7 capteurs Raspberry Pi utilisables par des débutants

Utiliser un Raspberry Pi pour vos projets devient plus amusant lorsque vous ajoutez des capteurs qui connectent votre appareil à son environnement. Mais quels capteurs conviennent aux débutants ? Ces capteurs faciles à utiliser sont un point de départ idéal si vous avez besoin de quelques suggestions.

Les capteurs pour Raspberry Pi incluent température, humidité, mouvement, lumière, distance, gaz, pression et son. Ils sont faciles à installer et bien pris en charge, c’est parfait pour créer des projets interactifs comme des systèmes domotiques, des stations météo et des alarmes.

À force d’utiliser des Raspberry Pi, j’ai testé de nombreux capteurs différents. Dans cet article, j’ai sélectionné sept excellents capteurs pour les débutants. Je vais expliquer comment ils fonctionnent et partager des façons amusantes de les utiliser.

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Capteur de température et d’humidité (DHT11)

Le DHT11 est un capteur de température et d’humidité très abordable. Il utilise une interface numérique pour fournir les valeurs de température et d’humidité à votre Raspberry Pi. L’interfaçage et la programmation du capteur DHT11 avec votre Raspberry Pi sont assez simples.

Vous pouvez facilement acheter le capteur DHT11 via ce lien Amazon ou obtenir ce kit complet de SunFounder qui contient également le capteur DHT11.

Utilisation

Le capteur DHT11 utilise une seule broche numérique pour s’interfacer (protocole Série) avec le Raspberry Pi. Connecter le DHT11 à votre Raspberry Pi est simple. Suivez simplement le schéma de connexion montré ci-dessous :

• Broche 1 – VCC – 3,3 V
• Broche 2 – D Out – GPIO4
• Broche 3 – Gnd

Avec la connexion physique en place, nous pouvons commencer à écrire le programme pour ce composant en Python. Cependant, avant cela, nous devons installer la bibliothèque correspondante. Pour ce faire, exécutez cette commande dans votre terminal Linux (Assurez-vous que votre système est à jour et que vous êtes dans un environnement virtuel approprié) :
python3 -m pip install adafruit-circuitpython-dht

Une fois que la bibliothèque prérequise est installée, nous pouvons exécuter ce programme simple pour tester notre capteur :

import time  # Import time library for delays
import board  # Import board library to use GPIO pins
import adafruit_dht  # Import DHT sensor library

# Set up the DHT11 sensor on GPIO4 (change if using a different pin)
dht_sensor = adafruit_dht.DHT11(board.D4)

# Loop to continuously read data from the sensor
while True:
    try:
        # Read temperature and humidity from the sensor
        temperature = dht_sensor.temperature  # Temperature in Celsius
        humidity = dht_sensor.humidity  # Humidity in %

        # Print the results
        print(f"Temperature: {temperature}°C | Humidity: {humidity}%")

    except RuntimeError as error:
        # Sometimes the sensor fails to read; this handles the error
        print(f"Error: {error}. Retrying...")

    time.sleep(2)  # Wait 2 seconds before reading again

Comme vous pouvez le voir, l’utilisation basique du DHT11 est assez simple. La seule limitation de ce capteur est l’intervalle de rafraîchissement/temps d’échantillonnage, c’est-à-dire que de nouvelles données sont disponibles seulement toutes les 1 à 2 secondes.

Idées de projet

• Station météo basique : Cette station affiche en temps réel la température et l’humidité sur un écran LCD ou une interface web et enregistre les données au fil du temps pour analyser les tendances météorologiques.
• Système de refroidissement domestique intelligent : Un module relais allume un ventilateur lorsque la température devient trop élevée pour automatiser le contrôle climatique dans un petit espace. Un petit écran OLED affiche la température actuelle.
• Système de surveillance de serre : Ce système suit la température et l’humidité d’une serre ou des plantes d’intérieur. En fonction des relevés des capteurs, il peut automatiser l’arrosage ou la ventilation.

