PaperBluetooth: Bluetooth Shield para Arduino

Descripción

Ultimamente están apareciendo módulos bluetooth bastante económicos (<5€), Estos módulos permiten la conexión serie por bluetooth entre Arduino (Esclavo) y un PC o móvil (Maestro), la única pega que tienen es que están alimentados con 3,3v.
El presente proyecto simplemente es un adaptador para Arduino de uno de estos módulos.

Esquema

El circuito que utilizaremos es una simplificación de los circuitos que existen en internet de los diferentes módulos más o menos compatibles, pero partiendo de las indicaciones dadas para el módulo SURE GP-GC021.

Como puedes ver en el esquema conectamos la salida TX del módulo directamente a la entrada de arduino, ya que según las características del chip ATMega, considera como nivel alto cualquier valor que esté por encima de 0,6Vcc. Por lo que si lo alimentamos con 5v => 0,6x5=3, valor inferior al que nos da el módulo bluetooth SURE.

La entrada RX del módulo (3,3v) la tomamos de un divisor de tensión formado por las resistencias R1 (5K6) y R2 (10K) acoplado entre la patilla Tx (5v) de Arduino y masa (0v)
Si despreciamos la intensidad de entrada en el módulo bluetooth: 
I=Vcc/(R1+R2)
Luego la caída de tensión que esta intensidad generará en la resistencia R2=
Vo=R2*I=R2*Vcc/(R1+R2)=10*5/(15,6)=3,2v
Que es un valor compatible con la tensión de entrada del módulo.

En la la patilla de Reset del módulo colocamos una resistencia Pull-Up a Vcc (se activa a nivel bajo).

Las patillas 13,14,21 y 22 a masa.

NOTA: Si utilizas otro módulo compatible comprueba mirando en sus hojas de características si es necesario llevar a masa la patilla 14.

En algunos módulos se puede conectar en la patilla 24 un LED que nos indica el estado del mismo.

Por defecto el módulo SURE tiene una velocidad de 9600 baudios, pero parece que se puede modificar mediante instrucciones AT, para lo cual es necesario puentear los terminales 3 (CTS) y 4 (RTS) según las instrucciones indicadas en:

http://www.circuit-blog.com/how-to-change-baud-rate-of-bluetooth-modem-bluesmirf-gold-using-arduino-terminal/

La placa tiene prevista la alimentación a partir de los 5v de la placa Arduino (~500mA) mediante la colocación en serie de dos diodos rectificadores que provocan cada uno una caida de tensión de 0,7v) es decir 5-0,7*2= 3,6v (admisible de 2,2v a 4,2v).
Otra posibilidad es utilizar la tensión de 3,3v disponibles en la placa Arduino que puede suministrar como máximo 50 mA, intensidad suficiente para el módulo de SURE GP-GC021 que consume como máximo 10mA según su hoja de características.

NOTA:

Lo que no debemos hacer es conectar la alimentación de 5v (rebajada con los diodos a 3,6v) y la alimentación de 3,3v, ya que estaríamos alimentando el módulo simultáneamente con 3,6v y con 3,3v !!

 
Realización

Lo primero es localizar el módulo

una vez que lo tengamos :-)   ...

Utilizaremos el método Paper, que consiste en ayudarnos en unas pegatinas para facilitarnos el proceso de montaje y soldadura.

Primero imprimiremos (sin aplicar ningún tipo de escala) el documento PaperBluetooth, lo puedes descargar del enlace de la parte inferior de esta página en el apartado de descargas:

Una vez impreso el documento, comprobaremos que la impresión se ha realizado a la escala correcta con la ayuda de la regla impresa situada en el lateral izquierdo de la hoja. Al colocar a su lado un regla en centímetros deberán coincidir las marcas.

En el documento tenemos tres posibilidades de realización, una con circuito impreso, y las otras dos con stripboard, con todos los pines disponibles (para poder conectar más shield, y una placa sencilla que ocupa los terminales de GND, 5v y 3,3v , y TX y RX. Vamos a ver como realizar ésta última variante:

Si quieres puedes proteger la paperetiqueta con un poco de plástico transparente autoadhesivo (aironfix):

Si quieres puedes proteger con un poco de plástico transparente la paperetiqueta antes de recortarla.

Con un cutter cortamos un trozo de stripboard de 12 tiras x 20 agujeros

Primero lo marcamos

Con un cutter cortamos la placa trazando el corte sobre la línea de agujeros para facilitar la rotura de las piezas.

Con una ligera presión separamos las piezas

Ahora recortamos la placa para permitir el acceso a los terminales del Arduino, que la placa bluetooth no utiliza (es importante profundizar en la esquina indicada en la figura por los dos lados de la placa).

Con unos alicates flexionamos ligeramente hacia arriba y hacia abajo hasta que se separen los recortes.

