Cette semaine, dans notre série "Yoctopuce pour les débutants", on va aborder la connectique. Les produits Yoctopuce sont bien sûr tous basés sur USB, mais il y a en fait une multitude de façons de les interconnecter, et c'est loin d'être un problème anodin.
USB
A la base, les produits Yoctopuce sont conçus pour être connectés directement à un ordinateur par USB. Pour cela, ils disposent tous d'une prise USB au format Micro-B. Pour connecter un module Yoctopuce, vous aurez donc besoin d'un simple câble USB, généralement de Type A vers micro-B, et d'un port USB sur votre ordinateur.
Cas le plus simple: un câble USB A vers Micro-B
Host, Slave, On The Go
Attention, tous les ports USB ne sont pas équivalents devant le Créateur, il en existe trois sortes:
- Host: Le port USB host est du côté de la machine qui contrôle le périphérique, par exemple un ordinateur qui contrôle une imprimante. Il est le plus souvent au format A.
- Slave: Le port USB Slave est du côté l'objet contrôlé, par exemple une imprimante contrôlée par un ordinateur. Il est le plus souvent au format B, miniB, ou microB.
- On The Go: Un port OTG peut fonctionner dans les deux modes: host ou slave selon la nature du câble utilisé. Par exemple, les smartphones ont souvent un port OTG qui leur permet d'être contrôlés depuis un ordinateur, mais aussi de contrôler un périphérique. Un port OTG est le plus souvent au format Micro-B.
Les modules Yoctopuce se comportent comme des "slaves": vous avez donc besoin d'une machine avec un port USB Host ou OTG.
Longueur de câble
La longueur d'un câble électrique a une grosse incidence sur ses performances. Pour faire simple, si vous appliquez une tension de 5V à l'extrémité d'un câble, vous trouverez un peu moins de 5V à l'autre bout. Cette perte en ligne est non seulement proportionnelle à la longueur du câble mais aussi au courant qui le traverse. Il faut donc éviter les câble USB trop longs, surtout si c'est pour connecter un module qui consomme beaucoup. Dans la pratique, évitez les câbles USB de plus de deux mètres.
Alternatives aux câbles USB
Les câbles USB sont indéniablement très pratiques. En revanche leur air innocent cache un gros vice, ils prennent une place folle. C'est particulièrement flagrant quand on travaille avec des modules Yoctopuce dont la taille moyenne est de 50x20mm, soit plus ou moins la taille d'une fiche USB A. C'est pourquoi tous les modules Yoctopuce ont, derrière leur prise USB, une empreinte permettant de les interconnecter de manière un peu plus compacte. Cette empreinte est faite de quatre trous distant de 1.27mm, correspondant à, dans l'ordre: +5V, Data-, Data+, GND soit respectivement les fils Rouge, Blanc, Vert et Noir d'un câble USB. Le pad de forme carrée correspond à GND.
Tous les modules Yoctopuce ont une empreinte permettant une connexion alternative
Connecteur au pas 1.27mm
Vous pouvez bien entendu couper un câble USB et le souder directement sur l'empreinte, mais c'est une opération délicate. On vous conseille plutôt de souder sur le PCB un connecteur au format 1.27mm ou 1.25mm, et de partir de là avec un câble muni de la fiche correspondant au connecteur. Notez que vous pouvez aussi bien utiliser des connecteurs au pas 1.27mm que 1.25 mm, car pour seulement 4 pôles, la différence de taille est négligeable.
Utilisation de connecteur au pas 1.27mm
Yoctopuce commercialise des câbles muni de connecteurs 1.27mm très standards, mais vous pourrez probablement trouver des systèmes de connecteurs au pas 1.27mm plus ou moins équivalents ailleurs.
