1 Θέμα Γενική Περι ραφή Θέματος Υ ικά Εξαρτήματα και Τε νο ο ίες Συνδεσμο ο ία... 2

Transcript

1

2 Περιε όμενα 1 Θέμα Γενική Περι ραφή Θέματος Υ ικά Εξαρτήματα και Τε νο ο ίες Συνδεσμο ο ία Arduino Μικροε ε κτής - η καρδιά του Arduino Είσοδοι - Έξοδοι Τροφοδοσία Ενσ ματ μένα κουμπιά και LED Arduino IDE και σύνδεση με τον υπο ο ιστή Γ ώσσα προ ραμματισμού Shields Λειτουρ ία Μικροεπεξερ αστή Α όρι μος Λήψης Απόφασης Χειροκίνητη Λειτουρ ία Κώδικας Arduino Αποστο ή μηνύματος Ενερ οποιήση GPRS και άντ ηση μετε ρο ο ικών μετρήσε ν Έ ε ος ια εισερ όμενα SMS Εφαρμο ή Android Γενική Λειτουρ ία Επεξή ηση ασικότερ ν τμημάτ ν του κώδικα Αρ ικοποιήση εφαρμο ής Αποστο ή μηνύματος Λήψη και εμφάνιση μετρήσε ν Hardware Έ ε ος του DC κινητήρα Μικροε ε κτής Ο οκ ηρ μένο κύκ μα ια την οδή ηση του κινητήρα Δίοδοι Κινητήρας Στήνοντας το σύστημα ε έ ου του κινητήρα Μακέτα 30 9 Ό ος ο κώδικας του Arduino 35 ii

3 10 Ό ος ο κώδικας του Android Application MainActivity Broadcast Receivers PreferenceAcitivity and other Java classes Arduino Manual Overview Power Memory EEPROM Library Input and Output Communication Programming Automatic (Software) Reset USB Overcurrent Protection Physical Characteristics HTTP Requests What s an HTTP request Analysis Summary Οδη ίες Χρήσης - Ε κατάστασης Οδη ίες Ε κατάστασης εφαρμο ής σε κινητό Android Συμπεράσματα - Με οντική ρήση 63 iii

4 Περί ηψη Στο π αίσιο αυτής της πτυ ιακής ερ ασίας δημιουρ ή ηκε ένα σύστημα ε έ ου κινητήρα τέντας κα ώς και μία μακέτα ια την προσομοί ση αυτής. Το σύστημα ε έ - ου αποτε είται από επεξερ αστή Arduino Uno, Arduino GSM module, ερμίστορ και φ τοαντίσταση. Στό ος του είναι να παίρνει αν τακτά ρονικά διαστήματα μετρήσεις ερμοκρασίας και φ τεινότητας ια την κοντινή περιο ή της τέντας κα ώς και ά ες μετε ρο ο ικές προ έψεις ια την ευρύτερη περιο ή μέσ server και άσει αυτών να αμ άνει αποφάσεις ια την έση της τέντας. Το σύστημα ενημερώνει τον κάτο ο της τέντας ια τις καιρικές συν ήκες μέσ android εφαρμο ής και του δίνει τη δυνατότητα να ορίσει την κατάσταση της τέντας. Summary As a part of the current thesis, a motor control system of an awning was developed, as well as a model in order to simulate the system. The control system is consisted of an AVR microprocessor on an Arduino Uno board, an Arduino GSM module, a thermistor and a photoresistor. The goal of this system is to measure, at regular intervals, the temperature and the luminosity near the awning and, also, receive the weather forecast for the surrounding area via a server in order to make decisions about the position of the awning. This system can also inform the holder of the awning about the weather conditions through an android application and also gives him the ability to set the desired awning s position. iv

5 1 Θέμα Έ ε ος τεντών κατοικίας με ρήση Arduino μέσ GSM με εφαρμο ή Android σε κινητό τη έφ νο. 1.1 Γενική Περι ραφή Θέματος Σε μια επο ή που η τε νο ο ία έ ει μπει ια τα κα ά στην ζ ή μας, εμφανίζονται ο οένα και περισσότερες ανά κες οι οποίες διευκο ύνουν και ανε άζουν το ι τικό επίπεδο του αν ρώπου. Η έννοια του έξυπνου σπιτιού είναι μια από αυτές τις τε νο ο ίες που προσπα εί να εξοικονομήσει ενέρ εια, ρήματα και ενικά να διευκο ύνει το νοικοκυριό. Στα π αίσια του έξυπνου σπιτιού η ερ ασία αυτή παρουσιάζει μια ύση ια τον έ ε ο τέντας από απόσταση, με την ρήση GSM/GPRS τε νο ο ίας, Arduino και smartphone με ο ισμικό Android. Μια ενική εικόνα του συστήματος είναι η ειτουρ ία του Arduino ς το κεντρικό σύστημα ε έ ου. Δη αδή, το Arduino αμ άνει τις κ ιματο ο ικές συν ήκες που επικρατούν στην περιο ή και ανα ό ς αποφασίζει εάν η τέντα πρέπει να παραμείνει ανοικτή ή κ ειστή. Το Arduino απο μόνο του δεν δια έτει την τε νο ο ία GSM/GPRS και ι αυτό συνδέεται πάν του ένα modem κινητής τη εφ νίας το οποίο αποκα είται και GSM shield. Τώρα που ο κεντρικός ε ε κτής έ ει την δυνατότητα να επικοιν νεί με το δίκτυο κινητής τη εφ νίας και άρα και με το Internet αμ άνει τις π ηροφορίες ια τις κ ιματο ο ικές συν ήκες από εκεί. Ωστόσο, στο Arduino προστέ ηκαν και δύο αισ ητήρες ερμοκρασίας και φ τεινότητας ια μια κα ύτερη εκτίμηση τ ν καιρικών συν ηκών που επικρατούν τοπικά. Η εφαρμο ή ια κινητό Android παρέ ει στον ρήστη της την δυνατότητα παρακο ού ησης της έσης της τέντας και τ ν καιρικών συν ηκών με άση τα οποία πήρε ο ε ε κτής την απόφαση. Επίσης του δίνει την ευκαιρία να ανε άσει/κατε άσει την τέντα παρακάμπτ ντας το σύστημα ε έ ου. Το Arduino ε έ ει έναν οδη ητή κινητήρα ια το άνοι μα/κ είσιμο της τέντας. 2 Υ ικά Αν και παραπάν αναφέρονται αρκετά από τα υ ικά και τις τε νο ο ίες που ρησιμοποιή ηκαν, παρακάτ ακο ου εί μια ανα υτική περι ραφή του κά ε υ ικού. 2.1 Εξαρτήματα και Τε νο ο ίες Arduino Είναι μια οικο ένεια π ακετών ανάπτυξης με επεξερ αστή Atmel AVR. Στη ερ ασία αυτή ρησιμοποιή ηκε το Arduino Uno με επεξερ αστή ATmega328, 32kB flash memory, 2kB RAM, 1kB EEPROM. To Arduino δια έτει ένα περι ά ον ανάπτυξης ο ισμικού και η προ ραμματιστική ώσσα που ρησιμοποιείται είναι ένας συνδιασμός C/C++. GSM Shield Για την οικο ένεια π ακετών ανάπτυξης Arduino έ ουν δημιουρ η εί πο ά περιφερειακά σε μορφή έτοιμης π ακέτας και τα ονομάζουνε shield. Αυτά, προσφέ- 1

6 ρουν διάφορες ειτουρ ικότητες και σε αυτή την περίπτ ση σύνδεση με το δίκτυο κινητής τη εφ νίας. Το GSM shield προσφέρει σύνδεση σε GSM/GPRS δίκτυο και στην ερ ασία αυτή ρησιμοποιείται ια να συνδέεται στο Internet και ια να αμ άνει/στέ νει SMS από/πρός την εφαρμο ή Android. Motor Στην α η ινό σενάριο α έπρεπε να είναι ένας κινητήρας διαστασιο ο ημένος στο να μπορεί να κινήσει την τέντα. Ωστόσο, σε επίπεδο προσομοί σης ρησιμοποιή ηκε ένα μικρό DC κινητηράκι με ονομαστική τάση 5V και ονομαστικό ρεύμα κανονικής ειτουρ ίας 0.4Α. L293d Είναι ένα τσιπάκι της εταιρίας Texas Instruments και ειτουρ εί σαν οδη ητής ια DC κινητήρες με αρακτηριστικά όμοια με αυτά που περι ράφονται παραπάν. Το τσιπάκι δίνει την δυνατότητα ε έ ου της φοράς περιστροφής του κινητήρα. Δίοδος Χρησιμοποιούνται σε συνδεσμο ο ία έφυρας ια τον έ ε ο του κινητήρα. Αισ ητήρας Φ τεινότητας Είναι μια απ ή α ά φ τοευαίσ ητη αντίσταση. Η τιμή της α άζει όταν εκτε εί στο φ ς. Αισ ητήρας ερμοκρασίας Είναι ένα ραμμικό αισ ητήριο ερμοκρασίας που ρησιμοποιείται ια την μέτρηση περι α οντικών ερμοκρασιών. Smartphone Android Έξυπνο κινητό τη έφ νο με ο ισμικό Android. To Android είναι ένα ο ισμικό τύπου ανοικτού κώδικα και παρέ ει δ ρεάν περι ά ον ανάπτυξης ο ισμικού κα ώς και η ώσσα προ ραμματισμού είναι η Java με κάποιες ι ιο ήκες που απευ ύνονται στο Android. Raster Μια π ακέτα ανάπτυξης η εκτρικών/η εκτρονικών κυκ μάτ ν. Δίνει την δυνατότητα στο η εκτρο ό ο μη ανικό να πειραματιστεί και να τεστάρει το σύστημα του. Μακέτα Με σκοπό τον έ ε ο της εύρυ μης ειτουρ ίας του συστήματος σ εδιάστηκε μια μακέτα σε μικρή κ ίμακα και προσομοιώνει την κανονική ειτουρ ία του συστήματος ε έ ου της τέντας. 2.2 Συνδεσμο ο ία Στο σ ήμα 2 φαίνεται το ο ικό διά ραμμα του συστήματος. Η ραμμή που ενώνει δύο ο ικά μπ οκ δεί νει την δίοδο επικοιν νίας μεταξύ τ ν δύο μπ οκ. Στο σ ήμα 3 φαίνεται η πρα ματική συνδεσμο ο ία πάν στο Raster. 2

