TDC2014 - Internet das Coisas - Arduino & OpenDevice

Trilha: Internet das Coisas
Computação Física, Plataformas, Comunicação, APIs
Comunicação entre Arduino, Raspberry, Android com OpenDevice.
Ricardo JL Rufino
rjlr@cin.ufpe.br
ricardo@criativasoft.com.br

AgendaAgenda
● Introdução a Internet das Coisas (fast !!)
● Arduino
● Exemplos
● Shields
● Sensores
● Projetos
● Automação Residencial..
● OpenDevice (Hands-On)
● Arduino / Raspberry e Similares
● Protocolos de Comunicação
● Brincando via JavaScript
● Comunicação em real-time utilizando WebSockets
● Utilizando o Android

AgendaApresentação
Ricardo JL Rufino
➔ Esp. em Engenharia de Software
➔ Mestrando em Gestão de TI (UFPE)
➔ Sócio fundador da CriativaSoft.
➔ Atuo no desenvolvimento de Software desde 2007, focado em
soluções empresariais sobre plataforma JavaEE.
Desenvolvedor de softwares open-source como Framework
Web MVC Mentawai, ProjectNCode e instrutor de cursos de
Java.

Internet das Coisas
●
Que coisas são essas ?
– Computadores
– Smart Phones
– Tablets
– Sensores
– Roupas
– Pessoas
– Pode ser o que você quiser ! Até cidades !

Conceito
●
O Conceito de “Internet das Coisas” começou a
ser desenvolvido em 1999 nos laboratórios do
MIT. A proposta é ligar todas as coisas à
Internet, de sofisticados equipamentos até
lâmpadas, para que esses objetos passam se
comunicar entre si e com os usuários, a fim
de gerar informações com diversos potenciais e
finalidades

Envolvidos ?
●
Grandes empresas estão aderindo...
– Google
●
Compra da Nest ($3.2 ~ R$ 7.5 bilhões )
●
Compra da Boston Dynamics (robôs)
●
Sistema Operacional para carros. (Android Auto)
– Apple (HomeKit, healthkit, )
– Microsof
●
Lançando plataformas de IoT
– Dell, Intel e Samsung
– Muitas outras e em breve ….. a ;)

“A Internet das Coisas vai mudar
o mundo completamente.”F
U
T
U
R
O Hu – Yoshida ( CTO Hitachi )

Como vim para aqui ?
●
Tudo começa com um violão...
.. e a primeira gambiarra:
● Um captador feito a partir de um
relógio de pulso
GENIAL !!!! = )

Como vim para aqui ?
●
Depois a meta era uma Guitarra !
● Resumindo:
2 anos juntando mesada !
E o amplificador ?

E o amplificador ?
Descobri que é possível criar coisas !!!

O vamos fazer agora ?
●
Nós somos desenvolvedores, não somos
pessoas normais .. ACEITE !!!
●
Vamos HACKEAR as coisas
●
Vamos CRIAR novas coisas
– É preciso estudar bastante
– Não ter medo de errar.. !

O que é Arduino
● Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica open-
source, baseada nos princípios de flexibilidade e facilidade de
uso para hardware e software.
● Consiste de uma placa com microcontrolador programável
preparada para receber sinais de sensores e acionar
atuadores.
● Sua linguagem de programação é baseada em Wiring
(baseado em C/C++).
● A placa pode funcionar em conjunto ou de forma independente
do computador
● É uma comunidade !
Se você já conhece pode pular muitas páginas...

Arduino é Open Source
● Todo o hardware é aberto e os projetos estão
disponíveis
● Quem quiser, pode comprar os componentes e
montar a sua placa
● O software de programação também é livre e
está disponível para download gratuitamente

Clones
• SeeDuino
• Freeduino
• Severino
• Brasuíno

Similares
LaunchPad (32bits - ARM Cortex M4)
chipKIT Uno32 - 32 bits,
80MHz, 128kB Flash, 16kB SRAM

Similares
Digispark ( 6 I/O Pins,USB, I2C, SPI )
DigisparkDigispark
Adafruit Trinket (ATtiny85)

●
O que não temos, podemos criar !

