Интеграция Bluetooth с Arduino и Android: создание беспроводных проектов

Компоненты и материалы

Arduino UNO	×1
Модуль Bluetooth HC-06	×1
Светодиод (любой)	×1

Приложения и онлайн-сервисы

Arduino IDE

MIT App Inventor 2

О проекте

Bluetooth (BT) — отличная беспроводная локальная (и персональная) сеть. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с телефонами, аудиосистемами, камерами и другими устройствами, объединёнными с помощью известного «синего огонька».

В мире Интернета вещей и автоматизации удалённое управление через мобильные телефоны с использованием BT-технологий очень распространено. Это обусловлено двумя важными компонентами:

• Простые платформы разработки приложений для ANDROID (например, MIT App Inventor 2)
• Доступные BT-модули (например, HC-06)

В этом руководстве мы рассмотрим управление выходами Arduino через мобильное устройство для управления роботом, включения ламп в доме и т.д.

Шаг 1: Модуль Bluetooth и Arduino

На рынке распространены модули BT 3.0 типа «Master-Slave» (HC-05) и «Slave» (HC-06). Недавно появились HC-08 и HC-10 на базе BT 4.0 (BLE — Bluetooth Low Energy). Модули BLE — единственные, которые можно подключить к iPhone, так как Apple не поддерживает BT 3.0.

Для проектов здесь используется HC-06 — популярный и дешёвый модуль (прощай, iPhone! Здесь королём является Android!). Модуль питается от 5 В, что позволяет легко подключить его к Arduino UNO. Выводы Tx и Rx можно соединить напрямую с UNO без делителей напряжения, как в случае с ESP8266. Обычно HC-06 подключают к выводам 0 и 1 Arduino («Serial 0»):

• HC06-Tx → Arduino pin 0 (Rx)
• HC06-Rx → Arduino pin 1 (Tx)

При использовании «Serial 0» (единственного аппаратного последовательного порта UNO) важно помнить: HC-06 не должен быть физически подключён к выводам 0 и 1 во время загрузки программы, так как USB-порт также использует этот последовательный порт. Простое решение (если проект не использует много GPIO UNO) — использовать «программный последовательный порт» через библиотеку SoftwareSerial. Здесь мы используем выводы 10 и 11 UNO (Tx, Rx соответственно).

Шаг 2: Тестирование и настройка HC-06

Напишем простой код для тестирования, программирования и инициализации HC-06. Сначала подключим библиотеку SoftwareSerial, задав переменную «BT» для нового последовательного порта.

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BT (10, 11); // RX, TX
String command = ""; // Хранит ответ Bluetooth-устройства
void setup () {
  Serial.begin (9600);
  Serial.println ("Type AT commands");
  BT.begin (9600); // Обычная скорость HC-06 по умолчанию
}

Основной цикл просто ждёт данные от BT. При их поступлении данные выводятся в Serial Monitor. Также AT-команды можно отправлять из Serial Monitor в модуль HC-06.

void loop () {
  if (BT.available ()) { // принять данные, если доступны
    while (BT.available ()) { // «продолжать приём»
      delay (10); // задержка для стабильности
      char c = BT.read (); // чтение последовательного порта
      command += c; // формирование строки
    }
    Serial.println (command);
    command = ""; // без повторов
  }
  if (Serial.available ()) {
    delay (10);
    BT.write (Serial.read ());
  }
}

После загрузки программы, используя Serial Monitor, выполним базовые тесты:

• Отправить «AT» — модуль должен ответить «OK».
• Запросить версию прошивки: «AT+VERSION» — модуль ответит, например, «linvorV1.8».
• С HC-06 можно задать имя модуля: «AT+NAME=MJRoBot_BT_HC06». Но, в отличие от других модулей, нельзя узнать установленное имя. При отправке этой команды HC-06 просто отвечает: «OKsetname».

По умолчанию у HC-06 пароль (PIN): 1234. Можно установить новый командой AT:

• AT+PINxxxx, где 'xxxx' — 4 цифры.

F08H931IL8LGG7U.ino

Шаг 3: Android-устройство

Хорошо! Модуль подключён к UNO и работает. Пришло время для Android-устройства.

В Google Play много приложений. Я использую своё приложение, разработанное с помощью MIT App Inventor 2 и доступное бесплатно: MJRoBot BT Digital Analog Voice Control.

Приложение отправляет цифровые команды (кнопками или голосом) и аналоговые команды для управления PWM-устройствами вроде сервоприводов (данные в диапазоне 0–255).

