Arduino: Ethernet

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Arduíno: Módulos de Comunicação

Comunicação Serial

Conceitos sobre 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

Emissor
Insere na porta serial os valores 0 e 1 de maneira alternada a cada dois segundos.
Receptor
Faz a leitura dos valores escritos pelo emissor e controla o LED.
  • 0 -> LED apagado.
  • 1 -> LED aceso.

Código do Arduíno emissor 

 //emissor  
 int num = 0;
 void setup(){
  Serial.begin(9600);
 }
 void loop(){
  num = 0;
  Serial.write(num);
  delay(2000);
  num = 1;
  Serial.write(num);
  delay(2000);
 }

Código do Arduíno receptor 

 //receptor
 int recByte;
 int led = 13;
 void setup(){
  Serial.begin(9600);
  pinMode(led,OUTPUT);
 }
 void loop(){
  if (Serial.available ()> 0)
    {
        recByte = Serial.parseInt();
        //parseInt() retorna o primeiro número inteiro válido do buffer serial.
        //Caracteres e não inteiros são ignorados.
    }
  if(recByte == 0){
    digitalWrite(led,LOW);
  }else if(recByte == 1){
    digitalWrite(led,HIGH);
  }
 }

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 porta de comunicação 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 com o Ethernet Shield

Este exemplo mostra como utilizar um Ethernet Shield juntamente com o Arduíno para criar um Web Server que forneça informações sobre sensores conectados a entradas analógicas (Ver: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/WebServer).

Usando a biblioteca Ethernet.h, o Arduíno pode responder a requisições HTTP através do Ethernet Sheild.

O Ethernet Shield permite conectar o controlador Ethernet WizNet ao Arduíno usando o barramento SPI. O barramento SPI (Serial Peripheral Interface) é um interface de comunicação serial síncrona usada para comunicação em distâncias curtas, e usa a biblioteca SPI.h. O barramento SPI usa os pinos 10, 11, 12 e 13 do Arduíno para implementar a conexão SPI com o WizNet. O Ethernet Shield possui ainda um slot para cartão SD e usa o pino 4 para controlar o pino de seleção do cartão SD.

Exemplo

 /*
  Web Server para fornecer a temperatura usando sensor LM35
  O sensor de temperatura (LM35) é conectado a entrada analógica 0 do Arduino.
  Based in Sketche: Arduino -> Ethernet -> BarometricPressureWebServer
  by Tom Igoe (2010)
 */
 #include <Ethernet.h>
 #include <SPI.h>
 // assign a MAC address for the ethernet controller.
 byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED};
 // assign an IP address for the controller:
 IPAddress ip(192,168,1,20);
 IPAddress gateway(192,168,1,1);	
 IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); 
 // Initialize the Ethernet server library
 EthernetServer server(80);
 //Sensor de temperatura LM35
 //ConversaoGrausCelcius = 5 / 1023 * 100 = 0,488758553
 const float ConversaoGrausCelcius = 0.488758553;
 float  SensorLM35;
 void setup() {
    Serial.begin(9600);
   // start the Ethernet connection and the server:
   Ethernet.begin(mac, ip);
   server.begin();
   delay(1000); 
   Serial.print("server is at ");
   Serial.println(Ethernet.localIP());
 }
 void loop() { 
   // Faz a leitura do sensor periodicamente.
   Serial.print('.');
   SensorLM35 = analogRead(A0) * ConversaoGrausCelcius;
   // listen for incoming Ethernet connections:
   listenForEthernetClients();
   delay(1000);
 }
 void listenForEthernetClients() {
   // listen for incoming clients
   EthernetClient client = server.available();
   if (client) {
     Serial.println("Got a client");
     // an http request ends with a blank line
     boolean currentLineIsBlank = true;
     while (client.connected()) {
       if (client.available()) {
         char c = client.read();
         Serial.write(c);   
         if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
           // send a standard http response header
           client.println("HTTP/1.1 200 OK");
           client.println("Content-Type: text/html"); 
           client.println("Connection: close");  
           client.println();
           client.println("<!DOCTYPE HTML>");
           client.println("<html>");         
           // output the value of temperature          
           client.print("Temperatura interna (oC) = ");
           client.print(SensorLM35);
           client.println("</html>"); 
           break;
         }
         if (c == '\n') {
           currentLineIsBlank = true;
         } 
         else if (c != '\r') {
           currentLineIsBlank = false;
         }
       }
     }
     delay(1);
     client.stop();
     Serial.println("client disonnected");    
   }
 }

