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 [1 Стр.18-19].
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 +++ [2].
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 <SPI.h>
#include <SD.h>
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);
}
[1стр.47].
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 [3].
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[4]. 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.h>
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.h>
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: http://www.blynk.cc/