Micro:bit

Le micro:bit est une carte à microcontrôleur programmable conçue par la BBC, riche en capteurs intégrés (accéléromètre, magnétomètre, lumière, température) et dotée d’une matrice de 25 LED. Destiné à l’apprentissage de la programmation, il transmet ses mesures au smartphone par Bluetooth dans FizziQ.

Observer expérimentalement avec une carte micro:bit

FizziQ enregistre dans le cahier d’expériences les données transmises par un micro:bit. La carte apporte ses propres capteurs, ce qui permet de comparer directement deux instruments mesurant la même grandeur.

Étapes :

• Programmer le micro:bit depuis l’éditeur en ligne MakeCode, en blocs ou en Python, pour lire un de ses capteurs intégrés (accéléromètre, magnétomètre, lumière, température).
• Envoyer les valeurs vers le smartphone par la liaison Bluetooth de la carte, à un intervalle fixé dans le programme.
• Vérifier la réception des données dans FizziQ avant de lancer la mesure, en agitant la carte pour voir réagir la courbe.
• Enregistrer une série de mesures, puis la tracer et l’exporter depuis le cahier d’expériences.
• Placer le micro:bit et le smartphone côte à côte et comparer leurs deux accéléromètres sur la même expérience : l’écart observé ouvre la discussion sur l’étalonnage et la résolution.

Le tutoriel de connexion entre le micro:bit et FizziQ est disponible ici

En savoir plus

Une carte née d’un programme éducatif de la BBC

Le micro:bit est né d’un programme de la BBC destiné à relancer l’enseignement de l’informatique au Royaume-Uni, conçu avec une trentaine de partenaires industriels et éducatifs. Environ un million de cartes ont été offertes aux élèves britanniques de 11-12 ans lors du lancement, en 2015-2016. La carte est aujourd’hui développée par une organisation à but non lucratif, la Micro:bit Educational Foundation, qui en poursuit la diffusion dans de nombreux pays avec l’objectif de fournir un moyen abordable d’apprendre la programmation et l’électronique.

Une carte qui embarque déjà ses capteurs

C’est ce qui distingue le micro:bit d’un Arduino Uno ou d’un ESP32 : il mesure sans qu’on lui branche quoi que ce soit. Il embarque un accéléromètre trois axes, un magnétomètre trois axes, un capteur de lumière, un capteur de température, deux boutons et une matrice de 25 LED qui sert d’affichage. On peut donc faire une manipulation complète avec la seule carte, alors qu’un Arduino nu ne mesure rien du tout.

La matrice de LED, à la fois affichage et capteur

Les 25 LED de la face avant servent normalement à afficher un chiffre ou un motif. Elles servent aussi de capteur de lumière : une LED polarisée en inverse produit un courant proportionnel à l’éclairement qu’elle reçoit. Le micro:bit alterne très vite entre les deux fonctions. La conséquence pratique est que ce capteur n’est pas étalonné en lux : il rend une valeur relative de 0 à 255, utile pour comparer deux situations, pas pour donner un éclairement absolu.

Le capteur de température mesure la puce, pas l’air

Erreur fréquente : la température lue par le micro:bit est celle du processeur, pas celle de l’air ambiant. Au repos, l’écart est faible, de l’ordre de un à quelques degrés. Mais dès que la carte calcule, émet en Bluetooth ou allume ses LED, la puce chauffe et la lecture dérive vers le haut. Pour une mesure sérieuse de température de l’air, il faut brancher un capteur externe.

Résolution du convertisseur analogique-numérique

Les entrées analogiques du micro:bit sont numérisées sur 10 bits, soit 1024 niveaux, sur la plage 0 à 3,3 V. Le pas de quantification vaut donc environ 3,2 mV : c’est la plus petite variation de tension que la carte peut distinguer, quelle que soit la finesse du capteur branché.