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 (ver: http://www.instructables.com/id/Add-bluetooth-to-your-Arduino-project-ArduinoHC-06):

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:

VRxd = R2/(R1 + R2).5
Exemplo:
R1=470 Ω, R2=1 KΩ -> VRxd = 3,4 V

Teste do módulo bluetooth

PhysicalPixel
Permite acender e apagar led a partir de aplicativo Android pareado com módulo Bluetooth:
  • Carregar no Arduíno o programa exemplo Arquivo/Exemplos/Communication/PhysicalPixel;
  • Abrir aplicativo Bluetooth Terminal e parear com módulo Bluetooth;
  • Acender a apagar led 13 com caracteres H e L.

Exemplos de programas de aplicação

Fonte: http://www.instructables.com/id/Add-bluetooth-to-your-Arduino-project-ArduinoHC-06

Echo Code
Permite enviar uma string ao Arduíno via Bluetooth e receber de volta a mesma string no monitor serial.
 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
 }
Led Code
Permite acender e apagar um led conectado ao Arduíno enviando caracteres via Bluetooth de um smartphone ou outro dispositivo Bluetooth.
 char blueToothVal;           //value sent over via bluetooth
 char lastValue;              //stores last state of device (on/off)
 void setup()
 {
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(13,OUTPUT);
 }
 void loop()
 {
   if(Serial.available())
   {//if there is data being recieved
     blueToothVal=Serial.read(); //read it
   }
   if (blueToothVal=='n')
   {//if value from bluetooth serial is n
     digitalWrite(13,HIGH);            //switch on LED
     if (lastValue!='n')
       Serial.println(F("LED is on")); //print LED is on
     lastValue=blueToothVal;
   }
   else if (blueToothVal=='f')
   {//if value from bluetooth serial is n
     digitalWrite(13,LOW);             //turn off LED
     if (lastValue!='f')
       Serial.println(F("LED is off")); //print LED is on
     lastValue=blueToothVal;
   }
   delay(1000);
 }

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

Arduíno Leonardo
O Arduíno Leonardo usa a Serial exclusivamente para comunicação com a porta USB. Para comunicação serial TTL (5V) nos pinos 0 (RX) and 1 (TX) deve-se utilizar a Serial1.

Comunicação sem fio com Wireless Shield e Xbee

O Wireless Shield permite a comunicação serial sem fio baseado no módulo Xbee da Digi.

Configuração do Wireless Shield

A placa Wireless Shield possui uma chave de configuração da comunicação serial entre o módulo Xbee e o microcontrolador do Arduino e o conversor serial USB (ver: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoWirelessShield):

  • Posição micro: O pino Dout do módulo Wireless é conectado ao pino RX do microcontrolador do Arduino e o pino Din ao pino TX do microcontrolador. O módulo sem fio se comunica de forma serial com o microcontrolador do Arduino. Destaca-se que os pinos TX e RX do microcontrolador também continuam conectados aos pinos RX e TX do conversor serial USB. Desta forma, dados transmitidos pelo microcontrolador serão enviados simultaneamente ao módulo sem fio e a serial USB. Neste modo o microcontrolador do Arduino não pode ser programado via USB.
  • Posição USB: O pino Dout do módulo Wireless é conectado ao pino RX do conversor serial USB e o pino Din ao pino TX do conversor serial USB. O módulo sem fio se comunica diretamente com o computador. Para usar este modo o microcontrolador do Arduíno deve ser programado com um sketch vazio:
void setup() { }
void loop() { }
Xbee Explorer USB
A placa Wireless Shield com a chave na posição USB e o microcontrolador do Arduíno programado com sketch vazio se comporta como um módulo Xbee Explorer USB, com o Xbee se comunicando diretamente com o computador.

