Construindo IoT com Java ME 8 no Raspberry Pi: Parte 1 – Integração de Sensores GPIO

Descubra como conectar e controlar sensores em um Raspberry Pi usando Java ME 8, desbloqueando poderosas capacidades IoT.

Publicado em setembro de 2014

A versão mais recente do Java ME 8 introduz uma robusta API Device I/O que simplifica o controle de LEDs, relés, LCDs, sensores, motores e interruptores.

Este artigo inicia uma série de três partes sobre integração de sensores eletrônicos com o Raspberry Pi Model B via GPIO, I²C, SPI ou interfaces UART.

Ao aproveitar o Java ME 8 para acionar dispositivos através dessas interfaces, você pode construir um ecossistema IoT totalmente funcional.

Nesta parte, focamos em GPIO e fornecemos classes Java ME 8 prontas para uso para:

• Detectar chama com sensor de chama DFRobot DFR0076
• Detectar movimento com sensor PIR HC-SR501
• Medir distância com módulo ultrassônico HC-SR04

Nota: O projeto completo NetBeans IDE 8.0, incluindo todos os arquivos fonte, pode ser baixado aqui.

Visão Geral da API Device I/O

A especificação da API Device I/O define uma interface genérica de I/O periférico para aplicações Java em plataformas embarcadas. Ela cobre dispositivos comuns como:

• GPIO, I²C, SPI, UART
• ADC e DAC
• I/O mapeado em memória
• Módulos de comando AT
• Timers watchdog e contadores de pulso
• Geradores PWM e dispositivos genéricos

Considerações Principais do Circuito

Todos os pinos GPIO do Raspberry Pi operam a 3.3 V. Antes de conectar um sensor, verifique seus requisitos de tensão. Se um dispositivo espera 5 V, use um conversor de nível lógico (ex: shifter baseado em MOSFET BSS138) para traduzir sinais com segurança.

Conectando o Detector de Chama

O sensor de chama DFR0076 detecta comprimentos de onda de luz entre ~760 nm e 1100 nm, com alcance de detecção de 20–100 cm. Quando chama está presente, seu pino de sinal puxa para alto.

Conecte o sensor ao 3.3 V, GND e GPIO 22 do Pi conforme ilustrado na Figura 3, então crie uma classe Java ME 8 para controlá-lo.

Listagem 1 – Classe DFR0076Device

public class DFR0076Device {
    private GPIOPin pin = null; // Pino para controle do sensor de chama
}

Listagem 2 – Inicializando o pino GPIO

public DFR0076Device(int pinGPIO) {
    pin = (GPIOPin) DeviceManager.open(new GPIOPinConfig(
        0, pinGPIO, GPIOPinConfig.DIR_INPUT_ONLY,
        GPIOPinConfig.MODE_INPUT_PULL_UP,
        GPIOPinConfig.TRIGGER_RISING_EDGE, false));
}

Listagem 3 – Registro de listener

public void setListener(PinListener flameListener) {
    if (pin != null) {
        pin.setInputListener(flameListener);
    }
}

Listagem 4 – Limpeza de recursos

public void close() {
    if (pin != null) {
        pin.setInputListener(null);
        pin.close();
    }
}

Listagem 5 – MIDlet que usa o sensor de chama

public class TestSensors extends MIDlet {
    private DFR0076Device flame;
    private static final int FLAME_DETECTOR_PIN = 22;

    public void startApp() {
        flame = new DFR0076Device(FLAME_DETECTOR_PIN);
        flame.setListener(new FlameSensor());
    }

    public void destroyApp(boolean unconditional) {
        flame.close();
    }

    private static int waitNext = 1;
    private class FlameSensor implements PinListener {
        public void valueChanged(PinEvent event) {
            if (event.getValue() && --waitNext == 0) {
                System.out.println("AVISO Chama detectada!!!");
                waitNext = 10;
            }
        }
    }
}

Conectando o Detector de Movimento

Integre o sensor PIR HC-SR501, que produz um pulso de 3.3 V quando movimento é detectado. Os três pinos do sensor são GND, VCC (3–5 V) e saída digital.

Ajuste a sensibilidade e atraso do PIR via seus potenciômetros, e defina o jumper para "L" para gatilhos únicos ou "H" para gatilhos repetíveis.

Conecte o PIR a 5 V, GND e GPIO 24, então estenda o MIDlet com uma classe dedicada HCSR501Device.

Listagem 6 – Classe HCSR501Device

public class HCSR501Device {
    private GPIOPin pin = null;
}

Listagem 7 – Inicialização do pino com atraso de 3 segundos

public HCSR501Device(int pinGPIO) {
    pin = (GPIOPin) DeviceManager.open(new GPIOPinConfig(
        0, pinGPIO, GPIOPinConfig.DIR_INPUT_ONLY,
        GPIOPinConfig.MODE_INPUT_PULL_DOWN,
        GPIOPinConfig.TRIGGER_RISING_EDGE, false));
    I2CUtils.I2Cdelay(3000); // Aguarda estabilização do sensor
}

Listagem 8 – Registrando listener de movimento

public void setListener(PinListener pirListener) {
    if (pin != null) {
        pin.setInputListener(pirListener);
    }
}

Listagem 9 – Limpeza

public void close() {
    if (pin != null) {
        pin.setInputListener(null);
        pin.close();
    }
}

Estenda o MIDlet TestSensors para lidar com eventos de movimento:

Listagem 10 – MIDlet com suporte PIR

// Inicializa sensor PIR
private HCSR501Device pir;
private static final int MOTION_DETECTOR_PIN = 24;

@Override
public void startApp() {
    pir = new HCSR501Device(MOTION_DETECTOR_PIN);
    pir.setListener(new PirSensor());
}

@Override
public void destroyApp(boolean unconditional) {
    pir.close();
}

private class PirSensor implements PinListener {
    public void valueChanged(PinEvent event) {
        if (event.getValue()) {
            System.out.println("AVISO Movimento detectado!!!");
        }
    }
}

Para um mergulho mais profundo, leia a série completa: Java ME 8 + Raspberry Pi + Sensores = IoT World (Parte 1).