Robótica com Android e Arduino

Nesse artigo, pretendo descrever o processo de criação de um robô baseado na plataforma Arduino e integrado ao Android, através da camada de script SL4A.

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Por: João Victor em 16/04/2014


Programando



O Arduino é uma plataforma de prototipagem livre, baseada em um microcontrolador Atmega, o objetivo do Arduino é facilitar a criação de soluções práticas, desenvolvendo a criatividade dos usuários.

Para programação, é utilizada Wiring, uma linguagem derivada de C/C++, os programas escritos para Arduino são chamados de sketches. Um sketch, apresenta uma estrutura dividida em configuração (setup) e loop, além das funções definidas normalmente, como em C/C++.

Para a criação do sketch do robô, utilizaremos a IDE oficial disponível no site:
O próprio site mostra como instalar a IDE em diversas distribuições.

Para trabalhar com o sensor ultrassônico, é necessária uma biblioteca, disponível em:
Após o download, basta extrair a biblioteca no diretório libraries, dentro do diretório da IDE do Arduino.

Antes de criarmos o código, precisamos nos familiarizar com alguns conceitos:
  • Comunicação Serial :: é o processo de enviar uma informação, bit a bit, sequencialmente. O número de vezes em que um bit pode mudar durante um segundo, é o que chamamos de Baud Rate. Quando enviamos informações de um dispositivo a outro, devemos certificar que eles estejam sincronizados, ou seja, que possuam um mesmo valor de baud rate.
  • Tempo :: em várias partes do código, vamos encontrar a função delay(tempo) nessa função, além de pausar o código durante algum tempo, para que um motor se mova até uma posição, por exemplo. Também permite criar sinais, um tópico de eletrônica que não entrarei em detalhes.
  • Estados: para integração com alguns dispositivos, vamos descer a nível de linguagem de máquina pura, mas, não há o que se preocupar, na maioria dos casos apenas iremos desligar ou ligar algum componente. Para usarmos uma porta com sinal digital, primeiro a definimos como entrada ou saída e depois, definimos seu estado como HIGH (true , 1 ou 5v) ou LOW (false,0 ou 0v). Ainda, há a possibilidade de usarmos PWM, um sinal analógico usado para controlar a potência através do intervalo entre um pulso alto e um pulso baixo.

O principio de funcionamento do robô, é o seguinte:
  • Passo 0: Inicializar todas as funções;
  • Passo 1: Aguardar a interação com o usuário;
  • Passo 3: Realizar a leitura dos dados fornecidos através da porta Serial;
  • Passo 4: Realizar a ação desejada;
  • Passo 5: Se houver dados retorná-los ao usuário;
  • Passo 6: Voltar ao passo 1.

O código abaixo, basicamente, lê três coordenadas:
  • X :: define a direção do robô (esquerda e direita),
  • Y :: sentido do robô (frente e trás)
  • Z :: posição do Servo, que direciona o sensor ultrassônico e retorna à distância lida pelo sensor.

Vamos ao código:

// Algoritmo de controle

//Importacao de bibliotecas

#include // Biblioteca do sensor
#include // Biblioteca do servo


//Pinos usados
// Ponte H
#define pot1Pin 9 //potencia motor1
#define dir1Pin 13 //sentido motor1
#define pot2Pin 10 //potencia motor2
#define dir2Pin 8 //sentido motor2

//Servo
#define servoPin 3 // Servo motor

Servo servo;

//Sensor ultrasonico

#define echoPin 5 // echo - comunicacao com o sensor
#define trigPin 6 // trigger - gatilho para ativar o sensor
#define vccPin 7 // vcc -Alimentacao do sensor

Ultrasonic ultrasonic(trigPin,echoPin);     //Instacia o objeto que controla o sensor


//Variaveis

char buffer[18];
int cordx,cordy,cordz;

void setup() {
 // Configuracao dos pinos (entrada e saida)

 pinMode(dir1Pin,OUTPUT);
 pinMode(dir2Pin,OUTPUT);

 pinMode(echoPin,INPUT);
 pinMode(trigPin,OUTPUT);
 pinMode(vccPin,OUTPUT);

 //Sensor ultrassonico
 digitalWrite(vccPin,HIGH);    // Define sinal alto para servir como alimentacao

 //Definimos um sinal alto por 10ms para ativar o sensor

 digitalWrite(trigPin, HIGH);
 delayMicroseconds(10);
 digitalWrite(trigPin, LOW);

 //Servo
 servo.attach(servoPin);     // Instancia o objeto servo
 servo.write(90);     // Posiciona o servo a 90º


//Comunicacao serial

Serial.begin(57600);     // Inicia a comunicacao serial com 57600 pulsos por segundo
}


//Criamos as funcões que definem os movimentos do robô
//void movimento(){
// digitalWrite(pino,ESTADO); Definimos o estado do motor em HIGH(frente) ou LOW(tras)
// analogWrite(pino,POTENCIA); Definimos velocidade do motor(0-255) usando PWM.



void frente(){
 digitalWrite(dir1Pin,HIGH);
 analogWrite(pot1Pin,0);
}
void tras(){
 digitalWrite(dir1Pin,LOW);
 analogWrite(pot1Pin,255);
}
void parar(){
 digitalWrite(dir1Pin,HIGH);
 analogWrite(pot1Pin,255);
}
void direita(){
 digitalWrite(dir2Pin,HIGH);
 analogWrite(pot2Pin,0);
}
void esquerda(){
 digitalWrite(dir2Pin,LOW);
 analogWrite(pot2Pin,255);
}
void centro(){
 digitalWrite(dir2Pin,LOW);
 analogWrite(pot2Pin,0);
}