Capteur de mouvement PIR (HC-SR501)

Le capteur de mouvement PIR (HC-SR501) est un capteur optique infrarouge couramment utilisé pour détecter les mouvements humains ou animaux. Il est utilisé dans plusieurs projets électroniques nécessitant la détection de mouvement, tels que les systèmes de sécurité, les interrupteurs automatiques de lumière et les système d’ouverture de portes de garage.

Le HC-SR501 est relativement bon marché et disponible sur ce lien Amazon.

Usage

L’interface et l’utilisation du HC-SR501 sont simples. Connectez le capteur à l’alimentation (5V—12V DC) et à la masse, et il sera activé chaque fois qu’un mouvement est détecté et désactivé lorsqu’aucun mouvement n’est détecté.

Connectez votre Raspberry Pi au capteur PIR comme indiqué ci-dessous :

La partie programmation du HC-SR501 est également simple. Nous devons détecter si la broche de données connectée est activée ou désactivée. Nous pouvons utiliser n’importe quelle bibliothèque GPIO. Cependant, je recommande d’utiliser la bibliothèque GPIO Zero.

Une fois GPIO Zero installé et configuré, vous pouvez écrire du code pour tester le capteur :

from gpiozero import MotionSensor

# Configurez le capteur de mouvement PIR sur GPIO4
pir = MotionSensor(4)

print("PIR Sensor Ready... Waiting for motion...")

while True:
    pir.wait_for_motion()  # Attendre jusqu'à ce qu'un mouvement soit détecté
    print("Motion detected!")

Ce programme détecte le mouvement et affiche « Motion detected! » sur la console. Vous pouvez le modifier pour exécuter toute autre commande au lieu d’afficher « Motion detected! ».

Idées de projet

• Veilleuse connectée : Utilisez le HC-SR501 et une bande LED pour créer une veilleuse activée par les mouvements. Elle s’allume lorsqu’un mouvement est détecté, puis s’éteint après un certain temps.
• Déclencheur de caméra de surveillance : Connectez-vous au Module de caméra Raspberry Pi pour capturer des images ou enregistrer des vidéos lorsqu’un mouvement est détecté.
• Diffuseur sonore activé par mouvement : Ce lecteur diffuse un son ou un message vocal personnalisé lorsqu’un mouvement est détecté. C’est parfait pour un canular d’Halloween ou un système d’accueil automatisé.

Photorésistance (LDR – capteur de lumière)

Un autre capteur intéressant et facile à utiliser pour les débutants est une photorésistance (LDR). Un module capteur LDR a une résistance qui varie en fonction de la quantité de lumière dans son environnement.

Les LDR sont disponibles à la fois sous forme de composants autonomes et de modules qui peuvent être facilement intégrés avec un Raspberry Pi.

Les LDR sont disponibles en tant que produits autonomes sur ce lien Amazon, et le module complet assemblé est également disponible sur ce lien Amazon.

Utilisation

Les modules LDR fournissent une sortie analogique avec une plage de tension entre Vcc et Gnd, selon l’intensité lumineuse, et une sortie numérique qui passe au niveau haut dès que l’intensité dépasse un seuil spécifique configurable.

La sortie analogique ne peut pas être utilisée avec le Raspberry Pi, car il ne dispose pas de ports d’entrée analogiques. Vous pouvez associer le Raspberry Pi avec un Arduino ou utiliser un convertisseur analogique-numérique dédié pour accéder aux données analogiques. Cependant, la sortie numérique avec un seuil configurable est généralement suffisante pour la plupart des cas d’utilisation.

Connectez votre Raspberry Pi à votre module LDR comme indiqué ci-dessous :

Une fois connecté, vous pouvez l’utiliser de manière similaire au capteur de mouvement PIR car la sortie sera activée dès que l’intensité lumineuse dépassera le seuil configurable. Vous pouvez configurer le seuil en ajustant le potentiomètre sur le module.

