Communication radio

Une présentation générale de la carte microbit et des editeurs pour sa programmation se trouve à la page MB_init. Ce TP fait suite à celui de SNT, à la page MB radio.

La carte microbit possède une antenne radio, ce qui lui permet d’emettre et de recevoir des messages:

Prise en main de l’interface microbit sur Vittascience

Ce premier travail permet de découvrir l’interface Vittascience.com pour la programmation de la carte microbit. Les questions qui suivent cette manipulation vont permettre d’approfondir les connaissances en langage Python. Les projets qui complètent cette séquence se basent sur la partie RESEAUX du programme (protocole HTTP, securité des transmissions)

Aller à la page Editeur microbit sur Vittascience.com
Brancher la carte microbit sur l’un des ports USB de l’ordinateur. La carte est alors visible depuis l’explorateur comme une nouvelle mémoire flash.

Programmation du script initial

Créer pas à pas le programme suivant à l’aide de l'Editeur microbit sur Vittascience.com

Commencer par écrire les instructions de debut du programme (ne sont executées qu’une seule fois, au démarrage).

Puis ajouter les instructions de la boucle principale: d’abord les instructions d’émission:

Puis les instructions de reception:

Retrouver la variable stringData dans les Variables

Placer la variable stringData dans l’expression conditionnelle:

Retrouver le paramètre " " dans le menu Texte

Remplacer le paramètre 1 par le caractère “1”:

Puis les instructions pour le comportement de la carte selon le message reçu:

from microbit import *
import radio
import utime

radio.on()
radio.config(channel = 7, power = 6, length = 32, group=0)
print('Bonjour !' + "")

while True:
  if button_a.is_pressed():
    radio.send('1')
  if button_b.is_pressed():
    radio.send('2')
  stringData = radio.receive()
  if stringData:
    if stringData == '1':
      display.show(Image.HAPPY)
      utime.sleep(0.015)
      display.clear()
    elif stringData == '2':
      display.show(Image.SAD)
      utime.sleep(0.015)
      display.clear()

Téléverser et tester le programme.

Quel est la signification de chacune des instructions suivantes?

instruction	description
`if stringData:`
`if stringData == '1':`

Le programme utilise des instructions apportées par les librairies radio et utime, utiles pour la programmation de la carte microbit.

Quel est le rôle des fonctions suivantes: Recopier et compléter le tableau:

instruction	description
`send`
`receive`
`sleep`

Quel est le rôle de la variable stringData? (Que contient-elle?)

Analyse du programme: Décrire le programme avec un diagramme d’activités.
Ce programme, comment devrait-il fonctionner? Quel-s problème-s voyez-vous lorsque plusieurs cartes microbits fonctionnent de concert, avec ce même programme?

Choisir le-s terme-s adapté-s parmi les mots suivants: il s’agit d’un problème de…

intégrité
authenticité
confidentialité

Projet: Générateur de messages

But: On améliore le dispositif pour faire une selection parmi plusieurs messages (au moins 3). Les messages peuvent être des textes brefs, ou bien des messages de reaction de type LIKE/ UNLIKE.

Premier programme utilisant un notebook python

Cette fois, le nombre de messages possibles est supérieur au nombre de boutons (3 messages pour 2 boutons).

Nous allons utiliser une liste de messages. Pour acceder à un element de cette liste, nous allons utiliser un index.

Dans un notebook (Atrium > Capytale) ou bien basthon.fr/, saisir les lignes suivantes:

# declaration de la liste
L = ['mon message a envoyer', 'LIKE', 'UNLIKE']
# acceder a l'un des elements de la liste:
# 1er element: index 0
print(L[0])
# 2e element: index 1
print(L[1])
# 3e element: index 2
print(L[2])
# attention au depassement d'index de la liste
# l'index 3 n'existe pas
print(L[3])

On peut utiliser un index numérique pour parcourir tous les éléments de la liste. Tester dans une nouvelle cellule du notebook:

for i in range(len(L)):
  print(i,L[i])

Là aussi, avec un variant de boucle i qui depasse 2, cela va générer une erreur:

for i in range(10):
  print(i,L[i])
# erreur

Pour eviter de depasser l’index maximum de la liste, utiliser l’opérateur modulo:

for i in range(10):
  j = i % 3
  print(i,j,L[j])

Programmation de la carte microbit

Utiliser maintenant l’interface Python sur Vittascience.com pour réaliser les modifications.

