Prototypage de carte électronique avec Arduino et Raspberry Pi

Prototyper une carte électronique

Arduino, Raspberry Pi, voire BeagleBoard : de nombreuses cartes de prototypage issues du monde des « makers » et de la culture « Do It Yourself » sont de plus en plus utilisées pour prototyper rapidement des produits industriels. Procéder de la sorte offre de nombreux avantages, mais aussi quelques inconvénients qui doivent être pris en compte dès le choix de la carte. Philippe Bourgault, le directeur technique d’ELSYS Design, partage ses réflexions avec nous.

Définitions Arduino et Raspberry Pi

Pour commencer, présentons rapidement les différentes plateformes de prototypage dont nous allons parler.

Arduino définition

Arduino est une marque rassemblant plusieurs cartes électroniques open-source intégrant un microcontrôleur. Par exemple, la première carte Arduino Uno est basée sur un microcontrôleur 8bits de type AVR. L’Arduino Due a été conçue autour d’une architecture ARM de type Cortex-M3.

Raspberry Pi définition

La Raspberry Pi est quant à elle un nano ordinateur de la taille d’une carte de crédit conçue pour encourager l’apprentissage de la programmation informatique. Dessus, on peut faire tourner un OS Linux et des logiciels compatibles.

A noter qu’en plus des Arduino et Raspberry Pi, il existe d’autres plateformes intéressantes pour le prototypage, par exemple la BeagleBoard, qui est également un mini-ordinateur à carte électronique unique basée sur un AM335x de Texas Instruments. Elle aussi permet de faire tourner un Linux.

Avantages des plateformes Arduino et Raspberry Pi : un écosystème électronique et logiciel très fourni

Les écosystèmes Arduino / Raspberry Pi ont des avantages communs.

Concevoir rapidement et à moindre coût des architectures hardware

Tout d’abord, ces deux écosystèmes permettent de constituer rapidement et à moindre coût une architecture matérielle en assemblant une carte mère avec des shields (cartes fille) et des breakout boards (modules). On peut ainsi rajouter des capteurs, des entrées vidéo, des GPS ou encore des modules de communication dédiés à l’IoT (LoRa, Sigfox etc.). De plus, il est souvent possible de le faire sans concevoir le moindre PCB ni même réaliser la moindre soudure. Enfin, il existe des boîtiers en plastique et en aluminium pour encapsuler le prototype.

Une communauté logicielle active

Le support de la plateforme matérielle au niveau logiciel est facilité par l’importante communauté de passionnés qui partagent gratuitement codes et expériences.

Ainsi, cette simplicité permet de rapidement démontrer un concept de produit et ses fonctionnalités par l’intermédiaire d’un démonstrateur conçu en un temps record. C’est ce que font par exemple des start-uppeurs ; cela incite également des entreprises n’ayant pas de compétences en électronique à proposer des produits basés sur ces plateformes.

Inconvénients des plateformes Arduino et Raspberry Pi

Au moment de passer de l’étape du démonstrateur au produit, deux problèmes majeurs surviennent.

Exigences obligatoires liées au marquage CE

Avant de mettre un produit sur le marché, il doit répondre à un certain nombre d’exigences liées au marquage Conformité Européenne (CE) ; on parle ici principalement de la sécurité électrique et de la compatibilité électromagnétique (CEM).

Par CEM, on fait ici référence aux émissions conduites et rayonnées et à la susceptibilité/immunité aux perturbations rayonnées et conduites. Dit plus simplement, on veut garantir que le nouveau produit ne va pas en perturber d’autres ou bien être lui-même perturbé par son environnement. Par exemple, on va s’assurer que la carte électronique ne va pas redémarrer si on passe un appel téléphonique à proximité avec un smartphone.

Exigences liées aux conditions d’utilisation du produit

Le prototype, souvent monté sur un bureau, n’a pas nécessairement pris en compte toutes les exigences liées à son utilisation finale. On peut citer la température, l’humidité, l’étanchéité, la résistance aux chocs, aux chutes, les vibrations, la pression etc.

Par exemple, si le produit final est utilisé dans un train fonctionnant toute l’année dans une géographie au climat continental, la gamme de température étendue (-20°C / +60°C) peut générer un taux de pannes élevé.

Ainsi, ce qui a été très rapide et peu coûteux à prototyper, devient plus lent et surtout plus cher à industrialiser pour en faire un produit. Les essais de qualification, par exemple en laboratoire CEM peuvent même démontrer que la plateforme basée sur Arduino ou Raspberry PI n’est pas adaptée. Il faut alors redesigner une carte complète.

Prototyper avec Arduino et Raspberry Pi : bilan

Pour conclure, aucun de ces deux inconvénients n’est rédhibitoire, ils ne remettent nullement en cause les avantages des plateformes Arduino ou Raspberry Pi. Pour autant, il faut avoir conscience de ces contraintes et les prendre en compte dès la phase de prototypage.