Comunicação Serial Java + Arduino

Sobre a comunicação Serial Java + Arduino

Neste artigo demonstrarei como ligar e desligar um led, através de comandos enviados pela porta serial (USB) utilizando Java e uma placa Arduino.  

Para ler outro artigo que aborda a comunicação serial clique aqui para ler o artigo de Fábio Souza, e caso queira saber mais sobre programação no Arduino clique aqui.

Mas por que utilizar Universal Serial Bus (USB)?

A comunicação USB é uma tecnologia que tornou mais simples e rápida a conexão de diversos tipos de aparelhos (Pendrives,MP3-players, impressoras, celulares, HDs externos, etc). Além de facilitar a conexão de diversos dispositivos, o padrão USB oferece:

• Plug-and-play: a maioria dos dispositivos são reconhecidos automaticamente;
• Alimentação: os dispositivos não precisam ser ligados a uma fonte de energia externa, já que a própria USB fornece energia. (Lembrado a USB fornece no máximo 5 Volts e 500 mA de corrente);
• Múltipla conexão: vários dispositivos podem ser conectados através de uma única porta, mas para isso deve-se utilizar um Hub;
• Compatibilidade: são compatíveis com a maioria dos sistemas operacionais disponíveis no mercado.

A comunicação entre os sistemas embarcados e os computadores muitas vezes são realizadas via porta paralela (DB25) e porta serial (DB-9).  A utilização desses meios de comunicação pode facilitar uma alteração futura mas, por outro lado, dependendo do dispositivo, a implementação do software no computador pode ser complexa e trabalhosa. Além do mais, podemos danificar permanentemente a placa mãe do computador quando estamos utilizando a porta paralela e ocorre uma descarga elétrica ou invertermos a polaridade de um componente.

Esse artigo foi elaborado utilizado o Arduino Mega 2560, NetBeans 7.4, Windows 7 Professional x64 e Ubuntu 12.04 LTS (x64), estou considerando que as IDE's Arduino 1.0.5 ou superior e NetBeans 7.4 ou superior já estejam instaladas e funcionando corretamente.

Obs.: Pode-se utilizar também o Arduino Uno, ADK, Pro. 

Passo 01: Download dos arquivos

Acesse o site e faça download dos arquivos rxtxSerial.dll, librxtxSerial.so e RXTXcomm.jar.

Obs.: Lembrando de que devemos fazer download dos arquivos de acordo a arquitetura do sistema operacional 32-bits (x86) ou 64-bits (x64).

Passo 02: Instalação dos arquivos

Windows

      Copie o arquivo rxtxSerial.dll para:

• C:\Program Files\Java\jdkx.x.x\bin, onde x.x.x é a versão do JDK, por exemplo C:\Program Files\Java\jdk1.6.40\bin;
• C:\Program Files\Java\jrex\bin,  onde x é a versão do JRE, por exemplo C:\Program Files\Java\jre7\bin;
• C:\Windows\System32;
• C:\Windows\SysWOW64 (caso sistema operacional 64-bits (x64)).

     Copie o arquivo RXTXcomm.jar para:

• C:\Program Files\Java\jre\jrex\lib\ext, onde x é a versão do JRE, por exemplo C:\Program Files\Java\jre7\lib\ext.

Linux

      Copie o arquivo librxtxSerial.so para:   

• /usr/lib/, exemplo: cp /home/Usuario/librxtxSerial.so /usr/lib/.

      Copie o arquivo RXTXcomm.jar para:

• /usr/share/java/, exemplo.: cp /home/Usuario/RXTXcomm.jar /usr/share/java/.

Passo 03: Programa Arduino

Conecte o cabo USB no Arduino e abra a IDE do Arduino, defina a porta COM (Tools > Serial Port > COM3 ou /dev/ttyUSB0), digite o código abaixo e depois clique no upload. Pronto, o programa já foi carregado no arduino. 