Bloc “Au démarrage”: régler les cartes par binome sur le même reseau (même canal, et même group).

Dans le bloc: Répéter indéfiniment (while True), il faudra modifier le rôle des boutons et le comportement lorsqu’un message est reçu.

Bouton a

le bouton_a sert à selectionner le message dans une liste, en passant au message suivant dans la liste. L’indice est calculé selon une règle d’arithmétique modulaire. Voici un extrait du script à utiliser:

# a placer au "demarrage"
L = ['message', 'like', 'unlike']
i = 0
...
# a placer dans le bloc "repeter indefiniment"
if button_a.is_pressed():
  i = (i+1)%3
...
if button_b.is_pressed():
  radio.send(L[i])

[En option] Ajout d’un repère visuel: On peut ajouter un repère visuel pour la selection du message. On éclaire alors la diode de la première ligne (y=0), dont la position x correspond à l’index x=i. Cela donne: display.set_pixel(i,0,9)

if button_a.is_pressed():
  i = (i+1)%3
  display.clear()
  display.set_pixel(i,0,9)
  utime.sleep(0.2)

Les 2 autre instructions servent à effacer l’écran display.clear(), et à placer un délai d’attente utime.sleep(0.2), necessaire pour eviter de nombreux appuis prolongés sur le bouton.

Bouton b

Le bouton_b servira à envoyer le message.

if button_b.is_pressed():
    radio.send(messages[i])

On pourra placer un repère visuel qui montre l’envoi du message:

if button_b.is_pressed():
    radio.send(messages[i])
    display.show([Image.DIAMOND,Image.DIAMOND_SMALL],delay=100)
    utime.sleep(0.015)
    display.clear()

Reception d’un message

Lorsqu’un message est reçu:

if, si c’est ‘like’, on affiche un smiley happy
elif, sinon si c’est ‘unlike’, on affiche un smiley triste
else, sinon, c’est un message textuel, on l’affiche avec display.scroll(stringData)

Poursuivre cette séance avec les 2 projets suivants.

Projet 1: Auteurs authentifiés

But: Utiliser une règle d’authentification entre 2 cartes de votre réseau privé.

Votre reseau privé n’est pas à l’abris d’un utilisateur non invité. Vous souhaiteriez alors savoir de QUI vient le message reçu.

L’idée est d’utiliser la chaine de caractère émise pour y placer des informations, en plus du message. Ces informations pourraient identifier la carte émettrice. Ainsi, plutôt que d’envoyer:

"le lundi ne mange pas a la cantine"

la carte n°1 enverra:

"1_le lundi ne mange pas a la cantine"

Le programme recepteur pourra, au choix:

Afficher la chaine de caractère entière, renseignant à la fois le numéro de la carte emettrice ET le message.
ou n’afficher que les messages provenant de la carte n°1 (ou autre).

Dans ce 2e cas: Pour les recepteurs du message, il faudra alors PARSER cette chaine. Parser signifie: diviser une chaîne de caractères en une liste ordonnée de sous-chaînes.

Python offre une multitude de possibilités pour travailler avec des chaînes de caractères (strings): voir page du cours python sur les variables et string

Premier programme utilisant un notebook python

Dans un notebook (Atrium > Capytale) ou bien basthon.fr/, saisir les lignes suivantes:

Composer le message:

n = 1
texte = "la feve est dans la 3e part"
message = str(n) + "_" + texte
print(message)

Parser le message:

Il faudra tranformer la chaine "1_la feve est dans la 3e part" en 2 chaines: "1" et "la feve est dans la 3e part".

message = "1_la feve est dans la 3e part"
n = message[0]
# selection du 1er caractere
print(n)
message = message[2:]
# slice du 3e caractere au dernier
print(message)
# on a extrait le numero au debut du message, et reduit le message
print("la carte n°",n," vous informe que\n", message)

Adapter maintenant ce programme pour traiter un message dont l’identifiant numérique est composé de 2 chiffres. Quelle instruction faut-il écrire pour stocker cet identifiant dans n? Et pour réduire le message (enlever le numero n et le symbole '_').

