همه چیز در مورد راه‌اندازی بلوتوث با آردوینو

با عرض سلام و خسته نباشید خدمت همه شما دوستان عزیز، امیدوارم حالتون خوب باشه و سالم و سرحال باشید. در‌این آموزش قصدداریم با یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین قطعات برای کنترل از راه دور در فواصل کوتاه آشنا شویم.

همه شما با بلوتوث آشنایی دارید آن هم به‌دلیل استفاده از بلوتوث گوشی خود که به دستگاه‌هایی مانند لپ‌تاپ، اسپیکرهای بلوتوثی، پخش‌ا‌تومبیل، انواع هدفون‌های بی‌سیم و‌... متصل ‌می‌شود. در‌ این آموزش ما قصد داریم به شما آموزش دهیم که  چگونه دستگاه یا ربات خود را به صورت بی‌سیم (wireless) به وسیله آردوینو کنترل کنید.

برخی از امکانات ماژول بلوتوث عبارت‌اند از:

·         امکان کنترل قطعات با گوشی هوشمند به‌ وسیله ماژول بلوتوث

·         قابلیت کنترل قطعات با دو ماژول بلوتوث بدون دخالت گوشی هوشمند

با آموزش‌های ما در مورد ماژول بلوتوث همراه باشید تا مهارت پیاده‌سازی موارد زیر را کسب کنید:

o       کنترل ال‌ای‌دی از راه دور

o       کنترل نور ال‌ای‌دی

o       خواندن مقدار سنسور‌ها از راه دور به وسیله گوشی هوشمند

o       کنترل سرعت موتور‌ها به وسیله گوشی هوشمند

o       یادگیری راه‌اندازی انواع سنسور‌ها با ارتباط سریال

o       کنترل ربات با گوشی هوشمند وبلوتوث

o       کنترل ربات بدون گوشی هوشمند و از راه دور

در تصویر بالا دوماژول بلوتوث hc05 و  hc06 را مشاهده می‌کنید که ما در‌این بخش با ماژول hc05 کار ‌می‌کنیم‌. در ابتدا ما باید با پایه‌های بلوتوث آشنا شویم:

به پایه‌های HC 05 با دقت توجه کنید. می‌بینید که دو پایه با نام‌های TX و RX دارد. آردوینو هم دو پایه به همین نام‌ها دارد. پایه‌های 0 و 1 در آردوینوUNO  و NANO به‌ترتیب پایه‌های RX و TX هستند‌.

درآموزش‌های آردوینو تذکر داده شده بود که به‌این دو پایه هیچ قطعه‌ای وصل نکنید. حال وقت آن رسیده که به توضیح ‌این دو پایه بپردازیم‌. دو پایه rx , tx پایه‌های ارتباط سریال هستند. اما سوالی که مطرح می‌شود این است که ارتباط سریال چیست؟ ما در آردوینو مکرراً از ‌این نوع ارتباط استفاده ‌می‌کنیم. حتی خود شما نیز از‌ این ارتباط بسیار استفاده کرده‌اید اما به‌دلیل ندانستن ‌این نوع ارتباط آن را کامل درک نکرده‌اید‌.

این ارتباط را ما هنگام پروگرام (آپلود) کردن برد آردوینو و همچنین نمایش داده‌ها در سریال مانیتور استفاده کرده‌ایم. اگر دقت کرده باشید برد آردوینو به وسیله یک کابل به کامپیوتر متصل می‌شود این کابل از درون سخت‌افزار به پایه‌های tx,rx آردوینو متصل می‌شود و زمانی که ما برنامه را پروگرام ‌می‌کنیم، اطلاعات از طریق ‌این دو پایه به آردوینو ارسال ‌می‌‌شوند و هنگامی که نمایشگر سریال (serial monitor) خود را فعال ‌می‌کنیم و مقدار یک متغیر را در سریال مانیتور نشان ‌می‌دهیم داده‌ها از طریق همین دو پایه به رایانه منتقل می‌شوند و به همین دلیل ‌می‌توانیم مقدار داده‌ها را در سریال مانیتور رایانه خود مشاهده کنیم.

پس چون ‌این دو پایه دائماً درگیر بودند، قطعه‌ای به ‌این دوپایه وصل نمی‌کردیم، زیرا با وصل کردن یک قطعه به ‌این دو پایه ‌این پورت مشغول ‌می‌شد و دیگر نمی‌توانستیم اطلاعاتی روی برد آردوینو خود پروگرام کنیم.  

درآموزش‌های آردوینو تذکر داده شده بود که به‌این دو پایه هیچ قطعه‌ای وصل نکنید. حال وقت آن رسیده که به توضیح ‌این دو پایه بپردازیم‌. دو پایه rx , tx پایه‌های ارتباط سریال هستند. اما سوالی که مطرح می‌شود این است که ارتباط سریال چیست؟ ما در آردوینو مکرراً از ‌این نوع ارتباط استفاده ‌می‌کنیم. حتی خود شما نیز از‌ این ارتباط بسیار استفاده کرده‌اید اما به‌دلیل ندانستن ‌این نوع ارتباط آن را کامل درک نکرده‌اید‌.