Aplicamos adhesivo

Con ayuda de una aguja la colocamos de forma que los agujeros de la paperetiqueta coincidan con la placa de stripboard, y perforamos todos los agujeros de la paperetiqueta que necesitemos.

Desplazamos los pines macho, ya que los vamos a soldar por la parte inferior

Y soldamos los diferentes componentes. Para soldar el módulo, lo que he hecho, ha sido soldar trozos de cable a la placa, para posteriormente colocando el módulo sobre la placa podemos soldar uno a uno estos cables

 Para soldar los componentes y para cortar las pistas inferiores fíjate en el dibujo del paperdocumento:

Y este es el resultado final

Notas:

Como ves, no he conectado ningún led, y la señal de alimentación de 3,3v la tomo directamente de la placa Arduino no he colocado los diodos que puentean 5v y 3,3v) 


Y lo podemos conectar en el Arduino (fíjate que dejamos el pin de reset libre)

INSTALACION (en Ubuntu)

Para probar nuestro circuito deberemos instalar en ubuntu con el administrador de aplicaciones el gestor de bluetooth "Blueman", ya que el applet de la barra superior que viene por defecto no nos permite activar el servicio de puerto serie.

Al conectar nuestro bluetooth en el ordenador, aparecerá un icono nuevo en la barra superior, y al hacer click sobre él se nos abrirá el programa.

Ahora alimentaremos nuestro Arduino con la placa Bluetooth conectada, y apretamos sobre el botón Buscar del programa Blueman, y nos aparecerá la lista de dispositivos bluetooth disponibles (en mi caso solamente el módulo Sure) :

Lo seleccionamos y apretamos el botón configurar, con lo que se nos abrirá una ventana para emparejarlo con nuestro ordenador:

Seleccionamos la segunda opción e introducimos la contraseña "1234" (tal vez tu módulo necesite introducir "0000").

El programa nos solicita que introduzcamos la clave en nuestro módulo bluetooth: EINGG??!! cómo voy a hacer eso!! así que no hago nada y espero un poco...

 Oh no!! el programa falló!!  no te preocupes, al cerrar la ventana vemos que el dispositivo está conectado (fíjate en el icono de la llave)

Ahora que está emparejado, podemos habilitar el servicio de puerto serie, para lo cual, teniéndo seleccionado el icono del módulo Sure, volvemos a apretar el botón de configuración, y nos aparecerá una ventana con los servicios disponibles:

Seleccionamos el puerto serie y apretamos el botón de "Adelante", al cabo de un ratito, el sistema nos indicará en la parte superior derecha de la pantalla que se ha habilitado un puerto serie en /dev/rfcomm0:

y el icono de Bluemon de la barra superior de la pantalla del ordenador indicará que tenemos una conexión bluetooth activa:

Ahora ya podemos utilizarlo!!

Si quieres, colocando el cursor sobre los iconos de la derecha de Bluemon, puedes ver la calidad de conexión de tu módulo:

Ejemplo: Dimmer.pde

Un ejemplo muy sencillo de uso es utilizar el programa de ejemplo del entorno Arduino dimmer (Arduino/menu/File/Examples/Communication/Dimmer).

Tienes más información en el documento disponible al final de este documento en el apartado de descargas (en la carpeta Sketches):

Este programa espera a recibir un valor byte (0-255) del puerto serie y cuando lo recibe, ilumina más o menos un led conectado en la patilla 9, como nuestra placa bluetooth dispone del servicio serie, y está conectada a los terminales TX y RX de Arduino, lo que reciba por bluetooth se lo transmitirá a Arduino como si fuera a través del cable USB.

Lo primero que deberemos hacer es cargar el programa Dimmer en nuestro Arduino. El proceso de carga lo haremos por el método habitual, es decir a través del cable USB. Tal vez tengas problemas de carga si tienes el módulo bluetooth conectado al Arduino, ya que también utiliza los terminales Tx y Rx del Arduino. (en este caso quita el módulo bluetooth del Arduino).

Conectaremos el terminal positivo (el más largo) de un led al pin 9 de Arduino, y el negativo a través de una resistencia (de 330 Ohmnios a 1K) a GND.

Desde el PC necesitaremos un terminal serie que permita configurar el puerto serie, yo lo he intentado con el que incorpora el entorno Arduino, pero no he conseguido conectarlo al puerto /dev/rfcomm0, así que me he descargado con el administrador de aplicaciones el GTKTerm que se instala en Aplicaciones/Accesorios/Serial Port Terminal.

En este programa podemos configurarle para que se conecte a través del puerto rfcomm0 (GKTTerm/Menu/Configuration/Port) :

Y ahora lo que escribamos en pantalla lo recibirá nuestro Arduino, encendiendo más o menos el LED.

