Arduíno: Comunicação e Rede

Comunicação Serial

Conceitos sobre comunicação serial e paralela

Comunicação serial e paralela

Comunicação Serial no Arduíno

O Arduíno UNO possui uma porta serial (Serial) (também referida como UART) e se comunica através dos pinos 0 (RX) e 1 (TX), assim como com o computador via USB. Se você utiliza a comunicação serial não pode utilizar os pinos 0 e 1 como entradas e saídas.

Também é possível utilizar o monitor serial, disponível na IDE do Arduíno, para comunicação bidirecional com uma placa Arduíno conectada em uma porta USB.

Não é possível utilizar as portas seriais do Arduíno diretamente em uma comunicação com uma interface RS232, pois esta usa tensões de -12 V e 12 V.

Outras placas Arduíno

O Arduíno Leonardo usa a Serial exclusivamente para comunicação com a porta USB. Para comunicação serial nos pinos 0 (RX) and 1 (TX) deve-se utilizar a Serial1.
O Arduíno Mega tem três portas de comunicação serial adicionais: Serial1, Serial3 e Serial3.

Laboratório 1: Comunicação serial entre dois Arduínos

Monitor Serial: O monitor serial permite enviar dados do computador ao Arduíno pela interface serial USB.

Carregar programa exemplo Arquivo/Exemplos/Communication/PhysicalPixel e acionar o led do pino 13 a partir de comandos H e L enviados pelo monitor serial.

Comunicação entre dois Arduínos

Conectar com um par de fios os dois Arduínos através das portas seriais de ambos os microcontroladores: TX->RX e RX<-TX;
Carregar no receptor o programa exemplo Arquivo/Exemplos/Communication/PhysicalPixel;
Carregar no emissor o código abaixo:

 //emissor  
 int num = 0;
 void setup(){
  Serial.begin(9600);
 }
 void loop(){
  Serial.write('H');
  delay(2000);
  Serial.write('L');
  delay(2000);
 }
 }

Observar a comunicação serial a partir do led piscando no receptor e também monitorar a troca de mensagens a partir do monitor serial.

Configuração do SimulIDE para comunicação serial com Arduíno

É possível realizar comunicação serial entre um Arduíno rodando no SinulIDE e um Arduíno conectado a porta USB do computador.

No Arduíno conectado a USB, verificar a partir da IDE a porta de comunicação que está sendo utilizada: ttyACM0 (p.ex.);
No Arduíno no SimulIDE, clicar com o botão direito do mouse sobre a placa e selecionar Open Serial Port;
No bloco Uart que vai abrir, clicar com o botão direito do mouse e selecionar properties;
Escrever em port name o nome da porta serial;
Clicar em Open para ativar a porta (deve indicar sucesso com o botão vermelho).

Comunicação usando módulo Ethernet

O módulo Ethernet (Ethernet Shield), juntamente com a biblioteca Ethernet.h, permite que um Arduíno se conecte a Internet. Esta biblioteca provê funcionalidades tanto para cliente quanto par servidor, além de permitir a conexão com a rede local tanto usando IP fixo, DHCP e também usando DNS.

O Ethernet Shield 2 permite conectar o Arduíno a rede local e a Internet com conector RJ45 e velocidade de 10/100 Mbps. A conexão do shield com o Arduíno é realizada pelo barramento SPI (Serial Peripheral Interface), que faz uso dos pinos 10, 11, 12 e 13 do Arduíno para comunicação e necessita da biblioteca SPI.h. O SPI é uma interface de comunicação serial síncrona usada para comunicação em distâncias curtas. O Ethernet Shield possui ainda um slot para cartão SD e usa o pino 4 para controlar o pino de seleção do cartão SD.

Para uso do módulo Ethernet há uma serie de exemplos prontos (Examples from Libraries).

Labortório 2: Web Server

Este laboratório mostra como utilizar um Ethernet Shield juntamente com o Arduíno para criar um Web Server que forneça informações sobre sensores conectados a entradas analógicas ^[1].

Procedimentos

Conectar o Shield Ethernet a placa Arduíno e a rede local (usando cabos de rede CAT 5/6 e conector RJ45);
Carregar o programa exemplo: Arquivo/Exemplos/Ethernet/WebServer;
Conectar alguns sensores as entradas analógicas do Arduíno para monitorar via Web (Pode Modificar o programa exemplo em função dos sensores que utilizar);
Testar o acesso ao servidor Web a partir de um navegador.

Labortório 3: DHCP Address Print

Este laboratório mostra como configurar o arduíno para obter endereço IP dinamicamente com DHCP. O endereço obtido é impresso no monitor serial. ^[2].

Procedimentos

Conectar o Shield Ethernet a placa Arduíno e a rede local (usando cabos de rede CAT 5/6 e conector RJ45);
Carregar o programa exemplo: Arquivo/Exemplos/Ethernet/DhcpAddressPrinter;
Rodar o programa e observar no monitor serial o endereço IP obtido por DCHP.

Labortório 4: Consulta a Servidor de Data/Hora

Este laboratório mostra como utilizar um Ethernet Shield para o Arduíno obter. por meio de uma requisição UDP, a dada e hora de um servidor da Internet por meio do protocolo NTP (Network Time Protocol) ^[3]. Neste exemplo o Arduíno recebe endereço IP dinamicamente de um servidor DHCP.

Procedimentos

Conectar o Shield Ethernet a placa Arduíno e a rede local (usando cabos de rede CAT 5/6 e conector RJ45);
Carregar o programa exemplo: Arquivo/Exemplos/Ethernet/UdpNtpClient;
Testar o programa e acompanhar pelo monitor serial a data e hora obtida.
Pesquisar e testar consulta a servidores NTP no Brasil.

