Móvil Controlado Vía Bluetooth Usando Arduino y APP en Android Edwin Hinostroza Guillermo, Yordy Colina Huamán Asignatura: Libre Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Universidad Nacional de Ingeniería Resumen
En la actualidad, la tecnología se desarrolla de manera impresionante y cada día surgen nuevos dispositivos que facilita la vida del ser humano. Sin embargo, en la búsqueda de conocimiento, el hombre se ha encontrado con ciertas dificultades que un vehículo explorador controlado a distancia podría solucionar. Algunas de estas tareas son: la investigación de lugares poco accesibles para el tamaño de un humano, situaciones que pueden resultar en la muerte de un ser vivo o comprometer su integridad física, ambientes contaminados y dañinos para la salud. Junto a estas actividades es importante integrar la comodidad del control a distancia y que mejor que mediante un dispositivo como el teléfono celular, acompañado de una de las plataforma de vanguardia como lo es Android. INTRODUCCION
El desarrollo de la tecnología ha sido de suma importancia para el crecimiento de todas las sociedades del mundo. El ser humano debe, en gran parte, su desarrollo a que ha aprendido a vivir en grupos de individuos formando sociedades. Los inventos tecnológicos son un complemento a las actividades diarias de las personas; por lo que han sido un tema de investigación continua. La búsqueda de nuevas herramientas así como de dispositivos con mayor portabilidad y comodidad que facilitan la vida del hombre; ha tenido ocupados a investigadores alrededor del mundo. Cada día es más común realizar tareas, actividades y trabajos de oficina desde un invento tecnológico, como lo es el teléfono celular.
En los últimos años se ha intentado logrado que el celular le quite terreno a la computadora en tareas como revisar el correo electrónico, mantener conferencias con otras personas, mensajería instantánea, entretenimiento, elaboración de documentos y presentaciones por mencionar sólo algunas. De igual forma hay que tomar en cuenta un invento que revolucionó el campo de los celulares como lo es la plataforma Android, la cual en los últimos años ha crecido de manera notable y se ha convertido en uno de los sistemas operativos de vanguardia para los teléfonos móviles. Por otro lado, en la continua búsqueda de conocimiento, el hombre se ha encontrado con ciertas barreras entre las que destacan: las de tipo físico (lugares con dimensiones poco accesibles) y las que atentan contra su integridad física. Para ello se ha visto en la necesidad de usar la tecnología en las tareas de exploración de terreno, monitoreo de actividades e investigación de fenómenos naturales y artificiales. En estas tareas se utilizan los vehículos de exploración a control remoto. Para este trabajo se definirá al vehículo de exploración como aquel que controlado a distancia, puede enviar y recibir información referente al terreno en el que se desenvuelve (imágenes, temperatura, etc.). El alcance que se propone en este trabajo es el de crear una aplicación para el dispositivo con plataforma Android a travez de la aplicación APP Inventor; así como los códigos necesarios para la placa de desarrollo arduino de manera que se comunique inalámbricamente con el vehículo explorador. De esta manera se pueden enviar instrucciones desde el teléfono celular como: la velocidad y dirección de cada uno de los motores (utilizando PWM), Pulse Witch Modulation.
PRESENTACION DEL PROBLEMA
La tecnología a nivel mundial se desarrolla de manera impresionante y cada día surgen descubrimientos e inventos que hacen que la vida del ser humano se nos facilite. Pero, en esta búsqueda aun existe la necesidad de encontrar mecanismos que ayuden al ser humano a resolver ciertas dificultades que un vehículo explorador controlado a distancia podría solucionar. Cabe mencionar algunos de estos problemas como la investigación de lugares poco accesibles para el tamaño de un humano, situaciones que pueden resultar en la muerte de un ser vivo o comprometer su integridad física, ambientes contaminados y dañinos para la salud. Podemos mencionar como ejemplos puntuales el caso de la desactivación de explosivos, ya que al enviar un robot controlado a distancia podemos evitar que un ser humano salga herido, también podemos mencionar cuando estamos en una situación de querer entrar a un túnel q no es estable para ver las condiciones dentro del túnel. Junto a estas actividades es importante integrar la comodidad del control a distancia y que mejor que mediante un dispositivo como el teléfono celular, acompañado de una de las plataforma de vanguardia como lo es Android. Si bien existen proyectos de control a distancia, existen muy pocos que sean controlados mediante un smartphone. La tendencia hacia el uso masivo de este tipo de teléfonos permite reducir costes en el ámbito de los dispositivos controlados por control remoto, ya que no hace necesario el uso de otros sistemas de transmisión más caros como son el radio control. En un ejemplo a escala podemos resaltar a la misión espacial CURIOSITY es una misión espacial que incluye un astro móvil de exploración marciana dirigida por la NASA. Si bien es cierto se controla a distancia con mecanismos mucho más sofisticados y caros, nuestro mecanismos será mucho más barato ya que cualquier hombre puede tenerlo y poder solucionar sus problemas. Además, realizaremos el desarrollo basándonos en plataformas abiertas como son el arduino y el APP Inventor y con un coste económico lo más reducido posible.