Debes tener en cuenta que lo que mandas es un Byte, y que los teclados de ordenador están codificados en ASCII, es decir cuando aprietas la tecla A envías el byte 65. A continuación tienes una lista de los códigos ASCII del 00 al 255 que utiliza un teclado de PC:
 

Para probar el funcionamiento del módulo, puedes apretar las siguientes teclas:
<-  (Tecla retroceso): 08  => LED iluminación baja
z  (letra z minúscula):122 => LED iluminación intermedia
º (símbolo de grado):248 => LED iluminación alta

NOTA: Cuando escribes en el terminal las teclas que escribes no se visualizan en pantalla, ya que se envían al Arduino, si quieres que se muestren, debes activar el "Eco local" (GTKTerm/Menu/Configuration/Local echo)

Ejemplo: LEDSerial.pde

En este ejemplo encenderemos y apagaremos 8 LEDS desde un terminal (ya sabes, quien enciende un LED mueve el mundo!!) , y en  vez de conectar el PC con el Arduino, conectaremos un móvil con Android.

El móvil debe tener instalado un terminal serie bluetooth, yo he utilizado  Blueterm, descargable desde Android Market. Este programa es un terminal serie, que envía los comandos que escribas directamente por el bluetooth del móvil.

El hardware consistirá en un conjunto de diodos LED (con su correspondiente resistencia) conectados entre las patillas 6-13 y masa, aunque yo he utilizado el PaperLED

Tienes más información en el archivo de descargas (directorio sketches) disponible en el enlace situado al final de esta página.

Los pasos a realizar son los siguientes:

1 Instalar el sketch LEDSerial.pde en el Arduino

(El archivo LEDSerial.pde lo tienes en el archivo de descargas disponible en el enlace al final de esta página)

/*
  LED Serie

 Este ejemplo se muestra como encender diferentes leds en funcin de los datos que Arduino
 reciba por el puerto serie.  Los datos son enviados como bytes individuales, comprendidos en el rango de 0 a 255.


 Hardware:
 LEDs conectados entre los pines 6-13 a masa (con su correspondiente resistencia).
 Un Vibrador de 5v entre el pin 5 y masa
 Conexion serie (cable USB, Modulo bluetooth, Max232 ...)
 Terminal serie desde PC o movil

 creado en 2011
 Iñigo Zuluaga
 www.txapuzas.blogspot.com

 Este codigo es de dominio publico.


 */

const int BuzzerPin = 5;    // Pin en el que se conecta el vibrador
const int LedPin1 = 6;      // Pin en el que se conecta el LED 1
const int LedPin2 = 7;      // Pin en el que se conecta el LED 2
const int LedPin3 = 8;      // Pin en el que se conecta el LED 3
const int LedPin4 = 9;      // Pin en el que se conecta el LED 4
const int LedPin5 = 10;     // Pin en el que se conecta el LED 5
const int LedPin6 = 11;     // Pin en el que se conecta el LED 6
const int LedPin7 = 12;     // Pin en el que se conecta el LED 7
const int LedPin8 = 13;     // Pin en el que se conecta el LED 8
    
void setup()
{
  // configura la comunicacion serie:
  Serial.begin(9600);
  // configura los pines de los leds y buzzer como salida:
  pinMode(BuzzerPin, OUTPUT);
  pinMode(LedPin1, OUTPUT);
  pinMode(LedPin2, OUTPUT);
  pinMode(LedPin3, OUTPUT);
  pinMode(LedPin4, OUTPUT);
  pinMode(LedPin5, OUTPUT);
  pinMode(LedPin6, OUTPUT);
  pinMode(LedPin7, OUTPUT);
  pinMode(LedPin8, OUTPUT);
}

void loop() {
  byte dato;
  char* mensaje;