Câbles correspondant au connecteur 1.27mm
Connecteurs "Board to Board" et entretoises
Il existe une alternative encore plus compacte aux câbles 1.27mm: les connecteurs board to board qui permettent d'interconnecter deux cartes ensemble sans passer par un câble. En particulier lorsqu'il s'agit de connecter un module Yoctopuce à un hub Yoctopuce. Les trous sont toujours placés de manière à ce qu'ils s'alignent d'une carte à l'autre. Ainsi il suffit de deux connecteurs carte à carte au format 1.27, quelques entretoises pour la stabilité et le tour est joué. Yoctopuce commercialise les connecteurs et des entretoise adéquates, mais vous pourrez certainement en trouver ailleurs.
Connecteurs board-to-board
Les modules sécables
Certains modules Yoctopuce sont conçus pour pouvoir être coupés en deux. C'est le cas par exemple du Yocto-3D. L'idée est de pouvoir séparer la partie USB de la partie capteur.
Certain modules sont conçus pour être coupés en deux
A cause du câble USB, il est déconseillé de placer la partie USB à plus de deux mètres de l'ordinateur de contrôle, en revanche on peut facilement utiliser un câble d'une bonne dizaine de mètres entre la partie USB et la partie capteur. Pour ça, il suffit de couper le module en deux et de câbler les deux parties. Il y a plusieurs solutions pour cela.
Fil multi brins
Sur chacune des deux parties d'un module sécable, il y a une empreinte au pas 1.27mm. On peut bien sûr y souder des fils électriques multi-brins, c'est-à-dire constitué d'une multitude de petit brins de cuivre. C'est tout-à-fait faisable, mais assez délicat: il faut arriver à passer tous les brins dans chaque trou sans causer de court circuit, plus facile à dire qu'à faire.
Du fil électrique multi-brins
Fil mono brin
Plutôt que du fil multi-brins, on peut utiliser de fil mono brin, ou chaque fil est constitué d'un seul brin de cuivre. C'est infiniment plus facile à souder, en revanche le câble est beaucoup plus rigide que son équivalent multi-brin. De plus, depuis que 3M a abandonné la fabrication de son fil mono-brin au pas 1.27m, il est devenu très difficile d'en trouver dans le commerce.
Utilisation de fil mono-brin
Connecteur Picoflex
Certains modules sécables permettent d'utiliser une connectique Picoflex. C'est un système de connecteurs propre à Molex qui l'avantage d'être compact, tout en permettant de transporter un courant significatif: 1.2A par pole. Ces connecteurs, constitués d'une embrase noire et d'une fiche blanche permettent de fabriquer des systèmes facilement démontables.
Le système Picoflex
On peut très facilement fabriquer un câble d'une longueur arbitraire pour peu qu'on dispose de la pince adéquate. Attention, bien que l'embrase se clipse très facilement sur le PCB, ses contacts doivent impérativement être soudés.
Utilisation des câbles picoflex
Les YoctoHubs
Les YoctoHubs sont une gamme de modules qui permet de se passer d'un ordinateur hôte et de connecter un ou plusieurs modules Yoctopuce directement à internet par Ethernet, Wifi ou encore GSM. L'idée est de connecter jusqu'à trois modules Yoctopuce à un de ces YoctoHubs. La connexion entre les YoctoHubs et les modules est basée sur de la connectique USB, cependant le protocole entre le hub et les modules n'est pas de l'USB, mais quelque chose plus simple. Ce qui explique qu'un YoctoHub ne peut contrôler que des modules Yoctopuce. Les sous-modules peuvent être connectés à l'aide de câbles USB microB-microB, ou encore avec de la connectique au pas 1.27mm. Il faut cependant éviter de placer le sous-module à plus d'un mètre du Hub.
Les Yoctohub utilisent des câble MicroB-MicroB
Le YoctoHub-Shield
Le YoctoHub-Shield permet d'étendre le nombre de ports d'un YoctoHub. Il est connecté au YoctoHub à l'aide d'un câble PicoFlex. On peut ainsi en chaîner jusqu'à 10 et ainsi augmenter significativement le nombre de ports d'un Hub. Mais on aura l'occasion d'un reparler dans un article dédié aux hubs Yoctopuce.