• Скачайте приложение
• В настройках Android найдите BT-модуль и соединитесь (введите PIN 1234 или ваш). Это делается один раз, устройство сохранит данные.
• После сопряжения устройства и HC-06 запустите приложение. При следующем запуске соединение установится автоматически.
• Выберите имя модуля (в моём случае то, что заканчивается на HC-06).

Приложение покажет «CONNECTED», сообщая, что оно «спарено» с HC-06. Теперь протестируйте кнопки и посмотрите в Serial Monitor на ПК, какие данные отправляет приложение. Например, последовательное нажатие кнопок «ON» и «OFF» для 4 устройств даст:

dev1on dev1off dev2on dev2off dev3on dev3off dev4on dev4off

Теперь, когда Android-приложение общается с BT-модулем, создадим что-то полезное!

Шаг 4: Управление выходами Arduino

Соберём схему, как показано выше. Идея — использовать приложение для включения/выключения светодиодов и управления их яркостью.

Подключения:

• Устройство 1: «dev1on / dev1off» → Красный светодиод → Pin 3 UNO
• Устройство 2: «dev2on / dev2off» → Жёлтый светодиод → Pin 5 UNO
• Устройство 3: «dev3on / dev3off» → Зелёный светодиод → Pin 6 UNO
• Устройство 4: «dev4on / dev4off» → Синий светодиод → Pin 9 UNO

То есть, при нажатии кнопки «ON» для «Устройства 1» отправляется сообщение «dev1on», и красный светодиод загорается.

Обратите внимание: 4 вывода поддерживают PWM (не все цифровые выводы UNO могут это. Ищите отмеченные «~». Это важно для использования «слайдеров» в приложении, отправляющих числовые данные для управления яркостью через PWM):

• Dev A0: «r / 0-255» → Красный светодиод → Pin 3 UNO
• Dev A1: «y / 0-255» → Жёлтый светодиод → Pin 5 UNO
• Dev A2: «g / 0-255» → Зелёный светодиод → Pin 6 UNO
• Dev A3: «b / 0-255» → Синий светодиод → Pin 9 UNO

При использовании слайдеров перед значением PWM (0–255) отправляется символ, информирующий Arduino о команде слайдера.

Ниже полный код Arduino:

FA44NBUIL8LGGAY.ino

Шаг 5: Управление IoT-устройствами голосовыми командами

Для управления IoT-устройствами голос становится трендом. Реализовать это с Arduino / HC-06 / Android очень просто. Android-устройства уже имеют эту функцию «из коробки». В моём приложении добавлена кнопка, заставляющая Android «слушать» команду и отправлять её в текстовом формате на Arduino. Код отвечает за «чтение» приходящей строки.

Я добавил примеры в код. Когда Arduino получает команду «Connect TV», например, загорается зелёный светодиод (устройство 3) (вместо светодиода может быть реле, включающее телевизор).

Вы должны заменить строки в части Loop кода на команды на вашем языке. Я использовал португальский (мой родной), так было легче управлять в Google из-за разного акцента с моим английским. Используйте короткие фразы или отдельные слова. Важно точное совпадение между тем, что вы написали, и тем, что возвращает приложение Google для распознавания голоса.

Здесь можно найти файл .aia для прямого запуска в MIT App Inventor 2. В видео ниже небольшая демонстрация голосового управления:

Шаг 6: Заключение

Надеюсь, это руководство покажет огромный потенциал управления «вещами» с помощью BT / Android / Arduino. Как всегда, желаю, чтобы этот проект помог другим найти свой путь в увлекательном мире электроники, робототехники и IoT! Больше проектов на моём блоге: MJRoBot.org

Привет с юга мира!

Увидимся в следующем руководстве!

Спасибо

Marcelo

Код

Фрагмент кода #1

#include <SoftwareSerial.h> 
SoftwareSerial BT (10, 11); // RX, TX 
String command = ""; // Stores response of bluetooth device 
void setup () { 
  Serial.begin (9600); 
  Serial.println ("Type AT commands"); 
  BT.begin (9600); // HC-06 Usually default baud-rate 
}

Фрагмент кода #2

void loop () { 
  if (BT.available ()) { 
    while (BT.available ()) { 
      delay (10); 
      char c = BT.read (); 
      command += c; 
    } 
    Serial.println (command); 
    command = ""; 
  } 
  if (Serial.available ()) { 
    delay (10); 
    BT.write (Serial.read ()); 
  } 
}

Фрагмент кода #3

dev1on dev1off dev2on dev2off dev3on dev3off dev4on dev4off