Настало время для объединения этих двух методик, чтобы получить полноценный двухсторонний обмен информацией между Android и Arduino.
Для этого, мы соберем простенький проект с использованием ультразвукового дальномера и пьезо-буззера.
Алгоритм работы
На экране устройства с Android отображается активити с кнопкой "Измерить", при нажатии на которую, на плату Arduino приходит соответствующая команда. Плата Arduino обрабатывает команду и начинает цикл измерений, после чего вычисляется средняя дистанция до препятствия в сантиметрах. Данное расстояние до обьекта, передается обратно в Android-устройство, где отображается в виде текста, а также на ползунке (ProgressBar).
В Android также происходит обработка данных: если расстояние до обьекта меньше 20 см, то происходит передача управляющего сигнала на Arduino для включения буззера. Это естественно можно было бы сделать и в коде Arduino, но для наглядности я возложил эту задачу на плечи Android устройства. В общем получился небольшой парктроник.
Итак, для начала необходимо определится с управляющими командами. Они должны быть одинаково определены и в Arduino и в Android устройстве. Я выбрал следующие числа:
1 - команда разрешения передачи
2 - команда запрета передачи
3 - команда включения буззера
С первыми двумя командами получилось немного запутано, т.к. я не смог заставить Android корректно принимать один посыл с данными (пробовал и в цикле передавать и по времени, но Android упорно не хочет принимать данные, подозреваю, что это связанно с ADB и при использовании Accessory Mode таких проблем быть не должно). Поэтому когда Arduino принял команду 1 (разрешение передачи) он производит замер расстояния и включает беспрерывную передачу данных в цикле. Как только Android принял данные, он передает к Arduino команду 2, чтобы тот остановил передачу данных.
Программа для Arduino
Скетч для Arduino:
#include #include // Adb connection. Connection * connection; // Adb connection. #define COMMAND_SEND_TRUE 1 // команда разрешения передачи #define COMMAND_SEND_FALSE 2 // команда запрета передачи #define COMMAND_PLAY_BEEP 3 // команда включения буззера const int numOfReadings = 10; // кол-во замеров (элементов массива) int readings; // значения измерений в массиве int arrayIndex = 0; // индекс элемента в массиве int total = 0; // всего значений int averageDistance = 0; // средняя дистанция // настройка пинов и переменных для УЗ датчика int echoPin = 2; // DYP_ME007 ECHO pin int initPin = 3; // DYP_ME007 TRIG pin int BeeperPin = 8; // pin буззера unsigned long pulseTime = 0; // длительность пульса в микросекундах unsigned long distance = 0; // расстояние в (см) boolean SendToAndroid = false; void setup() { pinMode(initPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(BeeperPin, OUTPUT); // Буззер // формируем массив for (int thisReading = 0; thisReading < numOfReadings; thisReading++) { readings = 0; } Serial.begin(115200); // Инициализация подсистемы ADB. ADB::init(); // Open an ADB stream to the phone"s shell. Auto-reconnect. Use any unused port number eg:4568 connection = ADB::addConnection("tcp:4568", true, adbEventHandler); } void loop() { if(SendToAndroid == true) makeDimension(); ADB::poll(); // Poll the ADB subsystem. } void adbEventHandler(Connection * connection, adb_eventType event, uint16_t length, uint8_t * data) { if (event == ADB_CONNECTION_RECEIVE) // Если приняли данные { Serial.print("data:"); // Вывод в Serial Monitor для отладки Serial.println(data,DEC); if((data) == COMMAND_SEND_TRUE) SendToAndroid = true; // Флаг, что надо вкл. передачу данных else if ((data) == COMMAND_SEND_FALSE) SendToAndroid = false; //Флаг, что данные приняты и откл. передачу данных else if ((data) == COMMAND_PLAY_BEEP) playBeep(); } else if (event == ADB_CONNECTION_OPEN) Serial.println("ADB connection open"); else if (event == ADB_CONNECTION_CLOSE) Serial.println("ADB connection close"); else { Serial.println(event); } } void makeDimension() { for (int i = 0; i < numOfReadings; i++) { digitalWrite(initPin, HIGH); // посылаем импульс длительностью 10мс delayMicroseconds(10); digitalWrite(initPin, LOW); pulseTime = pulseIn(echoPin, HIGH); // Считываем длительность пришедшего импульса distance = pulseTime/58; // Дистанция = (длит. импульса / 58) см total= total - readings; readings = distance; total= total + readings; arrayIndex = arrayIndex + 1; // После того, как достигли последнего элемента, начинаем сначала if (arrayIndex >= numOfReadings) { arrayIndex = 0; } //Serial.println(distance, DEC); } averageDistance = total / numOfReadings; // вычисляем среднюю дистанцию //Serial.println(averageDistance, DEC); connection->write(2,(uint8_t*)&averageDistance); // Отсылаем 2 байта delay(10); } void playBeep() { for (int j = 0; j < 10; j++) { analogWrite(BeeperPin, 20); delay(50); analogWrite(BeeperPin, 0); delay(150); } }
В самом начале мы определяем 3 константы - это команды для передачи сообщений между устройствами: COMMAND_SEND_TRUE = 1, COMMAND_SEND_FALSE = 2, COMMAND_PLAY_BEEP = 3
Обработчик adbEventHandler() вызывается каждый раз при принятии данных и при наступлении других событий от ADB (открытие и закрытие соединения).