Obs.: Geralmente utiliza-se a porta COM3 (Windows) e /dev/ttyUSB0 (Linux), caso apareça outra porta não tem problema, desde que a porta correta seja informada no programa em Java.

int ledPin =  13; //atribui o pino 13 a variável ledPin 
int dado; //variável que receberá os dados da porta serial

void setup(){
  Serial.begin(9600);//frequência da porta serial
   pinMode(ledPin,OUTPUT); //define o pino o ledPin como saída
}

void loop(){
  if(Serial.available() > 0){ //verifica se existe comunicação com a porta serial
      dado = Serial.read();//lê os dados da porta serial
      switch(dado){
        case 1:
           digitalWrite(ledPin,HIGH); //liga o pino ledPin
        break;
        case 2:
           digitalWrite(ledPin,LOW); //desliga o pino ledPin
         break;
    }
  }
}

Passo 04: Programa Java

Abra o programa NetBeans 7.4 criei um projeto Aplicação Java (Arquivo > Novo Projeto > Java > Aplicação Java) e vamos chamá-lo de ComunicacaoSerial.

Renomeie o pacote "comunicacaoserial" para "br.com.embarcados.comunicaoserial" e depois apague a classe ComunicacaoSerial.java que foi gerada. 

Feito isso, adicione um JFrame no pacote “br.com.embarcados.comunicaoserial” (botão direito em cima do pacote > Novo > Form Frame), e chame-o de JFInterface.

Na Paleta de controle de Swing (lado direito da tela), clique em cima do botão e arraste para dentro do JFInterface. Após esse passo altere o nome da variável jButtom1 para jBLenOn e altere o texto do botão para Ligar. Basta clicar com o botão direito em cima do botão e escolher as opções Editar Texto e Alterar nome da variável. 

Copie mais 02 botões para o JFInterface e repita o mesmo processo renomeando-os para ID: jBLenOff, jBClose e Text: Desligar e Sair.

Acrescente duas classes no projeto "Arduino.java e ControlePorta.java" (botão direito em cima do pacote > Novo > Classe Java.

No arquivo Arduino.java realizaremos o envio das informações para o Arduino e no arquivo ControlePorta.java faremos toda a programação para enviar os dados através da porta serial.

Adicione o código abaixo no arquivo ControlePorta.java.

package br.com.embarcados.comunicacaoserial;

import gnu.io.CommPortIdentifier;
import gnu.io.NoSuchPortException;
import gnu.io.SerialPort;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import javax.swing.JOptionPane;

public class ControlePorta {
  private OutputStream serialOut;
  private int taxa;
  private String portaCOM;

  /**
   * Construtor da classe ControlePorta
   * @param portaCOM - Porta COM que será utilizada para enviar os dados para o arduino
   * @param taxa - Taxa de transferência da porta serial geralmente é 9600
   */
  public ControlePorta(String portaCOM, int taxa) {
    this.portaCOM = portaCOM;
    this.taxa = taxa;
    this.initialize();
  }     
 
  /**
   * Médoto que verifica se a comunicação com a porta serial está ok
   */
  private void initialize() {
    try {
      //Define uma variável portId do tipo CommPortIdentifier para realizar a comunicação serial
      CommPortIdentifier portId = null;
      try {
        //Tenta verificar se a porta COM informada existe
        portId = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(this.portaCOM);
      }catch (NoSuchPortException npe) {
        //Caso a porta COM não exista será exibido um erro 
        JOptionPane.showMessageDialog(null, "Porta COM não encontrada.",
                  "Porta COM", JOptionPane.PLAIN_MESSAGE);
      }
      //Abre a porta COM 
      SerialPort port = (SerialPort) portId.open("Comunicação serial", this.taxa);
      serialOut = port.getOutputStream();
      port.setSerialPortParams(this.taxa, //taxa de transferência da porta serial 
                               SerialPort.DATABITS_8, //taxa de 10 bits 8 (envio)
                               SerialPort.STOPBITS_1, //taxa de 10 bits 1 (recebimento)
                               SerialPort.PARITY_NONE); //receber e enviar dados
    }catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
}

