Mudanças entre as edições de "Oficina 2 de App Inventor - Arduino"

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(Detalhamento dos tipos de mensagens)
 
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== Comunicação entre o APP e os controladores==
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=Comunicação entre o APP e os controladores=
  
===Comunicação entre o APP e o servidor de Automação ===
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Na estrutura App Inventor- Arduinos preparada para desenvolvimento do projeto, existem três Arduinos. Apenas um deles se comunicará com o APP instalado no celular, chamaremos esse Arduino de servidor. Os outros dois Arduinos controlarão os dispositivos eletroeletrônicos ligados em suas portas e farão a comunicação com o Arduino Servidor. Chamaremos esses dois Arduinos de controladores.
  
====Variáveis Envolvidas====
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Antes de iniciarmos a oficina de hoje precisamos entender como foi estruturada a comunicação entre o APP e os dispositivos eletrônicos conectados aos controladores.
  
As variáveis criadas no código usadas para a extração dos campos da mensagem do APP e manipulação pelos diferentes subsistemas são as seguintes:
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A comunicação do APP será sempre com o Arduino servidor. Este por sua vez repassará a informação para os Arduinos controladores. Entre o servidor e o APP a comunicação é via Bluetooth. Entre o servidor e os controladores usamos a tecnologia Xbee para fazer a comunicação.
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O APP é sempre o responsável pelo início da comunicação. Para mudar o estado de qualquer uma das portas (digitais ou PWM) o pedido tem origem no APP. Do mesmo modo, para verificar o estado de uma das portas (Digital ou Analógica) o comando tem origem no APP.
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Na figura abaixo estão indicadas as posições das portas digitais, PWMs e Analógicas do Arduino. Na estrutura montada, com Arduino servidor e Arduinos controladores, só teremos acesso as portas dos Arduinos controladores.
  
'''''get_char ''''' - Usada para guardar o primeiro byte recebido na porta bluetooth, ou seja, o caractere de início de mensagem.
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<center>[[Arquivo:PortasArduino.png|600px]]</center>
  
'''''disp_xbee ''''' - Define o módulo XBee de destino;
 
  
'''''APP_command''''' - Define o tipo de comando;
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A figura que segue relaciona possíveis eletroeletrônicos que podem ser acionados/monitorados pelas portas do Arduino, com seus respectivos tipos de sinais.
  
'''''pin_num''''' - Define a porta do microcontrolador;
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<center>[[Arquivo:SimbolosEletros.png|600px]]</center>
  
'''''pin_value''''' - Define o valor da porta.
 
  
  
No início do programa são definidos os tipos de mensagem, e o endereço dos módulos XBee que fazem parte do sistema.
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==Descrição do Protocolo de Comunicação==
  
Em seguida é definida a comunicação com os módulos bluetooth e XBee a uma velocidade de 9600bps.
 
  
O programa verifica a chegada de mensagens enviadas pelo Aplicativo nas portas onde o módulo bluetooth está conectado, colocando qualquer byte recebido na variável get_char.
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'''Protocolo APP/Servidor'''
  
Se o caractere recebido na variável get_char for diferente do caractere definido como início de mensagem, o programa retorna e inicia nova leitura na porta bluetooth.
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As mensagens enviadas do APP para o servidor tem o formato de Strings (sequência de caracteres).  
  
Se esse caractere for igual ao caractere de início de mensagem, é iniciada a recepção dos próximos bytes, os bytes são recebidos campo por campo e colocados nas suas respectivas variáveis.
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Essas Strings contém:
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* delimitadores de início e fim;
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* campos que definem: o tipo de mensagem, o Arduino controlador de destino, o pino do Arduino que será controlado ou lido, e o valor referente ao controle do pino.  
  
Se o tipo de mensagem não for válida, não executa nenhuma ação, retornando ao início no final do código.
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Entre os campos e delimitadores há um caracter separador.
  
Se o tipo de mensagem for válida verifica o endereço do módulo XBee de destino, cujo valor foi recebido e guardado na variável disp_xbee. Com o auxílio da biblioteca xbee, é montado uma mensagem padrão Zigbee repassando os dados alocados nas variáveis para os campos do payload.Após a montagem a mensagem é enviada para o Controlador de Eletroeletrônicos.
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As mensagens de retorno do Servidor para o APP contém um número menor de dados, assim, a estrutura do pacote é simplificada.
  
