Comandos por BLE – (Parte 1 de 2) – El Receptor

Para continuar la exploración de la tecnología BLE que comenzó nuestra compañera Rebeca Rodriguez Tencio acá, les presentamos este primer tutorial de dos relacionados. La idea es poder implementar una forma de enviar comandos a una tarjeta de prototipado via Bluetooth Low Energy (BLE) desde una App de un teléfono Móvil.

En esta primera parte implementaremos un servicio “Comando LED” en un microcontrolador compatible con Arduino 101 llamado TinyTILE (basado en el chip Curie de Intel)

En la segunda parte, implementaremos una App (Android y IOS) usando IONIC 3 que le envía comandos al micro-controlador mediante el sistema BLE del teléfono.

(!) Antes de seguir estas instrucciones asegúrese de entender las Condiciones de Uso de nuestro sitio.

Primero: Programemos el Curie

En resumen:

  1. Necesitaremos un protoboard, un LED, una resistencia de 150 Ohm, un TinyTILE y un cable USB a micro-USB y una PC
  2. El circuito es muy sencillo:


  3. En la PC instalamos los controladores de placa “Arduino/Genuino 101” en el IDE de ARDUINO (V.1.8.2)
    • Menu: Tools >  Board > Board Manager > Search “Curie” > Instalar V 2.0.2 o superior.
  4. Descargamos el programa (sketch) de ejemplo de mi repositorio de Github y lo abrimos con el IDE de ARDUINO.
  5. Instalamos el boceto de ejemplo en la placa
    • Menu: Sketch > Upload
  6. Usamos una app para pruebas BLE denominada “BLE Scanner” para enviar comandos “ON” y “OFF”
  7. Nótese que hemos implementado una función “parpadear” que nos permite ver si el sketch arrancó adecuadamente.

Las siguientes imágenes ilustran el uso de BLE Scanner para enviar los comandos.

Seguidamente mostramos el código original del programa con los comentarios detallados sobre su funcionamiento. Es realmente sencillo; podemos resumirlo en:

  1. Definir un servicio BLE “ServicioBLE_Comando” (línea 5)
  2. Deinir una característica BLE “CaracteristiciaBLE_Comando” de tipo genérica, de lectura y escritura con mensajes de 20 bytes (línea 8)
  3. Darle un nombre al dispositivo “COMANDO LED” e inicializarlo, agregando el servicio y la característica (línea 19)
  4. Publicitamos el servicio (línea 23)
  5. Leemos eventos BLE en la característica (nuevos comandos) que luego son interpretados y ejecutados (líneas 31,33,57,61)
  6. Para esto convertimos el valor recibido a un String (línea 63)

 


#include <CurieBLE.h>
#define ledPin 13

//Definimos un servicio BLE
BLEService servicioBLE_Comandos("db938b80-f010-44b6-8aa9-1835adf9419a"); // create service

//Definimos una característica que pueda ser leida o escrita desde una central BLE, con capacidad de 20 bytes por mensaje.
BLECharacteristic caracteristicaBLE_Comandos("9906064e-9bbe-4eba-b415-bbd223f7d3d9", BLERead | BLEWrite, 20);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT); 
  delay(500); //Esperamos un poco de tiempo (500ms) por si se puede habilitar la terminal serial.
  parpadear(5,200);//Señalizamos con el LED que estamos iniciando el sketch
  
  BLE.begin(); //Inicializamos el sistema Bluetooth Low Energy (BLE) del Curie
  parpadear(2 ,100);//Señal de aviso de que la operación anterior fue exitosa
  
  BLE.setLocalName("COMANDO LED"); //Definimos un nombre para publicitar nuestro dispositivo
  BLE.setAdvertisedService(servicioBLE_Comandos);//Definimos el servicio que se va a publicitar
  servicioBLE_Comandos.addCharacteristic(caracteristicaBLE_Comandos); //Agregamos la característica al servicio
  BLE.addService(servicioBLE_Comandos); //Agregamos el servicio al dispositivo  
  BLE.advertise(); // Publicitamos el dispositivo
  parpadear(3 ,100);//Señal de aviso de que la operación anterior fue exitosa

