Robô Wi-Fi controlado via Internet com Arduino e Shield Ethernet

 

Robô Wi-Fi controlado via Internet com Arduino e Shield Ethernet


 

Esse é um robô com 3 rodas feito com motores DC e controlado pelo Arduino com Shield Ethernet. As duas rodas da frente possuem tração, cada uma está ligada a um motor DC, a de trás gira e vira livremente.



Se os dois motores girarem para frente, o robô anda para frente, se o motor da direita gira para frente e o motor da esquerda gira para trás, o robô vira para a esquerda, e vice-versa para virar para a direita.


 

 

 

 

 

 

 

O robô é comandado por uma página HTML que ele mesmo gera trabalhando como webserver. Ou seja, você acessa o endereço IP configurado no programa feito para o Arduino e abre a página HTML que ele gera. Ela contém 3 botões: “esquerda”, “frente” e “direita”. Quando se aperta um botão, o formulário da página HTML envia os dados via ethernet para o arduino+shield que interpreta e manda sinais para uma placa controladora. Essa placa foi feita com transistores operando como chave e relês de dois pólos e dois terminais, que invertem a polaridade dos motores conforme a direção que se pretende que eles girem.


O arduino é programado para emitir 4 sinais digitais de saída, 2 para cada motor, sendo 1 para acionar o motor (liga/desliga através dos transistores) e outro para dizer a direção (“0” para a frente, e “1” para trás), esse último sinal aciona o relê que inverte a polaridade do motor.


Cada vez que o usuário aperta o botão, o programa aciona os motores de acordo com a direção a ser seguida por 1 segundo para virar e 2 segundos para andar para frente. Isso evita que o robô ande indefinidamente caso haja perda de conexão. Já que foi desenvolvido para operar remotamente em rede wi-fi (ele possui um access point acoplado) com câmera IP e via internet (basta configurar o roteador onde ele será instalado para fazer encaminhamento de porta). Além disso existe o atraso da câmera e da internet. Para que seja viável sua operação, o usuário terá que dar o comando e aguardar a resposta do sistema. Acompanhando via câmera IP. Dessa maneira pode-se controlar o robô de qualquer lugar no planeta.


Em caso de dúvida, é só escrever.


Veja abaixo o diagrama de blocos, as imagens e o programa para o Arduino:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diagrama de blocos

 

 

 

Robô (caixa plástica, câmera IP, rodízios de carrinho de mão, switch e access point)

 

 

 

Robô aberto mostrando a montagem (tosca eu sei! Hehehe... mas foi só para brincar)

 

 

 

Placa controladora dos motores. Transistores operando como chave e relês 2 terminais e 2 posições para inversão da polaridade do motor (andar para trás)

 

 

 

Placa reguladora de tensão, alimenta o Switch e a Câmera. O resto trabalha em 12V, que é a tensão da bateria.

 

 

 

Arduino com Ethernet Shield




Programa para o arduino. Usa biblioteca para o Ethernet Shield:


 

#include <Ethernet.h>

#include <WString.h>


// network configuration. gateway and subnet are
optional.


byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

byte ip[] = { 192, 168, 0, 177 };

byte gateway[] = { 192, 168, 0, 1 };

byte subnet[] = { 255, 255, 255, 0 };


boolean esquerda = false;

boolean direita = false;

boolean frente = false;

boolean primeiralinha = true;


Server server = Server(80);


void setup()


{

// initialize the ethernet device

Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);


// start listening for clients

server.begin();


pinMode(2, OUTPUT);

pinMode(3, OUTPUT);

pinMode(4, OUTPUT);

pinMode(5, OUTPUT);

}


 

void loop()

{


Client client = server.available();


esquerda = false;

direita = false;

frente = false;


// Aguarda o fim da HTML request do cliente

if (client) {

boolean NEW_LINE = false;

boolean primeiralinha = true;

String linha = "";


// Aguarda a chamada HTML e extrai dela a resposta do formulario


while (client.connected()) {

char c = client.read(); // Le os caracteres da chamada HTML um a um

linha.append(c); // Monta a string 'linha' com os caracteres lidos

if (c == '\n') { // Se for fim da linha


if (linha.contains("esquerda=esquerda") && primeiralinha) esquerda = true; // Se a string (linha) tiver o termo e for a 1a linha da chamada HTML

if (linha.contains("direita=direita") && primeiralinha) direita= true; // idem

if (linha.contains("frente=frente") && primeiralinha) frente =true; // idem


linha = ""; // apaga linha para receber a proxima linha

NEW_LINE = true; // comecou nova linha

primeiralinha = false; // a proxima nao sera a primeira linha


} else if (c != '\r') {NEW_LINE = false;} //ainda nao acabou o texto


if (c == '\r' && NEW_LINE) { // acabou a chamada porque a ultima linha eh vazia 'carriage return'


break; // Interrompe o loop do while


}

}

}


 


client.println("HTTP/1.1 200 OK");

client.println("Content-Type: text/html");

client.println();


client.write("<html><head></head><body>Controle de Robo atraves de Rede Ethernet<br><br>");


if (direita) { client.write("Direita...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, LOW);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, HIGH); delay(1000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


if (esquerda) { client.write("Esquerda...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, LOW); delay(1000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


if (frente) { client.write("Frente...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, LOW);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, LOW); delay(2000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


client.println(


"<table><tr>"