Arduino Uno
● Microcontrolador: ATmega328p (8-bit AVR RISC);
● Tensão de operação: 5V;
● Tensão de entrada (recomendada): 7-12V;
● Pinos digitais de E/S:14 (6 podem ter sinal PWM);
● Pinos com entrada analógica: 6;
● Corrente máxima por pino de E/S: 40 mA;
● Hardware para comunicação: 1 porta serial (UART TTL), I2C (TWI), SPI;
● Memória Flash (de programa): 32 kB (0,5 kB são usados pelo bootloader);
● Memória SRAM: 2 kB; EEPROM: 1 kB;
● Frequência de clock: 16 MHz.
http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Arduino Leonardo
● Microcontrolador: ATmega32u4 (Atmel 8-bit AVR RISC);
● Pinos digitais de E/S: 20 (7 podem ter sinal PWM);
● Hardware para comunicação: 1 porta serial (UART), I2C (TWI), SPI, USB 2.0
(emula teclado ou mouse);
● Memória Flash (de programa): 32 kB (4 kB usado pelo bootloader)
● Memória SRAM: 2,5 kB; EEPROM: 1 kB;
● Suporte a comunicação USB no próprio ATmega32u4;
http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardLeonardo

Arduino Mega 2560
● Microcontrolador: ATmega2560;
● Pinos digitais de E/S: 54 (15 podem ter sinal PWM);
● Hardware para comunicação: 4 portas seriais (UART), I2C (TWI), SPI, USB 2.0
(emula teclado ou mouse);
● Memória Flash (de programa): 256 kB (8 kB são usados pelo bootloader)
● Memória SRAM: 8 kB; EEPROM: 4 kB;

O que é um Microcontrolador?
● CPU de pequeno porte, capaz de executar um
conjunto de instruções;
● Ou seja, possui um microprocessador!
● – Instruções simples e rápidas;
● – Possui memória(s);
● – Possui periféricos;
● – Pode se comunicar com outros periféricos;

Microcontrolador
Diagrama do PIC16F887

Programação (Blink)
Define o modo de operação do PINO 13 como Saída
Liga a Tensão (5V) no PINO 13
Desliga

Esquema / Ligações
È recomendável usar um Resistor (de 220ohm a 1k)
No LED a maior perna é o positivo

Esquema / Sem nada !
Pra quem tem preguiça:
O Arduino já vem com um LED embutido (Pino 13)

Instalação
IDE é compatível: Windows, Mac OS X e Linux
– Link: http://arduino.cc/en/main/software
● Driver
– Windows: precisa do driver FTDI
– Linux: não precisa de NADA... ;)
● Software
– Basta descompactar e rodar (se quiser tem um instalador)
– Se tiver algum problema instale a versão antiga: Arduino 1.0.X
– Dúvidas, siga:
● https://www.circuitar.com.br/tutoriais/configurando-o-arduino-no-windows/
● Win 8: http://futebol-uff.blogspot.com.br/2012/12/instalando-drivers-do-arduino-no.html

Gravando o Programa
1 - Selecione o Modelo da Placa
2 - Selecione a Porta Serial *
* Se não aparecer, pode ser problema
no Driver (Ruindows !!!)
No Arduino Leonardo a porta fica
mudando e algumas vesses você precisa
selecionar várias vesses !
3 – Clique em upload para
compilar e enviar para o Arduino

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Coluna 1
Coluna 2
Coluna 3Prática ?!

Antes do Arduino
http://www.avr-tutorials.com/

Antes do Arduino
Digital I/O Assembly
http://www.avr-tutorials.com/

Antes do Arduino
● Processo Lento
● Mais caro
● Mais Complexo

Exemplo 2 : Botão (Leitura Digital)

Exemplo 2 : Botão (Leitura Digital)
http://arduino.cc/en/Tutorial/DigitalReadSerial

Exemplo 2 : Botão (explicação)
O digitalRead() lê as tensões de entrada: (5v ou 0v)
e converte em valores: 0 (LOW) e 1 (HIGH)
O pino em modo de leitura (INPUT), sem nenhuma
conexão, irá flutuar gerando valores aleatórios, por
isso precisamos puxar ele pra 0v (pull-down) ou
para 5v (pull-up)
… Então quando a chave estiver aberta, precisamos
levar o pino para um estado confiável, no caso
ligamos ao negativo (GND) usando um resistor (ou
seja um pull-down )