Após enviada a mensagem para o Controlador, o programa verifica o retorno do Controlador indicando o recebimento da mensagem e execução do comando. Essa mensagem de retorno pode conter valores que devem ser mostrados ao usuário. O programa então extrai o dado do pacote Zigbee, monta e envia um novo pacote de resposta no padrão exigido pelo APP.
 
  
===Comunicação entre o servidor de automação e os controladores ===
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Na figura abaixo  são mostradas as estruturas desses pacotes.
  
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[[Arquivo:EstruturaPacotesAPP.png|800px]]
  
  
====Variáveis Envolvidas====
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Os delimitadores e os campos da mensagem desse protocolo são descritos abaixo.
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== Delimitadores de Mensagem ==
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'''Identificador de inicio da mensagem - '*' (1 Byte )'''
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Caracter da tabela ASCII que indica início de mensagem. Quando transmitido para o servidor, este inicia a recepção dos dados enviado.
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'''Identificador de fim da mensagem - '#' (1 Byte )'''
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Caracter da tabela ASCII que indica fim de mensagem. Quando transmitido para o servidor, este termina a recepção dos dados.
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'''Divisor de Campos da Mensagem'''
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'''DIV_MSG - '|' (1 Byte )'''
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Caracter da tabela ASCII definido como separador dos campos da mensagem.
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== Campos da mensagem ==
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''' Tipo_msg - (número indicando o tipo da mensagem) '''
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Número que determina o tipo de mensagem. Os tipos possíveis são: Digitalwrite, Digitalread, PWMwrite, Analogicoread,  DigitalResposta, AnalogicoResposta.
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'''Id-Xbee - (1 ou 2) '''
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Identifica o Arduino controlador para qual a mensagem deverá ser enviada.
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'''Porta - (número correspondente a uma porta do Arduino) '''
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Identifica a porta a ser lida ou escrita.
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'''Valor - (valor a ser escrito na porta) '''
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Define o valor a ser escrito numa porta digital ou PWM.
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=== Detalhamento dos tipos de mensagens ===
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'''MSG_DIGITALWRITE - 10 (1 Byte )'''
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Define a ação de escrita numa porta digital, no campo valor deverá ser especificado ''0'' ou ''1''.
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Os pinos reservados para acionamento digital na placa Arduino, ou seja, são os pinos:
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D2, D4, D7, D8, D12, D13.
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No campo ''Porta'' os pinos são identificados pelos seguintes pinos
 +
 
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{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 30%;background-color: #fffff0"
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|+Números das portas digitais e seus pinos no Arduino
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|-
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|style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Porta
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| style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Pino
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|-
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|1
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|D2
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|-
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|2
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|D4
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|D7
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|4
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|D8
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|-
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|5
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|D12
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|-
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|6
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|D13
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|}
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'''MSG_PWMWRITE 11 (1 Byte )
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Acionamento de um  dos pinos digitais com PWM.
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Os pinos reservados para acionamento  PWM, ou seja, com valores que podem variar entre 0 e 255 são os pinos:
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D3, D5, D6, D9, D10, D11.
 +
 
 +
No campo ''Porta'' os pinos são identificados pelos seguintes pinos
 +
 
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{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 30%;background-color: #fffff0"
 +
|+Números das portas PWM e seus pinos no Arduino
 +
|-
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|style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Porta
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| style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Pino
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|-
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|1
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|D3
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|-
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|2
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|D5
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|3
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|D9
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|-
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|5
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|D10
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|-
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|6
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|D11
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|}
 +
 
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 +
'''MSG_DIGITALREAD 13 (1 Byte )'''
 +
 