Функция makeDimension() производит 10 замеров расстояний, а затем вычисляет по ним среднее значение, которое через команду connection->write >() 2-мя байтами отправляется в Android устройство.
С функцией playBeep() все просто - она предназначена для проигрывания 10-ти коротких звуков через буззер.
Программа для Android
Наше окно активити будет состоять из следующих ключевых элементов:
кнопка (Button) - для посылки команды измерения расстояния
текстовое поле (TextView) - для отображения полученного расстояния
прогресс-бар (ProgressBar) - для визуального отображения расстояния (максимум - 500 см)
иконка соединения (ImageView) - отображается при активном соединении с Android устройством.
XML файл данного активити см. в прикрепленных файлах
Файл для главного Activity содержит следующий код:
Package com.example.arduino54; import java.io.IOException; import org.microbridge.server.Server; import org.microbridge.server.AbstractServerListener; import com.example.arduino54.R; import android.os.AsyncTask; import android.os.Bundle; import android.app.Activity; import android.util.Log; import android.view.View; import android.widget.ImageView; import android.widget.ProgressBar; import android.widget.TextView; import android.widget.Button; public class MainActivity extends Activity { private int Distance = 0; public final String APP_NAME = "arduino54"; public final byte COMMAND_SEND_TRUE = 1; // Команда разрешения передачи public final byte COMMAND_SEND_FALSE = 2; // Команда запрета передачи public final byte COMMAND_PLAY_BEEP = 3; // Команда включения буззера public final int SYS_COMMAND_DATA = 0; // Внутренняя команда: передача данных public final int SYS_COMMAND_CONNECTED = 1; // Внутренняя команда: соединение установлено public final int SYS_COMMAND_DISCONNECTED = 2; // Внутренняя команда: соединение потеряно Server server = null; ImageView connectedImage; @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); // Создаем TCP сервер (на основе сервера MicroBridge LightWeight) try { server = new Server(4568); //Этот же порт необходимо использовать и на ADK-плате server.start(); } catch (IOException e) { Log.e(APP_NAME, "Unable to start TCP server", e); System.exit(-1); } connectedImage = (ImageView) findViewById(R.id.imageConnected); connectedImage.setAlpha(20); Button Button1 = (Button)findViewById(R.id.button1); Button1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { public void onClick(View v) { try { server.send(new byte {(byte) COMMAND_SEND_TRUE}); //Посылаем данные //Log.d(APP_NAME, "data_send:"+bSend); } catch (IOException e) { Log.e(APP_NAME, "Problem sending TCP message", e); } } }); server.addListener(new AbstractServerListener() { @Override public void onReceive(org.microbridge.server.Client client, byte data) { Log.d(APP_NAME, "data0:"+data+"; data1:"+data); if (data.length<2) Log.e(APP_NAME, "Размер данных менее 2-х байт:"+data.length); else { try { server.send(new byte {(byte) COMMAND_SEND_FALSE}); //Посылаем данные } catch (IOException e) { Log.e(APP_NAME, "Problem sending TCP message", e); } } Distance = ((data << 8) | (data & 0xFF)); // Формируем слово из 2-х байт //Any update to UI can not be carried out in a non UI thread like the one used //for Server. Hence runOnUIThread is used. runOnUiThread(new Runnable() { //@Override public void run() { new UpdateData().execute(Distance,SYS_COMMAND_DATA); } }); } //@Override public void onClientConnect(org.microbridge.server.Server server, org.microbridge.server.Client client){ Log.d(APP_NAME, "ClientConnected"); runOnUiThread(new Runnable() { public void run() { new UpdateData().execute(0,SYS_COMMAND_CONNECTED); } }); } public void onClientDisconnect(org.microbridge.server.Server server, org.microbridge.server.Client client){ Log.d(APP_NAME, "ClientDisconnected"); runOnUiThread(new Runnable() { public void run() { new UpdateData().execute(0,SYS_COMMAND_DISCONNECTED); } }); } }); } @Override protected void onDestroy (){ super.onDestroy(); server.stop(); } class UpdateData extends AsyncTask< Integer, Integer, Integer> { // Called to initiate the background activity @Override protected Integer