"<td><form method=get name=esquerda><input type=hidden name=esquerda
value=esquerda><input style=width:60pt type=submit
value=esquerda></form></td>"

"<td><form method=get name=frente> <input type=hidden
name=frente value=frente> <input style=width:60pt type=submit
value=frente></form></td>"

"<td><form method=get name=direita> <input type=hidden name=direita value=direita> <input style=width:60pt
type=submit value=direita></form></td>"

"</tr></table></body></html>");


client.stop();


}

 

Atenção! De tempos em tempos a Arduino altera algumas bibliotecas. Não copie e cole o programa acima apenas, analise-o e entenda-o. Assim, você será capaz de fazer qualquer atualização necessária. Ah! E claro. Caso faça alguma atualização, compartilhe-a conosco aqui.

 


Muita gente tem me perguntado diversas coisas sobre esse projeto, demosntrando dificuldades variadas. Para que seu projeto evolua de maneira a manter a sua motivação do começo ao fim, sugiro que comecem do mais básico e vão expandindo conforme a grana e as dificuldades técnicas. Assim, não importa até onde cheguem, sempre terão algo interessante (e funcionando) alcançado.

Sugiro as seguintes etapas:

 

Etapa 1 - Parte mecânica

- Com peças usadas de bicicleta, vocês podem construir as esteiras, que seriam movimentadas por motores DC com caixa de redução. Acessa esse endereço: http://labdegaragem.com/profiles/blogs/esteira-para-robo-com-corrente

Se essa parte estiver muito difícil ou faltar ferramentas, coloque rodas simples mesmo.

Faça um controle remoto simples para controlar o robô.

 

Etapa 2 - Parte eletrônica

- Faça uma plaquinha simples com transistores de potência para controlar o acionamento dos motores a partir de baixa corrente em 5V. Com isso, qualquer sinal digital TTL poderá controlar o seu robô, sem risco de queimar o equipamento que emite o sinal. Use transistores de portência, MOSFETs, ou mesmo relês. Atenção a corrente que esses componentes irão drenar, mesmo na base.

Alimente esse circuito com uma fonte de tensão adequada para os motores, ou mesmo uma bateria. Evite baterias muito pesadas.

 

Etapa 3 - Integração com o Arduino

- Faça a integração do que foi feito acima com um Arduino. Escreva um programa que controle o seu robô a partir de portas de entrada do Arduino, ou o que é mais interessante, a partir de comandos de texto que você envia via porta serial (USB) do Serial Monitor da IDE do Arduino para o seu robô.

 

Etapa 4 - Conexão Ethernet

- Adicione um Shield Ethernet ao Arduino, conecte o seu robô ao seu Roteador (via cabo de rede). O seu robô ainda não é wi-fi, mas já estará em rede. Programe um webserver como descrito no Projeto Robô Wi-Fi para que os controles sejam feitos através de form HTML. Existem outras formas de fazer esse controle, se descobrir alguma bacana, posta pra gente aí.

 

Etapa 5 - Wi-Fi

- Configure um Access Point (não use um de apenas 1 porta, você precisará de 2 se quiser colocar câmera) para acessar a sua rede wi-fi. Desative a conexão wi-fi do seu notebook, se usar Desktop, desconecte o cabo de rede e conecte ao Access Point. Se a configuração estiver correta, o seu computador deve ser capaz de acessar a rede via wireless. Configurado o AP, conecte o shield ethernet ao Access Point, e tente acessar o seu IP do seu computador (reconectado a rede, claro). Se tudo funcionar, o seu Robô já terá acesso a rede (e a internet) via wireless.

 

Etapa 6 - Câmera IP

- Prenda uma câmera IP no seu robô e conecte-a ao Access Point. Agora seu robô tem 2 IPs, um para acessar o Arduino (webserver) e outro para a câmera. Desse jeito, para controlar o robô, você precisa abrir 2 janelas de browser para ver e controlar o robô.