 +
Define  pedido de leitura de uma das portas digitais seguintes:
 +
{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 30%;background-color: #fffff0"
 +
|+Números das portas digitais e seus pinos no Arduino
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|-
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|style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Porta
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| style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Pino
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|-
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|1
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|D2
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|-
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|2
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|D4
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|-
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|3
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|D7
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|-
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|4
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|D8
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|-
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|5
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|D12
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|-
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|6
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|D13
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|}
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'''MSG_AnalogicalRead 16 (1 Byte )'''
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Define mensagem de pedido de leitura de uma das portas analógicas.
 +
Os pinos analógicos que permitem essa leitura são as seguintes:
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A0, A1, A2, A3, A4, A5.
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 +
As portas analógicas correspondentes aos pinos são:
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{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 30%;background-color: #fffff0"
 +
|+Números das portas analógicas e seus pinos no Arduino
 +
|-
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|style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Porta
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| style="text-align: center;color: white;background-color: #d00000"|Pino
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|-
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|1
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|A0
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|-
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|2
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|A1
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|-
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|3
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|A2
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|-
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|4
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|A3
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|5
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|A4
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|-
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|6
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|A5
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|}
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'''RSP_LEITURA 15 (1 Byte )'''
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Mensagem de resposta que fornece o valor de leitura da porta digital solicitada em mensagens do tipo 13.
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'''RSP_LEITURA 17 (1 Byte )''''
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Mensagem de resposta que fornece o valor de leitura da porta analógica solicitada em mensagens do tipo 16.
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==OFICINA - Atuação sobre a placa controladora usando sinais digitais e PWM==
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Para atingir os objetivos desta oficina é necessário utilizar os códigos da oficina anterior que seleciona o servidor de automação para a comunicação com os controladores. A partir desse ponto é lançada as seguintes tarefas:
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#Fique atento as explicações dos professores a respeito de como é estruturada e endereçada as mensagens para os controladores;
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#Em um protoboard monte um circuito simples de LEDs que serão alimentados pelas portas digitais e PWM; Siga as instruções e cuidados orientados pelos professores;
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#Elabore um código para acender um LED em qualquer porta digital através do botão liga/desliga criado no layout da oficina anterior;
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#Agora faça com que o led ligue e desligue alternadamente cada vez que se aperta o mesmo botão;
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#Crie Um pisca pisca-pisca usando um timer;
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#Crie um novo comando usando um slider e use uma das portas PWM para controlar a luminosidade do led desde apagado até acesso por completo.

Edição atual tal como às 07h02min de 10 de dezembro de 2015

Comunicação entre o APP e os controladores

Na estrutura App Inventor- Arduinos preparada para desenvolvimento do projeto, existem três Arduinos. Apenas um deles se comunicará com o APP instalado no celular, chamaremos esse Arduino de servidor. Os outros dois Arduinos controlarão os dispositivos eletroeletrônicos ligados em suas portas e farão a comunicação com o Arduino Servidor. Chamaremos esses dois Arduinos de controladores.

Antes de iniciarmos a oficina de hoje precisamos entender como foi estruturada a comunicação entre o APP e os dispositivos eletrônicos conectados aos controladores.

A comunicação do APP será sempre com o Arduino servidor. Este por sua vez repassará a informação para os Arduinos controladores. Entre o servidor e o APP a comunicação é via Bluetooth. Entre o servidor e os controladores usamos a tecnologia Xbee para fazer a comunicação. O APP é sempre o responsável pelo início da comunicação. Para mudar o estado de qualquer uma das portas (digitais ou PWM) o pedido tem origem no APP. Do mesmo modo, para verificar o estado de uma das portas (Digital ou Analógica) o comando tem origem no APP. Na figura abaixo estão indicadas as posições das portas digitais, PWMs e Analógicas do Arduino. Na estrutura montada, com Arduino servidor e Arduinos controladores, só teremos acesso as portas dos Arduinos controladores.

PortasArduino.png


A figura que segue relaciona possíveis eletroeletrônicos que podem ser acionados/monitorados pelas portas do Arduino, com seus respectivos tipos de sinais.

SimbolosEletros.png


Descrição do Protocolo de Comunicação

Protocolo APP/Servidor

As mensagens enviadas do APP para o servidor tem o formato de Strings (sequência de caracteres).

Essas Strings contém:

  • delimitadores de início e fim;
  • campos que definem: o tipo de mensagem, o Arduino controlador de destino, o pino do Arduino que será controlado ou lido, e o valor referente ao controle do pino.

Entre os campos e delimitadores há um caracter separador.

As mensagens de retorno do Servidor para o APP contém um número menor de dados, assim, a estrutura do pacote é simplificada.


Na figura abaixo são mostradas as estruturas desses pacotes.

