Automação Residencial com Arduino na Prática - Parte 2 (Interface OSC)

Neste post vou descrever o processo de configuração para a comunicação entre o dispositivo móvel de comando (Iphone/Ipad/Ipod/Android) e o Arduino que é o núcleo da central de Automação.

Para estabelecer essa comunicação utilizaremos  o protocolo OSC (Open Sound Control) que é uma evolução do protocolo MIDI adaptada para transporte via TCPIP.

Mais informações sobre o protocolo OSC podem ser obtidas aqui.

As principais vantagens de usar esse protocolo são as seguintes:

• Apresenta resposta rápida aos comandos
• Biblioteca ARDOSC disponível para Arduino
• Disponibilidade de ferramenta simples para o desenvolvimento de interfaces gráficas customizadas para Iphone, Ipad, Ipod, e Android chamada TouchOSC Editor. Com essa ferramenta, não é necessário conhecer nada de programação IOS para desenvolver interfaces gráficas de comando para automação.

A biblioteca recotanaARDOSC trabalha em conjunto com a biblioteca Ethernet oficial do Arduino, sendo assim qualquer shield ethernet baseado no chip W5100 deve funcionar sem problemas.

A versão da Lib ARDOSC indicada no link acima é compatível com a IDE 1.0 do Arduino, sendo que recomendo utilizarem essa versão.

A biblioteca ARDOSC torna bastante simples a configuração da comunicação OSC no Arduino, pois além das definições de interface de comunicação, temos apenas que definir quais são as rotinas que devem ser executadas para cada comando OSC recebido.

Para executar esta demonstração de comunicação OSC , serão necessários os seguintes componentes:

• Arduino
• Shield Ethernet
• 2 leds
• 2 resistores de 1K
• 2 chaves tactil
• fios para conexão
• protoboard
• Roteador WiFi (pode ser o existente na sua rede residencial)
• dispositivo móvel (Iphone,Ipad,Ipod ou Android)

A idéia básica é ligar e desligar 2 leds conectados ao arduino, a partir da tela de um dispositivo móvel (Iphone, Ipad, Ipod ou Android). Além disso poderemos também controlar os leds a partir de duas chaves conectadas diretamente no Arduino, sendo que neste caso o status dos Leds deverão ser atualizados na tela do dispositivo móvel.

1o Passo  (Criar a interface gráfica de comando no TouchOSC Editor)

Neste primeiro passo criaremos uma tela customizada para o dispositivo de controle, que pode ser um IPhone,Ipad,Ipod ou Android. Para isso utilizaremos o aplicativo TouchOSC Editor que está disponível aqui .

Depois de baixar e instalar a versão do aplicativo TouchOSC Editor compatível com o seu sistema operacional, abra o aplicativo.

Na janela abaixo, selecione as opções de “Layout Size“ e ”Layout Orientation” confome seu dispositivo móvel .

Adicionar legenda

Obs: O campo "Page Name" não é importante neste teste, porém ele pode ser utilizado num sistema de automação mais elaborado para identificar o ambiente controlado pelos comandos da página. (ex: cozinha. sala, dormitórios, etc). Toda vez que for selecionada uma página diferente, um comando OSC será enviado para o Arduino com o "Page Name" correspondente a página selecionada. Essa informação poderá ser utilizada no Arduino para devolver para o celular o status das lâmpadas daquela página .

Clicando na aba cinza com o botão direito do mouse, podemos adicionar outras páginas a nossa interface e cada página pode conter botões de comandos diferentes, semelhante as telas que mostrei no primeiro post deste tema. 
Podemos assim dividir a casa em setores, onde cada página contem os comandos de um setor da residência.

Para inserir os controles na página, clique com o botão direito do mouse na parte preta da tela e selecione o tipo de controle desejado. (neste caso use o ”toggle button”)

Surgirá um objeto do tipo ”toggle button” na tela que poderá se dimensionado confome desejado.

• Defina um nome para o togge button no campo "Name"
• Selecione a cor desejada para o botão em Color  
• Desmarque a opção auto em OSC e na caixa logo abaixo digite o commando OSC que deseja associar a esse botão (neste caso vamos usar  "/ard/led1"  (sem aspas))
• Defina Value Range como (From=0  e To=1) * 

* (esses são os valores de argumento que serão enviados com o comando OSC ”/ard/led1” quando o botão mudar de estado)

Neste caso:

Botão desligado: envia 0

Botão acionado: envia 1

Para criar o segundo segundo botão de controle, clicar novamente com o botão direito do mouse na parte preta da tela e selecionar ”toggle button”

Configurar o Segundo toggle buttom conforme figura acima:

Uma vez finalizado clique em ”save “, escolha onde quer salvar e dê um nome para o layout .

Existem vários outros tipos de objetos de comando que podem ser utilizados, inclusive labels que podem identificar os botões e incrementar o aspecto visual da interface, porém neste exemplo vamos criar apenas os dois toggle buttons necessários para a nossa demostração.

Para disponibilizar o layout que criamos e transferir para o dispositivo móvel, basta clicar em ”Sync” no TouchOSC Editor e em seguida executar no Iphone, Ipad ou Ipod o procedimento descrito abaixo .

2o passo   (Instalar e configurar o TouchOSC no dispositivo móvel)

Baixar o TouchOsc para seu dispositivo móvel na apple store ou na Google Play.