Les shields utilisent une connectique Picoflex
Alimentation
Une fois tous vos modules interconnectés, il va falloir songer à les alimenter. Mais pour que tout fonctionne sans surprise, il y a quelques règles élémentaires à respecter .
Tension
La tension nominale de fonctionnement d'un module Yoctopuce est celle d'USB, à savoir 5V. En pratique n'importe quel module Yoctopuce fonctionnera parfaitement avec une alimentation entre 4.5 et 5.5V. Ne dépassez pas les 6V, cela entraînerait la destruction du module. Certains modules Yoctopuce sont en revanche capables de fonctionner avec une tension aussi basse que 3V.
Consommation
La consommation des modules Yoctopuce classiques varie entre 25 et 500mA suivant le modèle. Les YoctoHubs peuvent consommer jusqu'à 2A en fonction des sous modules connectés. Attention, en principe, un appareil USB n'est pas sensé tirer plus de 100mA d'un port de hub USB non alimenté et 500mA d'un port de hub alimenté. Pour vous aider à dimensionner vos alimentations, chaque module est capable de donner sa propre consommation en temps réel.
Piles et Accus
Les modules Yoctopuce n'ont pas forcement besoin d'une vraie connexion USB pour fonctionner. Par exemple, les senseurs Yoctopuce sont capables d'enregistrer en interne les données qu'ils mesurent pour peu qu'ils soient alimentés. Le plus simple est d'utiliser un simple chargeur USB ou encore une batterie USB. Mais vous pouvez aussi utiliser 3 piles Alcalines ou encore quatre piles rechargeables, ce qui vous donnera respectivement des tension nominales de 4.5 et 4.8 Volt.
Les modules Yoctopuces peuvent fonctionner sans vraie connexion USB
Alimentation et lien USB
Les modules Yoctopuce sont alimentés par l'intermédiaire de leur port USB. Ce qui pose un petit problème lorsqu'on veut alimenter un module à l'aide d'une batterie, mais aussi pouvoir le brancher de temps à autre à ordinateur sans avoir à couper l'alimentation. Il y a plusieurs manières de résoudre le problème.
Bête et méchant
Vous pouvez laisser l'alimentation USB et l'alimentation sur batterie en parallèle. Cela marchera dans la plupart des cas, mais ce n'est pas recommandé parce que cela n'a pas été prévu pour: s'il y a une trop grande différence de tension entre l'alimentation USB et la batterie, il risque de se passer des choses un peu étranges.
Les deux alims en parallèle, marche dans la plupart des cas, mais pas recommandé
Supprimer le fil rouge
Vous pouvez couper le fil rouge du lien USB, ainsi l'alimentation ne proviendra que de la batterie, pas de risque. En revanche vous ne pourrez communiquer avec le module que si la batterie est suffisamment chargée pour le faire fonctionner.
Couper le fil rouge du côté de l'USB, facile et sans risque
Utiliser deux diodes
Vous pouvez protéger à la fois l'alim USB et la batterie à l'aide de deux diodes. Ainsi si votre module sera capable de fonctionner même si la batterie est vide. Attention cependant, la diode va induire une chute de tension plus ou moins proportionnelle à la consommation du module, ce qui fait que cette solution ne convient pas aux gros consommateurs.
Solution de luxe: deux diodes
Edit janvier 2018: Nous commercialisons maintenant le Mini-Battery-Supervisor qui règle élégament le problème.
Conclusion
Interconnecter des modules Yoctopuce consiste en fait à faire un compromis entre compacité et praticabilité. Les câbles USB classiques sont très pratiques, facile à connecter/déconnecter mais ont tendance à générer des systèmes où les câbles prennent plus de place que l'électronique elle-même. A l'autre bout du spectre, les connectiques au pas 1.27 ont un encombrement minimal, mais nécessitent un fer à souder pour mettre en place les connecteurs.