Potenciômetro : Leitura Analógica
http://www.arduino.cc/en/tutorial/potentiometer

● analogRead() - Lê valores dos pinos analógicos
● O conversor A/D do microcontrolador ATmega328 possui 10
bits de resolução, gerando valores na faixa 0 a 1023
conforme a tensão no pino, que varia de 0v a 5v.
● A quantidade de pinos analógicos varia em cada modelo.
● Demora 100 microsegundos (0.0001 s) para ler (10,000
leituras / seg)

Sensor de Luz : LDR
● LDR (do inglês Light Dependent Resistor) ou Photo-resistor
● Componente eletrônico passivo do tipo resistor variável
● A medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência
diminui.
● Não é muito preciso !

Sensor de Luz : LDR
Modo Pull-Down
Pouca Luz → Valor Baixo
Modo Pull-Up
Pouca Luz → Valor Alto

Shields Arduino
● Sistema modular para expandir as
funcionalidades do arduino.
● A parte mais genial !!!
● Uma lista enorme pode
ser encontrada em:
http://shieldlist.org/

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Coluna 1
Coluna 2
Coluna 3Exemplos

Shield : WiFly Shield
https://www.sparkfun.com/products/9954

Shield : Cellular with SM5100B

Shield : GPS

Shield : Color LCD Shield
https://www.sparkfun.com/products/retired/9363

Shield : Relay Shield
http://www.seeedstudio.com/depot/relay-shield-v20-p-1376.html?cPath=132_134

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Coluna 1
Coluna 2
Coluna 3Sensores
http://www.trossenrobotics.com/

Sensores
http://www.trossenrobotics.com/c/arduino-sensors.aspx?sort=SalesRank

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Coluna 1
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Coluna 3Robôs

Automação Residencial
● Ligar/Desligar qualquer eletrodoméstico
● Controlar iluminação, temperatura
● Sensores de Presença (segurança)
● Controle de portas e portões automáticos
● Controle Centralizado
● Controle Remoto (pela internet)
● Economia de Energia e Monitoramento de Consumo
● Hardware barato ( Redução de Custos !!!! )

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Coluna 1
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Coluna 3Projetos

Twitter Enabled Coffee Pot
http://www.instructables.com/id/Tweet-a-Pot-Twitter-Enabled-Coffee-Pot/

Inebriator
http://www.theinebriator.com/

Flamethrowing Jack-O'-Lantern
http://www.instructables.com/id/Flamethrowing-Jack-O-Lantern/

Tree Climbing Robot
http://www.instructables.com/id/Tree-Climbing-Robot/

Arduino R/C Lawnmower
http://www.instructables.com/id/Arduino-RC-Lawnmower/

http://www.wired.com/2013/01/wearable-arduinos/#slideid-351561

ArduIMU Quascopter
http://thecoolgadgets.com/arduimu-quascopter-diy-arduino-helicopter-4-infrared-and-1-ultra-sonic-sensors/

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Problema !!
Como fazer a comunicação com esses equipamentos / dispositivos ?
Os padrões ainda estão sendo criados.... (verdadeira gerra !)
É preciso ser fácil

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Alternativas com JAVA ?
● A Sun nos abandonou ! (JavaComm/JSR80 ?!?)
● RXTX tem muitos problemas e tem ajustes manuais
- Consegue fazer via JNI (Java Native Interface)
- Pra quem quer começar é um problema !
● Usb4java – Nova, mas parece promissora !
...A IDE do Arduino usa RXTX por baixo dos panos
USB ??

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●
Aqui só no J2ME (JSR-82) e Android.
●
Desktop nem pensar !! e Raspberry ?? rsrsr
●
Saída : Bluecove (usando JNI)
●
Problema : Ultimo release é de 2008
Snapshot em 2010
Bluetooth ??
* JNI faz chamadas a bibliotecas em C, produzidas para esse fim

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Esse não podemos reclamar !
Rede / TCP / IP ?

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Tudo junto ?
Dá um trabalhinho !
E você precisa criar sua própria forma de comunicação
Lidar com detalhes de baixo nível
Correção de Erros
Precisa ter uma boa experiência
Etc.. etc...