Ao executar o TouchOSC pela primeira vez aparecerá a janela abaixo:

Selecione a primeira opção “OSC: Not Configured” 

• Posicione a opção Enabled em ON.
• Indique em Host o IP definido para o seu Arduino.
•  Em Port (outgoing) indique a porta definida para serverPort no código do Arduino.
• Em Port (incoming) indique a porta definida para destPort no código do Arduino.

O campo Local IP Address é o IP atribuido atualmente ao dispositivo móvel. Ele é informado automaticamente pelo aplicativo TouchOSC.

• Toque em TouchOSC no canto superior esquerdo da tela para retornar ao menu inicial (tela abaixo).

As opções MIDI Mobilizer e CoreMIDI podem ficar em Disabled.

Para adicionar ao dispositivo móvel o novo layout que criamos no TouchOSC Editor, toque em Layout (Simple) e então na tela abaixo clique em Add.

Neste momento deverá aparecer uma tela semelhante a esta abaixo, porém indicando que um host foi encontrado. (será indicado o nome do seu PC onde está o layout que criamos).

Importante: o PC e o dispositivo móvel deverão estar conectados na mesma rede para que seja possível transferir o layout.

Toque no host que foi encontrado e o layout será transferido para o dispositivo móvel.

Toque então em Layout e selecione o novo layout que foi transferido.

Depois toque em Done.

O layout novo que criamos será apresentado na tela e já estará pronto para usar.

Mais detalhes sobre esta configuração podem ser obtidos na documentação do TouchOSC que pode ser consultada aqui.

Para layouts customizados para dispositivos Android, consultar a documentação aqui.

3o Passo  (montar o circuito no Arduino e carregar o código)

Bem agora só falta montar os componentes adicionais e carregar o código no Arduino para ele interpretar as mensagens OSC e controlar os LEDs.

A montagem dos componentes no Arduino deverá ser executada conforme foto abaixo:

A seguir temos o código arduino que utilizaremos nesta demonstração onde comentei cada linha para facilitar o entendimento:

O código acima permite controlarmos os 2 leds do circuito a partir da tela do celular.

Na primeira parte do código, temos as definições da interface Ethernet e portas utilizadas pelo protocol OSC.

 Notem que temos as portas serverPort e destPort.

• Serverport é a porta que o Arduino receberá as mensagens OSC que o dispositivo móvel (Iphone/Ipad/Ipod/Android) envia.

• DestPort é a porta que o arduino vai usar para enviar mensagens OSC para o dispositivo móvel (Iphone/Ipad/Ipod/Android).

O arduino poderá enviar mensagens OSC para o dispositivo móvel quando for necessário atualizar o status dos LEDs. Isso acontecerá quando eles forem ligados ou desligados a partir das chaves tactil conectadas no Arduino.

No cenário real de automação essas chaves estarão nos módulos remotos (MA02, Comando, Dimmer ou IR/RGB) que terão comunicação ZIBEE com o módulo central através dos XBees.
Este tema será abordado no próximo post (parte 3).

No método "setup", fazemos a associação dos comandos OSC com as rotinas que deverão ser executadas para cada um deles.


  server.addCallback("/ard/led1",&func1);  //define que a rotina "func1" sera executada para o comando OSC "/ard/led1"
  server.addCallback("/ard/led2",&func2);  //define que a rotina "func2" sera executada para o comando OSC "/ard/led2"

No método "setup" também são configurados os modos de operação das portas dos leds e ativados os resistores de PullUps internos para as portas das chaves.

Finalmente no método loop temos leituras das chaves e as rotinas específicas para cada comando OSC.

Os comandos OSC podem conter valores dos seguintes tipos:

- Int32

- Float

- String

No nosso exemplo vamos receber argumentos Float por isso utilizaremos (int)_mes->getArgFloat(0)

Basicamente uma mensagem OSC tem as seguintes informações:

• OSCAdr (identificação do comando que se quer enviar)
• destIP  (endereço IP do destino da mensagem)
• destPort  (porta utilizada para envio da mensagem)
• Arg (argumento associado ao OSCAdr que pode ser do tipo Int32, Float ou String)

Para montar e enviar uma mensagem OSC no Arduino, usamos as seguintes linhas de comando:

OSCMessage txMes;  //cria uma nova mensagem OSC
txMes.setAddress(destIP,destPort);  //define endereço IP e porta do destino da mensagem OSC
txMes.beginMessage("/ard/led1");  //define comando OSC

txMes.addArgFloat(!state);  //define argumento Float que sera enviado 
client.send(&txMes);  //envia mensagem OSC 


Para adicionar argumentos na mensagem OSC podemos usar as seguintes opções:

txMes.addArgInt32(int);

txMes.addArgFloat(float);
txMes.addArgString(string);

Abaixo temos um diagrama com as associações entre os parâmetros inseridos no TouchOSC e o código no Arduino:

Abaixo um video demonstrando o funcionamento do que foi apresentado nesta parte 2 do tópico Automação Residencial com Arduino na Prática .

Em caso de dúvidas, fiquem a vontade para fazer perguntas, tanto nos comentários como por email.

Na parte 3 falaremos sobre comunicação ZIGBee usando módulos XBee.

Até lá. 

Um Feliz Natal a todos