Vous pouvez utiliser ce code pour tester le capteur (assurez-vous que GPIO Zero est installé) :

from gpiozero import LightSensor  # Import LightSensor from gpiozero
from time import sleep  # Import sleep to add delays

# Set up the LDR module on GPIO 4 (change if using a different pin)
ldr = LightSensor(4)

while True:
    # Check if light is detected
    if ldr.value:  # Digital LDR gives 1 for light, 0 for dark
        print("Light detected!")  
    else:
        print("Darkness detected!")
    
    sleep(1)  # Wait 1 second before checking again

Ce programme détectera la présence de lumière et d’obscurité selon les réglages de seuil que vous avez faits avec le potentiomètre. La LED sur le module LDR s’allumera également chaque fois qu’elle détectera de la lumière (cela peut être utilisé pour vérifier).

Idées de projet

• Veilleuse automatique : Contrôler un relais pour allumer une lampe lorsque la pièce s’assombrit.
• Système de positionnement de panneaux solaires : Ce système utilise un servomoteur pour faire pivoter un petit panneau solaire, l’orientant constamment vers la source de lumière la plus brillante. Cet ajustement améliore l’efficacité énergétique solaire en maximisant l’exposition à la lumière tout au long de la journée.
• Système de volets connectés : Un servomoteur ajuste automatiquement les volets en fonction des niveaux de lumière ambiante. Le système peut être configuré pour garder les volets ouverts lorsqu’il fait clair et les fermer lorsqu’il fait sombre.

Capteur de distance ultrasonique (HC-SR04)

Le HC-SR04 est un capteur de distance ultrasonique. Il transmet des signaux audio ultrasoniques et calcule la distance en fonction du temps que met la transmission pour rebondir et revenir. HC-SR04 peut mesurer des distances de 2 cm à 400 cm.

Le HC-SR04 est relativement bon marché et facilement disponible sur Amazon.

Utilisation

Le module HC-SR04 possède les broches habituelles Vcc et Gnd, ainsi que les broches Trig et Echo. Pour mesurer la distance devant le capteur, nous envoyons un signal haut (10 us) à la broche trigger. Cela a pour effet de faire transmettre au capteur 8 cycles d’ultrasons à 40 kHz. Lorsque ce son est reçu après avoir rebondi, le module active la broche echo.

Par conséquent, pour mesurer la distance d’un objet, nous mesurons d’abord le temps entre l’activation que nous effectuons de la broche trigger et l’activation suivante de la broche echo par le module. La distance peut ensuite être calculée en divisant cette durée par la vitesse du son.

Vous pouvez interfacer le HC-SR04 avec votre Raspberry Pi en utilisant ce schéma de circuit :

Remarquez que nous avons besoin d’ajouter un diviseur de tension entre la broche echo du HC-SR04 et la broche GPIO du Raspberry Pi. Cela sert à convertir les signaux 5 V du HC-SR04 en 3,3 V pour le Raspberry Pi.

Si l’explication précédente concernant l’utilisation du HC-SR04 était confuse, ne vous inquiétez pas ! La bibliothèque GPIO Zero gère tout le traitement requis, et vous n’avez pas besoin de gérer tous les timings individuels.

Vous pouvez utiliser ce programme pour tester votre capteur avec Raspberry Pi :

from gpiozero import DistanceSensor  # Import DistanceSensor class from gpiozero
from time import sleep  # Import sleep function for delay

# Define the ultrasonic sensor with TRIG and ECHO connected to GPIO 23 and 24
sensor = DistanceSensor(echo=17, trigger=4)

try:
    while True:
        distance = sensor.distance * 100  # Convert distance from meters to centimeters
        print(f"Distance: {distance:.2f} cm")  # Print the measured distance
        sleep(1)  # Wait for 1 second before the next reading

except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by user")  # Message when the user stops the script

Comme vous pouvez le voir, la bibliothèque GPIO Zero masque tout le traitement de synchronisation sous-jacent et offre une option orientée objet pour accéder à la distance mesurée par le capteur.