7 Σ ήμα 1: Arduino με GSM Shield Σ ήμα 2: Λο ικό μποκ 3

8 Σ ήμα 3: Συνδεσμο ο ία σε Raster ( ρίς τον Arduino) (αʹ) Δίοδος ( ʹ) Φ τορεσίστορ (μέτρηση φ τεινότητας) Σ ήμα 4: Εξαρτήματα 4 ( ʹ) Συσκευή Android

9 Σ ήμα 5: Arduino 3 Arduino Όπ ς το περι ράφει ο δημιουρ ός του, το Arduino είναι μια ανοικτού κώδικα π ατφόρμα πρ τοτυποποίησης η εκτρονικών ασισμένη σε ευέ ικτο και εύκο ο στη ρήση hardware και software που προορίζεται ια οποιονδήποτε έ ει ί η προ ραμματιστική εμπειρία, στοι ειώδεις νώσεις η εκτρονικών και ενδιαφέρεται να δημιουρ ήσει διαδραστικά αντικείμενα ή περι ά οντα. Το Arduino Duemilanove, όπ ς προδίδει και το όνομά του (που στα ιτα ικά είναι ο αρι μός 2009 ο ο ράφ ς), είναι η πιο πρόσφατη ασική έκδοση του Arduino.Στην ουσία, πρόκειται ια ένα η εκτρονικό κύκ μα που ασίζεται στον μικροε ε κτή ATmega της Atmel και του οποίου ό α τα σ έδια, κα ώς και το software που ρειάζεται ια την ειτουρ ία του, διανέμονται ε εύ ερα και δ ρεάν ώστε να μπορεί να κατασκευαστεί από τον κα ένα (απ όπου και ο περίερ ος - ια hardware- αρακτηρισμός ανοικτού κώδικα ). Αφού κατασκευαστεί, μπορεί να συμπεριφερ εί σαν ένας μικροσκοπικός υπο ο ιστής, αφού ο ρήστης μπορεί να συνδέσει επάν του πο απ ές μονάδες εισόδου/εξόδου και να προ ραμματίσει τον μικροε ε κτή να δέ εται δεδομένα από τις μονάδες εισόδου, να τα επεξερ άζεται και να στέ νει κατά η ες εντο ές στις μονάδες εξόδου. Μά ιστα κάποιος α μπορούσε να ισ υριστεί - και α ήταν ένας αρκετά πετυ ημένος παρα η ισμός - ότι ειτουρ ικά το Arduino μοιάζει πο ύ με το NXT Brick τ ν Lego Mindstorms NXT. Ά στε η ρομποτική είναι μια από τις πο ές εφαρμο ές στις οποίες το Arduino διαπρέπει. 5

10 Το Arduino έ αια, δεν είναι ούτε ο μοναδικός, ούτε και ο κα ύτερος δυνατός τρόπος ια την δημιουρ ία μιας οποιασδήποτε διαδραστικής η εκτρονικής συσκευής. Όμ ς το κύριο π εονέκτημά του είναι η τεράστια κοινότητα που το υποστηρίζει και η οποία έ ει δημιουρ ήσει, συντηρεί και επεκτείνει μια ανά ο ου με έ ους online ν σιακή άση. Έτσι, παρότι ένας έμπειρος η εκτρονικός μπορεί να προτιμήσει διαφορετική π ατφόρμα ή εξαρτήματα ανά ο α με την εφαρμο ή που έ ει στον νου του, το Arduino, με το εκτενές documentation, καταφέρνει να κερδίσει ό ους αυτούς τ ν οποί ν οι νώσεις στα η εκτρονικά περιορίζονται στα όσα ί α έμα αν στο σ ο είο. Η α ορά ενός π ήρους Starter Kit, όπ ς αυτό της εικόνας, συνιστάται έντονα -αντί μιας σκέτης π ακέτας Arduino- αν αυτή είναι η πρώτη σας επαφή με η εκτρονικά.ακρι ώς επειδή απευ ύνεται κυρί ς σε αρ άριους τ ν η εκτρονικών και επειδή, παρά τις ανα υτικότατες οδη ίες που υπάρ ουν, δεν έ ουν ό οι τις νώσεις και τα μέσα να κατασκευάσουν μια η εκτρονική π ακέτα, κυκ οφορούν έτοιμες, προκατασκευασμένες π ακέτες Arduino που μπορείτε να προμη ευτείτε ια περίπου 25. Με ί α ρήματα παραπάν μά ιστα, οι περισσότεροι προμη ευτές δια έτουν Arduino Starter Kit, τα οποία, εκτός από το ίδιο το Arduino, περιέ ουν διάφορα ά α εξαρτήματα και ερ α εία που μπορεί να ρειαστείτε ια τις πρώτες σας εφαρμο ές (όπ ς το απαραίτητο κα ώδιο USB ια την σύνδεση με τον υπο ο ιστή, ράστερ, κα ώδια, LED, διακόπτες, ποτενσιόμετρα, αντιστάσεις, διόδους, τρανζίστορ κ. π.). Μπορείτε να ρείτε μια ίστα με προμη ευτές του Arduino σε ό ο τον κόσμο, κάνοντας κ ικ στον σύνδεσμο Buy στον επίσημο ιστοτόπο του Arduino. Στην ίστα δεν υπάρ- ει έ ηνας προμη ευτής α ά πο ά καταστήματα του εξ τερικού στέ νουν και στην Ε άδα με αρκετά ο ικά μεταφορικά κόστη. Αν πά ι έ ετε οπ σδήποτε να το προμη- ευτείτε από την Ε άδα, το ε ηνικό η εκτρονικό κατάστημα BuyARobot δια έτει το Arduino α ά δεν δια έτει Starter Kit ή συνοδευτικά shield ( α δια άσετε ια αυτά σε σ ετικό π αίσιο στην συνέ εια). Το LilyPad είναι μια από τις πο ές εκδόσεις Arduino που κυκ οφορούν. Όσο τρε ό και αν ακού εται, προορίζεται ια διαδραστικές εφαρμο ές πάν στα ρού α σας! Ρά εται πάν σε αυτά, επικοιν νεί μέσ ειδικής α ώ ιμης κ στής με ανά ο ους αισ ητήρες που είναι ραμμένοι σε διαφορετικά σημεία και είναι ασφα ές ακόμα και στο π ύσιμο!αυτό που μπορεί να σας μπερδέψει ψά νοντας να α οράσετε το Arduino σε αυτά τα καταστήματα είναι οι διαφορετικές εκδόσεις στις οποίες κυκ οφορεί, επίσημες και ανεπίσημες. Από τις επίσημες εκδόσεις (Duemilanove, Diecimila, Nano, Mega, Bluetooth, LilyPad, Mini, Mini USB, Pro, Pro Mini, Serial και Serial SS) συνιστάται κυρί ς η α ορά του Arduino Duemilanove ή του ά ιστον τ ν Diecimila ή Mega επειδή δια έτουν υποδο ή USB και είναι συμ ατές με τα shield. Για τους ίδιους ό ους, από τις ανεπίσημες εκδόσεις (Freeduino, Boarduino, Sanguino, Seeeduino, BBB, RBBB κ.α.) συνιστάται μόνο το Freeduino v1.16 και το Seeeduino. Δείτε το σ ετικό π αίσιο με τις κυριότερες διαφορές ανάμεσα στις εκδόσεις που προτείνονται εδώ. Εκτός και αν επισημαν εί διαφορετικά, όσα α αναφερ ούν παρακάτ αφορούν την π έον πρόσφατη ασική έκδοση του Arduino, δη αδή το Arduino Duemilanove. 6

