajoute la résistance de 4,7 kΩ entre données et 3V3. Résolution 0,06 °C, une mesure par seconde.
• DHT11 / DHT22 (module 3 broches avec sa résistance) : sur une broche numérique (G11 et suivantes). Température et humidité, une mesure toutes les 2,5 s.

9. Exploitation avancée (résumé)

Mesures longues (refroidissement, cinétique lente)

Exemple : loi de refroidissement de Newton sur 40 minutes avec la sonde DS18B20 de l'ESP32.

1. Mode Temporel. Durée : 40 min (ou 2400 ; « 1 h 30 » fonctionne aussi). Points : le nombre de mesures voulu, par exemple 240 — la période s'adapte toute seule (ici 10 s). Le dernier réglage touché (Points ou Période) reste fixe si tu changes la durée.
2. ▶ Lancer. Dès qu'un essai dure au moins 1 minute (période ≥ 0,2 s), il est sécurisé : c'est le serveur qui enregistre, chaque point est la moyenne d'environ 8 mesures. Tu peux recharger ou fermer la page, changer d'ordinateur : l'essai continue et reprend à l'écran quand tu rouvres µLab. La pastille « ⏺ Essai sécurisé 37/240 · reste 34 min » suit l'avancement.
3. Pendant l'essai, le PC relié à la carte ne se met pas en veille tout seul. Ne ferme pas son capot et laisse-le sur secteur.
4. À la fin : onglet 📈 Modélisation → exponentielle y = A·exp(−t/τ) + B (B = température ambiante, τ = constante de temps, avec incertitudes).

Pour une mesure sans fin (serre, station météo) : menu 💾 → Enregistrement longue durée (période libre, arrêt manuel ou automatique), puis « Ouvrir comme essai ».

10. Méthode des incertitudes (onglet 📊)

11. Tableau récapitulatif

12. Dépannage