- Introdução
- Estrutura de pastas e arquivos
- Como baixar os arquivos deste projeto (Download)
- Trechos de código sensíveis ao tipo de servo utilizado
- Esquema
- Dispositivo Bluetooth utilizado neste projeto
- Protótipo Arduino
- Aplicativo Android
- Código-fonte
- Protocolo de mensagem (Spartphone e Arduino via Bluetooth)
- Fotos
- Videos
Este projeto é uma versão básica de um Sintonizador de Antenas implementado com Arduino e controlado por um dispositivo móvel baseado em Android. Com este projeto, será possível controlar remotamente, por exemplo, uma Antena Loop Magnética no estilo da Alexloop ou uma de construção caseira, via Bluetooth, a partir do seu dispositivo móvel (celular ou tablet) baseado em Android. Há duas opções preferencialmente sugeridas neste documento: uma utilizando o sintonizador de antenas com um capacitor e outra com dois capacitores. Essas duas versões utilizam o Bluetooth Clássico (HC-05, HC-07 etc). Há também uma versão experimental do sintonizador de antenas utilizando um Bluetooth Low Energy (BLE). No entanto, até o presente momento o aplicativo para celular ainda não foi desenvolvido ou adaptado para esta versão com o BLE. Assista aos vídeos referenciados no final desta página. Acredito que este projeto possa oferecer os elementos básicos para projetos mais robustos envolvendo as tecnologias utilizadas aqui.
Fortaleza, 3 de abril de 2019. Por PU2CLR, Ricardo Lima Caratti.
Este trabalho está organizado em pastas. Cada pasta possui o conteúdo descrito a seguir:
- A pasta Box_3D_Printer contem o projeto de uma caixa construída em uma impressora 3D especialmente para a Alexloop ou similar. Clique aqui para assistir a um vídeo sobre este projeto;
- A pasta images contém fotos sobre este projeto;
- A pasta schematic contém dois esquemas construídos por meio do software fritzing, um programa livre para construção de esquemas elétricos. Há duas versões do projeto: uma utilizando um Servo para trabalhar somente com um capacitor; e outra utilizando dois servos para trabalhar com um capacitor principal e outro de sintonia fina;
- A pasta sources contém os códigos-fonte do Aplicativo para SmartPhone para Android, e dois sketchs (programas para Arduino).
A estrutura de pastas e arquivos descrita no item anterior é apresentada neste repositório de projetos conforme ilustra a figura a seguir. Clique aqui para entrar na página e em seguida clique no botão verde, à direita, identificado por "Clone or Download".
Há duas versões do sintonizador de antena. Uma com um capacitor e outra com dois capacitores. A opção com dois capacitores sugere que o capacitor de sintonia fina seja de baixa capacitância. Dessa forma, o processo de sintonia ficará mais fácil e mais preciso. Clique aqui para assistir a um vídeo que ilustra o sintonizador com dois capacitores.
O esquema a seguir ilustra a versão do sintonizador de antena configurado para somente um capacitor acoplado a um servo. Esta versão se aplica para antenas no estilo da Alexloop ou loop magnética de construção caseira que utiliza capacitores variáveis com duas ou mais seções.
O esquema a segui apresenta a versão do sintonizador com dois capacitores acoplados em dois servos.
Os dispositivos HC-05 e HC-06 e HC07 funcionaram com sucesso. A versão utilizando um Bluetooth BLE pode ser vista clicando aqui. As figuras a seguir apresentam um bluetooth clássico (HC-05).
Este projeto apresenta basicamente três opções para a construção de um Sintonizador de Antenas Loop Magnética controlado por Arduino e Smartphone. A primeira opção propõe a utilização de um capacitor acoplado a um Servo conectado ao Arduino que, por sua vez, interage com um dispositivo Bluetooth clássico (HC-05, HC-07 ou similar). A segunda opção propõe a utilização de dois capacitores, um para sintonia normal e outro para sintonia fina, que operam de forma similar à versão anterior usando um Bluetooth clássico. A terceira opção utiliza praticamente a mesma configuração da primeira opção, exceto que no lugar do Bluetooth Clássico, é utilizado um BLE (HM10 / HMSoft). Os códigos para cada opção descrita anteriormente estão disponíveis na pasta sources deste repositório.
As duas primeiras opção funcionam perfeitamente em dispositivos móveis Android (Celular ou Tablet) por meio do Aplicativo Android desenvolvido para este projeto. Isto é, com o mesmo Aplicativo Android, é possível controlar um sintonizador de antena loop magnética com um ou dois capacitores usando o Bluetooth Clássico.
A terceira opção deste projeto implementa a comunicação do Arduino com BLE. No entanto, até o momento em que escrevo estas linhas, ainda não desenvolvi um programa específico para controlar remotamente o sintonizador de antenas via BLE. É possível porém, utilizar um Aplicativo qualquer de comunicação serial para este fim. Clique aqui para mais detalhes sobre como controlar o sintonizador de antenas loop magnética usando BLE.
