Integração IoT: Controle Remoto de Arduino via Apps UWP Windows 10

Todo código cs referenciará MainPage.cs.

7. Na classe MainPage adicione declarações no topo:

// USB não suportado no Win8.1. Para passos USB, veja solução win10.
BluetoothSerial bluetooth;
RemoteDevice arduino;
// Pinos usados. Nota: números reais dos pinos.
private const int LED_PIN = 5;

8. No construtor MainPage, após InitializeComponent() adicione:

bluetooth = new BluetoothSerial("FireFly-748B");
arduino = new RemoteDevice(bluetooth);
bluetooth.ConnectionEstablished += OnConnectionEstablished;

Substitua FireFly-748B pelo seu SPP.

9. Implemente OnConnectionEstablished:

private void OnConnectionEstablished() {
  // Habilita botões na UI thread!
  var action = Dispatcher.RunAsync(Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal, new Windows.UI.Core.DispatchedHandler(() => {
    this.OnButton.IsEnabled = true;
    this.OffButton.IsEnabled = true;
    arduino.pinMode(LED_PIN, PinMode.OUTPUT);
  }));
}

10. Adicione handlers de eventos dos botões:

private void OnButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e) {
  // Liga LED no pino 5
  arduino.digitalWrite(5, PinState.HIGH);
}

private void OffButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e) {
  // Desliga LED no pino 5
  arduino.digitalWrite(5, PinState.LOW);
}

11. Teste build do app UWP em configurações x86, x64 e ARM.

[5] Deploy e Teste dos Apps Universais

Nesta seção ligaremos o LED hardware ao Arduino e rodaremos o app no desktop e Windows 10 Phone*.

Teste no Desktop

1. Defina app Desktop como Startup Project.
2. Target x86 e Local Machine. Rebuild do app UWP desktop.

3. Conecte Arduino Pino 5 a LED hardware. Forneça GND, VCC e resistor adequado em série.

Como mencionado em blog anterior sobre Windows 10 IoT Raspberry PI 2 GPIO, uso placa de desenvolvimento para IOs de teste (LEDs, switches). Se não tiver, use configuração hardware "Blinky" mas inverta polaridade do pino nos handlers dos botões.

4. Alimente o Arduino e pareie módulo Bluetooth com desktop (Passkey=1234). Assumo que sabe fazer isso.
5. Execute o app.
6. Provavelmente pedirá permissão para conectar ao dispositivo Bluetooth — OK.
7. Teste funcionalidade. Defina breakpoint nos handlers e verifique debug.
8. Repita 4.1 a 4.6 para x64 se tiver desktop 64-bit.
9. Desligue Bluetooth no desktop.

Teste no Windows 10 Phone (assumindo phone configurado para desenvolvimento)

1. Ligue phone, vá em Configurações/Bluetooth e ative. Pareie com módulo Bluetooth (Passkey=1234).
2. Continuando com app Windows Universal como startup project…
3. Target ARM, Device e rebuild.
4. Conecte phone via USB Serial ao desktop e faça deploy do app.

Teste no Raspberry Pi 2

ESTE É WORK IN PROGRESS. VEJA NOTA AO FINAL DESTA SEÇÃO

1. Remote debugger já instalado e ativo no RPI2 configurado para Win 10 IoT.
2. Determine IP do RPI2, ex: com Windows IoT Core Watcher.

3. Em Project Properties-Debug, target Remote Machine, No authentication, insira IP.

4. Rebuild do app UWP.
5. Deploy e teste no RPI2.

Não consegui conectar RPI2 via Bluetooth ainda:

• Bluetooth no geral ainda não suportado
• Deixe comentários se tiver ideias ou sucesso.
• Atualizarei quando houver progresso.

[6] "Embelezar" a UI

Adiciona botões Conectar/Desconectar e melhora usabilidade.

1. Modifique UI GRID XAML (Nota: mudança nas linhas dos botões anteriores):

<Grid Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
  <Grid.RowDefinitions>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="32"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
  </Grid.RowDefinitions>
  <Button Name="ConnectButton" Click="ConnectButton_Click" Grid.Row="0" IsEnabled="True" HorizontalAlignment="Stretch" BorderBrush="Lime" Foreground="Lime" FontSize="32">Connect</Button>
  <Button Name="OffButton" Click="OffButton_Click" Grid.Row="1" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="White" Background="Green" FontSize="32">Off!</Button>
  <Button Name="OnButton" Click="OnButton_Click" Grid.Row="2" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="White" Background="Red" FontSize="32">On!</Button>
  <Button Name="DisconnectButton" Click="DisconnectButton_Click" Grid.Row="3" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="Red" BorderBrush="Red" FontSize="32">Disconnect</Button>
  <ProgressRing x:Name="progress1" Grid.Row="5" Height="50" Visibility="Visible"/>
</Grid>

UI tem botões maiores e mais coloridos, melhor usabilidade. Cheguei a isso após teste de usuário com minha neta de 4 anos!.