11 Σ ήμα 6: Βασικά υ ικά ια τη ειτουρ ία ενός Arduino Σ ήμα 7: Είσοδοι & Έξοδοι Arduino 7

12 3.1 Μικροε ε κτής - η καρδιά του Arduino Το Arduino ασίζεται στον ATmega328, έναν 8-bit RISC μικροε ε κτή, τον οποίο ρονίζει στα 16MHz. Ο ATmega328 δια έτει ενσ ματ μένη μνήμη τριών τύπ ν: 2Kb μνήμης SRAM που είναι η φέ ιμη μνήμη που μπορούν να ρησιμοποιήσουν τα προ ράμματά σας ια να απο ηκεύουν μετα ητές, πίνακες κ. π. κατά το runtime. Όπ ς και σε έναν υπο ο ιστή, αυτή η μνήμη άνει τα δεδομένα της όταν η παρο ή ρεύματος στο Arduino σταματήσει ή αν ίνει reset. 1Kb μνήμης EEPROM η οποία μπορεί να ρησιμοποιη εί ια μή ε ραφή/ανά ν ση δεδομέν ν ( ρίς datatype) ανά byte από τα προ ράμματά σας κατά το runtime. Σε αντί εση με την SRAM, η EEPROM δεν άνει τα περιε όμενά της με απώ εια τροφοδοσίας ή reset οπότε είναι το ανά ο ο του σκ ηρού δίσκου. 32Kb μνήμης Flash, από τα οποία τα 2Kb ρησιμοποιούνται από το firmware του Arduino που έ ει ε καταστήσει ήδη ο κατασκευαστής του. Το firmware αυτό που στην ορο ο ία του Arduino ονομάζεται bootloader είναι ανα καίο ια την ε κατάσταση τ ν δικών σας προ ραμμάτ ν στον μικροε ε κτή μέσ της ύρας USB, ρίς δη αδή να ρειάζεται εξ τερικός hardware programmer. Τα υπό οιπα 30Kb της μνήμης Flash ρησιμοποιούνται ια την απο ήκευση αυτών ακρι ώς τ ν προ- ραμμάτ ν, αφού πρώτα μετα ττιστούν στον υπο ο ιστή σας. Η μνήμη Flash, όπ ς και η EEPROM δεν άνει τα περιε όμενά της με απώ εια τροφοδοσίας ή reset. Επίσης, ενώ η μνήμη Flash υπό κανονικές συν ήκες δεν προορίζεται ια ρήση runtime μέσα από τα προ ράμματά σας, ό της μικρής συνο ικής μνήμης που είναι δια έσιμη σε αυτά (2Kb SRAM + 1Kb EEPROM), έ ει σ εδιαστεί μια ι ιο ήκη που επιτρέπει την ρήση όσου ώρου περισσεύει (30Kb μείον το μέ ε ος του προ ράμματός σας σε μετα ττισμένη μορφή). 3.2 Είσοδοι - Έξοδοι Καταρ ήν το Arduino δια έτει σειριακό interface. Ο μικροε ε κτής ATmega υποστηρίζει σειριακή επικοιν νία, την οποία το Arduino προ εί μέσα από έναν ε ε κτή Serialover-USB ώστε να συνδέεται με τον υπο ο ιστή μέσ USB. Η σύνδεση αυτή ρησιμοποιείται ια την μεταφορά τ ν προ ραμμάτ ν που σ εδιάζονται από τον υπο ο ιστή στο Arduino α ά και ια αμφίδρομη επικοιν νία του Arduino με τον υπο ο ιστή μέσα από το πρό ραμμα την ώρα που εκτε είται. Η ανατομία ενός Arduino Duemilanove.Επιπ έον, στην πάν π ευρά του Arduino ρίσκονται 14 η υκά pin, αρι μημένα από 0 ς 13, που μπορούν να ειτουρ ήσουν ς ψηφιακές είσοδοι και έξοδοι. Λειτουρ ούν στα 5V και κα ένα μπορεί να παρέ ει ή να δε τεί το πο ύ 40mA. Ως ψηφιακή έξοδος, ένα από αυτά τα pin μπορεί να τε εί από το πρό ραμμά σας σε κατάσταση HIGH ή LOW, οπότε το Arduino α ξέρει αν πρέπει να διο ετεύσει ή ό ι ρεύμα στο συ κεκριμένο pin. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε ό ου άρη να ανάψετε και να σ ήσετε ένα LED που έ ετε συνδέσει στο συ κεκριμένο pin. Αν πά ι ρυ μίσετε ένα από αυτά τα pin ς ψηφιακή είσοδο μέσα από το πρό ραμμά σας, μπορείτε με την κατά η η εντο ή να δια άσετε την κατάστασή 8

13 του (HIGH ή LOW) ανά ο α με το αν η εξ τερική συσκευή που έ ετε συνδέσει σε αυτό το pin διο ετεύει ή ό ι ρεύμα στο pin (με αυτόν τον τρόπο ό ου άρη μπορείτε να δια άζετε την κατάσταση ενός διακόπτη). Μερικά από αυτά τα 14 pin, εκτός από ψηφιακές είσοδοι/έξοδοι έ ουν και δεύτερη ειτουρ ία. Συ κεκριμένα: Τα pin 0 και 1 ειτουρ ούν ς RX και TX της σειριακής όταν το πρό ραμμά σας ενερ οποιεί την σειριακή ύρα. Έτσι, όταν ό ου άρη το πρό ραμμά σας στέ νει δεδομένα στην σειριακή, αυτά προ ούνται και στην ύρα USB μέσ του ε ε κτή Serial-Over-USB α ά και στο pin 0 ια να τα δια άσει ενδε ομέν ς μια ά η συσκευή (π.. ένα δεύτερο Arduino στο δικό του pin 1). Αυτό φυσικά σημαίνει ότι αν στο πρό ραμμά σας ενερ οποιήσετε το σειριακό interface, άνετε 2 ψηφιακές εισόδους/εξόδους. Τα pin 2 και 3 ειτουρ ούν και ς εξ τερικά interrupt (interrupt 0 και 1 αντίστοι α). Με ά α ό ια, μπορείτε να τα ρυ μίσετε μέσα από το πρό ραμμά σας ώστε να ειτουρ ούν αποκ ειστικά ς ψηφιακές είσοδοι στις οποίες όταν συμ αίνουν συ κεκριμένες α α ές, η κανονική ροή του προ ράμματος σταματάει *άμεσα* και εκτε είται μια συ κεκριμένη συνάρτηση. Τα εξ τερικά interrupt είναι ιδιαίτερα ρήσιμα σε εφαρμο ές που απαιτούν συ ρονισμό με ά ης ακρί ειας. Τα pin 3, 5, 6, 9, 10 και 11 μπορούν να ειτουρ ήσουν και ς ψευδοανα ο ικές έξοδοι με το σύστημα PWM (Pulse Width Modulation), δη αδή το ίδιο σύστημα που δια έτουν οι μητρικές τ ν υπο ο ιστών ια να ε έ ουν τις τα ύτητες τ ν ανεμιστήρ ν. Έτσι, μπορείτε να συνδέσετε ό ου άρη ένα LED σε κάποιο από αυτά τα pin και να ε έ ξετε π ήρ ς την φ τεινότητά του με ανά υση 8bit (256 καταστάσεις από 0-σ ηστό ς 255-π ήρ ς αναμμένο) αντί να έ ετε απ ά την δυνατότητα αναμμένο-σ ηστό που παρέ ουν οι υπό οιπές ψηφιακές έξοδοι. Είναι σημαντικό να κατα ά ετε ότι το PWM δεν είναι πρα ματικά ανα ο ικό σύστημα και ότι έτοντας στην έξοδο την τιμή 127, δεν σημαίνει ότι η έξοδος α δίνει 2.5V αντί της κανονικής τιμής τ ν 5V, α ά ότι α δίνει ένα πα μό που α ενα άσσεται με με ά η συ νότητα και ια ίσους ρόνους μεταξύ τ ν τιμών 0 και 5V. Στην κάτ π ευρά του Arduino, με τη σήμανση ANALOG IN, α ρείτε μια ακόμη σειρά από 6 pin, αρι μημένα από το 0 ς το 5. Το κα ένα από αυτά ειτουρ εί ς ανα ο ική είσοδος κάνοντας ρήση του ADC (Analog to Digital Converter) που είναι ενσ ματ μένο στον μικροε ε κτή. Για παράδει μα, μπορείτε να τροφοδοτήσετε ένα από αυτά με μια τάση την οποία μπορείτε να κυμάνετε με ένα ποτενσιόμετρο από 0V ς μια τάση αναφοράς Vref η οποία, αν δεν κάνετε κάποια α α ή είναι προρυ μισμένη στα 5V. Τότε, μέσα από το πρό ραμμά σας μπορείτε να δια άσετε την τιμή του pin ς ένα ακέραιο αρι μό ανά υσης 10-bit, από 0 (όταν η τάση στο pin είναι 0V) μέ ρι 1023 (όταν η τάση στο pin είναι 5V). Η τάση αναφοράς μπορεί να ρυ μιστεί με μια εντο ή στο 1.1V, ή σε όποια τάση επι υμείτε (μεταξύ 2 και 5V) τροφοδοτώντας εξ τερικά με αυτή την τάση το pin με την σήμανση AREF που ρίσκεται στην απέναντι π ευρά της π ακέτας. Έτσι, αν τροφοδοτήσετε το pin AREF με 3.3V και στην συνέ εια δοκιμάσετε να δια άσετε κάποιο pin ανα ο ικής εισόδου στο οποίο εφαρμόζετε τάση 1.65V, το Arduino α σας 9

