Description technique de la brique programmable NXT

Le kit de robotique Lego Mindstorms NXT a été commercialisé en juillet 2006. Il a remplacé la première génération de robots Lego Mindstorms, « Robotics Invention System ». La principale composante est la brique NXT. Elle contient deux microcontrôleurs intégrés, qui agissent comme le cerveau du robot. La brique possède quatre ports d’entrée sur lesquels peuvent être branchés quatre capteurs. La brique peut contrôler jusqu’à trois moteurs à la fois. Pour la communication avec un PC, on peut utiliser le port USB ou la connexion sans fil Bluetooth.

 Caractéristiques techniques

Le kit robotique mindstorms NXT est composé de :

• Une brique « intelligente » NXT ;
• 3 servomoteurs ;
• Capteur de distance à ultrason ;
• Capteur de son ;
• Capteur infrarouge ;
• Capteur de toucher ;
• 519 morceaux de LEGO ;
• Un environnement graphique de programmation NXT-G

La partie intelligente du robot, la brique NXT, comporte :

• Microcontrôleur 32 bits ARM7 à 48MHz
  avec 256 Ko de mémoire flash
  et 64 Ko RAM.
• Microcontrôleur 8 bits AVR à 4MHz
  avec 4 Ko de mémoire flash
  et 512 o RAM.
• Communication sans fil Bluetooth ;
• Port USB (12 Mbit/s) ;
• 4 ports d’entrées ;
• 3 ports de sorties ;
• Ecran LCD graphique 100 x 64 pixels ;
• Haut-parleur – qualité du son à 8 kHz, résolution de 8bits ;

 Les microcontrôleurs du NXT

Le ARM 7 est un microcontrôleur RISC 32-bit. L’architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) est une architecture qui favorise un jeu réduit d’instructions simples. L’architecture ARM (Advanced Risc Machine) inclut quelques caractéristiques RISC, une architecture d’accès à la mémoire, de larges registres et un jeu d’instructions orthogonal. Un jeu d’instruction est dit orthogonal, si les instructions peuvent utiliser les
données en utilisant n’importe quel mode d’adressage. En général, le microcontrôleur ARM7 est chargé de la logique (and, or, not), les donnés (entrées, sorties, chargement …) et les instructions de contrôle (goto, if…goto, call). Le microcontrôleur 8bits AVR est aussi un processeur RISC. Il gère les périphériques alors que l’ARM 7 est le processeur
principal de la brique.

 Les périphériques du NXT

L’écran LCD graphique est utilisé pour naviguer dans le menu du NXT et peut être utilisé pour afficher des messages de tout genre.
La brique NXT est connectée à ses périphériques via des cbles à 6 fils qui ressemblent au cble téléphonique RJ-12.

Capteur de contact ::
Le capteur de contact détecte s’il est enfoncé ou non. Ceci signale au
robot qu’il est en contact avec un autre objet. Il peut être utilisé
comme un mécanisme de détection de collision. Le capteur peut être
utilisé en mode tout ou rien, ou bien comme un capteur analogique
qui mesure le degré d’enfoncement.

Capteur sonore ::
Ce capteur permet au robot de détecter des sons. Ses unités de mesure
sont le décibel (dB) et le décibel ajusté (dBA). En décibels ajustés, le
capteur est ajusté à la perception humaine. Il détecte les sons audibles
par l’homme. En décibels non ajustés, le capteur mesure aussi les
sons que l’homme ne peut entendre. Le capteur mesure jusqu’à 90
décibels. Il peut être utilisé comme un mécanisme de déclenchement :
quand le robot entend un son, il peut être programmé à commencer
l’exécution d’une tche par exemple.

Capteur de lumière ::
Le capteur infrarouge est utilisé pour différencier les couleurs claires et foncées, il peut aussi détecter l’intensité de lumière réfléchie par la surface qui lui est opposée. Le capteur peut mesurer deux types de lumière, la lumière réfléchie et la lumière ambiante.
Pour une meilleure détection de la couleur de la surface réfléchissante, quoique peu fiable, il est conseillé de mesurer la lumière réfléchie. Le capteur est très sensible à l’ombre. Le capteur est largement utilisé dans les robots suiveurs de ligne, car il permet de détecter une ligne sombre sur une surface claire. Il peut être utilisé comme détecteur de contour.

Capteur ultrason ::
Le capteur ultrason permet au robot de « voir » et de détecter les
objets. Il émet une onde ultrason qui est réfléchie par un objet
distant. Ce capteur peut être utilisé pour éviter les obstacles et
mesurer les distances. Il est sensible à la forme et à la distance de l’objet.

Les servomoteurs ::
Chaque kit NXT comprend trois servomoteurs. Chaque moteur a
un tachymètre qui mesure la rotation du moteur. Les tachymètres sont assez précis (mesure en degrés).

Bluetooth
Le NXT peut communiquer avec un ordinateur par une connexion USB ou Bluetooth. Il peut aussi communique avec d’autres gadgets qui supportent le profil Bluetooth série (SPP : Serial Port Profile), c’est-à-dire, que les données sont transférées comme dans le cas d’un port série.