  Serial.println("En este punto el dispositivo queda listo, publicitado y esperando conexiones...");
  parpadear(10,50);//Señal de aviso de que SETUP se concluyó satisfactoriamente
}

void loop() {
  BLE.poll(); // Obtenemos cualquier evento BLE que haya sido enviado al dispositivo

  if (caracteristicaBLE_Comandos.written()) { //Si hay datos, ejecutamos el comando
    leerYEjecutarComado();
  } // ... caso contrario simplemente se termina el flujo de loop()
}

/**
 * Este método lee el comando registrado en la característica BLE y lo ejecuta.
 */
void leerYEjecutarComado(){
    String valorDelComando = obtenerValorDelComando();

    if (valorDelComando.startsWith("ON")) {
      Serial.println("LED on");
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
    } else {
      Serial.println("LED off");
      digitalWrite(ledPin, LOW);
    }
}

/**
 * Extraer el valor del comando en formato String
 */
String obtenerValorDelComando(){
    int longitudDelComando = caracteristicaBLE_Comandos.valueLength();
    Serial.print("Longitud: ");
    Serial.println(longitudDelComando);
      
    const byte* val = caracteristicaBLE_Comandos.value();
    
    String strValor = String((const char *)val).substring(0, longitudDelComando);
    Serial.println("|" + strValor + "|");

    return strValor;
}

void parpadear(int times, int milliseconds){
  for(int i=0; i<times; i++){
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(milliseconds);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(milliseconds);
  }
}

 

 

Prototipos de Software con Computadoras Virtuales c9.io

Este es un post realmente corto.

Cuando uno está experimentando o desarrollando con tecnologías de software para cosas como desarrollo web y de aplicaciones móviles, sistemas como NodeJS o Python, visión computarizada, etc… usualmente requerimos instalar en nuestros computadores una cantidad importante de bibliotecas y paquetes para realizar pruebas con dichas tecnologías.

C9.io es un servicio comercial de máquinas virtuales en la web.

La verdad me ha parecido muy sencillo y completo.

https://c9.io

Todo es cuestión de crear una cuenta de usuario, ojalá enlazada con nuestra cuenta de usuario de github.com (si la tuvieramos) y vualá, podemos crear nuevas máquinas virtuales, clonar las existentes, y operarlas para instalar y desinstalar cosas a nuestro antojo casi ilimitado.

Una cuenta gratuita nos permitirá generar nuevas máquinas virtuales con ciertas limitaciones de capacidad de procesador, memoria RAM (512MB) y almacenamiento (2GB) que por lo general son suficientes para realizar pruebas de concepto o experimentación.

En próximas entregas estaré discutiendo un poco cómo realizar pruebas en C9.io para desarrollo de apps en ionic, nodejs, python-opencv entre otros.

Mis primeros pasos con ionic

Bueno, como nos pasa a todos, un día desperté con esa imperiosa necesidad de crear una app para teléfonos inteligentes; y pues, comenzar no es fácil si tomamos en cuenta que las principales plataformas de desarrollo (IOS y Android) tienen sus costos y complejidades.

(!) Antes de seguir estas instrucciones asegúrese de entender las Condiciones de Uso de nuestro sitio.

Afortunadamente, mis compañeros del centro de innovación habían estado realizando una investigación sobre algo similar, y me hablaron del Ionic Framework, un sistema para desarrollar aplicaciones móviles usando tecnologías web (HTML, CSS, JS/TS, ANGULARJS) etc que luego pueden implementarse tanto en Android como IOS.

Dentro de las bondades de Ionic podemos listar las siguientes:

  1. Manejo de plantillas de proyecto predefinidas
  2. Acceso a características específicas de hardware (bluetooth, gps, camara, etc)
  3. Pre-visualizacion de las apps usando IonicView directamente en los dispositivos móviles tanto para Android como para IOS

Pero bueno, he querido comenzar con el pie derecho, configurando una estación de trabajo LINUX UBUNTU 16.04 así que aquí van algunos lineamientos básicos para comenzar:


#1 – NodeJS

Es necesario instalar nodeJS y npm. Para Ubuntuo 16.04 he encontrado esta guía que me ha parecido muy completa. En ella se discuten diferentes métodos. Yo elegí usar el método de nvm (node version manager) que se puede resumir en los siguientes comandos uno por uno.

