Introdução

• Pretendemos construir instrumentos científicos mais adiante.
• Teremos vários instrumentos para controlar simultaneamente
• 
• Como coordenar o que cada equipamento está fazendo?
• Podemos usar um computador para controlar e ver o que se passa em cada um deles

Mestre e escravo (master and slave)

• Usualmente determinamos um dispositivo (ex.: PC, ou arduino) para controlar os outros instrumentos. (Mestre)
• Os outros dispositivos recebem os comandos e tentam executá-los. (Escravo)
• Os escravos também podem informar ao mestre o que está se passando.
• Ex.: A tensão de uma bateria está baixa. O escravo informa ao mestre para que ele tome a decisão de como proceder.
• Até agora usamos o arduino como escravo ou dispositivo independente.

Comunicação entre mestre e escravo

• Existem várias formas de comunicação entre mestre e escravo.
• Analógica (enviando uma tensão, ou corrente...)
• Digital:
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• A comunicação em série tem a vantagem de usar menos pinos, mas é mais lenta que a comunicação em paralelo.
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Comunicação serial com o arduino

• Já usamos a comunicação serial anteriormente (Abrir Exemplos/Basics/DigitalReadSerial):

(...)
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
(...)
// print out the state of the button:
Serial.println(buttonState);

• Primeiro estabelecemos a comunicação (Serial.begin(9600);)
• Posteriormente, podemos nos comunicar.
• Este tipo de comunicação é baseado no formato RS232
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• Cuidado para não conectar diretamente estes pinos a dispositivos RS232 nativos! RS232 opera a 12V e o arduino a 5V!

Detalhamento de alguns comandos

• Abrir DigitalReadSerial
• Ver referência do arduino.
• Serial.print(data):
• Envia data para o computador, e exibe no Monitor Serial (Ferramentas/Monitor Serial, ou CTRL+SHIFT+M)
• Forma de o escravo (arduino) informar sobre o que está acontecendo
• data pode ser uma string, int, long, float...

Detalhamento de alguns comandos

• Serial.println(data):
• Equivalente ao print, porém finaliza a linha usando os caracteres especiais \r\n
• \r: Carriage return volta para a primeira coluna
• \n: new line segue para a próxima linha
• Apenas recordando, existem vários outros caracteres especiais na tabela ASCII da aula 2.

Detalhamento de alguns comandos

• Serial.begin(speed):
• Inicializa o periférico de comunicação serial no arduino, indicando a quantidade de bits por segundo que serão comunicados. Min: 300, Máx: 115200
• Serial.end():
• As vezes pode ser interessante desativar o periférico. Esta função desativa a comunicação serial.

Detalhamento de alguns comandos

• Serial.available()

• Indica se existem informações a processar

  // Aguarda ate que um novo caractere seja recebido pela serial
  void esperaSerial(){
    int buffer = 0;
    while((Serial.available()<=0)&&(buffer<20000)){
      buffer++;
    }
  }

• Importante para comunicação assíncrona (otimiza a capacidade de processamento).

Detalhamento de alguns comandos

• Serial.write(int), Serial.write(str), Serial.write(buf, len)
• Envia pela serial uma sequência de bytes.
• Pode enviar um byte com código ASCII bem conhecido
• É possível enviar também uma string, ou um array buf, de comprimento len.

• Que informação é exibida no monitor serial pelo programa abaixo?

  void setup(){
    Serial.begin(9600);
  }
  void loop(){
    Serial.write(100);
  }

Detalhamento de alguns comandos

• Serial.read()
• Verifica se o arduino recebeu alguma informação nova do computador. Interpreta como int. Se não houver novas informações, retorna -1.
• Podemos usar para enviar comandos do PC para o arduino
• Por agora, podemos comunicar usando o Monitor Serial
• Importante: a leitura só deve ocorrer caso o comando tenha sido enviado! É importante usar o available()
• Importante: Nós sabemos qual é o tipo de informação enviada, mas o arduino recebe sequências de 0's e 1's. É preciso informar qual o tipo de informação está chegando para que ele compreenda corretamente.