OBJETIVOS
Objetivo General
Diseñar y construir un sistema físico de un robot móvil para exploración controlado por un dispositivo con plataforma Android utilizando comunicación inalámbrica (bluetooth). Objetivos Específicos
Profundizar en el uso y la aplicación de la etapa de potencia para el uso de motores. El sistema constará de cuatro motores que estarán controlados desde un Arduino a travez de un puente h con L298. Profundizar el manejo de sistemas inalámbricos, se dotará al sistema de un control remoto inalámbrico bluetooth desde un smartphone Android. Profundizar en el diseño de aplicaciones Android a travez de la plataforma MIT APP Inventor. Aprender el funcionamiento básico de diferentes módulos y elementos electrónicos.
DESCRIPCION DE LA SOLUCION
Empezaremos dividiendo las partes en las que se construyo el movil son las siguientes: 1. Diseño Mecánico:
Para esta parte mencionaremos los componentes que utilizamos:
Fig. 1: Arduino Nano
Fig.6: Led´s (Para indicar la dirección en la que va el móvil)
Fig, 2: Driver Puente H con L298N
Fig.7: Cables de conexión.
Fig 3: Motores DC con caja reductora con llanta.
Se procederá a armar el chasis para poder sostener nuestro circuito para lo cual para lo cual pegamos los motores a una placa de acrílico, seguido de ello ponemos la batería entre los motores para asi poder ahorrar espacio, luego colocamos el driver y lo sujetamos. Los motores son de corriente continua y soportan hasta 9 v los cuales procederemos a colocar 4 de estos motores.
Fig.4: Modulo bluetooth HC-06
Ya que nuestro puente en H solo es capaz de controlar 2 motores, conectaremos los motores de cada lado en paralelo. Una buena prueba de que hemos hecho las cosas bien, es probarlos con unas pilas y comprobar que en cada lado los motores giran en el mismo sentido. Conectamos los cables de los motores y de la batería al driver como la batería es de 7.4v, con ese valor es con el que trabajara nuestros motores. El driver tiene una entrada VCC que soporta hasta 30v, una entrada GND y una salida de 5V ya que el modulo viene con un regulador a 5V, además tiene 6 pines de entrada.
Fig.5: Batería de 7.4v a 2200mAh
TABLA 1 Funciones del driver L298N PIN
Arduino los cuales serán los indicadores de dirección de nuestro móvil, el circuito quedara de la siguiente manera.
FUNCION Dirección del motor A Dirección del motor A PIN para PWM motor A Dirección del motor B Dirección del motor B PIN para PWM motor B
IN1 IN2 ENA IN3 IN4 ENB
También en nuestro driver podemos ubicar 2 bornes para de salida lo cual funcionara de acuerdo a los valores de las entradas que le asignemos. Bueno armado nuestro chasis quedara de la siguiente manera.
Fig 9: Conexión bluetooth - Arduino A continuación ya armado nuestro esquema lo montamos en nuestro chasis donde está el driver para lo cual conectamos los pines de la siguiente manera:
TABLA 2 DISTRIBUCION DE LOS PINES DEL DRIVER PIN DRIVER
Fig. 8: Chasis.
2. Diseño electrónico:
Para esta parte como mencionamos al inicio utilizaremos el modulo bluetooth hc-06, este modulo trabaja solo como esclavo, es decir solamente recibe información a diferencia del bluetooth de nuestro smartphone Android que posee un modulo bluetooth que trabaja como maestro y esclavo es decir manda y recibe información.
IN1 IN2 ENA IN3 IN4 ENB
PIN ARDUINO 8 7 5 4 3 6
Cabe mencionar que los pines ENA, ENB son los pines de PWM (Pulse Witch Modulation), los cuales usaremos para controlar la velocidad de nuestros motores.