14 επιστρέψει την τιμή 512. Τέ ος, κα ένα από τα 6 αυτά pin, με κατά η η εντο ή μέσα από το πρό ραμμα μπορεί να μετατραπεί σε ψηφιακό pin εισόδου/εξόδου όπ ς τα 14 που ρίσκονται στην απέναντι π ευρά και τα οποία περι ράφηκαν πριν. Σε αυτή την περίπτ ση τα pin μετονομάζονται από 0 5 σε αντίστοι α. 3.3 Τροφοδοσία Το Arduino μπορεί να τροφοδοτη εί με ρεύμα είτε από τον υπο ο ιστή μέσ της σύνδεσης USB, είτε από εξ τερική τροφοδοσία που παρέ εται μέσ μιας υποδο ής φις τ ν 2.1mm ( ετικός πό ος στο κέντρο) και ρίσκεται στην κάτ -αριστερή νία του Arduino. Για εφαρμο ές μακριά από τον υπο ο ιστή α ρειαστείτε ένα μετασ ηματιστή -σαν αυτό της εικόνας- ια να τροφοδοτήσετε το Arduino με ρεύμα. Μπορείτε να ρησιμοποιήσετε ένα πα ιό φορτιστή ή ένα τροφοδοτικό που σας έ ει περισσέψει από κάποια ά η συσκευή, αρκεί να παρέ ει από 7 ς 12 Volt.Αν πά ι έ ετε μια εντε ώς αυτόνομη εφαρμο ή που δεν εξαρτάται ούτε από πρίζα, μια κοινή μπαταρία τ ν 9 Volt συνδεδεμένη όπ ς στην εικόνα είναι η ιδανική τροφοδοσία. Για να μην υπάρ ουν προ ήματα, η εξ τερική τροφοδοσία πρέπει να είναι από 7 ς 12V και μπορεί να προέρ εται από ένα κοινό μετασ ηματιστή του εμπορίου, από μπαταρίες ή οποιαδήποτε ά η πη ή DC. Δίπ α από τα pin ανα ο ικής εισόδου, υπάρ ει μια ακόμα συστοι ία από 6 pin με την σήμανση POWER. Η ειτουρ ία του κα ενός έ ει ς εξής: Το πρώτο, με την ένδειξη RESET, όταν ει εί (σε οποιοδήποτε από τα 3 pin με την ένδειξη GND που υπάρ ουν στο Arduino) έ ει ς αποτέ εσμα την επανεκκίνηση του Arduino. Το δεύτερο, με την ένδειξη 3.3V, μπορεί να τροφοδοτήσει τα εξαρτήματά σας με τάση 3.3V. Η τάση αυτή δεν προέρ εται από την εξ τερική τροφοδοσία α ά παρά- εται από τον ε ε κτή Serial-over-USB και έτσι η μέ ιστη ένταση που μπορεί να παρέ ει είναι μό ις 50mA. Το τρίτο, με την ένδειξη 5V, μπορεί να τροφοδοτήσει τα εξαρτήματά σας με τάση 5V. Ανά ο α με τον τρόπο τροφοδοσίας του ίδιου του Arduino, η τάση αυτή προέρ εται είτε άμεσα από την ύρα USB (που ούτ ς ή ά ς ειτουρ εί στα 5V), είτε από την εξ τερική τροφοδοσία αφού αυτή περάσει από ένα ρυ μιστή τάσης ια να την φέρει στα 5V. Το τέταρτο και το πέμπτο pin, με την ένδειξη GND, είναι φυσικά ειώσεις. Το έκτο και τε ευταίο pin, με την ένδειξη Vin έ ει διπ ό ρό ο. Σε συνδυασμό με το pin εί σης δίπ α του, μπορεί να ειτουρ ήσει ς μέ οδος εξ τερικής τροφοδοσίας του Arduino, στην περίπτ ση που δεν σας ο εύει να ρησιμοποιήσετε την υποδο ή του φις τ ν 2.1mm. Αν όμ ς έ ετε ήδη συνδεδεμένη εξ τερική τροφοδοσία μέσ του φις, μπορείτε να ρησιμοποιήσετε αυτό το pin ια να τροφοδοτήσετε εξαρτήματα με την π ήρη τάση της εξ τερικής τροφοδοσίας (7 12V), πριν αυτή περάσει από τον ρυ μιστή τάσης όπ ς ίνεται με το pin τ ν 5V. 10

15 3.4 Ενσ ματ μένα κουμπιά και LED Πάν στην π ακέτα του Arduino υπάρ ει ένας διακόπτης micro-switch και 4 μικροσκοπικά LED επιφανειακής στήριξης. Η ειτουρ ία του διακόπτη (που έ ει την σήμανση RESET) και του ενός LED με την σήμανση POWER είναι μά ον προφανής. Τα δύο LED με τις σημάνσεις TX και RX, ρησιμοποιούνται ς ένδειξη ειτουρ ίας του σειριακού interface, κα ώς ανά ουν όταν το Arduino στέ νει ή αμ άνει (αντίστοι α) δεδομένα μέσ USB. Σημειώστε ότι τα LED αυτά ε έ ονται από τον ε ε κτή Serial-over-USB και συνεπώς δεν ειτουρ ούν όταν η σειριακή επικοιν νία ίνεται αποκ ειστικά μέσ τ ν ψηφιακών pin 0 και 1. Τέ ος, υπάρ ει το LED με την σήμανση L. Η ασική δοκιμή ειτουρ ίας του Arduino είναι να του ανα έσετε να ανα οσ ήνει ένα LED ( α το δείτε αυτό στην συνέ εια όταν α φτιάξετε την πρώτη εφαρμο ή σας). Για να μπορείτε να το κάνετε αυτό από την πρώτη στι μή, ρίς να συνδέσετε τίποτα πάν στο Arduino, οι κατασκευαστές του σκέφτηκαν να ενσ ματώσουν ένα LED στην π ακέτα, το οποίο σύνδεσαν στο ψηφιακό pin 13. Έτσι, ακόμα και αν δεν έ ετε συνδέσει τίποτα πάν στο φυσικό pin 13, ανα έτοντάς του την τιμή HIGH μέσα από το πρό ραμμά σας, α ανάψει αυτό το ενσ ματ μένο LED. 3.5 Arduino IDE και σύνδεση με τον υπο ο ιστή Ότι ρειάζεστε ια την δια είριση του Arduino από τον υπο ο ιστή σας το παρέ ει το Arduino IDE, την τε ευταία έκδοση του οποίου μπορείτε να κατε άσετε από το επίσημο site ια κα ένα από τα τρία δημοφι έστερα ειτουρ ικά συστήματα. Το Arduino IDE είναι ασισμένο σε Java και συ κεκριμένα παρέ ει:το κεντρικό παρά υρο του Arduino IDE ρίζεται σε δύο μέρη. Στο πάν μέρος ράφετε τα sketch σας και στο κάτ μέρος εμφανίζονται πι ανά ά η κατά την διαδικασία της μετα ώττισης. Αμέσ ς μετά την πρώτη του εκτέ εση, δη ώστε την έκδοση του Arduino σας (όπ ς φαίνεται στην εικόνα) και την εικονική σειριακή που ρησιμοποιεί. ένα πρακτικό περι ά ον ια την συ ραφή τ ν προ ραμμάτ ν σας (τα οποία ονομάζονται sketch στην ορο ο ία του Arduino) με συντακτική ρ ματική σήμανση, αρκετά έτοιμα παραδεί ματα, μερικές έτοιμες ι ιο ήκες ια προέκταση της ώσσας και ια να ειρίζεστε εύκο α μέσα από τον κώδικά σας τα εξαρτήματα που συνδέετε στο Arduino, τον compiler ια την μετα ώττιση τ ν sketch σας, ένα serial monitor που παρακο ου εί τις επικοιν νίες της σειριακής (USB), ανα αμ άνει να στεί ει α φαρι μητικά της επι ο- ής σας στο Arduino μέσ αυτής και είναι ιδιαίτερα ρήσιμο ια το debugging τ ν sketch σας και την επι ο ή να ανε άσετε το μετα ττισμένο sketch στο Arduino. Για τα δύο τε ευταία αρακτηριστικά έ αια, το Arduino πρέπει να έ ει συνδε εί σε μια από τις ύρες USB του υπο ο ιστή και, ό του ε ε κτή Serial-over-USB, α πρέπει να ανα ν ριστεί από το ειτουρ ικό σας σύστημα ς εικονική σειριακή ύρα. Αν ο οδη ός του ε ε κτή Serial-over-USB είναι σ στά ε κατεστημένος στα Windows, το Arduino α ανα ν ρίζεται από τον Device Manager όπ ς στην εικόνα. Εκεί μπορείτε να δείτε και τον αρι μό της εικονικής σειριακής ύρας που του ανατέ ηκε.για την σύνδεση α ρειαστείτε ένα κα ώδιο USB από Type A σε Type B, όπ ς αυτό τ ν εκτυπ τών. Για την ανα νώριση από το ειτουρ ικό α ρειαστεί να ε καταστήσετε τον οδη ό του FTDI 11