ProgressRing visível e girando enquanto app conecta.

2. Insira ao final de OnConnectionEstablished():

// BT conectado, desliga progress ring
this.progress1.IsActive = false;
this.progress1.Visibility = Visibility.Collapsed;

3. Adicione handlers para botões Connect/Disconnect:

private void ConnectButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e) {
  bluetooth.begin(115200, SerialConfig.SERIAL_8N1);
  this.ConnectButton.IsEnabled = false;
  // Conectando BT, mostra progress ring
  this.progress1.IsActive = true;
  this.progress1.Visibility = Visibility.Visible;
}

private void DisconnectButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e) {
  bluetooth.end();
  this.OnButton.IsEnabled = false;
  this.OffButton.IsEnabled = false;
  this.ConnectButton.IsEnabled = true;
  this.DisconnectButton.IsEnabled = false;
}

4. Comente ou remova linha do construtor MainPage (agora no handler Connect):

bluetooth.begin(115200, SerialConfig.SERIAL_8N1);

5. Adicione gerenciamento de estado ao handler OnButton:

this.OffButton.IsEnabled = true;
this.OnButton.IsEnabled = false;

6. Adicione ao handler OffButton:

this.OffButton.IsEnabled = false;
this.OnButton.IsEnabled = true;

7. Deploy e teste app em todos os alvos como na seção 5.

[7] Adicionar Entrada Pushbutton

Nesta extensão, entrada GPIO pushbutton no Arduino Pino 6 é facilitada e seu estado exibido na UI. Inicialmente detectado por leitura periódica. Depois melhorado com handler para evento DigitalPinChanged.

1. Modifique controle Grid no XAML UI:

<Grid Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
  <Grid.RowDefinitions>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="32"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
    <RowDefinition Height="Auto"/>
  </Grid.RowDefinitions>
  <Button Name="ConnectButton" Click="ConnectButton_Click" Grid.Row="0" IsEnabled="True" HorizontalAlignment="Stretch" BorderBrush="Lime" Foreground="Lime" FontSize="32">Connect</Button>
  <Button Name="OffButton" Click="OffButton_Click" Grid.Row="1" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="White" Background="Green" FontSize="32">Off!</Button>
  <Button Name="OnButton" Click="OnButton_Click" Grid.Row="2" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="White" Background="Red" FontSize="32">On!</Button>
  <Button Name="DisconnectButton" Click="DisconnectButton_Click" Grid.Row="3" IsEnabled="False" HorizontalAlignment="Stretch" Foreground="Red" BorderBrush="Red" FontSize="32">Disconnect</Button>
  <ProgressRing x:Name="progress1" Grid.Row="5" Height="50" Visibility="Visible"/>
  <TextBox Name="TxtPin6" Visibility="Visible" Grid.Row="6" Text="Pushbutton: HIGH"></TextBox>
</Grid>

2. Na classe MainPage especifique pino de entrada:

private const int PB_PIN = 6;

No handler OnConnectionEstablished defina como entrada:

arduino.pinMode(PB_PIN, PinMode.INPUT);

3. Adicione timer para polling da entrada:

// Timer para polling de entradas
private DispatcherTimer pbPolltimer;

// No construtor
this.pbPolltimer = new DispatcherTimer();
this.pbPolltimer.Interval = TimeSpan.FromMilliseconds(250);
this.pbPolltimer.Tick += PBTimer_Tick;
this.pbPolltimer.Stop();

Handler do tick:

PinState pbPinValue = PinState.LOW;

private void PBTimer_Tick(object sender, object e) {
  PinState pbPinValueTemp = arduino.digitalRead(6);
  Pushbutton_Pressed(pbPinValueTemp);
}

Implemente PushButton_Pressed():

private void Pushbutton_Pressed(PinState pbPinValueTemp) {
  if (pbPinValue != pbPinValueTemp) {
    TxtPin6.Text = "Pushbutton: " + pbPinValueTemp.ToString();
    pbPinValue = pbPinValueTemp;
  }
}

4. Precisamos de um pushbutton. Minha placa de desenvolvimento fornece. Se não tiver, implemente circuito oposto.

Com Win 10 IoT Raspberry Pi 2 (RPI2), relatam bugs na frequência de registro de entradas digitais, corrigidos no RTM do Win 10 IoT.

Debounce por hardware:

• Pequeno capacitor nas chaves para delay RC.
• Schmitt trigger no circuito.

No RPI2 há opção de debounce via configuração de software.

5. Build, deploy e teste nos alvos como antes.

Adicionar LED simulado na UI para mostrar estado do switch.