doInBackground(Integer... ArdState) { if((ArdState < 20) && (ArdState != 0)){ //Если расстояние меньше 20см try { server.send(new byte {(byte) COMMAND_PLAY_BEEP}); } catch (IOException e) { Log.e(APP_NAME, "Problem sending TCP message", e); } } return (ArdState); //Возвращаем в onPostExecute() } @Override protected void onProgressUpdate(Integer... values) { super.onProgressUpdate(values); // Not used in this case } @Override protected void onPostExecute(Integer... result) { Log.d(APP_NAME, "onPostExecute:"+result); Log.d(APP_NAME, "onPostExecute:"+result); if(result == 1){ connectedImage.setAlpha(255); } else if(result == 2){ connectedImage.setAlpha(20); } TextView txt_Distance_Arduino = (TextView) findViewById(R.id.textDistance); txt_Distance_Arduino.setText(String.valueOf(result+" см")); // Выводим на activity дистанцию ProgressBar mProgressBar = (ProgressBar)findViewById(R.id.progressBar1); mProgressBar.setProgress(result); } } }
Здесь мы для класса server определяем метод server.addListener(new AbstractServerListener() {}) , а также: onReceive(), onClientConnect() и onClientDisconnect() который вызывается при получении данных от сервера MicroBridge, при соединении и разьединении.
На кнопке Button1 мы вешаем обработчик события нажатия setOnClickListener() . При нажатии на кнопку вызывается данный метод и посылает на плату Arduino команду COMMAND_SEND_TRUE, по которой Arduino производит измерение расстояния и передачу значения расстояния.
В методе onReceive() , как только мы приняли данные, то мы сразу же отсылаем обратно команду COMMAND_SEND_FALSE, для того, чтобы Arduino выключил передачу пакетов. Об этом алгоритме я писал выше.
Обратите внимание, что для передачи данных отдельному потоку, мы используем внутренние системные команды SYS_COMMAND_DATA, SYS_COMMAND_CONNECTED и SYS_COMMAND_DISCONNECTED . Команды передаются 2-м элементом массива, а в первом элементе содержится измеренное расстояние, полученное от Arduino.
При срабатывании события onClientConnect() , создается новый поток в который передается массив с командой SYS_COMMAND_CONNECTED (в нашем случае 0), и в методе onPostExecute() путем установки значения Alpha в максимальное 255, происходит отображения иконки соединения. При поступлении команды SYS_COMMAND_DISCONNECTED устанавливается Alpha в значение 20, иконка становится блеклой и ее почти не видно, это означает что соединение не установлено. Прозрачность Alpha устанавливается методом setAlpha(int) .
Когда поток принимает данные из метода onReceive, то в методе doInBackground() происходит сравнение условия, и если расстояние не рано нулю и меньше 20 см, то методом server.send() посылается команда COMMAND_PLAY_BEEP для включения буззера на плате Arduino.
В методе onPostExecute() происходит вывод UI элементов для отображения численного значения расстояния и полоски на прогрессбаре.
В прикрепленном файле вы можете скачать проекты для Arduino и Android, а также все необходимые библиотеки
Загрузим стандартный пример «Physical Pixel» через меню File\Examples\4.Communication\PhysicalPixel. Эта программа ждет данные от компьютера. При получении символа ‘H’ тестовый индикатор загорается, при получении символа ‘L’ – гаснет. Разберем ее исходный код:
int
outputPin =
13
;
//здесь храним номер контакта
int
val;
//здесь будет храниться принятый символ
void
setup()
{
Serial.begin
(9600
)
;
//установка порта на скорость 9600 бит/сек
pinMode(outputPin, OUTPUT)
;
//устанавливаем 13 контакт в режим вывода
}
void
loop()
{
if
(Serial.available
()
)
{
//если есть принятый символ,
val =
Serial.read
()
;
// то читаем его и сохраняем в val
if
(val ==
"H"
)
{
// если принят симовол "H",...
digitalWrite(outputPin, HIGH)
;
// то включаем светодиод
}
if
(val ==
"L"
)
{
// если принят симовол "L",
digitalWrite(outputPin, LOW)
;
// то выключаем светодиод
}
}
}
Обратите внимание на вложенные условия и порядок следования отрывающих и закрывающих фигурных скобок. Для удобства чтения кода программы каждый следующий уровень вложенности сдвинут вправо. Кроме того, редактор помогает читать код – если Вы поставите курсор справа от скобки, он выделит соответствующую ей парную скобку.