Inicialmente, o sintonizador remoto para antena loop magnética usando Smartphone via Bluetooth, foi projetado para funcionar com dispositivos Bluetooth clássicos do tipo HC-05, HC-7 etc. No entanto, nos últimos 5 anos, a oferta de dispositivos Bluetooth com a especificação BLE (Bluetooth Low Energy) para plataformas de desenvolvimento como Arduino aumentou sobremaneira. Além disso, o custo destes dispositivos Bluetooth ficou bastante atrativo. Seguem algumas considerações e experiências sobre os dois tipos de Bluetooth observadas durante o desenvolvimento deste projeto:
- O Bluetooth Clássico oferece uma documentação mais rica e com mais exemplos e experiências de uso em projetos com Arduino
- Os dispositivos Bluetooth clássicos ainda são mais baratos e mais fáceis de serem adquiridos;
- BLE permite conexão com dispositivos móveis da linha Apple. Com isso, é possível desenvolver ou obter um aplicativo de terceiro para iOS que possa ser utilizado com o sintonizador de antenas proposto neste projeto;
- Ainda que seja possível utilizar este projeto em ambiente iOS via BLE, o Bluetooth não aparece na lista padrão de dispositivos pareados do sistema da Apple. Ou seja, o BLE só é visualizado durante a execução do Aplicativo utilizado como controle remoto. Este comportamento pode confundir o usuário em sua primeira análise;
- Em dispositivos do tipo Android, o BLE funciona quase da mesma forma que o Bluetooth Clássico. Isto é, não há diferença visível para o usuário final entre o modelo clássico e o BLE.
- No que tange à codificação de programas usando Bluetooth Clássico e BLE, tanto programa Arduino (sketch) como o programa para dispositivos móveis Android e iOS utilizam abordagens diferentes. Isto é, uma vez selecionado o tipo de Bluetooth que será utilizado, o código desenvolvido deve utilizar as blbliotecas e APIs (Application Program Interface) contruídas para o Bluetooth escolhido.
A foto a seguir mostra a configuração do Android, Bluetooth Clássico (HC-05, HC-07 etc) e Servo. É recomendável que você verifique as especificações do servo que você estiver utilizado. É possível que você necessite alterar algumas definições do servo no sketch. Tente acompanhar a documentação existente no próprio sketch.
A foto a seguir apresenta a montagem da versão do protótipo utilizando dois servos que serão acoplados a dois capacitores. O sketch ArduinoTwoCapacitor.ino implementa este versão.
A aplicação para dispositivo Android foi desenvolvido em 2014 utilizando os recursos nativos do ambiente de desenvolvimento para Android (conhecido atualmente como Android Studio). A última compilação deste aplicativo foi em 2019 utilizando o Android Studio 3.3.2.. O programa está bem documentado e poderá ajudá-lo a entender como foi feita a comunicação de um dispositivo Android com o Arduino via Bluetooth Clássico. O módulo principal do aplicativo é o BluetoothTuner.java. Baixe e instale o Android Studio e siga as orientações do ambiente de desenvolvimento Android para abrir, compilar e instalar o aplicativo no seu dispositivo móvel.
Atualmente há outros ambientes de desenvolvimento para Android mais fácies de utilizar e desenvolver esse tipo de aplicativo. Recomendo fortemente a utilização do MIT App Inventor. Veja também outros ambientes de desenvolvimento multiplataforma como Apache Cordova e Ionic.
A figura a seguir ilustra a primeira tela do aplicativo. Você precisará parear o Bluetooth previamente em seu dispositivo móvel (celular ou tablet).
Na lista de dispositivos Bluetooth pareados, selecione o Bluetooth conectado ao Arduino (foi usando nos testes o HC-05, HC-06 e HC-07).
Uma vez conectado o Bluetooth com sucesso, o Aplicativo pode ser utilizado para enviar comandos para o Arduino.
Todos os fontes utilizados neste projeto estão disponíveis na pasta 'sources'. Durante o upload do sketch para o Arduino, você deve desconectar o Bluetooth do arduino. É recomendável acompanhar a documentação escrita no programa.
Dependendo da configuração que você optar, um ou dois capacitores, bem como as especificações técnicas do servo que você utiliza, é possível que você precise modificar alguns parâmetros no sketch do Arduino e também no Aplicativo Android. Veja a documentação nos fontes ArduinoOneCapacitor.ino, ArduinoTwoCapacitors.ino e BluetoothTuner.java.
Os trechos de código a seguir ilustram a configuração no Aplicativo Android (em Java) e Arduino (em C/C++) que permitem um ajuste fino do servo e capacitor utilizado por você. Caso não conheça os valores especificados pelo seu servo, inicie seus testes sem fazer alteração nos códigos
É nenessário um conhecimento mínimo em desenvolvimento de aplictivos para Android para elaborar algumas mudanças no Aplicativo. Caso você não se sinta seguro para fazer isso, é melhor iniciar os experimentos sem fazer alteração alguma.