Ordres de grandeur

Dimensions : environ 4 cm × 5 cm, masse inférieure à 10 g. Étendue de mesure de l’accéléromètre : réglable de ±1 g à ±8 g, soit jusqu’à environ 80 m/s². Pas de quantification de l’entrée analogique : 3,2 mV sur 0-3,3 V. Capteur de lumière : valeur relative de 0 à 255, non étalonnée. Alimentation : 3 V par deux piles AAA, ou 5 V par USB.

Formule

Le micro:bit n’est associé à aucune loi physique propre. Les relations utiles sont celles de la numérisation.

Pas de quantification de l’entrée analogique :

q = U_ref / 2^n

où :

• q : plus petite variation de tension distinguable (V)
• U_ref : tension de pleine échelle, 3,3 V sur un micro:bit (V)
• n : résolution du convertisseur, 10 bits

Application numérique : q = 3,3 / 1024 ≈ 3,2 × 10⁻³ V, soit environ 3,2 mV.

Conversion de la valeur brute en tension :

U = N × U_ref / (2^n − 1)

où :

• U : tension présente sur l’entrée analogique (V)
• N : valeur entière lue, comprise entre 0 et 1023

Norme de l’accélération mesurée par l’accéléromètre trois axes :

a = √(a_x² + a_y² + a_z²)

où :

• a : norme de l’accélération absolue mesurée (m/s²)
• a_x, a_y, a_z : composantes selon les trois axes de la carte (m/s²)

Au repos sur une table, cette norme vaut g, soit environ 9,81 m/s².

Exemples d’application

• Poser le micro:bit à plat et lire son accéléromètre : la norme des trois composantes vaut environ 9,81 m/s², comme pour un smartphone, ce qui illustre que le capteur mesure l’accélération absolue.

• Fixer la carte sur un pendule et enregistrer l’accélération pour retrouver la période des oscillations, la carte étant bien plus légère qu’un téléphone et perturbant donc moins le mouvement.

• Utiliser le magnétomètre pour repérer le nord ou pour détecter l’approche d’un aimant, et tracer la décroissance du champ avec la distance.

• Mesurer l’éclairement relatif avec la matrice de LED en approchant puis en éloignant une lampe, pour vérifier qualitativement la décroissance en 1/d².

• Attacher le micro:bit à un mobile lancé sans crainte de le casser, ce qu’on n’ose pas faire avec un smartphone.

• Comparer sur la même chute les données de l’accéléromètre du micro:bit et de celui du smartphone, et discuter l’origine des écarts.

FAQ

Q : Le micro:bit est-il plus précis qu’un smartphone ? R : Non, plutôt moins. Ses capteurs sont du même type MEMS que ceux d’un téléphone mais souvent moins bien étalonnés. Son intérêt est ailleurs : il est petit, léger, robuste et bon marché, donc on peut le lancer, l’attacher ou l’oublier dehors.

Q : Pourquoi la température affichée est-elle plus élevée que celle de la pièce ? R : Parce que le capteur est intégré au processeur et mesure la température de la puce. L’activité de calcul, l’affichage sur les LED et l’émission Bluetooth échauffent la carte et font monter la lecture de quelques degrés.

Q : Le capteur de lumière donne-t-il un éclairement en lux ? R : Non. Il renvoie un nombre sans unité entre 0 et 255, non étalonné. Il permet de comparer deux situations d’éclairement, pas de donner une valeur absolue.

Q : Faut-il savoir programmer pour l’utiliser ? R : L’éditeur MakeCode fonctionne en blocs, comme Scratch : lire un capteur et envoyer sa valeur tient en trois ou quatre blocs. Python est disponible pour aller plus loin, mais n’est pas nécessaire pour une première manipulation.

Q : Quelle différence avec un Arduino ou un ESP32 ? R : Le micro:bit est le seul des trois à embarquer directement des capteurs et un affichage. L’Arduino Uno est le plus simple et le mieux documenté mais n’a aucun capteur ; l’ESP32 apporte le Wi-Fi et un convertisseur 12 bits, mais lui non plus n’a pas de capteur exploitable.

Concepts liés

Microcontrôleur - Arduino - ESP32 - Accéléromètre - Magnétomètre - Capteur - Convertisseur analogique-numérique - Résolution - Étalonnage