16 chip (δη αδή του ε ε κτή Serial-over-USB) ο οποίος υπάρ ει στον φάκε ο drivers του Arduino IDE που κατε άσατε. Την τε ευταία έκδοση αυτού του οδη ού μπορείτε επίσης να κατε άσετε ια κά ε ειτουρ ικό σύστημα από το site της FTDI. Σημειώστε ότι στους τε ευταίους πυρήνες του Linux υπάρ ει ε ενής υποστήριξη του συ κεκριμένου ε ε κτή. Αν ό α έ ιναν σ στά, το κεντρικό παρά υρο του Arduino IDE α εμφανιστεί όταν το εκτε έσετε και στο μενού Tools > Serial Port α πρέπει να εμφανίζεται η εικονική σειριακή ύρα (συνή ς COM# ια τα Windows, /dev/ttyusbserial## ια το MacOS και /dev/ttyusb## ια το Linux). Επι έξτε αυτή την εικονική ύρα και στην συνέ εια επι έξτε τον τύπο του Arduino σας (Arduino Duemilanove w/ ATmega328) από το μενού Tools > Board. Το Arduino είναι π έον έτοιμο να δε τεί τα sketch σας. Αν εμφανίστηκε οποιοδήποτε πρό ημα δια άστε τις ανα υτικές οδη ίες ε κατάστασης ια κά ε ειτουρ ικό σύστημα στη διεύ υνση Γ ώσσα προ ραμματισμού Η ώσσα του Arduino ασίζεται στη ώσσα Wiring, μια παρα α ή C/C++ ια μικροε ε κτές αρ ιτεκτονικής AVR όπ ς ο ATmega, και υποστηρίζει ό ες τις ασικές δομές της C κα ώς και μερικά αρακτηριστικά της C++. Για compiler ρησιμοποιείται ο AVR gcc και ς ασική ι ιο ήκη C ρησιμοποιείται η AVR libc. Λό της κατα ής της από την C, στην ώσσα του Arduino μπορείτε να ρησιμοποιήσετε ουσιαστικά τις ίδιες ασικές εντο ές και συναρτήσεις, με την ίδια σύνταξη, τους ίδιους τύπ ν δεδομέν ν και τους ίδιους τε εστές όπ ς και στην C. Πέρα από αυτές όμ ς, υπάρ ουν κάποιες ειδικές εντο ές, συναρτήσεις και στα ερές που οη ούν ια την δια είριση του ειδικού hardware του Arduino. Επιπ έον, στην ώσσα του Arduino κά ε πρό ραμμα αποτε είται από δύο ασικές ρουτίνες ώστε να έ ει την ενική δομή: // Ενσ ματώσεις ι ιο ηκών, δη ώσεις μετα- ητών... void setup() { //... void loop() { //... // Υπό οιπεςσυναρτήσεις... Η ασική ρουτίνα setup() εκτε είται μια φορά μόνο κατά την εκκίνηση του προ ράμματος ενώ η ασική ρουτίνα loop() περιέ ει τον ασικό κορμό του προ ράμματος και η εκτέ εσή της επανα αμ άνεται συνέ εια σαν ένας ρό ος while(true). Αν και πρόκειται μόνο ια τις πιο ασικές ειτουρ ίες της ώσσας του Arduino, με αυτές και με ί ες ασικές νώσεις C α μπορέσετε να δημιουρ ήσετε το sketch ακόμα και ια κάποιο αρκετά περίπ οκο project (όπ ς αυτά που α ακο ου ήσουν σε επόμενα τεύ η). Για το π ήρες 12

17 reference πάντ ς, επισκεφτείτε την σ ετική σε ίδα ενώ ακόμα περισσότερες π ηροφορίες μπορείτε να ρείτε στο site της Wiring κα ώς και στο ε ειρίδιο της ι ιο ήκης AVR Libc. 3.7 Shields Τα shield είναι ο οκ ηρ μένες π ακέτες που είναι σ εδιασμένες ώστε να κουμπώνουν πάν στο Arduino προεκτείνοντας την ειτουρ ικότητά του. Είναι η hardware αντίστοι η έννοια τ ν plugin, addon και extension που υπάρ ουν στο software. Μερικά από τα πιο δημοφι ή shield που κυκ οφορούν στο εμπόριο ια το Arduino είναι: Ethernet shield Δίνει στο Arduino την δυνατότητα να δικτυ εί σε ένα LAN ή στο internet μέσ ενός τυπικού κα δίου Ethernet. WiFi shield Όμοιο με το Ethernet shield, ρίς φυσικά το κα ώδιο. Διάφορα shield ο όνης Προσ έτουν ο όνη στο Arduino. Κυκ οφορούν από απ ές ο όνες τύπου calculator μέ ρι OLED touchscreen υψη ής ανά υσης τύπου iphone. Wave shield Δίνει στο Arduino την δυνατότητα να παίζει ή ους/μουσική από κάρτες SD. GPS shield Προσ έτει GPS δυνατότητες στο Arduino (εντοπισμό στί ματος). Διάφορα Motor Shields Σας επιτρέπουν να οδη ήσετε εύκο α μοτέρ διάφορ ν τύπ ν (απ ά DC, servo, stepper κ. π.) από το Arduino. ProtoShield Μια προσ εδιασμένη π ακέτα πρ τοτυποποίησης, συμ ατή στις διαστάσεις του Arduino και ρίς εξαρτήματα ια να φτιάξετε το δικό σας shield. Τα shield είναι σ εδιασμένα ώστε αφού κουμπ ούν πάν στο Arduino να προ ούν τις υποδο ές του, ώστε να μπορείτε να συνδέσετε επιπ έον τα δικά σας εξαρτήματα ή να κουμπώσετε και επόμενο shield. Φυσικά, το κά ε shield ρησιμοποιεί ορισμένους από τους πόρους συνδεσιμότητας του Arduino και έτσι δεν μπορείτε να συνδέσετε απεριόριστα shield. Μά ιστα κάποια shield μπορεί να μην είναι συμ ατά μεταξύ τους ιατί ρησιμοποιούν τα ίδια pin του Arduino ια επικοιν νία με αυτό. Επίσης, επειδή κάποια shield δεν προ ούν τις συνδέσεις του Arduino (όπ ς π.. οι ο όνες οι οποίες δεν έ ουν νόημα αν τις κα ύψετε από πάν με ένα επόμενο shield), υπάρ ουν ειδικά extender shield που κουμπώνουν στο Arduino και δίνουν την δυνατότητα σε δύο ά α shield να κουμπώσουν πάν τους, ειτουρ ώντας σαν πο ύπριζα. Όπ ς και ια το ίδιο το Arduino, το ασικό π εονέκτημα τ ν shield δεν είναι τόσο το προφανές π εονέκτημα του έτοιμου hardware όσο ότι συνοδεύονται συνή ς από έτοιμες ι ιο ήκες που σας επιτρέπουν να προ ραμματίζετε τα sketch σας σε high level. Έτσι, ό ου άρη, δεν ρειάζεται να δια άζετε datasheet ή να ίνετε η εκτρονικός ια να συνδέσετε και να ειτουρ ήσετε ένα GPS module πάν στο Arduino. Απ ά συνδέετε το shield, ε κα ιστάτε τη ι ιο ήκη που το συνοδεύει και ρησιμοποιείτε μια έτοιμη 13

18 συνάρτηση -του στυ getlocation- ια να πάρετε το ε ραφικό στί μα και να το επεξερ αστείτε περαιτέρ στο sketch σας. Τα shield σας ύνουν τα έρια όταν έ ετε να δημιουρ ήσετε εύκο α ένα πρα ματικά πρακτικό project. Αυτός είναι και ο ό ος που δεν συνιστάται η α ορά κάποιας έκδοσης του Arduino που δεν είναι 100% συμ ατή με τα shield. 14