Idées de projets

• Assistant de stationnement connnecté : Montez le capteur HC-SR04 sur un mur de garage pour détecter à quelle distance une voiture se situe de l’obstacle. Utilisez des LED ou un buzzer pour indiquer quand le conducteur doit s’arrêter.
• Robot à évitement d’obstacles : Montez le HC-SR04 sur un petit robot (en utilisant un Raspberry Pi + un pilote de moteur) pour détecter des obstacles et changer de direction automatiquement.
• Système de surveillance du niveau d’eau: Placez le capteur au-dessus d’un réservoir d’eau pour mesurer le niveau d’eau et afficher des avertissements lorsqu’il est bas ou haut.

Si les commandes Linux ce n’est pas trop votre truc, n’hésitez pas à jeter un œil à cet article qui vous explique les commandes qu’il faut absolument connaître. Je vous donne aussi une antisèche à télécharger pour les avoir toujours sous la main !

Détecteur de fumée et de gaz (MQ-2)

Un autre capteur intéressant est le détecteur de fumée et de gaz MQ-2, qui change sa résistance en fonction des produits chimiques environnants. Le capteur MQ-2 peut détecter divers gaz, notamment le GPL, le propane, le méthane, l’hydrogène, l’alcool, la fumée et le monoxyde de carbone.

Le module de capteur MQ-2 peut être acheté via ce lien Amazon. Il peut également être acheté en tant que kit complet de modules de capteurs pour maison intelligente via ce lien Amazon.

Utilisation

Le détecteur de fumée et de gaz MQ2 fonctionne de manière similaire à la photorésistance LDR dans la mesure où les deux modules fournissent une sortie analogique et numérique. Cependant, puisque nous utilisons le module avec un Raspberry Pi, seule la sortie numérique peut être utilisée directement.

La sortie numérique, associée à un potentiomètre pour ajuster le seuil, est suffisante pour la plupart des scénarios d’utilisation.

Vous pouvez connecter le module MQ2 à votre Raspberry Pi en utilisant le schéma suivant :

Avec ce schéma de circuit, le capteur fait passer en bas le GPIO4 du Raspberry Pi chaque fois que la quantité de gaz détectée dépasse le seuil défini par le potentiomètre.

Vous pouvez utiliser ce programme pour tester votre capteur avec votre Raspberry Pi :

from gpiozero import DigitalInputDevice  # Used to read digital input from the sensor
from time import sleep  # Used to add delays in the loop

# Initialize the MQ-2 gas sensor
# D0 (Digital Output) is connected to GPIO 4 on the Raspberry Pi
gas_sensor = DigitalInputDevice(4)

# Infinite loop to continuously check for gas presence
try:
    while True:
        # The MQ-2 sensor gives a LOW signal (0) when gas is detected
        if gas_sensor.value == 0:
            print("Gas detected! Take action!")  # Alert the user
        else:
            print("Air is clean.")  # No gas detected

        sleep(1)  # Wait for 1 second before checking again

Comme vous pouvez le voir, le détecteur de gaz MQ2 est extrêmement simple et facile à utiliser. Il peut détecter des gaz nocifs mais ne peut pas les distinguer.

Idées de projets

• Système d’alerte incendie dans la cuisine : Ce système surveille les niveaux de gaz près d’une cuisinière et coupe automatiquement la valve du gaz si une fuite est détectée. Un servomoteur ferme la valve de gaz si des niveaux élevés de gaz sont identifiés. De plus, il affiche les niveaux de gaz en temps réel sur un écran OLED.
• Moniteur de aualité de l’air pour maison connectée : Cet appareil mesure la qualité de l’air intérieur et affiche les résultats sur un tableau de bord web. Si une mauvaise qualité de l’air est détectée, il envoie une notification push à un smartphone.
• Système de graphique de niveau de gaz en temps réel : Créez un outil de visualisation de données en temps réel pour suivre la qualité de l’air. Vous pouvez utiliser Matplotlib ou Grafana pour créer des graphiques en temps réel.

Capteur de son (KY-038)

Un autre capteur similaire à la photorésistance LDR et au détecteur de gaz MQ-2 est le capteur de son KY-038. Tandis que les capteurs LDR et MQ-2 mesurent les pourcentages de lumière et de gaz, le KY-038 détecte l’amplitude du son et du bruit dans l’environnement.