Exemplo de utilização

Exemplo de comunicação usando a configuração padrão dos módulos Xbee, apresentado em https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoWirelessShield:

  • Para fazer a carga de programas no microcontrolador do Arduíno, colocar a chave do módulo wireless na posição USB.
  • Em um dos Arduínos com módulo Wireless carregar o programa
Exemples->Communication->Physical Pixel
Este programa faz o Arduíno acender ou apagar o led da porta 13 a partir do envio do caracter H ou L a partir do monitor serial. Testar o funcionamento do programa com a chave do módulo wireless na posição USB. Em seguida desconectar o Arduíno da interface USB e mudar a chave do módulo wireless para a posição micro.
 //  Physical Pixel
 const int ledPin = 13; // the pin that the LED is attached to
 int incomingByte;      // a variable to read incoming serial data into
 void setup() {
   Serial.begin(9600);
   pinMode(ledPin, OUTPUT);
 } 
 void loop() {
   if (Serial.available() > 0) {
     incomingByte = Serial.read();
     if (incomingByte == 'H') {
       digitalWrite(ledPin, HIGH);
     } 
     if (incomingByte == 'L') {
       digitalWrite(ledPin, LOW);
     }
   }
 }
  • Em outro Arduíno com módulo wireless, carregar o programa abaixo com chave do módulo wireless na posição USB. Verificar o funcionamento do programa no monitor serial. Depois de carregado o programa mudar a chave do módulo wireless para a posição micro.
 void setup()
 {
   Serial.begin(9600);
 }
 void loop()
 {
   Serial.print('H');
   delay(1000);
   Serial.print('L');
   delay(1000);
 }
  • Para testar a comunicação serial sem fio, conectar o primeiro Arduíno na fonte de alimentação e verificar se a comunicação entre os Arduínos acontece, fazendo o led piscar.
    • Caso não haja comunicação, tente restabelecer a configuração padrão (default) nos módulos Xbee (veja abaixo).
Arduíno Leonardo
O Arduíno Leonardo usa a Serial exclusivamente para comunicação com a porta USB. Para comunicação serial TTL (5V) nos pinos 0 (RX) and 1 (TX) deve-se utilizar a Serial1.

Endereçamento dos módulos Xbee

Vários parâmetros precisam ser configurados para que os módulos Xbee possam se comunicar:

  1. Os dispositivos precisam estar na mesma rede, definida pelo parâmetro ID;
  2. Os dispositivos precisam usar o mesmo canal, definido pelo parâmetro CH;
  3. O endereço destino (DH e DL) determina qual módulo da rede receberá os dados:
    • Se o DH = 0 e o DL < 0xFFFF (i.e. 16 bits), o dado transmitido pelo módulo será recebido por qualquer módulo cujo endereço de 16-bit MY é igual a DL;
    • Se o DH = 0 e o DL = 0xFFFF, o dado transmitido será recebido por todos os módulos (broadcast);
    • Se o DH ≠ 0 e o DL > 0xFFFF, o dado transmitido será recebido somente pelo módulo cujo número serial seja igual ao endereço destino (i.e. SH = DH e SL = DL).

Síntese de alguns parâmetros:

Parâmetro Descrição Valor default
ID Identificador de rede 3332
CH Canal C
SH SL Numero de série Diferente para cada módulo
MY Endereço do módulo 0
DH DL Endereço destino 0
BD Vazão da comunicação serial (bps) 3 (9600 bps)

Configuração do módulo Xbee

Para a configuração do módulo Xbee é interessante utilizar o software XCTU da Digi ou o moltosenso Network Manager, os quais apresentam facilidades para configuração e atualização dos módulos wireless.

Exemplo de configuração com o software moltosenso Network Manager
Baixar e instalar o software moltosenso Network Manager IRON 1.0 (Free):
  • Na guia Port Setup é possível verificar a configuração da porta, clique em Open Port e verifique se o dispositivo foi detectado;
  • Clique no dispositivo e verifique as informações do mesmo em Current Device;

  • Na guia Node Settings é possível selecionar o módulo e verificar seus parâmetos de configuração;

  • Para restaurar os parâmetros default do dispositivo clique em Restore All e depois em Write Permanently;
Adaptação e autoria
--Evandro.cantu (discussão) 20h19min de 12 de julho de 2015 (BRT)

Referências


Adaptação e autoria
--Evandro.cantu (discussão) 19h00min de 12 de agosto de 2015 (BRT)
Disponível em “http://wiki.foz.ifpr.edu.br/wiki/index.php?title=Arduino:_Ethernet&oldid=28950”