Programmation de la carte microbit

Adapter le programme pour permettre une communication avec un auteur authentifié dans un reseau à plusieurs cartes.

Vous allez mettre 4 cartes microbits dans un même réseau (Réglage dans l’instruction radio.config(channel = 7, power = 6, length = 32, group=0)). Choisir le même channel et le même group pour 4 cartes microbit.

Utiliser maintenant l’interface Python sur Vittascience.com pour réaliser les modifications.

A partir du programme initial, apporter les modifications pour:

envoyer un message avec un numero d’identification à 2 chiffres. Ce numero doit être le même pour une paire de cartes microbits du reseau, et doit rester secret.
afficher tout message qui commence par cet identifiant, pas les autres messages reçus. Il faudra utiliser une instruction conditionnelle sur le numéro de carte pour afficher (ou non) le message.

Décrire le programme avec un diagramme d’état.

Projet 2: Chiffrement

But: réaliser une communication privée dans un reseau public.

Premier programme utilisant un notebook python

Chiffrer / Code Cesar: Le code César réalise une permutation des caractères, selon leur rang (table ASCII), grâce à une clé de chiffrement/ déchiffrement.

Les fonctions utiles du langage sont: ord et chr:

>>> ord('a')
97
>>> chr(98)
'b'
>>> chr(122)
'z'

Pour utiliser une clé de chiffrement, il sera nécessaire d’utiliser un décalage avec un modulo(26) afin d’obtenir une lettre chiffrée dans l’alphabet a-z:

no_lettre = ord(lettre)
chiffre = no_lettre + cle # decalage sans modulo, depassement possible
chiffre = (lettre + cle)%26 # decalage avec modulo 26, chiffre de 0 à 25
chiffre = (lettre-97 + cle)%26 + 97 # decalage avec modulo 26, chiffre de 97 à (97 + 25) = 122

Comme l’alphabet a-z va du rang 97 à 122 dans la table ascii, on choisira la 3e méthode:

chiffre = (lettre-97 + cle)%26 + 97

Créer une fonction de chiffrement appelée chiffre, qui retourne la lettre chiffrée selon les arguments lettre (lettre en clair) et cle (la clé de chiffrement).

La fonction chiffre peut aussi servir à déchiffrer. Il suffira de remplacer la clé de chiffrement par son opposé: $3 => -3$.

Assurez vous à l’aide de quelques tests, que la fonction donne de bons résultats, pour chiffrer et dechiffrer un caractère.

Créer une fonction de chiffrement appelée chiffre_texte, qui retourne la texte chiffré. La fonction aura pour arguments: texte (texte en clair) et cle (la clé de chiffrement).

Assurez vous à l’aide de quelques tests, que la fonction donne de bons résultats, pour chiffrer et dechiffrer un texte.

Programmation de la carte microbit

Vittascience.com

Adapter le programme pour permettre une communication confidentielle entre 2 cartes microbit. Décrire le programme avec un diagramme d’état.

Compléments

radio.config(channel=7): Configure la fréquence d’émission : la valeur est un numéro entre 0 et 83

radio.config(group=0): Configure le groupe : au sein d’une même adresse, 256 groupes numérotés de 0 à 255 peuvent cohabiter`

Liens

Introduction au module radio (TP Lucioles): microbit-micropython.readthedocs.io
TP message secret: microbit.org
specifications du contrôleur radio lancaster-university`
diagramme d’état et diagramme d’activité: www.uv.es
diagramme d’état laurent-audibert.developpez.com

Allophysique

Communication radio

Prise en main de l’interface microbit sur Vittascience

Réseau social, public

Programmation du script initial

Projet: Générateur de messages

Premier programme utilisant un notebook python

Programmation de la carte microbit

Bouton a

Bouton b

Reception d’un message

Projet 1: Auteurs authentifiés

Premier programme utilisant un notebook python

Programmation de la carte microbit

Projet 2: Chiffrement

Premier programme utilisant un notebook python

Programmation de la carte microbit

Compléments

Liens