Oficina 2 de App Inventor - Arduino

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.

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

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.

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 e Resposta.

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 especicado 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 digital com 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

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.

Tipos de Mensagem - Tipo_msg

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.

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.