Как проверить работу этой программы после того, как Вы загрузите ее в микроконтроллер? Нужно найти способ отправлять символы на COM-порт компьютера, чтобы микроконтроллер принимал и обрабатывал их. Существует множество вариантов решения этой задачи.
Используем встроенный в среду разработки Arduino монитор COM-порта
Это наиболее простой, и понятный начинающим метод.
Монитор COM-порта запускается через меню Tools\Serial Monitor, либо через панель инструментов. В старых версиях ПО монитор был доступен только через панель инструментов: . Вызвав монитор убедитесь, что выбрана та же самая скорость обмена, что и в программе микроконтроллера. Теперь можно вводить любые символы в поле ввода справа, и нажимать кнопку «Send» – введенные символы будут отправлены в порт, и там их примет Ваша программа. Введите там латинскую букву «H», нажмите «Send» – тестовый светодиод загорится. Если послать «L» – погаснет. Кстати, все данные, которые Ваша программа будет посылать на COM-порт будут выводиться в окне снизу.
Используем программу эмуляции терминала HyperTerminal
Это немного более сложный в реализации вариант обмена.
В состав Windows обычно включена программа эмуляции терминала HyperTerminal. В Windows XP ее можно найти в меню Пуск \ Все программы \ Программы \ Стандартные \ Связь \ HyperTerminal. При запуске нужно отказаться от создания подключения, выбрать меню Файл \ Свойства. В появившемся диалоге выбрать свой COM-порт, нажать «Настроить», и настроить параметры связи в соответствии с рисунком:
Можно воспользоваться другим эмулятором терминала - все они обычно имеют подобный функционал и схожие настройки.
Нажмите «OK» в обоих окнах, и попав в основное окно программы, любую клавишу на клавиатуре – HyperTerminal подключится к COM-порту. Теперь все набираемые на клавиатуре символы попадают через COM-порт в микроконтроллер, а все, что отправляет микроконтроллер, попадает на экран. Понажимайте клавиши «H» и «L» (следите за выбранным языком, и регистром) – тестовый светодиод должен загораться и гаснуть.
Напишем собственную программу для ПК!
Этот вариант для настоящих энтузиастов, желающих программировать не только Freeduino, но и ПК. А почему бы и нет? Нам не потребуется изучать детали программирования последовательного порта под Windows, или еще какие-то сложные вещи. Специально для решения подобных простых задач существует язык Processing (http://processing.org), очень похожий синтаксисом и даже средой разработки на программное обеспечение Arduino.
Установите и запустите Processing – Вы увидите среду разработки, похожую на Arduino.
Исходный код программы для языка Processing есть в комментариях ниже основного текста примера Physical Pixel. Здесь он приведен с минимальными изменениями – мы исправили открытие порта, чтобы можно было легко заменить его номер:
import
processing.serial.*
;
Serial port;
void
setup()
{
size(200
, 200
)
;
noStroke()
;
frameRate(10
)
;
port =
new
Serial(this
, "COM5"
, 9600
)
;
// !!! Здесь прописать свой COM-порт!!!
}
boolean
mouseOverRect()
//Возвращает истину, если курсор внутри квадрата
{
return
((mouseX >=
50
)
&&
(mouseX <=
150
)
&&
(mouseY >=
50
)
&
(mouseY <=
150
)
)
;
}
void
draw()
{
background(#222222
)
;
if
(mouseOverRect()
)
// Если курсор внутри квадрата….
{
fill(#BBBBB0)
;
// сменить цвет на поярче
port.write
("H"
)
;
// послать "H" в микроконтроллер
}
else
{
// если не внутри...
fill(#666660
)
;
// сменить цвет на потемнее
port.write
("L"
)
;
// послать "L" в микроконтроллер
}
rect(50
, 50
, 100
, 100
)
;
// нарисовать квадрат
}
Запустите программу (через меню Sketch \ Run) – появится окно с квадратом, при помещении в который курсора мыши, будет загораться светодиод на Freeduino.
Описание языка Processing и его возможностей выходит за рамки этого простого повествования, но во многих примерах для Arduino в комментариях ниже основного текста программы представлен код Processing для ПК, взаимодействующий с Freeduino.
Ему просто жизненно необходимо обмениваться с микроконтроллером информацией. Возникают ситуации, когда нужно вручную, управляя с ПК или ноутбука активировать ту или иную функцию в программе микроконтроллера.
Но давайте ближе к делу. Обмениваться данными с Arduino не так сложно, но вся загвоздка в том, что данные передаются посимвольно, а это очень плохо. В поисках этой проблемы пришлось провести достаточно долгое время, пока на хабрахабре не наткнулся на одну замечательную библиотеку. Автор реализовал в ней функцию приемки чисел, т.е. вы можете отправлять контроллеру числа, состоящие более, чем из одной цифры, и он все отработает корректно. Качайте библиотеку (ссылка), распаковывайте ее в hardwarelibraries, и переходим к практике.