19 4 Λειτουρ ία Μικροεπεξερ αστή Σε αυτήν την ενότητα α περι ραφεί ο α όρι μος που ρησιμοποιή ηκε, τε ικά, ια τη ήψη απόφασης από τον μικρο-ε ε κτή συναρτήσει τ ν τιμών τ ν δεδομέν ν που ανα- νώσ ηκαν είτε από τοπικές μετρητικές διατάξεις, είτε από το API του OpenWeatherMap. 4.1 Α όρι μος Λήψης Απόφασης Η ο ική σε μορφή σ εδια ράμματος φαίνεται στο σ ήμα 8. Σ ήμα 8: Α όρι μος ήψης απόφασης σε μορφή σ εδια ράμματος Επιπ έον, ο αντίστοι ος κώδικας ια την υ οποίηση του παραπάν α ορί μου, είναι ο ακό ου ος: boolean decisionmaking(){ if (wind>=10.5){ return false; else{ if (temperature<=273){ return false; else{ if (precipitation==true){ return true; else{ if (humidity>=80){ return true; 15

20 else{ if (luminosity<20000){ return false; else{ return true; Έτσι, αρ ικά κοιτάμε αν ο αέρας είναι με α ύτερος του 10.5 m / s (που αντιστοι εί σε περισσότερο από 6 μποφόρ) και αν ισ ύει δεν την ανοί ουμε. Στη συνέ εια, αν η ερμοκρασία είναι μικρότερη τ ν 273 Kelvin (δη αδή 0 Celcius), τότε και πά ι δεν ανοί ει η τέντα, κα ώς υπάρ ει κίνδυνος πά ου. Έπειτα, αν ρέ ει ανοί ει, ενώ, στην αντί ετη περίπτ ση, αν η σ ετική υ ρασία είναι με α ύτερη από 80 ανοί ει (επειδή υπάρ ει με ά η πι ανότητα ρο ής) και, τέ ος, αν η φ τεινότητα είναι με α ύτερη από lux τότε και πά ι ανοί ει ( ό έντονης η ιοφάνειας). Έτσι η τέντα ρησιμοποιείται μόνο όταν ρειάζεται και ταυτό ρονα προστατεύεται από δυσμενείς δυσμενείς καιρικές συν ήκες που α μπορούσαν να την καταστρέψουν. Οι μετρήσεις της ρο ής (precipitation), της υ ρασίας (humidity) και του αέρα (wind) αμ άνονται από το site OpenWeatherMap. Οι υπό οιπες δύο μετρήσεις (φ τεινότητα - luminosity και ερμοκρασία - temperature) δια άζονται από διατάξεις που είναι ε κατεστημένες τοπικά. 4.2 Χειροκίνητη Λειτουρ ία Ο παραπάν α όρι μος ρησιμοποιείται μόνο στην περίπτ ση που ο ρήστης έ ει δη ώσει ότι έ ει να ίνεται αυτόματα ο έ ε ος της τέντας. Σε αντί ετη περίπτ ση είναι δυνατή η παράκαμψή του, ώστε να επι έ ει ο ρήστης την εκάστοτε επι υμητή κατάσταση της τέντας. Η παραπάν ειτουρ ία έ ει υ οποιη εί ς μέρος μίας εφαρμο ής Android, ώστε όταν ο ρήστης αποστεί ει αίτηση ια ανέ ασμα(up) ή κατέ ασμα(down) της τέντας, να ειτουρ εί π έον ειροκίνητα η συσκευή. Αντίστοι α, ο ρήστης μπορεί από το κινητό να στεί ει αίτηση ια Auto, ώστε να επιστρέψει η συσκευή σε αυτόματη ειτουρ ία 1. Στη συνέ εια φαίνεται ο κώδικας που είναι υπεύ υνος ια την ανά ν ση τ ν εντο ών από Android και ια την την κατά η η επι ο ή της επι υμητής κατάστασης. void checksms(){ char c; String command; // If there are any SMSs available() 1 Κατά την επανεκκίνηση της συσκευής, η αρ ική μέ οδος ειτουρ ίας είναι η αυτόματη. 16

21 if (sms.available()) { Serial.println("Message received from:"); // Get remote number sms.remotenumber(remotenumber2, 20); Serial.println(remoteNumber2); // This is just an example of message disposal // Messages starting with # should be discarded if(sms.peek()=='#') { Serial.println("Discarded SMS"); sms.flush(); // Read message bytes and print them int j=0; while(c=sms.read()) { command.concat(c); Serial.println(command); if(command.equals("up")){ statusauto = false; Serial.println("up-if"); digitalwrite(led, LOW); if (digitalread(top)==high){ motor_right(); while(digitalread(top)==high){ sendsms("closed"); stop_motor(); if(command.equals("down")){ statusauto = false; Serial.println("down-if"); digitalwrite(led, HIGH); if (digitalread(bottom)==high){ motor_left(); while(digitalread(bottom)==high){ sendsms("open"); stop_motor(); if (command.equals("auto")){ statusauto = true; 17

22 // delete message from modem memory sms.flush(); Serial.println("MESSAGE DELETED"); Στον παραπάν α όρι μο ρησιμοποιούνται διάφορες συναρτήσεις (όπ ς η sendsms() και η stop_motor()) που δεν επεξη ούνται εδώ, κα ώς ρίσκονται στον πη αίο κώδικα και δεν έ ουν σ έση με τον συ κεκριμένο α όρι μο. 5 Κώδικας Arduino 5.1 Αποστο ή μηνύματος void sendsms(string m){ Serial.print("Sending sms"); // send the message sms.beginsms(remotenumber); sms.print(m); sms.println(); sms.endsms(); Serial.println("\nCOMPLETE!\n"); Χρησιμοποιώντας τον παραπάν κώδικα της ι ιο ήκης του Arduino GSM Module έ ουμε την δυνατότητα να στέ νουμε sms. Το αντικείμενο sms του παραπάν κώδικα είναι τύπου GSM_SMS και στη μετά ητή REMOTENUMBER α πρέπει να ορίσουμε τον αρι μό του παρα ήπτη. 5.2 Ενερ οποιήση GPRS και άντ ηση μετε ρο ο ικών μετρήσε ν void connectgprs(){ // initialize serial communications Serial.println("Starting Arduino web client."); // connection state boolean notconnected = true; // Start GSM shield // pass the PIN of your SIM as a parameter of gsmaccess.begin() while(notconnected) { if((gsmaccess.begin(pinnumber)==gsm_ready) && (gprs.attachgprs(gprs_apn, GPRS_LOGIN, GPRS_PASSWORD)==GPRS_READY)) notconnected = false; else { 18

23 Serial.println("Not connected"); delay(1000); Με την συνάρτηση gsmaccess.begin(pinnumber) προσπα ούμε να συνδε ούμε με το gsm module σε περίπτ ση που η σύνδεση έπεσε σε sleep. Με την gprs.attachgprs (GPRS_APN, GPRS_LOGIN, GPRS_PASSWORD) προσπα ούμε να ενερ οποιήσουμε το gprs του gsm μας. Οι τιμές τ ν ορισμάτ ν εξαρτώνται από τον εκάστοτε πάρο ο κινητής τη εφ νίας. Στην περίπτ σή μας είναι οι τιμές της Cosmote. GPRS_APN "internet" GPRS_LOGIN "" GPRS_PASSWORD "" void getweatherinfo(){ Serial.println("connecting..."); // if you get a connection, report back via serial: if (client.connect(server, port)) { Serial.println("connected"); // Make a HTTP request: client.print("get "); client.print(path); client.println(" HTTP/1.0"); client.println(); else { // if you didn't get a connection to the server: Serial.println("connection failed"); // if there are incoming bytes available // from the server, read them and print them: long init_time=millis(); while((millis()-init_time)<6000){ if (client.available()) { if (client.find("<temperature value=")) { temperature = client.parsefloat(); Serial.println("Found Temperature"); Serial.println(temperature); if (client.find("<humidity value=")) { humidity = client.parseint(); Serial.println("Found Humidity"); Serial.println(humidity); 19

24 if (client.find("<speed value=")) { wind = client.parsefloat(); Serial.println("Found Wind speed"); Serial.println(wind); if (client.find("<precipitation value=")) { precipitation_vol = client.parsefloat(); Serial.println("Found precipitation volume"); Serial.println(precipitation_vol); precipitation=true; else{ precipitation_vol = 0; precipitation=false; Serial.println("precipitation volume not found"); disconnectgprs(); Με την συνάρτηση getweatherinfo() αντ ούμε τις μετρήσεις από το open API της openweathermap.org. Σύμφ να με το documentation του API ο server μας παρέ ει τις π ηροφορίες έπειτα από http request στο api.openweathermap.org/data/2.5/weather με ορίσματα q= Τόπος Ενδιαφέροντος και mode= μορφη απάντησης. Στην περίπτ σή μας στο q δώσαμε την τιμή Kavala και στο mode την τιμή xml. Μία τυπική απάντηση σε ένα http request με url api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=kavala&mode=xml είναι: <current> <city id="735861" name="kavala"> <coord lon="24.4" lat="40.94"/> <country>gr</country> <sun rise=" t04:12:15" set=" t16:16:18"/></city> <temperature value="293.07" min="292.15" max="293.71" unit="kelvin"/> <humidity value="68" unit="%"/> <pressure value="1016" unit="hpa"/> <wind><speed value="3.1" name="light breeze"/> <direction value="240" code="wsw" name="west-southwest"/> </wind> <clouds value="20" name="few clouds"/><visibility/> <precipitation mode="no"/> <weather number="801" value="few clouds" icon="02n"/> <lastupdate value=" t16:20:00"/> </current> Εμείς με την ρήση της εντο ής client.find( LABEL ) όπου στην τιμή LABEL α δώσουμε το όνομα της μέτρησης που επι υμούμε να εξά ουμε από το xml αρ ειό. Π. client.find( humidity value= ) μας δίνει το ποσοστό υ ρασίας. 20