Antes de iniciar vaya a https://nodejs.org/en/download/ y determine cual es la versión LTS (en nuestro caso es la 6.11)

cd
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential libssl-dev
curl -sL https://raw.githubusercontent.com/creationix/nvm/v0.31.0/install.sh -o install_nvm.sh
bash install_nvm.sh
source ~/.profile
Opcionalmente: nvm ls-remote | grep Latest
nvm install  6.11
node -v
npm -v

#2 – Instalación de IONIC

Ahora, de acuerdo con la guía de inicio de IONIC procedemos con el siguiente comando (puede tardar muchos minutos):

npm install -g cordova ionic --verbose

Luego de unos minutos (como 15 con mi conexion 3G) y de mucho texto en la consola, podemos usar el comando ionic -v para determinar la versión que hemos instalado.

En este punto es importante crear una cuenta personal en https://apps.ionic.io/signup para poder visualizar las aplicaciones con Ionic View. Una vez creada la cuenta podemos usar el siguiente comando para que nuestra instalación de ionic quede conectada a nuestra cuenta.

ionic login

#3 Creación de un nuevo proyecto

(!) Antes de crear un nuevo proyecto, es importante asegurarse que su GIT local esté instalado y configurado.

Al momento de escribir este artículo, la guía de inicio hace mención de 3 tipos de proyecto: blank, tabs y sidemenu (aunque hay todo un mercado de tipos de proyecto en la red). La verdad nos gustó más el de tabs, así que usamos estos comandos:

cd
mkdir myIonicTests
cd myIonicTests
ionic start myApp tabs

Dado que ya habíamos hecho login en el paso anterior, podemos decirle que si (Y) a la pregunta de la terminal “Link this app to your Ionic Dashboard to use tools like Ionic View? (Y/n)“. Al decir que sí el sistema termina de crear el app y nos lleva al navegador de Internet a la página de ionic para crear nuevas apps para el visor. Más tarde será necesario utilizar el comando ionic link para conectar el código de nuestra app local con su correspondiente entrada en Ionic View.

(!) Notas: Algo importante de resaltar es que este template de una vez crea el proyecto como un repositorio GIT. Reconectar un repositorio GIT a nuestra cuenta GIT de preferencia es una tarea importante a  futuro, pero eso lo dejaremos para otro artículo.
Otra cosa importante es que el comando start de ionic necesitará una conexión a Internet estable para poder descargar todos los archivos, bibliotecas y dependencias necesarias.

En este punto ya podemos ejecutar el comando ionic serve para pre-visualizar el app en nuestro navegador local.


#4 Ejecutar la aplicación en un celular

Nótese que al crear la aplicación en el sitio web de ionic, se generó un código de identificación de la app. En la aplicación IonicViewer de Android o IOS se puede acceder con sus credenciales de ionic, o usando el código de identificación de la aplicación.

Antes de subir el código a Ionic View, necesitamos enlazarlo con nuestra nueva app; usando el comando ionic link. Se usan las flechas arriba y abajo del teclado para seleccionar el app.

Para subir el código más reciente utilizamos el comando ionic upload; luego en la aplicacion de celular Ionic View usamos la opción “Clear App Data” y luego “View App”

En una próxima entrada estaremos discutiendo cómo modificar el código.

 

Introducción al ESP8266

Aquí resumo algunas cosas que he ido descubriendo del ESP8266 esta semana:

#1 – El ESP8266 viene programado de manera nativa con un firmware que responde a comandos AT para realizar conexiones y comunicación WiFi. Una referencia útil al set de comandos se puede encontrar acá.

#2 – El ESP8266 puede ser programado mediante el IDE de ARDUINO. Para esto es necesario instalar la definición de placa usando la opción de Tools > Board Manager; pero antes de esto es necesario configurar la siguiente URL para definición de tarjetas adicionales usando la opción File > Preferences > Additional Boards Manager URLs.