EstruturaPacotesAPP.png


Os delimitadores e os campos da mensagem desse protocolo são descritos abaixo.

Delimitadores de Mensagem

Identificador de inicio da mensagem - '*' (1 Byte )

Caracter da tabela ASCII que indica início de mensagem. Quando transmitido para o servidor, este inicia a recepção dos dados enviado.


Identificador de fim da mensagem - '#' (1 Byte )

Caracter da tabela ASCII que indica fim de mensagem. Quando transmitido para o servidor, este termina a recepção dos dados.


Divisor de Campos da Mensagem

DIV_MSG - '|' (1 Byte )

Caracter da tabela ASCII definido como separador dos campos da mensagem.


Campos da mensagem

Tipo_msg - (número indicando o tipo da mensagem)

Número que determina o tipo de mensagem. Os tipos possíveis são: Digitalwrite, Digitalread, PWMwrite, Analogicoread, DigitalResposta, AnalogicoResposta.


Id-Xbee - (1 ou 2)

Identifica o Arduino controlador para qual a mensagem deverá ser enviada.


Porta - (número correspondente a uma porta do Arduino)

Identifica a porta a ser lida ou escrita.


Valor - (valor a ser escrito na porta)

Define o valor a ser escrito numa porta digital ou PWM.

Detalhamento dos tipos de mensagens

MSG_DIGITALWRITE - 10 (1 Byte )

Define a ação de escrita numa porta digital, no campo valor deverá ser especificado 0 ou 1.


Os pinos reservados para acionamento digital na placa Arduino, ou seja, são os pinos:

D2, D4, D7, D8, D12, D13.

No campo Porta os pinos são identificados pelos seguintes pinos

Números das portas digitais e seus pinos no Arduino
Porta Pino
1 D2
2 D4
3 D7
4 D8
5 D12
6 D13


MSG_PWMWRITE 11 (1 Byte )

Acionamento de um dos pinos digitais com PWM.

Os pinos reservados para acionamento PWM, ou seja, com valores que podem variar entre 0 e 255 são os pinos:

D3, D5, D6, D9, D10, D11.

No campo Porta os pinos são identificados pelos seguintes pinos

Números das portas PWM e seus pinos no Arduino
Porta Pino
1 D3
2 D5
3 D6
4 D9
5 D10
6 D11


MSG_DIGITALREAD 13 (1 Byte )

Define pedido de leitura de uma das portas digitais seguintes:

Números das portas digitais e seus pinos no Arduino
Porta Pino
1 D2
2 D4
3 D7
4 D8
5 D12
6 D13

MSG_AnalogicalRead 16 (1 Byte )

Define mensagem de pedido de leitura de uma das portas analógicas. Os pinos analógicos que permitem essa leitura são as seguintes:

A0, A1, A2, A3, A4, A5.

As portas analógicas correspondentes aos pinos são:

Números das portas analógicas e seus pinos no Arduino
Porta Pino
1 A0
2 A1
3 A2
4 A3
5 A4
6 A5


RSP_LEITURA 15 (1 Byte )

Mensagem de resposta que fornece o valor de leitura da porta digital solicitada em mensagens do tipo 13.


RSP_LEITURA 17 (1 Byte )'

Mensagem de resposta que fornece o valor de leitura da porta analógica solicitada em mensagens do tipo 16.

OFICINA - Atuação sobre a placa controladora usando sinais digitais e PWM

Para atingir os objetivos desta oficina é necessário utilizar os códigos da oficina anterior que seleciona o servidor de automação para a comunicação com os controladores. A partir desse ponto é lançada as seguintes tarefas:

  1. Fique atento as explicações dos professores a respeito de como é estruturada e endereçada as mensagens para os controladores;
  2. Em um protoboard monte um circuito simples de LEDs que serão alimentados pelas portas digitais e PWM; Siga as instruções e cuidados orientados pelos professores;
  3. Elabore um código para acender um LED em qualquer porta digital através do botão liga/desliga criado no layout da oficina anterior;
  4. Agora faça com que o led ligue e desligue alternadamente cada vez que se aperta o mesmo botão;
  5. Crie Um pisca pisca-pisca usando um timer;
  6. Crie um novo comando usando um slider e use uma das portas PWM para controlar a luminosidade do led desde apagado até acesso por completo.