  /**
   * Método que fecha a comunicação com a porta serial
   */
  public void close() {
    try {
        serialOut.close();
    }catch (IOException e) {
      JOptionPane.showMessageDialog(null, "Não foi possível fechar porta COM.",
                "Fechar porta COM", JOptionPane.PLAIN_MESSAGE);
    }
  }

  /**
   * @param opcao - Valor a ser enviado pela porta serial
   */
  public void enviaDados(int opcao){
    try {
      serialOut.write(opcao);//escreve o valor na porta serial para ser enviado
    } catch (IOException ex) {
        JOptionPane.showMessageDialog(null, "Não foi possível enviar o dado. ",
                "Enviar dados", JOptionPane.PLAIN_MESSAGE);
    }
  } 
}

Após adicionar o código acima acontecerá vários erros conforme a mensagem abaixo.

Esses erros aconteceram porque não adicionamos o arquivo RXTXcomm.jar no nosso projeto. Para adicioná-lo clique com o botão direito em cima da pasta Biblioteca e escolha Adicionar JAR/Pasta... e informe o diretório onde o arquivo RXTXcomm.jar (C:\Program Files\Java\jre7\lib\ext\RXTXcomm.jar, caso esteja utilizando Windows) ou (/usr/share/java/ RXTXcomm.jar, caso esteja utilizando Linux).

Limpe e construa o projeto (botão direito em cima do projeto ComunicacaoSerial > Limpar e Construir) e os problemas serão corrigidos conforme pode-se ver na imagem abaixo.

Agora adicione o código abaixo no arquivo Arduino.java.

package br.com.embarcados.comunicacaoserial;

import javax.swing.JButton;

/**
 * @author klauder
 */
public class Arduino {
  private ControlePorta arduino;
  
  /**
   * Construtor da classe Arduino
   */
  public Arduino(){
      arduino = new ControlePorta("COM3",9600);//Windows - porta e taxa de transmissão
      //arduino = new ControlePorta("/dev/ttyUSB0",9600);//Linux - porta e taxa de transmissão
  }    

  /**
   * Envia o comando para a porta serial
   * @param button - Botão que é clicado na interface Java
   */
  public void comunicacaoArduino(JButton button) {        
    if("Ligar".equals(button.getActionCommand())){
      arduino.enviaDados(1);
      System.out.println(button.getText());//Imprime o nome do botão pressionado
    }
    else if("Desligar".equals(button.getActionCommand())){
      arduino.enviaDados(2);
      System.out.println(button.getText());
    }
    else{
      arduino.close();
      System.out.println(button.getText());//Imprime o nome do botão pressionado
    }
  }
}

Feito isso, falta implementar a ação a ser executada quando um determinado botão for pressionado.

Abra o arquivo JFInterface.java, clique com o botão direito em cima do botão “Ligar” e acione o método MousedClicked. Será criado automaticamente um método dentro da classe JFInterface.java conforme a imagem abaixo.

Declare uma variável do tipo Arduino antes do construtor da classe JFInterface, conforme a figura abaixo.

Dentro do método jBLedOnMouseClicked criado anteriormente adicione o código conn.comunicacaoArduino(jBLedOn).

Esse comando irá acionar o método comunicacaoArduino(), passando o botão clicado, que por sua vez irá enviar o dado pela porta serial.

Adicione o mesmo evento para o botão “Desligar” e coloque o código abaixo:

Adicione o mesmo evento para o botão “Sair” e coloque o código abaixo:

Passo 05: Executando o programa

Agora basta apenas conectar o seu Arduino à porta USB do seu computador e clicar em Executar o projeto Java. Ao aparecer a Tela, basta apenas clicar no botão "Ligar" para ligar, "Desligar" para desligar o Led e “Sair” para encerrar aplicação.

Os códigos fontes utilizados na elaboração desse artigo estão disponíveis nesse link.

Espero que tenham gostado e até breve. 

Referências

http://jlog.org/rxtx.html

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

http://arduino.cc/en/reference/serial