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Solução ?
Quem pode nos ajudar ?

OpenDevice
Open IoT (Internet Of Things) Platform and Framework.
“Conjunto de ferramentas e APIs para construção de
soluções de Internet das Coisas”

OpenDevice
● Apis e Ferramentas que permitem construir
sistemas de:
– Automação Residencial
– Monitoramento de Sensores
– Monitoramento de Energia
– Controle de Robôs
– Smart City

OpenDevice
● Objetivo:
O principal objetivo é monitorar e controlar
hardwares baratos como Arduino, RaspberryPI e
plataformas semelhantes, local (offline) ou sobre
a nuvem usando linguagens de programação de
alto nível e com a abstração de protocolos e
detalhes de baixo nível.

Foco no que é importante !
Isso permite que você se concentre em seu
projeto e na inovação, deixar os detalhes
obscuros de protocolos de comunicação e
especificações com OpenDevice, você vai dar um
passo importante para o sucesso de seu
projeto.

Funcionalidades
● Open API (for: REST, JavaScript, Java, Android, Arduino,
EnergiaIDE)
● Real-time (WebSockets)
● Event-Based
● Async & non-blocking
● Multi-protocolo (Usb, Bluetooth, TCP)
● Independente de Linguagem
● Independente de Plataforma (Windows, Linux, Mac, MIPs on
OpenWRT)
● Lightweight/Built-in Servers (não precisa do tomcat ou glassfish)

Event-driven and Real-Time
Você não precisa consultar a informação,
ela vem até você quando os dados
estiverem disponíveis

Hands-On/Of
Uma pitada de java...

Incrementando no Arduino
* C / Arduino

Incrementando no JAVA
Definição de Dispositivos
Definição das Conexões
* JAVA

Adicionando Rest !
Adicione essa linha e seja feliz !!!
Você pode acessar pelo navegador
… ou com JavaScript !

Agora ficou sério ! WebSockets !
Adicione essas linhas e fique Real-Time e de quebra servidor http !
Biblioteca de Rest e WebSocket ! (adicione no pom.xml)
Ao adicionar o servidor de W.S automaticamente já é adicionado o servidor de REST

Instalação
● Usamos o Maven (arquivo pom.xml)
Substitua: ${opendevice-version} pela ultima versão, atualmente: 0.1.2-SNAPSHOT.
Qualquer dúvida consulte:
https://opendevice.atlassian.net/wiki/display/DOC/A.+First+Steps+with+OpenDevice

Instalação
● Adicionar o repositório da Sonatype

Instalação (lib arduino/similar)
● Baixar ou Clonar o repositório do GIT
– opendevice-hardware-libraries
● Copiar a pasta: arduino/OpenDevice
– Para pasta /libraries da IDE do Arduino
● Reinicie a IDE do Arduino
Github / Sources: https://github.com/OpenDevice

HORÁRIO RESERVADO
À PROGRAMAÇÃO E MÃO NA MASSA

Postura !
Nós somos desenvolvedores, não somos “normais”
ACEITE ISSO.. !!!
Devemos ser agentes de Transformação e Criação.

Atitude !
Não espere a ideia brilhante !
Execute a ideia que você gosta.
Descubra o que você gosta
Não escute os outros
●
Muita gente vai dizer que você não consegue
●
Muita gente vai dizer que já existe

Contatos
●
E-mail:
– ricardo@criativasof.com.br
– rjlr@cin.ufpe.br
●
Facebook
– /ricardojlrufino

Link's
●
OpenDevice:
– http://opendevice.io
– https://github.com/OpenDevice
– https://opendevice.atlassian.net/wiki
– http://opendevice.criativasof.com.br
●
Facebook
– /opendevice

Link's
●
Onde Comprar ? (Gringos):
– www.adafruit.com
– www.sparkfun.com
– www.seeedstudio.com
– imall.iteadstudio.com
– www.dx.com (mercado livre – demora....)
●
Brasil
– Lab de Garagem (http://www.labdegaragem.org
– Multilógica Shop (http://multilogica-shop.com/);
– Rlrobotics (http://www.rlrobotics.ind.br/arduino);
– Webtronico (http://www.webtronico.com/)

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