Dimmer

• Abrir o exemplo 04.Communication/Dimmer
• Veja o que acontece quando é enviado um comando pelo Monitor Serial.

const int ledPin = 9;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  byte brightness;

  // check if data has been sent from the computer:
  if (Serial.available()) {
    // read the most recent byte (which will be from 0 to 255):
    brightness = Serial.read();
    // set the brightness of the LED:
    analogWrite(ledPin, brightness);
  }
}

Comentário sobre o programa anterior

• O Serial.read() interpreta cada caractere enviado como um número.
• Quando o computador envia 120 pela serial, o arduino recebe 3 bytes (0b indica um número binário):
• Caractere 1 -> 0b110001, ou 49 em decimal.
• Caractere 2 -> 0b110010, ou 50 em decimal.
• Caractere 0 -> 0b110000, ou 48 em decimal.
• Como enviar o número 130 para o arduino? Pode-se enviar um caractere equivalente a 130 diretamente (0b10000010=='x'), ou produzir uma função que traduz os bytes de cada caractere em um número.
• Nota: Perceba que enviar o número diretamente como valor binário é mais eficiente, no entanto pode ser mais confuso.

Interpretação de um número enviado explicitamente na serial

• Serial.parseInt()
• Interpreta os caracteres enviados pela serial como um número inteiro, e despreza outros caracteres enviados.
• Substituiam Serial.read() por Serial.parseInt() no exemplo 04.Communication/Dimmer. Vejam o que acontece ao enviar um número pelo monitor serial.

Exercício

• A função Serial.parseFloat() é idêntica à parseInt(), com a distinção que esta interpreta pontos flutuantes. Façam um programa que receba números flutuantes pela porta serial e atribua 0 como menor brilho no LED, e 1 o máximo de brilho.

Comunicação com o usuário

• Considerando o que vimos até aqui, é possível que um computador controle o equipamento. No entanto, usualmente queremos que uma pessoa que interaja com um equipamento possa mexer em todas as suas funções sem auxílio externo.
• Ex.:

Comandos do usuário

• O usuário pode controlar um dado instrumento por exemplo apertando botões (sinais digitais) e ajustando potenciômetros (sinais analógicos)
• Já sabemos como identificar que um usuário apertou um botão (digitalRead(pin)), ou qual a posição de um potenciômetro (analogRead(pin)).
• Podemos usar o programa para interpretar estas informações e controlar as ações do instrumento.

Exercício

• Usando 1 botão e 1 potenciômetro, controle o brilho de 2 leds de forma independente.
• Dica: faça um programa que funcione primeiro para controlar o brilho de 1 led apenas, e veja como é possível usar o botão para controlar o brilho dos leds.
• Desafio: Faça com que o clique do botão alterne qual o botão cujo brilho é ajustado pelo potenciometro

Feedback para o usuário

• Temos usado o Monitor Serial para receber informações do arduino. Ex.: valor da tensão num potenciômetro.
• No entanto, gostaríamos que o arduino pudesse ser operado independentemente do computador.
• Precisamos passar estas informações para uma tela
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Display LCD

• Inicialmente consideraremos o display de LCD 16x2, com driver HD44780U

Driver do display LCD

Exemplo

• Mais uma vez, caso fôssemos implementar do zero, teriamos bastante trabalho para controlar o comportamento do display. Entretanto, já existe uma biblioteca no Arduino que pode nos ajudar.
• Vejam o exemplo LiquidCrystal/Hello World
• #include <LiquidCrystal.h> -> Biblioteca que cuida dos detalhes de baixo nível da comunicação entre o arduino e o módulo HD44780U
• LiquidCrystal lcd(rs, enable, d4, d5, d6, d7); (implementação básica)
• rs: (Register Status) Indica o status do LCD (se ele aceita novas informações ou está processando o pedido anterior).
• enable: Indica quando existe um caractere disponível para enviar
• d4-d7: Pinos utilizados para enviar os dados em paralelo. É possível usar 8 pinos ao invés de 4, mas isto é pouco frequente. (Por que?)
• lcd.begin(16, 2); Indica o número de colunas (caracteres) e linhas do display usado
• lcd.print("hello, world!"); Envia uma determinada string para o módulo do display

Conexão do LCD

• Pinos do display: VSS-> 0V (Terra), VDD -> 5V, R/W-> Leitura(1) ou Escrita(0), LED+- (Tensões para ligar a iluminação), V0 -> Controle do brilho do LED interno.

Exercício

1. Fazer o exemplo funcionar no display.
2. Fazer com que o display mostre a tensão de um potenciômetro.
3. Fazer com que a tela exiba uma mensagem quando a tensão do potenciômetro for menor que 1 V