این ارتباط را ما هنگام پروگرام (آپلود) کردن برد آردوینو و همچنین نمایش داده‌ها در سریال مانیتور استفاده کرده‌ایم. اگر دقت کرده باشید برد آردوینو به وسیله یک کابل به کامپیوتر متصل می‌شود این کابل از درون سخت‌افزار به پایه‌های tx,rx آردوینو متصل می‌شود و زمانی که ما برنامه را پروگرام ‌می‌کنیم، اطلاعات از طریق ‌این دو پایه به آردوینو ارسال ‌می‌‌شوند و هنگامی که نمایشگر سریال (serial monitor) خود را فعال ‌می‌کنیم و مقدار یک متغیر را در سریال مانیتور نشان ‌می‌دهیم داده‌ها از طریق همین دو پایه به رایانه منتقل می‌شوند و به همین دلیل ‌می‌توانیم مقدار داده‌ها را در سریال مانیتور رایانه خود مشاهده کنیم.

پس چون ‌این دو پایه دائماً درگیر بودند، قطعه‌ای به ‌این دوپایه وصل نمی‌کردیم، زیرا با وصل کردن یک قطعه به ‌این دو پایه ‌این پورت مشغول ‌می‌شد و دیگر نمی‌توانستیم اطلاعاتی روی برد آردوینو خود پروگرام کنیم.  

Tx: فرستنده

Rx: گیرنده

دقت کنید که در شکل بالا فرستنده یک دستگاه به گیرنده دستگاه دیگر وصل می‌شود و بالعکس‌. به ارتباط بالا ارتباط سریال از نوع UART ( Universal Asynchronous Reseiver Transmitter ) گفته ‌می‌شود‌.

در ماژول بلوتوث خود از ‌این نوع ارتباط استفاده ‌می‌کنیم. یکی از دو دستگاهی که با ‌این ارتباط به یکدیگر متصل ‌می‌شوند معمولا به عنوان master (فرمانده) و دیگری به عنوان slave (فرمانبر) استفاده ‌می‌شوند.

MASTER: می‌تواند دستگاه‌های بلوتوث اطراف را جست‌وجو کرده و با دستگاهی خاص‌ ارتباط برقرار کند.

SLAVE: فقط مورد جست‌وجو قرار گرفته و به درخواست‌های ارتباط پاسخ مثبت یا منفی می‌دهد.

ارتباط سریال درواقع به ‌این صورت است که داده‌ها از طریق یک خط به صورت سری (پشت سرهم) ارسال و دریافت ‌می‌شوند‌. به بیانی دیگر داده اول ارسال می‌شود پس‌از آن منتظر ‌می‌ماند تا ارسال تکمیل شود و سپس داده بعدی ارسال می‌شود و به همین‌ ترتیب‌ این چرخه تکرار می‌شود.

این داده‌ها با یک سرعت مشخص منتقل ‌می‌شوند. که در آردوینو ‌این سرعت را به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

Serial.begin(baudrate); ‌این کد که در void setup آردوینو نوشته می‌شد سرعت تبادل اطلاعات را به ما نشان می‌دهد که معمولا از سرعت 9600 استفاده می‌کنیم.

در آردوینو UNO  تنها دو پایه برای tx، rx وجود دارد، ممکن است این سوال  برای‌تان مطرح شود که اگر ‌این دو پایه برای ارتباط سریال کامپیوتر و پروگرام کردن استفاده می‌شوند پس بلوتوث خود را به کدام پایه‌ها متصل کنیم؟

2 روش برای این کار وجود دارد:

·         روش اول به‌این صورت است که شما ابتدا کد مورد نظر را بر روی برد آردوینو آپلود کنید سپس بلوتوث را به همان پایه‌های 0 و 1 آردوینو متصل کنید، دقت داشته باشید اگر ابتدا بلوتوث را به آردوینو متصل کنید چون پایه‌های tx, rx اشغال هستند کد آپلود نمی‌شود‌.

مشکل روش اول ‌این است که هر بار برای آپلود کد ما باید ابتدا بلوتوث را جدا کرده سپس کد را آپلود کنیم. این مشکل در روش دوم حل می‌شود.

·         روش دوم استفاده از سریال مجازی است. در‌این روش ما با استفاده از کتابخانه SoftwareSerial دو پایه دیگر ( به عنوان مثال پایه‌های 2 و 3) آردوینو را تبدیل به rx، tx می‌کنیم و بلوتوث خود را به ‌این دوپایه متصل می‌کنیم.

در ابتدا ما باید به کتابخانه SoftwareSerial مراجعه کنیم‌.