O código a seguir define os limites máximo (MAXPOS) e mínimo (OFFSET), bem como a posição central (CENTER) do servo no Aplicativo Android (BluetoothTuner.java). Os componentes de interface do aplicativo SeekBar (barras Band, Tune e Fine Tune) utilizam estes valores como referência para enviar valores entre os limites (MAXPOS e OFFSET) para o servo na proporção que o usuário do aplicativo arrasta o dedo sobre os componentes de interface.
// You might change this setup depending of your servo specification
public int OFFSET = 800; // Min. Pisition (0 degree)
public int MAXPOS = 2200; // Max. position (Max. degrre)
public int CENTER = (MAXPOS - OFFSET)/2 + OFFSET /2; // Center is CENTER + OFFSETO código a seguir configura a sintonia fina (Tune e Fine Tune) e usa como referência as constantes descritas anteriormente. Note também que, dependendo da configuração selecionada (um ou dois capacitores), os valores para componentes de sintonia fina mudam. É possível que você encontre valores mais adequados para o seu tipo de servo e capacitância do seu capacitor.
// Change parameters for one or two capacitors
// You might change the values depending of your capacitance of your capacitor and servo specification
public void onTwoCapacitorsClicked(View v) {
boolean chk =((CheckBox) v).isChecked();
if (chk ) { //
MIDDLE_MAX_OFFSET = MAXPOS;
MIDDLE_CENTER = CENTER;
FINE_MAX_OFFSET = MAXPOS / 4;
FINE_CENTER = CENTER / 4;
} else { // One Capacitor estimated values. You might need change it
MIDDLE_MAX_OFFSET = MAXPOS / 4;
MIDDLE_CENTER = CENTER / 4;
FINE_MAX_OFFSET = MAXPOS / 8;
FINE_CENTER = CENTER / 8;
}
seekbarMiddleTune.setMax(MIDDLE_MAX_OFFSET);
seekbarMiddleTune.setProgress(MIDDLE_CENTER);
seekbarFineTune.setMax(FINE_MAX_OFFSET);
seekbarFineTune.setProgress(FINE_CENTER);
}O código a seguir definem os valores máximos (MAX_PULSE) e mínimos (MIN_PULSE) dos servos no programa Arduino. Também define as constantes de sintonia fina (FINE_TUNE), sintonia (NORMAL_TUNE) e banda (LARGE_TUNE) que não são utilizadas no caso do aplicativo Android. O Aplicativo Android já envia o valor exato da posição do servo.
// Define pulse width modulation for fine, regular and large tune
#define FINE_TUNE 5 // short pulse on servo
#define NORMAL_TUNE 15 // regular pulse on servo
#define LARGE_TUNE 50 // large pulse on servo
#define SERVO_PIN 9 // Pin where is connected the servo
#define CAP_LED_PIN 13 // Define the status LED pin of the capacitor
#define MIN_PULSE 800 // Min. pulse of the servo (you need to know abour you servo specification)
#define MAX_PULSE 2200 // Max. pulse of the servo (you need to know abour you servo specification)O Arduino recebe as mensagens enviadas pelo Aplicativo Android via conexão UART. Qualquer programa que utiliza Bluetooth e for capaz de enviar sequências de caracteres poderá ser utilizado. A tabela a seguir apresenta os comandos (mensagens) e as ações executadas pelo Arduino.
Para mais informações, veja no sketch Arduino (ArduinoOneCapacitor.ino ou ArduinoTwoCapacitors.ino), as constantes definidas FINE_TUNE, NORMAL_TUNE, LARGE_TUNE, MIN_PULSE and MAX_PULSE. Estas constantes definem a largura de pulso para rodar o servo vendidos. Embora a maioria dos servos encontrados no comércio utilizem especificações similares, é possível que você precise modificar os valores para adequar melhor ao seu servo. O condigo-fonte BluetoothTuner.java (do aplicativo Android) também pode precisar de ajustes dependendo do seu servo.
| Mensagem | Descrição |
|---|---|
| + | Sintonia fina no sentido horário. |
| - | Sintonia fina no sentido anti-horário. |
| r | Sintonia média no sentido horário. |
| l | Sintonia média no sentido anti-horário. |
| R | Sintonia larga no sentido horário. |
| L | Sintonia larga no sentido anti-horário. |
| M | Faz com que o servo ou servos girem até a posição máxima. |
| m | Faz com que o servo ou servos girem até a posição mínima. |
| C or c | Posiciona o servo ou servos no centro. |
| F | Esta mensagem vem composta com número e conduz o servo para uma posição específica. Exemplo: a mensagem F1000# faz com que o servo vá para a posição 1000. O caractere # indica o fim da mensagem para este caso. |
| T | Como descrito em anteriormente ('F') este mensagem conduz o servo para ir para uma dada posição. Exemplo: a mensagem T1500# faz com que o servo vá para a posição 1500. |
Os arquivos (código-fonte) ArduinoOneCapacitor.ino, ArduinoTwoCapacitors.ino and BluetoothTuner.java poderão ser úteis para o entendimento deste protocolo de comunicação.