25 Δεδομένου ότι η άντ ηση π ηροφοριών από τον server α ίνεται κά ε 30 επτά και ότι το gprs μειώνει την απόδοση του gsm module σε ά ες ειτουρ ίες, επι έ ουμε να κάνουμε disconnect μετά το τέ ος ροής της π ηροφορίας από τον server. Η αποσύνδεση ίνεται σταματώντας τον client τύπου GSMClient με την εντο ή client.stop(). 5.3 Έ ε ος ια εισερ όμενα SMS void checksms(){ char c; String command; // If there are any SMSs available() if (sms.available()) { Serial.println("Message received from:"); // Get remote number sms.remotenumber(remotenumber2, 20); Serial.println(remoteNumber2); // This is just an example of message disposal // Messages starting with # should be discarded if(sms.peek()=='#') { Serial.println("Discarded SMS"); sms.flush(); // Read message bytes and print them int j=0; while(c=sms.read()) { command.concat(c); Με το παραπάν κομμάτι κώδικα αμ άνουμε τα sms που στά ηκαν στην SIM κάρτα που τοπο ετήσαμε στο gsm module. Στην μετα ητή remotenumber2 περιέ εται ο αποστο έας του μηνύματος και με τον ρό ο while(c=sms.read()) { command.concat(c); έ ουμε την δυνατότητα να αμ άνουμε ό ο το μήνυμα και ό ι μόνο το μήκος τ ν bytes που ρούν στο buffer. 21

26 6 Εφαρμο ή Android Για τη δια είριση της συσκευής από απόσταση, υ οποιή ηκε αντίστοι η εφαρμο ή Android τόσο ια την αποστο ή αιτήσε ν στη συσκευή, όσο και ια την ανά ν ση τ ν μετρήσε ν από απόσταση ( ια ενημέρ ση του ρήστη ια την τρέ ουσα κατάσταση). 6.1 Γενική Λειτουρ ία Η εφαρμο ή Android που αναπτύ ηκε εί ε ς σκοπό την ευ ρηστία, ειτουρ ικότητα και την φερε υότητα. Για αυτό το ό ο αποτε είτε από μία κύρια ο όνη που κα ύπτει ό α τα σενάρια ρήσης της. Στην εικόνα 9(αʹ) έπετε την κύρια ο όνη στην οποία διακρίνονται τέσσερις ειτουρ- ίες. UP DOWN AUTO INFO Ό ες οι εντο ές στέ νονται στον Arduino μέσ SMS. Για αυτό το ό ο είναι δυνατή η εισα ή του αρι μού της SIM του Arduino στις ρυ μίσεις της εφαρμο ής, όπ ς φαίνεται στην εικόνα 9( ʹ). (αʹ) Αρ ική εικόνα ( ʹ) Ρύ μιση κινητού τη εφώνου Σ ήμα 9: Εικόνες εφαρμο ής Android 22

27 Το κουμπί UP στέ νει εντο ή στον Arduino να σηκώσει τη τέντα, ενώ το κουμπί DOWN να την κατε άσει. Οι εντο ές αυτές είναι απαραίτητες ια τον manual ειρισμό της τέντας. Το κουμπί AUTO αφήνει την τέντα να αποφασίζει μόνη της ια το πότε πρέπει να σηκ εί ή είναι ασφα ές να κατέ ει. Τέ ος, με το κουμπί INFO η εφαρμο ή αμ άνει ό ες τις π ηροφορίες της τέντας. Αυτές περι αμ άνουν τα εξής: 1. Θερμοκρασία σε C 2. Υ ρασία σε % 3. Τα ύτητα αέρα σε m/s 4. Κατάσταση ρο ής (αν ρέ ει δεί νει και τα εκατοστά ρο ής) 5. Φ τεινότητα σε lux 6. Κατάσταση τέντας, UP ή DOWN Ό ες αυτές οι π ηροφορίες φαίνονται στο κάτ μέρος της κύριας ο όνης και ανανεώνονται αυτόματα αφού ηφ ούν οι νέες τιμές από το Arduino μέσ SMS. 6.2 Επεξή ηση ασικότερ ν τμημάτ ν του κώδικα Αρ ικοποιήση εφαρμο ής Κά ε ο όνη της εφαρμο ής αντιστοι εί σε ένα αντικείμενο τύπου Activity. Το ασικότερο κομμάτι μίας Activity είναι αυτό της αρ ικοποίησής της, το οποίο πρέπει να ίνει κατά την εκτέ εση της συνάρτησης oncreate(). Η συνάρτηση αυτή κα είται αυτόματα κατά την εκκίνηση της εκάστοτε Activity. Η oncreate() της εφαρμο ής μας φαίνεται παρακάτ : protected void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); setcontentview(r.layout.activity_my); tentcontrol = (TentControl) getapplication(); messagetextview = (TextView) findviewbyid(r.id.message_text_view); messagetextview.settext(measurements.getmeasurements()); progressbar = (ProgressBar) findviewbyid(r.id.progress_bar); upbutton = (Button) findviewbyid(r.id.up_button); upbutton.setonclicklistener(new View.OnClickListener() public void onclick(view view) { TentControl.sendSMS("up"); ); downbutton = (Button) findviewbyid(r.id.down_button); downbutton.setonclicklistener(new View.OnClickListener() public void onclick(view view) { TentControl.sendSMS("down"); ); autobutton = (Button) findviewbyid(r.id.auto_button); 23

28 autobutton.setonclicklistener(new View.OnClickListener() public void onclick(view view) { TentControl.sendSMS("auto"); ); infobutton = (Button) findviewbyid(r.id.info_button); infobutton.setonclicklistener(new View.OnClickListener() public void onclick(view view) { progressbar.setvisibility(view.visible); TentControl.sendSMS("measure"); ); Όπ ς φαίνεται, κά ε κουμπί αρ ικοποιείται και κα ορίζεται η σ στή έξη που πρέπει να στεί ει με SMS κατά το Click του Αποστο ή μηνύματος Για την αποστο ή μηνύματος το ειτουρ ικό μας παρέ ει έτοιμη συνάρτηση, στην οποία μπορούμε να ρησιμοποιήσουμε ια να ά ουμε επιπ έον και την αναφορά παράδοσης. Έτσι, μπορούμε να είμαστε σί ουροι ότι ο Arduino έ α ε το μήνυμά μας. public static void sendsms(string message) { SmsManager smsmanager = SmsManager.getDefault(); registerdeliveryreportreceiver(); smsmanager.sendtextmessage(tentcontrol.getarduinophonenumber(), null, message, null, PendingIntent.getBroadcast(ctx, 0, new Intent("DELIVERED"), 0)); Λήψη και εμφάνιση μετρήσε ν Τέ ος, μία από τις συμαντικότερες ειτουρ ίες τις εφαρμο ής είναι ο τρόπος με τον οποίο αντι αμ άνεται εισερ όμενο SMS. Το ειτουρ ικό παρέ ει μέσ μιας ειδικής κατη ορίας αντικειμέν ν με όνομα Broadcast Receiver να εκτε είται μία συνάρτηση όταν ικανοποιήται ένα αίτημα. Η δική μας συνάρτηση εκτε είται όταν ηφ εί ένα SMS, και μπορείτε να τη δείτε παρακάτ. public void onreceive(context context, Intent intent) { // Retrieves a map of extended data from the intent. final Bundle bundle = intent.getextras(); try { if (bundle!= null) { 24

29 final Object[] pdusobj = (Object[]) bundle.get("pdus"); for (int i = 0; i < pdusobj.length; i++) { SmsMessage currentmessage = SmsMessage.createFromPdu((byte[]) pdusobj[i]); String phonenumber = currentmessage.getdisplayoriginatingaddress(); String sendernum = phonenumber; String message = currentmessage.getdisplaymessagebody(); Log.i("SmsReceiver", "sendernum: " + sendernum + "; message: " + message); if (sendernum.equals(tentcontrol.getarduinophonenumber())) { String[] values = message.split("^"); Measurements.addTemperature(values[0]); Measurements.addHumidity(values[1]); Measurements.addWind(values[2]); Measurements.addPercipitation(values[3]); Measurements.addLux(values[4]); Measurements.addState(values[5]); Time now = new Time(); now.settonow(); Measurements.addTimestamp(now.format("%d/%m/%Y, %H:%M %S")); MyActivity.updateMessageTextView(); Measurements.storeValues(context); // end for loop // bundle is null catch (Exception e) { Log.e("SmsReceiver", "Exception smsreceiver" + e); Πρώτο και ασικότερο είναι ο έ ε ος εάν το μήνυμα ε ήφ η από τον Arduino, μιας και η συνάρτηση αυτή α εκτε είται ια οποιοδήποτε εισερ όμενο μήνυμα. Το μήνυμα που αμ άνεται έ ει την εξής μορφή: Θερμοκρασία^Υ ρασία^αέρας^βρο ή^φ τεινότητα^κατάσταση Οι π ηροφορίες αυτές απο ηκεύονται και τέ ος εμφανίζονται στο κάτ μέρος της κύριας ο όνης. 25

