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Tutorial Firmata: Como Usar Firmata em Placas Compatíveis com Arduino

O que é Firmata​

Firmata é um protocolo intermediário que conecta um sistema embarcado a um computador host, e o canal do protocolo usa uma porta serial por padrão. A plataforma Arduino é a implementação de referência padrão para Firmata. A Arduino IDE vem com suporte para Firmata.

Isso funciona perfeitamente com a Odyssey-X86 com seu Arduino Core integrado, o que significa que você pode controlar o Arduino Core simplesmente usando o protocolo Firmata, também com diferentes linguagens de programação! Neste tutorial, é usado o Windows OS.

Referência: Firmata Protocols

Gravando o Firmware Firmata via Arduino IDE​

A versão da Arduino IDE >= 1.6.X já vem com o firmware Firmata, então podemos usar a Arduino IDE para gravar o firmware Firmata no núcleo Arduino.

nota

You can download Arduino IDE from here.

  • Abra a Arduino IDE e navegue até Examples -> Firmata -> StandardFirmata:
  • O StandardFirmata.ino irá aparecer. Selecione a placa e a porta corretas e clique em Upload:
nota

Se você ainda não instalou a biblioteca de placas para a Odyssey, siga isto para instalar a placa.

  • Uma vez enviado, deve ficar parecido com isto:

Agora, o firmware Arduino Firmata está gravado no núcleo Arduino da Odyssey-X86!

Testando o Firmware Firmata​

Para testar o firmware Firmata, você pode ir até a Microsoft Store, procurar e baixar o Windows Remote Arduino Experience. Depois de baixado, você pode conectar ao Arduino Core selecionando a conexão USB, a placa e a taxa de transmissão (baudrate):

Depois de conectado, você pode conectar um LED aos pinos correspondentes para testar o firmware:

Usando Python para Interpretar Firmata​

Existem bibliotecas que implementam o protocolo Firmata para se comunicar (a partir de um computador, smartphone ou tablet, por exemplo) com o firmware Firmata executando em uma plataforma de microcontrolador.

pyFirmata é uma interface Python para o protocolo Firmata e roda em python3.

Instalação do pyFirmata​

nota

Python3 é necessário para isto.

Instale com pip:

pip install pyfirmata

Para piscar um LED conectado em D13​

Nota: Altere o COM4 para a porta COM USB do seu Arduino.

Para um módulo LED simples, você pode usar o Grove - LED module para testar!

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino, util
from time import sleep

board = Arduino('COM4') # Change to your port
print("Start blinking D13")
while True:
    board.digital[13].write(1)
    sleep(1)
    board.digital[13].write(0)
    sleep(1)

Para ler Sinais Analógicos em A0​

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino,util
import time
import sys

board = Arduino('COM4') # Change to your port
it = util.Iterator(board)
it.start()
board.analog[0].enable_reporting()
print ("Read Start")
for i in range(10):
    time.sleep(1)
    print(board.analog[0].read())

board.analog[0].disable_reporting()

Saídas PWM em D6​

Gere um sinal PWM para um LED conectado em D6.

#!/usr/bin/env python3
from pyfirmata import Arduino, util
from time import sleep

board = Arduino('COM4') # Change to your port
lenPin = board.get_pin('d:6:p') # PWM Pin
print("Starting to output PWM signal")
while True:
    for i in range(0, 101, 4):
        lenPin.write(i/100)
        sleep(0.05)
    sleep(1)
    for i in range(100, -1, -4):
        lenPin.write(i/100)
        sleep(0.05)
    sleep(1)

Agora você pode usar scripts em Python (ou até outras linguagens) para controlar o seu núcleo Arduino na Odyssey-X86, o que o torna muito útil em algumas situações onde os requisitos de tempo real são menos importantes (ou seja, usar Python para construir um servidor Web e usar Arduino para controlar um relé).

Nota: Para mais referência de API, visite pyFirmata API.

nota

Para um uso mais avançado de Firmata com Python, você pode considerar usar o pymata4.

