Scratch

• Scratch est dynamique, il permet de modifier le code du programme en cours d'exécution. Orienté multimédia pour l'enseignement à l'univers informatique des enfants, il traite avec une grande facilité des concepts de base de la programmation comme les boucles, les tests, les affectations de variables, et surtout la manipulation des objets, comme les sons et les vidéos.
• Scratch est visuel, tout le code est directement inscrit dans la langue maternelle de l'enfant (une vingtaine de langues européennes est disponible) sous forme de briques en couleurs (par exemple les contrôles en jaune, les variables en rouge, les mouvements en bleu).
• Scratch est libre et permet ainsi à l'enseignant de diffuser sa pédagogie par une interactivité quasi ludique des objets manipulés par ces briques logicielles. Le nom de Scratch fait référence à cet art de mélanger des sons grâce aux tables de mixage, comme à cette possibilité de réutiliser des objets.

Nous allons exploiter les différentes possibilités d'interaction avec différentes interfaces utilisées au collège…

Scratch en version 1.4

Scratch en version 2.0

Tutoriel de prise en main en français

Et quelques sites incontournables :

• http://www.cndp.fr/ecolenumerique/tous-les-numeros/boite-a-outices/apprendre-par-le-jeu/article/article/aide-memoire-recapitulatif-scratch.html ;
• https://scratch.mit.edu/help/.

La nouvelle version de Scratch inclut dans ses possibilités l'exploitation d'une caméra vidéo utilisée comme capteur. Nous allons réaliser un programme de détection de mouvements dans une zone précise. Les mouvements détectés vont déclencher une alarme. Ce programme peut être utilisé dans le cadre du thème confort et domotique, pour illustrer la fonction sécurité.

Quand Scratch 2.0 est lancé, passez le logiciel en français en cliquant sur l'icône représentant un globe terrestre.

Faites disparaître le chat :

Cliquez sur l'onglet « Scripts ». Choisissez le menu « Evènements ». Faites glisser la commande dans la zone réservée aux programmes :

Le programme démarrera en cliquant sur le drapeau de couleur verte.

Dans un deuxième temps, nous allons configurer la caméra. Cliquez sur l'option « capteurs ». Faites glisser et posez les deux blocs ci-dessous. Accrochez-les au bloc précédent :

Cliquez sur le bloc « activer la vidéo ». Cet essai est réalisé avec une caméra vidéo intégrée à l'ordinateur portable :

Nous allons créer une zone sensible sur l'écran :

Ce lutin, encore appelé « sprite », prendra la forme d'un rectangle de couleur rouge. Choisissez une couleur et dessinez un rectangle dans l'éditeur :

Cliquez sur le bouton « vectoriser :

Cliquez à présent sur l'onglet « Script ». C'est normal qu'il soit vide, car le script précédent est attaché à la scène.

Sélectionnez « Evènements » :

Faites glisser cette instruction :

C'est le début du programme. Sélectionnez « Contrôle » :

Créez maintenant une boucle à répétition infinie avec l'instruction suivante :

Créez maintenant un test avec l'instruction :

Nous allons voir : comment détecter le mouvement ? Sélectionnez « Opérateurs » :

Il faut créer un opérateur :

Préparez l'instruction de détection de mouvements :

Détection d'un point en mouvement dans la zone c'est-à-dire sur le lutin, si le mouvement détecté dans la zone est supérieur à 70% :

Dans ce cas, une alarme va être déclenchée sous forme d'un son joué :

Il ne reste plus qu'à lancer et tester le programme :

Problématique : comment assurer la surveillance d'une habitation ?

Une des réponses possibles évoque la vidéosurveillance.

Une autre réponse évoque la détection de mouvements autour des portes et des fenêtres.

Matériel nécessaire :

• une webcam ;
• des enceintes ;
• le logiciel Scratch 2.0 installé ;
• Un fichier son de sirène au format .wav.

Consignes

Modifier le programme précédent pour permettre la surveillance des deux fenêtres.

Compétences visées

Traitement du signal : algorithme, organigramme, programme.

Coup de pouce

Aide donnée aux élèves sous forme de différentes procédures ou différents programmes.

Le fichier son :

Pour définir une autre zone sensible :

La commande « envoyer à tous » permet d'envoyer un message d'un programme à un autre :

La commande « quand je reçois » permet de déclencher un évènement en fonction du message reçu :

La commande « sauvegarder » va vous permettre d'enregistrer tous vos essais :

Dans un premier temps, il faut créer une ou plusieurs autres zones sensibles. Ces différentes zones doivent être ajustées en fonction de la pièce à surveiller :

Des « sprites » ou lutins seront dessinés dans l'éditeur sous forme de rectangles. Pour chacun des « sprites », le programme ou script associé est toujours identique.

Le script suivant est à saisir pour tous les lutins. Le message « alarme » est envoyé aux autres scripts :

Ce script est associé à la scène 1. Si le message « alarme » est transmis, alors l'alarme va retentir :

Voici du matériel souvent présent dans un laboratoire et de nouveau :

Enchanting est la première extension de Scratch que nous allons tester. C'est une version de Scratch 1.4 modifiée.

