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

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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.
 
Antes de iniciarmos a oficina de hoje precisamos entender como foi estruturada a comunicação entre o APP e os dispositivos eletrônicos conectados aos controladores.
  
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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.
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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.  
  
 
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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).
 
  
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De maneira semelhante, a função processa o valor correto dos pinos digitais PWM e dos pinos analógicos.
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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 sinal usados.
  
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A figura abaixo relaciona possíveis eletroeletrônicos com as portas do Arduino e respectivos tipos de sinal usados para seu controle.
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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).
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De maneira semelhante, a função processa o valor correto dos pinos digitais PWM e dos pinos analógicos.
  
 
Com o valor correto da porta definido pela função anterior, os comandos são executados conforme os parâmetros recebidos.  
 
Com o valor correto da porta definido pela função anterior, os comandos são executados conforme os parâmetros recebidos.  
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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.
 
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.
  
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==Variáveis Envolvidas==
 
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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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'''''get_char ''''' - Usada para guardar o primeiro byte recebido na porta bluetooth, ou seja, o caractere de início de mensagem.
 
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'''''disp_xbee ''''' - Define o módulo XBee de destino;
 
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'''''APP_command''''' - Define o tipo de comando;
 
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'''''pin_num''''' - Define a porta do microcontrolador;
 
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'''''pin_value''''' - Define o valor da porta.
 
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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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Em seguida '''é definida a comunicação''' com os módulos bluetooth e XBee '''a uma velocidade de 9600bps'''.
 
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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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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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'''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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'''Se''' o tipo de mensagem '''não for válida, não executa nenhuma ação''', retornando ao início no final do código.
 
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'''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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'''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==
 
==Descrição do Protocolo de Comunicação==
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Para a comunicação entre os componentes do sistema foram utilizados dois protocolos.
 
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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.
 
  
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'''Protocolo APP/Coordenador'''
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'''Protocolo APP/Servidor'''
  
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As mensagens enviadas do APP para o Coordenador tem o formato de Strings.  
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As mensagens enviadas do APP para o servidor tem o formato de Strings (sequência de caracteres).  
  
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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.  
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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.
 
Entre os campos e delimitadores há um caracter separador.
  
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As mensagens de retorno do Coordenador para o APP contém um número menor de dados, assim, a estrutura do pacote é simplificada.
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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.
  
  
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Na figura abaixo  é mostrado a estrutura desses pacotes.
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Na figura abaixo  são mostradas as estruturas desses pacotes.
  
 
[[Arquivo:EstruturaPacotesAPP.png|800px]]
 
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Edição das 10h14min de 9 de dezembro de 2015

Comunicação entre o APP e os 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 sinal usados.

SimbolosEletros.png


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.

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.


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 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 COMANDOB.png

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.

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

Para atingir os objetivos desta oficina é necessário utilizar os códigos já realizados na oficina anterior onde se realizou a seleção do 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 ve 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.
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