Usando JavaScript para Interpretar Firmata​

Assim como usar Python para controlar o Arduino Core via protocolo Firmata, você também pode escolher outras linguagens com as quais esteja familiarizado para programar, como JavaScript! Isso é implementado pela equipe oficial do Firmata e você pode encontrar mais informações em firmata.js.

Primeiros Passos com firmata.js​

nota

Certifique-se de que o node.js está instalado no PC.

  • Crie um novo projeto:
mkdir js && cd js
npm init -y
npm install --save firmata # Installing firmata.js

Para piscar um LED conectado em D13​

const Board = require("firmata");
const pin = 13;

//Initialize
Board.requestPort((error, port) => {
  if (error) {
    console.log(error);
    return;
  }

  const board = new Board(port.path);
  //Waiting to connect
  board.on("ready", () => {
    console.log("Ready!");
    let state = 1;
    //Setting pins to output
    board.pinMode(pin, board.MODES.OUTPUT);
    setInterval(() => {
      console.log("State Change");
      board.digitalWrite(pin, (state ^= 1));
    }, 500);
  });
});

Para ler Sinais Analógicos em A0​

Para testar os sinais analógicos, você pode simplesmente usar o Grove - Rotary Angle Sensor!

const Board = require('firmata');
const Pin = 0;

// Initialize
Board.requestPort(function(error, port) {
    if (error) {
        console.log(error);
        return;
    }
    var board = new Board(port.path);
    // Waiting to connect
    board.on("ready", function() {
        console.log("Ready!");
        // Reading Analog values
        board.analogRead(Pin, function(value) {
            console.log("Analog value: ", value);
        });
    });
});

Saídas PWM em D6​

var Board = require('firmata');
const LED = 6;

var brightness = 0;
var fadeAmount = 5;

// Initialize
Board.requestPort(function(error, port) {
    if (error) {
        console.log(error);
        return;
    }
    const board = new Board(port.path);
    // Waiting to connect
    board.on("ready", function() {
        console.log("Ready!");
        // Setting pin to PWM mode
        board.pinMode(LED, board.MODES.PWM);

        // PWM signals for LED
        function fadeLed() {
            brightness += fadeAmount;
            if (brightness == 0 || brightness == 255) {
                fadeAmount = -fadeAmount;
            }
            board.analogWrite(LED, brightness);
            setTimeout(fadeLed, 30);
        }
        console.log("Breathing");
        fadeLed();
    });
});

Sinais I2C​

firmata.js também suporta comunicações I2C e UART, aqui é fornecido um exemplo usando o Grove - 3-Axis Digital Accelerometer(ADXL345)(±16g):

  • Conexão de Hardware:
const Board = require("firmata");

Board.requestPort((error, port) => {
  if (error) {
    console.log(error);
    return;
  }

  const register = {
    POWER: 0x2D,
    RANGE: 0x31,
    READ: 0xB2,
  };

  const board = new Board(port.path);

  board.on("ready", function() {
    console.log("Ready");

    const adxl345 = 0x53;
    const sensitivity = 0.00390625;

    // Enable I2C
    this.i2cConfig();

    // Toggle power to reset
    this.i2cWrite(adxl345, register.POWER, 0);
    this.i2cWrite(adxl345, register.POWER, 8);

    // Set range (this is 2G range)
    this.i2cWrite(adxl345, register.RANGE, 8);

    // Set register to READ position and request 6 bytes
    this.i2cRead(adxl345, register.READ, 6, data => {
      const x = (data[1] << 8) | data[0];
      const y = (data[3] << 8) | data[2];
      const z = (data[5] << 8) | data[4];

      // Wrap and clamp 16 bits;
      const X = (x >> 15 ? ((x ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : x) * sensitivity;
      const Y = (y >> 15 ? ((y ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : y) * sensitivity;
      const Z = (z >> 15 ? ((z ^ 0xFFFF) + 1) * -1 : z) * sensitivity;

      console.log("X: ", X);
      console.log("Y: ", Y);
      console.log("Z: ", Z);
    });
  });
});

Nota: Para mais referência de API, visite firmata.js e verifique os exemplos.

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