  // mira si se ha recibido algo del puerto serie:
  if (Serial.available()) {
    // lee el ultimo byte recibido (valor entre 0 y 255)
    dato=Serial.read();
    switch(dato){
      case 113: // q
        digitalWrite(LedPin1, HIGH);   // enciende el LED 1
        mensaje="LED 1 Encendido";
        break;
      case 97: // a
        digitalWrite(LedPin1, LOW);   // apaga el LED 1
        mensaje="LED 1 Apagado";
        break;
      case 119: // w
        digitalWrite(LedPin2, HIGH);   //  enciende el LED 2
        mensaje="LED 2 Encendido";
        break;
      case 115: //s
        digitalWrite(LedPin2, LOW);   // apaga el LED 2
        mensaje="LED 2 Apagado";
        break;
      case 101: // e
        digitalWrite(LedPin3, HIGH);   //  enciende el LED 3
        mensaje="LED 3 Encendido";
        break;
      case 100: // d
        digitalWrite(LedPin3, LOW);   // apaga el LED 3
        mensaje="LED 3 Apagado";
        break;
      case 114: // r 
        digitalWrite(LedPin4, HIGH);   //  enciende el LED 4
        mensaje="LED 4 Encendido";
        break;
      case 102: // f
        digitalWrite(LedPin4, LOW);   // apaga el LED 4
        mensaje="LED 4 Apagado";
        break;
      case 116: // t
        digitalWrite(LedPin5, HIGH);   //  enciende el LED 5
        mensaje="LED 5 Encendido";
        break;
      case 103: // g
        digitalWrite(LedPin5, LOW);   // apaga el LED 5
        mensaje="LED 5 Apagado";
        break;
      case 121: // y
        digitalWrite(LedPin6, HIGH);   // enciende el LED 6
        mensaje="LED 6 Encendido";
        break;
      case 104: // h
        digitalWrite(LedPin6, LOW);   // apaga el LED 6
        mensaje="LED 6 Apagado";
        break;
      case 117: // u
        digitalWrite(LedPin7, HIGH);   // enciende el LED 7
        mensaje="LED 7 Encendido";
        break;
      case 106: //j
        digitalWrite(LedPin7, LOW);   // apaga el LED 7
        mensaje="LED 7 Apagado";
        break;
       case 105: // i
        digitalWrite(LedPin8, HIGH);   // enciende el LED 8
        mensaje="LED 8 Encendido";
        break;
      case 107: // k
        digitalWrite(LedPin8, LOW);   // apaga el LED 8
        mensaje="LED 8 Apagado";
        break;
     case 122: // z
        digitalWrite(LedPin1, HIGH);   // enciende TODOS los LEDs
        digitalWrite(LedPin2, HIGH);
        digitalWrite(LedPin3, HIGH);
        digitalWrite(LedPin4, HIGH);
        digitalWrite(LedPin5, HIGH);
        digitalWrite(LedPin6, HIGH);
        digitalWrite(LedPin7, HIGH);
        digitalWrite(LedPin8, HIGH);
        mensaje="TODOS los LEDs Encendidos";
        break;
      case 109: // m
        digitalWrite(LedPin1, LOW);   // apaga TODOS los LEDs
        digitalWrite(LedPin2, LOW);  
        digitalWrite(LedPin3, LOW); 
        digitalWrite(LedPin4, LOW);  
        digitalWrite(LedPin5, LOW); 
        digitalWrite(LedPin6, LOW); 
        digitalWrite(LedPin7, LOW); 
        digitalWrite(LedPin8, LOW);  
        mensaje="TODOS los LEDs Apagados";
        break;
      default:
        Serial.print(dato);
        Serial.print(": ");
        mensaje="Tecla no admitida !";
        digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
        delay(200);
        digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
        delay(200);
    }
    // Emite un pitido
    digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
    // Envia respuesta
    Serial.println(mensaje);
  }
}
 

El sketch hay que grabarlo a través del cable USB, y desconectando el módulo PaperBluetooth, ya que como el módulo utiliza los terminales TX y RX interfiere en la grabación.

2 Conectar en la placa Arduino el módulo bluetooth, los leds (PaperLED), y el vibrador.

3 Alimentar el arduino

4 Activar la Wifi en el móvil y desde el Market descargar el programa "BlueTerm"
5 Activar el Bluetooth
6 Ejecutar el programa "BlueTerm"
7 En el menú del programa seleccionar "Conectarse a un dispositivo"
8 La primera vez tendrás que apretar "Buscar dispositivos" y emparejarlo con el dispositivo SURE con la clave "1234" o "0000", posteriormente simplemente seleccionaremos "Sure" de la lista de dispositivos sincronizados.
9 Una vez sincronizados, puedes enviar comandos al Arduino.


Los teclas (Bytes) de control son:

LED	Encencer	Apagar
1	q (113)	a (97)
2	w (119)	s (115)
3	e (101)	d (100)
4	r (114)	f (102)
5	t (116)	g (103)
6	y (121)	h (104)
7	u (117)	j (106)
8	i (105)	k (107)
Todos	z (122)	m (109)

Nota: En el video no se aprecia el sonido del buzzer ya que la cámara no lo percibe.

Información legal

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Los circuitos publicados se han comprobado y funcionan correctamente. No obstante en el caso de que en una página se publiquen varios montajes diferentes de un mismo circuito (sobre un stripboard, PCB, ...), pueden existir fallos que no se han detectado en alguno de los montajes, ya que normalmente sólo realizo un montaje. En ese caso por favor notificad el fallo para que pueda corregirlo. muchas gracias.

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Descargas

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Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
Si encuentras algún fallo, se te ocurre alguna mejora, o simplemente quieres hacer algún comentario, te lo agradeceré: Gracias.  :-)