URL:  http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Es necesario cerrar el IDE y volverlo a cargar para poder utilizar el board que aparece en la lista abajo como “Generic ESP8266 Module“. (!) Importante: Una vez re-programado el módulo se pierde el firmware que habilita los comandos AT. Para re-habilitarlos será necesario seguir alguno de los procedimientos disponibles para cargar el firmware

#3 – Se puede conectar el módulo directamente a la PC usando un convertidor USB-Serial FOCA 2.2 con las siguientes conexiones; pero antes se debe configurar el FOCA 2.2 para operar a 3.3V, caso contrario se daña el ESP8266:

esp8266_pinoutFOCAV2.2        ESP8266
   VCCIO -----> VCC (3.3V)
     TXD -----> RXD
     RXD <----- TXD
     GND <----- GND
   VCCIO --R*-> CH_PD

R* es un resistor de 3KOhm

 Opcionalmente se enciende el dispositivo con el GPIO0 conectado a tierra (GND) para habilitar la descarga de sketches de ARDUINO en el módulo; y luego se desconecta de GND para operar con el Sketch descargado.
FTDI Cable             ESP8266
 VCCIO (red)    -----> VCC (3.3V) 
   TXD (orange) -----> RXD 
   RXD (yellow) <----- TXD
   GND (black)  <----- GND
 VCCIO (red)    --R*--> CH_PD

#4 – La definición de placa del ESP8266 de ARDUINO (“Generic ESP8266 Module“) incluye una cantidad importante de ejemplos muy básicos para la operación del módulo, ya sea como Cliente HTTP, o cliente WiFi, o Access point, e incluso la creación de redes tipo Mesh usando WiFi.

#5 – El módulo ESP8266 no tiene capacidad para comunicarse con servicios de Internet por canales seguros de tipo HTTPS, lo cual representa una limitante sobre el tipo de aplicación que se pueda implementar. Como medida mínima es recomendable conectar el ESP8266 a un IoT Gateway con capacidad de comunicación HTTPS hacia la nube y no usarlo en aplicaciones suceptibles en caso de ser “hackeadas” ya que es relativamente facil para un hacker poder interceptar los datos provenientes del ESP8266 (no cifrados) interpretarlos e incluso suplantarlos.

#6 – El ESP8266 se puede conseguir en Costa Rica en CR Cibernetica. Nótese que al momento de escribir este artículo el precio estaba en $7.95, solamente $1 por debajo del SONOFF que aparte de traer uno de estos módulos tiene el hardware necesario para manejar corriente AC y un programa predeterminado para poder operarlo mediante un App de teléfono.

#7 – En Amazon se puede conseguir hasta por $15 cuatro módulos ($3.75 cada uno!). En Wish.com se pueden conseguir incluso a $2. Aunque para ser sinceros la comodidad de comprarlos en CR Cibernética y que me los traigan a domicilio el día siguiente es inigualable.

 #8 – Volviendo a los comandos AT, se puede acceder a estos mediante una terminal como Putty usando el puerto serial del FOCA V2.2 a una velocidad de 115200 bauds, pero es necesario (al menos en el caso de Putty) utilizar [ENTER] y [CTRL]+[ J ] para enviar los comandos al módulo y obtener una respuesta. Una conexión parecida se puede usar desde un ARDUINO 101 (que opera a 3.3V) usando la librería SoftwareSerial para operar el ESP8266 usando comandos AT enviados desde el ARDUINO. También se puede operar el ESP8266 desde un arduino usando los GPIO del ESP8266 como indicativos de qué hacer y que un Sketch de ARDUINO en el ESP8266 tome decisiones y realice comunicaciones WiFi basadas en esas señales.

#9 –  Finalmente cabe mencionar que el módulo tiene la capacidad de almacenar información en estado apagado. Lo cual permite, por ejemplo, recordar cual fue el último SSID/Passphrase que se usó y reconectar al encender, tanto para aplicaciones basadas en comandos AT como para aplicaciones basadas en sketch de Arduino ejecutados en el módulo ESP8266.