El modulo posee 4 pines: VCC, GND, RXD, TXD. El micro controlador que utilizaremos es el Atmega328, esto incluido en una placa completa que se conoce como el Arduino nano. El Arduino Nano así como otro Arduino, posee el PIN TX, RX los cuales son de transmisión y recepción, lo cual usaremos para el uso del bluetooth de forma serial. Realizaremos las siguientes conexiones: el PIN TX0 del bluetooth lo conectaremos al pin RX del Arduino, el PIN RX0 del bluetooth lo conectaremos al pin TX del Arduino, ahora conectaremos los led a los pines 9,10,11,12,13 del
Fig. 10: Esquema final del móvil.
3. Diseño del software en Arduino: 4. Diseño de la aplicación Android:
Se ha utilizado la aplicación APP inventor Google App Inventor es una aplicación de Google Labs para crear aplicaciones de software para el sistema operativo Android. De forma visual y a partir de un conjunto de herramientas básicas, el usuario puede ir enlazando una serie de bloques para crear la aplicación. El sistema es gratuito y se puede descargar fácilmente de la web. Las aplicaciones fruto de App Inventor están limitadas por su simplicidad, aunque permiten cubrir un gran número de necesidades básicas en un dispositivo móvil.
Fig. 12 Plataforma APP Inventor. Fig. 11: Código de conexión éntre los bluetooth.
Fig.13: Plataforma del APP inventor
Fig. 14: Plataforma del APP Inventor.
Una parte de la aplicación se encarga de establecer la comunicación bluetooth entre la placa principal y el móvil o tableta mediante una pantalla de búsqueda donde aparecen todos los dispositivos a su alcance.
Una vez establecida la conexión aparece la pantalla en la que podemos controlar el movimiento de la plataforma a través de la pantalla táctil, con los controles que se han establecido.
RESULTADOS
CONCLUSIONES
El móvil desarrollado fue manipulado exitosamente con el uso de tecnologías como Bluetooth y Android, logrando a su vez que el móvil tener acceso a lugares donde el hombre no puede ingresar, ya sea por peligro o tamaño del entorno. La maniobrabilidad que se obtuvo fue bastante buena, ya que se limitó la velocidad de los motores vía PWM para tener un control óptimo sin sacrificar velocidad del vehículo y que a su vez tuviera una respuesta rápida. Se ha conseguido establecer una conexión entre la aplicación Android y el Arduino a travez del bluetooth del celular que trabaja como maestro y el modulo bluetooth HC-06, y con la aplicación hecha en APP Inventor. La aplicación hecha en APP inventor es capaz de enviar las variables que el usuario envía y en este momento el Arduino también es capaz de enviar datos de vuelta (su orientación). A partir de aquí, es relativamente sencillo modificar o ampliar esta funcionalidad.
Fig. 15: Resultado Final (Vista Superior)
Se colocaron led´s para distinguir la orientación del móvil ya sea cuando avance hacia adelante, atrás derecha, izquierda y pare lográndose así facilitar el entendimiento del programa hecho en Arduino. A lo largo del proyecto han ido surgiendo complicaciones imprevistas que han hecho cambiar el orden de alguna tarea planificada. Por ejemplo en relación al colocar dos ruedas al montaje se utilizo una ball caster, pero se comprobó que no era estable y es así que se llego a utilizar cuatro ruedas para darle mayor estabilidad.
Fig 16. Resultado Final (Vista Isometrica)
BIBLIOGRAFIA
[1] Simon Monk, Arduino + Android Projects for the Evil Genius, Ed. The McGraw-Hill Companies, 2012. [2] Mario Bömer, Beginning Android ADK with Arduino, Ed. Technology in Action, 2010. [3] José Enrique Amaro Soriano, Android: Programación de dispositivos móviles a través de ejemplos, Ediciones técnicas MARCOMBO, 2012.
[4] Sébastien Pérochon, Android: Guía de desarrollo de aplicaciones para Smartphones y Tabletas, Ediciones ENI, 2012. [5] J. - D. Warren, J. Adams, H. Molle, Arduino Robotics, Ed. Technology in Action, 2011. [6] Óscar Torrente Artero, Arduino: curso práctico de formación, RC libros, 2013. [7] MIT,disponible en: http://ai2.appinventor.mit.edu/