Pour télécharger la dernière version d'Enchanting, rendez-vous sur le site officiel : http://enchanting.robotclub.ab.ca/tiki-index.php.

Sur ce site, une documentation sous forme de « cartes » au format .pdf en français permet une prise en main rapide. Pour en savoir plus : cliquez ici.

Avant de pouvoir réaliser et tester des programmes avec Enchanting, nous devons « flasher » le microprogramme résidant dans la « brique » NXT. Cette opération n'est pas irrémédiable, on peut toujours revenir en arrière en utilisant le logiciel NXT Mindstorm pour télécharger le microprogramme d'origine.

Reliez le micro contrôleur NXT à l'ordinateur à l'aide de son câble USB. Dans le menu « Fichier », choisissez la commande « Télécharger le micrologiciel… » :

Cliquez sur « Oui » pour reformater le NXT :

Une petite musique retentit en fin de téléchargement et l'opération est réussie  !

IV-D-1. Réalisation et programmation sur une maquette de distributeur de croquettes▲

IV-D-2. Réalisation du programme pas-à-pas▲

L'interface Picoboard permet d'acquérir des phénomènes physiques de toutes sortes :

• mouvements ;
• intensité sonore ;
• intensité lumineuse ;
• appuis ;
• contacts ;
• variation de résistivité.

Picoboard est disponible chez : https://www.sparkfun.com/products/10311.

Picoboard est aussi compatible avec Scratch 1.4 et Scratch 2.0 sous Windows.

Vous pouvez récupérer le driver à cette adresse : http://www.picocricket.com/picoboardsetupUSB.html.

Les capteurs « tilt » et « distance » concernent l'interface des LEGO Education WeDo :

Scratch permet de réaliser des animations. Commencez par dessiner une maquette de maison avec Google Sketchup 8 :

Exportez l'image puis mettez-la en forme (avec Paint par exemple) : le petit parallélépipède rectangle représente une source de lumière (éteinte pour l'instant).

Enregistrez le document au format .png sous le nom « maison1 » :

Recommencez la même opération en simulant l'éclairage. Enregistrez cette évolution au format .png sous le nom « maison2 » :

Dans Scratch 1.4, réalisons le programme suivant :

Cliquez sur le chat avec le bouton droit et faites-le disparaître !

Importez un nouvel objet (icône dossier) : maison1.

Cliquez sur l'onglet : « costumes ».

Cliquez sur le bouton : « importer » et récupérez : maison 2.

Cliquez alors sur l'onglet : « scripts » et saisissez le « corps » du programme.

Pour lancer le programme, cliquez sur le drapeau vert. En appuyant une fois sur le bouton de la Picoboard, la maison s'illumine. En appuyant une nouvelle fois, la maison s'éteint :

Une première variante du programme : éclairage automatique en fonction de l'ambiance lumineuse extérieure :

Le seuil de luminosité est fixé à 20 %. Ce réglage est à effectuer en fonction de la luminosité ambiante :

Une deuxième variante pour que l'éclairage obéisse aux sons :

Une toute petite carte que nous pouvons obtenir facilement. Cliquez ici pour en savoir plus.#

Un câble USB est nécessaire pour l'alimenter et lui transférer des programmes.

Une version du logiciel Scratch 1.4 permet de la programmer en temps réel.#

Vous pouvez la récupérer à cette adresse : http://s4a.cat/.

Vous aurez également besoin de l'éditeur de programme Arduino que l'on peut récupérer à cette adresse : #http://arduino.googlecode.com/files/arduino-1.0.5-windows.zip.

Pour terminer, il faut également récupérer le firmware à cette adresse et le transférer dans la carte avant de lancer Scratch (s4a) : http://s4a.cat/downloads/S4AFirmware15.ino.

Récupérez ce fichier et copiez-le sur le bureau par exemple.

Lancez alors le logiciel Arduino et ouvrez le fichier.

Au démarrage, répondez OUI pour que le fichier soit mis au bon emplacement :

Branchez alors votre carte Arduino® et cliquez sur le bouton « téléverser » dans le menu fichier :

Une fois le téléchargement vers la carte Arduino® effectué, le programme devient résident même si l'alimentation est coupée.

On peut alors lancer le logiciel Scratch pour Arduino®. En revanche, on ne peut pas transférer les programmes conçus sous Scratch pour qu'ils deviennent résidents. C'est un problème en cas de conception de robot autonome !

Si l'installation précédente a été réalisée correctement, au démarrage de S4A, le logiciel tente de se connecter à la carte :

Si vous connectez l'interface Arduino®, le message ci-contre indique que la connexion est établie :

Dans S4A, vous découvrez les commandes compatibles avec cette interface en cliquant sur l'onglet « mouvement » :

La carte Arduino « UNO » ne suffit pas en elle-même à piloter des actionneurs comme des lampes ou des moteurs électriques. Il faut lui adjoindre une carte de puissance comme celle disponible ici.

Les instructions : digital n [on ou off] permettent le pilotage des sorties de l'interface.