Первым делом напишем скетч, и загрузим его в Arduino (Freeduino)
#include void setup() {
Serial.begin(9600); // устанавливаем скорость порта
PinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 ногу как выход для динамика
} void loop()
Long int Number; Serial.print(«Enter number: «);
Number = SerialInput.InputNumber(); // ВВодим число Serial.print(«Result = «);
Serial.println(Number * Number, DEC);
Beep(500);
} void beep(unsigned char delayms){
AnalogWrite(9, 20); // значение должно находится между 0 и 255
// поэкспериментируйте для получения хорошего тона
AnalogWrite(9, 0); // 0 — выключаем пьезо
Delay(delayms); // пауза delayms мс
Что все это значит. Постарался код снабдить подробными комментариями, вроде все должно быть понятно. Данный скетч просит ввести вас любое число, после чего выдает его квадрат, и воспроизводит звуковой сигнал через подсоединенный к 9 пину пьезо-динамик.
И вот, самое интересное — пришло время пробовать. Для коммутации с контроллером я рекомендую использовать бесплатную программу putty . В настройках Connection type выберите Serial и вместо COM1 впишите корректный номер порта (можно подглядеть в среде программирования Arduino меню Tools->Serial Port). Нажимаем Open, и видим в консоли надпись Enter number, вводим любое число (в рамках разумного), жмем Enter, и видим результат.
Все, можно радоваться и прыгать от радости. Естественно все это можно улучшить, например сперва вывести отправить с контроллера в консоль менюшку, в которой подробно расписать команды. Например вводите число 0 — включается светодиодная подсветка, нажимаете 1 — гаснет. Таким образом можете хоть 100500 команд засунуть, лишь бы хватило памяти микроконтроллера (которой так мало). А о том, как расширить доступную память поговорим в следующий раз.
UPD: часть кода порезал парсер движка, поэтому вот исходник
Для связи микроконтроллера с компьютером чаще всего применяют COM-порт. В этой статье мы покажем, как передать команды управления из компьютера и передать данные с контроллера.
Подготовка к работе
Большинство микроконтроллеров обладают множеством портов ввода-вывода. Для связи с ПК наиболее пригоден из них протокол UART. Это протокол последовательной асинхронной передачи данных. Для его преобразования в интерфейс USB на плате есть конвертор USB-RS232 – FT232RL.
Для выполнения примеров их этой статьи вам будет достаточно только Arduino-совместимая плата. Мы используем . Убедитесь, что на вашей плате установлен светодиод, подключенный к 13му выводу и есть кнопка для перезагрузки.
Для примера загрузим на плату код, выводящий таблицу ASCII. ASCII представляет собой кодировку для представления десятичных цифр, латинского и национального алфавитов, знаков препинания и управляющих символов.
int symbol = 33 ; void setup() { Serial. begin(9600 ) ; Serial. println(" ASCII Table ~ Character Map " ) ; } void loop() { Serial. write(symbol) ; Serial. print(" , dec: " ) ; Serial. print(symbol) ; Serial. print(" , hex: " ) ; Serial. print(symbol, HEX) ; Serial. print(" , oct: " ) ; Serial. print(symbol, OCT) ; Serial. print(" , bin: " ) ; Serial. println(symbol, BIN) ; if (symbol = = 126 ) { while (true) { continue ; } } symbol+ + ; }Переменная symbol хранит код символа. Таблица начинается со значения 33 и заканчивается на 126, поэтому изначально переменной symbol присваивается значение 33.
Для запуска работа порта UART служит функция Serial.begin()
. Единственный ее параметр – это скорость. О скорости необходимо договариваться на передающей и приемной стороне заранее, так как протокол передачи асинхронный. В рассматриваемом примере скорость 9600бит/с.
Для записи значения в порт используются три функции:
- Serial.write() – записывает в порт данные в двоичном виде.
- Serial.print() может иметь много значений, но все они служат для вывода информации в удобной для человека форме. Например, если информация, указанная как параметр для передачи, выделена кавычками – терминальная программа выведет ее без изменения. Если вы хотите вывести какое-либо значение в определенной системе исчисления, то необходимо добавить служебное слово: BIN-двоичная, OCT – восьмеричная, DEC – десятичная, HEX – шестнадцатеричная. Например, Serial.print(25,HEX) .
- Serial.println() делает то же, что и Serial.print() , но еще переводит строку после вывода информации.