30 7 Hardware 7.1 Έ ε ος του DC κινητήρα Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφερ εί ότι ο DC κινητήρας τ ν 5V ρησιμοποιή ηκε ια τις ανά κες τις διπ ματικής ερ ασίας. Το κύκ μα ε έ ου δια έτει ό η την ειτουρ ικότητα ια να δώσει τις αντίστοι ες εντο ές εκκίνησης-διακοπής σε ένα κύκ μα οδή ησης κινητήρα με α ύτερης ισ ύος. Πρίν την περι ραφή της κυκ ματικής διάταξης περι ράφεται η επι υμητή ειτουρ ία που πρέπει να κάνει ο κινητήρας. Συ κεκριμένα, ο κινητήρας πρέπει να περιστρέφεται προς τις δύο κατευ ύνσεις και να σταματά με άση τις εντο ές που δέ εται από το σύστημα ε έ ου. Τα ασικά τμήματα που ρησιμοποιούνται ια τον έ ε ο του κινητήρα είναι το Arduino, το τσιπάκι L293d, μια π ήρης έφυρα διόδ ν και φυσικά ο κινητήρας. Η ροή ε έ ου ίνεται με τον παρακάτ τρόπο Μικροε ε κτής Στον μικροε εκτή υπάρ ει υ οποιημένη η παρακάτ ο ική ε έ ου(εικόνα logic.png) της κατεύ υνσης περιστροφής του κινητήρα. Η υ οποίηση ασίζεται σε συναρτήσεις κώδικα οι οποίες ονομάζονται motor_right(), motor_left() και stop_motor() ια να είναι εύκο α κατανοητές από τον προ ραμματιστή. Πρέπει σε αυτό το σημείο να αναφερ εί ότι η πο ικότητα της τροφοδοσίας του κινητήρα πρέπει να ηφ εί υπ οψιν κατα την ε κατάσταση ια να δου εύουν οι συναρτήσεις ε έ ου κατεύ υνσης σ στά. Σε περίπτ ση που συνδε εί ανάποδα α περιστρέφεται προς τις αντί ετες κατευ ύνσεις από αυτές που ονομάζουν οι συναρτήσεις Ο οκ ηρ μένο κύκ μα ια την οδή ηση του κινητήρα Το ο οκ ηρ μένο L293d της εταιρείας Texas Instruments είναι το κύκ μα οδή ησης του κινητήρα. Συ κεκριμένα το L293d δια έτει δύο κυκ ώματα, το κύκ μα ψηφιακής ο ικής και το κύκ μα οδή ησης του κινητήρα. Το πρώτο κύκ μα είναι αμη ής ισ ύος και αποτε εί την διεπαφή με το κύκ μα έ ε ου(arduino). Το δεύτερο μπορεί να είναι ένα κύκ μα ίδιας ή και με α ύτερης ισ ύος(5-36v, Imax=600mA). Στην υ οποίηση αυτή ρησιμοποιείται η συνδεσμο ο ία ε έ ου κατεύ υνσης όπ ς φαίνεται παρακάτ. Η τροφοδοσία Vcc1 είναι η τροφοδοσία αμη ής ισ ύος και προέρ εται από την παρο ή τροφοδοσίας του Arduino. Η Vcc2 είναι η τροφοδοσία υψη ής ισ ύος και μπορεί είναι ίδια ή και με α ύτερη από αυτή του Arduino(5V). Στην μακέτα ο κινητήρας είναι της τάξης τ ν 5V*0.5Α=2.5W. Ο ακροδέκτης EN(Enable) όταν είναι High τότε επιτρέπει στον κινητήρα να περιστρέφεται α ιώς όταν είναι στο Low ο κινητήρας σταματά και δεν δέ εται εντο ές. Τώρα, στην περίπτ ση που το EN είναι High ρησιμοποιούνται οι ακροδέκτες 1Α και 2Α με σκοπό να ε ε εί η φορά περιστροφής του κινητήρα σύμφ να με τον πίνακα α η είας που παρουσιάστηκε παραπάν. 26

31 7.1.3 Δίοδοι Οι δίοδοι που φαίνονται στην παραπάν εικόνα ρίσκονται έξ απο το τσιπάκι και πρέπει να τις τοπο ετήσει ο σ εδιαστής. Η ειτουρ ία τους είναι η σύζευξη και αποσύζευξη του κινητήρα από την τροφοδοσία υψη ής τάσης(vcc2) σύμφ να με την ο ική που ε έ ει τους ακροδέκτες 2 και Κινητήρας Τέ ος, ο κινητήρας είναι ένας απ ός DC κινητήρας τ ν 5V που κατά την ονομαστική του ειτουρ ία απορροφά ρεύμα περίπου 0.4Α. 7.2 Στήνοντας το σύστημα ε έ ου του κινητήρα Παρακάτ φαίνεται μια εικόνα κατά την διάρκεια ε έ ου του συστήματος. Έ ουν τοπο ετη εί ευκά leds στους ακροδέκτες του κυκ ώματος οδή ησης ια να ε ε εί ότι το σύστημα δου εύει σ στά. Επιπ έον, παρατί εται και ένα κομμάτι κώδικα το οποίο ρησιμοποιή ηκε ια τον έ ε ο του συστήματος ε έ ου της περιστροφής του κινητήρα πριν ενσ ματ εί με το ό ο σύστημα. Το datasheet από το L293d ρίσκεται σε αυτή την διεύ υνση (αʹ) Συνδεσμο ο ία του L293d ( ʹ) Λο ική ια το L293d ( ʹ) Testing κινητήρα Σ ήμα 10: Εικόνες hardware Παρακάτ εμφανίζεται το πρό ραμμα ε έ ου της π ήρης ειτουρ ίας του κινητήρα. Αυτό που κάνει το πρό ραμμα είναι να περιστρέφει τον κινητήρα δεξιά ια 500ms και μετά να τον σταματάει ια 1500ms, έπειτα τον περιστρέφει αριστερά ια 2000ms και τον σταματάει ια 1500ms. Αυτή η διαδικασία συνε ίζει να επανα αμ άνεται. int en=10; int onea=11; int twoa=12; int opentent=9;//simulation of the contact //unsigned int val=0;//simulation of the contact 27

32 void setup(){ // pinmode(en,output); // pinmode(onea,output); // pinmode(twoa,output); // pinmode(opentent,input); // // digitalwrite(en,low);//disable the motor controller // digitalwrite(twoa,low);//initialize the pins so they fit on the first loop actions // digitalwrite(onea,low); init_motor(); //Debugging Serial.begin(9600); Serial.println("Hello!"); //Attention: the motor control is following the boolean table below //en onea twoa motorreaction //h h l turn right //h l h turn left //h h h fast stop motor //h l l fast stop motor //l x x fast stop motor //opentent = 1 the tent is open //opentent = 0 the tent is closed(starting position-put the tent pin at the gnd) void loop(){ motor_right(); delay(500);//wait for a while //simulation of the contact with a push button // val=digitalread(opentent); // Serial.println(val); // // while(digitalread(opentent)!= 1){ // // // val=digitalread(opentent); // Serial.println(val); //The tent is open - stop the motor stop_motor(); delay(1500);//wait for a while motor_left(); delay(2000);//wait for a while //simulation of the contact with a push button // val=digitalread(opentent); // Serial.println(val); 28

33 // // while(digitalread(opentent)!= 1){ // // // val=digitalread(opentent); // Serial.println(val); //The tent is closed - stop the motor stop_motor(); delay(1500);//wait for a while void init_motor(){ pinmode(en,output); //allocate a pin from arduino board (Enable) pinmode(onea,output); //allocate a pin from arduino board (onea - 1A) pinmode(twoa,output); //allocate a pin from arduino board (twoa - 2A) pinmode(opentent,input); //this is the feedback from the tent switches digitalwrite(en,low);//disable the motor controller //initialize the pins so they fit on the first loop actions digitalwrite(twoa,low); digitalwrite(onea,low); void motor_right(){ //Enable the motor controller digitalwrite(en, HIGH); //Spin the motor on one direction to open the tent(right-observer on the shaft) digitalwrite(twoa,low); digitalwrite(onea,high); void stop_motor(){ //Disable the motor controller digitalwrite(en, LOW); void motor_left(){ //Enable the motor controller digitalwrite(en, HIGH); //Spin the motor on one direction to open the tent(right-observer on the shaft) digitalwrite(twoa,high); digitalwrite(onea,low); 29