Le KY-038 peut être acheté en ligne via ce lien Amazon.

Utilisation

Comme la photoresistance LDR et le détecteur de gaz MQ-2, le KY-038 a une interface analogique et numérique avec un potentiomètre pour calibrer le seuil. Cependant, seul le port numérique peut être utilisé avec le Raspberry Pi.

Vous pouvez connecter le capteur KY-038 à votre Raspberry Pi, comme indiqué ci-dessous :

Vous pouvez utiliser ce programme, qui est similaire au programme que nous avons utilisé précédemment pour le détecteur de gaz MQ-2 :

from gpiozero import DigitalInputDevice  # Used to read digital input from the sensor
from time import sleep  # Used to add delays in the loop

# Initialize the KY-038 sound sensor
# D0 (Digital Output) is connected to GPIO 17 on the Raspberry Pi
sound_sensor = DigitalInputDevice(17)

print("KY-038 Sound Sensor Test - Listening for sound...")

# Infinite loop to continuously check for sound
try:
    while True:
        # The KY-038 sensor gives a LOW signal (0) when sound is detected
        if sound_sensor.value == 0:
            print("Sound detected!")  # Alert the user
        else:
            print("No significant sound detected.")  # No sound detected


sleep(1)  # Attendre 1 seconde avant de vérifier à nouveau

Comme vous pouvez le voir, c’est le même programme ; seuls les noms des objets et des textes ont changé. Le potentiomètre du capteur peut être utilisé pour calibrer le seuil de détection de bruit.

Idées de projet

• Lumières commandées par claquements de mains : Le KY-038 détecte les claquements et allume/éteint les lumières. Vous pouvez l’intégrer avec Home Assistant pour contrôler de véritables ampoules connectées !
• Détecteur de pleurs de bébé avec notification : Cet appareil détecte les pleurs d’un bébé et notifie un parent via téléphone. Vous pouvez aussi connecter une caméra Raspberry Pi pour diffuser une vidéo en direct lorsque le bébé pleure.
• Jeu interactif qui utilise le son : Créez un simple jeu « Shout to Win » dans lequel les joueurs rivalisent pour faire le bruit le plus fort. Affichez les niveaux de bruit en temps réel sur un écran et ajoutez un suivi des scores.

Capteur de pression barométrique (BMP180/BMP280)

J’aimerais également partager avec vous un capteur de pression barométrique. Le capteur BMP280 mesure la pression atmosphérique et la température ambiante. La précision de la pression atmosphérique peut être utilisée pour calculer l’altitude au-dessus du niveau de la mer avec une précision de ± 1 m.

Le BMP280 et son grand frère, le BMP180, sont tous deux disponibles en ligne. Vous pouvez acheter le BMP280 depuis ce lien Amazon.

Utilisation

Le capteur BMP280 utilise le protocole de communication I2C. Pour le connecter à votre Raspberry Pi, suivez le schéma ci-dessous :

Contrairement aux capteurs précédents qui utilisaient un pin numérique ou une interface série, le BMP280 utilise une interface I2C et nécessite une configuration légèrement plus poussée avant de pouvoir être utilisé.

Vous devez installer les bibliothèques et cloner les dépôts/ pilotes depuis GitHub. J’ai trouvé un excellent tutoriel ici qui couvre toutes les bases et vous aide à écrire votre premier programme.

Idées de projet

• Tableau de bord pour station météo : Le BMP280 peut mesurer la température, la pression et l’altitude. Les données peuvent être affichées en temps réel sur un écran OLED, une interface web ou une application mobile. De plus, un capteur DHT11 peut être utilisé pour les relevés d’humidité.
• Système d’alerte tempête et météo : Surveillez les chutes soudaines de pression pour anticiper les tempêtes ou les conditions météorologiques défavorables.
• Assistant de contrôle du climat intérieur : Surveillez la température et la pression intérieures pour optimiser le climat de la pièce. Si la température est trop élevée ou basse, envoyez une notification pour ajuster le chauffage ou la climatisation. Si la pression change, il suggère une aération par la fenêtre.

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