Для проверки работы программы необходимо, чтобы на компьютере была терминальная программа, принимающая данные из COM-порта. В Arduino IDE уже встроена такая. Для ее вызова выберите в меню Сервис->Монитор порта. Окно этой утилиты очень просто:
Теперь нажмите кнопку перезагрузки. МК перезагрузится и выведет таблицу ASCII:
Обратите внимание на вот эту часть кода:
if (symbol = = 126 ) { while (true) { continue ; } }Она останавливает выполнение программы. Если вы ее исключите – таблица будет выводиться бесконечно.
Для закрепления полученных знаний попробуйте написать бесконечный цикл, который будет раз в секунду отправлять в последовательный порт ваше имя. В вывод добавьте номера шагов и не забудьте переводить строку после имени.
Отправка команд с ПК
Прежде чем этим заниматься, необходимо получить представление относительного того, как работает COM-порт.
В первую очередь весь обмен происходит через буфер памяти. То есть когда вы отправляете что-то с ПК устройству, данные помещаются в некоторый специальный раздел памяти. Как только устройство готово – оно вычитывает данные из буфера. Проверить состояние буфера позволяет функция Serial.avaliable()
. Эта функция возвращает количество байт в буфере. Чтобы вычитать эти байты необходимо воспользоваться функцией Serial.read()
. Рассмотрим работу этих функций на примере:
После того, как код будет загружен в память микроконтроллера, откройте монитор COM-порта. Введите один символ и нажмите Enter. В поле полученных данных вы увидите: “I received: X”
, где вместо X
будет введенный вами символ.
Программа бесконечно крутится в основном цикле. В тот момент, когда в порт записывается байт функция Serial.available() принимает значение 1, то есть выполняется условие Serial.available() > 0
. Далее функция Serial.read()
вычитывает этот байт, тем самым очищая буфер. После чего при помощи уже известных вам функций происходит вывод.
Использование встроенного в Arduino IDE монитора COM-порта имеет некоторые ограничения. При отправке данных из платы в COM-порт вывод можно организовать в произвольном формате. А при отправке из ПК к плате передача символов происходит в соответствии с таблицей ASCII. Это означает, что когда вы вводите, например символ “1”, через COM-порт отправляется в двоичном виде “00110001” (то есть “49” в десятичном виде).
Немного изменим код и проверим это утверждение:
После загрузки, в мониторе порта при отправке “1” вы увидите в ответ: “I received: 110001”. Можете изменить формат вывода и просмотреть, что принимает плата при других символах.
Управление устройством через COM-порт
Очевидно, что по командам с ПК можно управлять любыми функциями микроконтроллера. Загрузите программу, управляющую работой светодиода:
int val = 0 ; void setup() { Serial. begin(9600 ) ; } void loop() { if (Serial. available() > 0 ) { val = Serial. read() ; if (val= = "H" ) digitalWrite(13 , HIGH) ; if (val= = "L" ) digitalWrite(13 , LOW) ; } }При отправке в COM-порт символа “H” происходит зажигание светодиода на 13ом выводе, а при отправке “L” светодиод будет гаснуть.
Если по результатам приема данных из COM-порта вы хотите, чтобы программа в основном цикле выполняла разные действия, можно выполнять проверку условий в основном цикле. Например.
Предисловие
Развитие технологий позволило уместить на одной небольшой плате несколько системных устройств, устройство получило название микроконтроллер. Одним из таких монокристаллических микрокомпьютеров является Arduino, которое состоит из микроконтроллера, установленного на печатной плате и минимально необходимых компонентов для работы. Для создания нового электронного устройства понадобится плата Arduino, кабель связи и компьютер. Для программного обеспечения в виде управляющей программы базовые знания варианта языка С/С++ для микроконтроллеров, поскольку добавлены компоненты, разрешающие писать программы без знания аппаратной части .
Обмен данными через bluetooth
Фактически модуль Bluetooth - это модем, поскольку он преобразует сигнал из одной среды в другую. Передаваемый электроимпульсами по проводникам последовательный TTL-сигнал преобразуется в радиосигнал в Bluetooth приёмопередающем устройстве и наоборот, из радиосигнала преобразует в электроимпульсный сигнал. Функция модема - устанавливать соединение с другими модемами для обмена информацией и разъединения канала связи. Для выполнения функций соединения в модемы заложено два рабочих режима:
командный – обмен информацией при данном режиме происходит с самим модемом;
режим данных – обмен информацией происходит через сам модем.
Модемы Bluetooth по своему принципу работы аналогичны любым другим типам модемов и в них заложен набор команд протокола Hayes АТ, аналогичный для телефонных модемов. Команды данного протокола прописываются в символах ASCII. Модемы на протоколе Hayes АТ работают в режиме данных и командном, переключение режимов осуществляется строкой +++ .
