ArduinoTutorial

Um tutorial simples de como iniciar com arduino medindo a temperatura e a luminosidade do ambiente.

Medição de temperatura e luminosidade

Foi desenvolvido um projeto com Arduino para medir a temperatura ambiente como também a luminosidade local. Para isso, foi utilizado o midleware Javino que se comunica com o Arduino de forma serial (PySerial). Para iniciar esta comunicação, foi criada uma aplicação em Java que solicitar os dados de temperatura e luminosidade, e posteriormente gerar um gráfico dos resultados. Este projeto foi iniciado na aula de Computação Ubiqua do dia 04 de setembro de 2018, e foram realizados testes em um sistema MacOS e no Linux.

Primeiramente é necessário entendermos o que é o Arduino, que nada mais é do que uma placa composta por um microcontrolador Atmel programável, conectada a circuitos de entrada e saída. Esta placa pode ser conectada e programada utilizando um computador utilizando uma porta de comunicação e uma IDE (Integrated Development Environment). A linguagem da IDE do Arduino é baseada em C/C++, sem a necessidade de equipamentos extras além de um cabo USB.

Como mencionado anteriormente, para a comunicação com Arduino e leitura dos dados, foi utilizado o Javino, que é um protocolo que permite a troca de mensagem entre o Arduino e linguagens de programação de alto nível. É composto por uma biblioteca que realiza a comunicação serial, com suporte à detecção de erros através de uma rotina de verificação (protocolo de verificação) da recepção de dados. A comunicação estabelecida em um nível mais inferior, é estabelecida utilizando-se a biblioteca PySerial do Python versão 2.7.

Foi utilizada a IDE do Arduino para programar a placa controladora, chamar o Javino para estabelecer a comunicação Hardware com o Java, e capturar os dados de temperatura como também de luminosidade do ambiente.

Para este projeto foram utilizados diversos equipamentos além dos softwares já mencionados, a saber:

Placa Uno R3 + Cabo USB para Arduino
Placa Protoboard
Resistor 470 ohm
Fios
Capacitor
Sensor de Temperatura LM35DZ
Sensor de Luminosidade LDR 5mm
Computador

Os sensores foram implantados na protoboard, obedecendo às suas arquiteturas básicas de funcionamento, e conectados ao Arduino por fios. Foi utilizado um capacitor conectado ao GND e ao reset, e ligado após o carregamento do programa para o microcontrolador. Este procedimento foi realizado para estabelecer a comunicação do Java com o Arduino. O esquema de montagem do projeto pode ser verificado na Figura 1.

Os testes foram realizados primeiramente em um notebook com sistema MacOs. A comunicação com a IDE do Arduino funcionou, porém foram encontradas dificuldades na comunicação do Java e Javino. Dessa forma, outros teste foram realizados em um notebook com Linux, realizadas as mesmas configurações com sucesso. Sendo assim, foi possível estabelecer a comunicação entre o Java, Javino e Arduino, coletando os dados dos sensores de temperatura ambiente e luminosidade local, e gerado os gráficos.

Tutorial

Um tutorial simples de como iniciar com arduino medindo a temperatura e a luminosidade do ambiente.

1. Instalação do Arduino:

Acesse a página de download do Arduino em: https://www.arduino.cc/en/main/software e escolha o instalador adequado ao seu sistema operacional;

2. Instalação do Python 2.7:

Instale a versão 2.7 do Python disponível em https://www.python.org/downloads/ Para verificar se o Python foi instalado com sucesso, digite o comando:

python --version

Se o comando retornar a versão do Python, tudo foi instalado corretamente! Após a instalção do Python, instale o pip. Agora, usando o pip, execute o seguinte comando para instalar o pySerial:

pip install pySerial

3. Configurado o Arduino

Abra o Arduino e vá no menu Sketch, Incluir Biblioteca, Adicionar Biblioteca .Zip; Escolha o arquivo Javino1.1.zip e clique em OK; Vá novamente no menu Sketch, Incluir Biblioteca e selecione Javino; Agora vá ao menu Ferramentas, Placas e selecione o modelo da sua placa; Por fim vá ao menu Ferramentas, Porta e selecione a porta serial onde o hardware está conectado.

4. Criando um novo Sketch

Digite o seguinte código na janela de código aberta do sketch:

#include <Javino.h>
Javino j;

int LM35 = A5;
int LDR = A1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {

   String message = "";

   if(j.availablemsg()) {
    message = j.getmsg();
   }

   if (message == "reqTemp") {
    j.sendmsg(getTemp());
    
   }

   
   if (message == "reqLight") {
    //j.sendmsg("passou");
    j.sendmsg(getLight());
    
   }
}

String getLight() {
  return String(analogRead(LDR));
}
  
String getTemp() {
  double tempSensor = (analogRead(LM35)*10)*0.0488759;
  char tempString[10];
  dtostrf(tempSensor,3,2,tempString);
  return tempString;
}

Agora vá ao menu Ferramentas, Monitor Serial e digite o código:

fffe07reqTemp

Você deverá obter um valor de saída da temperatura medida pelo sensor. Digite agora:

fffe08reqLight

Novamente, a saída deverá apresentar um resultado contendo a leitura do sensor de luz.

Criando um projeto Arduino Java usando o JAVINO

Agora vamos criar um novo projeto no NetBeans, do tipo Aplicação Java Insira a biblioteca javino_stable_1.1.jar Insira a biblioteca xchart-3.5.2.jar Na classe principal, digite o seguinte código:

import br.pro.turing.javino.Javino;
import org.knowm.xchart.QuickChart;
import org.knowm.xchart.SwingWrapper;
import org.knowm.xchart.XYChart;

public class ArduinoTutorialProject {
    
    public static Javino javino = new Javino("/usr/bin");
    public static String port = "/dev/ttyACM2";
    
    public static void main(String[] args) {
        
        double[][] lightInitData = getArduinoData("reqLight");
        double[][] tempInitData = getArduinoData("reqTemp");

        // Create Light Chart
        final XYChart lightChart = QuickChart.getChart("Arduino Light Monitor", "Time", "Light", "light", lightInitData[0], lightInitData[1]);

        // Show Light Chart
        final SwingWrapper<XYChart> swLight = new SwingWrapper<XYChart>(lightChart);
        swLight.displayChart();

        // Create Temperature Chart
        final XYChart tempChart = QuickChart.getChart("Arduino Temperature Monitor", "Time", "Temp", "temp", tempInitData[0], tempInitData[1]);

        // Show Temperature Chart
        final SwingWrapper<XYChart> swTemp = new SwingWrapper<XYChart>(tempChart);
        swTemp.displayChart();
        
        while (true) {
            final double[][] lightData = getArduinoData("reqLight");
            lightChart.updateXYSeries("light", lightData[0], lightData[1], null);
            swLight.repaintChart();
            
            final double[][] TempData = getArduinoData("reqTemp");
            tempChart.updateXYSeries("temp", TempData[0], TempData[1], null);
            swTemp.repaintChart();
        }
    }
    
    private static double[][] getArduinoData(String command) {
        
        double[] xData = new double[100];
        double[] yData = new double[100];
        for (int i = 0; i < xData.length; i++) {
            javino.sendCommand(port, command);
            javino.listenArduino(port);
            String data = javino.getData();
            if (data != null) {
                xData[i] = i;
                yData[i] = Double.parseDouble(data);
                System.out.println(data);
            }
        }
        return new double[][]{xData, yData};
    }
}

Agora clique em Executar para ver o seguinte resultado:

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