این کتابخانه معمولا نیاز به نصب در آردوینو ندارد چون از قبل در محیط آدوینو نصب شده است‌.اگر ‌این کتابخانه در example‌ های شما نبود باید آن را به آردوینو اضافه کنید‌، که نحوه اضافه کردن یک کتابخانه پیش‌از این به شما آموزش داده شده‌است‌.

که در ‌اینجا به توضیح مختصر آن می‌پردازیم:

در ابتدا برای اضافه کردن فایل کتابخانه باید آن کتابخانه را از سایت دانلود کنیم‌. با دانلود کردن آن یک فایل زیپ(zip) به ما داده می‌شود. در آردوینو خود بر روی گزینه scketch/include library/add zip library کلیک کرده و پس‌از آن فایلی که دانلود کرده بودیم را انتخاب می‌کنیم و تایید را می‌زنیم.

و اما راه‌اندازی ماژول بلوتوث به وسیله ارتباط سریال مجازی(SoftwareSerial):

در ‌این جلسه یاد ‌می‌آموزید که تنظیمات ماژول بلوتوث را چگونه انجام دهید. ماژول بلوتوث دو حالت کاری دارد:

1.     حالت تنظیمات (AT COMMAND)

2.     حالت اجرای دستورات

در این مرحله باید حالت AT command فعال کنیم و تنظیمات آن را انجام دهیم. در ابتدا پایه‌های Bluetooth و آردوینو را مطابق زیر به یکدیگر متصل خواهیم کرد:

همین که ماژول بلوتوث را به آردوینو متصل کنیم ماژول بلوتوث HC05 روشن می‌شود و ال‌ای‌دی روی ماژول با سرعت بالا شروع به چشمک زدن می‌کند. ‌این ال‌ای‌دی نشان‌دهنده حالت کاری ماژول است به‌این صورت که اگر ال‌ای‌دی با سرعت بالا چشمک بزند به معنی قرار گرفتن در حالت ارسال و دریافت داده است و منتظر است یک دستگاه به آن متصل شود‌.

برای‌اینکه حالت کاری ماژول را به حالت تنظیمات یا AT COMMAND تبدیل کنیم باید تغذیه ماژول(VCC یا GND ) را از آردوینو جدا کرده و دکمه‌ای که روی ماژول قرار دارد را فشار داده و دوباره تغذیه ماژول را هم زمان با‌ اینکه دکمه را فشار داده‌ایم به آردوینو متصل کنیم‌.

پس‌از انجام مراحل بالا به ال‌ای‌دی توجه کنید‌، ‌می‌بینید که سرعت چشمک زدن ال‌ای‌دی کم شده. این موضوع نشان‌دهنده‌ آن است که وارد حالت AT COMMAND شده‌ایم. ( یا ‌اینکه می‌توانیم به جای در آوردن منبع تغذیه کابلی که به رایانه وصل شده را جدا کنیم و دست خود ار روی دکمه ماژول قرار داده و دوباره کابل را به رایانه متصل کنیم. )

حال که وارد حالت AT COMMAND شده‌ایم باید تنظیمات را روی برد اعمال کنیم. اما چگونه؟ به سادگی، ابتدا باید برای انتقال اطلاعات و تنظیمات AT COMMAND پایه EN ماژول را به 3.3 ولت آردوینو متصل کنیم. در شکل زیر سیم‌بندی حالت AT COMMAND  را مشاهده می‌کنید.

سپس کد زیر را روی آن آپلود کنید:

پس‌از ‌اینکه کد آپلود شد وارد سریال مانیتور شده و طبق  مراحل زیر عمل می‌کنیم:

۱) baudrate تعریف شده برای حالت AT COMMAND ماژول بلوتوث HC 05 برابر است با 38400

۲)در حالت تنظیمات AT COMMAND باید ‌این گزینه را انتخاب کنید‌.

۳)برای ‌اینکه بدانید همه مراحل را درست انجام داده‌اید با حروف بزرگ AT را در‌اینجا نوشته و منتظر تایید باشید‌.

۴)اگر بلافاصله پس از نوشتن AT روی صفحه کلید خود ENTER را بزنید به شما OK می‌دهد که به معنی درست بودن عملیات است و اکنون شما می‌توانید دستورات خود را در قسمت مشخص شده در بالا (3) وارد کنید و ENTER یا SEND را بزنید تا  دستورات اجرا شوند.

خب حالا که تنظیمات مربوط به حالت AT COMMAND انجام دادید نوبت به آن رسیده که تنظیمات را تغییر دهیم تا  به‌طور کامل برای ما قابل درک شود که ‌این تنظیمات چه‌مواردی هستند و چگونه باید آن‌ها را تغییر داد.

AT COMMAND‌های بسیاری برای HC 05 وجود دارد که هر کدام کار خاصی را انجام می‌دهند ما در‌اینجا تنها به معرفی چند مورد اکتفا کردیم. برای آشنایی بیشتر با سایر AT COMMAND‌ها کافی است که درگوگل سرچ کنیم و آن‌ها را مطالعه کنیم‌.