6. Adicione ao XAML grid em ambos apps Universal:

<RowDefinition Height="Auto"/>
<Ellipse x:Name="PBStatusLED" Fill="#FF96969B" Grid.Row="7" Stroke="Black" Width="64" IsRightTapEnabled="False" IsTapEnabled="True" IsDoubleTapEnabled="False" Height="64" VerticalAlignment="Top" HorizontalAlignment="Center" />

7. Adicione definições de pincéis de cor nas declarações da classe MainPage:

// Cores para elipse quando pushbutton pressionado/não pressionado
private SolidColorBrush redBrush = new SolidColorBrush(Windows.UI.Colors.Red);
private SolidColorBrush grayBrush = new SolidColorBrush(Windows.UI.Colors.LightGray);

8. Implemente manipulação do LED com essas cores:

// No construtor - cor inicial
this.PBStatusLED.Fill = grayBrush;

// Em PushButtonPressed() - cor conforme estado
switch (pbPinValue) {
  case PinState.HIGH:
    this.PBStatusLED.Fill = redBrush;
    break;
  case PinState.LOW:
    this.PBStatusLED.Fill = grayBrush;
    break;
}

9. Build, deploy e teste nos alvos. Voilà!

Agora melhorar usando evento digital.

10. Comente todo código do timer, mas mantenha PushButtonPressed() (por isso separada do handler do tick).

11. Adicione delegado de evento ao OnConnectionEstablished() dentro da action:

arduino.AnalogPinUpdatedEvent += Arduino_AnalogPinUpdated;

Tentativa de implementar handler (falha — roda em thread separada da UI thread, mesmo problema do if (InvokeRequired) no Windows Forms):

private async void Arduino_DigitalPinUpdated(byte pin, PinState pinValue) {
  if (pin == PB_PIN) {
    Pushbutton_Pressed(pinValue);
  }
}

12. Implemente corretamente:

private async void Arduino_DigitalPinUpdated(byte pin, PinState pinValue) {
  await Dispatcher.RunAsync(Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal, () => {
    if (pin == PB_PIN) {
      Pushbutton_Pressed(pinValue);
    }
  });
}

13. Build, deploy e teste nos alvos. Voilà!

[8] Adicionar Entrada Analógica

Extensão adiciona barra de progresso na UI para exibir nível de potenciômetro no hardware. Entrada analógica via A0, pino 14.

Minha placa de desenvolvimento fornece potenciômetro. Se não tiver, implemente circuito:

Pinos analógicos são pino 14 (A0) a pino 19 (A5).

arduino.pinMode(ANALOG_PIN, PinMode.ANALOG);

O handler do evento fornece índice analógico (0 a 5) não número do pino.

Valores analógicos variam 0 a 1024 (10 bits).

// Nota: Precisa número real do pino, não índice analógico:

arduino.pinMode(ANALOG_PIN, PinMode.ANALOG);

1. Reative timer de polling e desative evento pushbutton na classe MainPage.

2. No grid XAML UI adicione linha e ProgressBar:

<ProgressBar x:Name="analogBar" Value="0" Margin="10" Maximum="255" Height="32" IsIndeterminate="False" Grid.Row="8" Foreground="Green"/>

3. Adicione código do pino analógico:

private const int ANALOG_PIN = 14;

Defina modo analógico em OnConnectionEstablished() como acima.

Adicione ao timer tick:

// Nota: Analog Read pino número é índice analógico
int PinValue = arduino.analogRead(ANALOG_PIN - 14);
this.analogBar.Value = PinValue;

4. Build, deploy e teste nos alvos. Varie potenciômetro e observe ProgressBar.

Versão orientada a eventos

5. Comente código do Poll Timer novamente.

6. Adicione handler de evento analógico a OnConnectionEstablished():

// Nota: Precisa número real do pino, não índice analógico:
arduino.pinMode(ANALOG_PIN, PinMode.ANALOG);

7. Adicione método Arduino_AnalogPinUpdated:

private async void Arduino_AnalogPinUpdated(byte pin, ushort PinValue) {
  // Nota: Número do pino é índice analógico
  if (pin == ANALOG_PIN - 14) {
    await Dispatcher.RunAsync(Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal, () => {
      this.analogBar.Value = PinValue;
    });
  }
}

Nota: atualização UI novamente feita assincronamente.

8. Build, deploy e teste nos alvos.

[9] Adicionar Saída PWM

Deixado ao leitor implementar saída analógica como PWM para acionar LED (dimmer via slider).

• Pinos PWM: 3, 5, 6, 9, 10, 11
• Definir pino como PWM: arduino.pinMode(PWM_PIN, PinMode.PWM)
• Definir nível PWM: arduino.analogWrite(byte, ushort)
• Valores analogWrite: 0 a 255 (parâmetro ushort)

Posso fornecer solução futuramente.

[1] Usei versão anterior aposentada do módulo Bluetooth, mas funcionalidade parece mesma.

Código

• WindowsRemoteArduino_Win10.zip

WindowsRemoteArduino_Win10.zip (C#)

Versão estendida do "Blinky"
Entrada, Saída, Entrada Analógica
UI mais elaborada
Sem preview (download apenas).

Esquemáticos