Cartão SD do módulo Ethernet

O Ethernet Shield 2 possui um slot para cartão SD que pode ser utilizado para gravação e leitura de dados com ajuda da biblioteca SD. A biblioteca usa nomes curtos 8.3 para arquivos (8 caracteres para o nome do arquivo e 3 para extensão) e o diretório de trabalho é sempre a raiz do cartão SD.

A comunicação entre o microcontrolador e o cartão SD usa o barramento SPI, que faz uso dos pinos 10, 11, 12 e 13 do Arduíno. O pino 4 é usado também para controlar a seleção do cartão SD.

Labortório 5: Escrita e litura no cartão SD

Este laboratório mostra como utilizar o cartão SD para escrita e leitura de dados em um arquivo.

Procedimentos

Conectar o Shield Ethernet a placa Arduíno e inserir um cartão SD no módulo;
Carregar o programa exemplo: Arquivo/Exemplos/SD/ReadWrite;
Testar o programa e acompanhar pelo monitor serial o processo de escrita e leitura.

Labortório 6: Armazenamento de dados de sensores em cartão SD

Este laboratório mostra como utilizar o cartão SD para armazenamento de dados de sensores em um arquivo.

Procedimentos

Conectar o Shield Ethernet a placa Arduíno e inserir um cartão SD no módulo;
Conectar ao Arduíno três sensores para leitura pelas entradas analógicas;
Carregar o programa exemplo: Arquivo/Exemplos/SD/Datalogger;
Adaptar o programa exemplo para os sensores conectados.

Projeto: Servidor Web com armazenamento de dados em cartão SD

Construa um servidor Web rodando em um Arduíno, capaz de ler periodicamente um sensor de temperatura e, a cada leitura, armazenar os dados como uma linha de um arquivo em cartão SD. Os dados de cada leitura do sensor devem ser acompanhados da data e hora consultadas em um servidor NTP.

A cada acesso ao servidor Web através de um navegador, o servidor deve fornecer as cinco últimas leituras dos dados do sensor de temperatura.

Obs: O programa para o servidor Web deve combinar vários dos exemplos vistos nos laboratórios.

Comunicação com Módulo Bluetooth

O módulo Bluetooth permite interagir com o Arduíno, por exemplo, utilizando um aplicativo em um smartphone.

Um módulo Bluetooth bastante utilizado é o HC06:

Pinagem e conexão com o Arduíno

Este módulo apresenta 6 pinos, mas com apenas 4 pinos é possível colocar o mesmo para funcionar e fazer o Arduíno interagir dispositivos Bluetooth.

            _________
           |         |
           |         |
           |         |
           |Bleutooth|
           |         |
           |   HC06  |
           |         |
           |         |
           |_________|
             | | | |
     Vcc ----+ | | +---- Txd
     Gnd ------+ +------ Rxd

Cuidados com a conexão do módulo Bluetooth HC06 com o Arduíno

O HC06 funciona com alimentação Vcc=3,3V, a qual também é fornecida pelo Arduino ao lado da alimentação de 5V;
Na comunicação serial, como o Arduíno fornece 5V, é necessário utilizar um divisor de tensão na entrada Rxd do HC06, conforme exemplo abaixo:

V_Rxd = R2/(R1 + R2).5

Exemplo:

R1=470 Ω, R2=1 KΩ -> V_Rxd = 3,4 V

Laboratório 7: Comunicação serial entre Arduíno com módulo Bluetooth e Android

Permite acender e apagar led a partir de aplicativo Android pareado com módulo Bluetooth rodando em um Arduíno:

Procedimentos

Carregar programa exemplo Arquivo/Exemplos/Communication/PhysicalPixel;
Instalar em um dispositivo Android o aplicativo Bluetooth Terminal;
Abrir aplicativo Bluetooth Terminal e parear com módulo Bluetooth;
Enviar a partir do Bluetooth Terminal os caracteres H e L para acender a apagar o led 13 do Arduíno.

Laboratório 8: Comunicação serial entre Arduíno com módulo Bluetooth e Android

Permite enviar uma string ao Arduíno via Bluetooth e receber de volta a mesma string no monitor serial ^[4].

Procedimentos

Carregarno Arduíno o programa exemplo:

 String message; //string that stores the incoming message
 void setup()
 {
   Serial.begin(9600); //set baud rate
 }
 void loop()
 {
   while(Serial.available())
   {//while there is data available on the serial monitor
     message+=char(Serial.read());//store string from serial command
   }
   if(!Serial.available())
   {
     if(message!="")
     {//if data is available
       Serial.println(message); //show the data
       message=""; //clear the data
     }
   }
   delay(1000); //delay
 }

Enviar strings pelo Bluetooth Terminal no Android e visualizar o retorno do dado no monitor do terminal.

Smartphone Android

Para enviar caracteres de um Smartphone Android para o módulo Bluetooth pode-se utilizar aplicativos como o Bluetooth Serial Port Terminal ou Bluetooth V2.1 SPP Terminal

Referências

Evandro.cantu (discussão) 19h13min de 29 de outubro de 2021 (-03)

[1] ttps://www.arduino.cc/en/Tutorial/LibraryExamples/WebServer

[2] ttps://www.arduino.cc/en/Tutorial/LibraryExamples/DhcpAddressPrinter

[3] ttps://www.arduino.cc/en/Tutorial/LibraryExamples/WebServer

[4] ttp://www.instructables.com/id/Add-bluetooth-to-your-Arduino-project-ArduinoHC-06

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Arduino: Ethernet

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