Sensor de Proximidad LV-MaxSonar-EZ

En esta entrada 2017-04-27_2207queremos compartirles algunos detalles técnicos de un sensor que hemos estado explorando recientemente. Se trata de  la línea de sensores ultrasónicos fabricados por MaxBotix.Inc LV-MaxSonar-EZ, que poseen las siguientes ventajas:

  • Rango de detección: Son capaces de detectar objetos casi 7 metros de distancia.
  • Multiples Interfaces: Pueden ser leídos de diferentes formas: Ancho de pulso, RS232 Serial y Voltaje Analógico.
  • Versatilidad de Alimentación: Funcionan con una alimentación desde 2.5V hasta 5V.
  • Tamaño: Un diseño pequeño y muy ligero.

Esta línea de sensores posee 7 pines con las siguientes especificaciones:

Pin 1 (BW): Deje abierta o mantenga baja para salida en serie en la salida TX. Cuando el pin BW se mantiene en alto, la salida TX envía un Pulso (en lugar de datos en serie), adecuado para encadenamiento de bajo ruido.

Pin 2 (PW): Este pin emite una representación de ancho de pulso de rango. La distancia se puede calcular utilizando el factor de escala de147uS por pulgada.

Pin 3 (AN): Da salida al voltaje analógico con un factor de escala de (Vcc / 512) por pulgada. Una fuente de 5V produce ~ 9.8mV / pulgada mientras que una de 3.3V produce ~ 6.4mV / pugada. La salida se almacena en búfer y corresponde a los datos de rango más recientes.

Pin 4 (RX): Este pasador está internamente tirado hacia arriba. El LV-MaxSonar-EZ medirá continuamente el alcance y la salida si RX los datos se dejan sin conexión o se mantienen altos. Si se mantiene bajo, el sensor dejará de variar. Trae alto para 20uS o más para comando una lectura de rango.

Pin 5 (TX): Cuando el BW está abierto o se mantiene bajo, la salida TX entrega serial asíncrono con un formato RS232, excepto las tensiones son 0-Vcc. La salida es un capital ASCII “R”, seguido de tres dígitos de carácter ASCII que representan el rango en pulgadas hasta un máximo de 255, seguido por un retorno de carro (ASCII 13). La velocidad en baudios es 9600, 8 bits, no paridad, con un bit de parada. Aunque el voltaje de 0-Vcc está fuera del estándar RS232, la mayoría de los dispositivos RS232 tienen Margen suficiente para leer los datos en serie 0-Vcc. Si se desea un nivel de tensión estándar RS232, invierta y conecte un RS232 convertidor tal como un MAX232. Cuando la clavija BW se mantiene alta, la salida TX envía un solo impulso, apto para ruido bajo encadenamiento (Sin datos en serie).

Pin 6 (+5V- Vcc): Funciona en 2.5V – 5.5V. Capacidad de corriente recomendada de 3mA para 5V, y 2mA para 3V.

Pin 7 (GND): Conexión de retorno a tierra. El suministro de electricidad debe ser libre de ruido y libre de risado para una operación óptima.

Pueden ser utilizados en interiores y/o exteriores, sin embargo, una desventaja que posee esta línea de sensores es que si se necesita una lectura al 100% de las distancias por la física ultrasónica el sensor presenta un error a las 6pulgadas(15cm) aproximadamente.

Según la cantidad de voltaje con la que alimentemos el sensor los parámetros de onda y distancia van a cambiar.

2017-04-27_2207_001

Acá les dejo enlaces donde pueden los códigos para utilizar un los sensores de proximidad ultrasónicos mediante el formato de lectura Pulse Width(Ancho de Pulso):

  • Single Sensor: http://www.maxbotix.com/documents/Arduino%20Codes/LV-MaxSonars/LV_MaxSonar_PW.ino
  • Multiple Sensors: http://www.maxbotix.com/documents/Arduino%20Codes/LV-MaxSonars/LV_MaxSonar_PW_Chain.ino

NOTA: Si se utilizan múltiples sensores, debe de haber un espacio optimo entre cada uno de ellos, porque pueden existir interferencias y retornar valores erróneos para su lectura.