Микроконтроллеры и управление приложением
Микроконтроллер - микросхема с несколькими контактами «вход» и «выход». Управление через микросхему осуществляется по простейшему принципу и имеет три основных этапа:
1) к входам подключаются различные датчики, фиксирующие движение, звук, уровень освещения и т. д.
2) к выходам подключаются устройства управления, такие как системы освещения, динамики, электроприводы и т. д.
3) пишется программа управления микроконтроллером и приложением.
Управляющая программа:
#include
#include
const
int
chipSelect = 4
;
void
setup
()
/* Open serial communications and wait for port to open: */
Serial.begin(9600 );
while
(!Serial) {} /* wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only */
Serial.print(“Initializing SD card…” );
/* see if the card is present and can be initialized: */
if
(!SD.begin(chipSelect)) {
Serial.println(“Card failed, or not present” );
// don’t do anything more:
return
;
}
Serial.println(“card initialized.”
);
}
void
loop
()
// make a string for assembling the data to log:
String dataString = “” ;
// read three sensors and append to the string:
for (int analogPin = 0 ; analogPin < 3 ; analogPin++) {
int
sensor = analogRead(analogPin);
DataString += String(sensor);
if
(analogPin < 2
) {
DataString += “,”
;
}
}
Arduino
Arduino - открытая платформа, состоящая из платы микроконтроллера и программного обеспечения (ПО) – IDE (Integrated Development Environment). ПО для платы пишется в приложениях на компьютере и через канал соединения с платой загружается на устройство.
Основа программы под Arduino состоит из двух команд: setup() и loop(). Перед командой setup() пишутся переменные, задействуются библиотеки. Команда setup() выполняется только один раз после каждого подключения или сброса платы под управлением Arduino. Данная команда запускает переменные и работу портов входа и выхода платы. Данная команда обязательна для управляющей программы. Команда loop() предназначена для циклического выполнения команд, которые прописываются в её теле. Пример реализации данных команд в программе:
setup()
{
Serial.begin(9600
);
}
loop ()
{
Serial.println(millis());
Delay(1000
);
}
.
Набор кодов, сгруппированный в блок и имеющий имя, прописанное на данном коде, называется функцией. Выполнение набора кодов осуществляется при вызове функции. Для снижения ошибок в программе и выполнения повторяющихся команд прописываются различные функции. При написании функции в начале обозначается её предназначение. К примеру, значение, которое возвращается функцией – целое число (int). У функций, которые не возвращают значение, имеют тип – пусто (void). За функцией пишется её имя и в скобках параметры передаваемые функцией. К примеру:
type functionName
(parameters)
{
Statements;
}
К цельному типу относится функция задержки или паузы delay(Val).
Скобки {} ставятся в начале и в конце функций. К примеру:
type function
()
{
Statements;
}
Количество открывающих скобок должно быть равным количеству закрывающих, иначе будут критические ошибки в программе. В Arduino есть удобная функция проверки парности скобок. Осуществляется проверка двумя способами: при выделении любой одной скобки парная скобка высвечивается, выделение точки за скобкой также подсвечивает пару скобок .
Обмен данными микроконтроллера с компьютером происходит через проводной интерфейс или по радиосигналу, обмен информацией осуществляется через библиотеку. В Arduino установлены стандартные библиотеки, но иногда их функции не рассчитаны на работу управляемым через микроконтроллер оборудованием. При необходимости устанавливаются дополнительные библиотеки. В папке “Libraries” установлены стандартные библиотеки, дополнительные библиотеки устанавливаются в папку libraries.
Arduino и iOS-приложение
Для того чтобы интегрировать Arduino с Apple (iPad или iPhone) понадобится приложение Arduino Code и среда разработки Blynk. Arduino Code устанавливается на iPad или iPhone через данное приложение осуществляется интеграция устройств iOS и Arduino. Для написания управляющей программы платы Arduino будет использоваться Blynk. Помимо облачной среды для работы, у Blynk есть возможностью загрузки приложений на компьютер. Поскольку в Blynk для разработки имеются версии для iOS помимо Android, данное приложение было выбрано для интеграции с Apple. Немаловажно, что Blynk может связываться с устройствами по Bluetooth.