Le compte rendu des entrées logiques ou analogiques se programme à partir de « value of sensor |Analog ou Digital | …» :

Caractéristiques techniques :

• six sorties sur relais ;
• six entrées analogiques ;
• six entrées numériques ;
• charge de 1 A (max.) par sortie.

Cette carte se monte directement sur la carte Arduino.

Quelques ressources en ligne :

• http://ft-datenbank.de/web_document.php?id=46ab361a-2af2-4aea-aa81-a4c7f6c94dc0 [Notice de la boîte et différentes pièces] ;
• http://ft-datenbank.de/web_document.php?id=6825aef8-e096-4f18-addf-979415bbb469 [Page 38 pour construire la maquette] ;
• http://www.fischertechnik.de/en/PortalData/1/Resources/didactic/documents/activity-booklet/ProfiETech/E-Tech_F.pdf [Tutoriel d'utilisation du module E-Tech (que nous n'utiliserons pas dans ce cas)] ;
• http://ft-datenbank.de/web_document.php?id=b97581ed-4f74-4a83-8109-c98ef8cb520c [Documentation technique de l'interface ROBO] ;
• http://ft-datenbank.de/search.php?keyword= [Lien pour retrouver une documentation technique de la marque au format PDF].

Pour installer ScratchFisch, respectez bien la procédure ci-dessous :

• votre ordinateur doit tourner sur Windows XP ou XP-Pro impérativement ;
• si votre machine est munie d'un client pour permettre l'identification sur un réseau, désinstallez-le si possible ;
• il faut commencer par installer le support Java sur l'ordinateur. Vous pouvez le télécharger à cette adresse ;
• il faut également installer le driver de l'interface ROBO. Vous le trouvez dans le CDROM du logiciel ROBO Pro : pour cela, connectez l'interface ROBO à l'ordinateur, attendez la boîte de dialogue relative à l'installation d'un nouveau matériel. Choisissez l'installation manuelle en spécifiant l'emplacement :

Si vous ne disposez pas du cédérom, vous pouvez récupérer le driver à cette adresse ;

• maintenant, il faut vous rendre à l'adresse de ScratchFisch : http://www.scratchfisch.org/download.html :

• une fois que le téléchargement est fait, il faut ouvrir le fichier compressé :

• glissez le répertoire ScratchFisch sur le bureau pour le décompresser :

• dans le dossier ScratchFisch, retrouvez le sous-répertoire Binaries :

recopiez son contenu dans : C:\WINDOWS\SYSTEM32 ;

• dans le répertoire ScratchFisch sur le bureau, lancez l'application Start-ScratchFisch.exe :

Ce message doit s'afficher si la connexion avec l'interface ROBO est correcte.

Il faut maintenant récupérer Scratch 1.4 à l'adresse suivante : https://scratch.mit.edu/scratch_1.4/.

Il ne reste plus qu'à installer et à lancer Scratch 1.4.

Pour pouvoir piloter l'interface ROBO, il faut encore créer un fichier de démarrage vide, mais qui contient le protocole pour que le logiciel communique avec l'interface.

À partir de Scratch, ouvrez le fichier « Heartbeat » situé dans les exemples « Beispiele » du répertoire ScratchFisch :

Créez un nouveau lutin en allant chercher le chat dans la bibliothèque, dans le répertoire « Animals » :

Supprimez les objets « Trommel » et « Hertz ». Enregistrez ce fichier « vide » sur le bureau avec le nom « Scratch pour ROBO ». C'est à partir de ce fichier que Scratch 1.4 sera lancé dorénavant.

Les éléments :

Contacteur fin de course à relier sur I1 pour déclencher l'ouverture et la fermeture de la porte.

Contacteur fin de course à relier sur l'entrée I3 pour détecter la porte en position ouverte.

Contacteur fin de course à relier sur I2 pour détecter la porte en position fermée.

Le moteur est à relier sur la sortie M1.

L'avertisseur sonore est à relier sur la sortie M2.

Ce qui donne le câblage final des composants sur l'interface :

Comment rendre l'ouverture et la fermeture de la porte moins dangereuses ?

Réponses possibles :

• déclencher un avertisseur sonore pendant l'ouverture et la fermeture de la porte ;
• déclencher une lumière clignotante pendant l'ouverture et la fermeture de la porte ;
• détecter une difficulté de fermeture ou d'ouverture de la porte.

Les programmes suivants permettent de comprendre comment déclencher deux actions simultanément.

Le premier programme permet l'ouverture et la fermeture de la porte de garage à partir d'un appui sur le contacteur fin de course relié sur I1 « Eingang1 » :

La sortie Motor1.7 : 1 est le numéro de la sortie ici M1. -7 et +7 correspondent à la quantité de courant envoyé au moteur ainsi que son sens de rotation. La vitesse de rotation du moteur peut varier de 0 à 8.

Le second programme permet de faire retentir une alarme pendant l'ouverture et la fermeture de la porte :

Il est nécessaire de créer une variable :

La variable « son » quand elle prend la valeur 1, permet de déclencher l'avertisseur sonore par intermittence pendant l'ouverture ou la fermeture de la porte.