 

Etapa 7 - Parte elétrica

- Seu robô já está wi-fi, mas ainda está conectado a rede elétrica através das fontes de alimentação do Arduino, do AP e da placa que alimenta os motores. Agora é hora de adicionar a bateria e fazer um circuito regulador de tensão para alimentar esses dispositivos. Verifique qual é a tensão de alimentação de cada um, e a corrente que cada um puxa. Geralmente, cada dispositivo não deve puxar muita coisa, mas é preciso medir para ter certeza. CIs da linha 78XX devem resolver (até 1A cada).

 

Etapa 8 - Port Forwarding

- Agora seu robô está livre de fios e cabos e já pode ser acessado via rede local wi-fi. Para que ele possa ser controlado de qualquer lugar do planeta, é preciso que o roteador permita que acessos externos a sua rede sejam encaminhados para o seu robô, onde o webserver irá responder. Para isso, configure um "encaminhamento de portas" no seu roteador, por exemplo, quando alguém acessar o seu IP externo 201.xx.yy.z:porta, o seu robô será acessado pelo webserver que você programou no Arduino, onde "porta" é a porta configurada no roteador, que é encaminhada para o IP do webserver (ou o da câmera). Seu robô usará 2 portas (1 para a câmera e outra para o webserver no Arduino).

 

Pronto! Caso surjam dúvidas, pode mandar que vou ajudar no que estiver ao meu alcance. Caso faça melhorias nesse projeto, poste aqui para a gente aprender com você também.

 

Abraço!

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Comentário de Yan Patrick de Moraes Pantoja em 11 março 2014 às 15:07

Bruno, você usa o roteador em cima do carrinho ? to querendo muito realizar esse projeto tbm, mas vou iniciar do zero ainda... :(

Comentário de Bruno Cosmo em 11 março 2014 às 1:59

Tentei fazer o esquema de acess point olhando este link

http://www.tp-link.com.br/article/?faqid=417

Comentário de Bruno Cosmo em 11 março 2014 às 1:57

Fala galera, comprei o roteador para controlar o robo via wifi sem cabos, porem nao estou conseguindo vejam o esquema:

Estou fazendo o q errado? É necessário fazer algum encaminhamento?

Comentário de Marcelo Rodrigues em 22 janeiro 2014 às 15:57

Bruno,

Você precisa configurar o encaminhamento de porta (port forwarding) do seu roteador para que a porta escolhida redirecione para o IP do seu robô. O acesso será pelo IP da sua rede, seguido pela porta. Exemplo: 201.xx.xx.xx:92. Etapa 8 no texto acima.

Se você está comprando um roteador para acesso WiFi, ele deve ficar no modo "Access Point" ou semelhante, onde ele não irá rotear, mas se tornar um ponto de acesso à sua rede WiFi.

Boa sorte!

Comentário de Bruno Cosmo em 22 janeiro 2014 às 13:56

Eai galera, comecei a fazer esse projeto já estou controlando o robô pela rede local através do Shield ethernet, inclusive com comandos pelo próprio teclado, porem ainda utilizando cabo...Agora vou comprar um roteador para transformar o mesmo em Wifi, o único problema q encontro é acessar o meu IP local externamente pela porta 80, estava funcionando mas parou do nada, já configurei o virtual server e tudo mais mas até agora nada. Quem poder me ajudar agradeço, e quem tiver alguma dúvida tbm q eu possa ajudar...

VLW  

Comentário de Marcelo Rodrigues em 3 maio 2013 às 11:40

Nilo,

Montei esse robô com as tralhas que eu tinha em casa, como não tinha um roteador wi-fi com 4 portas, só de uma porta, mas tinha o switch, fiz a gambiarra. :)

Mas você pode usar de 4 portas e ligar o Shield e a câmera em uma das 4 portas. A Wan você não vai usar.

O roteador deve operar como access point, recebendo o sinal da rede WLan do local.

Abraço e boa sorte!

Comentário de Nilo Mendonça em 2 maio 2013 às 19:26

Estou com uma dúvida...

A câmera ip e o conector do arduíno precisam ser conectados os dois na porta wan do roteador? Ou tanto faz?

E tem como ligar direto no roteador sem usar o switch??

Comentário de Ricardo Bariquelo em 26 abril 2013 às 15:53

Alguem para ajudar ?! Queria montar esse robo paraum projeto na faculdade ...

Comentário de Ricardo Bariquelo em 26 abril 2013 às 0:25

Po galera experiente, podia ajudar ai atualizar o codigo, não sou muito bom, só conheço o basico ...

Comentário de Ricardo Bariquelo em 25 abril 2013 às 19:35

Não estou conseguindo, bem que alguem expert ai poderia ajudar ... ueheuheuheuh

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