Oficina 2 de App Inventor - Arduino

Comunicação entre o APP e os controladores

Lembrando da plataforma adotada do arduino, as mensagens devem ser embutidas nas variáveis globais previstas no código do APP. A estrutura das mensagens bem como o range de valores já foram previamente construídos pelo software que roda na plataforma. Assim, as informações contidas nessas mensagens irão definir a porta física correta que deve ser escrito ou lido um valor conforme o tipo de sinal envolvido na porta correspondente. O detalhe das portas está mostrado o esquema da figura abaixo.

Como exemplo, se o programa receber na variável APP_command o tipo de mensagem MSG_DIGITALWRITE com valor 10 e na variável pin_num o valor 1, o subsistema de Gerenciamento de comando App executa o comando solicitado no pino digital 2 (primeiro pino digital após pinos 0 e 1, RX e TX). Se o programa receber na variável APP_command o tipo de mensagem MSG_DIGITALWRITE com valor 10 e na variável pin_num o valor 2, o subsistema de Gerenciamento de comando App executa o comando solicitado no pino digital 4 (segundo pino digital após pinos 0 e 1, RX e TX).

De maneira semelhante, a função processa o valor correto dos pinos digitais PWM e dos pinos analógicos.

A figura abaixo relaciona possíveis eletroeletrônicos com as portas do Arduino e respectivos tipos de sinal usados para seu controle.

Com o valor correto da porta definido pela função anterior, os comandos são executados conforme os parâmetros recebidos.

Se o controlador receber corretamente a mensagem do servidor e executar os comandos conforme solicitado, é montada e enviada em seguida uma mensagem de retorno para confirmar o recebimento da mensagem ou enviar valores de retorno.

Variáveis Envolvidas

As variáveis criadas no código usadas para a extração dos campos da mensagem do APP e manipulação pelos diferentes subsistemas são as seguintes:

get_char - Usada para guardar o primeiro byte recebido na porta bluetooth, ou seja, o caractere de início de mensagem.

disp_xbee - Define o módulo XBee de destino;

APP_command - Define o tipo de comando;

pin_num - Define a porta do microcontrolador;

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.

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.

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.

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.

Se o tipo de mensagem não for válida, não executa nenhuma ação, retornando ao início no final do código.

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.

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.

Descrição do Protocolo de Comunicação

Para a comunicação entre os componentes do sistema foram utilizados dois protocolos. No envio de dados entre o Coordenador da rede e os dispositivos finais foi utilizado o protocolo ZigBee, utilizando módulos rádio XBee. No entanto, para a troca de mensagens entre o APP e o Coordenador foi definido um protocolo específico e utilizado módulos Bluetooth.

---

Protocolo APP/Coordenador

As mensagens enviadas do APP para o Coordenador tem o formato de Strings.

Essas Strings contém delimitadores de início e fim, campos que definem o tipo de mensagem, o módulo XBee 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 Coordenador para o APP contém um número menor de dados, assim, a estrutura do pacote é simplificada.

Na figura abaixo é mostrado a estrutura desses pacotes.

Os delimitadores e os tipos de mensagem nesse protocolo são descritos abaixo:

Delimitadores de Mensagem

START_MSG '*' (1 Byte )

Caracter da tabela ASCII que indica início de mensagem. Quando transmitido e identificado numa recepção, inicia-se a recepção do pacote de dados enviado.

END_MSG '#' (1 Byte )

Caracter da tabela ASCII que indica fim de mensagem.

Divisor de Campos da Mensagem

DIV_MSG '|' (1 Byte )

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

Tipos de Mensagem - Tipo_msg

MSG_DIGITALWRITE 10 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Define tipo de mensagem para que o microcontrolador ligado ao dispositivo final execute um comando de acionamento ou desligamento de um dos seus pinos digitais. Após o envio desse tipo de mensagem é aguardado mensagem de confirmação do tipo 12.

Os pinos reservados para acionamento digita na placa Arduinol, ou seja, com valores 0 ou 1 são os pinos:

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

MSG_ANALOGWRITE 11 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Define tipo de mensagem para que o microcontrolador ligado ao dispositivo final execute um acionamento de um dos pinos digitais com PWM. Após o envio desse tipo de mensagem é aguardado mensagem de confirmação do tipo 12.

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

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

RSP_COMANDO 12 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Tipo de mensagem que confirma a execução de um comando após uma mensagem do tipo 10 ou 11.

MSG_DIGITALREAD 13 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Define mensagem de pedido de leitura de uma das portas digitais seguintes:

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

Após o envio desse tipo de mensagem é aguardado mensagem de resposta do tipo 15, com o valor solicitado (0 ou 1) num de seus campos.

RSP_LEITURA 15 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Tipo de mensagem de resposta que define o valor de leitura da porta digital PWM solicitada em mensagens do tipo 13 e 14.

MSG_STATUS 16 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Define mensagem de pedido de leitura de uma das portas analógicas do microcontrolador. As portas analógicas do microcontrolador que permitem essa leitura são as seguintes:

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

RSP_STATUS 17 (1 Byte )

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Tipo de mensagem de resposta que define o valor de leitura da porta analógica solicitada em mensagem do tipo 16.

Identificador do Controlaor - Id XBee

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Pode assumir os valores 1 ou 2, referente ao Controlador do ambiente.

Porta

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Pode assumir valores de 1 a 6 e indicam a porta onde o eletroeletrônico está ligado no Controlador.

Valor

Valor com tamanho igual a 1 byte enviado como decimal. Assume valores entre 0 e 255 e indicam o estado do eletroeletrônico ou o valor de ajuste.

---

Protocolo ZigBee - Coordenador/End Device

Na figura abaixo pode ser observada a estrutura dos pacotes de dados do protocolo ZigBee.

---

A imagem abaixo mostra a troca de mensagens entre o APP, Coordenador e Dispositivos Finais.