//Funcao que retorna a distancia do robo ate o obstaculo
int sensor() {
 delay(30);
 int d = ultrasonic.Ranging(CM);    // Faz a medicao em centimetros
 return d;
}

//Funcao que faz com que o sensor se vire em determinado agulo e retorne o valor da distancia.
int visao(int angulo){
 servo.write(angulo);
 delay(500);
 int distancia = sensor();
 Serial.println(distancia);
 return distancia;
}

// Funcao que separa as coordenas(x,y,x)
void dividir(char* data){
 char * parameter;
 parameter = strtok(data, " ,");
 while(parameter != NULL){
  motor(parameter);
  parameter = strtok(NULL, " ,");
 }
 for(int x=0; x < 16; x++){
  buffer[x]='{TEXTO}';
 }
 Serial.flush();
}

// Funcao que chama as funcoes de acordo com as coordenadas: X=Direcao,Y=Sentido.Z=Posicao do servo

void motor(char* data){
 if ((data[0] == 'x') || (data[0] == 'X')){     // Se o determinante for igual a x ou X
  cordx = strtol(data+1, NULL, 10);     // Coordenada de x recebe o valor que acompanha o detereminante (x255 cordx = 255)
 }
 else if ((data[0] == 'y') || (data[0] == 'Y')){
  cordy = strtol(data+1, NULL, 10);
 }
 else if ((data[0] == 'z') || (data[0] == 'z')){
  cordz = strtol(data+1, NULL, 10);
  visao(cordz);     //Chama a funcao visao e passa a posicao do servo
 }
 if(cordy > 0){
  frente();
 }else if(cordy < 0){     // Coordenada de y > 0 va para frente
  tras();     // Coodenada de y < 0 va para tras
 }else if(cordy == 0){
  parar();     // Coordenada de y = 0 fique parado
 }
 if(cordx > 0 ){
  esquerda();
 }else if(cordx < 0){
  direita();
 }else if(cordx == 0){
  centro();
 }

}

// O loop e onde o programa roda chamando as funcoes

void loop() {
 if(Serial.available() > 0){     //Se houver dados
  int index=0;
  delay(100);
  int numChar = Serial.available();     //Tamanho do buffer
  while (numChar--){     // Enquanto o buffer e maior que zero
   buffer[index++] = Serial.read();     // Buffer recebe caracetere
  }
  dividir(buffer);
  Serial.flush();
 }
}

Após digitarmos o código, devemos fazer o upload para o Arduino e, finalmente, testarmos. No caso, estamos utilizando uma mesma porta Serial para comunicação USB e Bluetooth, então, devemos desconectar o pino 5v do módulo Bluetooth, antes de fazermos o upload.

Após o upload, finalmente, podemos testar. Abrimos o Serial monitor e digitamos x-2, o robô deverá virar as rodas dianteiras para esquerda.

Notem que, em nenhum momento, usamos algo relacionado ao Bluetooth, isso porquê, para usarmos o Bluetooth, devemos apenas conectar o módulo ao Arduino e garantir alguma forma de comunicarmos com o módulo via Serial.

Com cerca de 5 linhas de código em Python, podemos criar uma linha de comunicação entre o Python (SL4A) e Arduino via Bluetooth, assunto à algumas páginas a frente.

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Páginas do artigo
   1. Introdução
   2. Montagem do robô
   3. Programando
   4. Bluetooth
   5. Integrando recursos
   6. Aplicação de controle
   7. Conclusão
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Comentários
[1] Comentário enviado por albfneto em 16/04/2014 - 19:46h

Muito bom isso! favoritado

[2] Comentário enviado por vikitor566 em 16/04/2014 - 23:02h

Muito obrigado albfneto

[3] Comentário enviado por Lisandro em 16/04/2014 - 23:18h

Excelente! Parabéns pelo artigo e pela paciência. Por várias vezes pensei em fazer um artigo semelhante e sei bem o trabalho que dá.
Já está nos meus favoritos.

[4] Comentário enviado por mcnd2 em 17/04/2014 - 13:19h

Muito interessante.

Artigo muito bem explicado e de fácil entendimento.

10!

[5] Comentário enviado por vikitor566 em 17/04/2014 - 14:03h

Muito obrigado a todos, o trabalho é recompensado quando o artigo consegue compartilhar a idéia pelo qual foi feito.

[6] Comentário enviado por Sandro1 em 17/04/2014 - 21:24h

Excelente artigo e como já disseram está muito bem explicado, qualquer pessoa vai conseguir fazer esse robô!

[7] Comentário enviado por k_cesar em 20/04/2014 - 13:52h

Parabéns pelo artigo.
Excelente!

[8] Comentário enviado por matiasalexsandro em 22/04/2014 - 23:56h

excelente artigo favoritado pra projetos futuros

[9] Comentário enviado por vikitor566 em 23/04/2014 - 09:59h

Muito obrigado a todos

[10] Comentário enviado por JFurio em 19/05/2014 - 09:14h

Realmente, nota 10 mesmo ! Cheguei até a estudar um orçamento e ligar em umas lojas para ver uns orçamentos, e realmente não é tão caro ! Vou tentar montar um dia, e independente do resultado, posto aqui ! Vlw !


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