Un radar ultrason : Arduino, impression 3D et Processing

Je donne un cours du soir qui mélange drones volants, électronique et robotique. Pour l'année prochaine, je voulais un exercice qui rassemble un peu de tout ça d'un coup : de l'électronique, du code embarqué, de la modélisation et de l'impression 3D, et une interface qui affiche des données en temps réel.

Le radar ultrason est un classique des tutos Arduino — mais le refaire proprement, en concevant le support soi-même et en comprenant chaque délai, c'est une autre histoire.

Le principe est simple : un capteur HC-SR04 — les deux « yeux » — monté sur un servomoteur SG90 (un petit moteur dont on commande l'angle) balaie l'horizon de 0 à 180°. À chaque angle, l'Arduino mesure la distance et envoie angle,distance sur le port série. Un sketch Processing lit ce flux et dessine l'écran radar vert phosphorescent réglementaire.

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Sur le papier, le HC-SR04 est un capteur étonnamment capable pour son prix (quelques euros) : une portée de 2 cm à environ 4 m, une résolution annoncée de 3 mm, un cône de mesure d'environ 15°, le tout alimenté directement en 5 V par l'Arduino. Il envoie une salve d'ultrasons à 40 kHz et mesure le temps que met l'écho à revenir — à 340 m/s, chaque milliseconde d'aller-retour représente environ 17 cm. C'est le capteur de distance low-cost par excellence : on le retrouve dans les robots éviteurs d'obstacles, les aides au stationnement bricolées et les mesures de niveau de cuve.

En pratique, ce n'est pas un capteur de précision : son cône de détection est large, les surfaces molles ou obliques absorbent l'écho et certaines mesures doivent être filtrées. Pour un radar pédagogique, c'est parfait : ses limites physiques deviennent visibles à l'écran.

Côté Arduino, le firmware tient en cinquante lignes, mais presque chacune a une raison d'être. Le cœur, c'est la fonction de balayage :

void sweep(int start, int end) {
  int step = (start < end) ? 2 : -2;
  for (int i = start;
       (step > 0) ? (i <= end) : (i >= end);
       i += step) {
    myservo.write(i);
    delay(30);                   // 2° ≈ 4 ms de trajet + marge de stabilisation
    Serial.print(i);
    Serial.print(",");
    Serial.println(readDistance());
  }
}

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Trois détails qui ne se voient pas dans les tutos :

• Le delay(30) est avant la mesure, pas après : il laisse au servo le temps de se stabiliser sur son nouvel angle. Un délai après serait inutile, car la mesure ultrason est déjà bloquante — elle attend l'écho (ou son timeout) avant de rendre la main.
• Le port série tourne à 115 200 bauds : à 9600, la transmission de chaque ligne mangeait à elle seule une bonne partie du budget temps du balayage.
• La boucle for doit fonctionner dans les deux sens (balayage montant puis descendant). Avec un pas négatif, la condition classique i <= end ne s'exécute jamais — d'où cette condition qui change selon le signe du pas.

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En face, le sketch Processing lit chaque ligne angle,distance, convertit le polaire en cartésien avec les éternels sinus et cosinus, et laisse les échos s'estomper progressivement pour donner l'effet de rémanence de l'écran radar.