На первом этапе соединяем программируемую плату со смартфоном, через поддерживаемые интерфейсы: SeeedStudio Ethernet Shield V2.0 (W5200), Official Ethernet Shield (W5100), RN-XV WiFly, ESP8266, Official Arduino WiFi Shield, ESP8266 (WiFi modem), Adafruit CC3000 WiFi, ENC28J60 и USB (Serial). Интеграция Arduino с компьютерами Macintosh (Apple) осуществляется через меню Tools. Далее в меню выбирается строка Serial Port, далее подключение осуществляется через порт, у которого название начинается с /dev/cu.usbserial. На втором этапе в приложении добавляем виджеты (программы), настройку адресов выводов и при необходимости прописываем код. Для разработки виджета применяется drag’n"drop. В Blynk создаются программы к платам Arduino: Due, Mini, Uno и для других плат Arduino. Программа Arduino Code устанавливается на компьютер и для написания команд понадобится автодополнение (code complete). Приложение можно скачать из App Store’а. При загрузке программы на плату Arduino необходимо отключить Bluetooth модуль, поскольку связь с микроконтроллером осуществляется через один и тот же порт. В качестве источника питания для микроконтроллера будет использоваться блок питания на 9 Вольт. Также в приложении Arduino Manager есть возможность установить готовый widget. Для управления устройством замка подойдёт widget Rotary Switch. Этот widget по своей сути поворотный переключатель (как и следует из названия). Имеет два положения off/on. Простой и удобный widget для управления устройством, у которого только два режима закрыто/открыто.
Создаём электронный замок из серии “умный дом”
Для соединения платы Arduino будет использоваться плата Bluetooth HM-10. Данный модуль работает в режимах Master и Slave. Совместим с более старыми версиями под Arduino, такими как: HC-05;-06;-07. Для того чтобы устройства Apple могли обнаруживать Bluetooth сигнал от платы необходимо установить программу - LightBlue.
К плате под управлением Arduino подключаем привод, который будет управлять ригелем замка или электромагнитную задвижку, которая и будет выполнять функцию запирания двери. В данном случае программа управления будет негромоздкой и выглядеть следующим образом:
#include
Servo myservo;
int
pos = 0
;
void
setup
() {
Myservo.attach(10
); /* Назначаем 10 пин на управление приводом */
}
void
loop
() {
for
(pos = 0
; pos < 90
; pos += 1
)/* движение от 0° до 90° */
{
Myservo.write(pos);
Delay(25
); /* Указываем время с задержкой (25 мс) для перехода в другое положение */
for
(pos = 90
; pos > 0
; pos -= 1
) /* Движение от 90° до 0° */
{
Myservo.write(pos);
Delay(25
); /* задержка 25мс для достижения обратного положения */
}
}
Связь будет осуществляться через приложение Arduino Manager, которое напрямую управляет контроллером через операционную систему iOS. При необходимости меняем настройку скорости подключения платы Bluetooth HM-10.
// Connect HM10
// Pin 7/TXD
// Pin 8/RXD
#if defined(ARDUINO_AVR_UNO)
#include
SoftwareSerial mySerial (7 , 8 ); // TX, RX
#endif
#if defined(ARDUINO_AVR_MEGA2560)
#define mySerial Serial3
#endif
#define DEVICE_SPEED 9600
#define CONSOLE_SPEED 9600
void
setup
() {
Serial.begin(CONSOLE_SPEED);
PinMode(7
, OUTPUT);
PinMode(8
, INPUT);
MySerial.begin(DEVICE_SPEED);
Serial.println(“Ready”
);
}
void
loop
() {
char c;
if
(Serial.available()) {
C = Serial.read();
MySerial.print(c);
if
(mySerial.available()) {
C = mySerial.read();
Serial.print(c);
}
}
Выводы
Для создания подобного запорного механизма, несомненно, понадобится плата Arduino, сервоприводы и написание управляющей программы и других компонентов в зависимости от поставленной задачи. Управление устройством будет осуществляться на iPad или iPhone по Bluetooth через приложение Arduino Manager. Данное приложение загружается с App Store и предназначено для управления множеством устройств. Имеет лёгкую настройку управления и датчик обратной связи. Генератор кода позволяет создавать коммуникационную инфраструктуру связи между платой Arduino и устройством iOS и генерировать код для каждого выбранного устройства. Также есть возможность воспользоваться готовым widget-ом, для управления устройством.
Arduino даёт возможность экспериментировать и применять данный микроконтроллер для различных устройств. Приложение Arduino Manager управлять этими устройствами с iPad или iPhone.
Библиографический список
- Проекты с использованием контроллера Arduino. Петин В. А. Санкт-Петербург «БХВ-Петербург» 2014 г. Стр. 18-19. Стр. 47.
- Arduino, датчики и сети для связи устройств. Пер. с англ. - 2-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2015. Стр. 102.
- Arduino блокнот программиста. Brian W. Evans. Published: First Edition Auqust 2007 г. Стр. 9-10.
- Blynk облачная среда для разработки виджетов для iOS и Android. Ресурс сетевого доступа:
